Система сигнализации ОКС-7
Введение
Система сигнализации № 7 - это универсальная
многофункциональная система межстанционной сигнализации, ориентированная на
поддержку практически всех уже известных, а также будущих услуг связи. Ее
огромный потенциал объясняется блочной функциональной архитектурой, где над
единой транспортной подсистемой (MTP) расположены подсистемы пользователей и
приложений (TUP, ISUP, MAP, TCAP, MUP и т. д.), предназначенные для обеспечения
соответствующих услуг связи. Экономический эффект от внедрения ОКС 7 (общеканальной
сигнализации) проявляется даже при обычной телефонной связи.
1. Основы построения технологии
ОКС-7
сигнализация
маршрутизация сообщение
На протяжении последних ста лет сигнализация
развивалась в рамках традиционной телефонии, причем за последние два
десятилетия ее эволюция ускорилась как никогда ранее благодаря сращиванию
компьютерных и коммутационных технологий.
В контексте телефонии под сигнализацией
понимается передача управляющей информации с целью установления/разъединения
двухточечных соединений. Сигнализация бывает трех типов - абонентская, т. е. на
участке между абонентским терминалом и коммутационной станцией,
внутристанционная и межстанционная. Пример абонентской сигнализации приведен на
рис.1, где показаны основные сигналы, передаваемые в процессе нормального
установления/разъединения соединения между двумя абонентами, подключенными к
одной коммутационной станции.
Рисунок 1 - Пример абонентской
сигнализации
Межстанционная сигнализация в свою
очередь делится на два основных типа - сигнализация по выделенному каналу CAS
(Channel Associated Signalling) и сигнализация по общему каналу CCS
(Common Channel Signalling). В системе использован принцип передачи
управляющей информации по общему каналу сигнализации, отсюда ее сокращенное
название по-русски - ОКС7.
В первом случае (CAS) сигнальная
информация передается либо непосредственно по разговорному каналу
(внутриканальная сигнализация) либо по каналу, физически привязанному к нему.
Во втором случае (CCS) сигнализация полностью отделена от разговорного тракта,
и передача сигнальной информации осуществляется по специально выделенному
высокоскоростному каналу, общему для пучка разговорных каналов.
На сегодняшний день известны два
стандарта систем общеканальной сигнализации:
1. CCITT Signalling System No. 6.
2. CCITT Signalling System No. 7.
Первая из них была разработана в конце 60-х
годов и по ряду причин сейчас практически не применяется. Вторая - CCITT No. 7
(ОКС № 7) появилась в конце 70-х годов и предназначена для использования на
цифровых сетях с каналами не ниже 64 Кбит/с.
Основными преимуществами ОКС № 7 являются:
· СКОРОСТЬ - в большинстве случаев
время установления соединения не превышает одной секунды;
· ВЫСОКАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ - один
канал сигнализации способен одновременно обслужить несколько тысяч телефонных
вызовов;
· ЭКОНОМИЧНОСТЬ - по сравнению с
системами CAS во много раз сокращается объем оборудования на коммутационной
станции;
· НАДЕЖНОСТЬ - достигается за счет
возможности альтернативной маршрутизации в сети сигнализации;
· ГИБКОСТЬ - система передает любые
данные, не только данные телефонии.
Популярные словосочетания и аббревиатуры, такие
как ISDN, сети подвижной связи, интеллектуальные сети, в действительности,
остаются лишь словами на бумаге без системы сигнализации № 7 (ОКС 7) --
единственного средства, обеспечивающего внедрение и функционирование
современных услуг связи на сетевом уровне.
Многие производители оборудования ISDN
утверждают, будто их продукты обеспечивают "услуги ISDN". Однако
область действия услуг, предоставляемых любым терминальным оборудованием ISDN
или офисными АТС класса ISDN, ограничена пределами одной коммутационной
системы, и не распространяется на абонентов других станций. Развитие сетей
подвижной связи также невозможно без ОКС 7. Порой конкурирующих между собой
поставщиков услуг сотовой связи объединяет лишь ОКС 7, необходимая для
обеспечения автоматического обмена информацией о местонахождении абонента
(роуминга). Наконец, для эффективного функционирования интеллектуальных сетей
также требуется ОКС 7.
Будучи разработанной для традиционной телефонии,
в ОКС № 7 изначально были заложены большие возможности для управления другими
услугами связи. Это объясняется прежде всего бумом на рынке услуг
телекоммуникаций, который продолжается с начала 80-х годов и еще не достиг
своего пика. Именно в 80-х годах ОКС № 7 интенсивно разрабатывалась ведущими
производителями коммутационного оборудования и параллельно утверждалось в
качестве стандарта CCITT. Уже сейчас ОКС № 7 является обязательным элементом
следующих цифровых сетей связи:
PSTN -
Public Switched Telephone Network
ISDN - Integrated
Services Digital Network
PLMN - Public
Land Mobile Network
IN -
Intelligent Network
Взаимодействие данных систем также
осуществляется посредством ОКС № 7 (рис. 2).
Рисунок 2 - Взаимодействие цифровых
сетей по ОКС № 7.
В настоящее время практически всеми
международными институтами стандартизации телекоммуникаций (ITU-T, ETSI, ANSI,
ATM Forum и др.) разрабатываются стандарты ОКС № 7 для широкополосных сетей -
Broadband-ISDN, Universal Mobile Telecommunications System, Broadband-IN.
2. Основные понятия и элементы ОКС №
7
В процессе развития сетей связи
применялся и применяется до сих пор ряд систем сигнализации, причем большинство
из них принято в качестве стандарта на международном уровне ITU-T (ранее
CCITT). Примеры систем сигнализации CAS:
1VF (One Voice
Friequency) - одночастотная сигнализация;
2VF
(Two Voice Friequency) - двухчастотная сигнализация
(CCITT No. 4);
MVF
(Multi Friequency Pulse) - многочастотная сигнализация
(CCITT No. 5).
Сами названия этих систем говорят о
способе передачи сигнальной информации - тональные и/или импульсные сигналы.
В системах CCS все сигнальные
сообщения SM (Signalling Message) передаются по дуплексным каналам -
звеньям сигнализации SL (Signalling Link) в составе пакетов данных,
называемых сигнальными единицами SE (Signal Unit). Это стало возможным
после появления первых коммутационных станций с программным управлением SPC
(Stored Programm Control) и цифровых систем передачи с импульсно-кодовой
модуляцией PCM (Pulse-Code Modulation). Часть функций таких станций
вместе с пучками звеньев сигнализации SLS (Signalling Link Set) образуют
логически отделенную от базовой сети связи сеть передачи данных с коммутацией
пакетов данных (сигнальных единиц), называемую сетью сигнализации SN
(Signalling Network).
Пункт сигнализации - SP
(Signalling Point) - это узел сети сигнализации, в котором реализованы
части пользователей ОКС № 7.
Звено сигнализации - SL
(Signalling Link) - средство передачи сигнальных единиц между двумя
пунктами сигнализации.
Транзитный пункт сигнализации - STP
(Signalling Transfer Point) - узел сети сигнализации без функций частей
пользователей, осуществляющий только функции части передачи сообщений ОКС № 7.
Рисунок 3 - Режимы сети
сигнализации.
Режимы сети сигнализации - связанный
режим (Associated Mode) и квази-связанный режим (Quasi-Associated
Mode) - пояснены на рис 3а и 3в соответственно.
Часть передачи сообщений - MTP
(Message Transfer Part) является транспортной подсистемой ОКС № 7,
предназначенной для надежной передачи сигнальных сообщений в правильной
последовательности и без ошибок.
Части пользователей - UP (User
Parts) функциональные блоки ОКС № 7, где генерируются и обрабатываются
сигнальные сообщения. Примерами частей пользователей являются:
TUP - Telephone
User Part;
ISUP - ISDN User
Part;
MAP - Mobile
Application Part.
Базовая функциональная схема ОКС № 7
приведена на рис. 4. На рис. 5 представлен пример обмена сигнальными
сообщениями между двумя пунктами сигнализации в процессе
установления/разъединения телефонного соединения:
- IAM
(Initial Address Message) - содержит номерную информацию о вызываемом абоненте;
- SAM
(Subsequent Address Message) - содержит дополнительную информацию, передается в
случае необходимости;
- ACM
(Address Complete Message) - содержит информацию о статусе вызываемого абонента
(например, абонент свободен);
- ANC
(Answer Charge) - определяет момент начала начисления оплаты;
- CLF
(Clear Forward) - сообщение в прямом направлении о завершении вызова;
- RLG
(Release Guard) - подтверждение завершения вызова в обратном направлении,
разъединение соединения.
Рисунок 4 - Базовая функциональная
схема ОКС № 7.
Рисунок 5 - Временная диаграмма
установления/разъединения телефонного соединения по ОКС № 7.
#"520551.files/image006.gif">
Рисунок 6 - Формат значащей
сигнальной единицы.
1. Signalling Information Field
(SIF) - включает сигнальную информацию части
пользователя и метку маршрутизации, которая применяется в части передачи
сообщений MTP.
2. Service Information Octet
(SIO) - указывет на принадлежность сигнальной
информации конкретной части пользователя.
3. Length Indicator (LI)
- содержит значение числа байт между полями LI и СК.
4. Check bits (CK)
- проверочные биты для обнаружения ошибок передачи.
5. Error correction-
состоит из четырех полей аналогичных используемым в протоколе HDLC и
предназначенных для обеспечения повторных передач пакетов при обнаружении
ошибок.
6. Flag (F)
- обозначает начало и конец сигнальной единицы.
. Расчет сигнальной нагрузки
Упрощенный расчет сигнальной нагрузки,
обслуживаемой звеном сигнализации, можно выполнить, используя следующие формулы
[4.1, 4.2, 4.3]:
,(байт) (4.2)
,(байт) (4.3)
где
Y - величина
сигнальной нагрузки, (Эрл);
V - скорость
передачи сообщений ОКС № 7 (8000 байт/с);
N - число
вызовов в ЧНН;
pi ,
i = 1 … m - вероятность поступления вызова i-го типа;
qij ,
i = 1 … m, j = 1 … n - вероятность j-го
состояния вызова i-го типа;
Li′j -
общий объем сигнальной информации, посылаемой в прямом направлении в j-ом
состоянии вызова i-го типа (байт);
Li′′j
- общий объем сигнальной информации, посылаемой в обратном направлении в
случае j-ого состояния вызова i-го типа (байт);
L′ −
средний объем сигнальной информации для всех состояний всех типов вызовов,
посылаемой в прямом направлении (байт);
L′′
− средний объем сигнальной информации для всех состояний всех типов
вызовов, посылаемой в обратном направлении (байт);
m - число
типов вызов (аналоговая телефония, ЦСИС и др.)
n - количество
возможных состояний вызова (успешный вызов, абонент занят, абонент не
отвечает).
Исходные данные для выполнения расчетов
приведены в табл. 1, табл. 2.
Таблица 1 − Длина основных сообщений ISUP
в октетах
|
Наименование
сообщения
|
Сокращение
|
Длина
в октетах
|
|
|
телефония
|
ЦСИС
|
|
Начальное
адресное сообщение: (c адресом вызывающего и вызываемого абонентов)
|
IAM
|
39
|
|
|
Запрос
информации
|
INR
|
17
|
|
|
Информация
|
INF
|
27
|
|
|
Адрес
полный
|
ACM
|
17
|
|
|
Ответ
|
ANM
|
15
|
|
|
Соединение
|
CON
|
17
|
|
|
Прохождение
вызова
|
CPG
|
21
|
|
|
Приостановка
|
SUS
|
16
|
|
|
Возобновление
|
RES
|
16
|
|
|
Разъединение
|
REL
|
20
|
|
|
Освобождение
|
RLC
|
15
|
|
|
Вызов
|
RNG
|
15
|
|
Таблица 2 − Распределение показателей
вызовов
|
Параметр
|
Значение
|
|
n
|
3
|
|
m
|
2
|
|
pi
|
Телефонный
вызов
(аналоговый)
|
0,9
|
|
|
ЦСИС
|
0,1
|
|
|
Телефонный
вызов (аналоговый)
|
|
|
qij
|
Успешный
вызов
|
0,5
|
0,5
|
|
|
Абонент
занят
|
0,35
|
0,35
|
|
|
Абонент
не отвечает
|
0,25
|
0,25
|
|
В данной курсовой работе при определении
значений Li′j , Li′′j , можно
принять следующее:
1. Расчет объема сообщений,
передаваемых в прямом направлении (данные табл. 6).
Успешный вызов:
передается сообщение IAM, а также сообщения REL и RLC с вероятностью 0,5
каждое. Следовательно:
,
;
Абонент занят: передаются
сообщения IAM и RLC:
,
;
Абонент не отвечает: передаются
сообщения IAM и REL:
,
.
2. Расчет объема сообщений,
передаваемых в обратном направлении.
Успешный вызов: передается
сообщение ACM, а также сообщения REL и RLC с вероятностью 0,5 каждое.
Следовательно:
,
;
Абонент занят: передается
сообщения REL:
,
;
Абонент не отвечает: передаются
сообщения ACM и RLC:
;
.
Результаты расчетов заносятся в
таблицу (табл. 3)
Таблица 3 - Расчет объемов
передаваемых сообщений
|
Параметр
|
Значение
|
|
|
Телефонный
вызов (аналоговый)
|
ЦСИС
|
|
 Успешный
вызов56,5
|
|
|
|
|
Абонент
занят
|
54
|
|
|
Абонент
не отвечает
|
59
|
|
|
 Успешный
вызов34,5
|
|
|
|
|
Абонент
занят
|
20
|
|
|
Абонент
не отвечает
|
32
|
|
Далее, по формулам (4.2, 4.3) определяются
значения L′, L′′:
=0,9
(56,5·0,5+54·0,35+59·0,25)+0,1(56,5·0,5+54·0,35+59·0,25)=
=0,961,9+0,161,9=61,9
(байт)
=0,9(34,5·0,5+20·0,35+32·0,25)+0,1(34,5·0,5+20·0,35+32·0,25)=
=0,932,25+0,132,25=32,25
(байт)
По формуле (4.1) рассчитывается
величина сигнальной нагрузки, при неисправности транзитного пункта сигнализации
STP B.
Рисунок 7 - Нагрузка, приходящаяся
на звенья сигнализации
Любое изменение состояния сети
сигнализации обычно влечет за собой модификацию текущей маршрутизации
сообщений, поэтому происходит переход некоторых частей трафика сигнализации из
одного звена сигнализации на другое. Поэтому количество вызовов в час
наибольшей нагрузки между STP С и SP H составляет
50000+40000=90000.
Следовательно:
(Эрл).
Между STP F и SP G количество
вызовов в час наибольшей нагрузки равно 140000, следовательно:
(Эрл).
Между STP F и SP Е
количество вызовов в час наибольшей нагрузки равно 180000, следовательно:
(Эрл).
Для учета перегрузок при расчете
сети ОКС № 7 рекомендуется использовать величину максимальной сигнальной
нагрузки, Эрл:
/////////////////////////////////////////Ymax= αY, (4.4)
где α принимает
значение от 1 до 2 (в работе можно принять α = 1,5).
Далее, по формуле (4.4) определяются
значения Ymax:
Ymax=1,50,29=0,44
(Эрл);
Ymax=1,50,46=0,69
(Эрл);
Ymax=1,50,59=0,88
(Эрл).
Если нагрузка звена сигнализации превышает 0,2
Эрл, необходимо организовывать параллельные звенья сигнализации (работа в
режиме с разделенной нагрузкой). В этом случае количество звеньев сигнализации
NЗС в пучке определятся исходя из максимальной сигнальной нагрузки Ymax и
нормируемой нагрузки звена сигнализации 0,2 Эрл:
Nзс= Ymax
/ 0,2 , (4.5)
Nзс= 0,44 / 0,2=2,2;
Nзс= 0,88 / 0,2=4,4.
По результатам расчетов, составляются таблицы
(табл. 4, табл. 5).
Таблица 4 − Величина сигнальной нагрузки Ymax
|
SP
Н
SP
G
|
STP
B
−
|
STP C 0,44
|
STP D 0,69
|
STP E 0,88
|
Таблица 5 - Количество звеньев сигнализации NЗС
|
SP
H
|
STP B −
|
STP C 3
|
STP D
|
STP E
|
|
SP G
|
|
|
4
|
5
|
Заключение
В последнее время интерес к системе сигнализации
ОКС №7 в России значительно возрос, и обусловлено это широким внедрением
цифровых систем коммутации, поддерживающих ОКС №7, и созданием цифровых сетей
связи на всех уровнях иерархии Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации
(ВСС РФ).
Стек протоколов ОКС-7 отталкивается от модели
OSI и имеет только четыре уровня. Уровени совпадают с уровнями OSI 1
(физический), 2 (канальный) и 3 (сетевой). Уровень 4 ОКС-7 соответствует уровню
7 OSI. Уровни называются MTP () 1 , MTP 2 и MTP 3. Уровень 4 ОКС-7 содержит
несколько различных пользовательских уровней, например Telephone
User Part
(TUP), ISDN
User Part
(ISUP), Transaction
Capabilities
Application
Part (TCAP)
и Signaling
Connection
and Control
Part (SCCP).описывает
транспортные протоколы, включая сетевые интерфейсы, обмен данными, обработка
сообщений и маршрутизация их на верхний уровень. SCCP - это подуровень из
других протоколов 4 уровня, и вместе с MTP 3 может быть назван Network
Service Part (NSP). NSP обеспечивает адресацию и маршрутизацию сообщений
без установления соединения (UDT) и сервис управления для других частей 4
уровня. TUP - это система сигнализации точка-точка для соединения звонков. ISUP
- это ключевой протокол, предоставляющий канально-ориентированный протокол для
установки, проключения и завершения соединения при звонке. TCAP используется
для создания запросов к базе данных и используется при расширенной
функциональности сети или как связующий протокол с интеллектуальными сетями
(INAP), мобильными службами (MAP) и т.д.
В данном курсовом проекте было изучено:
−функционирование телекоммуникационной
сети, при возникновении отказов/неисправностей;
−функциональное назначение уровней
подсистемы передачи сообщений (МТР).
Исследовали порядок назначения маршрутов
сигнализации; рассчитали сигнальную нагрузку, обслуживаемую звеном сигнализации.
И получили, что величина сигнальной нагрузки зависит от числа вызовов в час
наибольшей нагрузки, чем больше число вызовов в ЧНН, тем больше величина
сигнальной нагрузки.
Использовали величину максимальной сигнальной
нагрузки для учета перегрузок.
Обычно проектируют невысокое использование ОКС №
7 для передачи. Резервная производительность ОКС № 7 необходима для передачи
команд управления сетью и обеспечения требуемого качества при мгновенном
повышении интенсивности потока MSU, а также при появлении ошибок. Вызванные
этими причинами перегрузки приводят к дополнительной задержке в передаче MSU и
к уменьшению пропускной способности ОКС № 7.
Организовали параллельные звенья сигнализации,
так как нагрузка звена сигнализации превысила 0,2 Эрл, и определили количество
звеньев сигнализации в пучке, исходя из максимальной сигнальной нагрузки и
нормируемой нагрузки звена сигнализации.
В процессе работы над курсовым проектом на тему:
«Исследование параметров сигнального трафика в час наибольшей нагрузки в
телекоммуникационной сети» получили, что ОКС№7 в настоящее время является
универсальной системой сигнализации и обеспечивает эффективное функционирование
современных сетей телекоммуникаций.
Литература
1. Аджемов А. С., Кучерявый А. Е.
Система сигнализации ОКС № 7. -
2. Берлин
А.Н. Телекоммуникационные сети и устройства
<http://www.intuit.ru/shop/product-2493509.html> БИНОМ. Лаборатория
знаний, Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру,2008
. Берлин
А.Н. Терминалы и основные технологии обмена информацией
<http://www.intuit.ru/shop/product-2493491.html> БИНОМ. Лаборатория
знаний, Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру,2007
4. Гольдштейн Б. С, Ехриелъ И. М.,
Рерле Р. Д. Стек протоколов ОКС 7. Подсистема МТР. - М.: Радио и связь, 2003.
5. Гольдштейн Б. С.
Сигнализация в сетях связи. - М.: Радио и связь, 1997.
. Гольдштейн Б. С. Системы
коммутации: Учебник для вузов. 2-е издание. - СПб: БХВ - Санкт-Петербург, 2004.
. Гольдштейн Б. С., Ехриелъ
И. М., Рерле Р. Д. Стек протоколов ОКС 7. Подсистема SCCP. - СПб.: БХВ -
Санкт-Петербург, 2006.
. Гольдштейн Б. С., Ехриелъ
К. М., Рерле Р. Д. Стек протоколов ОКС 7. Подсистема ISUP. - СПб.: БХВ -
Санкт-Петербург, 2003.
. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие
требования к текстовым документам.
. ГОСТ 2.106-68 ЕСКД.
Текстовые документы.
. М.: Радио и связь, 2002.
. Росляков А. В. ОКС № 7:
архитектура, протоколы, применение. - М.: Эко-Трендз, 2008 - 320 с.34.
13. Семенов
Ю.А. Алгоритмы телекоммуникационных сетей. Часть 1. Алгоритмы и протоколы
каналов и сетей передачи данных
<http://www.intuit.ru/shop/product-2493481.html> БИНОМ. Лаборатория
знаний, Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру,2007
. Семенов
Ю.А. Алгоритмы телекоммуникационных сетей. Часть 2. Протоколы и алгоритмы
маршрутизации в INTERNET <http://www.intuit.ru/shop/product-2493490.html>
БИНОМ. Лаборатория знаний, Интернет-университет информационных технологий -
ИНТУИТ.ру,2007
. Семенов
Ю.А. Алгоритмы телекоммуникационных сетей. Часть 3. Процедуры, диагностика,
безопасность <http://www.intuit.ru/shop/product-2493487.html> БИНОМ.
Лаборатория знаний, Интернет-университет информационных технологий -
ИНТУИТ.ру,2007
16. Яковлев С. В. Методические
указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Основы построения
телекоммуникационных систем и сетей» для бакалавров по направлению 550400
«Телекоммуникации». Ставрополь, 2010.