Система сигнализации №7

Система сигнализации №7 (Signaling System 7, SS7) была разработана в целях замены предыдущих систем сигнализации по информационным каналам (inband signaling). (В российской технической литературе SS7 называют также общеканальной системой сигнализации, или ОКС-7.) Она служит для обмена информацией управления вызовами между цифровыми коммутирующими станциями для поддержки как голосовых, так и не голосовых служб. Благодаря введению баз данных, SS7 позволяет также предоставлять компаниям и частным лицам такие дополнительные услуги, как звонки с оплатой вызываемым абонентом, идентификация вызывающего абонента и т. п. Сигнальная система №7 образует свою собственную сеть параллельно цифровой сети связи.

Сигнальные точки SS7

Система сигнализации №7 образует свою собственную сеть, сигналы которой передаются по иным путям, нежели голос и данные. До ее появления установление телефонного соединения происходило по тем же физическим каналам, что и разговор между абонентами. Это было возможно благодаря тому, что служебные сигналы никогда не передавались одновременно с пользовательской информацией.

При сигнализации по внешним каналам служебная информация передается по независимым цифровым - так называемым сигнальным - каналам с пропускной способностью 56 или 64 Кбит/с (в США сигнальные каналы имеют пропускную способность преимущественно в 56 Кбит/с, а в России - исключительно в 64 Кбит/с).

В отличие от ISDN, где абоненты и коммутаторы могут посылать друг другу служебные сигналы по каналу D, система сигнализации 7 предусматривает обмен служебной информацией по общим каналам только между компонентами сети. Она используется при взаимодействии между тремя классами устройств: точками коммутации сервиса (Service Switching Point, SSP), точками передачи сигнала (Signal Transfer Point, STP) и точками управления сервисом (Service Control Point, SCP). (Отметим, что как русские, так и английские расшифровки перечисленных аббревиатур могут отличаться.) Обобщенно данные устройства называются сигнальными точками, или узлами SS7.

SSP - это телефонные коммутаторы с SS7-совместимым программным обеспечением; они являются начальными (и конечными) точками сигнальных каналов. STP представляют собой коммутаторы пакетов сети SS7; они принимают поступающие сигнальные сообщения и маршрутизируют их к конечному адресату. SCP содержат базы данных; они предоставляют необходимую информацию для обработки вызовов. Каждое из устройств изображается на диаграммах своим стандартным символом.

Сообщения SS7 формируются на получившей вызов абонента SSP. Как правило, такой коммутатор располагается на телефонной станции оператора связи. Однако это может быть и корпоративная УАТС. Если SSP на вызывающем конце знает, куда маршрутизировать вызов, то он обращается к ближайшему STP с запросом на установление соединения с SSP на принимающем конце (см. Рисунок 1). Так, при междугородном звонке начальный SSP может определить конечный SSP по первым шести цифрам десятизначного номера. Например, в номере 095-253-92-28 первые три цифры - код Москвы, а три следующие - код АТС. В случае, если маршрут неизвестен, как с 800-ми номерами для бесплатных звонков в США, STP обращается к базе данных SCP для получения информации о маршрутизации вызова. 800-е телефонные номера являются, так сказать, виртуальными, они не привязаны к конкретной абонентской линии. Поэтому для определения реального номера STP и вынужден обращаться к базе данных.

Базы данных используются для выполнения функции под названием «трансляция глобального заголовка» (global title translation), с помощью которой STP определяет целевой SSP посредством преобразования глобального цифрового заголовка (набираемого звонящим номера, в том числе номера с оплатой вызываемым абонентом, номера телефонной карты или номера сотового телефона) в соответствующий маршрут. В случае сотовых телефонов процесс трансляции заголовка позволяет установить также идентификационный номер вызываемого мобильного телефона, так как, вообще говоря, сотовые телефоны не имеют телефонных номеров как таковых. Кроме того, с помощью SS7 коммутаторы с SSP могут передавать на SCP информацию об оплате.

Не все STP похожи друг на друга. Местные STP обслуживают только внутренний трафик в пределах локальной области доступа и передачи (Local Access and Transport Area, LATA), в то время как межсетевые STP обеспечивают взаимодействие между LATA. Международные STP осуществляют преобразование несколько отличной американской версии SS7, определенной ANSI в Т1.111, в международную версию, стандартизованную ITU-T в Q.700-Q.741. Шлюзовые STP предоставляют интерфейс между телефонными сетями общего пользования и другими службами, например с операторами сотовой связи.

Своей надежностью телефонная сеть обязана во многом наличию множества резервных каналов между узлами SS7. Практически все STP и SCP реализуются парами, а большинство SSP связаны с двумя и более STP. Во многих случаях соединения проходят по различным физическим путям.

Сигнальные каналы SS7

Сигнальные каналы SS7 характеризуются в соответствии с их ролью в сигнальной сети. Фактически все каналы идентичны в том смысле, что они представляют собой двунаправленные каналы передачи данных, имеют одинаковую пропускную способность и поддерживают одни и те же низкоуровневые протоколы. Главное отличие состоит в их назначении.

Каналы A (от английского access, т. е. «доступ») связывают STP с SSP и SCP. Последние две обобщенно называются конечными сигнальными точками. Каналы A предназначаются исключительно для доставки сигналов от и к конечным точкам. При необходимости, например, передать информацию другому узлу, SSP (или SCP) отправляет ее ближайшему STP по каналу A, а тот уже занимается дальнейшей маршрутизацией сообщения.

Каналы C (от английского cross, т. е. «перекрестный») соединяют между собой образующие пару STP. Они позволяют увеличить надежность сигнальной сети в случаях, когда другие каналы становятся недоступными.

Каналы B, D или B/D (от английского bridge, т. е. «мост», и diagonal, т. е. «диагональ») связывают две пары STP между собой. Их основная функция состоит в передаче сигналов по сигнальной сети. Каналы B связывают STP одного уровня, а каналы D - STP на различных уровнях иерархии. Однако из-за отсутствия четкой иерархии такие каналы маркируются иногда как B/D.

Каналы E (от английского extended, т. е. «расширенный») обеспечивают резервные соединения конечных точек сигнальной сети с другой парой STP на случай, если ближайшая пара STP окажется недоступна по каналам А. Каналы E могут и отсутствовать, все зависит от реализованного уровня избыточности.

Каналы F (от английского fully associated, т. е. «полностью ассоциированные») реализуют прямое соединение между двумя конечными сигнальными точками. Однако их применение ограничено из-за того, что они обходят предусматриваемые STP функции защиты.

Формат сигнальных пакетов

Информация передается по сигнальным каналам в виде сообщений, называемых сигнальными пакетами (Signal Unit, SU). Протокол SS7 определяет три типа сигнальных пакетов:

• сигнальный пакет с сообщением (Message Signal Unit, MSU);
• сигнальный пакет с состоянием канала (Link Status Signal Unit, LSSU);
• сигнальный пакет с заполнением (Fill-in Signal Unit, FISU).

Сигнальные пакеты передаются по любому действующиму каналу в обоих направлениях. При отсутствии MSU или LSSU для передачи сигнальная точка будет передавать по каналу FISU. В соответствии со своим названием, FISU «заполняют» сигнальный канал в отсутствии полезной информации.

Передаваемая информация разбивается на блоки длиной по восемь бит, называемые октетами. Сигнальные пакеты отделяются друг от друга ограничителем «01111110». Этот флаг сигнализирует одновременно о конце предыдущего пакета и о начале следующего.

Все три типа сигнальных пакетов имеют ряд общих полей (см. Рисунок 2). Кроме флага, это поля контрольной суммы, указателя длины, а также BSN/BIB и FSN/FIB.

Контрольная сумма служит для проверки наличия в передаваемом пакете ошибок. При наличии ошибок принимающая сторона запрашивает повторную передачу.

Указатель длины сообщает о числе октетов между данным полем и контрольной суммой. Он служит, в частности, для установления типа сигнального пакета. Как видно из Рисунка 2, указатель длины для пакета FISU равен 0, для LSSU - 1 или 2, а для MSU он больше 2.

BSN/BIB и FSN/FIB содержат обратные порядковый номер и сигнальный бит (BSN/BIB) и прямые порядковый номер и сигнальный бит (FSN/FIB). Эти поля предназначены для подтверждения приема SU и для обеспечения приема пакетов в том же порядке, в каком они были переданы. Они также служат для обеспечения контроля за потоками.

FISU не имеют никаких других полей, кроме перечисленных. Как уже говорилось, их назначение состоит в заполнении канала в отсутствии LSSU или MSU для передачи. Они позволяют, кроме того, осуществлять непрерывный мониторинг качества связи посредством проверки правильности контрольной суммы в отсутствии сигнального трафика.

LSSU служит для передачи информации о состоянии канала между узлами по обеим сторонам канала. Эта информация размещается в поле состояния. Она сообщает о качестве принимаемого сигнального трафика, о состоянии процессоров и т. п. LSSU не содержат никакой адресной информации, так как они пересылаются только между двумя соседними точками.

Вся сигнальная информация об установлении и разрыве соединений, о запросах и ответах базы данных и управлении сетью SS7 передается в пакетах MSU. В свою очередь, MSU делятся на несколько видов в соответствии с их функцией и содержимым: управление сигнальной сетью, тестирование и эксплуатация сигнальной сети, SSCP и ISUP. Тип содержимого пакета указывается в октете служебной информации. Само же содержимое размещается в поле сигнальной информации.

Стек протоколов SS7

Стек протоколов SS7 состоит из четырех слоев, или уровней (см. Рисунок 3). Нижние три уровня объединены под общим названием «блок передачи сообщений» (Message Transfer Part, MTP). Три уровня MTP соответствуют трем нижним уровням семиуровневой модели OSI.

MTP уровень 1 аналогичен физическому уровню модели OSI. Он определяет различные физические интерфейсы между сигнальными точками. Физические каналы между STP и их локальными SSP и SCP имеют, как правило, пропускную способность 56 или 64 Кбит/с; физические же каналы между самими STP имеют обычно пропускную способность 1,544 Мбит/с и выше.

MTP уровень 2 соответствует канальному уровню модели OSI. Он обеспечивает обнаружение и исправление ошибок с использованием 16-разрядного циклического избыточного кода. При обнаружении ошибки он запрашивает повторную передачу.

MTP уровень 3 выполняет те же функции, что и сетевой уровень модели OSI. Он осуществляет разбор сообщения для определения того, кому оно предназначено. Если адресат сообщения находится в сфере действия местной сигнальной точки, то третий уровень доставляет сообщение по назначению; в противном случае, он осуществляет маршрутизацию сообщения для определения следующего узла на пути к адресату.

Кроме того, третий уровень отвечает за определение состояния узлов и каналов: наступления аварии, надежности функционирования, состояния перегрузки, факта отключения/включения. Он выбирает альтернативные маршруты и посылает управляющие сообщения об изменениях в состоянии каналов на соседние сигнальные точки.

Четвертый уровень стека SS7 охватывает с четвертого по седьмой уровни модели OSI. Он состоит из двух параллельных комплектов протоколов: пользовательского блока ISDN (ISDN User Part, ISUP) и блока управления сигнальным соединением/прикладного блока поддержки транзакций (Signaling Connection Control Part/Transaction Capabilities Application Part, SCCP/TCAP).

ISUP порождает, управляет и завершает как ISDN-, так и не-ISDN-соединения между устройствами в телефонной сети общего пользования. Таким образом, несмотря на свое название, ISUP служит для осуществления как ISDN-, так и не-ISDN-вызовов. Однако в случае ISDN он поддерживает такие дополнительные виды услуг, как переадресация вызова, идентификация вызывающей линии, закрытые пользовательские группы, межпользовательская сигнализация и т. п. В качестве транспорта ISUP использует непосредственно MTP. В случае, если вызов порождается и завершается на одном и том же коммутаторе, сигнализация ISUP не применяется.

SCCP служит для поддержки сервисов между STP и базами данных. Соответствующий транспортному уровню модели OSI, SCCP предоставляет более подробную адресную информацию, нежели MTP, так как последний идентифицирует только конечную сигнальную точку. SCCP же позволяет идентифицировать конкретную базу данных на SCP.

Адресуемый с помощью SCCP, сам запрос к базе данных передается и возвращается TCAP. В сообщениях TCAP размещается такая информация, как сведения о маршруте, чтобы ISUP мог узнать, кому адресовать вызов. После завершения разговора TCAP может передать требуемую информацию об оплате в соответствующую учетную базу данных. В случае, например, мобильных пользователей TCAP передает идентификационные сообщения и извещает базу данных SCP о местонахождении сотовых телефонов.

ОКС-7 В России

С переводом международных сетей связи в цифровой формат задача внедрения соответствующих систем и, как следствие, ОКС-7 встала и перед российской отраслью связи. Принципы построения национальной сигнальной сети заложены в «Основных положениях по структуре сети ОКС-7 РФ». Вместе с тем создаваемая сеть отличается как от американского, так и от международного стандартов наличием ряда дополнительных сообщений и другими особенностями.

Ресурсы

Хорошее интерактивное введение в SS7 с описанием протоколов MTP, ISUP, SSCP и TCAP можно найти на сервере компании Microlegend http://www.microlegend.com/whatss7.htm.

Краткий курс для самостоятельного изучения с контрольными вопросами имеется на сервере Bell Atlantic http://www.webproforum.com/bell-atlantic2/full.html.

Принципы внедрения и построения сети ОКС-7 в России изложены в докладе «Система общеканальной сигнализации №7» http://www.astu.astranet.ru/rus/astu/ library/telecom/netcomm/seti/index.htm.

Подробное изложение SS7 дается в книге Тревиса Рассела «Signaling System #7», 2-е издание, изд-во McGraw-Hill, 1998 г.