Общеканальная межстанционная сигнализация – CCS -7

 

В электромеханических системах АТС для связи между станциями по соединительным линиям используются системы сигнализации, в которых линейные сигналы и сигналы управления (маршрутизации) передаются по тем же самым линиям или каналам, по которым передаются речевые сигналы. Такие системы сигнализации называются децентрализованными (рисунок 1). В децентрализованных системах сигнальная информация передается по индивидуальным разговорным каналам или по выделенным сигнальным каналам, которые придаются каждому каналу телефонной связи.

 

 

 

Рисунок  1 – Децентрализованная система сигнализации

 

С появлением систем коммутации с программным управлением появилась возможность использования централизованных систем сигнализации (ЦСС). В этом случае для передачи сигналов организуется специальный общий канал сигнализации (ОКС), по которому передаются все сигналы, необходимые для установления соединений для одной или нескольких групп каналов (рисунок 2). Сигналы передаются двоичным кодом. Каждый сигнал содержит адрес, указывающий, к какому речевому каналу относится данный сигнал. Код сигнала, адрес и при необходимости другая дополнительная информация составляют сигнальную единицу.

 

 

 

Рисунок 2 – Централизованная система сигнализации по общему каналу сигнализации

В отличие от традиционных, система сигнализации по общему каналу позволяет передавать сигнальную информацию между системами коммутации не для одного конкретного разговорного канала, а для целого пучка объемом до 1000 разговорных каналов по одному общему сигнальному каналу.

Основными преимуществами общеканальной сигнализации являются:

• скорость - вбольшинстве случаев время установления соединения не превышает одной секунды;

• высокая производительность - один каналсигнализации способен одновременно обслужить множество телефонных вызовов;

• экономичность - по сравнению с традиционными системами сигнализации сокращается объем оборудования на коммутационной станции;

• надежность - достигается за счет возможности альтернативной маршрутизации всети сигнализации;

• гибкость - система передает любые данные, не только данные телефонии, но и данные цифровых сетей с интеграцией служб (ISDN), сетей подвижной связи, интеллектуальных сетей и др.

В современных цифровых АТС используются как децентрализованные, так и централизованные системы сигнализации. ДСС в основном применяются для связи с АТС электромеханических систем, а также однотипными станциями при малом числе соединительных линий в пучке, когда организация ОКС не экономична. ЦСС обеспечивают связь с однотипными АТС.

Будучи разработанной для традиционной телефонии, в ОКС №7 изначально были заложены большие возможности для управления другими услугами связи. В 80-х годах система сигнализации ОКС №7 интенсивно разрабатывалась ведущими производителями коммутационного оборудования и параллельно утверждалась в качестве стандарта МККТТ (МСЭ). Уже сейчас ОКС №7 является обязательным элементом следующих цифровых сетей связи:

• телефонной сети общего пользования (ТфОП);

• цифровой сети с интеграцией служб (ЦСИС (ISDN));

• сети связи с подвижными системами (ССПС);

• интеллектуальной сети (ИС).

Взаимодействие данных сетей также осуществляется посредством ОКС №7 с использованием специализированных протоколов TUP, ISUP, MAP, INAP.

Основные моменты:

* При использовании сигнализации ОКС№7 для всех пользовательских каналов выделяется один или несколько общих каналов сигнализации.

* В качестве общего канала сигнализации в цифровых соединительных линиях формата первичной ИКМ (PCM line) может быть использован любой КИ (time slot), кроме нулевого.

* Один общий канал сигнализации может передавать информацию для пользовательских каналов множества цифровых соединительных ИКМ линий.

* При использовании общего канала сигнализации в цифровых соединительных ИКМ линиях все 31 КИ могут быть пользовательскими каналами.

* В ОКС используется единый алфавит сигналов без деления на линейные сигналы и сигналы управления (регистровые). Вся информация, необходимая для продолжения обслуживания вызова, в соответствии с технологическим алгоритмом, принятым в сети, передается в виде одного сигнала.

* В ОКС используется пакетный способ передачи сигнальной информации.

* Для взаимодействия подсистем управления компонент сети в процессе обслуживания вызовов создается наложенная пакетная сеть ОКС.

Система ОКС №7 разработана с учетом ее согласования с эталонной моделью ВОС. Система ОКС №7 также построена по многоуровневому принципу, но уровни модели ОКС №7 не идентичны уровням эталонной модели ВОС. Нижние уровни ОКС №7: звено передачи данных сигнализации и канал передачи сигнализации полностью согласуются с физическим и канальным уровнями модели ВОС. Третий уровень ОКС №7 - сеть сигнализации не обеспечивает все функции сетевого уровня модели ВОС: не выполняются полностью функции маршрутизации. Все три уровня ОКС №7 вместе называются подсистемой передачи сообщений (Message Transfer Part - МТР). Сравнение между архитектурами ВОС и системой ОКС №7 приведено на рисунке 3.

 

 

Рисунок 3 – Соответствие уровней ОКС №7 и модели ВОС

 

Для выполнения всех функций сетевого уровня в модель ОКС №7 добавлена подсистема управления соединением сигнализации (Signalling Connection Control Part - SCCP), обеспечивающая обращение подсистемы передачи сообщений к сетевой услуге (как ориентированной на соединение, так и без соединения). Заметим, что высшие уровни модели ВОС непосредственно связываются с SCCP. Подсистема передачи сообщений МТР вместе с подсистемой управления сигнальными соединениями SCCP образуют подсистему сетевых услуг (Network Service Part - NSP).

ОКС №7 содержит следующие подсистемы:

МТР - передачи сообщений

SCCP - управления соединением сигнализации

ТСАР - обработки транзакций

MAP - пользователя подвижной связи (GSM)

ISUP - пользователя ISDN

TUP - телефонного пользователя

MUP - пользователя подвижной связи (NMT)

HUP - передачи сигналов управления в процессе разговора(NMT)

INAP - пользователя интеллектуальной сети (IN)

ОМАР - техобслуживания и эксплуатации

Подсистема передачи сообщений МТР является единой транспортной платформой, над которой расположена подсистемы пользователей и приложений (TUP, ISUP, MAP, MUP, HUP, INAP, ОМАР, SCCP, TCAP), предназначенные для обеспечения соответствующих услуг связи. Подсистема пользователей может быть реализована в нескольких версиях в зависимости от протоколов верхних уровней, которые предоставляют пользователям, возможно имеющим различные технические устройства, средства связи друг с другом. Подсистемы пользователей получают в свое распоряжение услуги по доставке информации в сети, предоставляемые подсистемой передачи сообщений МТР, предоставляющей транспортную услугу без соединения, но с упорядоченной последовательностью передачи.

Подсистема передачи сообщений МТР реализует следующие функциональные задачи:

МТР1 - функции звена данных сигнализации - обеспечивает канал звена сети ОКС.

МТР2 – функции звена сигнализации - обеспечивает доставку сигнальных единиц на звене сети ОКС с заданной достоверностью между двумя непосредственно соединенными пунктами сигнализации и контроль работоспособности.

МТР3 – функции сети сигнализации - обработка сигнальных сообщений, их распределение и  управление сетью ОКС.

Любая информация передается через звено сигнализации с помощью пакетов данных, называемых сигнальными единицами (Signal Unit - SU). Сигнальная единица (СЕ) состоит из поля сигнальной информации переменной длины, в котором передается информация, выработанная подсистемой пользователя, и нескольких полей фиксированной длины, в которых передается информация, служащая для управления передачей сообщений.

Различаются три типа сигнальных единиц:

• значащая сигнальная единица (Message Signal Unit - MSU), которая используется для передачи сигнальной информации, формируемой подсистемами пользователей или SCCP;

• служебная сигнальная единица или СЕ состояния звена (Link Status Signal Unit - LSSU), которая используется для контроля состояния звена сигнализации и формируется на третьем уровне МТР;

• заполняющая сигнальная единица (Fill In Signal Unit - FISU), которая используется для обеспечения фазирования звена при отсутствии сигнального трафика.

Непосредственное формирование сигнальных единиц выполняется на втором уровне подсистемы передачи сообщений МТР.

Значащие сигнальные единицы повторяются в случае ошибки, служебные сигнальные единицы и заполняющие сигнальные единицы не повторяются.

Формат сигнальных единиц определен в рекомендации Q.703. Основной формат сигнальных единиц показан на рисунке 4. Наиболее сложной по структуре является значащая сигнальная единица MSU. MSU состоит из ряда полей, в которых размещается фиксированное или переменное число битов.

Флаг (Flag - F) отмечает начало сигнальной единицы. Открывающий флаг данной сигнальной единицы обычно является закрывающим флагом предшествующей сигнальной единицы. Закрывающий флаг отмечает конец сигнальной единицы. Последовательность битов во флаге следующая: 01111110.

Для исключения имитации флага информацией, содержащейся в другой части сигнальной единицы, передающая часть оконечного устройства звена сигнализации (функции уровня 2) вставляет "0" после каждой последовательности из пяти "1" перед присоединением флага и передачей сигнальной единицы. В приемной части оконечного устройства звена сигнализации после обнаружения и отделения флага, каждый нуль, следующий за пятью "1", изымается. Такая операция называется битстаффингом.

Рисунок 4 – Форматы сигнальных единиц: а) значащая сигнальная единица MSU; б) сигнальная единица состояния звена LSSU; в) заполняющая сигнальная единица FISU

 

Порядковая нумерация сигнальных единиц включает прямой порядковый номер - ППН (Forward Sequence Number - FSN) и обратный порядковый номер - ОПН (Backward Sequence Number - BSN), FSN - порядковый номер сигнальной единицы, в составе которой он передается на противоположный пункт сигнализации. BSN - это порядковый номер подтверждаемой сигнальной единицы, которая принята с противоположного пункта сигнализации. Поля FSN и BSN занимают по 7 бит и представляют собой двоичные числа в циклически повторяющейся последовательности от 0 до 127.

Биты-индикаторы включают прямой бит-индикатор - ПБИ (Forward Indicator Bit - FIB) и об ратный бит-индикатор - ОБИ (Backward Indicator Bit - BIB). FIB и BIB совместно с FSN и BSN используются при основном методе защиты от ошибок для обеспечения правильной последовательности сигнальных единиц и для осуществления функций подтверждения.

Индикатор длины (Length Indicator - LI) служит для указания числа байтов, следующих за байтом индикатора длины и предшествующих проверочным битам, и является одним из двоичных чисел в интервале от 0 до 63 (так как занимает 6 бит). Индикатор длины идентифицирует три типа сигнальных единиц следующим образом:

LI = 0, если это заполняющая сигнальная единица FISU;

LI = 1 или 2, если это сигнальная единица состояния звена LSSU;

LI >2, если это значащая сигнальная единица MSU.

В национальных сетях сигнализации в случае, когда поле сигнальной информации занимает 62 байта и более (в некоторых случаях оно может быть до 272 байтов), индикатор длины принимает значение до 63.

Следует отметить, что индикатор LI не используется для определения длины сигнальной единицы (для этого служат флаги), а определяет тип сигнальных единиц.

Байт служебной информации (Signalling Information Octet - SIO) делится на индикатор службы (Service indicator - SI) и поле подвида службы (subservice field - SSF). Индикатор службы служит для установления соответствия сигнальной информации конкретной подсистеме пользователя и содержится только в значащих сигнальных единицах. Индикатор службы SI (4 младших бита SIO) кодируется следующим образом:

0000 - управление сетью сигнализации;

0001 - тест звена сигнализации;

0011 - SCCP-подсистема управления соединением сигнализации;

0100 - TUP-подсистема пользователя телефонии;

0101 - ISUP-подсистема пользователя ISDN;

Остальные кодовые комбинации - резерв.

Поле подвида службы SSF (4 старших бита SIO) содержит индикатор сети (биты С и D) и два резервных бита (биты А и В). Индикатор сети позволяет отличить международные сообщения от национальных. Поле SSF кодируется так:

 

биты D С В А.

SSF = 0 0 X X - международная сеть;

0 1 X X - резерв (только для международного применения);

1 0 X X - национальная сеть (в России - междугородная сеть);

1 1 X X - резерв для национального применения (в России и РБ - местная сеть).

Поле сигнальной информации (Signalling Information Field - SIF). Это поле предназначено для передачи полезной информации по звену сигнализации.

Сигнальная информация содержит информацию о реальном пользователе (один или более сигналов по обслуживанию телефонного вызова или передачи данных, информацию по управлению и техобслуживанию и т.д.) и информацию, определяющую тип и формат сообщения. В сигнальную информацию входит также этикетка, содержащая информацию, позволяющую направить сообщение:

• по его назначению функциями уровня 3 через сеть сигнализации (эта часть этикетки называется этикеткой маршрутизации);

• ктранзакции канала, вызова, управления или к другой транзакции, к которой относится сообщение, в принимающей подсистеме пользователя.

В соответствии с планом распределения кодов, составленным с целью определения адресации, этикетка маршрутизации предполагает присвоение каждому пункту сети сигнализации однозначного кода, содержащего 14 битов. Сообщения, получившие адрес на основе международных или национальных планов распределения кодов, различаются с помощью поля подвида службы SSF.

Этикетка маршрутизации содержит 4 байта и включает следующие поля (рисунок 5):

•  код пункта назначения (Destination Point Code - DPC);

• код исходящего пункта (Origination Point Code - ОРС);

• поле селекции звена сигнализации SLS.

DРС всегда задается и вводится пользователем МТР уровня 4 в этикетку маршрутизации. Вообще говоря, те же действия выполняются и по отношению к ОРС, но поскольку ОРС может быть постоянным, он может вводиться в этикетку подсистемой МТР.

 

Рисунок 5 – Этикетка маршрутизации

 

Поле SLS - код, используемый для разделения всей сигнальной нагрузки между разными звеньями одного пучка звеньев сигнализации или между разными маршрутами одного пучка маршрутов сигнализации. Для сигнальных единиц, относящихся к подсистемам пользователя TUP, ISUP. Поле SLS представляет собой четыре младших бита поля идентификации разговорного канала. Для реализации процесса разделения нагрузки на каждом пункте сигнализации с помощью специальной директивы можно задать номера битов поля SLS, на основании которых производится разделение нагрузки.

Для некоторых подсистем пользователя, кроме этикетки маршрутизации, в состав этикетки входит дополнительная информация. Имеется четыре типа этикеток: А для сообщений управления МТР; В для TUP; С для сообщений ISUP, ориентированных на соединение; D для сообщений SCCP.

Код идентификатора канала CIC служит в качестве этикетки сигнальных сообщений, ориентированных на соединение, например в подсистемах TUP и ISUP. Четыре младших бита этого поля (в подсистеме TUP) представляют поле селекции звена сигнализации SLS, используемое при необходимости для деления нагрузки. В подсистеме ISUP поле SLS - это отдельное поле по отношению к коду идентификатора канала.

Проверочные биты (Check Bits - СК) - это 16 битов информации для обнаружения ошибок, полученные путем линейных операций над предыдущими битами сигнальной единицы.                                                                            

Примечание: В сигнальных единицах состояния звена LSSU поле сигнальной информации SIO и байт служебной информации SIF заменяются полем состояния (Status Field - SF), которое формируется оконечным устройством звена сигнализации и содержит 8 или 16 байтов. Данное поле используется для контроля ошибок звена сигнализации. В заполняющих сигнальных единицах FISU поля SIO и SIF вообще отсутствуют.