1

Нов Български Университет град София

__________________________________________

КУРСОВА РАБОТА

Тема: Системи за сигнализация в

телекомуникационните мрежи

Изготвил: Крум Бойчев F60632 E-mail: krum.boy4ev@gmail.com

Специалност: Телекомуникации

гр. София 2012

2

1. История на сигнализацията 1889–1976. Първите телефонни централи са били управлявани

от оператори, които са използвали комутаторно табло и кабели

за да свързват телефонните обаждания на абонататите.За първи път ръчен комутатор се е използвал в Ню Хейвън, Кънектикът

през 1878 г. Дотогава всеки телефон е трябвало да има директна

връзка с всеки друг телефон - така наречената „full mesh” топология.

Първата ръчна телефонна централа се е появила във

Великобритания през 1879 г. През същата година била добавена възможността повикването към абонатите да се осъществява

посредством номера, а не с имената им както е било дотогава.

Само десителетие след появата на първата ръчна централа броят на абонатите в САЩ достига 140,000, а броят на

централите - 8000.

Повикване през ръчно управлявана централа се осъществало по

следния начин:

- Абонатът завъртал манивела, която генерирала ел.ток чрез който се захранвала сигнална лампа на таблото на

оператора.

- Тогава операторът закачал своя телефон към линията на викащия абонат и го питал за телефонния номер, на който

иска да се обади. - След това операторът закачал своя телефон към линията

на търсения абонат и генерирал позвъняващ сигнал. - Ако търсеният абонат отговорел, тогава операторът

свързвал двете линии посредством кабелен проводник.

3

Сигнализацията, която се наблюдава в днешно време се

появава с изобретяването на централата на „Строуджър”

(патентована през 1891). Тя представлява електро-механично устройство, което предоставя възможност за автоматично

превключване посредством двупосочни избирачи, които

съединяват линията между двата абоната. Идеята за автоматичната централа се родила поради факта,

че Алмън Браун Строуджър имал постоянни вражди с

телефонните оператори. За да избегне комуникацията си с тях, той наема няколко електро-механици, които създават

първата автоматична централа.

През 1896 Строуджър продава своя патент за 1800 долара, а през 1898 продава и своя дял в компанията за 10 000 долара.По-

късно, след смъртта му през 1916, неговия патент е продаден на

„Bell Systems” за 2,5 милиона долара.

4

От 1889 до 1976, сигнализацията е имала основни

характеристики, поради които абонатите са имали достъп само до основни телефонни услуги.

o Сигнализацията е била относително проста. Всичко, което се е изсквало тогава е било изграждане и

разпадане на връзката между два абоната.

o Сигнализацията е била винаги обвързана с веригите. Всички сигнали са овързани и свързването и

освобождаването на веригата.

o Тогавашната форма на сигнализация е била позната като CAS (Channel Associated Signaling).

1976 до днес. През 1976 била въведена друг тип сигнализация:

CCS(Common Channel Signaling). CCS била изпозвана за

внедряването на услуги извън базовите телефонни услиги като: Интелигентни Мрежи, Допълнителни услуги и сигнализация в

мобилните мрежи.

2. Абонатна сигнализация

Абонатната сигнализация се използва между абоната и

локалната телефонна централа. По-голяма част от абонатите са свързани към тяхната локална АТЦ просреством

аналогова връзка за разлика от цифровата линия

предоставяна от ISDN. Това е една от причините за слабото развитие на абонатната сигнализация в сравнение с тази в

опорната мрежа.

Абонатните сигнали могат да бъдат разделени на 4 основни групи:

5

Адресираща сигнализация (набиране)

Контролни сигнали

Тонове

Звънене

Адресираща сигнализация (набиране):

Състои се в набирането на цифри, които представляват номера

на търсения абонат. Може да бъде два типа: избиращ импулс

(dial pulse) и DTMF (Dual-Tone Multiple Frequency) тонално

набиране.

- Избиращ импулс (dial pulse) – предшественика на DTMF,

също познат като набиране с шайба. При него адресните

сигнали се генерират посредством прекъсвания на тока, който тече по абонатната линия в последователност, зависеща от

избраната цифра.Този тип сигнализация може да работи само с

електро-механични централи.

- Тонално набиране (DTMF) – наследника на импулсното

набитране, който се появава за първи път през 1960 г. Представлява многочестотен аналогов сигнал – двойка тонове

всяка с различна честота. Една двойка отговаря на определена

цифра.

Сигнали за състоянието на линията:

- Вдигната слушалка (Тон ‘заето’)

- Затворена слушалка (Тон ‘свободно’)

Тонове – това са доловими сигнали, които могат да се чуят на

заден фон, като сигнал за свободно, сигнал за заето, сигнал при

набиране и сигнал при звънене, които се пращат от централата на търсения абонат за да покажат процеса на изграждане на

разговора.

6

Звънене – Сигнал изпращан от локалната централа, който известява търсения абонат за входящ разговор.

3. Мрежова сигнализация

Мрежовата сигнализация заема своето място между възлите

в опорната мрежа. Например, от локалната централа през

опорната мрежа до локалната централа на търсения абонат – или с други думи, между централата на търсещия (calling

party) и търсения (called party) абонат.

По обясними причини, абонатната сигнализация се различава

от тази използвана в опорнита мрежа. На абоната се налага

да използва ограничен брой сигнали. За сравнение днешните опорни мрежи използват много

сложна сигнализация, необходима за поддържането на

редица услуги като: предплатени разговори, преносимост на номера, roaming и др.Поради тази причина абонатната

сигнализация е сравнително проста в сравнение с мрежовата.

В миналото мрежовата сигнализация е била имплементирана

посредством Channel Associated Signaling (CAS). През

последните няколко десетилетия тя е изместена от Common

Channel Signaling (CCS).

Най-разпространените системи, които използват CCS са

Сигнална Система Номер 6 (SS6) и Сигнална Система

Номер 7 (SS7).

4. Channel Associated Signaling (CAS) - In-band

CAS, също позната като per-trunk signaling (PTS) е тип сигнализация в телекомуникациионите мрежи. При нея

служебните сигнали се кодират и пренасят в същия канал като

полезната информация (payload). В резултат на това остава по- малко честотна лента за полезния товар.

7

Например в PSTN мрежа използването на CAS редуцира

обема на полезната информация от 64 kbit/s до 56 kbit/s. CAS системите могат да бъдат използвани както в аналоговите

Frequency Division Multiplexed (FDM) така и в цифровите

Time Division Multiplexed (TDM) линии.

Ограничения на CAS:

- Предразположена към злоупотреби - Поради това че контролната сигнализция се предава по линията, абонатът може

да генерира сигнали като използва генератор на тонове -

клавиатурно устройство познато като Blue Box (1970). По-късно се поява и под формата на софтуер (1980).

- Ограничение на сигналната информация - CAS може да пренася ограничен обем сигнализация поради това че по-

голямата от честотната лента се използва за полезния

товар(payload).

- Неефективно използване на ресурси - CAS системите

са неефективни, защото в цифровите мрежи, например, дори когато няма сигнали за предаване сигналиния канал не може да

се използва за пренасяне на полезен товар.

5. Common Channel Signaling (CCS) - Out-band

За разлика от CAS при CCS сигнализацията върви по отделен

канал от този на полезния товар. По този начин един сигнален

канал може да контролира множество канали за информация.

8

Напримиер, в PSTN мрежата при T1/E1 канал ( trunk)

обикновено се заделя първия time slot (56 кбит при T1 и 64 кбит при E1) за сигнализация, а останалите се ползват за пренос на

информация. В повечето случаи един time slot е напълно

достатъчен да обслужва всички разговорни канали в същия trunk.

Поради това че сигнализацията е отделена от данните, тя

може да бъде пренасяна по различен маршрут.Този подход най-често се прилага в големите мрежи като по този начин се

избягват директни сигнални връзки между централите и се

създава по-голяма гъвкавост.

Предимства на CCS спрямо CAS:

- По-бързо изграждане на разговора

- По-голяма ефективност при използването на trunk-овете

- Няма възможност за злоупотреби от страна на абоната както при CAS.

- Може да пренася допълнителна информция като номер на търсещия абонат.

Като най-разпространени сигнални технологии ползващи CCS можем да отличим ISDN и SS7. ISDN се използва най-често за

връзката към крайния потребител, докато SS7 се използва в

опорната мрежа.

6. Сигнална Система Номер 7 (SS7)

9

SS7/C7 e съвкупност от протоколи, интегрирани в

телекомуникационните мрежи в глобален мащаб за да предоставят среда за сигнализация. Тъй като предназначението

на SS7 е да се използва за сигнализация, SS7 дава възможност

на мрежовите елементи да си обменят контролна информация. SS7 е създадена през 1975 г. от АТ&Т и въведена като световен

стандарт от CCITT през 1980.

SS7/C7 е ключовия елемент в PSTN, ISDN, Ins and PLMNs.

SS7 мрежова архитектура

Световната сигнална мрежа има две функционални нива:

- Интернационално ниво - Национално ниво

Тази структура дава вузможност да се определят ясно отговорностите по управлението и поддръжката както и да се

отделят SS7 възлите, принадлежащи към националните мрежи

от тези на интернационалните като се използват различни адресни пространства.

SS7 мрежовите възли се наричат сигнални точки (Signaling

Points - SP). Всяка SP се адресира посреством адрес на наречен

код на точката ( Point Code - PC). Toва е 14 битов адрес, като в

някои страни като Северна Америка и Китай се използва несъвместим 24 битов PC. Към изключенията може да добавим

и Япония в която се използва 16 битов PC. Самите PC могат да бъдат разделени на международни и национални, като

националните са уникални само в рамките на мрежата на

съответния оператор.

Signaling Links and Linksets

Сигналните Точки са свързани помежду си със сигнални канали/линкове, по които се пренася сигналната информация.

10

При Е1 капацитета на един канал (time slot) e 64 kbps, докато

при Т1 е 56 kbps. За да се повиши капацитета и да се предостави отказоустоичвост сигналните канали между две SP-

та могат де се комбинират логически до 16 броя. Това е така

наречения Linkset.

Routes and Routesets

SS7 маршрутите трябва да се добавят статично във всяка SP, защото няма механизъм за автоматично намиране на маршрута

както при някои пакетни мрежи като IP.

Маршрута се дефинира като път между начална и крайна точка. Всички маршрути до конкретна SP се наричат routset.

Node Types

В SS7 се различават три вида сигнални точки SP:

- Възел за пренасяне на сигнализация - Signal Transfer

Point (STP)

- Възел за комутиране на услугата - Service Switching

Point (SSP)

- Възел за управление на услугата - Service Control Point

(SCP)

11

STP – Отговорна за пренасяне на SS7 съобщения между останалите сигнални точки, подобно на маршрутизатор в IP

базираните мрежи. Основния принцип на работа е че

съобщения получени на един сигнален канал (link) се трансферират по друг сигнален канел. Единствените

съобщения, които не са просто трансферирани са така

наречените GTT (Global Title Translation), за които ще стане дума в секцията за SS7 протоколите.

STP могат да бъдат интгерирани като отдел възли или да се

намират в един възел с SSP.

12

SSP - Точкатa за комутиране на услугата е телефонна централа,

която включва и SS7 функционалност. Грижи се за обработката на гласов трафик както и на SS7 съобщения.

SCP – Точката за контрол на услугата служи като интерфейс между телекомуникационните бази данни (SDP) и SS7

мрежата.Телекомуникациионите компании поддържат такива

бази данни, които могат да бъдат запитвани за информция, свързана с услугите предоставани от мрежата. Популярен

пример за такава услуга е ‘обаждане на номера без таксуване’

като например номер за спешна помощ и други. Обикновено заявката за обаждане започва в SSP. SSP прави

запитване към SCP за съответния безплатен номер, SCP прави

проверка и връща съобщение към SSP да разреши обаждането.

7. SS7 протоколен стек

SS7 протоколния стек е съвкупност от протоколи, чрез които се осъществява пренасянето на сигнална информация и се

реализират допулнителни услуги в телекомуникациионните

мрежи. SS7 стека използва TDM за преносна среда в традиционната SS7 мрежа и IP в Sigtran мрежите (също познат

като SS7 over IP).

Дизайна на SS7 протоколния стек два възможност за неговото

лесно разширяване чрез добавянето на нови протоколи.

Стандартният SS7 стек има 4 нива (layers), които са дефинирани в 7-слойния OSI модел. Слоеве от 1 до 3

съставляват Message Transfer Part (MTP) частта, а слой 4 -потребителската част (User Part).

13

Част за пренасяне на съобщенията - MTP1 (physical

layer)

MTP1 е еквивалент на физическия слой от OSI модела.

Той дефинира физически и електрически характеристики на сигналния линк/канал. Физически

интерфейси дефинирани в SS7 са:

E-1 (2048kb/s; 3264kb/s channels), DS-1(1544kb/s; 24 64kb/s channels), V.35(64kb/s), DS-0(64kb/s) and DS-

0A(56kb/s)

Част за пренасяне на съобщенията - MTP2 (Data link

layer)

MTP2 се грижи за надеждния траспорт от край до край

на сигналните съобщения върху сигналния линк/канал.

В него са имплементирани още контрола на потока данни, проверка за последователността на съобщенията,

проверка за грешки и възстановяване от грешки.

Част за пренасяне на съобщенията - MTP3 (Network

layer)

14

MTP3 слоят изпълнява маршрутизацията на

съобщенията между сигналните точки в SS7 мрежата. Също така се грижи за премашрутизиране на трафика

от повредени сигнални канали/линове и повредени

сигнални точки като по този начин грантира доставяне на съобщенията по резервен маршрут.

ISDN потребителска част (ISUP)

ISUP дефинира контрола на обажданията използван за

организиране, управлние и прекъсване на канали, които пренсят глас в PSTN мрежите. ISUP използва MTP3 за

маршрутизаиране на съобщенията от едно SSP до

друго.

Част за управление на сигналните връзки (SCCP)

SCCP предоставя безвръзково и връзково-ориентирани

мрежови услуги, ползвайки MTP3 като транспорт за

сигналните съобщения между сигналните точки. Докато MTP3 използва Point Codes (PCs) за да адресира

съобщенията между определени сигнални точки (SPs),

SCCP предоставя възможност определени съобщения да бъдат предоставени за точно определено приложение,

работещо върху сигналната точка.Това се постига чрез

SSN. Като еквивлент в TCP/IP базираните мрежи се използва

TCP порт.

MTP пренася съобщения от възел до възел, докато SCCP пренася съобщения от край до край.

SCCP също така предоствя и възможността за GTT.

По този начин на SSP не е нужно да знае SSN и PC на съответната услуга.Тази информация се пази в

STP, където е нужно да се поддържа таблица с GT към

PC.

Приложна част за транзакции (TCAP)

15

TCAP създаден за употреба от приложенията от по

високо ниво, като предоствя комуникация от SCP към SCP през STP.

TCAP съобщенията се пренасят от край до край

използвайки услугите на SCCP.

Заключение

Сигнализацията в днешно време е незаменима част от

телекомуникационните мрежи която продължава да се развива .

Благодарение на нея днес е възможно телекомуникациионите оператори да предоставят редица услуги с добавена стойност

освен разговорните услуги. Поради причината, че всеки

оператор предлага едни и същи базови услуги на абонатите, борбата за нови абонати и по виски приходи се води с помощта

на нови услуги, които биха били невъзможни без

сигнализацията.

Използвана литературa

1. Signaling System No. 7 (SS7/C7): Protocol, Architecture, and

Services - Cisco Press

2. Internet