Кафедра: Информационные Технологии

Лабораторная Работа

"Создание транковой группы по типу сигнализации ОКС №7"

Москва, 2009

Цель работы: Изучение электронной станции семейства АЛС. Получение практических навыков работы в качестве оператора станции. Научиться создавать транковую группу с типом сигнализации ОКС №7.

Преимущества третьего класса систем сигнализации ОКС №7

Система ОКС полностью удаляет сигнализацию из разговорного тракта, используя выделенный общий канал (звено), по которому передается вся сигнальная информация (линейная и регистровая) для множества трактов (около 4 тысяч разговорных каналов). К преимуществам ОКС №7 можно отнести:

Сохранение дорогостоящих ресурсов управляющих процессоров системы коммутации, которые тратятся на сканирование системы для протоколов сигнализации по ВСК;

Сокращение времени установления соединения;

Многоуровневая архитектура ОКС позволяет модернизировать отдельные компоненты;

Универсальность системы сигнализации, применимость для различных приложений: телефония, передача данных, услуги ISDN, услуги для абонентов мобильной связи, функции эксплуатации и управления;

Обеспечение надежности связи, за счет использования не менее двух звеньев сети сигнализации;

Наличие качественных спецификаций для внедрения ОКС на ЦАТС.

Основы системы общеканальной сигнализации №7 (ОКС №7)

ОКС – это цифровой канал связи между двумя управляющими устройствами станций или узлов сети электросвязи с коммутацией каналов (КК), предназначенный для обмена сигнальными сообщениями.

Первоначально ОКС предназначался только для обмена сообщениями сигнализации в телефонных сетях. В настоящее время в ОКС могут также передаваться данные пользователей в пакетной форме, информация телеметрии, данные в процессе предоставления интеллектуальных услуг и в целях технической эксплуатации. Эти данные должны передаваться с более низким приоритетом, чем данные сигнализации.

ОКС №7 может использоваться на сети сигнализации, организованной по каналам систем передачи с ИКМ, по каналам аналоговых систем передачи или физическим линиям. Система сигнализации №7 предназначена для использования в цифровых сетях связи (в У-ЦСИО, Ш-ЦСИО, в сотовых сетях и сетях передачи данных с коммутацией каналов).

По ОКС сигналы передаются в виде пакетов. Это означает, что в пунктах сигнализации (ПС) (SP, Signalingpoint) и в каналах сети сигнализации используются методы пакетной коммутации.

Система общеканальной сигнализации №7 (ОКС №7) стала применяемым во всем мире стандартом для международной и национальных сетей связи. Сети сигнализации, работающие по протоколу ОКС №7, представляют собой специализированные сети с коммутацией пакетов, логически отделенные от сетей коммутируемых каналов связи и предназначенные для транспортировки сообщений управления соединениями в телефонных сетях и сетях ISDN, а также запросов выполнения операций в удаленных узлах сети. Два существенных отличия таких сетей от сетей передачи данных – высокая производительность при обслуживании нагрузки и высокая надежность – обусловлены спецификой выполняемых задач и проявились в сложности стека протоколов, формирующих систему сигнализации ОКС №7. Сигнальная информация передается от одного SP к другому при помощи сигнальных единиц (СЕ). В ОКС №7 используются три типа СЕ:

-Значащаяся СЕ (ЗНСЕ), их длина может быть от 3 байтов и выше (в национальных сигнальных сетях до 279 байтов) (MessageSignalUnit– MSU) – используется для передачи сигнальной информации, обеспечивающей процесс соединения и разъединения каналов, используемых для передачи речевой информации и данных между пользователями цифровой сети (оконечным оборудованием данных (ООД));

-СЕ состояния звена сигнализации (СЗСЕ) (LinkStatusSignalUnit – LSSU) – используемые для индикации состояния оконечных устройств звена сигнализации (ввод в работу после включения питания аппаратных средств и восстановление состояния звена сигнализации после устранения отказа), их длина равна одному или двум байтам. Пункт сигнализации, определивший сбой в работе сигнального звена (вследствие нарушения фазирования передачи сигнальной единицы) уведомляет смежный пункт о недоступности звена и прекращает передачу сигнального трафика на это звено и передает LSSU к смежному SP, информируя его сделать то же самое и провести повторное фазирование;

-Заполняющие СЕ (ЗПСЕ) (FillInSignalUnit – FISU) – СЕ, которые имеют длину 48 бит, т.е. в них нет значимой для пользователей сети информации. Они требуются в основном для обеспечения фазирования звена при отсутствии сигнального трафика, а так же для передачи квитанций с подтверждением безошибочного приема ЗНСЕ, переспроса неправильно переданных СЕ.

СЕ состоит из:

1. Поля сигнальной информации переменной длины, в котором передается информация, вырабатываемая подсистемой пользователя;

2. Несколько полей фиксированной длины, в которых передается информация, служащая для управления и контроля передачи СЕ.

Формат ЗПСЕ представлен на рис 13.

Рис. 13. Формат ЗПСЕ

Рассмотри формат ЗПСЕ:

-F – флаг, отмечает начало и конец каждой СЕ. Обычно, закрывающий флаг одной СЕ является открывающим флагом другой СЕ. Структура флага: «01111110», чтобы аналогичную комбинацию в информационной части СЕ не спутать с флагом выполняют специальную процедуру – битстаффинг (вставка бит). На передающем конце после каждой пятой единицы, в информационной части СЕ, вставляется нуль, а на приеме эти нули изымаются;

-FCS – контрольная сумма, проверочные биты, которые формируются в SP, который передает CЕ. Принимающая сторона по аналогичному алгоритму формирует FCS и сравнивает с принятой кодовой комбинацией;

-LI – индикатор длины, определяет сколько байт содержит СЕ (если LI=0, то передается FISU, если LI=1, то LSSU, если LI>2, то передается MSU);

-FSN – порядковый номер переданного сообщения;

-BSN – порядковый номер последнего сообщения, на которое получено подтверждение соседней станции;

-FIB , BIB – прямой и обратный идентификатор, соответственно, которые используются для запроса повторной передачи СЕ.

Рассмотрим формат ЗНСЕ (рис. 14):

-SIO – октет служебной информации, содержит индикатор службы, определяющий подсистему пользователя (ISUP, TUPи т.д.);

-SSF – поле подслужбы, указывает тип сети (национальная, международная и т.д.);

-DPC – код пункта назначения (код станции назначения);

-OPC – код исходного пункта (код исходящей станции);

-CIC – код идентификатор канала (определяет разговорный канал, к которому относится СЕ);

-SLS – селектор звена сигнализации (используется для разделения нагрузки между звеньями сигнализации)

Рис. 14. Формат ЗНСЕ

Функциональные уровни ОКС №7

Модель ОКС №7 состоит из двух частей:

Подсистемы пользователей и приложений (верхние уровни);

Подсистемы передачи сообщений (MTP) (нижние уровни).

Функциональная архитектура ОКС №7 включает четыре уровня, три из которых входят в состав подсистемы передачи сообщений МТР. Подсистемы пользователей образуют параллельные элементы на четвертом функциональном уровне (рис. 15).

Рис. 15. Модель ОКС №7

На рис. определены следующие подсистемы:

-SCCP – управление соединением сигнализации;

-TCAP – обработка транзакций;

-MAP – пользователи подвижной связи (GSM);

-ISUP – пользователи ISDN;

-TUP – пользователи ТфОП;

-INAP – пользователи интеллектуальной сети;

-OMAP – техническое обслуживание и эксплуатация.

-MTP – подсистема передачи сообщений, объединяет первые три уровня модели ОКС №7.

Кроме указанных на рис. подсистем существуют дополнительные пользовательские подсистемы, определенные для конкретных технологий и стандартов связи.

На рис. 16 представлены функциональные уровни модели ОКС №7. Рассмотрим функции каждого уровня:

-Уровень 1 (функции звена данных сигнализации) определяет физические, электрические и функциональные характеристики звена данных сигнализации и средства доступа к нему. Элементам уровня 1 является канал связи для звена сигнализации. Детальные требования к звену данных сигнализации приведены в рекомендации МСЭ Q.702.

Рис. 16. Функциональные уровни ОКС №7

-Уровень 2 (функции звена сигнализации) определяет функции и процедуры, относящиеся к передаче сигнальных сообщений по отдельному звену сигнализации. Функции уровней 1 и 2 образуют звено сигнализации, обеспечивающее надежную передачу сигнальных сообщений между двумя пунктами сети сигнализации. Функциями звена сигнализации являются деление сигнальных сообщений на сигнальные единицы, обнаружение ошибок в сигнальных единицах, исправление ошибок, обнаружение отказа звена сигнализации, восстановление звена сигнализации и др.

-Уровень 3 (функции сети сигнализации) определяет функции и процедуры передачи, общения различных типов звеньев сигнализации и независимые от работы каждого из них. Эти функции подразделяются на две большие категории:

Функции обработки сигнальных сообщений, которые при правильной передаче сообщения передают его по звену сигнализации или в соответствующую подсистему пользователя;

Функции управления сетью сигнализации, которые на основе заранее определенных данных и информации о состоянии сети сигнализации управляют маршрутизацией сообщений и конфигурацией средств сети сигнализации. В случае изменения состояний они обеспечивают также изменение конфигурации сети и другие меры, необходимые для обеспечения или восстановления нормальной работы сети сигнализации. Различные функции уровня 3 взаимодействуют друг с другом и с функциями других уровней посредством команд и индикаций. Детальные требования к функциям сети сигнализации приведены в рекомендации МСЭ Q.704.

Для обмена информацией между функциональными элементами на интерфейсах A, B, C, D, E, F, G принята система общеканальной сигнализации №7 (ОКС-7 или SS7).

ОКС-7 является специализированной сетью передачи данных с коммутацией пакетов переменной длины (до 274 байтов). Пакеты называют сигнальными единицами.

Узлы сети ОКС-7 принято называть сигнальными пунктами (SP – Signaling Point). Атрибутами сигнального пункта являются:

• SPC – Signaling Point Code – код сигнального пункта (14 бит)
• NI – Network Indicator – идентификатор сети (2 бита)

NI=10 – национальная сеть

NI=11 – ведомственная или региональная сеть

NI=00 – международная сеть

Код SPC позволяет адресовать сигнальные сообщения между узлами в пределах одной сети ОКС-7, например в пределах одной национальной сети. Его недостаточно для адресации сообщений между сигнальными пунктами различных сетей ОКС-7.

Три нижних уровня протоколов ОКС-7 образуют часть передачи сообщений (MTP ). Выше расположены пользователи MTP:

ISUP и SCCP . Они подготавливают и передают в MTP сообщения (User Information). MTP дополняет эти сообщения соответствующей служебной информацией. В результате формируется сигнальная единица сообщения (MSU – Message Signaling Unit).

В функции 3-го уровня MTP входит маршрутизация сигнальных единиц. С этой целью к пользовательскому сообщению добавляют метку маршрутизации (Routing Label ) и информационный октет (SIO ). Тем самым указывают коды сигнальных пунктов отправителя (OPC ) и получателя (DPC ) сообщения, пользователя MTP и идентификатор сети (NI ).

Уровень 2 MTP обеспечивает достоверной обмен информацией между двумя сигнальными пунктами. С этой целью в сигнальную единицу включают проверочные биты (CK ). Номера сигнальных единиц, передаваемых в прямом и обратном направлениях (FSN и BSN ) и соответствующие биты-индикаторы (FIB и BIB ) обеспечивают повторную передачу сигнальных единиц при выявлении ошибок на приемной стороне.

Уровень 1 определяет физические, электрические и функциональные характеристики тракта передачи сигнализации и устройств доступа. Для передачи сигнализации используют цифровой канал со скоростью передачи 64 кбит/с. Часто для ОКС-7 выделяют 16-й канал 32-х канального тракта E1, однако это не является обязательным.

Рис. 1.

Структура протоколов ОКС -7

MTP – Message Transfer Part – часть передачи сообщений

ISUP – Integrated Services Digital Network (ISDN) User Part – пользователькая часть сети ISDN

SCCP – Signaling Connection Control Part – часть управления сигнальными соединениями

TCAP – Transaction Capabilities Application Part – прикладная часть возможностей транзакций

BSSAP – Base Station System Application Part – прикладная часть подсистемы базовых станций GSM. Состоит из:

• DTAP (Direct Transfer Part) - прикладной части обмена сигнализацией между MS и MSC,
• BSSMAP (BSS Management Application Part) – прикладной части взаимодействия BSC и MSC

RANAP – Radio Access Network Application Part – прикладная часть подсистемы радиодоступа в сетях UMTS

MAP – Mobile Application Part – прикладная часть поддержки мобильности сетей GSM

INAP – Intelligent Network Application Part – прикладная часть интеллектуальных сетей (фиксированная связь)

CAP – CAMEL Application Part – прикладная часть интеллектуальных сетей (подвижная связь)

Рис. 2.

Формат сигнальной единицы сообщений представлен на рис. 3.

Рис. 3.

F – Flag (01111110) – флаг начала и конца сигнальной единицы

BSN – Backward Sequence Number – обратный порядковый номер

BIB – Backward Indicator Bit – обратный бит-индикатор

FSN – Forward Sequence Number – прямой порядковый номер

FIB – Forward Indicator Bit – прямой бит-индикатор

LI – Length indicator – указывает число байт, следующих за LI; идентифицирует тип сигнальной единицы:

0 – Fill-In Signal Unit (FISU) –заполняющая сигнальная единица

1 или 2 – Link Status Signal Unit (LSSU) – сигнальная единица сигнального звена

более 2 – Message Signal Unit (MSU) – сигнальная единица сообщения

SIO – Service information octet – октет информации о сервисе

SI – Service Indicator: ISUP SCCP Link Status

NI – Network Indicator (идентификатор сети): 00; 10; 11.

DPC – destination point code – код пункта назначения

OPC – originating point code – код пункта отправления

SLS – signaling link selection field – поле выбора тракта сигнализации

CK – Check bits – проверочные биты

ISUP реализует функции управления вызовами с возможностью предоставления абонентам услуг ISDN.

Подсистема ISUP использует стандартные сообщения, формат которых определен спецификациями Q.767.

Сообщения, используемые при установлении и окончании вызова:

• IAM – Initial Address Мessage – начальное адресное сообщение
• SAM – Subsequent Address Message – последующее адресное сообщени
• ACM – Address Complete Message – адрес полный
• ANM – Answer Message – ответ
• REL – Release Message – освобождение
• RCM – Release Complete Message – освобождение выполнено

Сообщения ISUP передают по принципу «от звена к звену».

Помимо метки маршрутизации, в поле SIF включаются идентификатор канала (CIC – Circuit Identification Code), однозначно связывающий данное сигнальное сообщение с определенным каналом трафика.

Рис. 4.

Последовательность установления вызова SCCP реализует обмен сигнализацией, несвязанной непосредственно с вызовами и каналами трафика.

В отличие от ISUP SCCP позволяет устанавливать сквозные сигнальные соединения по принципу «из конца в конец».

Формат поля SIF при передаче сообщения SCCP:

Рис. 5.

SCCP обеспечивает передачу сообщений двух типов:

1) Без установления логического соединения (Connection less). Используют MAP, INAP, CAP и др. через TCAP, BSSAP (часть BSSMAP), рис. 6.

2) C установлением логического соединения (Connection oriented). Использует BSSAP (DTAP и часть BSSMAP), RANAP (рис. 7).

Рис. 6.

Рис. 7.

SCCP обеспечивает дополнительные возможности адресации сообщений.

Получателя и отправителя сообщений можно адресовать, используя:

• номер подсистемы (SSN – Subsystem Number);
• глобальный заголовок (GT – Global Title).

Номер подсистемы позволяет адресовать сообщения различным сетевым элементам, имеющим одинаковый SPC.

Можно дифференцировать сообщения, адресованные MSC, VLR, HLR, EIR, находящимся в одном узле.

Номера некоторых подсистем:

Глобальный заголовок (GT) используют для адресации SCCP сообщений, направляемых в другие сети ОКС-7.

Например, HLR сети X (NI=10) посылает SCCP сообщение VLR сети Y (NI=10), через транзитную сеть Z (NI=00). Непосредственно адресовать сообщение с использованием только SPC нельзя, так как код сигнального пункта не является уникальным. Однако можно использовать ISDN номер VLR, который и образует GT.

Сигнальную единицу на исходящем узле посредством SPC адресуют не непосредственно в узел-получатель, а в пограничный шлюзовый узел. При этом указывают, что в сообщении содержится информация о GT, например в виде ISDN номера VLR. Шлюзовый узел, принадлежащий двум сетям (NI=10 и NI=00), распаковывает SCCP сообщение, извлекает из него GT, анализирует его и определяет SPC следующего пограничного узла (в своей сети).

В сообщение, отправляемое из одного шлюза в другой, опять вкладывают GT.

Второй шлюз также распаковывает сообщение, извлекает из него GT, и на основании его анализа формирует SCCP сообщение в узел-получатель, используя SPC этого узла. GT в это сообщение уже не вкладывают.

Рис. 8.

DTAP (Direct Transfer Part)

BSSMAP (BSS Management Application Part)

MAP – Mobile Application Part

Служит для обновления данных о местоположении в VLR, HLR, SIM. Инициируется MS в 3-х случаях:

• при смене локальной зоны,
• при включении,
• при истечении таймера периодической локализации.

1. MS инициирует процедуру локализации, посылая сообщение Location_Update_Request (TMSI, LAISIM).

BSS передает в MSC сообщение: BSSAP: LOCATION_UPDATING_Request (TMSI, LAISIM, LAIBCCH).

В новом MSC нет данных, позволяющих преобразовать LAISIM – Адрес старого VLR:

2. MSC запрашивает у MS IMSI: BSSAP: IDENTITY_Request .

3. MS возвращает IMSI в открытом виде:BSSAP: IDENTITY_Response (IMSI).

4. VLR преобразует первые цифры IMSI (MCC+MNC+HLRID) в адрес HLR в сети ОКС-7.

5. VLR запрашивает у HLR аутентификационные триплеты: MAP: SEND_AUTHENTICATION_INFO_Request (IMSI).

6. HLR пересылает запрос в AC, AC генерирует триплеты, возвращает их в HLR, а тот пересылает их в VLR:

MAP: SEND_AUTHENTICATION_INFO_Response (5 триплетов).

В новом MSC есть данные, позволяющих преобразовать LAISIM – Адрес старого VLRN:

7. Новый VLR определяет адрес старого VLR в сети ОКС.

8. Новый VLR делает запрос в старый VLR: MAP: SEND_IDENTIFICATION_Request (TMSI).

9. Старый VLR возвращает IMSI и аутентификационные триплеты: MAP: SEND_IDENTIFICATION_Response (IMSI, триплеты).

10. Проводится аутентификация абонента.

11. VLR информирует HLR о регистрации MS: MAP: UPDATE_LOCATION_Request (IMSI, MSC-ISDN, VLR-ISDN).

12. HLR дает команду старому VLR об удалении абонента из базы данных: MAP: CANCEL_LOCATION_Request (IMSI).

13. Старый VLR удаляет абонента и подтверждает удаление: MAP: CANCEL_LOCATION_Response.

14. HLR принимает решение об обслуживании абонента в новом коммутаторе. При положительном решении информирует новый

VLR об услугах, доступных абоненту: MAP: INSERT_SUBSCRIBER_DATA_Request (MSISDN, данные об основных и

дополнительных услугах абонента, о контролируемых VLR запретах, о подписке CAMEL и т.д.).

15. VLR подтверждает полученную абонентскую информацию: MAP: INSERT_SUBSCRIBER_DATA_Response

16. HLR подтверждает регистрацию абонента: MAP: UPDATE_LOCATION_Response (HLR-ISDN).

17. VLR возвращает MS подтверждение регистрации: BSSAP: LOCATION_UPDATING_ACCEPT (TMSI, LAI).

В результате проведенного обмена сигнальной информацией:

• В SIM-карте MS записано новое значение LAI и новый TMSI.
• В новом VLR создана запись об абоненте, включая данные о LA, в которой абонент находится.
• В старом VLR запись об абоненте ликвидирована.
• В HLR обновлены данные о местоположении MS – сохранены адреса MSC и VLR.

Исходящий вызов

Рис. 9

Входящий вызов

Доставка вызова в обслуживающий коммутатор:

Рис. 10.

MSRN – Mobile Station Roaming Number

1. В GMSC поступает начальное адресное сообщение: ISUP: IAM (MSISDN-B).

2. GMSC преобразует первые цифры MSISDN-B в адрес HLR-B в сети ОКС-7.

3. GMSC направляет в HLR-B запрос о маршрутизации вызова: MAP: SEND_ROUTING_INFO_Request (MSISDN-B).

4. HLR проверяет: - нахождение абонента в разрешенной сети;

Подписку на услугу;

Отсутствие запретов;

Необходимость переадресации.

5. HLR преобразует VLR-ISDN в адрес VLR в сети ОКС-7.

6. HLR направляет в VLR запрос о предоставлении роумингового номера: MAP: PROVIDE_ROAMING_NUMBER_Request (IMSI).

7. VLR проверяет, подключен ли абонент в данный момент (IMSI Attached/Detached). При положительном результате – ассоциирует

IMSI с одним из MSRN из диапазона номеров (например, присваивает абоненту MSRN 7-495-xyz-3333).

8. VLR возвращает в HLR выделенный роуминговый номер: MAP: PROVIDE_ROAMING_NUMBER_Response (MSRN).

9. HLR пересылает MSRN в GMSC: MAP: SEND_ROUTING_INFO_Response (MSRN).

10.GMSC анализирует первые цифры MSRN и определяет маршрут, формирует и отправляет IAM, в которое включает MSRN. IAM

поступает в MSC: ISUP: IAM (MSRN).

11.MSC ассоциирует поступивший вызов с определенным абонентом (с IMSI) и освобождает MSRN. MSC запрашивает у VLR

значения LAI и TMSI. Преобразует LAI в адрес того BSC, который обслуживает соты данной LA.

12.MSC дает команду BSC послать пейджинговые сообщения по всем сотам локальной области: BSSAP: Paging (TMSI, LAI, IMSI).

BSC организует передачу пейджинга на радиоинтерфейсе Paging Request (TMSI).

Установление входящего вызова (обслуживающий MSC – MS):

Рис. 11.

Подробную информацию об эволюции сетей мобильной связи, текущем состоянии, трендах и перспективах ее развития читайте в новейшей книге-справочнике "Мобильная связь на пути к 6G ".

Модель ОКС №7 состоит из двух частей:

§ подсистемы пользователей и приложений (верхние уровни);

§ подсистемы передачи сообщений (MTP) (нижние уровни).

Функциональная архитектура ОКС №7 включает четыре уровня, три из которых входят в состав подсистемы передачи сообщений МТР. Подсистемы пользователей образуют параллельные элементы на четвертом функциональном уровне (рис. 15).

Рис.

На рис. определены следующие подсистемы:

§ SCCP - управление соединением сигнализации;

§ TCAP - обработка транзакций;

§ MAP - пользователи подвижной связи (GSM);

§ ISUP - пользователи ISDN;

§ TUP - пользователи ТфОП;

§ INAP - пользователи интеллектуальной сети;

§ OMAP - техническое обслуживание и эксплуатация.

§ MTP - подсистема передачи сообщений, объединяет первые три уровня модели ОКС №7.

Кроме указанных на рис. подсистем существуют дополнительные пользовательские подсистемы, определенные для конкретных технологий и стандартов связи.

На рис. 16 представлены функциональные уровни модели ОКС №7. Рассмотрим функции каждого уровня:

§ Уровень 1 (функции звена данных сигнализации) определяет физические, электрические и функциональные характеристики звена данных сигнализации и средства доступа к нему. Элементам уровня 1 является канал связи для звена сигнализации. Детальные требования к звену данных сигнализации приведены в рекомендации МСЭ Q.702.

Рис.

§Уровень 2 (функции звена сигнализации) определяет функции и процедуры, относящиеся к передаче сигнальных сообщений по отдельному звену сигнализации. Функции уровней 1 и 2 образуют звено сигнализации, обеспечивающее надежную передачу сигнальных сообщений между двумя пунктами сети сигнализации. Функциями звена сигнализации являются деление сигнальных сообщений на сигнальные единицы, обнаружение ошибок в сигнальных единицах, исправление ошибок, обнаружение отказа звена сигнализации, восстановление звена сигнализации и др.

§ Уровень 3 (функции сети сигнализации) определяет функции и процедуры передачи, общения различных типов звеньев сигнализации и независимые от работы каждого из них. Эти функции подразделяются на две большие категории:

§ функции обработки сигнальных сообщений, которые при правильной передаче сообщения передают его по звену сигнализации или в соответствующую подсистему пользователя;

§ функции управления сетью сигнализации, которые на основе заранее определенных данных и информации о состоянии сети сигнализации управляют маршрутизацией сообщений и конфигурацией средств сети сигнализации. В случае изменения состояний они обеспечивают также изменение конфигурации сети и другие меры, необходимые для обеспечения или восстановления нормальной работы сети сигнализации. Различные функции уровня 3 взаимодействуют друг с другом и с функциями других уровней посредством команд и индикаций. Детальные требования к функциям сети сигнализации приведены в рекомендации МСЭ Q.704.

§ Уровень 4 (функции подсистемы пользователя) состоит из различных подсистем пользователей, каждая из которых определяет функции и процедуры сигнализации, характерные для определенного типа пользователя системы. Набор функций подсистемы пользователя может значительно различаться для разных категорий пользователей системы сигнализации. В общем виде можно выделить две группы пользователей:

o пользователи, для которых большинство функций связи определено в системе сигнализации. Например, функции управления вызовами телефонии с соответствующей подсистемой пользователя телефонии;

o пользователи, для которых большинство функций связи определено вне системы сигнализации. Например, использование системы сигнализации для передачи информации, касающейся управления и техобслуживания. Для таких «внешних пользователей» подсистема пользователе может рассматриваться как интерфейс типа «почтовый ящик» между подсистемой внешнего пользователя и функцией передачи сообщений, в которой, например, передаваемая информация пользователя собирается / разбирается в соответствующие форматы сигнальных сообщений.

Система сигнализации №7 (Signaling System 7, SS7) была разработана в целях замены предыдущих систем сигнализации по информационным каналам (inband signaling). (В российской технической литературе SS7 называют также общеканальной системой сигнализации, или ОКС-7.) Она служит для обмена информацией управления вызовами между цифровыми коммутирующими станциями для поддержки как голосовых, так и не голосовых служб. Благодаря введению баз данных, SS7 позволяет также предоставлять компаниям и частным лицам такие дополнительные услуги, как звонки с оплатой вызываемым абонентом, идентификация вызывающего абонента и т. п. Сигнальная система №7 образует свою собственную сеть параллельно цифровой сети связи.

Сигнальные точки SS7

Система сигнализации №7 образует свою собственную сеть, сигналы которой передаются по иным путям, нежели голос и данные. До ее появления установление телефонного соединения происходило по тем же физическим каналам, что и разговор между абонентами. Это было возможно благодаря тому, что служебные сигналы никогда не передавались одновременно с пользовательской информацией.

При сигнализации по внешним каналам служебная информация передается по независимым цифровым - так называемым сигнальным - каналам с пропускной способностью 56 или 64 Кбит/с (в США сигнальные каналы имеют пропускную способность преимущественно в 56 Кбит/с, а в России - исключительно в 64 Кбит/с).

В отличие от ISDN, где абоненты и коммутаторы могут посылать друг другу служебные сигналы по каналу D, система сигнализации 7 предусматривает обмен служебной информацией по общим каналам только между компонентами сети. Она используется при взаимодействии между тремя классами устройств: точками коммутации сервиса (Service Switching Point, SSP), точками передачи сигнала (Signal Transfer Point, STP) и точками управления сервисом (Service Control Point, SCP). (Отметим, что как русские, так и английские расшифровки перечисленных аббревиатур могут отличаться.) Обобщенно данные устройства называются сигнальными точками, или узлами SS7.

SSP - это телефонные коммутаторы с SS7-совместимым программным обеспечением; они являются начальными (и конечными) точками сигнальных каналов. STP представляют собой коммутаторы пакетов сети SS7; они принимают поступающие сигнальные сообщения и маршрутизируют их к конечному адресату. SCP содержат базы данных; они предоставляют необходимую информацию для обработки вызовов. Каждое из устройств изображается на диаграммах своим стандартным символом.

Сообщения SS7 формируются на получившей вызов абонента SSP. Как правило, такой коммутатор располагается на телефонной станции оператора связи. Однако это может быть и корпоративная УАТС. Если SSP на вызывающем конце знает, куда маршрутизировать вызов, то он обращается к ближайшему STP с запросом на установление соединения с SSP на принимающем конце (см. Рисунок 1). Так, при междугородном звонке начальный SSP может определить конечный SSP по первым шести цифрам десятизначного номера. Например, в номере 095-253-92-28 первые три цифры - код Москвы, а три следующие - код АТС. В случае, если маршрут неизвестен, как с 800-ми номерами для бесплатных звонков в США, STP обращается к базе данных SCP для получения информации о маршрутизации вызова. 800-е телефонные номера являются, так сказать, виртуальными, они не привязаны к конкретной абонентской линии. Поэтому для определения реального номера STP и вынужден обращаться к базе данных.

Базы данных используются для выполнения функции под названием «трансляция глобального заголовка» (global title translation), с помощью которой STP определяет целевой SSP посредством преобразования глобального цифрового заголовка (набираемого звонящим номера, в том числе номера с оплатой вызываемым абонентом, номера телефонной карты или номера сотового телефона) в соответствующий маршрут. В случае сотовых телефонов процесс трансляции заголовка позволяет установить также идентификационный номер вызываемого мобильного телефона, так как, вообще говоря, сотовые телефоны не имеют телефонных номеров как таковых. Кроме того, с помощью SS7 коммутаторы с SSP могут передавать на SCP информацию об оплате.

Не все STP похожи друг на друга. Местные STP обслуживают только внутренний трафик в пределах локальной области доступа и передачи (Local Access and Transport Area, LATA), в то время как межсетевые STP обеспечивают взаимодействие между LATA. Международные STP осуществляют преобразование несколько отличной американской версии SS7, определенной ANSI в Т1.111, в международную версию, стандартизованную ITU-T в Q.700-Q.741. Шлюзовые STP предоставляют интерфейс между телефонными сетями общего пользования и другими службами, например с операторами сотовой связи.

Своей надежностью телефонная сеть обязана во многом наличию множества резервных каналов между узлами SS7. Практически все STP и SCP реализуются парами, а большинство SSP связаны с двумя и более STP. Во многих случаях соединения проходят по различным физическим путям.

Сигнальные каналы SS7

Сигнальные каналы SS7 характеризуются в соответствии с их ролью в сигнальной сети. Фактически все каналы идентичны в том смысле, что они представляют собой двунаправленные каналы передачи данных, имеют одинаковую пропускную способность и поддерживают одни и те же низкоуровневые протоколы. Главное отличие состоит в их назначении.

Каналы A (от английского access, т. е. «доступ») связывают STP с SSP и SCP. Последние две обобщенно называются конечными сигнальными точками. Каналы A предназначаются исключительно для доставки сигналов от и к конечным точкам. При необходимости, например, передать информацию другому узлу, SSP (или SCP) отправляет ее ближайшему STP по каналу A, а тот уже занимается дальнейшей маршрутизацией сообщения.

Каналы C (от английского cross, т. е. «перекрестный») соединяют между собой образующие пару STP. Они позволяют увеличить надежность сигнальной сети в случаях, когда другие каналы становятся недоступными.

Каналы B, D или B/D (от английского bridge, т. е. «мост», и diagonal, т. е. «диагональ») связывают две пары STP между собой. Их основная функция состоит в передаче сигналов по сигнальной сети. Каналы B связывают STP одного уровня, а каналы D - STP на различных уровнях иерархии. Однако из-за отсутствия четкой иерархии такие каналы маркируются иногда как B/D.

Каналы E (от английского extended, т. е. «расширенный») обеспечивают резервные соединения конечных точек сигнальной сети с другой парой STP на случай, если ближайшая пара STP окажется недоступна по каналам А. Каналы E могут и отсутствовать, все зависит от реализованного уровня избыточности.

Каналы F (от английского fully associated, т. е. «полностью ассоциированные») реализуют прямое соединение между двумя конечными сигнальными точками. Однако их применение ограничено из-за того, что они обходят предусматриваемые STP функции защиты.

Формат сигнальных пакетов

Информация передается по сигнальным каналам в виде сообщений, называемых сигнальными пакетами (Signal Unit, SU). Протокол SS7 определяет три типа сигнальных пакетов:

• сигнальный пакет с сообщением (Message Signal Unit, MSU);
• сигнальный пакет с состоянием канала (Link Status Signal Unit, LSSU);
• сигнальный пакет с заполнением (Fill-in Signal Unit, FISU).

Сигнальные пакеты передаются по любому действующиму каналу в обоих направлениях. При отсутствии MSU или LSSU для передачи сигнальная точка будет передавать по каналу FISU. В соответствии со своим названием, FISU «заполняют» сигнальный канал в отсутствии полезной информации.

Передаваемая информация разбивается на блоки длиной по восемь бит, называемые октетами. Сигнальные пакеты отделяются друг от друга ограничителем «01111110». Этот флаг сигнализирует одновременно о конце предыдущего пакета и о начале следующего.

Все три типа сигнальных пакетов имеют ряд общих полей (см. Рисунок 2). Кроме флага, это поля контрольной суммы, указателя длины, а также BSN/BIB и FSN/FIB.

Контрольная сумма служит для проверки наличия в передаваемом пакете ошибок. При наличии ошибок принимающая сторона запрашивает повторную передачу.

Указатель длины сообщает о числе октетов между данным полем и контрольной суммой. Он служит, в частности, для установления типа сигнального пакета. Как видно из Рисунка 2, указатель длины для пакета FISU равен 0, для LSSU - 1 или 2, а для MSU он больше 2.

BSN/BIB и FSN/FIB содержат обратные порядковый номер и сигнальный бит (BSN/BIB) и прямые порядковый номер и сигнальный бит (FSN/FIB). Эти поля предназначены для подтверждения приема SU и для обеспечения приема пакетов в том же порядке, в каком они были переданы. Они также служат для обеспечения контроля за потоками.

FISU не имеют никаких других полей, кроме перечисленных. Как уже говорилось, их назначение состоит в заполнении канала в отсутствии LSSU или MSU для передачи. Они позволяют, кроме того, осуществлять непрерывный мониторинг качества связи посредством проверки правильности контрольной суммы в отсутствии сигнального трафика.

LSSU служит для передачи информации о состоянии канала между узлами по обеим сторонам канала. Эта информация размещается в поле состояния. Она сообщает о качестве принимаемого сигнального трафика, о состоянии процессоров и т. п. LSSU не содержат никакой адресной информации, так как они пересылаются только между двумя соседними точками.

Вся сигнальная информация об установлении и разрыве соединений, о запросах и ответах базы данных и управлении сетью SS7 передается в пакетах MSU. В свою очередь, MSU делятся на несколько видов в соответствии с их функцией и содержимым: управление сигнальной сетью, тестирование и эксплуатация сигнальной сети, SSCP и ISUP. Тип содержимого пакета указывается в октете служебной информации. Само же содержимое размещается в поле сигнальной информации.

Стек протоколов SS7

Стек протоколов SS7 состоит из четырех слоев, или уровней (см. Рисунок 3). Нижние три уровня объединены под общим названием «блок передачи сообщений» (Message Transfer Part, MTP). Три уровня MTP соответствуют трем нижним уровням семиуровневой модели OSI.

MTP уровень 1 аналогичен физическому уровню модели OSI. Он определяет различные физические интерфейсы между сигнальными точками. Физические каналы между STP и их локальными SSP и SCP имеют, как правило, пропускную способность 56 или 64 Кбит/с; физические же каналы между самими STP имеют обычно пропускную способность 1,544 Мбит/с и выше.

MTP уровень 2 соответствует канальному уровню модели OSI. Он обеспечивает обнаружение и исправление ошибок с использованием 16-разрядного циклического избыточного кода. При обнаружении ошибки он запрашивает повторную передачу.

MTP уровень 3 выполняет те же функции, что и сетевой уровень модели OSI. Он осуществляет разбор сообщения для определения того, кому оно предназначено. Если адресат сообщения находится в сфере действия местной сигнальной точки, то третий уровень доставляет сообщение по назначению; в противном случае, он осуществляет маршрутизацию сообщения для определения следующего узла на пути к адресату.

Кроме того, третий уровень отвечает за определение состояния узлов и каналов: наступления аварии, надежности функционирования, состояния перегрузки, факта отключения/включения. Он выбирает альтернативные маршруты и посылает управляющие сообщения об изменениях в состоянии каналов на соседние сигнальные точки.

Четвертый уровень стека SS7 охватывает с четвертого по седьмой уровни модели OSI. Он состоит из двух параллельных комплектов протоколов: пользовательского блока ISDN (ISDN User Part, ISUP) и блока управления сигнальным соединением/прикладного блока поддержки транзакций (Signaling Connection Control Part/Transaction Capabilities Application Part, SCCP/TCAP).

ISUP порождает, управляет и завершает как ISDN-, так и не-ISDN-соединения между устройствами в телефонной сети общего пользования. Таким образом, несмотря на свое название, ISUP служит для осуществления как ISDN-, так и не-ISDN-вызовов. Однако в случае ISDN он поддерживает такие дополнительные виды услуг, как переадресация вызова, идентификация вызывающей линии, закрытые пользовательские группы, межпользовательская сигнализация и т. п. В качестве транспорта ISUP использует непосредственно MTP. В случае, если вызов порождается и завершается на одном и том же коммутаторе, сигнализация ISUP не применяется.

SCCP служит для поддержки сервисов между STP и базами данных. Соответствующий транспортному уровню модели OSI, SCCP предоставляет более подробную адресную информацию, нежели MTP, так как последний идентифицирует только конечную сигнальную точку. SCCP же позволяет идентифицировать конкретную базу данных на SCP.

Адресуемый с помощью SCCP, сам запрос к базе данных передается и возвращается TCAP. В сообщениях TCAP размещается такая информация, как сведения о маршруте, чтобы ISUP мог узнать, кому адресовать вызов. После завершения разговора TCAP может передать требуемую информацию об оплате в соответствующую учетную базу данных. В случае, например, мобильных пользователей TCAP передает идентификационные сообщения и извещает базу данных SCP о местонахождении сотовых телефонов.

ОКС-7 В России

С переводом международных сетей связи в цифровой формат задача внедрения соответствующих систем и, как следствие, ОКС-7 встала и перед российской отраслью связи. Принципы построения национальной сигнальной сети заложены в «Основных положениях по структуре сети ОКС-7 РФ». Вместе с тем создаваемая сеть отличается как от американского, так и от международного стандартов наличием ряда дополнительных сообщений и другими особенностями.

Дмитрий Ганьжа - ответственный редактор LAN. С ним можно связаться по адресу: [email protected] .

Ресурсы

Хорошее интерактивное введение в SS7 с описанием протоколов MTP, ISUP, SSCP и TCAP можно найти на сервере компании Microlegend http://www.microlegend.com/whatss7.htm .

Краткий курс для самостоятельного изучения с контрольными вопросами имеется на сервере Bell Atlantic http://www.webproforum.com/bell-atlantic2/full.html .

Принципы внедрения и построения сети ОКС-7 в России изложены в докладе «Система общеканальной сигнализации №7» http://www.astu.astranet.ru/rus/astu/ library/telecom/netcomm/seti/index.htm .

Подробное изложение SS7 дается в книге Тревиса Рассела «Signaling System #7», 2-е издание, изд-во McGraw-Hill, 1998 г.

ОКС №7 – система сигнализации, при которой информация управления установлением соединения (сигнализация) для всех разговорных каналов и/или каналов передачи данных передается в виде блоков данных (сигнальных сообщений) по одному общему каналу сигнализации, который может быть реализован в любом временном интервале (кроме нулевого) одного из первичных трактов ИКМ, входящий в пучок, соединяющий напрямую две взаимодействующие АТС.

ОКС №7 обладает функциями обнаружения и исправления ошибок, вызванных воздействием помех на средства передачи, и автоматической реконфигурацией маршрутов в случае отказов сетевых элементов.

Для повышения надежности в другом ИКМ-тракте пучка, организуется канал для передачи данных ОКС7. Все остальные временные интервалы системы (кроме нулевых) при использовании ОКС7 могут быть задействованы для передачи речи или данных пользователя. Один канал ОКС7 может обслуживать около 4000 разговорных каналов.

Множество всех функций системы ОКС7 представлено в виде совокупности функциональных блоков, именуемых подсистемами, определенным образом взаимодействующих между собой и поддерживающих друг друга. Один и тот же уровень предоставляет услуги вышестоящему уровню и пользуется услугами нижестоящего. Каждый уровень содержит вполне определенное множество функций и взаимодействует со смежными уровнями через четко определенные интерфейсы. В одном уровне может размещаться несколько подсистем; одна подсистема может выполнять функции одного или нескольких смежных уровней.

Первоначально спецификации ОКС7 базировались на требованиях управления телефонными каналами. Чтобы удовлетворить эти требования, система ОКС7 была специфицирована в четырех уровнях – подсистема переноса сообщений, охватывающая уровень 1-3 и подсистемы-пользователи, уровень 4. Когда возникли новые требования, например, для обмена информацией с базами данных, система ОКС7 была расширена новыми функциями.

Основными подсистемами ОКС7 являются:

• 
  MTP – message transfer part – подсистема передачи сообщений
• 
  UP – user part – подсистема пользователей услуг МТР

Подсистема МТР формирует и предоставляет услуги переноса сигнальной информации в виде сигнальных сообщений от пункта-отправителя через сеть ОКС к пункту-адресату. Пользователи услуг МТР - это подсистемы, которые, в свою очередь, предоставляют свои услуги либо подсистемам, расположенным выше, либо непосредственно пользователям системы ОКС7, каковыми являются разнообразные прикладные процессы узлов сети связи.

Модель OSI содержит семь уровней, модель ОКС7 содержит только четыре уровня. Функции, выполняемые этими четырьмя уровнями, определенным образом соотносятся с функциями семи уровней модели OSI. Сопоставление двух моделей приведено на рисунке.

Два первых уровня модели ОКС7 - звена пердачи данных и сигнального звена - обеспечивают обмен сигнальной информацией между двумя смежными пунктами сигнализации.

Уровень 1 – физический – функции звена передачи данных .

Преобразует цифровые данные в битовый поток для переноса информации по сети. Этот уровень задает механические и электрические характеристики, соответветствующие используемому физическому интерфейсу. Электрические характеристики: способ кодирования (для передачи цифрового сигнала на большие расстояния), перечень аварийных сигналов (на случай потери синхронизации или самого сигнала).

Уровень 2 – звеньевой (канальный) – функции сигнального звена .

Задача этого уровня состоит в надежной передаче информации (для этого используется какой-либо метод обнаружения и исправления ошибок), а так же контроль последовательности передачи блоков данных.

При приеме потока информации с физического уровня уровень звена данных выделяет из него блоки данных (в качестве разделителя используется специальную битовую последовательность, нигде не повторя­ющуюся внутри блока). Перед передачей блоков данных к вышестоящему уровню, уровень звена данных удаляет из них управляющую информацию.

При приеме данных с вышестоящего уровня управляющая информация добавляет­ся к блокам данных перед передачей их на физический уровень.

Три нижних уровня модели ОКС7 образуют подсистему переноса сообщений МТР. Однако реализованный в подсистеме МТР третий, сетевой уровень, содержит не все функции сетевого уровня модели OSI. Для переноса сообщений по сети ОКС7 подсистема МТР использует дейтаграммный способ с эмуляцией работы по виртуальному каналу. Чтобы повысить надежность передачи сообщений по виртуальному каналу, сетевой уровень МТР предусматривает ремаршрутизацию сообщений при перегрузке или при отказе основного маршрута или смежного узла.

Для поддержки новых услуг (в том числе, услуг Интеллектуальной сети и мобильной связи) и для реализации недостающих функций сетевого уровня OSI в модель ОКС7 введена подсистема управления сигнальными соединениями (SCCP - Signaling connection control part). Подсистемы МТР и SCCP совместно образуют подсистему сетевых услуг (NSP - Network service part). Используя услуги МТР, подсистема SCCP обеспечивает организацию в сети ОКС7 виртуальных соединений и может предоставлять сетевые услуги, как ориентированные на та­кие соединения, так и не требующие их создания.

Возможности МТР в области адресации являются ограниченными, так как эта подсистема может направлять сообщения только в те логические точки пункта сигнализации, адреса которых указаны в четырехбитовом поле индикатора службы октета SIO. Таким образом, в пределах конкретного пункта сигнализации МТР имеет возможность распределять сообщения к любому из максимум 16 пользователей, что явно недостаточно. Подсистема SCCP имеет расширенные возможности, рассматривая всех своих локальных пользователей как подсистемы (обращение к которым происходит путем использования их номеров) и применяя при адресации сообщений совокупность кода пункта назначения с номером подсистемы. Для идентификации конкретного адреса может обеспечиваться вычисление кода пункта сигнализации и номера подсистемы из так называемого глобального адреса (GT, Global title).

В дополнение к расширенным возможностям адресации подсистема SCCP предостав­ляет четыре различные по надежности класса обслуживания (режима доставки сообщений), которые могут быть затребованы вышестоящей подсистемой.

Такое разделение функций между двумя подсистемами оправдывается следующими соображениями. Во-первых, далеко не для всех протоколов сигнализации нужны расширенные функциональные возможности SCCP в отношении адресации и режимов повышенной надежности доставки сообщений. Во-вторых, благодаря выделению функций SCCP в отдельную подсистему оказалось возможным оптимизировать характеристики уровня 3 подсистемы МТР. Необходимость же применения SCCP вызвана тем, что многие приложения, использующие систему ОКС7, не требуют одновременного установления речевой связи и использование для них подсистем-пользователей (например, TUP или ISUP) является неэффективным.

В системе ОКС7 пока не специфицированы подсистемы, предоставляющие услуги, ориентированные на установление соединений, вследствие чего транспортный, сеансовый и прикладной уровни в том виде, в каком они определены в модели OSI, в модели ОКС7 отсутствуют.

Четвертый уровень модели ОКС7 образуют подсистемы-пользователи услугами МТР и/или SCCP, такие как:

TUP (Telephone user part) - подсистема-пользователь, поддерживающая сигнализа­цию телефонной сети;

DUP (Data user part) - подсистема-пользователь поддерживающая сигнализацию сети передачи данных;

ISUP (ISDN user part) - подсистема-пользователь, поддерживающая сигнализацию телефонной сети, сети передачи данных и цифровой сети интегрального обслужива­ния (ISDN);

и т.д.
МТР1 – определяет характеристики передачи по каналу ОКС.

МТР2 – доставка с требуемой достоверностью информации на сети ОКС.

МТР3 – маршрутизация сигнальной информации от подсистемы-пользователя (UP) одного пункта сигнализации (SP) до одноименной подсистемы-пользователя (UP) другого пункта сигнализации (SP) в пределах конкретной сети ОКС.
страница 1