Материал: Глава 10 СИСТЕМА ОБЩЕКАНАЛЬНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ №7

Глава 10

СИСТЕМА ОБЩЕКАНАЛЬНОЙ

СИГНАЛИЗАЦИИ №7

Iln'est de bonheur que dans les voies communes, франц.

(Счастье можно найти лишь на проторенных дорогах)

Ф. Шатобриан. «Репе»

10.1. Введение

Последние десятилетия характеризуются все более значительным воздействием компьютерных технологий на телефонию. Это обусловило и появление новых идей в области протоколов межстанционной сигнализации. Первые шаги в этом направлении были обусловлены введением цифровых систем передачи ИКМ, начиная с Т1, AT&T в 1962, и программного управления коммутационными узлами и станциями, начиная с ESS#1, AT&T в 1965 году.

Из-за первоначально большой стоимости управляющих процессоров и памяти узлов коммутации с программным управлением к началу 70-х годов перед инженерами-телефонистами возникли следующие задачи:

1) сохранение дорогостоящих ресурсов управляющего процессора, расходуемых во время сканирования каждой соединительной линии для протоколов сигнализации по выделенным сигнальным каналам;

2) сокращение времени установления соединения и снижение тем самым непроизводительного использования соединительных линий.

Решение этих задач было найдено на пути заимствования некоторых наиболее полезных технологий передачи данных. Этот подход был первоначально опробован при разработке (1964 -1968 гг., Зеленая книга ITU-Т) системы сигнализации по общему каналу №6 (ОКС6). Система ОКС6 полностью удаляет сигнализацию из разговорного тракта, используя отдельное общее звено сигнализации, по которому передаются все сигна­лы для нескольких трактов. Однако работающая по относительно медленным звеньям сигнализации с модемной связью на скорости 2400 или 4800 бит/с система ОКС6 не могла решить в достаточной степени две упомянутые выше задачи. Более того, со временем появились другие, более актуальные требования к протоколу общеканальной сигнализации:

3) многоуровневая архитектура протокола ОКС, обеспечивающая возможность модернизации отдельных компонент протокола сигнализации, не затрагивая других его частей;

4) универсальность системы сигнализации для разнообразных применений, включая телефонию, передачу данных, услуги ISDN, услуги для абонентов сетей мобильной связи, а также функции сетевого управления, эксплуатации и технического обслуживания;

5) обеспечение надежности связи, при которой потеря одного звена сигнализации не должна оказывать значительное отрицательное влияние на качество обслуживания в сети связи;

6) наличие качественных спецификаций, достаточно исчерпывающих для того, чтобы обеспечить различным производителям АТС самостоятельное внедрение протокола ОКС. Если спецификации чересчур подробны, сдерживается творчество производителя АТС. Если детализация системы недостаточна, различные реализации протокола ОКС не смогут взаимодействовать друг с другом. Одной из причин возникновения этих трудностей является зависимость между процессами управления обслуживанием вызовов в АТС и процедурами ОКС. Для достижения правильного баланса требуется тщательная разработка спецификаций, что достаточно подробно обсуждалось в главе 2.

Разработанная по этим требованиям система общеканальной сигнализации №7 стала применяемым во всем мире стандартом для международной и национальных телефонных сетей. Протокол ОКС7 обеспечивает все преимущества ОКС6 по обслуживанию вызовов и предоставляет также новые возможности по созданию телекоммуникационных услуг. Это осуществляется, в частности, с помощью подсистемы обеспечения возможностей транзакций (ТСАР) и организуемых на ее базе прикладной подсистемы подвижной связи стандарта GSM (MAP), прикладной подсистемы интеллектуальной сети (INAP) и др.

Целью разработки протокола ОКС7 также является высокая надежность передачи информации с минимальной задержкой, без потерь и без дублирования сигнальных сообщений. Помимо архитектуры самого протокола это достигается оптимизацией построения национальных сетей сигнализации ОКС7. Первая сеть общеканальной сигнализации, состоящая из 20 транзитных пунктов сигнализации STP, была введена в эксплуатацию компанией AT&T в 1976 в городах Мэдисон, Висконсин и Чикаго.

Принципы построения сети сигнализации, режимы связности, иерархическая структура и другие сетевые аспекты ОКС7 находятся несколько в стороне от тематики данной книги. К сожалению, несмотря на явную актуальность этой проблематики, отсутствуют современные книги на русском языке, поэтому автор вынужден адресовать заинтересованного читателя к прекрасным монографиям Трэвиса Руссела [126] и Ричарда Мантефилда [122], а также к рекомендации Q.705 Белой книги ITU-T и выразить надежду, что интенсивное развитие российской сети сигнализации ОКС7 найдет отражение в технической литературе.

Соответствие протокола ОКС7 эталонной модели взаимодействия открытых систем (ВОС или OSI в английской аббревиатуре) показано на рис. 10.1. Здесь сравнивается архитектура протокола ОКС7 с уровнями OS1. Следует подчеркнуть, что именно многоуровневая архитектура протокола обеспечивает гибкость введения служб и легкость техобслуживания сети сигнализации.

Нижние уровни протокола ОКС7 состоят из трех уровней подсистемы передачи сообщения МТР и подсистемы управления соединениями сигнализации SCCP. Эти три уровня МТР представляют собой:

уровень 1 звена передачи данных сигнализации,

уровень 2 звена сигнализации,

уровень 3 сети сигнализации.

Первые два уровня МТР обеспечивают функции звена сигнализации между двумя непосредственно связанными пунктами сигнализации.

Возможности, которые содержатся на сетевом уровне модели OSI, распределены в ОКС7 между третьим уровнем МТР и SCCP. Это обусловлено следующими соображениями: 1) не все протоколы сигнализации требуют использования расширенных возможностей адресации SCCP и передачи сообщений, не ориентированных на соединение, и 2) путем выделения функций SCCP в отдельную подсистему оказалось возмож­ным оптимизировать характеристики третьего уровня МТР. Подсистема SCCP является потребителем функциональных возможностей, расположенных в уровнях МТР, и обеспечивает как сетевые услуги в отсутствие соединения, так и услуги, ориентированные на соединение.

Верхние уровни в протоколе ОКС7 включают ТСАР и пользовательские подсистемы, упомянутые выше, а также сервисные элементы прикладного уровня (ASE), подсистему эксплуатации, технического обслуживания и административного управления (ОМАР) и другие прикладные подсистемы. Эти уровни используют услуги передачи, предоставляемые уровнями МТР и SCCP.

1SUP протокола ОКС7 обеспечивает функции сигнализации, необходимые для обслуживания вызовов в сети ISDN, а также для поддержки дополнительных услуг ISDN.

ТСАР обеспечивает набор возможностей для обслуживания вызова без установления соединения. Эти возможности можно использовать в одном узле для того, чтобы вызвать выполнение процедуры в другом узле. Пример такого использования - услуга 800, в которой оставшиеся цифры номера после кода 800 преобразовываются централизованной базой данных в физический адрес. Механизм предоставления услуг интеллектуальной сети (IN), поддерживаемый одним из сервисных элементов прикладного уровня (ASE) - подсистемой INAP, опирается на ТСАР.

Аналогичным образом обеспечиваются прикладные возможности и для подсистемы ОМАР технического обслуживания, координации и управления ресурсами сети.

Описанию этих подсистем посвящены следующие разделы данной главы. Ссылки на соответствующие рекомендации Белой книги ITU-T представлены в табл. 10.1.

Таблица 10.1. Перечень рекомендаций ITU-T серии Q по вопросам ОКС7

10.2. Подсистема передачи сообщений мтр

Как было отмечено в предыдущем разделе, передача сигнальной информации между пунктами сигнализации осуществляется подсистемой передачи сообщений МТР и подсистемой управления сигнальными соединениями SCCP.

Эти подсистемы не анализируют значения передаваемых сообщений, их задача - передавать информацию в неискаженной форме, без потерь, дублирования и ошибок, в установленной последовательности, от одного пункта сигнализации к другому. Благодаря гибкому механизму передачи возможно осуществлять реконфигурацию и управлять сигнальным трафиком при отказах в сети.

Уровень 1 подсистемы МТР определяет физические, электрические и функциональные характеристики канала передачи данных для звена сигнализации. Обычно используются каналы 64 кбит/с тракта ИКМ. Выполнение функций 1-го уровня, определяющих интерфейс со средой передачи, означает независимость функций более высоких уровней (уровни 2-4) от используемой среды передачи.

Уровень 2 подсистемы МТР определяет функции и процедуры, относящиеся к передаче сигнальных сообщений по звену сигнализации между двумя напрямую связанными пунктами сигнализации. Функции уровня 2 определяют структуру передаваемой информации по каждому звену и процедуры обнаружения и исправления ошибок. Сочетание функций уровней 1 и 2 организует звено сигнализации для передачи сигнальных сообщений.

Сигнальная информация передается между пунктами сигнализации в виде сообщений переменной длины, называемых сигнальными единицами.

Существует три типа сигнальных единиц:

• значащая сигнальная единица (MSU), которая используется для передачи сигнальной информации, формируемой подсистемами пользователей или SCCP

• сигнальная единица состояния звена (LSSU), которая используется для контроля состояния звена сигнализации

• заполняющая сигнальная единица (FISU), которая используется для обеспечения фазирования звена при отсутствии сигнального трафика.

Тип сигнальной единицы идентифицируется индикатором длины (LI) следующим образом:

Ы=0 - заполняющая сигнальная единица,

Ы=1 или 2 - сигнальная единица состояния звена,

Ы>2 - значащая сигнальная единица.

Наиболее сложной по структуре является значащая сигнальная еди­ница MSU. Ее формат согласно рекомендации ITU-T Q.703 представлен на рис. 10.2. MSU состоит из ряда полей, в которых размещается фиксированное количество битов. Формат MSU определяет каждое из полей внутри сообщения и присвоение значения каждому биту внутри сообщения. Исключение составляет поле сигнальной информации, которое оп­ределяется функциями четвертого уровня.

Флаг выполняет роль ограничителя сигнальных единиц, причем начало и конец каждой сигнальной единицы отмечается уникальной 8-битовой последовательностью. Обычно закрывающий флаг одной сигнальной единицы является открывающим флагом следующей сигнальной единицы. Последовательность битов флага следующая: 01111110.

Чтобы избежать имитации флага другой частью сигнальной единицы, передающая MSU станция вставляет ноль после каждой последовательности из пяти следующих друг за другом единиц, содержащихся в любой части MSU, кроме флага. Этот ноль изымается на приемном конце оконечного устройства звена сигнализации уже после обнаружения и отделения флагов

Обратный порядковый номер BSN, обратный бит-индикатор BIB, прямой порядковый номер FSN и прямой бит-индикатор FIB используются в методе исправления ошибок, описанном ниже.

Индикатор длины LI определяет длину сигнальной единицы, указывает количество байтов, следующих за индикатором длины и предшествующих проверочным битам, и принимает значения от 0 до 63. Превышающее 2 значение LI указывает на то, что данная сигнальная единица- MSU.

Байт служебной информации SIO делится на индикатор службы и на поле подвида службы. Например, SIO может указывать, что сообщение относится к подсистеме ISUP или к SCCP. В российских национальных спецификациях МТР индикатор сети в поле подвида службы кодируется следующим образом:

00 - международная сеть

01 - резерв для международной сети

10 - междугородная сеть

11 - местная сеть.

Прямой порядковый номер FSN - это порядковый номер сигнальной единицы, в составе которой он передается. Обратный порядковый номер BSN - это номер подтверждаемой сигнальной единицы. Прямой и обратный порядковые номера - это двоичные числа в циклически повторяющейся последовательности от 0 до 127.

Каждая MSU содержит 16 проверочных битов для обнаружения ошибок.

Поле сигнальной информации S1F может состоять максимум из 272 байтов, форматы и коды которых определяются подсистемой пользователей. В этом случае индикатору длины присваивается значение 63. В первых реализациях ОКС7 используются поля сигнальной информации максимум из 62 байтов в соответствии с ранними спецификациями МТР (Красная книга 1TU-T). Поле сигнальной информации SIF содержит информацию, которая должна передаваться между подсистемами пользователей двух пунктов сигнализации. МТР не распознает содержимое SIF, кроме этикетки маршрутизации, которая используется для маршрутизации сообщений в сети сигнализации. Не считая этой информации о маршруте, МТР просто передает содержащуюся в SIF информацию от уровня 4 одной АТС к уровню 4 другой АТС.

Обнаружение ошибок осуществляется с помощью 16 проверочных битов, передаваемых в конце каждой сигнальной единицы. Проверочные биты формируются АТС, которая передает сигнальную единицу. Прове­рочные биты получаются путем применения образующего полинома к информации в сигнальной единице.

Используется следующий образующий полином: х^|6+х^|2+х⁵+1. Он выбран таким образом, чтобы оптимизировать процесс обнаружения па­кетов ошибок при передаче.

Проверочные биты образуются из остатка от деления по модулю 2 x^k (х'⁵+х^|4+х^|3+х¹²+... x²+x+l) на образующий полином х'⁶+х'²+х⁵+1, где k - количество битов в сигнальной единице между последним битом открывающего флага и первым проверочным битом (исключая их самих, а также вставленные для исключения имитации флага биты), и остатка после умножения на х'⁶и деления на образующий полином x^+x'^+x^+l содержимого сигнальной единицы также между последним битом открывающего флага и первым проверочным битом (исключая их самих, а так­же вставленные для исключения имитации флага биты).

Передаваемые проверочные биты являются дополнением до «1» образовавшего остатка 16-битового поля, т.е. «1» меняются на «О» и наоборот. Это изменение производится для того, чтобы минимизировать вероятность ошибки в работе оборудования принимающей станции.

Проверочные биты анализируются на принимающей станции в соответствии с определенным алгоритмом. Если соответствия не обнаружено, регистрируется ошибка, а сигнальная единица стирается. Это стирание MSU приводит в свою очередь в действие механизм исправления ошибок.

Для ОКС7 предусмотрены два метода исправления ошибок.

Основной метод исправления ошибок применяется для звеньев сигнализации, в которых время распространения в одном направлении не превышает 15 мс. В противном случае используется метод превентивного циклического повторения. Примером использования метода превентивного циклического повторения может служить установление соединения через спутники. Сообщения, которые были искажены (например, из-за пакетов ошибок при передаче), передаются повторно в той же последовательности, в какой они передавались первый раз, и для уровня 3 не возникает никаких проблем с доставкой сообщений подсистемам пользователей без потерь и дублирования.

Если имеют место постоянные ошибки, уровень 3 информируется об этом для принятия соответствующего решения, например, для изменения маршрутизации сообщений через другое звено сигнализации.

Основной метод исправления ошибок - это метод с положительным или отрицательным подтверждением и повторной передачей сообщений, принятых с искажениями. Функции, входящие в механизм исправления ошибок, представлены на рис. 10.3.

Рис. 10.3. Функции исправления ошибок

Для передачи сигнальной информации от верхнего уровня АТС А к такому же уровню АТС Б сигнальные единицы передаются через уровень 3 МТР на уровень 2 МТР в АТС А. На уровне 2 АТС А имеются буфер передачи и буфер повторной передачи. Буфер передачи используется для сохранения MSU перед ее передачей по звену сигнализации, т.е. действует как запоминающее устройство до тех пор, пока пропускная способность звена сигнализации не позволит послать MSU. Буфер повторной передачи хранит копию MSU для случая ее приема в АТС Б с искажениями.

Каждая MSU содержит прямой порядковый номер (FSN), прямой бит-индикатор (FIB), обратный порядковый номер (BSN) и обратный бит-индикатор (BIB). Когда звено сигнализации функционирует нормально, FIB присваивается конкретное значение (например, 0), и BIB также присваивается это значение (0). Когда MSU принимается уровнем 2 на АТС А, она поступает в буфер передачи. Буфер передачи действует по принципу FIFO, т.е. принятая первой MSU должна первой передаваться. Когда звено сигнализации свободно и подходит очередь для передачи, следующей MSU присваивается величина FSN, равная величине FSN в последней значащей сигнальной единице плюс 1 (по модулю 128). MSU затем пере­дается на АТС Б. В буфер повторной передачи также вводится копия MSU.

В буфере приема на АТС Б FSN сравнивается с ожидаемой величиной (предыдущее значение FSN плюс 1). Если значение FSN совпадает с ожидаемым, MSU направляется на уровень 3 для обработки. Величина FSN копируется в поле BSN, а значение BIB остается неизменным. Величины BSN и BIB указывают АТС А на положительное подтверждение. При приеме правильных величин BSN и BIB на АТС А данная MSU удаляется из буфера повторной передачи.

Если сравнение величины FSN на АТС Б покажет противоречие, например, вследствие функционирования механизма обнаружения ошибок и стирания искаженных MSU, величина BIB изменяется на «1», и АТС А получает отрицательное подтверждение. В этом случае BSN присваивается значение последнего правильно принятого FSN.

При приеме отрицательного подтверждения на АТС А передача сигнальных единиц прерывается, и значащие сигнальные единицы, находя­щиеся в буфере повторной передачи, передаются повторно в том же порядке. Величина FIB меняется на «1», a FIB и BIB будут снова иметь одинаковые величины.

Метод исправления ошибок путем превентивного циклического повторения является методом с положительным подтверждением, циклическим повторением и упреждающим исправлением ошибок. Это означает, что отрицательное подтверждение не применяется, а для индикации искажения сообщения используется отсутствие позитивного подтверждения. Исправление ошибок достигается программируемым циклическим повторением неподтвержденных MSU. Каждая сигнальная единица содержит FSN и BSN (как и для основного метода), но FIB и BIB не используются и устанавливаются в «1».

В период отсутствия новых, предназначенных для передачи MSU начинается повторная передача MSU, хранящихся в буфере повторной передачи. Первоначальные FSN во время повторной передачи сохраняются. Если поступает новая сигнальная единица, циклическое повторение прекращается, а новая MSU передается с FSN, равным последнему присвоенному значению плюс 1 (по модулю 128). Если не принимаются следующие новые MSU, рекомендуется циклическое повторение.

Неискаженная сигнальная единица положительно подтверждается путем приема на АТС А значения BSN, равного присвоенному FSN. После положительного подтверждения соответствующая MSU стирается в буфере повторной передачи и больше недоступна для повторной передачи.

Одним из недостатков данного метода является то, что буферы передачи и повторной передачи могут перегружаться. Для предотвращения потери сообщения применяется процедура, называемая вынужденным повторением. Количество MSU и количество их байтов, хранящихся в буфере повторной передачи, непрерывно контролируются. Если тот или другой параметр достигает предварительно установленного предельного значения, новые MSU не принимаются, а приоритет отдается повторной передаче MSU, хранящихся в буфере повторной передачи. Цикл повторной передачи продолжается до тех пор, пока значения двух действующих параметров не упадут ниже указанных предельных значений.

Уровень 3 МТР ориентирован на выполнение функций сети сигнализации. Процедуры уровня 3 обеспечивают надежную передачу сигнальной информации от одной АТС к другой даже в случае отказов на уровнях 1 и 2. Уровень 3 обеспечивает управление звеньями сигнализации и включает функции обработки сигнальных сообщений для их маршрутизации в сети сигнализации, а также функции управления самой сетью сигнализации.