Телекоммуникационные_системы_и_сети_Т_1_Современные_технологии_620

Рис. 20.6. Функции сетевого уровня ОКС № 7:

1 – потоки сигнальных сообщений; 2 – управление, индикация

Распределение сообщений необходимо для доставки данного сообщения определенной подсистеме пользователей (на 4-м уровне может быть несколько подсистем пользователей: ЦСИО, аналоговой или аналого-цифровой телефонной сети, сети ПД с КК, сети связи с подвижными объектами и др.).

На 3-м уровне объединяются звенья сигнализации, образуя подсистему передачи сообщений. Управление сетью сигнализации состоит в управлении нагрузкой и реконфигурацией сети при перегрузке и повреждениях ее элементов. Под реконфигурацией сети подразумевается преобразование маршрута потока сообщений,

Рис. 20.7. Функции протоколов звена сигнализации ОКС № 7: 1 – потоки сигнальных сообщений; 2 – управление, индикация

обеспечивающего обход неисправного или перегруженного элемента сети.

В процессе управления сетью сигнализации реализуются функции управления нагрузкой, маршрутами и звеньями сигнализации. Под

управлением нагрузкой сигнализации понимают ограничение потоков сообщений для предотвращения перегрузки направлений, звеньев и пунктов сети сигнализации.

Под управлением маршрутами сигнализации подразумевают выбор маршрута для сообщения по какому-либо критерию (например, по кратчайшему пути, по наименьшей загрузке).

Под управлением звеньями сигнализации понимают переключение пе-

редачи сообщения на резервное звено, например между двумя рассматриваемыми пунктами сети сигнализации. Как было показано ранее, с помощью ППС в ОКС № 7 обеспечивается управление передачей сообщений между двумя пунктами сигнализации (способ от «звена к звену»). Функции защиты от ошибок в процессе доставки сигнальных сообщений реализуются протоколами канального (2-го) уровня (в терминах ITU-Т – протоколами звена сигнализации).

Функции протоколов звена сигнализации ОКС № 7 таковы

(рис. 20.7):

1)разделение СЕ с помощью флагов;

2)защита от ложных флагов;

3)защита от ошибок вставлением проверочных битов;

4)защита от ошибок путем повторной передачи СЕ;

5)обеспечение порядка следования путем нумерации СЕ в цикле;

6)сохранение порядка следования СЕ с помощью обмена подтверждениями о номере принятой СЕ;

7)контроль коэффициента ошибок для обнаружения неисправностей звена сигнализации;

8)контроль перегрузки звена сигнализации.

20.3. Способы защиты от ошибок в ОКС № 7

Известно несколько способов организации процесса обнаружения

иисправления ошибок при пакетной передаче [4, 5]:

1)добавление в поле проверочных битов достаточного числа разрядов для исправления заданного количества ошибок (этот способ в У-ЦСИО не используется из-за того, что для заданного качества исправления ошибок требуется слишком большое количество проверочных битов, что снижает производительность ОКС до неприемлемой величины);

2)обнаружение и исправление ошибок с помощью переспроса (с автоматическим запросом повторения – АЗП), т.е. с использованием решающей обратной связи.

Известно несколько вариантов второго способа:

а) принятый кадр (кадром называют объединение пакета данных и управляющего поля канального уровня) подтверждается специальным кадром подтверждения (симплексный режим работы ОКС);

б) подтверждение вставляется в управляющее поле кадров, которые тоже несут данные в обратном направлении (дуплексный режим работы ОКС; такой вариант предполагает использование также специальных кадров подтверждения, если на соответствующей стороне звена сигнализации нет заявок на передачу данных);

в) выдача на передающую сторону только «отрицательного подтверждения» в случае приема кадра с ошибкой;

г) выдача на передающую сторону только «положительного подтверждения» в случае приема кадра без ошибок (кадры с ошибками стираются).

При выборе любого из этих способов обязательны перерывы в передаче кадров, чтобы избежать перегрузки ОКС.

Поэтому на время перерыва в передаче необходимо сохранять кадры в буферной памяти передающей стороны ОКС до получения подтверждения о приеме без ошибок.

В сетях ПД с пакетной коммутацией находят применение три способа формирования реакции передающей стороны на «положительные» и «отрицательные подтверждения»:

1)протокол с остановками и ожиданием (ПОО);

2)протокол повторной передачи с N возвращениями, или непрерывная передача (НП);

Рис. 20.8. Временная диаграмма обмена кадрами для протокола ПОО:

tп – время передачи кадра; tp – время распространения сигнала в ОКС; t0 – время обработки принятого кадра; Тож.доп – допустимое время ожидания подтверждения

3) процедура выборочного повторения (ПВП).

Вслучае использования ПОО после передачи очередного кадра передающая сторона звена сигнализации ждет подтверждения. Повторная передача кадра будет выполнена после приема запроса повтора (отрицательное подтверждение) либо после истечения заданного времени ожидания. Стирание данного кадра из буферной памяти передающей стороны происходит только после приема положительного подтверждения. На рис. 20.8 приведена временная диаграмма обмена кадрами при ПОО.

Такой протокол используется при полудуплексной передаче, когда стороны А и Б попеременно используют ОКС для передачи кадров. Применение протокола ПОО для полного дуплекса (независимая передача в обоих направлениях) резко снижает производительность

ОКС, если tр > tп (tр – среднее время распространения сигнала, tп – среднее время передачи СЕ). Его можно использовать в случае пренебрежимо малого времени распространения сигнала по физическому каналу (это характерно для коротких линий и низкой скорости передачи).

Вслучае НП кадры передаются непрерывно (если они хранятся

вбуфере) каждый со своим порядковым номером, не ожидая подтверждения (рис. 20.9). Устанавливается определенное допусти-

мое время получения подтверждения на стороне А (Тож.доп).

Если после передачи некоторого кадра истекло время Тож.доп, то сторона А повторно передает неподтвержденный кадр и все другие, за ним следовавшие.

Вреальных системах могут использоваться и не показанные на рис. 20.8 и рис. 20.9 варианты, например, положительное под-

Рис. 20.9. Временная диаграмма обмена кадрами для протокола НП:

а – получение запроса повтора, начиная с кадра А2, где ПТВА1 – подтверждение правильного приема кадра А1, ОПТВА2 – отрицательное подтверждение (прием кадра А2 с ошибкой); б – превыше-

ние Тож.доп

тверждение получает не каждый кадр, а группа кадров (ОКС № 6 и ОКС № 7).

Режим НП обеспечивает большую пропускную способность ОКС, чем режим ПОО.

При использовании ПВП повторяется только тот кадр, который получил запрос повтора или для него истекло время ожидания подтверждения. Такой режим увеличивает пропускную способность ОКС, но требует более сложных аппаратных средств на приеме. Такой протокол пока не нашел практического применения в сетях общего пользования [6].

Все три протокола требуют нумерации кадров, и диапазон порядковых номеров кадров ограничен (в ОКС № 6 он равен 12, а в ОКС

№7 – 128).

Явление «дефицита порядковых номеров» приводит к приостанов-

ке передачи кадров до момента получения подтверждения для кадра с максимально возможным порядковым номером. Это снижает пропускную способность ОКС. Влияние этого явления на пропускную способность ОКС заметно на длинных магистралях при межконтинентальной связи.

Если в сигнальной сети время распространения tр > 15 мс, то используется протокол НП. В рекомендациях ITU-Т этот протокол назы-

менем ожидания начала передачи E (Wзн ) вновь поступившей ЗНСЕ и интенсивностью потока этих СЕ:

где Wзн – случайная длительность интервала между моментом поступления заявки на передачу ЗНСЕ и моментом окончания ее передачи по ОКС; τзн – случайная величина длительности передачи значащей сигнальной единицы; E (τ2зн ) – дисперсия длительности ЗНСЕ.

Для упрощения анализа сделаем еще одно допущение: пусть все ЗНСЕ имеют одинаковую длину T зн (время обслуживания является постоянным – детерминированным – типа D в обозначениях Кендалла). Полное обозначение этой модели: M/D/1. Здесь М – обозначение пуассоновского потока требований, а 1 – обозначение однолинейной СМО.

Заметим теперь, что дисперсия постоянной величины (по принятому нами условию все ЗНСЕ имеют одинаковую длину) равна нулю. Поэтому в выражении (20.1) можно записать: E (τ2зн )=Tзн2 , так как математическое ожидание квадрата неслучайной величины равно квадрату этой величины.

Для определения средней задержки передачи значащих сигнальных единиц Е(Т) прибавим к E (Wзн ) среднюю длительность передачи T зн :

где Е(Т) – средняя задержка передачи ЗНСЕ. Подставив в выражение (20.2) λзн = βзн T зн , получим:

Приближенное выражение получено при условии малой нагрузки, создаваемой заявками на передачу ЗНСЕ. Это значит, что средняя задержка передачи ЗНСЕ определяется (при учете оговоренных выше ограничений) временем передачи самой ЗНСЕ и ожиданием окончания передачи ЗПСЕ, которое в среднем равно половине времени передачи этой СЕ (в ОКС нет перерывов в передаче СЕ – непрерывно передаются либо ЗНСЕ, либо ЗПСЕ).

Приведем пример расчета величины задержки передачи ЗНСЕ в ОКС при использовании ОКС № 7.

Пусть скорость передачи по ОКС 64 Кбит/с, ЗПСЕ имеет длину 6 байт, т.е. 48 разрядов, ЗНСЕ имеет длину 16 байт, или 128 разрядов. Тогда Tзп = 0,75 мс и Tзн = 2,00 мс.

Если βзн = 0,5, то E(T) достигает величины 3,375 мс. Если в сигнальной сети сообщение передается последовательно через три звена сигнализации, то суммарная задержка невелика и составит

E (T ) = 3 3,375 =10,125 мс.

Оценим пропускную способность ОКС, обслуживающего исходящую нагрузку А = 2500 Эрл некоторой станции сети. Пусть средняя длительность занятия информационного канала в межстанционном пуске Tз =180 с. Интенсивность поступления вызовов будет равна: λв = ATз (выз/с). Для управления соединением и разъединением в процессе обслуживания каждого вызова по ОКС нужно передавать несколько СЕ. Пусть в среднем на каждый вызов приходится семь ЗНСЕ. В этом случае по ОКС придется в течение секунды передавать: λзн = 7 A180 значащих СЕ. Подставим исходные данные: λзн = 7 2500180 97,2 (СЕ/с). Загрузка ОКС потоком ЗНСЕ составит:

βзн = λзн Tзн = 97,2 2 10−3 = 0,1944 (Эрл).

В соответствии с Рекомендацией ITU-T Q.706 загрузка звена сигнализации потоком ЗНСЕ не должна превышать 0,2 Эрл. Для поддержки сигнального обмена на рассматриваемой станции необходимо иметь всего одно звено сигнализации.

Резервная производительность ОКС необходима для передачи команд управления сетью и обеспечения требуемого качества при мгновенном повышении интенсивности потока ЗНСЕ, а также при появлении ошибок в СЕ. Вызванные этими причинами перегрузки приводят к дополнительной задержке в передаче ЗНСЕ и к уменьшению пропускной способности ОКС.

Кодирование, применяемое в ОКС № 7 [1], не позволяет исправлять обнаруженные ошибки. Поэтому используется механизм повторения сообщения, принятого с ошибкой, до тех пор, пока комбинация не будет принята без ошибок.

Сообщение, передаваемое в ОКС, может нести лишь часть информации об обслуживании абонента на одном этапе. Поэтому важно передавать на 3-й уровень удаленной стороны сигнального тракта сообщения в той последовательности, которая характерна для сообщений, принятых от 3-го уровня на передающей стороне тракта. Иначе нарушение последовательности сообщений об одном этапе соединения или разъединения приведет к рассогласованию взаимодействия абонентских подсистем ОКС № 7.

Контроль заданной на передающей стороне последовательности сообщений обеспечивается закреплением за каждой СЕ своего, уникального в данном цикле нумерации, номера и получением подтверждения о безошибочном приеме СЕ с таким же номером. Если количество ошибок при передаче в данном звене ОКС в течение заданного (достаточно небольшого) времени наблюдения велико, то это может говорить о неисправности элементов звена сигнализации. Если не принято специальных мер, то это приведет к бесконечному повторению одних и тех же сообщений и невозможности передачи новых сообщений, заявки о которых накапливаются на уровне 3. В борьбе с этим явлением на приемной стороне ведется контроль коэффициента ошибок. Если он в течение времени анализа превышает заданный порог, то на передающую сторону выдается сообщение с заявкой о неисправности звена сигнализации. По этой заявке на уровне 3 принимается решение о переключении нагрузки на резервное звено данного направления или на обходное направление в сигнальной сети.

20.5. Способы построения сигнальной сети

Внедрение централизованной сигнализации на действующих телефонных сетях и сетях передачи данных с КК обычно начинается с создания ОКС для одного или небольшого количества направлений связи, так как построение сигнальной сети, удовлетворяющей современным требованиям, для передачи сообщений сигнализации между всеми станциями и узлами сети обходится очень дорого. Поэтому на первом этапе ввода ОКС сигнальную сеть строят по связанному способу, когда конфигурация сигнальной сети повторяет конфигурацию сети каналов передачи речи и данных. На втором этапе возможен переход к квазисвязанному способу построения сигнальной сети. Такой способ может быть более экономичным при достаточном количестве сигнальных пунктов в сети сигнализации (например, на всех цифровых АТС). При таком способе сигнальные сообщения передаются между i-м и j-м узлами коммутации по заранее закрепленному пути в сигнальной сети, в котором могут быть последовательно соединены два звена и более.

Наибольшие живучесть и надежность могут быть достигнуты при несвязанном способе построения сигнальной сети. В такой сети сигнальные сообщения от УКi к УКj могут быть направлены по одному из многих возможных путей через один или несколько транзитных ПС, если какие-либо звенья неисправны или перегружены. На рис. 20.12 приведены примеры трех возможных способов построения сигнальной сети ЦСИО. Обязательное требование использования ОКС – наличие программного управления на станциях, между которыми создается такой канал. Обеспечение требуемой живучести сигнальной сети