Рис. 1. Пример абонентской сигнализации

Введение в систему сигнализации №7
В современных сетях связи система сигнализации №7 позволяет станциям с программным
управлением, сетевым базам данных и другим узлам обмениваться сообщениями,
относящимися к процессам установления, поддержания и разъединения соединений, а также
информацией, необходимой для выполнения распределенных прикладных процессов и
управления сетевыми ресурсами. Другими словами, она определяет инфраструктуру управления
современных сетей связи.
До 60-х гг. в телефонных сетях передача сигналов установления соединения и передача речи
осуществлялись по одному и тому же каналу. Такой способ крайне неэффективен. В конце 70-х
гг. была разработана система сигнализации №7 (Signaling System No. 7, SS7) с целью передачи
управляющих сигналов по сети с коммутацией пакетов, полностью обособленной от базовой
информационной сети. В 80-х гг. в SS7 были интегрированы компьютеры, которые при помощи
системы сигнализации проверяли возможность установления соединения с абонентом, перед
тем как коммутировать канал от исходящей станции до станции назначения. Наконец, в начале
90-х гг. был разработан стандарт интеллектуальной сети (Intelligent Network, IN), узлы которой
являются узлами системы сигнализации №7. В середине 90-х гг. SS7 получила дальнейшее
развитие. Были созданы стандарты для сигнализации в сетях ATM. На SS7 базируются и
основные стандарты сетей сотовой подвижной связи, например GSM. Система SS7 является
также ключевым элементом систем подвижной связи третьего поколения, в частности UMTS
(Universal Mobile Telecommunications System).
В настоящее время на базе SS7 и протоколов H.323 создаются шлюзы между телефонной сетью
общего пользования и сетями Internet для приложений IP-телефонии. Такие ведущие
разработчики операционных систем, как Microsoft, Sun Microsystems и Hewlett-Packard, вместе с
партнерами интегрируют протоколы SS7 в свои ОС. В июне прошлого года компания Trillium
Digital Systems продемонстрировала программные интерфейсы для SS7 и IN, отвечающие
спецификациям JavaBeans фирмы Sun Microsystems. Крупнейшие производители средств связи
Siemens, Nokia, Ericsson, Lucent Technologies постоянно расширяют спектр продуктов,
поддерживающих SS7, начиная от модулей, интегрированных в коммутационное оборудование,
и кончая выделенными (stand-alone) узлами. Выделенное оборудование и переносимое
программное обеспечение SS7 производятся также рядом других компаний.
Таким образом, можно с уверенностью констатировать: к концу двадцатого столетия система
SS7 заняла прочное место в мире телекоммуникаций как в сфере телефонии, так и в
широкополосных сетях и Internet. Есть все основания ожидать, что это доминирующее
положение сохранится за ней и в отдаленной перспективе.
Существенно, что сфера применения SS7 сегодня не ограничивается традиционными
потребностями связи, а распространяется на широкий спектр приложений, развивающихся в
рамках интеграции компьютерных технологий и телефонии и других современных областей
телекоммуникационной индустрии.
SS7, являясь по сути системой с коммутацией пакетов, имеет специфическую архитектуру и
терминологию, пришедшую в основном из телефонии, но несколько изменившуюся за
последнее время под влиянием компьютерных технологий. В русскоязычных источниках не так
просто отыскать краткое и одновременно полное изложение базовых понятий SS7.
Непосредственное же изучение многостраничных международных стандартов этой системы
может вызвать затруднения даже у специалистов. Статья представляет собой введение в
систему сигнализации №7, которое содержит краткое описание архитектуры ее базовых
протоколов и примеры применения SS7 в управлении соединениями различного типа в сетях
связи.
Классификация протоколов сигнализации
В телефонии под сигнализацией понимается передача информации и команд между двумя
узлами телефонной сети в целях установления, поддержания и разъединения коммутируемого
соединения. При этом традиционно различаются два типа сигнализации:
абонентская (Subscriber Loop Signaling) - сигнализация на участке между абонентским
терминалом и коммутационной станцией;
межстанционная (Inter-Exchange Signaling) - сигнализация между двумя коммутационными
станциями.
Рис. 1. Пример абонентской сигнализации
Пример абонентской сигнализации приведен на рис. 1, где показаны основные сигналы,
передаваемые между двумя абонентами, подключенными к одной телефонной станции. Чтобы
инициировать вызов, абонент поднимает трубку. Коммутационная станция посылает абоненту
тональный сигнал, после чего абонент производит набор номера. Затем по одному из
посылаемых станцией сигналов - "занято", "занято при перегрузке" и т.п.- абонент определяет
текущий статус коммутационной станции.
Процесс передачи сигнальной информации, так называемых линейных и регистровых сигналов,
между двумя коммутационными станциями показан на рис. 2. Регистровые сигналы
используются только на фазе установления соединения и самого вызова для передачи адресной
информации и данных о категории абонента. Линейные сигналы передаются в течение всего
времени существования соединения для контроля состояния линий. Состав межстанционных
сигналов аналогичен составу сигналов при абонентской сигнализации.
Межстанционная сигнализация, в свою очередь, по способу передачи сигнальной информации
делится на три класса.
Внутриполосная сигнализация (In-band Signaling), при которой сигнальная информация
передается непосредственно по телефонному каналу (разговорному тракту) при помощи
постоянного тока, токов тональной частоты (ТЧ), индуктивных импульсов и др.
Сигнализация по индивидуальному выделенному сигнальному каналу (Channel Assoсiated
Signalling, CAS), которая предоставляет выделенные средства передачи сигнальной
информации (выделенную емкость канала) для каждого разговорного канала в тракте передачи
информации. Это может быть один временной канал в тракте импульсно-кодовой модуляции
(ИКМ), выделенный частотный канал вне разговорного спектра канала ТЧ и др.
Сигнализация по общему каналу (Common Channel Signaling, CCS), при которой тракт
передачи сигнальных сообщений предоставляется для пучка телефонных каналов по принципу
адресно-группового использования: сигналы передаются в соответствии со своими адресами и
размещаются в общем буфере для использования каждым телефонным каналом.
Системы межстанционной сигнализации первых двух классов были разработаны для
применения в сетях с аналоговым коммутационным оборудованием. Протоколы общеканальной
сигнализации оптимизированы для использования в сетях, основанных на цифровой
коммутации и програм- мном управлении. В настоящее время во всем мире большинство
национальных сетей связи включает значительную часть оборудования, использующего
системы первых двух классов. Поэтому при внедрении SS7 в сети с цифровыми
коммутационными станциями требуется организация взаимодействия между системами
сигнализации различных классов.
Системы внутриполосной сигнализации ассоциируются с декадно-шаговыми станциями, в
которых реализован принцип непосредственного управления. Такие станции состоят из
отдельных ступеней искания, каждая из которых имеет собственный механизм управления, и
совмещают функции управления и коммутации. Упрощенная схема межстанционной
сигнализации первого класса приведена на рис. 3,а.
На рис. 3,б схематично показан принцип сигнализации по выделенному каналу с разделенными
блоками коммутации и управления. В этом случае вместо ступеней искания шаговых станций
используются коммутационные блоки, а процессы установления/разъединения соединений
осуществляются управляющими устройствами (регистрами и маркерами), отделенными от
коммутационных блоков. В системах сигнализации второго класса пути передачи сигнальной
информации и соответствующего ей разговора совпадают на уровне каналов, но разделены
внутри коммутационной станции.
До середины 60-х гг. применялись системы межстанционной сигнализации первых двух
классов. Примерами таких систем являются:
одночастотная система тональной сигнализации 1VF (One Voice Frequency) - декадноимпульсная;
двухчастотная система тональной сигнализации 2VF (Two Voice Frequences) - система
сигнализации №4 CCITT;
многочастотная импульсная система сигнализации MFP (Multi Frequency Pulsed) - система
сигнализации №5 CCITT (известна также под названием R1);
многочастотная система сигнализации MFC (Multi Frequency Compelled) - система
сигнализации R2 CCITT.
Названия перечисленных систем отражают наиболее общие способы передачи сигналов:
тональный сигнал, являющийся комбинацией нескольких частот, и импульсный сигнал. Как
говорилось выше, эти системы характеризуются наличием фиксированного сигнального пути
для каждого разговорного тракта, проходящего либо непосредственно по разговорному каналу
(внутриканальная сигнализация), либо по каналу, физически совмещенному с ним
(сигнализация по выделенному каналу).
Слабые стороны обоих вариантов-недостаточная гибкость, низкая скорость, высокая стоимость
и ограниченная пропускная способность. Основной способ их преодоления сводится к
формированию сети сигнализации, логически отделенной от базовой (информационной) сети
связи. В этом случае процессы установления/разъединения соединений для каждого вызова
осуществляются быстрее, а ресурсы каналов передачи несигнальной информации используются
более эффективно за счет их доступности для других абонентов, например в промежуток
времени, когда один из абонентов занят.
Появление в 60-х гг. станций с программным управлением (Stored Program Control, SPC)
позволило реализовать систему сигнализации по общему каналу. Концепция общеканальной
сигнализации (ОКС) проста-каналы для передачи голоса используются только после
установления соединения. При этом обмен сигнальными сообщениями между управляющими
устройствами коммутационных станций происходит по соединяющим их звеньям, а передачу
речи осуществляют каналы передачи несигнальной информации. Таким образом, основным
принципом общеканальной сигнализации является полное отделение тракта сигнализации от
разговорного тракта (рис. 3,в).
С помощью нескольких высокоскоростных каналов передачи сигнальных сообщений можно
обслуживать большое число информационных каналов. В системах ОКС сигнальная
информация передается по дуплексным каналам (звеньям сигнализации) в составе пакетов
данных, называемых сигнальными единицами (Signal Unit, SU). Помимо собственно
сигнальной информации, сигнальные единицы содержат адресные сведения, параметры,
обеспечивающие защиту от ошибок, и др. Таким образом, совокупность цифровых
коммутационных станций и соединяющих их звеньев сигнализации образует сеть сигнализации
(Signaling Network), логически отделенную от базовой сети связи и функционирующую в
режиме передачи данных с коммутацией пакетов.
В настоящее время существует два стандарта систем общеканальной сигнализации. Первый система сигнализации № 6 (SS6) - был разработан в конце 60-х гг. для использования на
аналоговых линиях преимущественно в целях обслуживания межконтинентального трафика.
Второй - система сигнализации № 7 (SS7) - появился в конце 70-х гг. и предназначен для
использования как в цифровых (каналы со скоростью передачи 64 кбит/с), так и в аналоговых
национальных и международных сетях.
Система SS7 разработана для управления установлением соединения телефонных вызовов и
услугами передачи неголосовой информации. По сравнению с предыдущими системами
сигнализации, SS7 имеет следующие преимущества:

скорость - время установления соединения в большинстве случаев не превышает
1 с;

высокая производительность - каждое звено сигнализации способно одновременно
обслужить несколько тысяч телефонных вызовов;

экономичность - сокращается объем необходимого оборудования;

надежность - использование альтернативной маршрутизации в сети
сигнализации позволяет значительно повысить надежность базовой сети связи;

гибкость - система передает любые данные и может использоваться для целей,
отличных от телефонии.
Увеличение спроса на новые виды телекоммуникационных услуг в 80-е гг. привело к разработке
стандартов системы SS7, обеспечивающих требования практически всех типов сетей связи:

телефонной сети общего пользования (Public Switched Telephone Network, PSTN);

цифровой сети с интеграцией служб (ISDN);

интеллектуальной сети (IN);

сети наземной подвижной связи (Public Land Mobile Network, PLMN), например
сети сотовой подвижной связи стандарта GSM (Global System for Mobile
Communications).
Основные понятия SS7
Перед тем как обратиться к архитектуре SS7, введем основные понятия, которые будут
использоваться в дальнейшем.
Пункт сигнализации (Signaling Point, SP) - это узел коммутации и обработки сигнальной
информации в сети сигнализации. Для идентификации каждого пункта сигнализации
определяется уникальный код пункта сигнализации (Signaling Point Code, SPC).
Звено сигнализации (Signaling Link, SL) служит для переноса сигнальных сообщений между
двумя пунктами сигнализации и включает в себя оконечное оборудование и средства передачи
(например, один временной интервал ИКМ). Несколько параллельных звеньев, соединяющих
два пункта сигнализации, образуют пучок звеньев сигнализации (Signaling Link-Set, SLS).
Пункт сигнализации, принимающий сообщения по одному звену сигнализации и затем
передающий их по другому звену без обработки содержания, называется транзитным
пунктом сигнализации (Signaling Transfer Point, STP).
Пункт сигнализации, генерирующий сигнальное сообщение, называется исходящим пунктом
сигнализации (Originating Point). Пункт сигнализации, которому предназначено сообщение,
называется пунктом назначения (Destination Point).
Режим сигнализации (Signaling Mode) определяется взаимосвязью между путем передачи
сигнальных сообщений и путем передачи информации пользователя (речи или данных).
В связанном режиме сигнализации (Associated Mode) пути передачи сигнальных сообщений и
данных пользователя между двумя соседними пунктами сигнализации совпадают. Схематично
связанный режим изображен на рис. 4,а.
При квазисвязанном режиме (Quasi-Аssociated Mode) сигнальные сообщения, относящиеся к
одной и той же сигнальной взаимосвязи (Signaling Association), передаются по двум или более
пучкам звеньев сигнализации через один или несколько транзитных пунктов сигнализации.
Пути передачи информации пользователя и сигнальных сообщений в этом случае не совпадают
(рис. 4,б).
Сигнальным маршрутом (Signaling Route) называется заранее установленный путь
прохождения сигнальных сообщений по сети сигнализации между исходящим пунктом и
пунктом назначения. Маршрут состоит из исходящего пункта, нескольких STP (в некоторых
случаях они могут отсутствовать) и пункта назначения, соединенных звеньями сигнализации.
Совокупность всех сигнальных маршрутов между исходящим пунктом и пунктом назначения,
посредством которых сообщение передается в сети сигнализации, называется пучком
сигнальных маршрутов (Signaling Route-Set) для данной сигнальной взаимосвязи.
Базовая функциональная модель SS7 изображена на рис. 5.
Подсистема передачи сообщений (Message Transfer Part, MTP) играет роль общей
транспортной системы и служит для надежной передачи сигнальных сообщений по сети
сигнализации. Показанные на этом рисунке подсистемы пользователя (User Parts, UP) - это
функциональные блоки, которые содержат процедуры и функции, определенные для каждого
типа пользователя SS7.
Подсистема передачи сообщений обеспечивает надежную передачу сигнальной информации
между различными подсистемами пользователя, являясь полностью независимой от содержания
сообщений. Это означает, что сообщения передаются без ошибок (все искаженные сообщения
должны быть исправлены до того, как они попадут в принимающую подсистему пользователя),
в правильной последовательности, без потерь и дублирования.
Подсистемы пользователя могут генерировать и анализировать сигнальные сообщения,
используя МТР в качестве транспортной системы для передачи сигнальной информации к
другим подсистемам пользователя. Примерами подсистем пользователя являются: подсистема
пользователя телефонии (Telephone User Part, TUP) и подсистема пользователя ISDN
(ISDN User Part, ISUP).
Как уже говорилось, в SS7 сигнальная информация передается в виде сигнальных единиц.
Существует три типа сигнальных единиц (их форматы представлены на рис. 6):
значащая сигнальная единица (Message Signal Unit, MSU), в составе которой передается
сигнальная информация;
сигнальная единица состояния звена (Link Status Signal Unit, LSSU) используемая для
управления состоянием звена сигнализации;
заполняющая сигнальная единица (Fill-in Signal Unit, FISU), которая служит для передачи
положительных и отрицательных подтверждений при отсутствии сигнального трафика.
Сигнальная единица состоит из фиксированного числа полей. Поле сигнальной информации
(Signaling Information Field, SIF) значащей сигнальной единицы содержит информацию
подсистемы пользователя и метку маршрутизации (Routing Label) подсистемы МТР. Его
длина не превышает 272 байт.
Кроме того, в состав сигнальной единицы входят следующие поля:
байт сигнальной информации (Service Information Octet, SIO), содержащий информацию о
принадлежности MSU определенной подсистеме пользователя;
индикатор длины (Length Indicator, LI), определяющий количество байтов, следующих за
индикатором длины и предшествующих полю CK. Он однозначно идентифицирует тип
сигнальной единицы: для FISU LI = 0, для LSSU LI = 1 или 2 и для MSU LI > 2;
проверочные биты (Check bits, CK), использующиеся для обнаружения ошибок передачи;
прямой порядковый номер (Forward Sequence Number, FSN), обратный порядковый номер
(Backward Sequence Number, BSN), прямой бит индикации (Forward Indicator Bit, FIB) и
обратный бит индикации (Backward Indicator Bit, BIB), предназначенные для проверки
последовательности SU и запроса повторной передачи искаженных сигнальных единиц при
реализации методов защиты от ошибок;
флаг (Flag, F), обозначающий начало и конец сигнальной единицы1.
В завершение данного раздела рассмотрим процедуру обмена сигнальными сообщениями при
установлении/разъединении телефонного соединения, показанную на рис. 7. В этом процессе
участвуют следующие сообщения:
начальное адресное сообщение (Initial Address Message, IAM), содержащее номер
вызываемого абонента и указывающее категорию вызывающего абонента и другую связанную с
вызовом информацию;
последующее адресное сообщение (Subsequent Address Message, SAM), служащее для
передачи информации о набираемом номере;
сообщение о принятии полного адреса (Address Complete Message, ACM), содержащее
информацию о статусе вызываемого абонента (например, "абонент свободен");
сообщение "ответ абонента" (Answer, Charge, ANC), определяющее момент начала
начисления оплаты;
сообщение о разъединении соединения (Clear Forward, CLF), посылаемое в прямом
направлении;
сообщение, подтверждающее разъединение соединения (Release Guard, RLG).