Глава 1. Общие принципы и понятия
1.1 Общеканальная сигнализация в телефонии
С начала 80-х годов телефонная сеть общего пользования (ТфОП) эволюционировала от простой сети, обеспечивающей передачу речи и имеющей ограниченные возможности передачи данных, к транспортному средству, обладающему интеллектом, высокой пропускной способностью и возможностью быстрого восстановления при аппаратных отказах. Стимулом к модернизации ТфОП послужило стремление телекоммуникационных операторов эффективно управлять сетью и увеличивать её пропускную способность как можно боле экономичным образом. Эта модернизация заложила основу новых услуг, таких как услуги ISDN Интеллектуальной сети (ИС) и др.
Для поддержки внеполосной сигнализации между станциями в Laboratories была разработана система общеканальной межстанционной сигнализации, первоначально называвшаяся common channel interoffice signaling (ССIS). Она служила средой, общей для всех соединительных линий, отсюда и термин общеканальная. В середине 80-х годов к этой среде были подключены сетевые базы данных; таким образом, сигнализация перестала быть только межстанционной, из аббревиатуры CCIS была удалена буква), и концепция получила название общеканальной сигнализации (ССS или ОКС).
Сложилось так, что в общеканальную сигнализацию входят протоколы двух разных типов: (1) протоколы взаимодействия АТС с базами данных, эволюционировавшие от простых сообщений запроса/ответа при преобразовании номера к независимым от услуг протокол поддерживающим множество функций ИС [1], и (2) протоколы, посредством которых АТ обмениваются сигнальной информацией, необходимой для управления соединениями (2). По отношению к протоколам второго типа полезно отметить, что в системе общеканального привычное (и характерное для старых систем сигнализации) разделение сигнализации привычное (и характерное для старых систем сигнализации) разделение сигналов на регистровые и линейные, если и существует, то разве лишь по традиции, поскольку все без исключения сигналы передаются в ней одинаковым образом — в виде сигнальных сообщений — и воспринимаются одними и теми же устройствами.
Функциональная архитектура системы ОКС7 является многоуровневой, причем функции нижних уровней, которые вместе обеспечивают перенос сигнальных сообщений от станции-отправителя к станции-получателю, образуют платформу, необходимую во всех вариантах использования системы, тогда как функции более высоких уровней, в каждом таком варианте специфические, выполняются соответствующими подсистемами, являющимися пользователями этой платформы. В частности, при использовании в ТФОП и ISDN названная платформа дополняется сверху» подсистемой-пользователем ISUP, а также (если требуется) подсистемой управления сигнальными соединениями SCCP, которая необходима для образования в сети ОКС7 виртуальных соединений с целью переноса через эту сеть информации, вообще говоря, не только сигнальной. Другие прикладные подсистемы, входящие в стек протоколов ОКС7 (ТСАР, ОМАР, INAP, МАР и другие), обеспечивают потребности эксплуатационного управления сетью ОКС, обмен служебной информацией между узлами управления услугами и узлами коммутации услуг ИС, роуминг в сетях GSM и многое другое. Все эти протоколы (и не только они) рассматриваются в отдельных справочниках данной серии.
Система общеканальной сигнализации является открытой — она позволяет, по мере надобности, вводить в нее новые подсистемы и прикладные протоколы. Архитектурные принципы системы ОКС7 оказались настолько удачными, что на протяжении уже почти 20 лет не удалось создать более эффективной и универсальной системы сигнализации. Напротив, система ОКС7 стала мировым стандартом, который находит всё новые и новые области применения, такие как широкополосные сети, сети IP-телефонии и др.
Предшественница ОКС7 — система сигнализации ОКСО — была разработана AT&T в 1970-х годах. Преимущества коммутации с программным управлением позволили создать наложенную сеть сигнализации, а, в сущности, — сеть передачи данных, по которой можно передавать сложные сигнальные сообщения, куда более информативные, чем внутриполосные частотные сигналы, которые информировали только о занятии, о завершении установления соединений, о номере вызываемого абонента и т.п. При первом применении ОКС6 для нее использовались каналы междугородной сети США со скоростью передачи данных 2,4 Кбит/с, позднее скорость была увеличена до 4,8 Кбит/с. Сигнальная информация передавалась в форме блоков данных, которые имели постоянную длину 28 битов и могли переносить 12 различных сообщений.
Система ОКСО явилась дальнейшим развитием принципов, зарекомендовавших себя в ОКС6. В отличие от предшественника, ОКСО использует блоки данных переменной и намного большей (хотя и ограниченной) длины, что значительно увеличивает функциональные возможности системы. Кроме того, в ОКСО используются каналы со скоростью передачи 64 Кбит/с, что делает эту систему существенно более быстродействующей, чем ОКС6.
Шведская Администрация связи провела опытную эксплуатацию ОКСО в 1983 году. То же самое в начале 1980-х годов было проделано в Великобритании и Франции. Компания MCI WorldCom впервые внедрила ОКСО в апреле 1988 года в Лос-Анджелесе и Филадельфии, сократив при этом вдвое время установления соединений в направлении Филадельфия- Лос-Анджелес. Сокращение времени занятия разговорных каналов за счет удаления из них сигналов управления соединениями позволило оператору обслуживать больше вызовов при том же количестве межстанционных трактов.
Активизация использования ОКСО в Европе относится ко времени построения сетей GSM, в которых при роуминге коммутатор «гостевой» сети должен обращаться к опорному регистру (HLR, home location register) «домашней» сети абонента, хранящему данные об этом абоненте. Позднее, после начала работы в ITU-Т над стандартизацией Интеллектуальных сетей, возможности системы ОКСО стали широко использоваться для поддержки взаимодействия между АТС с функциями коммутации услуг (SSP, service switching point) и узлом управления услугами (SCP, service control point).
Удачные архитектурные решения и красноречивые результаты эксплуатации сети общеканальной сигнализации ОКСО привели к тому, что она стала крупнейшей в мире сетью передачи данных, которая объединяет телефонные сети региональных и национальных операторов, операторов сетей GSM и сетей ИС, обеспечивая при этом взаимодействие с сетями VolP.
Как было упомянуто, система сигнализации ОКСО представляет собой многоуровневый протокол передачи данных, созданный с целью обеспечить сигнализацию в телефонных сетях. Но прежде чем рассматривать уровни модели системы ОКСО, целесообразно рассмотреть Модель взаимодействия открытых систем.
1.3 Модель взаимодействия открытых систем
Существование нескольких физических сред, которые можно использовать для передачи данных, и многообразие вычислительных устройств, на базе которых создано оборудование различных сетей, послужило причиной создания большого числа протоколов для связи между ними.
Для облегчения процесса разработки спецификаций и возможности многократного использования однажды реализованных процедур была разработана модель того, как все функции протокола должны быть разделены на отдельные уровни. Основной принцип, положенный в основу модели, состоит в том, что каждый уровень содержит заданную группу функций, предоставляющих следующему уровню строго определенный набор услуг. Упорядоченный набор отдельных протоколов, используемых всеми уровнями, образует общий протокольный стек (или профиль). Модель взаимодействия открытых систем (OSI, Open system interconnection) была формализована Международной организацией по стандартизации (ISO, International standard organisation) и опубликована в 1982 году. Модель предложила процедуры и механизмы создания стеков протоколов для взаимодействия больших вычислительных машин с различного рода периферийным оборудованием. Модель была создана уже после разработки несовместимых между собой стеков протоколов Х.25, ТСР/IP и ОКСО и имела целью вобрать в себя все лучшее на момент создания.
Модель разделяет все действия протокола по предоставлению услуг, связанных с передачей данных приложения, на две большие группы функций. Приложение, или иначе прикладной процесс, является пользователем протокола и использует его услуги для передачи данных по сети к удаленному приложению. Каждая группа функций должна иметь стандартные интерфейсы для предоставления своих услуг вышестоящим группам и использования услуг, предоставляемых расположенными ниже группами функций.
Функции верхних уровней подготавливают данные, поступающие от приложения, для передачи по сети. Эти функции реализуются протоколами, которые являются уникальными для использующих их приложений. Разные приложения предъявляют разные требования к передаче данных по сети, и в задачу протоколов верхних уровней входит скрытие этих различий от протоколов, расположенных ниже.
Верхние уровни также обеспечивают надежность при транспортировке данных по сети из конца в конец. В их функции входят обнаружение и исправление ошибок передачи, а также сегментирование, порядковая нумерация и сборка блоков данных конкретного приложения.
Вторая группа функций предоставляет механизмы маршрутизации блоков данных по сети и их получения в пункте назначения. Эта группа не имеет доступа к адресам приложений, а лишь передает блоки данных от одного узла сети к другому, используя их физические и сетевые адреса. На этих уровнях имеются собственные средства сегментирования, контроля последовательности передачи и сборки пакетов в пункте назначения.
Разбиение всех функций передачи информации на уровни обеспечивает возможность сохранения неизменным протокола одного уровня при необходимости внесения изменений в протоколы смежных уровней. Смежные уровни внутри одной системы взаимодействуют по специальным протоколам, называемым примитивами. Модель OSI состоит из семи уровней.
В дейтаграммном режиме фаза предварительного установления соединения отсутствует, и каждое сообщение содержит в своем составе как адресную информацию (адрес пункта назначения и пункта отправителя сообщения), так и информацию пользователя вышестоящего уровня. Использование дейтаграммного режима повышает эффективность использования сети, так как позволяет динамически изменять маршрутизацию пакетов в зависимости от состояния каналов и узлов. В случае перегрузки или отказа встречного узла исходящий узел маршрутизирует пакеты в обход недоступного направления. Однако в дейтаграммном режиме возможны случаи доставки пакетов в неправильной последовательности и потери пакетов, вследствие отсутствия функций повторной передачи, а функции восстановления потерянных данных должны быть возложены на вышестоящий уровень.
Управление сетью сигнализации так же входит в функции сетевого уровня и обеспечивается посредством специальных сообщений, направляемых как к смежным, так и несмежным узлам для уведомления об отказе или перегрузке удаленных узлов или звеньев.
Четвертый, транспортный уровень, гарантирует надежную доставку всех переданных блоков данных приложения по сети из конца в конец. Уровень предназначен для дополнительного подкрепления надежности передачи, предоставляемой сетевым уровнем. Адресация на этом уровне состоит из точек доступа к услугам (SAP, service access point), представляющих собой логические адреса протоколов, занимающихся внутри узла обслуживанием передачи информации конкретных приложений.
Пятый, сеансовый уровень, отвечает за установление и выбор типа диалога (сеанса) между взаимодействующими логическими объектами (приложениями). Уровень управляет точками синхронизации, которые могут потребоваться, например, при передаче одним приложением нескольких файлов во время одного сеанса связи. В точке синхронизации передача останавливается для получения подтверждения о приеме с удаленного конца. Кроме того, в функции уровня входит запоминание точки остановки передачи, вызванной процедурами более высокого приоритета, и возобновление передачи с этого места.
Реализация функций транспортного и сеансового уровней в протокольном стеке обязательна, только если приложение использует услуги, ориентированные на установление виртуальных сигнальных соединений.
Шестой, уровень представления данных, определяет форматы (синтаксис) для передачи по сети данных различных типов. Эти форматы не обязательно должны совпадать с форматами, используемыми вышестоящими уровнями, например такими как ASCII или EBCDIC. Наиболее распространенным синтаксисом, используемым в телекоммуникационных протоколах на уровне представления, является язык абстрактных описаний (ASN.1, abstract syntax notation), который подобен синтаксису языка Pascal и предназначен для определения независимого от кодирования блоков данных вышестоящего уровня.
Седьмой, прикладной уровень, является интерфейсом между приложением и самой моделью. На этом уровне производятся первичные действия по подготовке информации для передачи по сети, включающие идентификацию получателя информации и его доступность.
Необходимость реализации некоторых функций модели OSI в системе ОКСО отсутствует, вследствие чего они не определены стеком протоколов системы. Протоколы, используемые в модели ОКСО, уточнялись и апробировались на протяжении многих лет с целью увязки со специфическими требованиями операторов телефонных сетей, что объясняет ее отличие от модели OSI. Несмотря на эти отличия, система ОКСО зарекомендовала себя в качестве высоконадежного протокола пакетной передачи данных для применения в цифровых телефонных сетях с временным разделением каналов, и развивается в направлении поддержки услуг, использующих другие технологии, такие как АТМ и ТСР/IP.
1.4 Структура протоколов ОКС7 и модель OSI
Функции управления коммутацией в телефонной сети выполняют программные средства управляющих комплексов станций этой сети, что позволяет реализовать предоставление пользователям услуг связи как совокупность действий, которые выполняют прикладные процессы, распределенные по станциям сети, а система сигнализации представляет собой платформу, необходимую для поддержки информационного обмена между этими прикладными процессами.
ОКСО — это такая 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 организован в любом временном интервале (кроме нулевого) одного из первичных трактов ИКМ, входящих в пучок, соединяющий напрямую две взаимодействующие АТС (рисунок 1-1).
Общеканальная сигнализация может рассматриваться как особый тип передачи данных, специализированный для передачи сигнализации и информационного обмена между процессорами узлов связи различного назначения. Для обеспечения надежности, требуемой в телефонных сетях общего пользования, система OKCО обладает функциями обнаружения и коррекции ошибок, вызванных воздействием помех на средства передачи, и автоматической реконфигурации маршрутов в случае отказов сетевых элементов.
Как правило, для повышения надежности в другом ИКМ- тракте пучка, организуется резервный канал для передачи данных ОКСО. Все остальные временные интервалы системы передачи (кроме нулевых) при использовании ОКСО могут быть задействованы для передачи речи или данных пользователя. Один канал ОКСО может обслуживать около 4000 разговорных каналов.
Архитектура системы ОКСО устроена так, что множество всех функций системы представлено в виде совокупности функциональных блоков (именуемых подсистемами), определенным образом взаимодействующих между собой и поддерживающих друг друга. Как и в семиуровневой модели, логическую связь между подсистемами ОКСО можно представить в виде многоуровневой структуры, в которой N- й уровень предоставляет свои услуги (N+1)-му уровню, пользуясь при этом услугами, которые предоставляет ему (N-1)-й уровень (см. рисунок 1-2). Каждый уровень содержит вполне определенное множество функций и взаимодействует со смежными (сверху и снизу) уровнями через четко определенные интерфейсы. В одном уровне может размещаться несколько подсистем; одна подсистема может выполнять функции одного или нескольких смежных уровней.
Первоначально спецификации ОКСО базировались на требованиях управления телефонными каналами. Чтобы удовлетворить эти требования, система ОКСО была специфицирована в четырех уровнях — подсистема переноса сообщений, охватывающая уровни 1-3, и подсистемы-пользователи, как уровень 4 (рисунок 1-3). Когда возникли новые требования, например, для обмена информацией с базами данных, система ОКСО была расширена новыми функциями.
Основными подсистемами ОКСО являются:
• подсистема переноса сообщений (МТР, Message transfer part);
• подсистемы-пользователи (UP, User part) услуг MTP.
Подсистема MTP формирует и предоставляет услуги переноса сигнальной информации в виде сигнальных сообщений от пункта-отправителя через сеть ОКС к пункту-адресату. Пользователи услуг MTP — это подсистемы, которые, в свою очередь, предоставляют свои услуги либо подсистемам, расположенным выше, либо непосредственно пользователям системы ОКСО, каковыми являются разнообразные прикладные процессы узлов сети связи (это частности, процессы управления коммутацией, процессы управления предоставлением тех или иных дополнительных услуг, процессы эксплуатационного управления и др.).
Система сигнализации ОКСО построена по принципам, определенным рассмотренной в предыдущем разделе Моделью взаимодействия открытых систем. Однако уровни модели ОКСО не полностью совпадают с уровнями модели OSI. В то время как модель OSI содержит семь уровней, модель ОКСО содержит только четыре уровня. Функции, выполняемые этими четырьмя уровнями, определенным образом соотносятся с функциями семи уровней модели OSI. При этом некоторые из уровней, входящих в Модель взаимодействия открытых систем, не имеют смысла в модели ОКСО и поэтому в ней не определены. Сопоставление двух моделей Приведено на рисунке 1-4.
Два первых уровня модели ОКСО — звена передачи данных и сигнального звена — обеспечивают обмен сигнальной информацией между двумя смежными пунктами сигнализации, и их функции полностью совпадают с функциями физического уровня и уровня звена данных модели OSI.
Белой книги, отдельные стандарты выпускаются сразу же по мере их утверждения, не дожидаясь окончания четырехлетнего цикла. Структура рекомендаций МСЭ по ОКС7 выглядит следующим образом.
• Q.700 — Q.709: подсистема МТР
• Q.710: применение ОКС7 для учрежденческих АТС
• Q.711 — Q.716: подсистема SCCP
• Q.721 — Q.725: подсистема TUP
• Q.730 — Q737: поддержка дополнительных услуг ISDN
• Q.741: подсистема DUP
• Q.750 — 756: подсистема ОМАР
• Q.761 — Q.764: подсистема ISUP
• Q.771 — Q.775: подсистема ТСАР
• Q.780 — Q.788: тестовые спецификации
• Q.761 — Q.764: подсистема В-ISUP
• Q.1218: подсистема INAP
Сеть связи, использующая систему общеканальной сигнализации №7 состоит из множества узлов коммутации, связанных между собой цифровыми ИКМ- трактами. Чтобы имелась возможность при управлении соединениями пользоваться услугами ОКС7, каждый из этих узлов должен содержать встроенные программно-аппаратные средства, благодаря которым он мог бы выполнять функции пункта сигнализации (SP — Signaling Point), способного формировать, передавать, принимать и интерпретировать сигнальные сообщения. Пункты сигнализации SP должны быть связаны между собой цифровыми каналами, обеспечивающими двухстороннюю передачу сигнальной информации, т.е. выполняющими функции сигнальных звеньев.
Функции пункта сигнализации могут выполнять:
• коммутационные станции, узлы сетей фиксированной связи и подвижной радиосвязи;
• центры эксплуатационного управления сетью связи (ОА8 МС — operation, administration and maintenance centres);
Код пункта сигнализации (SPC, signalling point code) — уникальный номер, назначаемый каждому пункту сигнализации и транзитному пункту сигнализации в сети ОКСО. Внутри одной сети может быть до 16384 пунктов сигнализации.
Смежные пункты сигнализации (adjacent signalling point) — два пункта, напрямую соединенные пучком сигнальных звеньев.
Сигнальное отношение (signalling relation) — возможность связи между одноименными подсистемами пользователей двух пунктов сигнализации (не обязательно смежных).
Режим сигнализации (signalling mode) — понятие, связывающее путь прохождения сигнального сообщения и то сигнальное отношение, к которому относится само сообщение. Наличие в сети ОКС и смежных, и несмежных пунктов сигнализации обусловлено тем, что в общеканальных системах возможно использование трех режимов сигнализации: связанного, несвязанного и квазисвязанного. В системе ОКСО определены для использования только два из них: связанный режим и квазисвязанный режим.
Связанный режим (associated mode) — режим, при котором сигнальные сообщения,
относящиеся к конкретному сигнальному отношению между двумя смежными пунктами сигнализации, переносятся по пучку звеньев, напрямую связывающему эти пункты (рисунок 1-5).
Несвязанный режим (non associated mode) — режим, при котором сигнальная информация, относящаяся к конкретному сигнальному отношению, пропускается по двум или более пучкам звеньев, последовательно проходящим через один или более транзитных пунктов сигнализации, не являющихся пунктом-адресатом сигнальной информации.
Квазисвязанный режим (cuasi-associated mode) является таким частным случаем несвязанного режима, когда путь, по которому сигнальная информация проходит через сеть, назначается заранее и является на данный период времени фиксированным для взаимодействующих пунктов сигнализации (рисунок 1-6).
Сигнальный маршрут — для данного сигнального отношения это предопределенный путь в сети ОКС, по которому сообщения проходят от исходящего пункта до пункта назначения. Сигнальный маршрут состоит из совокупности пунктов сигнализации и/или транзитных пунктов сигнализации и соединяющих их пучков сигнальных звеньев (рисунок 1-7).
Пучок сигнальных маршрутов — для данного сигнального отношения представляет собой совокупность всевозможных сигнальных маршрутов между исходящим пунктом и пунктом назначения.
С учетом технико-экономических особенностей сеть сигнализации может быть спроектирована либо с применением какого-либо одного из режимов сигнализации (связанного или квазисвязанного), либо с использованием обоих режимов.
Возможны разные варианты структуры сети ОКС. На выбор типа структуры влияют топология первичной сети, топология обслуживаемой сети связи, а также экономические и административные аспекты.
Если сеть ОКС призвана формировать сигнальные связи, нужные исключительно для управления коммутацией, наиболее подходящей структурой будет структура, ориентированная, в основном, на поддержку связанного режима сигнализации и лишь в небольшой степени — квазисвязанного режима (для малонагруженных сигнальных связей).
Если же сеть ОКС создается как общий ресурс для удовлетворения всех потребностей в ее возможностях, поддерживающих не только коммутацию телефонных каналов, то высокая производительность сигнальных звеньев в сочетании с необходимостью их резервировании для обеспечения высокой надежности приводит к структуре, ориентированной, главным образом, на квазисвязанный режим, и дополненной при этом относительно небольшим количеством прямых (и сильно загруженных) пучков сигнальных звеньев, используемых в связанною режиме сигнализации.
При использовании только связанного режима сигнализации структура сети ОКС совпадает со структурой обслуживаемой ею сети связи. При использовании же только квазисвязанного режима наиболее рациональной оказывается структура сети ОКС, при которой любой пучок сигнальных звеньев участвует в организации нескольких сигнальных связей (а не одной, как это имеет место в структуре, ориентированной только на связанный режим сигнализации). Следовательно, в этой структуре пучки сигнальных звеньев более загружены, то есть лучше используются. Кроме того, начиная с некоторого количества SP, структура, использующая квазисвязанный режим, обеспечивает уменьшение общего числа сигнальных звеньев в сети ОКС по сравнению со структурой, оптимальной для связанного режима.
Можно заметить также, что при использовании квазисвязанного режима сеть ОКС более устойчива к локальным перегрузкам, имеет более высокие характеристики надежности и оказывается более «живучей» благодаря тому, что для каждого сигнального отношения имеется несколько возможных путей организации связи, то есть существует несколько разных сигнальных маршрутов.
Выше упоминалось о том, что возможности сети ОКС не ограничены лишь функциями сигнализации, связанной с управлением коммутацией. Для поддержки сигнализации этого рода наиболее естественным является связанный режим, что обусловлено спецификой организации коммутируемых связей в сетях коммутации каналов, в частности, в телефонных сетях, где соединение всегда устанавливается последовательными шагами». Исходящая станция, выбрав направление к станции назначения, обменивается сигнальной информацией с ближайшей (в этом направлении) транзитной станцией; приняв необходимую адресную информацию и выбрав направление к станции назначения, эта транзитная станция обменивается сигнальной информацией с другой транзитной станцией, а та, в свою очередь, — со станцией назначения. То же самое происходит и при разрушении соединения: на каждом «шаге» разъединения обмен сигнальной информацией происходит только между смежными станциями. Ясно, что при таком алгоритме наиболее естественна такая структура сети ОКС, при которой SP, размещенные в смежных станциях телефонной сети, тоже являются смежными.
Другое дело, если через сеть ОКС станут обмениваться информацией несмежные SP. Поскольку в любом пункте сигнализации (а не только в транзитном) могут быть предусмотрены функции транзита сигнальных сообщений (SP типа STEP), то структура сети ОКС, ориентированная на связанный режим сигнализации, в принципе, обеспечит и такой обмен. Однако по мере роста доли транзитного сигнального трафика в общем объеме информации, проходящей через STEP, эта структура будет становиться все менее и менее экономичной; а все более целесообразной будет становиться структура, предполагающая квазисвязанный режим.
Назовем примеры ситуаций, когда сеть ОКС должна обеспечивать обмен сигнальной информацией между несмежными SP. Одна группа таких примеров связана с введением в цифровую телефонную сеть функций ISDN и с вытекающей из этого необходимостью поддержки ряда дополнительных услуг. Так, в частности, дополнительная услуга организации замкнутой группы пользователей (CUG, closed user group) предполагают, что члены этой группы могут оказаться абонентами разных АТС, причем не обязательно смежных. Процедуры предоставления услуги CUG предусматривают ряд действий (проверку принадлежности к одной и той же CUG, прав связи и т.п.), для выполнения которых требуется обмен сигнальной информацией между пунктами сигнализации, встроенными в те АТС, абонентами которых являются разные члены группы, в том числе, между несмежными пунктами. Аналогичное положение имеет место при предоставлении услуг конференц-связи (как трехсторонней, так и многосторонней) и услуги завершения вызова к занятому абоненту (CCBS, call complicion to busy subscriber).
Другая группа примеров связана с организацией Интеллектуальной сети (IN, intelligent network). Для предоставления услуг IN необходим обмен сигнальной информацией между узлами коммутации услуг (SSP, service switching points) и узлом управления услугами (SCP, service control point). Поскольку сеть IN организована так, что один SCP обслуживает большое число SSP, то пункты сигнализации сети ОКС, встроенные в эти элементы IN, во многих случаях могут оказаться несмежными.
Этот ряд можно продолжить, указав, например, на использование ресурсов OKC для
поддержки обмена информацией между центром эксплуатационного управления телефонной сетью и пунктами сигнализации сети ОКС. Очевидно, что и в этом случае вполне возможен информационный обмен между несмежными SP.
Из всего сказанного следует, что в больших сетях связи структура сети ОКС должна быть ориентирована на то, что в ней, со временем, все более широко будет использоваться квази- связанный режим сигнализации.
Всемирная сеть сигнализации имеет двухуровневую структуру, уровни которой функционально независимы друг от друга: международный уровень с международной сетью и национальный уровень со множеством национальных сетей. Национальные сети ОКСО разных стран взаимодействуют друг с другом через международную сеть. Такой принцип организации позволяет каждой сети иметь свою собственную структуру и план нумерации для пунктов сигнализации. Такая структура делает возможным разделение полномочий при управлении сетями и позволяет сделать независимыми друг от друга планы их нумерации.
1.6.2 Структура российской сети ОКС
Национальная сеть ОКС России разделена на два уровня иерархии: федеральную (междугородную) и региональную (местную) сеть. Различие принадлежности сигнальных единиц к тому или иному уровню иерархии производится по индикатору сети Nl.
На обоих уровнях длина кодов пунктов сигнализации, в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т, составляет 14 бит, а для междугородной сети, кроме того, принято использовать следующие принципы распределения кодов:
Код сигнальной зоны — 8 бит; Код пункта в зоне — 6 бит.
Следовательно, в федеральной (междугородной) сети может быть организовано до 256
сигнальных зон (0-255) по 64 пункта сигнализации в каждой зоне (0-63). На территории каждой междугородной зоны может быть организовано до 128 (0-127) местных сетей ОКС, каждая из которых может включать до 128 пунктов сигнализации.
Шлюзом между региональными (местными, зоновыми) сетями ОКС и федеральной (междугородной) сетью зоны является АМТС зоны. При этом SP, организованный на АМТС, имеет два кода:
• код SP в федеральной сети (NI=10)
• код SP в местной сети (Nl=11).
В перспективе междугородная сеть ОКС России (рисунок 1-8) должна представлять
собой совокупность оконечных SP, организованных на цифровых АМТС, взаимодействующих через полносвязную одноуровневую сеть транзитных пунктов сигнализации SТР, организованных на цифровых УАК (узлах автоматической коммутации). Каждый оконечный SP опирается на 2-3 транзитных STP, что обеспечивает надежность сети и выполнение норм на количество транзитов (в соответствии с требованиями МСЭ-Т Q.706 в нормальных условиях работы сети маршрут не должен содержать более 2-х STP). Объединение SP в кластеры проводится в соответствии с принадлежностью АМТС одной из 8 территориальных зон.
При развитии сети ОКС на междугородной сети России допускается использование как связанного, так и квазисвязанного режимов работы. При достаточной нагрузке между АМТС, в том числе и в случае принадлежности SP к различным кластерам, между ними могут организовываться прямые пучки звеньев сигнализации. В этом случае они будут использоваться как прямые пути, а маршруты через STP как резервные.
Сеть ОКС в городских телефонных сетях (ГТС) должна быть ориентирована, в основном, на связанный режим; квазисвязанный режим должен использоваться при работе в аварийной ситуации или при перегрузках, а для этого всегда должны предусматриваться альтернативные маршруты.
Структура сети ОКС для обслуживания ГТС, построенной по современным принципам, повторяет структуру федеральной сети.
В ГТС без узлообразования пункты сигнализации соединяются друг с другом прямыми пучками сигнальных звеньев по схеме каждый с каждым». На некоторые АТС могут быть возложены функции транзитных пунктов сигнализации для обеспечения резервных маршрутов.
В ГТС с узлообразованием внутри узлового района между всеми АТС должны быть opгaнизованы прямые звенья. Прямые звенья ОКСО могут быть организованы и между АТС разных узловых районов при наличии достаточной нагрузки.
ОКСО является сетью пакетной передачи данных и, как любая пакетная сеть, использует блоки данных, структура которых определяется их назначением. Сигнальная информация передается от одного SP к другому в виде блоков, называемых сигнальными единицами, Существует три типа сигнальных единиц, форматы которых представлены на рисунке 1-9.
1.7.1.1 Заполняющие сигнальные единицы
Заполняющие сигнальные единицы (FISU, fill-in signal unit) — используются для фазирования сигнального звена и контроля его качества. Они передаются постоянно при отсутствии полезного сигнального трафика, не повторяются в случае ошибки и имеют постоянную длину 48 битов. Использование заполняющих сигнальных единиц отличает ОКС7 от всех других протоколов пакетной передачи, в которых при отсутствии полезного трафика передаются уникальная однобайтовая последовательность (флаг), используемая только с целью синхронизации передачи. Вследствие этого в таких сетях отсутствует индикация ухудшения качества тракта передачи вплоть до момента передачи полезной информации.
Для ОКС7 это может быть слишком поздно, так как полезная информация будет потеряна. Для выполнения высоких требований к надежности передачи информации, предъявляемых сетями связи общего пользования, для обслуживания которых проектировались система ОКС7, качество сигнальных звеньев постоянно проверяется с помощью заполняющих сигнальных единиц FISU, которые содержат, кроме разграничивающих флагов и проверочной последовательности, лишь информацию, минимально необходимую для контроля последовательности передачи, подтверждения успешно принятых и запроса повторной передачи сигнальных единиц с полезной информацией. Необходимость в повторении принятых с ошибкой FISU отсутствует, так как информационной нагрузки они не несут.
1.7.1.2 Сигнальные единицы состояния звена
Сигнальные единицы состояния звена (LSSU, link state signal unit) — служат для контроля статуса сигнального звена, не повторяются в случае ошибки передачи и, кроме полей, имеющихся в FISU, содержат поле статуса длиной 1 или 2 байта. Сигнальные единицы статуса звена передаются от одного станционного окончания звена (сигнального терминала) к другому и имеют смысл только между смежными SP. Пункт сигнализации, определивший сбой в работе звена вследствие нарушения фазирования передачи сигнальных единиц уведомляет смежный пункт о недоступности звена. Звено считается сфазированным, если принимаемые сигнальные единицы имеют верную длину, и отсутствует превышение допустимого количества последовательно принятых битов, имеющих значение «1». Последнее условие нарушается, если принимается подряд более 5 битов со значением «1», т.е. длина их последовательности оказывается не меньше длины флага начала и/или окончания сигнальной единицы. Чтобы количество подряд идущих битов «1» внутри сигнальной единицы не превышало пяти, протоколом уровня 2 MTP предусмотрены специальные функции.
При нарушении этих условий звено выводится из обслуживания, и предпринимается попытка восстановить его фазирование. SP, обнаруживший нарушение, прекращает передачу сигнального трафика на это звено и передает LSSU к смежному SP, информируя его о необходимости сделать то же самое и провести повторное фазирование. Если процессор уровня MTP2 способен определить тип возникшей проблемы, то индикация текущего статуса звена будет помещена этим процессором в поле статуса отправляемой LSSU. Поле статуса может нести информацию о состоянии только того звена, по которому передается LSSU. LSSU, принятые с ошибкой, отбрасываются без запроса повторной передачи.
1.7.1.3 Значащие сигнальные единицы.
Значащие сигнальные единицы (MSU, message signal unit) — используются для передачи полезной сигнальной информации, т.е. блоков данных протоколов верхних уровней, таких ISUP, СССР, ТСАР и др. Значащие сигнальные единицы MSU отличаются от FISU и LSSU наличием в них поля сигнальной информации SIF и октета служебной информации SIO, а также тем, что при обнаружении ошибки в принятой MSU запрашивается ее повторная передача.
1.8 Назначение полей сигнальных единиц
Флаг (F, flag) отмечает начало и конец каждой сигнальной единицы. Обычно закрывающий флаг одной сигнальной единицы является открывающим флагом следующей сигнальной единицы. В качестве флага используется байт вида 01111110.
Чтобы избежать имитации флага другой частью сигнальной единицы, передающий сигнальный терминал вставляет ноль после каждых пяти следующих подряд битов со значением «1», содержащихся в любой части сигнальной единицы, кроме флага. Этот ноль изымается принимающим сигнальным терминалом после обнаружения и отделения флагов.
Проверочные биты (СК, check bits) составляют проверочную комбинацию, которую формирует пункт сигнализации, передающий сигнальную единицу. Комбинация содержит 16 битов, значения которых вычисляются путем применения образующего полинома к информации, содержащейся в подготавливаемой к передаче сигнальной единице. Наличие проверочных битов в заполняющих сигнальных единицах FISU позволяет вести постоянный контроль качества сигнального звена на уровне 2 и информировать уровень 3 MTP в случае снижения качества ниже допустимого
Индикатор длины (LI, length indicator) указывает, сколько байтов содержит сигнальная единица в полях, расположенных между резервными (2 бита) и проверочными битами СК (см. рисунок 1-9). Заметим, что формат заполняющей сигнальной единицы в промежутке между резервными битами и СК не содержит никаких полей (0 байтов), формат сигнальной единицы статуса звена содержит в этом промежутке только поле статуса (либо 1 байт, либо 2 байта), а формат значащей сигнальной единицы предусматривает наличие двух полей — имеющего длину 1 байт поля служебной информации SIO и имеющего переменную длину поля сигнальной информации SIF. Из сказанного сам собой вытекает способ идентификации типа сигнальной единицы:
• если LI = 0, то это заполняющая сигнальная единица (FISU);
• если LI = 1 или 2, то это сигнальная единица состояния звена (LSSU);
• если LI > 2, то это значащая сигнальная единица(МЯ0).
Максимальная длина поля сигнальной информации в сообщении ограничена 272 байтами, так как большее время передачи, требующееся для более длинного сообщения на скорости 64 Убит/с, может привести к недопустимой длительности задержек переспроса при исправлении ошибок.
Индикатор длины может принимать значения в интервале от 0 до 63. Если поле сигнальной информации (SIF) значащей сигнальной единицы имеет длину от 2 до 64 байтов, то LI содержит реальную длину сообщения, если же SIF имеет длину более 64 байтов, то LI остается равным 63. Это не вызывает никаких проблем, так как в настоящее время поле LI используется только для распознавания типа сигнальной единицы.
1.8.4 Порядковые номера (FSN, BSN)
В целях подтверждения приема и управления последовательностью передачи сигнальных единиц применяется система прямых (FSN, forward sequence number) и обратных (BSN, backward sequence number) порядковых номеров. И те, и другие номера представляют собой двоичные числа в циклически повторяющейся последовательности от 0 до 127.
Поля порядковых номеров используются таким образом:
• FSN передается в прямом направлении (то есть в направлении передачи сигнала) и несет информацию о порядковом номере той MSU, в состав которой он входит;
• BSN передается в обратном направлении в составе подтверждающей сигнальной единицы (ею может быть MSU или FISU) и несет информацию о порядковом номере той MSU, к которой это подтверждение относится. За один раз допускается подтверждать до 127 последовательно принятых сообщений.
1.8.5 биты индикации направления (FIB, BIB)
Биты индикации направления FIB (forward indicator bit) и BIB (backward indicator bit) говорят о содержании MSU в том смысле, несет ли она собственно сигнал (FIB — прямое направление) или выполняет функции подтверждения (BIB — обратное направление). Вместе с полями FSN и BSN (см. выше) биты индикации направления служат для контроля того, совпадает ли последовательность сигнальных единиц на приеме с последовательностью их на передаче, и используются в одном из двух предусмотренных в системе ОКСО методов исправления ошибок.
В сигнальных единицах состояния звена LSSU байт служебной информации SIO и поле сигнальной информации SIF заменяются однобайтовым или двухбайтовым полем статуса (SF, status field). В этих сигнальных единицах номер сигнального звена не указывается, поскольку информация о статусе всегда относится как раз к тому звену, по которому передается LSSU.
Сигнальной единице состояния звена соответствует индикатор длины LI, равный 1 или 2. Если Ll=1, то поле статуса содержит один байт, если Ll=2, то — два байта. Формат однобайтового поля статуса приведен на рисунке 1-10. Когда сигнальный терминал, способный обработать только однобайтовое поле статуса, получает сигнальную единицу с двухбайтовым полем, он игнорирует второй байт, но первый байт обрабатывает обычным образом.
Предусмотрены следующие индикаторы статуса сигнального звена.
«OS» (out of service) — вне обслуживания — указывает, что сигнальный терминал, передающий этот индикатор, не может ни передавать, ни принимать сигнальные единицы MSU по причинам, отличным от отказа процессора. Приняв OS (сигнал SIDS), встречный сигнальный терминал также прекращает передачу любых сигнальных единиц. Индикатор OS передается также после включения питания сигнального терминала до момента запуска процедуры начального фазирования.
«O» (out of alignment) — не сфазировано — передается после запуска процедуры начального фазирования до момента приема от удаленного сигнального терминала индикатора: «O» (сигнал SIO), «М» (сигнал SIМ) или «Е» (сигнал SIЕ). Индикатор «O» посылается также в отказа звена при необходимости выполнить процедуру его восстановления.
«N» (normal) — нормальное фазирование — передается в случае, когда после запуска процедуры начального фазирования получен какой-либо из индикаторов статуса: «O», «М» или «Е», — и сигнальный терминал имеет статус «нормальное фазирование».
«Е» (emergency) — аварийное фазирование — передается, когда после запуска процедуры начального фазирования получен какой-либо из индикаторов «O», «N» или «Е», а сигнальный терминал имеет статус «аварийное фазирование».
«РО» (processor outage) — отказ процессора — указывает, что передающий сигнальный терминал не может связаться с процессорами, производящими обработку сообщений на уровнях три и четыре. Это может быть обусловлено отказом процессора сигнального терминала или полным отказом пункта сигнализации. «РО» (сигнал SIPO) передается для того, чтобы оповестить удаленный сигнальный терминал о необходимости прекратить передачу значащих сигнальных единиц MSU.
«В» (busy) — занятость — указывает, что сигнальный терминал, передающий этот индикатор, находятся в состоянии перегрузки. При приеме индикатора «В» (сигнал SIB) прекращается передача значащих сигнальных единиц MSU в направлении перегруженного сигнального терминала, и начинается передача заполняющих сигнальных единиц FISU. Если условия перегрузки сохраняются в течение трех — шести секунд, то уровень MTP3 получает информацию об отказе звена, после чего инициируется процедура его восстановления.
1.8.7 Байт служебной информации (SIO)
Байт служебной информации (SIO, service information octet) идентифицирует подсистему, сообщение которой переносит данная сигнальная единица. Байт содержит два
• индикатор вида службы (SI, service indicator);.
• поле подвида службы (SSF, subservice field).
Поле индикатора вида службы SI занимает 4 старших бита в байте SIO, содержится только в значащих сигнальных единицах MSU и указывает, к какой подсистеме-пользователю относится сообщение. Индикатор используется функцией обработки сигнальных сообщений для распределения их по подсистемам-пользователям и, в некоторых специальных реализациях, для маршрутизации сообщений.
Поле подвида службы SSF занимает 4 младших бита поля SIO и содержит индикатор сети NI (биты С и D) и два резервных бита (биты А и В). Индикатор сети позволяет отличить, какой сети принадлежат сообщения, международной или национальной. Он может быть также использован, например, чтобы различить две национальные сети ОКСО, имеющие различные структуры этикеток. Практически в каждой стране мира используются свои спецификации подсистем ОКСО, учитывающие, в допустимых международными рекомендациями рамках, особенности организации сети связи отдельной страны и местные стандарты.
1.8.8 Поле сигнальной информации (SIF)
Поле сигнальной информации (SIF, signaling information field) предназначено для переноса информации подсистем-пользователей через сеть ОКС7 и может содержать до 272 байтов. Это поле имеется только в значащих сигнальных единицах MSU. Кроме сообщения подсистемы-пользователя поле SIF содержит адрес, по которому сообщение должно быть передано. Общая структура поля сигнальной информации изображена на рисунке 1-12.
В состав поля SIF входит этикетка, которая позволяет подсистеме-пользователю:
• с помощью функций уровня MTP3 маршрутизировать сообщения в сети сигнализации к определенному пункту назначения; эта часть этикетки называется этикеткой маршрутизации;
• ассоциировать сообщение с определенным каналом, вызовом или транзакцией.
За исключением этикетки маршрутизации подсистема MTP не интерпретирует содержимое поля SIF, т.е. прозрачно передает содержащуюся в SIF информацию от уровня 4 одного пункта сигнализации к уровню 4 другого.
Этикетка: для некоторых подсистем пользователя, кроме этикетки маршрутизации, в состав этикетки входит дополнительная информация. Существуют четыре типа этикеток (рисунок 1-13):
• тип А для сообщений управления сетью сигнализации;
• тип В для сообщений подсистемы TUP;
• тип С для сообщений подсистемы ISUP;
• тип Д для сообщений подсистемы SCCP.
Код пункта назначения (DPC, destination point code) используется исходящим пунктом
сигнализации для адресации сообщения в пределах данной сети. Пункт сигнализации, принявший сообщение, анализируя DPC, определяет, адресовано ли данное сообщение этому пункту или (в случае транзитного пункта сигнализации) оно должно быть отправлено другому пункту сигнализации. Сообщения, адресованные данному пункту, на основе значения поля SIO направляются в соответствующую подсистему.
Код исходящего пункта (OPC, originating point code) используется входящим пунктом сигнализации для определения источника полученного сообщения.
Поле кодов пунктов сигнализации международной сети ОКСО имеет длину 14 битов, и их структура определена МСЭ-Т следующим образом. Первые три бита позволяют разделить всю международную сеть на восемь зон (отдельных стран или групп стран). Следующие восемь битов позволяют идентифицировать 256 областей в каждой зоне и служат для обозначения стран или сети внутри зоны. Последние три бита позволяют идентифицировать до 8 международных пунктов сигнализации внутри каждой области.
Структура этикеток и длина кодов пунктов сигнализации для национальных сетей определяется Администрациями связи этих стран и может отличаться от определенных МСЭ-Т для международной сети. Так в сетях ОКСО Северной Америки и Китая поле кода пункта сигнализации имеет длину 24 бита. В России используется 14-битовое поле кода пункта сигнализации. Значения кодов, присваиваемых пунктам сигнализации междугородной сети ОКСО, выдаются Минсвязи РФ, а для местных сетей — проектными институтами Гипросвязь.
Поле выбора сигнального звена (SLS, signalling link selection) существует в сообщениях всех типов и используется, в случае необходимости, для разделения нагрузки между звеньями одного пучка. Исключение из этого правила касается сообщений эксплуатационного управления сетью сигнализации (например, команд перевода трафика на резервное сигнальное звено), передача которых должна (или, наоборот, не должна) быть произведена по определенному звену.
Код идентификации канала (СIС, circuit identification code) используется в качестве метки в сообщениях подсистем, предназначенных для управления разговорными каналами (например, TUP и ISUP), и ассоциирует каждое сигнальное сообщение с нужным каналом. Для подсистемы TUP четыре младших бита этого поля являются одновременно полем SLS, которое при необходимости может использоваться для разделения нагрузки. В подсистеме ISUP поле SLS отделено от кода идентификации канала.
Для сообщений управления сетью сигнализации этикетка совпадает с этикеткой маршрутизации и указывает исходящий пункт и пункт назначения этого сообщения. Кроме того, в случае сообщений, относящихся к конкретному сигнальному звену, поле SLC этикетки указывает на идентификатор этого звена в пучке звеньев, соединяющего пункт назначения с исходящим пунктом сигнализации. Формат поля SIF в сообщениях эксплуатационного управления сетью сигнализации представлен.
Код заголовка НО является полем из 4 битов, следующим за этикеткой и идентифицирующим группу сообщений:
• Группа СНМ (НО=0001): сообщения перевода трафика на резервное звено и обратно; • Группа ЕСМ (НО=0010): сообщения аварийного перевода трафика на резервное звено;
• Группа РСМ (НО=0011): сообщения управляемого переноса трафика и управления
перегрузкой пучка сигнальных маршрутов;
• Группа TFM (НО=0100): сообщения запрещения и разрешения переноса трафика;
• Группа RSM (НО=0101): сообщения тестирования пучка сигнальных маршрутов;
• Группа MIM (НО=0110): сообщения запрещения доступа к звену системой эксплуатационного управления;
• Группа TRM (НО=0111): сообщение разрешения восстановления сигнального трафика;
• Группа DLM (НО=1000): сообщения подключения звена передачи данных;
• Группа UFС (НО=1010): сообщение управления потоком сигнального трафика от
подсистем-пользователей.
Код заголовка Н1 — поле из 4 битов, следует за полем заголовка НО и определяет конкретное сообщение в группе сообщений. Коды Н1 также приведены на рисунке 1-14.
Глава 2. Подсистема переноса сообщений (MTP)
2.1 Функции подсистемы переноса сообщений
Рекомендации МККТТ (как в те годы назывался ITU-Т — Сектор Международного союза электросвязи по стандартизации телекоммуникационных систем), описывающие подсистему переноса сообщений, впервые были выпущены в 1980 году в так называемой Желтой книге. В процессе развития системы ОКСО в текст рекомендаций с тех пор было внесено множество дополнений в соответствующих каждому четырехлетнему исследовательскому периоду МККТТ цветных книгах рекомендаций.
Что же касается национальных спецификаций, то технические спецификации подсистемы МТР для Взаимоувязанной сети связи России утверждены в 1994 году и основаны на рекомендациях МСЭ-Т 1992 года.
Подсистема переноса сообщений МТР выполняет две основные функции, первой из которых является надежный перенос сигнальной информации пользователей МТР по сети ОКСО, а второй — сохранение способности переноса сигнальной информации при обнаружении отказов в сети сигнализации. Функции подсистемы МТР делятся на три группы, образуя три нижних уровня системы ОКСО.
Обмен сообщениями между одноименными подсистемами-пользователями МТР (например, SCCP или ISUP), находящимися в разных узлах сети, происходит следующим образом, Подсистема-пользователь направляет блок данных протокола на уровень МТРЗ, сопровождая его адресной информацией для маршрутизации по сети. После определения на уровне МТРЗ доступного в данный момент времени сигнального маршрута и рабочего звена для доставки сообщения по нужному адресу блок данных поступает на уровень МТР2 (МТР2). На уровне МТР2 к блоку данных подсистемы-пользователя и адресной информации добавляется информация, необходимая для обнаружения и исправления ошибок передачи сигнальных единиц
По звену передачи данных. Сигнальные единицы — это блоки данных, передаваемые между вторым и первым уровнями MTP сигнального звена внутри пункта сигнализации, и между первыми уровнями MTP (MTP1) на обеих сторонах звена. Значащие сигнальные единицы MSU содержат сообщения, генерируемые уровнем MTP3 или подсистемой-пользователем.
На рисунке 2-1 для примера показан перенос сообщения подсистемы ISUP в пункте А к подсистеме ISUP в пункте В.
Уровень MTP1 — функции звена передачи данных (signalling data link) — определяет физические, электрические и функциональные характеристики звена передачи данных и средств доступа к нему фактически, в сетях в временным разделением каналов, элементом уровня 1 является двунаправленный канал связи со скоростью 64 Убит/с, предназначенный для организации сигнального звена.
Уровень MTP2 — функции сигнального звена (signalling link functions) — определяет функции и процедуры, относящиеся к передаче сигнальных сообщений по отдельному звену Передачи данных между двумя напрямую связанными пунктами сигнализации. Функции уровня 2 определяют структуру передаваемой по каждому звену информации и процедуры
обнаружения и исправления ошибок. Для выполнения этих функций уровень MTP2 использует услуги первого уровня. Функции уровня 2 обычно выполняются сигнальными терминалами, Сочетание функций уровней 1 и 2 образует сигнальное звено (рисунок 2-2).
Сигнальные сообщения верхних уровней переносятся по сигнальному звену в виде сигнальных единиц переменной длины. Для правильной работы сигнального звена сигнальная единица, кроме информационной части, содержит также информацию управления передачей.
Уровень MTP3 — сетевые функции (silgnalling network functions) — определяет процедуры эксплуатационного управления сетью сигнализации и процедуры доставки сообщений к адресату. В пункте сигнализации уровень MTP3 является интерфейсом между подсистемой MTP и пользователями MTP (т.е. протоколами уровня 4). В дополнение к функциям переноса сообщений пользователя MTP3 содержит процедуры изменения маршрутизации сообщений в случае обнаружения отказов в сети сигнализации. Сетевые функции MTP подразделяются на две основные категории:
• обработка сигнальных сообщений;
• эксплуатационное управление сетью сигнализации.
В пункте сигнализации имеются функции МТР1 и MTP2 для каждого сигнального звена и один, общий для всех звеньев, уровень MTP3 (рисунок 2-3). По сигнальным звеньям переносятся значащие сигнальные единицы MSU, сигнальные единицы состояния звена LSSU и заполняющие сигнальные единицы FISU. Сигнальные единицы LSSU и FISU генерируются MTP2 на одной стороне звена и предназначены для уровня MTP2 на другой стороне этого же звена.
2.2 Уровень MTP2: функции сигнального звена
Уровень MTP2 обеспечивает функции, необходимые для обнаружения и коррекции ошибок передачи сигнальных единиц по сигнальному звену между двумя смежными пунктами сигнализации. Это означает, что уровень MTP2 не анализирует информацию о конечном пункте назначения информации, переносимой в поле SIO значащей сигнальной единицы.
Функции второго уровня MTP схожи с типичными протоколами соответствующего уровня сетей передачи данных (например, HDLC, SDLC, LAPB). Главные отличия вызваны более высокими требованиями к характеристикам системы сигнализации в отношении потери или нарушения очередности следования сообщений и превышения допустимой длительности задержки подтверждения их приема.
Каждый сигнальный терминал, выполняющий функции MTP2, работает независимо от остальных частей системы (других сигнальных терминалов и функций MTP3). Этим достигается независимость сигнальных звеньев друг от друга, что позволяет вести независимую порядковую нумерацию и управление контролем последовательности передачи сигнальных единиц каждого звена в пункте сигнализации и на каждом конце звена в смежных пунктах сигнализации.
2.2.1 Разделение и базирование сигнальных единиц
Сигнальные единицы различаются по длине. Для того чтобы отделить одну сигнальную единицу от другой, каждая из них начинается и заканчивается уникальной последовательностью 8 битов — «01111110», называемой флагом. Завершающий флаг одной сигнальной единицы обычно является открывающим флагом следующей сигнальной единицы. Однако в случае перегрузки сигнального звена могут посылаться несколько последовательных флагов. Чтобы предотвратить ситуацию имитации флаговой последовательности битов в любом другом фрагменте сигнальной единицы, сигнальный терминал на передающей стороне, до обрамления сигнальной единицы флагами и перед ее отправкой, вставляет «О» после каждой комбинации из пяти последовательных «1». На приемной стороне сигнальный терминал перед распознаванием и изъятием флагов удаляет каждый «Q», следующий за последовательностью из пяти «1» .
Потеря синхронизации (нарушение фазирования) возникает, когда принятая битовая последовательность содержит более шести следующих друг за другом единиц (потеря открывающего флага), или в случае превышения максимально разрешенной длины сигнальной единицы (потеря закрывающего флага).
Прием открывающего флага означает начало сигнальной единицы, а прием следующего (т.е. закрывающего) флага означает завершение сигнальной единицы. Если принятая последовательность битов содержит более шести последовательных «1», то счетчики ошибочных сигнальных единиц и ошибок фазирования переходят в режим «подсчета октетов», при котором ожидается следующий корректный флаг, а все биты, принятые в этом промежутке, отбрасываются. Режим «подсчета октетов» отменяется после приема правильной сигнальной единицы.
После изъятия нулей, вставленных передающей стороной, проверяется длина сигнальной единицы. Длина должна быть величиной, кратной восьми битам и равной не менее чем шести октетам, включая открывающий флаг. Если это условие не выполняется, то сигнальная единица отбрасывается, а соответствующие счетчики ошибок увеличивают свои значения. Если до закрывающего флага принято более чем m+7 октетов (m=272 — максимально разрешенная длина поля сигнальной информации), сигнальная единица отбрасывается. В случае базового метода исправления ошибок на противоположную сторону передается отрицательное подтверждение.
Функция обнаружения ошибок реализуется при помощи 16 специальных проверочных битов (16-битовая циклическая проверка), передаваемых в конце каждой сигнальной единицы. Проверочные биты формируются сигнальным терминалом на передающей стороне сигнального звена. Эти биты являются дополнением (по модулю 2) суммы:
• остатка от деления (по модулю 2) содержимого сигнальной единицы хk (х15+х14+х13+... ...х2+х+1) на образующий полином х16+х12+х5+1, где k — число битов в сигнальной единице, расположенных между последним битом открывающего флага и первым проверочным битом, исключая их самих и биты, вставленные для предотвращения имитации флага;
• остатка после умножения на х16 и деления (по модулю 2) на образующий полином х16+х12+х5+1 содержимого сигнальной единицы (биты выбираются, как описано выше).
В сигнальном терминале на приемной стороне сигнального звена по аналогичному алгоритму осуществляется проверка принятой сигнальной единицы, т.е. определяются проверочные биты и сравниваются с принятыми. Если при этом не обнаруживается полного соответствия, сигнальная единица отбрасывается, что приводит в действие механизм коррекции ошибок.
В системе сигнализации ОКСО предусмотрено два способа коррекции ошибок: базовый метод и метод превентивного циклического повторения. Применение того или иного способа определяется следующими критериями:
• базовый метод коррекции ошибок применяется на внутриконтинентальных сигнальных звеньях, организованных посредством наземных систем передачи, а также на межконтинентальных звеньях, в которых задержка распространения в одном направлении не превышает 15 мс;
• метод превентивного циклического повторения применяется на межконтинентальных сигнальных звеньях, в которых задержка распространения в одном направлении больше или равна 15 мс, а также на звеньях, организованных в спутниковых системах передачи. В случаях, если установленное через спутник сигнальное звено входит в международный пучок звеньев, метод превентивного циклического повторения должен использоваться во всех сигнальных звеньях этого пучка.
Для идентификации передаваемых сигнальных единиц в пункте сигнализации им назначается прямой порядковый номер FSN, увеличивающийся на единицу с каждой отправленной MSU.
2.2.3.1 Базовый метод коррекции ошибок
Базовый метод коррекции ошибок основан на использовании механизма положительного или отрицательного подтверждения принятой сигнальной единицы и исправлении ошибок путем не вынужденного повторения. Передаваемая сигнальная единица хранится в буфере повторной передачи сигнального терминала передающей стороны звена до тех пор, пока не будет получено положительное подтверждение ее приема со встречной стороны. Для положительного подтверждения (подтверждения правильно принятых MSU) используется порядковый номер подтверждаемой сигнальной единицы BSN. После приема сообщения с определенным BSN все сообщения в исходящем пункте сигнализации, имеющие номера FSN, не превышающие принятый BSN, считаются переданными правильно и удаляются из буфера повторной передачи. Неподтвержденные сигнальные единицы могут храниться в буфере повторной передачи в течении выдержки времени Т7 из рекомендации Q.703 (Т7=0,5-2 с), ограничивающей превышение задержки подтверждения. Если какие-либо из сообщений не получили положительного подтверждения в течение времени Т7/Q.703, то индикация отказа звена передается на уровень MTP3, и звено подвергается процедуре восстановления.
Для передачи на удаленный конец звена отрицательного подтверждения (уведомления о нарушении очередности принимаемых сообщений вследствие их потери или искажения) используется инвертирование значения BIB (относительно значения FIB последней правильно принятой MSU). Запрос повторной и последующих попыток передачи (т.е. передача отрицательного подтверждения) делается только в случае потери значащей сигнальной единицы MSU. Изначально значения FIB=BIB=1. Прием отрицательного подтверждения с удаленного конца сигнального звена означает запрос повторной передачи сигнальных единиц, начиная со значения BSN+1, так как BSN по-прежнему содержит номер последней правильно принятой сигнальной единицы. После этого передача новых сигнальных единиц прерывается, положительно подтвержденные сигнальные единицы удаляются из буфера, а оставшиеся передаются повторно в том же порядке. С началом повторной передачи значение FIB инвертируется и становится равным значению принятого BIB. Одинаковые значения FIB и BIB сохраняются до следующего запроса повторной передачи. Принцип положительного и отрицательного подтверждения приема сигнальной единицы поясняется на рисунке 2-4.
2.2.3.2 Метод превентивного циклического повторения
Метод превентивного циклического повторения основан на использовании механизма только положительного подтверждения и на процедуре невынужденного циклического повторения. Передаваемая сигнальная единица сохраняется в сигнальном терминале на передающей стороне сигнального звена до тех пор, пока не будет принято положительное подтверждение ее приема. В период отсутствия новых значащих сигнальных единиц MSU или новых сигнальных единиц состояния звена LSSU, предназначенных для передачи, все сигнальные единицы, еще не получившие положительного подтверждения, циклически повторяются. Метод превентивного повторения не использует инвертирование BIB для запроса повторной передачи и является менее эффективным, так как до приема положительного подтверждения производится повторная передача всех сигнальных единиц, находящихся в буфере.
Процедура превентивного циклического повторения должна дополняться процедурой принудительного повторения в случаях, когда коррекция ошибок только способом превентивного циклического повторения оказывается неэффективной (например, при высокой сигнальной нагрузке и/или высоком коэффициенте ошибок). Процедура принудительного повторения заключается в том, что постоянно отслеживаются две количественные характеристики: число значащих сигнальных единиц М80, требующих повторной передачи и число октетов значащих сигнальных единиц, требующих повторной передачи N. Максимальные значения N1, и N2 ограничены следующими величинами:
N1 < 127 (ограничивается диапазоном значений FSN);
N2<ТL/Тeb+ 1, где
ТL— время между передачей MSU и получением подтверждения приема этой MSU (при) отсутствии ошибок передачи);
Тeb — время передачи одного октета.
Как только значение N1 или N2 достигает установленного предела, то сразу прекращается передача новых MSU и/или FISU, а цикл повторной передачи продолжается до тех пор, пока последняя требующая повторной передачи MSU не поступит в соответствующий буфер. Нормальная процедура превентивного циклического повторения может быть возобновлена, если все эти MSU были переданы однократно, и ни N, не достигли предельных значений; в противном случае процедура принудительного повторения выполняется еще раз.
Передача сообщений подсистем-пользователей через сигнальное звено и их прием осуществляются в синхронном режиме работы передающей и приемной сторон. Для вхождения в синхронизм перед вводом сигнального звена в работу при первоначальном включении осуществляется его начальное фазирование. Процедура фазирования применяется также при восстановлении сигнального звена после сбоя в работе. Термин «сфазировано» применительно к сигнальному звену означает, что оно находится в таком состоянии, когда по нему можно производить обмен правильными сигнальными единицами корректной длины без нарушения правил относительно количества последовательных битов со значением «1» между открывающим и закрывающим флагами. В случае нарушения одного из этих условий звено выводится из работы и подвергается процедуре повторного фазирования, целью которой является установить заново синхронизацию и обеспечить возможность определения начала и юнца сигнальной единицы на приемной стороне. Во время фазирования производится также проверка качества передачи по звену передачи данных с целью предотвращения введения в работу звена с низким качеством цифрового тракта. Процедура фазирования одновременно переустанавливает оба окончания одного сигнального звена и никак не воздействует на другие звенья.
Инициировать начальное фазирование можно с любой стороны сигнального звена. Управление фазированием производится путем изменения индикаторов состояния сигнального звена. Собственно фазирование происходит на уровне МТР2, но запрос инициировать его поступает с уровня MTP3 от процесса управления начальным фазированием. Каждая стадия фазирования имеет специальный тип индикатора состояния, и эти индикаторы передаются в сигнальных единицах состояния звена LSSU.
Процедурой фазирования предусмотрены два вида периодов проверки качества передачи по звену: для нормального начального фазирования («нормальный») и для аварийного начального фазирования («аварийный»). Нормальный период проверки обозначается Рn и равен времени передачи 216 октетов; аварийный период проверки обозначается Рe и равен времени передачи 212 октетов. Нормальный период проверки применяется при фазировании звена в пучке, в котором, кроме проверяемого есть и другие доступные звенья, аварийный, более короткий, — когда других доступных звеньев а пучке нет. Выбор вида проверки осуществляется уровнем MTP3.
Алгоритм процедуры начального фазирования приведен на рисунке 2-5. В процедуре
начального фазирования используются четыре вида индикации статуса фазирования, которые передаются в поле статуса сигнальных единиц состояния звена LSSU:
• SIO (out of alignment) — не сфазировано; индикация передается, когда после запуска процедуры начального фазирования ни одна из индикаций статуса («О», «М» или «Е») не получена со встречной стороны звена;
• SIN (normal) — нормальное фазирование; индикация передается, когда после запуска процедуры начального фазирования со встречной стороны поступила индикация статуса «О», «М» или «Е», и сигнальный терминал находится в состоянии нормального фазирования;
• SIE (emergency) — аварийное фазирование; индикация передается, когда после запуска процедуры начального фазирования со встречной стороны поступила индикация статуса «О», «М» или «Е», и сигнальный терминал находится в состоянии аварийного фазирования, т.е. процедура должна использовать короткий «аварийный» период проверки;
• SIOS (out of service) — вне обслуживания; индикация информирует сигнальный терминал на удаленной стороне звена о том, что сигнальный терминал на
передающей стороне не способен ни принимать, ни отправлять MSU.
До момента включения звена никаких сигнальных единиц по нему не передается. После включения сигнального звена или при принятии решения о необходимости восстановления звена вследствие его отказа, процесс управления состоянием звена переходит в состояние «вне обслуживания». Этот переход сопровождается передачей сигнальных единиц LSSU c индикатором статуса SIOS, в которых FSN=BSN=127 и FIB=BIB=1, и запускает процесс управления процедурой начального фазирования. Включение звена обычно производится вручную с помощью системы эксплуатационного управления одновременно и независимо в пунктах сигнализации с обеих его сторон.
При включении звена момент запуска процедуры начального фазирования отмечается передачей LSSU с индикатором статуса SIDS. Процесс управления процедурой начального фазирования контролируется со стороны MTP3 и проходит на каждой стороне звена через четыре состояния.
В «Исходном» состоянии процесс управления процедурой фазирования:
• ожидает команды начала от уровня MTP3,
• остановлен после успешного выполненного фазирования, либо
• приостановлен вследствие чрезмерного числа ошибок период проверки. Начало/возобновление процедуры происходит по инициативе MTP3 и вызывает переход
процесса управления фазированием в состояние «Не сфазировано». В этом состоянии сигнальный терминал прекращает посылку LSSU с индикатором SIOS (вне обслуживания), начинает передавать на удаленный конец звена сигнальные единицы LSSU с индикатором статуса SIO (не сфазировано) и устанавливает таймер Т2/Q.703 (72=5-150 с) допустимого времени нахождения в этом состоянии.
Состояние «Сфазировано» означает, что звено способно обнаруживать флаги и выделять сигнальные единицы без ошибок. Вход в это состояние происходит при приеме с удаленного конца звена сигнальных единиц LSSU с индикатором статуса SIO/SIN или SIE, после него, в зависимости от выбранных на обеих сторонах звена типов периодов проверки, начинают посылаться LSSU с индиктором статуса нормального (SIN) или аварийного (SIE) режима фазирования. В случае продолжения приема индикатора статуса SIOS происходит переход в «Исходное состояние», о чем информируется уровень MTP3. Время нахождения в состоянии «Сфазировано» ограничено таймером ТЗ/Q.703 (Т3=1-1,5 с).
Продолжение приема LSSU с индикатором статуса SIN или SIE в состоянии «Сфазировано» приводит к переходу в состояние «Проверка», в котором производится подсчет количества ошибок передачи. Процесс управления начальным фазированием фиксирует любые ошибки, обнаруженные во время периода испытания (8,2 с для сигнального звена со скоростью 64 Убит/с), и определяет, может ли звено быть использовано для передачи полезной нагрузки.
Нормальный режим проверки выбирается только в том случае, если уровнем MTP3 запрошен нормальный режим фазирования на обеих сторонах звена. Длительность проверки контролируется выдержкой времени Т4/О.703 (Т4=7,5-9,5 с), истечение которой означает успешное проведение проверки. Допускается проведение до 5 периодов проверки во время процедуры начального фазирования.
Аварийное фазирование может применяться, например, когда не сфазированное резервное сигнальное звено должно быть срочно введено в работу. При этом вместо индикаторов состояния SIN посылаются индикаторы состояния SIE. Период испытания радикально уменьшается (до 0,5 с для сигнального звена с 64 Убит/с), уменьшаются и требования к допустимой интенсивности ошибок.
В случае превышения допустимого числа ошибок во время проверки происходит переход, процесса управления начальным фазированием в «Исходное» состояние, и процедура вхождения в синхронизм автоматически повторяется, индикация о чем подается на уровень MTP3. Невозможность проведения начального фазирования в течение нескольких последовательных попыток свидетельствует о сбое в работе оборудования или о низком качестве цифрового тракта; об этом информируется система эксплуатационного управления пункта сигнализации, и такое звено вручную выводится из работы эксплуатационным персоналом. На рисунке 2-5 затемнена последовательность переходов для случая успешного выполнения процедуры начального фазирования.
Индикация успешного завершения начального фазирования передается к процессу
управления состоянием сигнального звена, переводя его в состояние «сфазировано/готово», если только процессор MTP3 на каком-либо из концов звена не находится в состоянии отказа. С переходом в состояние «сфазировано/готово» начинается передача заполняющих сигналь- ных единиц FISU и запускается таймер Т1/Q.703 (Т1=40-50 с). Величина Т1 выбрана такой, чтобы позволить провести на удаленном конце четыре дополнительных периода проверки. После успешного завершения проверки на удаленном конце процесс управления сигнальным звеном переводит его в состояние «в обслуживании», одновременно останавливая таймер Т1. После этого по звену можно передавать FISU и/или MSU в обоих направлениях, индикация чего подается в MTP3.
После завершения нормального фазирования по сигнальному звену в обе стороны передаются заполняющие сигнальные единицы FISU до тех пор, пока не поступит первая значащая сигнальная единица MSU.
Если в процессе работы на приемной стороне обнаруживается состояние перегрузки, при котором не может быть передано ни отрицательное ни положительное подтверждение, то ни удаленный конец передается индикация состояния SIB, что позволяет отличить ситуацию перегрузки звена от ситуации его полного отказа.
2.2.5 Подсчет коэффициента ошибок сигнального звена
При обнаружении случаев нарушения фазирования или ошибочной передачи сигнальных единиц звено не выводится из работы до тех пор, пока специальной процедурой подсчет не будет установлено, что коэффициент ошибок достиг порогового значения. На основании данных о превышении порога интенсивности ошибок передачи, полученных с уровня МТР2, на уровне MTP3 принимается решение о выведении звена из обслуживания для проведения повторного начального фазирования и проверки.
Процедура подсчета ошибок реализует две функции: подсчет коэффициента ошибок при передаче сигнальных единиц и подсчет коэффициента ошибок при фазировании звена.
2.2.5.1 Подсчет коэффициента ошибок при передаче сигнальных единиц
Подсчет коэффициента ошибок при передаче сигнальных единиц (SUERM, signal unit error rate monitor) применяется для оценки интенсивности ошибочной передачи сигнальных единиц, когда сигнальное звено находится в работе. Процедура SUERM отслеживает количество случаев нарушения фазирования, оперируя тремя следующими параметрами:
• количеством Т сигнальных единиц, последовательно принятых с ошибкой и вызывающих индикацию высокой интенсивности ошибок уровню MTP3;
• наименьшей интенсивностью ошибок 1/D (отношением количества ошибочных сигнальных единиц к общему количеству сигнальных единиц), при которой уровень МТР3 извещается о высокой интенсивности ошибок;
• количеством N октетов, вызывающих инкремент счетчика в режиме подсчета октетов», когда счетчик увеличивает свое значение на единицу через каждые N октетов, принятых до обнаружения правильно принятой единицы.
При включении звена значение счетчика равно нулю. Для звеньев со скоростью 64 Убит/с установлены следующие значения параметров процедуры SUERM:
• Т=64 сигнальных единицы;
• D=256;
• N=16 октетов.
2.2.5.2 Подсчет коэффициента ошибок при фазировании звена
Подсчет коэффициента ошибок при фазировании звена (AERM, alarm error rate monitor) применяется во время начального фазирования, когда сигнальное звено подвергается проверке в течение нормального или аварийного периодов. В начале периода проверки значение счетчика устанавливается в ноль и затем увеличивается с каждой ошибочной сигнальной единицей, если счетчик не находится в режиме подсчета октетов. Находясь в режиме подсчет октетов, счетчик увеличивает свое значение через каждые N принятых октетов.
Когда счетчик достигает порогового значения 7, текущий период проверки прекращается. После правильного приема сигнальной единицы или по истечении прерванного период проверки состояние проверки возобновляется. Если проверка прерывается М раз, то в состояние «Вне обслуживания» Р У
Для каждого типа периода проверки устанавливается свое пороговое значение 7:
Тin - для нормального периода;
Тie -для аварийного периода.
Проверка успешно завершается, если за время ее проведения интенсивность ошибок не превышает заданного уровня, и если не приняты LSSU с индикациями статуса SIO или SIOS.
Для звеньев со скоростями 64 Кбит/с установлены следующие значения параметров процедуры AERM: Тin =4 с; Тie =1 с; М=5; N=16 октетов.
Процедура управления потоком используется для обработки ситуаций возникновения перегрузки на уровне МТР2 и ситуации отказа процессора на уровне МТРЗ. Не следует смешивать данную процедуру, применимую только для управления потоком по одному звену, с процедурами управления потоком сигнального трафика в случае перегрузки одной из подсистем-пользователей или всего пункта сигнализации, которые относятся к функциям
МТРЗ и рассматриваются в разделе 2.3.
При обнаружении перегрузки в сигнальном терминале на приемной стороне сигнального звена приостанавливается передача MSU, а принятые MSU не подтверждаются и не переспрашиваются. Для того чтобы передающая сторона могла отличить ситуацию перегрузки от ситуации отказа звена, ей от перегруженной стороны периодически, с интервалом времени 5/Q.703 (75=0,08-0,12 с), передаются LSSU, несущие индикатор статуса «занятость» SIB (Busy). Таймер задержки подтверждения ранее переданных сигнальных единиц (77/Q.703) переустанавливается при приеме каждой LSSU с индикатором статуса SIB для предотвращения выхода звена из рабочего состояния.
С целью контроля длительности перегрузки звена и чтобы предотвратить возникновение вследствие этого «узкого места» в сети, при приеме первого LSSU с индикатором SIB в пункте сигнализации запускается таймер 76/Q.703 (76=3-6 с). После устранения перегрузки, Длящейся менее 76, бывшая ранее перегруженной сторона сигнального звена прекращает передач у LSSU с индикатором статуса SIB и восстанавливает передачу MSU. Прием встречной стороной первой MSU после LSSU со статусом SIB означает окончание перегрузки в удаленном пункте и возможность восстановления передачи MSU в его сторону. Если перегрузка продолжается более Тб, звено выводится из обслуживания и подвергается процедуре начального фазирования.
В случае отказа процессора уровня MTP3 или подсистемы-пользователя индикация этого события направляется смежному пункту сигнализации посредством LSSU с индикатором статуса отказ процессора» SIPO. Приняв индикацию SIPO, пункт сигнализации прекращает передачу MSU и начинает передавать FISU. На обеих сторонах звена останавливаются таймеры Т5, Тб и Т7, контролирующие допустимые длительности перегрузки и задержки подтверждения. После устранения отказа процессора пункт сигнализации возобновляет передачу MSU. Посредством специальной выдержки времени Т1/Q.704 уровень MTP3 смежного пункта сигнализации контролирует длительность пребывания звена в состоянии отказа и, в случае превышения порога, выводит звено из обслуживания и подвергает его процедуре начального фазирования.