вроде лекции / Канальный уровень стека протокола ОКС 7 (17.09.2017)

Канальный уровень стека протокола ОКС 7

Список сокращений:

SIO (ServiceInformationOctet) – байт служебной информации;

LI (Length Indicator) – индикатордлины;

SIF (Signalling Information Field) – полеслужебнойинформации;

BSN (BackwardSequenceNumber) – порядковыйномеробратного направления, или обратный порядковый номер;

BIB (BackwardIndicatorBit) – обратныйбитиндикации;

FSN (ForwardSequenceNumber) – порядковый номер прямого направления, или прямой порядковый номер;

FIB (ForwardIndicatorBit) – бит индикации прямого направления;

MSU (MessageSignalUnit) – значащаясигнальнаяединица;

LSSU (LinkStateSignalUnit) – сигнальная единица состояния звена сигнализации;

FISU (Fill-InSignalUnit) – заполняющая сигнальная единица.

SLS (SignallingLinkSelection) – выборзвенасигнализации;

RTB (Repeat Transmission Buffer) – буферповторнойпередачи.

FIFO (FirstInFirstOut) – принципорганизации очереди сообщений (заявок).

ST(SignallingTerminal) – терминал сигнализации или сигнальный терминал;

СЕ – сигнальнаяединица;

ЗС – звено сигнализации;

Как уже упоминалось выше, уровень 2 подсистемы MTP определяет функции и процедуры, относящиеся к передаче сигнальных сообщений по звену сигнализации между двумя напрямую связанными пунктами сигнализации. Функции уровня 2 определяют структуру передаваемой информации по каждому звену и процедуры обнаружения и исправления ошибок. Сочетание функций уровней 1 и 2 организуют звено сигнализации для передачи сигнальных сообщений [1], [2].

На нижеследующем рисунке представлена схема подключения ОКС 7 на АТС при организации полупостоянного соединения через цифровое коммутационное поле.

Организация полупостоянного соединения сигнализации ОКС 7 через ЦКП цифровой АТС с управлением по записанной программе

Пронумерованные стрелки на рисунке имеют следующий смысл:

1 – команда с O&M терминала на распределение звена сигнализации. При этом указываются координаты оконечного оборудования АТС (КСЛ) в его привязке к определенному контроллеру ОКС 7.

2 – передача запроса к контроллеру ОКС 7 АТС (O&Mтерминал ->ОСШ ->контроллер ОКС 7).

3 –контроллер ОКС 7 передает управляющую информацию установления соединения через ЦКП (КП ГИ)маркеру (M)для подключения к мультиплексору PDH, имеющему выход на соответствующий интерфейс цифровой передачи (КСЛ) (контроллер ОКС 7 ->маркер).

4 –управляющая информация установления соединения подтверждается контроллеру ОКС 7 (M ->контроллер ОКС 7).

5 –маркер передает номера входящего и исходящего временного интервала адресному регистру и регистрам записи запоминающего устройства управления (ЗУУ) и информационно-запоминающего устройства (ИЗУ) КП ГИ.

Механизм образования звена сигнализации ОКС 7 представлен на нижеследующем рисунке:

Сигнальная информация передается между пунктами сигнализации в виде сообщений переменной длины, называемых сигнальными единицами.

Существует три типа сигнальных единиц:

• Значащая сигнальная единица (MSU),которая используется для передачи сигнальной информации, формируемой подсистемами пользователей (например,ISUP, MAP или TCAP)или SCCP, также использующей услуги канального уровня ОКС 7;

• Сигнальная единица состояния звена (LSSU),которая используется для контроля состояния звена сигнализации;

• Заполняющая сигнальная единица (FISU), которая используется для обеспечения фазирования звена сигнализации при отсутствии сигнального трафика.

Тип сигнальной единицы идентифицируется индикатором длины (LI) следующим образом:

• Значение равное в двоичном коде 0 (LI = 0) обозначает заполняющую сигнальную единицу.

• Значение равное в двоичном коде 1 или 2(LI=1 или LI = 2 обозначает сигнальную единицу состояния звена сигнализации. Форматы сигнальных единиц состояния ЗС и заполняющих сигнальных единиц, наряду с возможными значениям статуса ЗС, представлены на нижеследующем рисунке «Формат сигнальной единицы состояния ЗС».

• Значение, превышающее в двоичном коде2 (LI> 2) обозначает Значащую Сигнальную Единицу, формат которой представлен на нижеследующем рисунке «Формат значащей сигнальной единицы».

Формат сигнальной единицы состояния ЗС и заполняющей сигнальной единицы.

Ограничивающий сигнальную единицу состояния ЗС флаг включает в себя следующую комбинацию в двоичном коде:

«01111110» .

Поле состояния звена сигнализации SF (Status Field) включает в себя поле индикаторов статуса, которое за период от момента ввода ЗС в эксплуатацию до его деактивации, или вывода из процесса обслуживания, может принимать следующие значения:

• «000» - индикация статуса «O» (отсутствие вхождения в связь);

• «001» - индикация статуса«N» («Нормальное вхождение в связь»);

• «010» – индикация статуса «E» («Аварийное вхождение в связь»);

• «011» – индикация статуса «OS» («ЗС «Вне процесса обслуживания»);

• «100» – индикация статуса «PO» («Выход из строя процессора»);

• «101» – индикация статуса «B» («Занятость»).

В рамках практических занятий данного курса, мы рассмотрим основные процедуры канального уровня ОКС 7, а именно:

• Базовый метод коррекции ошибок, включая повторную передачу сообщений прикладного уровня ОКС 7;

• Процедуру вынужденного циклического повторения;

• Процедура начального вхождения в связь;

• Монитор количества ошибок при начальном вхождении в связь. Монитор интенсивности ошибок ЗС;

• Процедура индикации снижения степени перегрузки ЗС. Процедура определенная для ситуаций перегрузки ЗС;

• Процедура «Выход из строя процессора».

Далее, кратко опишем поля значащей сигнальной единицы, формат которой приведен ниже.

Формат значащей сигнальной единицы (MSU).

Данный формат значащей сигнальной единицы приведен в рекомендации ITU-TQ.703.MSU состоит из ряда полей, в которых размещается фиксированное количество битов. Формат MSU определяет каждое из полей внутри сообщения и присвоение значения каждому биту внутри сообщения, за исключением поля сигнальной информации, которое определяется на прикладном уровне ОКС 7.

Флаг выполняет функции ограничителя сигнальных единиц, обозначающей начало и завершение каждой сигнальной единицы. Закрывающий флаг одной сигнальной единицы является началом следующей сигнальной единицы. При этом последовательность битов флага значащей сигнальной единицы аналогична последовательности флага сигнальной единицы состояния ЗС.

Чтобы избежать имитации флага другой частью сигнальной единицы, передающая MSU станция вставляет ноль после каждой последовательности из пяти бинарных единиц, за исключением открывающего и закрывающего СЕ флагов. Этот ноль удаляется на приемном конце оконечного устройства ЗС после обнаружения и отделения флагов.

Обратный порядковый номер BSN, обратный бит индикатор BIB, прямой порядковый номер FSNи прямой бит индикатор FIBиспользуются в методе исправления ошибок, описанном ниже.

Назначение индикатора длины было описано выше в рамках описания формата СЕ состояния ЗС.

Байт служебной информации SIOделится на индикатор службы и на поле подвида службы.Например,SIOможет указывать, что сообщение относится к подсистеме ISUPили к SCCP. В российских национальных спецификациях MTP, индикатор сети в поле подвида службы кодируется следующим образом:

• 00 – международная сеть;

• 01 – резерв для международной сети;

• 10 – междугородная сеть;

• 11 – местная сеть.

Прямой порядковый номер FSN – это порядковый номер сигнальной единицы, в составе которой он передается.

Обратный порядковый номер BSN - это номер подтверждаемой сигнальной единицы. Прямой и обратный порядковые номера – двоичные числа в циклически повторяющейся последовательности от 0 до 127.

Каждая MSU содержит 16 проверочных битов для обнаружения ошибок.

Поле сигнальной информации SIFможет состоять максимум из 272 байтов, форматы и коды которых определяются подсистемой пользователей. Поле сигнальной информацииSIFможет состоять максимум из 272 байтов, включая в себя «необязательную часть», «обязательную переменную», «обязательную фиксированную» и «тип сообщения». Информация поля SIFпередается между подсистемами пользователей двух пунктов сигнализации.MTPне распознает содержимое SIF, кроме этикетки маршрутизации, используемой для маршрутизации сообщений в сети сигнализации. Не считая этой информации о маршруте, MTPпросто передает содержащуюся в SIF информацию от уровня 4 одной АТС к уровню 4 другой АТС.

Обнаружение ошибок осуществляется с помощью 16 проверочных битов, передаваемых в конце каждой сигнальной единицы. Проверочные биты формируются АТС, которая передает сигнальную единицу. Проверочные биты получаются путем применения образующего полинома к информации в сигнальной единице.

Используется следующий образующий полином: x¹⁶ + x¹² + x⁵ + 1. Он выбран таким образом, чтобы оптимизировать процесс обнаружения пакетов ошибок при передаче.

Проверочные биты образуются из остатка от деления по модулю 2x^k (x¹⁵ + x¹⁴ + x¹³ + x¹² +…..+ x² + х +1) на образующий полиномx¹⁶ + x¹² + x⁵ + 1, где k–количество битов в сигнальной единице между последним битом открывающего флага и первым проверочным битом (исключая их самих, а также вставленные для исключения имитации флага биты).

Передаваемые проверочные биты являются дополнением до «1» образовавшегося остатка 16-битового поля, т.e. «1» меняются на «0» и наоборот. Это изменение производится для того, чтобы минимизировать вероятность ошибки в работе оборудования принимающей станции.

Проверочные биты анализируются на принимающей станции в соответствии с определенным алгоритмом. Если соответствия не обнаруживается, то сигнальная единица стирается. Это стирание MSU приводит в свою очередь, механизм исправления ошибок.

Методы исправления ошибок

Для ОКС 7 предусмотрены два метода исправления ошибок.

Основной метод исправления ошибок применяется для звеньев сигнализации, в которых время распространения в одном направлении не превышает 15 мс. В противном случае используется метод превентивного циклического повторения. Примером использования метода превентивного циклического повторения может служить установление соединения через спутники. Сообщения, которые были искажены (например, из-за пакетов ошибок на передаче), передаются повторно в той же последовательности, в какой они передавались в первый раз, и для уровня 3 не возникает никаких проблем с доставкой сообщений подсистемам пользователей без потерь и дублирования.

Если имеют место постоянные ошибки, уровень 3 (MTP 3) информируется об этом для принятия соответствующего решения, например, для изменения маршрутизации сообщений через другое звено сигнализации.

Основной метод исправления ошибок – это метод с положительным или отрицательным подтверждением и повторной передачей сообщений принятых и искажением. Функции, входящие в механизм исправления ошибок, представлены на нижеследующем рисунке «Функции исправления ошибок» [2].

Функции исправления ошибок

Для передачи сигнальной информации от верхнего уровня АТС Aк такому же уровню АТС Bсигнальные единицы передаются через уровень 3 MTPна уровень 2 MTPв АТС A. На уровне 2 АТС Aимеются буфер передачи и буфер повторной передачи. Буфер передачи используется для сохранения MSUперед ее передачей по звену сигнализации, т.е. действует как запоминающее устройство до тех пор, пока пропускная способность ЗС не позволит послать MSU.Буфер повторной передачи хранит копию MSUдля случая ее приема в АТС Bс искажениями.

Каждая MSUвключает в себя прямой порядковый номер (FSN), прямой бит индикатор (FIB), обратный порядковый номер (BSN) и обратный бит-индикатор (BIB). Когда звено сигнализации функционирует нормально,FIBприсваивается конкретное значение (например, 0), которое также присваивается BIB (0).Когда MSU принимается уровнем 2 на АТС A, она поступает в буфер передачи. Буфер передачи действует по принципу FIFO, т.е. MSU поступившая в буфер первой, передается из него также первой.

Когда звено сигнализации свободно и подходит очередь для передачи, следующей MSUприсваивается величина FSN, равная величине FSNв последней значащей сигнальной единице плюс 1 (по модулю 128). Далее MSU передается АТС B. Одновременно с началом передачи MSU, в буфер повторной передачи вводится копия MSU.

В буфере приема на АТС Б,FSNсравнивается с ожидаемой величиной (предыдущее значение FSN(FSN<L>) плюс 1, т.е. FSN<R>=FSN<L>+1, где FSN<L>обозначает прямой порядковый номер предыдущей принятой сигнальной единицы, а FSN<R>обозначает прямой порядковый номер принятой сигнальной единицы, ожидаемой АТС Б).Если значение FSNсовпадает с ожидаемым,MSUнаправляется на уровень 3 для дальнейшей обработки. Величина FSN копируется в поле BSN, а значение BIB остается неизменным. Величины BSN=FSN и BIB=0 указывают АТС A на положительное подтверждение переданной сигнальной единицы. При приеме правильных величин BSN и BIB на АТС A, данная MSUудаляется из буфера повторной передачи.

Если сравнение величины FSN с ожидаемым значением на АТС Б покажет противоречие, например, вследствие функционирования механизма обнаружения ошибок и стирания искаженных MSU в транзитном пункте сигнализации или по другим причинам, приведшим к отрицательному результату сравнения (например,FSN<R>>FSN<L> + 1),величина BIB конвертируется и принимает значение «1» и АТС А принимает отрицательное подтверждение. В этом случае BSNсигнальной единицы отрицательного подтверждения к АТС А, присваивается значение последнего правильно принятого FSN (BSN = FSN<R>).

При приеме отрицательного подтверждения на АТС А, передача сигнальных единиц прерывается и значащие сигнальные единицы, находящиеся в буфере повторной передачи, передаются повторно в аналогичном порядке. Величина FIB меняется на «1» и значения FIB и BIB будут снова иметь аналогичные значения.

В случае приема АТС Aположительного подтверждения,FIBпередаваемой сигнальной единицы (FIBна передачу) и BIBв принимаемой сигнальной будут иметь аналогичные значения равные бинарному «0». Прямой порядковый номер на передачу в АТС A и обратный порядковый номер в принятой сигнальной единице (на прием) будет равны.

Таким образом, инвертированное значение FIBна передаче сигнализирует АТС Б, что значащая сигнальная единицапередана повторно. В случае повторного приема искаженной сигнальной единицы,FIBна приеме опять инвертируется и сигнальная единица передается. Таким образом, при приеме n отрицательных подтверждений, значения FIBи BIBциклически меняются, принимая значения FIB=0, BIB=0 и FIB=1, BIB=1.

Метод превентивного циклического повторения

Метод исправления ошибок путем превентивного циклического повторения является методом с положительным подтверждением, циклическим повторением и упреждающим исправлением ошибок. Это означает, что отрицательное подтверждение не применяется, а для индикации искажения сообщения используется отсутствие положительного подтверждения. Исправление ошибок достигается программируемым циклическим повторением неподтвержденных MSU. Каждая сигнальная единица, аналогично основному методу исправления ошибок, содержит FSNи BSN, но FIBиBIBне используются и устанавливаются в значение бинарной «1».

В период отсутствия новых, назначенных на передачу MSU, начинается передача MSU, назначенных на повторную передачу. Первоначальные FSNво время повторной передачи сохраняются. Если поступает новая сигнальная единица, циклическое повторение прекращается, а новая MSUпередается с FSNравному последнему присвоенному значению плюс 1 (по модулю 128). Если не принимаются следующие новые MSU, рекомендуется циклическое повторение.

Неискаженная сигнальная единица положительно подтверждается путем приема на АТС Aзначения BSN, равного присвоенному FSN. После приема положительного подтверждения, соответствующая MSUстирается в буфере повторной передачи и больше недоступна для повторной передачи.

Одним из недостатков данного метода является то, что буферы передачи и повторной передачи могут перегружаться. Для предотвращения потери сообщения применяется процедура, называемая вынужденным повторением. Количество MSU (N1)и количество байтов, хранящихся (N2) в буфере повторной передачи, непрерывно контролируется. Если один из этих параметров достигает предварительно установленного предельного значения, новые MSUне принимаются, а приоритет отдается повторной передаче MSU, хранящихся в буфере повторной передачи. Цикл повторной передачи продолжается до тех пор, пока значения двух действующих параметров не упадут ниже указанных предельных значений.

Ограничения на значения N1 и N2:

N1 ограничивается 127 MSU, которые могут быть доступны для повторной передачи.

При отсутствии ошибок,N2 ограничивается временем задержки сообщения в шлейфе звена сигнализации (TL). Необходимо гарантировать, что для повторной передачи будет доступно не более октетов MSU, где:

TL- время задержки сообщения в шлейфе сигнализации;

Teb – время передачи одного октета.

Еще раз повторимся, что особенностью описанного выше метода превентивного циклического повторения является, в отличие от рассмотренного ранее базового метода обнаружения ошибок, отсутствие встроенного метода выдачи отрицательного подтверждения. Оно не требуется, так как в каждый момент времени, неподтвержденные СЕ сохраняются для циклического повторения в буфере повторной передачи.

Ниже приводятся упрощенные MSCдиаграммы процедур положительного и отрицательного подтверждений MSU, запрос повторной передачи MSU, начиная с FSN (T) последней неподтвержденной MSUинепосредственно, повторная передача MSU.

Положительное подтверждение MSU

Отрицательное подтверждение MSU

Повторная передачаMSU

Процедура начального вхождения в связь

Процедура начального вхождения связь необходима для фазирования ЗС при его вводе в процесс эксплуатациии подтверждения нормального функционирования ЗС.

Данная процедура использует четыре различных индикации вхождения в связь:

• «O» - отсутствие вхождения в связь;

• «N» - «нормальное» вхождение в связь;

• «E» - «аварийное» вхождение в связь;

• «OS» - вне процесса обслуживания;

Приведенные выше индикации передаются в поле статуса СЕ состояния ЗС. Можно перечислить следующие основные сценарии реализации данной процедуры:

• Индикация статуса «O» передается в случае, если при запуске процедуры вхождения в связь, со стороны ЗС еще не принята ни одна из индикаций статуса («O», «N» или «E»).

• Индикация статуса «N» передается, если при запуске процедуры вхождения в связь принимаются индикации статуса «O», «N» или «E» иисходящийтерминал сигнализации находится в состоянии нормального вхождения в связь.

• Индикация статуса «E» передается в том случае, если после начала соответствующей процедуры принимается индикация статуса «O», «N» или «E», сигнальный терминал находится в состоянии аварийного вхождения в связьи должен использовать короткий «аварийный» период проверки.

• Индикация статуса «OS» информирует удаленный терминал сигнализации, что про причинам отличающихся от выхода из строя процессора (например, сбой ЗС), сигнальный терминал не можетосуществлять приемопередачу MSU. Индикация статуса OS передается при завершении операции «poweron» до начала процедуры начального вхождения в связь.

Индикации статуса «N» и «E» указывают на статус передающего терминала ЗС. Этот статус остается неизменным, независимо от статуса удаленного сигнального терминала на приемной стороне. Таким образом, если терминал ЗС со статусом вхождения в связь «Normal» принимает индикацию статуса «E», то он продолжает передачу индикации статуса «N», но инициирует короткий аварийный период проверки.

Обзор состояний процедуры начального вхождения в связь

Исходное состояние.Процедура приостановлена.

Отсутствие начального вхождения. Звено сигнализации не проверено и терминал передает индикацию статуса «O». При входе в состояние запускается таймаут MTP 2 T2, который останавливается при выходе из данного состояния.

Начальное вхождение реализовано.Звено сигнализации проверено и терминал передает индикацию статуса «N» или «E», индикации статуса «O» или «OS» не приняты, была начата процедура «Проверка». «Проверка»означает средства,посредством которых терминал ЗС проверяет его способность корректно передавать сигнальные единицы. «Проверка» должна проходить за период таймаута T4перед тем, как звено войдет в состояние «готово к вхождению в связь». Истечение таймера T4 указывает на успешный период проверки, при возможном прерывании периода проверки до 4-х рази инициировании/запроса монитора частоты ошибок при вхождении в связьи перезапуске таймера T4.

В случае срабатывания таймера T4 и удовлетворительного результата проверки, процедура вхождения в связь считается завершенной и монитор частоты ошибок вхождения в связь отменяется, процесс переходит в исходное состояние, в противном случае таймерпереустанавливается и процесс переходит в состояние «Проверка».

Обзор таймеров процедуры «Начальное вхождение в связь» («InitialAlignment»)

T1 – таймер «Alignment ready» (40 – 50 с.). Устанавливаетсяпри завершении процедуры «Начальное вхождение в связь» и запуске монитора ошибок СЕ. Таймер принудительно останавливается по команде от MTP 3, ошибке ЗС, а также при вводе в обслуживание ЗС и возможности передачи MSU. Истечение таймера T1 вызывает переход в состояние «Outofservice».

T2 – таймер «not alignment» (T2 = 5 – 150 c). Устанавливается на период реализации процедуры «Начальное вхождение в связь» при передаче сообщения SIO. Прием SIO, SIN, SIEвызывает сброс таймера T2 и установку таймера периода проверки T4. По истечению таймера T2, к логическому блоку контроля состояния ЗС выдается сообщение «Вхождение в связь не возможно».

T3 – таймер «Alignment» (T3= 1 – 2 c.) устанавливается после передачи сообщения SIEили SIN. При приеме одного из сообщений (SIN, SIE) данный таймер сбрасывается.

T4– таймер периода проверки, равен времени передачи 2¹⁶ или 2¹² октетов.Описание данного таймера приведено выше.

На нижеследующем рисунке представлена обобщенная стрелочная диаграмма процедуры начального вхождения в связь, реализуемая на канальном уровне ОКС 7.

Процедура начального вхождения в связь, рисунок 1.

Процедура начального вхождения в связь, рисунок 2.

Процедура начального вхождения в связь, рисунок 3.

Процедура начального вхождения в связь, рисунок 4.

Примечание 1:

Сообщение «Начальное вхождение в связь завершено» передается логическому блоку MTP 2 «Контроль состояния ЗС» (LSC);

Примечание 2:

Сообщение «Стоп» передается монитору интенсивности ошибок вхождения в связь (AERM);