2. Система сигнализации № 7

2.1. Общие принципы построения системы сигнализации № 7

2.2. Модель системы сигнализации № 7

2.3. Общая структура сообщений системы сигнализации № 7

2.4. Подсистема переноса сообщений системы сигнализации № 7

2.5. Реализация сетевых функций средствами системы сигнализации № 7

2.6. Особенности построения и функционирования подсистемы управления соединением сигнализации

2.7. Подсистема пользователей цифровой сети с интеграцией служб

2.8. Средства транзакций системы сигнализации № 7

2.9. Специфика построения современных подсистем пользователей системы сигнализации № 7

2.10. Подсистема эксплуатационного управления системы сигнализации № 7

Система общеканальной сигнализации СС 7 получила к настоящему времени наибольшее распространение в ТфОП многих стран мира, где обеспечивает управление установлением соединений телефонной связи и предоставлением нетелефонных услуг электросвязи. СС 7 можно определить как метод сигнализации, при котором передача сигнальной информации реализуется по специализированному общему каналу сигнализации (тракту передачи сигнальных данных). Передача сигнальных сообщений осуществляется с использованием технологии коммутации пакетов.

Спецификации СС 7 впервые появились в Рекомендациях Международного союза электросвязи (МСЭ) Q.701– Q.741. Эти документы имеют статус международных стандартов с 1981 года. В них регламентируется применение СС 7 по каналам цифровых систем передачи с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), трактам аналоговых систем передачи или физическим линиям. Согласно перечисленным стандартам, пропускная способность цифровых каналов, используемых под тракты СС 7,  должна быть не менее 64 кбит/с. На аналоговых сетях связи СС 7 может быть реализована на основе каналов тональной частоты (КТЧ) и модемов. При этом скорость передачи сигнальных сообщений должна быть не менее 4,8 кбит/с.

В реальных сетях связи используется несколько вариантов СС 7. Есть «усеченный» вариант, например в квазиэлектронных АТС, где обеспечивается поддержка только телефонных услуг. Есть европейские и российская национальная версии СС 7, близкие по принципам, но различающиеся по реализации. Именно последние будут  подлежать дальнейшему рассмотрению.

Следует заметить, что в Единой сети электросвязи (ЕСЭ) РФ рассматриваемая система сигнализации получила широкое распространение, как в телефонных сетях различного назначения, так и в цифровых сетях с интеграцией служб (ЦСИС). Все вновь выпускаемые ЦСК имеют встроенные модули (субблоки, платы) СС 7.

2.1. Общие принципы построения системы сигнализации № 7

Канал (тракт) СС 7 предназначен для передачи сигналов управления установлением соединений и других служебных (управляющих) данных для пучка линий (каналов, трактов) передачи пользовательской информации. Служебные данные, передаваемые по ОКС, могут использоваться [4–11]:

• для доставки пользователю или оператору (органу управления ЦСС) сведений из сетевых баз данных;
• для управления самой сетью сигнализации;
• для испытания правильности функционирования ОКС;
• для получения сведений о загрузке каналов передачи пользовательской информации и ОКС;
• для передачи данных о стоимости предоставляемых пользователям услугах связи и пр.

С этой целью в сети СС 7 применяются специальные структурно-топологические элементы, описание которых представлено ниже.

Рассмотрим для наглядности сеть связи, состоящую из множества ЦСК, связанных между собой ИКМ-трактами, и использующую СС 7 (рис. 2.1). Для построения сети сигнализации СС 7 каждый из этих узлов должен содержать программно-аппаратные устройства сигнализации (модули СС7), а в направлениях связи в интересах СС 7 должны быть выделены цифровые каналы (рис. 2.2).

Рис. 2.1. Вариант построения сети связи

Указанные средства сигнализации в сети СС 7 могут выполнять различные функции (рис. 2.2).

1. Пункт сигнализации (Signalling Point, SP) представляет собой совокупность аппаратно-программных средств ЦСК, формирующих в ходе обслуживания вызовов сигнальные сообщения на передачу и обрабатывающих сигнальные сообщения на приеме. Указанные средства взаимодействуют с управляющими устройствами узлов коммутации, являющихся с точки зрения сети сигнализации оконечными устройствами.

Сам пункт сигнализации для реализации возложенных на него функций включает в себя оборудование, ориентированное на предоставление конкретных услуг, которое называется подсистемой пользователя (User Parts,UP), и устройства передачи данных сигнализации (Message Transfer Part, МТР). Таким образом, пункт сигнализации – это узел коммутации и обработки сигнальной информации в сети сигнализации.

2. Сеть сигнализации наряду с пунктами сигнализации SP включает в себя цифровые тракты (каналы) сигнализации. В СС 7 отдельный канал сигнализации может быть однонаправленным, следовательно, дуплексный обмен сигнальными сообщениями между SP реализуется посредством пары таких каналов.

Рис. 2.2. Топология сети сигнализации СС 7 как элемента сети связи

Совокупность двух противоположно направленных каналов передачи сигнальной информации между смежными пунктами сигнализации называется звеном сигнализации (Signalling Link, SL). Физически звено сигнализации (ЗС) представляет собой дуплексный канал связи, соответствующее ему сигнальное оборудование в коммутационных станциях и программно-аппаратные средства, организующие передачу сигнальных сообщений между SP. Несколько параллельно включенных ЗС (до 16), напрямую соединяющих два SP, образуют пучок звеньев сигнализации(Signalling Link Set, SLS).

3. Важным элементом, функционально выделяемом в сети СС 7, является транзитный пункт сигнализации (Signalling Transfer Point, STP), предназначенный для ретрансляции (маршрутизации) сигнальных сообщений из одного звена сигнализации в другое. Данный пункт, как правило, не имеет подсистем пользователей (UP).

Пункты сигнализации могут быть либо интегрированы в оборудование коммутационных станций базовой сети связи, либо реализованы на базе выделенного оборудования. Наиболее часто на базе выделенного оборудования реализуются STP.

При топологии, отраженной на рисунке 2.2, структура сети сигнализации рассматриваемой ЦСС может быть изображена в виде, представленном на рисунке 2.3.

Рис. 2.3. Вариант структуры сети сигнализации

Наряду со специализированным оборудованием коммутационных станций функции пункта сигнализации SP могут выполнять центры эксплутационного управления сетью, узлы управления услугами (Service Control Point, SCP) Интеллектуальной сети (ИС) и др.

Каждый пункт сигнализации имеет свой логический адрес – уникальный 14-битный идентификатор, называемый кодом пункта сигнализации (Signaling Point Code, SPC). Этот код используется для маршрутизации сигнальных сообщений.

Под маршрутизацией сигнализации понимается выбор конкретного звена сигнализации для передачи сигнального сообщения. Сигнальный маршрут (Signaling Route, SR) – это заранее установленный путь по сети сигнализации от исходящего пункта к пункту назначения, состоящий из транзитных пунктов сигнализации, последовательно соединенных пучками звеньев сигнализации. Маршруты, используемые в типовых условиях функционирования ЦСС, называют основными. Маршруты, используемые в случаях отказов или перегрузок элементов СС 7, – альтернативными.

Очевидно, что рассмотренная сеть электросвязи может быть отнесена к начальному периоду построения интегрированной цифровой сети связи (ИЦСС). Это обнаруживается из сохранения оконечных станций сети и транзитных пунктов – узлов автоматической коммутации (УАК), более свойственных аналоговой ТфОП. В дальнейшем ЦСС будет развиваться по пути унификации роли станций в сети, что определяется широкими эксплуатационными возможностями современных ЦСК. Однако с точки зрения сигнализации сохранение транзитных пунктов – объективная необходимость.

Вследствие этого на оконечно-транзитных ЦСК уже в настоящее время устанавливаются и оконечные (SP) и транзитные (STP) модули СС 7. Реже SP формируется за счет инсталляции в STP какой-либо пользовательской подсистемы (UP). Тогда структурно в данной станции можно выделить как пункт сигнализации, так и транзитный пункт сигнализации.

Считается, что два пункта находятся в сигнальном отношении (Signaling Relation), если между ними в системе сигнализации протекает процесс по обслуживанию вызовов базовой сети связи. Примерами сигнальных отношений в ТфОП и ЦСИС являются процедуры установления и разъединения коммутируемых соединений.

Сигнальная связь двух SP может обеспечиваться либо прямым пучком сигнальных звеньев, либо посредством STP с организацией транзита. В первом случае пункты сигнализации являются смежными, во втором – несмежными. Наличие в сети СС 7 смежных и несмежных пунктов сигнализации обусловливает возможность использования различных режимов сигнализации [4–7].

Термин режим сигнализации (режим передачи сигнальной информации) определяет отношение пути передачи сигнальных сообщений по сети сигнализации к пути передачи информации пользователя (речи или данных) по ЦСС. Различают два основных режима сигнализации (Signaling Mode): связанный (Associated Mode) и несвязанный (No—Associated Mode).

В связанном режиме маршрут сигнального сообщения между смежными SP полностью повторяет маршрут пользовательских данных между соответствующими узлами сети связи. В таком режиме работают SP1 и SP2, SP4 и SP5 сети связи, представленной на рисунке 2.3. Здесь сигнальная информация, относящаяся к сигнальной связи определенных пунктов сигнализации, передается по сигнальному звену, которое непосредственно соединяет эти пункты. Если требуется организовать взаимодействие между двумя ЦСК, то связанный режим является естественным вариантом построения системы сигнализации (рис. 2.4).

СЛ ( разговорный тракт)

В несвязанном режиме для передачи аналогичной информации используется последовательно несколько сигнальных звеньев, а к организации сигнальной связи привлекаются транзитные пункты сигнализации SТP. При этом каналы сети сигнализации могут не совпадать по направлениям с пучками информационных каналов. Например, информационный канал от ЦСК1 к ЦСК5 может идти через УАК1 и УАК3 (рис. 2.2), а сигнальные сообщения – через УАК1, УАК2 и УАК 3.

Квазисвязанный режим (Quasi—Associated Mode) представляет собой частный случай несвязанного режима. В этом режиме путь, по которому сигнальная информация проходит через сеть, назначается заранее и является на данный период времени фиксированным. Для такого режима наиболее рациональной оказывается структура сети сигнализации, в упрощенном виде показанная на рисунке 2.5.

Каждый режим имеет определенные достоинства и недостатки. В связанном режиме отпадает необходимость в STP, а отказ сигнального канала в большинстве случаев происходит одновременно с отказом группы обслуживаемых им информационных каналов.

В несвязанном режиме информационные каналы и канал сигнализации разнесены. Следовательно, одновременный их отказ есть крайне редкое событие. В случае отказа трактов низкоскоростной передачи пользовательских данных в этом режиме канал сигнализации может быть использован для передачи полезной информации.

Квазисвязанный режим требует дополнительных пунктов сигнализации STP. В данном режиме любой пучок сигнальных звеньев поддерживает несколько сигнальных связей, а не одну, как в структуре, ориентированной только на связанный режим. Следовательно, в этой структуре пучки сигнальных звеньев более нагружены, т. е. эффективней используется выделенный канальный ресурс. Кроме того, начиная с некоторого количества SP, ячеистая [4] структура, представленная на рисунке 2.5, обеспечивает уменьшение общего количества сигнальных звеньев в сети сигнализации по сравнению со структурой, ориентированной на связанный режим.

Как отмечалось ранее, выбор того или иного варианта построения сети СС 7 в ходе ее планирования определяется назначением и структурой самой сети электросвязи, числом ее пользователей и номенклатурой потребляемых ими услуг, а также другими факторами. Например, если на сеть СС 7 возложена только функция управления коммутацией, наиболее подходящим является связанный режим. Соответственно в структуре сети СС 7 будут преобладать прямые связи между SP и лишь для малонагруженных сигнальных связей может быть организован квазисвязанный режим.

Если же сеть СС 7 создается как общий ресурс для удовлетворения всех потребностей управления телекоммуникационной системой, либо требуется высокая надежность ее работы, то в этом случае предпочтительнее квазисвязанный режим (рис. 2.5), дополненный небольшим количеством прямых (и сильно загруженных) пучков сигнальных звеньев, используемых в связанном режиме сигнализации.

Пример, иллюстрируемый рисунками 2.1–2.3, наглядно демонстрирует, что в реальных сетях электросвязи возможно одновременное взаимосвязанное сосуществование различных режимов сигнализации. При этом наиболее предпочтительным считается квазисвязанный режим. Он позволяет организовать сеть сигнализации крупной информационной инфраструктуры более рационально. При этом по сигнальным звеньям передаются сообщения управления установлением и разрушением соединений и другая управляющая информация, в том числе данные мониторинга самой сети сигнализации. Как свидетельствует практика построения телекоммуникационных систем, в настоящее время связанный режим сигнализации не находит широкого применения, за исключением самых простых случаев (для односвязных фрагментов сетей электросвязи).

В специальной литературе может встретиться термин «разделение сигнальной нагрузки«, под которым, как правило, понимается процесс распределения сигнальных сообщений при маршрутизации по двум и более звеньям сигнализации с целью равномерной загрузки ресурсов сети СС 7 и для обеспечения надежности ее функционирования. Очевидно, в этом случае возможна одновременная реализация как связанного, так и несвязанного режима между двумя пунктами сигнализации.

Широкое распространение несвязанного режима сигнализации привело к инновациям в классификации подходов к организации сетей сигнализации. В соответствии с последними тенденциями стало принято выделять два способа сигнализации: децентрализованный и централизованный [9].

Децентрализованной считается сигнализация:

• в сетях связи с электромеханическими автоматическими телефонными станциями;
• при передаче служебной информации внутри цифровых систем коммутации;
• при межстанционном взаимодействии ЦСК с малым числом линий в пучках.

Если общие каналы сигнализации, образующие сеть сигнализации, хотя бы отчасти не совпадают по направлениям с пучками информационных пользовательских каналов, то такой способ определяется как централизованный.

Таким образом, при планировании территориально распределенных ведомственных цифровых сетей связи предпочтение следует отдавать централизованному способу сигнализации. Именно данный подход, по мнению специалистов, обеспечивает построение высокопроизводительной и надежной инфраструктуры управления современными телекоммуникационными системами и сетями.

2.2. Модель системы сигнализации № 7

С 1983 года в качестве обобщенной модели любой сети электросвязи в соответствии с рекомендациями Международной организации по стандартизации (МОС) принято использовать эталонную модель взаимодействия открытых систем (ЭМВОС).

ЭМВОС [8, 9] представляет собой совокупность взаимно подчиненных уровней (рис. 2.6): физического (№ 1), канального (№ 2), сетевого (№ 3), транспортного (№ 4), сеансового (№ 5), представления (№ 6) и прикладного (№ 7). Уровень с меньшим номером предоставляет услуги смежному с ним верхнему уровню и пользуется для этого услугами смежного с ним нижнего уровня. Физический уровень только предоставляет услуги по организации физического, электрического и функционального стыков между открытыми системами. Прикладной уровень лишь потребляет услуги.

Правила и способы взаимодействия двух смежных уровней одной системы называются интерфейсом. Правила и способы взаимодействия двух одинаковых уровней различных систем составляют сущность понятия протокол.

Протоколы определяются по названию тех уровней, взаимосвязь которых они описывают. В соответствии с ЭМВОС для реальных систем, в том числе телекоммуникационных, стали разрабатываться протоколы физического, канального, сетевого и других уровней.

Аналогичный подход применяется для исследования архитектур систем сигнализации (рис. 2.6). Использование эталонной модели взаимодействия открытых систем обеспечивает:

• согласованность внедрения стандартов сигнализации в международном масштабе;
• открытость систем сигнализации для введения новых услуг;
• унификацию оборудования сетей сигнализации;
• простоту эксплуатации сигнальных модулей и пр.

Рассмотрим представленную на рисунке 2.7 модель системы сигнализации подробнее. В соответствии с имеющимися стандартами общая архитектура СС 7 имеет модульное построение и объединяет несколько функциональных блоков, называемых подсистемами. Такое деление на подсистемы объясняется необходимостью разделения выделенных в предыдущем разделе функций SP и STP между подсистемой передачи сообщений и подсистемами пользователей.

Подсистема передачи сообщений (Message Transfer Part, MTP) является общей транспортной средой сети сигнализации. Эта подсистема отвечает за достоверную передачу сигнальных сообщений между узлами сети сигнализации.

Подсистемы пользователей (User Parts, UP) являются средствами доступа отдельных источников информации различного типа к транспортной подсистеме сети сигнализации. Эти подсистемы генерируют и обрабатывают сигнальные сообщения, а также реализуют специфические функции для конкретных типов пользователей сигнальной сети.

Трем нижним уровням модели ЭМВОС (физическому, канальному, сетевому) в CC7 соответствуют уровни сетевой службы (подсистемы сетевых услуг) – NSP (Network Service Part), которая включает подсистемы передачи сообщений MTP и подсистему управления сигнальным соединением SCCP (Signaling Connection Control Part).

В свою очередь, подсистема МТР состоит из трех уровней, аналогичных по функциям соответствующим уровням ЭМВОС [4–7]:

Рис. 2.7. Архитектура системы сигнализации № 7

уровня 1 МТР – для организации передачи данных сигнализации по конкретной физической среде;

уровня 2 МТР сигнального звена;

уровня 3 МТР сети сигнализации.

Первые два уровня МТР реализуют функции сигнального звена между двумя непосредственно связанными пунктами сигнализации. Возможности сетевого уровня модели ЭМВОС в модели СС 7 распределены между третьим уровнем МТР и SCCP.

Протоколы подсистемы МТР были разработаны раньше всех остальных. Изначально этими спецификациями предусматривалась поддержка только одной услуги в сети электросвязи – телефонии, которая, как известно, является услугой реального времени и критична к времени прохождения сигналов. Поэтому протоколы подсистемы МТР были ориентированы на передачу сигнальной информации без установления соединения (в датаграммном режиме) с минимальными задержками, а набор поддерживаемых МТР сигнальных сообщений был ограничен.

Естественно, перечень адресов и маршрутов сигнальных сообщений полностью совпадал с аналогичными данными ТфОП.

С появлением технологии ЦСИС стало ясно, что новые ее приложения (многоскоростная коммутация, передача данных) потребуют полного набора услуг сетевого уровня ЭМВОС, таких как, например, расширение возможности адресации, поддержка логических соединений и др. Вот тогда для удовлетворения этих запросов и была разработана подсистема SCCP. В результате в современных спецификациях СС 7 сетевые функции МОС поделены между третьим уровнем МТР и SCCP. Выделение функций SCCP в отдельную подсистему позволило сохранить простоту устройства третьего уровня МТР при существенном расширении возможностей СС 7 в целом. Кроме того, наличие МТР и SCCP обеспечивает гибкость структуры сетевой службы, так как подсистемы пользователей могут взаимодействовать как с более требовательной к ресурсам полнофункциональной подсистемой SCCP, так и непосредственно с эффективной, но ограниченной в возможностях подсистемой МТР. Организация взаимодействия подсистемы МТР с остальными функциональными блоками СС 7 иллюстрируется рисунком 2.8.

Таким образом, подсистемы MTP и SCCP предоставляют услуги по транспортировке сигнальной информации по сети сигнализации. Эти подсистемы вместе образуют сетевую службу NSP, обеспечивающую высокую надежность доставки сигнальных сообщений для подсистем прикладного уровня. При этом сетевая служба обрабатывает только адресную часть сигнальных сообщений, за их информационную часть отвечают высшие подсистемы СС 7. Содержание этой информации, ее размещение в сигнальном сообщении, количество типов таких сообщений и логический порядок их следования определяют подсистемы более высокого уровня.

Для управления установлением и разрушением соединений в сетях с коммутацией каналов были разработаны первые подсистемы пользователей телефонии (Telephone User Part, TUP) и данных (Data User Part, DUP).

Подсистема пользователей телефонии создана в составе средств европейской версии СС 7 и используется до настоящего времени. Наряду со средствами поддержки телефонных услуг она содержит также и средства поддержки ряда традиционных ДВО. Естественно, подсистема пользователей телефонии TUP является пользователем подсистемы МТР.

Подсистема пользователей данных была определена на ранней стадии разработки СС 7 для управления соединений данных с коммутацией каналов. DUP не получила своего распространения по причине развития сетей с коммутацией пакетов, для которых неприменима данная подсистема пользователей.

Практически одновременно с TUP начала разрабатываться и внедряться подсистема пользователей ЦСИС (ISDN User Part, ISUP). В силу самой природы ЦСИС, предусматривающей ряд дополнительных услуг, ISUP является более мощной и использует более современные решения, чем те, которые были разработаны для TUP.

В ISUP реализована одна из важнейших возможностей современной сигнализации – обмен между несмежными пунктами сигнализации SP через сеть «сквозными» сигнальными сообщениями, т. е. сообщениями, которые не анализируются в промежуточных (транзитных) узлах сигнализации STP. Наличие более совершенных технических и технологических решений в ISUP по сравнению с TUР явилось причиной отказа от последней на зоновых и междугородных сетях ЕСЭ РФ, хотя на международных сетях остается возможность применения TUР для взаимодействия с сетями, использующими эту подсистему. Ввиду особой важности подсистемы для проектирования современных ЦСС анализ характеристик отечественной версии ISUP будет приведен в следующих разделах.

К подсистемам прикладного уровня также относятся подсистемы пользователей мобильной связи стандартов GSM (Mobile Application Part, МАР) и NMT-450 (Mobile User Par, MUP); подсистемы эксплутационного управления (Operation, Maintenance and Administration, ОМАР) и интеллектуальной сети (Intelligent Network Application Part, INAP). Описание всех перечисленных выше архитектурных элементов СС 7 можно найти в соответствующих рекомендациях МСЭ, основные из которых приведены в таблице 2.1.

Специфическим элементом архитектуры СС 7 является подсистема обеспечения транзакций (Transaction Capabilities Applications Part, TCAP), предназначенная для регулирования процессов взаимодействий сложных прикладных процессов по управлению установлением соединений и обновлению управляющей информации в сетевых базах данных через неоднородную среду сети сигнализации.

Сам процесс взаимодействия пункта сигнализации с сетевой базой данных представляет собой, как правило, совокупность последовательных операций «запрос», «выполнение задания», «ответ (квитанция)». Реализуются эти операции отдельно, однако, с точки зрения управления, они должны восприниматься как единое целое.

Под транзакцией понимается короткий во времени цикл взаимодействия объектов, включающий операции «запрос – выполнение задания – ответ», и механизмы, позволяющие обеспечить выполнение указанной группы операций как единого целого, не допуская выполнения его частично.

Таблица 2.1