БИС0052_ТВиКС_ЛР-ОКС7
.docxМИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Московский технический университет связи и информатики
Кафедра сетей связи и систем коммутации
Лабораторная работа
по дисциплине
ТЕХНОЛОГИИ КОММУТАЦИИ В ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЯХ
«Несвязная сигнализация ОКС №7»
Подготовил:
студент 4-го курса
факультета ЦЗОПБ
Проверила:
Степанова И. В.
Москва, 2024
В процессе выполнения данной лабораторной работы требовалось сделать следующее:
1. Ознакомиться с общей структурой системы ОКС 7, рассмотреть модель ВОС и обмен сообщениями.
2. На интерактивном примере рассмотреть основной метод обнаружения и исправления ошибок, пояснить – на чем он основан. Отметить, что произойдет, если искажены разряды СК служебной комбинации.
3. На интерактивном примере рассмотреть использование системы сигнализации ОКС7 в подсистеме INAP.
4. Зарисовать базовое соединение в ISUP.
5. Перечислить хотя бы два примера применения подсистемы TCAP.
6. Рассмотреть пример обработки отказа в разделе маршрутизация.
7. Попробовать ответить на контрольные вопросы, содержащиеся в соответствующем приложении.
Выполнение работы и развернутые ответы на контрольные вопросы
1. Структура системы ОКС 7, модель ВОС и обмен сообщениями. Функциональная структура ОКС №7 одержит четыре уровня (рисунок 1).
Рисунок 1 – Структура ОКС №7
Уровень 1 – физический уровень (определяет физические, электрические и функциональные характеристики звена передачи данных и средства доступа к ним).
Уровень 2 – определяет функции и процедуры, относящиеся к передаче сигнальных сообщений по отдельному звену сигнализации.
Уровень 3 – определяет функции и процедуры, общие для различных звеньев сигнализации, и независимые от работы каждого из них (сетевой уровень: обработка сообщений, управление сетью сигнализации).
Уровень 4 – пользовательский.
Первые три уровня образуют подсистемы передачи сообщений (MTP – Message Transfer Part), четвертый уровень составляют подсистемы пользователя (UP – User Part).
Различные приложения пользователя используют подсистему передачи сообщений (MTT) для передачи своей персональной информации. При разработке протокола ОКС №7 использовались идеи, заложенные в так называемой модели взаимодействия открытых систем.
Модель взаимодействия открытых систем ВОС – это стандарт, служащий для решения проблемы обмена данными между одноименными уровнями разных информационных систем (для обеспечения совместимости протоколов). ВОС служит для того, чтобы четко определить структуру множества функций, поддерживающих информационный обмен между пользователями услуг системы электросвязи. Подход, использованный в модели ВОС, предусматривает разделение этих функции на семь «слоев» или «уровней», расположенных один над другим. С точки зрения любого уровня все нижележащие уровни предоставляют ему «услугу транспортировки информации», имеющую определенные характеристики. То, как именно реализуются нижележащие уровни, для вышележащих уровней не имеет значения. С другой стороны, для нижних уровней безразличны как смысл поступающей от верхних уровней информации, так и то, с какой целью она передается. Всего модель ВОС состоит из семи уровней: физического, канального, сетевого, транспортного, сеансового, уровня представлений и прикладного уровня (рисунок 2).
Рисунок 2 – Модель ВОС
Каждый из представленных на рисунке 2 уровней выполняет свои функции и добавляет (обрабатывает) информацию, предназначенную только для него:
- физический уровень обеспечивает прозрачную передачу битов по каналу, организованному смежными узлами сети с использованием той или иной передающей среды и формирует интерфейс с этой средой;
- канальный уровень или уровень звена данных формирует двусторонний канал связи, то есть прямое звено связи между смежными узлами сети (имеет ресурсы для обнаружения и коррекции ошибок, управления потоками данных и повторами передачи данных, также может обнаруживать и справлять ошибки, возникшие на уровне);
- сетевой уровень формирует сетевые услуги, маршрутизацию и коммутацию соединения, обеспечивающие перенос через сеть информации, которой обмениваются пользователи ВОС в разных узлах сети;
- транспортный уровень осуществляет оптимизацию использования ресурсов (то есть сетевых услуг) с учетом типа и характера связи, избавляя пользователя от необходимости принимать во внимание детали, связанные с переносом информации;
- уровень сеанса обеспечивает координацию между уровнями представления различных систем, он также управляет этим соединением, синхронизирует диалоги и разъединения;
- уровень представления производит преобразование из одной формы в другую синтаксиса транспортируемых данных, он определяет, как именно данные могут быть перепредставлены, трансформируя синтаксис приложений пользователя в общий синтаксис, необходимый для взаимодействия между приложениями;
- прикладной уровень определяет семантику, то есть смысловое содержание информации, которой обмениваются пользователи (содержит инструменты для управления всеми взаимодействиями между приложениями, допустим, протоколы передачи файлов, управления сообщениями, справочники сервиса и операций).
Модель обмена сообщениями в системе приведена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Модель обмена сообщениями в ОКС-7
Механизм передачи заключается в следующем. На передающей стороне (SP A) подсистема пользователя генерирует сигнальное сообщение и передает его к МТР. МТР «запаковывает» сигнальное сообщение в стандартную сигнальную единицу (в данном случае – значащую сигнальную единицу MSU – Message Signal Unit) и передает ее по соответствующему звену сигнализации. Выбор звена сигнализации (направления связи) производится на основе анализа адресной информации (в MSU всегда содержаться этикетки маршрутизации - OPC, DPC, идентификатор речевого канала). На приемной стороне (SP B) МТР проверяет принятую сигнальную единицу на предмет наличия ошибок (при необходимости запрашивает повтор передачи), «распаковывает», и передает сигнальное сообщение к соответствующей подсистеме пользователя.
2. Основной метод обнаружения и исправления ошибок. Для ОКС №7 предусмотрены два метода исправления ошибок:
- основной (базовый метод);
- метод превентивного циклического повторения.
Основной метод исправления ошибок применяется в тех случаях, когда время распространения сигналов на сети не превышает 15 мс (например, наземные средства связи) и заключается в передачи положительных/отрицательных подтверждений принимаемых сигнальных единиц. Если время распространения сигналов по звену сигнализации превышает 15 мс (допустим, средства связи спутниковой связи), то используется метод превентивного циклического повторения.
В основном методе исправлений ошибок каждой передаваемой сигнальной единице присваивается прямой порядковый номер FSN (Forward Sequence Number), который циклически принимает значение от 0 до 127. Прямой бит-индикатор FIB (Forward Indicator Bit) показывает передается сообщение в первый раз или же это повторная передача. Подтверждение принятой сигнальной единицы передается в обратном направлении с помощью BSN (Backward Sequence Number) и BIB (Backward Indicator Bit).
Рисунок 4 – Передача сигнальной единицы
Положительное подтверждение в основном методе исправления ошибок заключается в том, что значение BIB (0 или 1) не меняется, и остается таким же, как в предыдущих сигнальных единицах, а значению BSN присваивается значение FSN принятой сигнальной единицы. Рассмотрим следующий пример.
Допустим, что при передаче сигнальных единиц в штатном режиме в прямом направлении передается сигнальная единица с FSN = 10, тогда в обратном направлении передается положительное подтверждение – значение BIB не инвертируется и остается прежним (в данном случае 0). Значению BSN присваивается номер безошибочно принятой сигнальной единицы (то есть BSN = FSN).
Пусть в некоторый момент возникла ошибка при передаче сигнальной единицы и FSN = 11 (искажение). В таком случае пункт А продолжает непрерывно посылать сигнальные единицы до тех пор, пока не получит отрицательного подтверждения. При обнаружении ошибки в принятой сигнальной единице, пункт В посылает в пункт А отрицательную подтверждение (то есть BIB инвертируется и становится 1). Пункт сигнализации В игнорирует все следующие сигнальные единицы, посылаемые пунктом А до тех пор, пока не получит безошибочно переданную сигнальную единицу с FSN = 11. Получив отрицательное подтверждение, пункт сигнализации А приостанавливает передачу сигнальных единиц. Все сигнальные единицы из буфера ретрансляции (включая и ошибочно переданную и все последующие) передаются повторно. Значение FIB игнорируется, показывая тем самым, что это повторная передача.
Таким образом, при основном методе исправления ошибок передаваемая сигнальная единица запоминается в передающем пункте сигнализации до тех пор, пока на нее не будет принято положительное подтверждение. Если принято отрицательное подтверждение, передача новых сигнальных единиц приостанавливается и те сигнальные единицы, которые уже были преданы, но еще положительно не подтверждены, должны повторно передаваться один раз, начиная с той, на которую получено отрицательное подтверждение, и в той последовательности, в которой они передавались в первый раз. Для уменьшения числа повторных передач и времени задержки сигнальных единиц, запрос на повторную передачу делается только в случае потери значащих сигнальных единиц (MSU).
При искажении разрядов служебной комбинации CK (Check Bit – проверочные биты; каждая строка содержит 16 проверочных бита, формирующихся пунктом сигнализации, который передает сигнальную единицу, а анализ проверочных битов производится в принимающем пункте сигнализации в соответствии с определенным алгоритмом) регистрируется ошибка, а сигнальная единица стирается. Удаление сигнальной единицы приводит в действие механизм исправления ошибок.
3. Использование системы сигнализации ОКС7 в подсистеме INAP. Подсистема INAP (Intelligent Network Application Part) - это прикладная подсистема пользователя интеллектуальной сети. В общих чертах идея интеллектуальных сетей заключается в отделении функций предоставления услуг от функций коммутации (базовой сети), а функций управления, создания и внедрения услуг, выносящихся в создаваемую отдельно от базовой сети «интеллектуальную» надстройку. Такое построение позволяет операторам связи концентрировать «интеллектуальную» часть в определенных узлах (часто централизованных). От базовой же сети требуется только обеспечение доступа к «интеллектуальным» сетевым ресурсам. Основными компонентами интеллектуальной сети являются:
- SSP (Service Switching Point), то есть узел коммутации услуг;
- SPC (Service Control Part), то есть узел, управляющий услугами с блоком данных услуг (базой данных);
- SMP (Service Management Point), то есть центр администрирования услуг.
Вышеперечисленные узлы и функции могут быть разделены между собой как логически, так и физически, поэтому для их взаимодействия и был разработан протокол INAP, а именно для взаимодействия между узлом коммутации услуг SSP и узлом управления услугами SCP (рисунок 5).
Рисунок 5 – INAP в интеллектуальной сети
Рассмотрим пример предоставления интеллектуальной услуги «дополнительная оплата» (PRM – Premium Rate). Суть данной услуги заключается в том, что за предоставление разговора телефонная компания берет дополнительную плату, а затем рассчитывается с поставщиком услуги (возможны и иные схемы расчета). Пример предоставления данной услуги показан на рисунке 6.
Рисунок 6 – Пример предоставления интеллектуальной услуги
4. Базовое соединение в ISUP. С внедрением технологии ISDN, предоставляющей наряду со всеми телефонными услугами и широкий спектр нетелефонных услуг, была разработана подсистема пользователя сети с интеграцией служб ISUP (Integrated Service User Part). Данная подсистема полностью отвечает требованиям как по обслуживанию телефонных вызовов, так и по передаче данных. Подсистема ISUP устраняет необходимость в подсистеме TUP (Telephone User Part, то есть подсистема пользователей телефонии; подсистема установления и разъединения телефонных соединений), содержит все ее функции, но реализуя их более гибко. ISUP обеспечивает кроме сигнальных услуг, ориентированных на передачу голоса, также дополнительные функции для поддержки неголосовых сообщений и тех услуг ISDN, которые используют передачу данных «из конца в конец».
Подсистема ISUP обеспечивает два класса услуг: базовый и дополнительный. Базовый набор услуг обслуживает установление соединений для передачи речи и/или данных и включает в себя, например, такие услуги по передаче информации, как:
- речь (с коммутацией каналов);
- аудиосигнал 3,1 кГц (с коммутацией каналов), то есть возможность передачи нетелефонной информации, совместимой с речевым каналом (факс, модемная связь);
- цифровая информация 64 кбит/с без ограничений (с коммутацией каналов).
Упрощенная и расширенная зарисовка базового соединения в ISUP приведены на рисунках 7 и 8. На рисунке 8 также подробно описан порядок установления базового соединения в ISUP.
Рисунок 7 – Базовый доступ (Basic Access)
Рисунок 8 – Установка базового соединения в ISUP
5. Применение подсистемы TCAP. Прикладная подсистема возможностей (Transaction Capabilities Application Part - TCAP) служит для обеспечения взаимодействия прикладных подсистем ОКС №7 с подсистемой SCCP. В общем виде вариантами использования TCAP являются ситуации, когда установление основного соединение наряду с сигнальным соединением невозможно или не требуется. В качестве примеров применения TCAP можно обозначить следующее:
- передача сообщений о местоположении мобильного пользователя в домашний регистр в сотовых сетях (реализация роуминга);
- регистрация, активация и вызов дополнительных услуг, включая использование специализированного оборудования (например, предоставление услуг телефонного обслуживания по кредитной карте в интеллектуальной сети);
- обмен сигнальной информаций, не связанной с коммутируемым информационным каналом (допустим, при замкнутой группе пользователей);
- процедуры техобслуживания и эксплуатации (например, управление удаленной станцией, запрос/ответ, передача основного объема данных).
TCAP также обеспечивает механизм доступа удаленной АТС для инициализации услуги внутри другой АТС, допустим, при реализации услуги автоматического ответного вызова при занятости вызываемого абонента. Например, как показано на рисунке 9, если абонент А набирает абонента В, который в данное время занят другим разговором, то абонент А может набрать код услуги и повесить трубку. В этом случае АТС формирует сообщение ОКС №7, направляемое к АТС D, указывающее на необходимость инициирования услуги ответного вызова. Когда же вызываемый абонент В освобождается от первого разговора и становится доступным для нового вызова, АТС абонента В информирует об этом АТС абонента А с помощью посылки сообщения TCAP. АТС абонента А посылает сигнал вызова абоненту А. После того, как абонент А снимает трубку, производится обычная процедура установления соединения с АТС абонента В и самим абонентом В.
Рисунок 9 – Пример использования подсистемы TCAP
В целом, приложения, использующие TCAP, могут быть разделены на две категории:
- с небольшим объемом передаваемых данных, работающие в режиме реального времени (допустим, если АТС требуется доступ к базе данных для получения информации маршрутизации во время установления соединения, в таком случае высокая скорость передачи данных важна, дабы сократить время ожидания вызывающего абонента);
- с передачей значительных объемов данных, не работающие в режиме реального времени (например, передача большого объема статистических данных от АТС к центру технической эксплуатации, в таком случае скорость передачи данных не является критическим фактором, а куда важнее именно надежность передачи информации).
6. Обработки отказов в маршрутизации. Основные принципы маршрутизации в сети сигнализации заключаются в том, что маршрут сообщений должен проходить минимальное число транзитных пунктов сигнализации (STP). При доступности нескольких маршрутов следует распределять нагрузку между этими маршрутами. В качестве основных выбираются допустимые маршруты с минимальным числом переприемом. В качестве же альтернативных выбираются маршруты, имеющие минимальное число переприемов среди допустимых маршрутов, отличных от основных. В нормальных условиях вся сигнальная нагрузка направляется на звенья основных маршрутов, а в тех случаях, когда это невозможно – на звенья альтернативных маршрутов. При наличии нескольких альтернативных или основных маршрутов сигнальная нагрузка должна распределяться между соответствующими звеньями сигнализации. С целью предотвращения недоступности звеньев или маршрутов в пунктах сигнализации определяются данные о резервном маршрутировании.
Рассмотрим пример обработки отказа в маршрутизации на сети (рисунок 10) в звене сигнализации между SP A и STP B.
Рисунок 10 - Пример отказа на сети
В конкретном примере возникла неисправность звена сигнализации AB. В таком случае, в соответствии с таблицей маршрутизации, SP A переводит трафик, передаваемый ранее по звену АВ на звено АС, а STP B переводит этот трафик на звено ВC (рисунок 11). В этом случае количество STP, задействованных в передаче сигнальных сообщений между F и A, увеличивается и становится равным трем (если сигнальные сообщения проходят через STP B). SP A и STP B, определив неисправность звена AB, начинают процедуру переключения на альтернативный маршрут (путем обмена соответствующими сообщениями через STP C). Кроме этого, STP B посылает в STP C сообщение «запрет передачи» к SP A (рисунок 11).
Рисунок 11 - Обработка отказа на сети
После приема сообщения «запрет передачи», STP C начинает посылать в STP B периодические сообщения «тест маршрута сигнализации» к SP A. STP B инициирует процедуру обратного переключения, посылая в SP A сообщение «возврат на исходное звено». Получив подтверждение, STP B перезапускает трафик на звено АВ. Кроме этого, STP B посылает в STP С сообщение «передаче разрешена» к SP A. SТР С прекращает посылать периодические сообщения «тест маршрута сигнализации» (рисунок 12).
Рисунок 12 – Продолжение обработки отказа на сети
SP A инициирует процедуру обратного переключения, посылая в STP B сообщение «возврат на исходное звено». Получив подтверждение, SP A перезапускает трафик на звено АВ (переключается только часть трафика, которая обслуживается данным звеном в нормальном режиме работы, то есть в соответствии с существующими таблицей маршрутизации). Таким образом, звено сигнализации между SP A и STP B восстанавливается (рисунок 13).
Рисунок 13 – Восстановленное звено сигнализации
7. Результаты прохождения тестов. По итогам ознакомления с представленным методическим материалом к данной лабораторной работе в электронном виде, мною были пройдены все интерактивные тесты в соответствующем приложении Signaling.exe. Средняя оценка за каждый из них равнялась 8-9 баллам из 10 (результат прохождения одного из тестов приведен на скриншоте на рисунке 14).
Рисунок 14 – Результат ответов на контрольные вопросы по работе
Краткие выводы по работе
В процессе выполнения данной лабораторной работы была рассмотрена общая структура системы ОКС 7, модель ВОС и обмен сообщениями. На интерактивных примерах изучены основные методы обнаружения и исправления ошибок, подсистемы INAP, ISUP, TCAP, а также основы обработки отказов при маршрутизации.