ИЗУЧЕНИЕ ПРОТОКОЛА ISUP СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ ОКС№7

1. Цель работы:

1.1. Изучение принципов работы анализатором протоколов Acterna 8630.

1.2. Изучение протоколов систем сигнализации ОКС№7 для фиксированной телефонии.

1.3. Приобретение навыков получения информации об обмене служебной информацией между АТС в процессе установления соединения абонентов.

2. Теоретическая часть.

Введение. В настоящее время система общеканальной сигнализации № 7 (ОКС №7) является принятым во всём мире стандартом для международной и национальных сетей электросвязи. Такое положение обусловлено, в первую очередь, теми преимуществами, которыми обладает данный протокол по сравнению с ранее разработанными системами сигнализации. Характерными особенностями протокола ОКС №7 являются: высокая надежность передачи информации; многоуровневая структура, позволяющая модернизировать отдельные компоненты протокола, не затрагивая других его частей; наличие универсальной транспортной платформы для обслуживания различных приложений пользователя (телефония, цифровые сети с интегрированными службами – ЦСИС, сети мобильной связи и т.д.) [2].

Первые спецификации протокола ОКС № 7, разработанные CCITT (в настоящее время МСЭ), были опубликованы еще в начале 1980 г. С тех пор стремительное развитие микропроцессорной техники и компьютерных технологий привело к значительным качественным изменениям в сфере телекоммуникаций: повсеместное использование цифровых систем передачи и цифровых систем коммутации, появление новых услуг электросвязи (ЦСИС, сети мобильной связи, интеллектуальные сети и т.д.). Поэтому в 1984 г. протокол ОКС № 7 был дополнен подсистемой управления соединениями сигнализации (SCCP), а в 1988 г. - подсистемой возможностей транзакций (ТСАР).

ОКС №7 на данный момент является системой, обладающей огромным потенциалом. Изначально в нее были заложены большие возможности для управления другими, еще не существующими услугами связи. Без ОКС №7 сегодня невозможно представить себе телефонную сеть общего пользования (ТфОП), ЦСИС, Интеллектуальную сеть, сети подвижной связи с их роумингом, эксплуатационное управление коммутационными узлами из единого центра и многое, многое другое. Отсюда и справедливость известного тезиса: хочешь быстрей узнать все о телекоммуникациях – изучай ОКС №7.

2.1 Архитектура ОКС№7. Одна из проблем развития связи заключается в обеспечении совместимости средств связи, разрабатываемых разными производителями. Для решения этой проблемы разработаны международные рекомендации и стандарты, использующие унифицированный язык и способы описания. Для описания функциональной архитектуры средств связи используется эталонная модель взаимодействия открытых систем (ВОС), описанная в рекомендации МСЭ-Т Х.200. Эталонная модель ВОС имеет семь уровней.

Соответствие протокола ОКС №7 эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС или OSI в английской аббревиатуре) показано на рисунке 2.1. Нижние уровни протокола ОКС №7 имеют следующие подсистемы:

1. Подсистема передачи сообщений (MTP - Message Transfer Part). Подсистема MTP состоит из трех уровней, соответствующих уровням ЭМВОС. Основная задача подсистемы заключается в переносе сигнальных сообщений между смежными пунктами сигнализации в соответствии с заданными показателями качества обслуживания и передачи.

2. Подсистема управления соединениями сигнализации (SCCP - Signalling Connection Control Part). Причина появления данной подсистемы следующая. Первоначально функции системы передачи сообщений МТР разрабатывались на основе требований сети ТфОП. Как только возникла необходимость использовать систему ОКС для ISDN, цифровых сетей мобильной связи, системы технического обслуживания и т.д., стало очевидно, что функции МТР должны быть дополнены до стандартного набора услуг, стандартизованных МККТТ. Для этого в спецификацию системы ОКС был введен уровень подсистемы SCCP, обеспечивающий функции сетевого уровня модели ЭМВОС.

Рис. 2.1 Архитектура системы сигнализации ОКС №7

Цель SCCP – обеспечить логические соединения для передачи пакетов данных, как ориентированных, так и не ориентированных на соединение. Таким образом, подсистема SCCP обеспечивает возможность осуществлять по сети связи передачу данных, непосредственно не связанную с конкретным установлением соединений. Поэтому все услуги уровня SCCP подразделяются на сетевые услуги, ориентированные на соединение, и сетевые услуги, не ориентированные на соединение.

Верхний уровень протоколов содержит ряд подсистем пользователя, предназначенных для поддержки систем сигнализации различных сетей и систем связи. Такими подсистемами являются:

3. Подсистема ТФОП (TUP - Telephone User Part), поддерживающая процессы установления соединений в сети телефонной связи с коммутацией каналов. Она непосредственно взаимодействует с подсистемой МТР, минуя SCCP, что объясняется историей развития спецификаций ОКС №7.

4. Подсистема цифровой сети с интеграцией служб ISDN (ISUP - ISDN User Part), предназначенная для обмена сигнальной информацией в узкополосной У-ЦСИС.

5. Подсистема мобильной связи стандарта NMT-450 (MUP).

6. Подсистема обеспечения транзакций (TCAP - Transaction Capabilities Application Part), обеспечивающая набор возможностей для обслуживания вызова без установления соединения. Основная задача данной подсистемы - обеспечить передачу пакетов данных, непосредственно не связанную с конкретным соединением разговорных каналов, например, для организации доступа к сетевым базам данных, для регистрации местонахождения абонента при связи с подвижными объектами, для реализации функций эксплуатации, технического обслуживания, динамической маршрутизации на сети ОКС №7 и др.

Эти функции требуют передачи большого объема не относящейся к каналу информации между узлами. Поэтому на возможности подсистемы TCAP опираются подсистемы мобильной связи стандарта GSM (MAP - Mobile Application Part), протокол интеллектуальной сети INAP, подсистема эксплуатации, технического обслуживания и административного управления OMAP.

Наличие значительного числа подсистем пользователя имеет как положительные качества, так и ряд недостатков, и, прежде всего, дублирование функций. Так, возможности подсистемы ISUP обеспечивают поддержку всех процессов, необходимых для телефонной сети. Поэтому по мере введения системы ISUP в состав ОКС появляется возможность отказаться от подсистемы TUP.

2.2 Подсистема передачи сообщений МТР. Основным назначением подсистемы передачи сообщений (Message Transfer Part - МТР) является обеспечение средств: надежной передачи сигнальной информации "подсистем пользователей" через сеть сигнализации ОКС №7; выявления и устранения отказов системы и сети для обеспечения надежной передачи и дос­тавки сигнальной информации.

Функции подсистемы передачи сообщений делятся на три группы (рис. 2.2): функции звена данных сигнализации; функции звена сигнализации; функции сети сигнализации.

Рис. 2.2. Общая структура подсистемы передачи сообщений МТР

Подсистема МТР обеспечивает передачу информации в неискаженной форме, без потерь, дублирования и ошибок, в установленной последовательности, от одного пункта сигнализации к другому. Причем эта подсистема не анализирует значения передаваемых сигнальных сообщений, формируемых различными подсистемами пользователя. Благодаря такой независимости работы МТР от передаваемых сообщений имеется возможность реконфигурации и гибкого управления сигнальным трафиком при отказах или перегрузках в сети сигнализации. Следует заметить, что выполнение функций передачи сообщений в некоторых случаях выполняется совместно подсисте­мой МТР и подсистемой SCCP. SCCP и МТР совместно рассматриваются как сетевая подсистема обслуживания (NSP), которую можно считать системой доставки сообщений.

2.3. Сигнальные единицы. Сигнальная информация передается между пунктами сигнализации в виде сообщений переменной длины, называемых сигнальными единицами (СЕ) (см. рис. 2.3). Существует три типа сигнальных единиц (Signal Unit - SU):

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

2. сигнальная единица состояния звена (Link Status Signal Unit -LSSU), которая используется для контроля состояния звена сигнали­зации;

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

Наиболее сложной является значащая сигнальная единица, структура которой показана на рис. 2.18.

Формат значащей сигнальной единицы:

1) "флаг" (1 байт), выполняющий роль ограничителя сигнальных единиц. Начало и конец каждой СЕ отмечается 8-битовой последовательностью вида 01111110;

2) обратный порядковый номер ОПН (7 бит), обратный бит-индикатор ОБИ (1 бит), прямой порядковый номер ППН (7 бит) и прямой бит-индикатор ПБИ (1 бит). Эти два байта служебной информации используются для исправления ошибок методом положительного или отрицательного подтверждения и адресного повторения сигнальной единицы, принятой с искажениями. Данный метод является основным методом для каналов со временем распространения сигнала в одном направлении не более 15 мс.

ОПН указывает номер последней принятой СЕ (число от 0 до 127).

ОБИ дает подтверждение приема СЕ с этим номером (0), либо отрицательное подтверждение (1), что приводит к повторению СЕ с данным циклическим номером.

ППН показывает циклический номер передаваемой СЕ (также число от 0 до 127).

ПБИ указывает, передается ли данная СЕ впервые (0), или идет повторная передача данной СЕ по запросу (1);

3) индикатор длины ИД (6 бит) и резерв (2 бита). Определяет длину СЕ в байтах. Для значащей СЕ индикатор длины - число, большее двух, для СЕ состояния звена - число 1 или 2, для заполняющей СЕ - число 0;

4) байт служебной информации БСИ, состоящий из индикатора службы ИС (4 бита) и поля подвида службы ППС (индикатор сети 2 бита и резерв 2 бита).

Индикатор службы ИС указывает вид услуги (ТФ, ПД, ISDN, мобильная связь и др.).

Поле подвида службы ППС предназначено для различения национальных и международных сообщений. Индикатор сети указывает, из какой сети поступило сообщение. Так, в российской спецификации ОКС №7 этот индикатор имеет кодировку: 00 - международная сеть, 01 - резерв для международной сети, 10 - междугородная сеть, 11 - местная сеть;

5) поле сигнальной информации ПСИ. Поле содержит адресную и сигнальную информацию, которая передается между станциями сети ОКС, и имеет переменную длину. В первых реализациях ОКС №7 поле имело максимум 62 байта, а в современных реализациях - до 272 байтов.

6) проверочная комбинация (2 байта) циклического кода

2.4. Протокол ISUP. Обеспечивает сигнализацию, необходимую для управления установлением соединения и освобождения тракта в сети ISDN, а также для поддержки дополнительных услуг ISDN. Интегрирует все функции подсистемы телефонного пользователя TUP и подсистемы пользователя данных DUP, но эти функции реализуются более гибко.

Подсистема ISUP поддерживает два класса услуг: базовых и дополнительных видов обслуживания (ДВО). Базовые услуги обеспечивают установление всех видов соединений для передачи цифровой речи и/или данных. ДВО предоставляют все остальные, ориентированные на соединение услуги.

Сообщения ISUP передаются в поле сигнальной информации значащей сигнальной единицы, как показано на рис. 2.3.

Поле сигнальной информации состоит из этикетки маршрутизации, кода идентификации канала, типа сообщения и параметров (сигнальной информации).

Этикетка маршрутизации: код пункта назначения (14 бит), код исходящего пункта (14 бит), поле селекции звена SLS (4 бита). Общий объем этикетки маршрутизации - 4 байта.

Поле селекции SLS используется в том случае, когда к требуемому пункту сигнализации назначения существует два и более звеньев сигнализации. Тогда поле селекции определяет номер выбранного звена.

Код идентификации канала (2 байта) указывает номер разговорного канала в пучке цифровых линий ИКМ между двумя станциями, к которому относится сообщение.

Код типа сообщения (1 байт) обязателен для всех сообщений. Он определяет функциональное назначение и шестнадцатеричный код типа передаваемого сообщения.

Примерами типов сообщений ISUP являются следующие сообщения (таблица 2.5):

Таблица 2.1. Основные типы сообщений для подсистемы ISUP

Название сообщения для подсистемы ISUP	Направление передачи	Шестнадцатеричный код сообщения
IAM – начальное адресное сообщение	прямое	01
SAM – набор номера	прямое	02
INR – запрос информации	обратное	03
ACM – сообщение о принятии полного адреса	обратное	06
ANM – сообщение ответа абонента	обратное	09
REL – освобождение	двухстороннее	0С
RLC – разъединение и др.	двухстороннее	10

В прямом направлении:

IAM – начальное адресное сообщение (код 01); SAM – набор номера (код 02) и др.

В обратном направлении:

ACM – абонент определен (код 06); ANM –ответ абонента (код 09); SUS – приостановка соединения (код 0D); RES – возобновление соединения (код 0Е) и др.

В обоих направлениях: REL – освобождение (код 0С); RLC – разъединение (код 10) и др.

Процедура установления и разъединения базового соединения в ISUP c иллюстрацией обмена сигнальными сообщениями по сети ОКС №7 показана на рис. 2.4.

Для передачи сигнальных сообщений по сети используется алгоритм из «конца в конец».

При приеме запроса установления соединения от терминала ISDN (ТЕ) вызывающего абонента исходящая оконечная станция ОС1 анализирует информацию о маршруте, определяет направление маршрутизации вызова и формирует начальное адресное сообщение (IAM), которое направляется к транзитной станции ТС. Транзитная станция анализирует сообщение и проключает тракт в обратном направлении к вызывающему абоненту, что позволяет на этой стадии вызывающей стороне слышать только акустические сигналы, посылаемые сетью. Анализ номера вызываемого абонента на ТС определяет дальнейший маршрут к станции ОС2.

Далее сообщение IAM передается на оконечную станцию ОС2, от которой также проключается разговорный тракт в сторону ТС. На станции ОС2 производится анализ номера вызываемого абонента и определяется, нужна ли добавочная информация от исходящей ОС1 перед подключением к вызываемому абоненту.

Если требуется добавочная информация, то на исходящую ОС1 направляется обратное сообщение запроса информации (INR) из конца в конец, в котором формулируется это требование. При этом транзитной станции не нужно анализировать это сообщение, так как при алгоритме «из конца в конец» тракт уже подключен. Исходящая ОС1 посылает ответное прямое сообщение, содержащее необходимую информацию.

После приема необходимой информации ОС2 информирует вызываемого абонента о входящем вызове (занятие АЛ и посылка вызова), а на ТС посылается сообщение о принятии полного адреса (ACM – абонент определен).

Сообщение ACM затем передается к исходящей ОС1, а вызывающему абоненту идет акустический сигнал КПВ. Прием данного сообщения на каждой станции по маршруту установления соединения указывает на успешную маршрутизацию вызова и позволяет удалить из памяти маршрутную информацию для данного соединения.

При ответе вызываемого абонента ОС2 проключает разговорный тракт и передает сообщение ответа (ANM) на ТС, которая, в свою очередь, передает это сообщение на ОС1. При приеме сообщения ответа ОС1 проключает разговорный тракт в прямом направлении.

Таким образом, устанавливается соединение вызывающего и вызываемого абонентов, начинается тарификация вызова и осуществляется разговор и (или) передача данных.

В отличие от телефонной связи по сети ТфОП, как вызывающий, так и вызываемый абоненты могут инициировать немедленное разъединение соединения, то есть ISDN использует метод одностороннего отбоя.

При отбое первым абонента А исходящая ОС1 начинает разъединение и передает сообщение об освобождении (REL) на ТС. Транзитная станция, в свою очередь, передает сообщение освобождения REL на ОС2 и сама начинает разъединение речевого тракта. Станция ОС2, приняв сообщение REL, выполняет разъединение тракта абонента. Транзитная станция, выполнив освобождение разговорного тракта, посылает на исходящую ОС1 сообщение RLC о завершении освобождения и готовности к обслуживанию нового вызова.

Рис. 2.4. Установление и разъединение базового соединения в ISDN

Описанный выше алгоритм обмена сигнальными сообщениями «из конца в конец» предоставляет возможность устанавливать логические соединения для обмена сигнальной информацией в виде пакетов данных между пунктами сигнализации, а также организовывать физические соединения каналов.