Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы сигнализации в современных телекоммуникационных сетях. Учебное пособие
.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение
высшего профессионального образования
Московский технический университет связи и информатики
Кафедра Сети связи и системы коммутации
В.Ю.Деарт, С.C.Исаков, Ц.Ц.Михайлова
Рекомендовано УМО по образованию
в области Инфокоммуникационных технологий и систем связи в качестве учебного
пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению
подготовки 210700 – Инфокоммуникационные технологии и системы связи квалификации (степени) «бакалавр» и «магистр».
Протокол № 72 от 25.04.2013 г.
СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ
В СОВРЕМЕННЫХ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЯХ
Учебное пособие
Москва 2013
1
УДК 621.391.18
Деарт В.Ю., Исаков С.С., Михайлова Ц.Ц. Системы сигнализации в современных
телекоммуникационных сетях: Учебное пособие / МТУСИ. – М., 2013. - 74 с.
Учебное пособие по подготовке к выполнению лабораторных работ на интерактивном учебном комплексе телекоммуникационных технологий и протоколов СОТСБИ-У
предназначено для всех бакалавров и магистров по дисциплинам: «Перспективные сетевые телекоммуникационные технологии», «Сети связи», «Проектирование и эксплуатация сетей связи».
В ходе проведения занятий на комплексе СОТСБИ-У преподавателями кафедры на-
коплен уникальный опыт, который послужил основой для написания данного пособия.
Целью данного пособия является обеспечение методической и информационной помощи
бакалаврам и магистрам, выполняющим лабораторные работы на комплексе СОТСБИ-У.
Сам комплекс СОТСБИ-У снабжен подробным методическим руководством по его вы-
полнению, однако, часто при проведении занятий преподаватели сталкиваются с непод-
готовленностью студентов, которая затрудняет выполнение лабораторного практикума.
Данное пособие должно компенсировать недостаток начальных знаний студентов и су-
щественно повысить эффективность проведения занятий.
При подготовке данного пособия авторы пришли к необходимости разделить посо-
бие на две части: 1. Системы сигнализации в современных телекоммуникационных сетях; 2. Сигнализация и установление сеансов в сетях NGN. В первой части пособия рассматриваются общие аспекты работы систем сигнализации в сетях ТфОП и NGN, приводятся необходимые сведения по цифровой абонентской сигнализации (DSS), подробно
рассматриваются вопросы взаимодействия сигнализации DSS и ОКС№7. Общая концепция и глава 2 разработаны В.Ю. Деартом, главы 1 и 4 подготовлены С.С. Исаковым,
а глава 3 составлена Ц.Ц. Михайловой и В.Ю. Деартом.
Ил. 16, табл. 10, список лит. 13 назв.
Рецензенты: А.В.Росляков, д.т.н., профессор (ПГУТИ)
Т.В. Иевлева, к.т.н., зам. ген. директора (ЗАО "КОМСЕТ-сервис")
© Московский технический университет
связи и информатики, 2013 г.
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ КОМПЛЕКСА СОТСБИ-У……………………… 4
ГЛАВА 2. ПРИНЦИПЫ СИГНАЛИЗАЦИИ………………………………. 7
2.1 Общие понятия и определения………………………………………… 7
2.2 Сигнализация в сетях следующего поколения NGN………………… 11
ГЛАВА 3. ЦИФРОВАЯ АБОНЕНТСКАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ DSS……… 14
3.1 Архитектура протоколов ЦСИС……………………………………….. 14
3.2 Цифровой абонентский доступ………………………………………….16
3.3 Процедуры канального уровня………………………………………….18
3.4 Сетевой уровень………………………………………………………….25
3.5 Процесс установления соединения……………………………………..29
Приложение 3.1………………………………………………………………36
Приложение 3.2………………………………………………………………43
Глава 4. ОБЩЕКАНАЛЬНАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ №7……………………...49
4.1 Назначение и архитектура……………………………………………….49
4.2 Форматы сигнальных единиц………………………………………….. 51
4.3 Подсистема пользователя цифровой сети с интеграцией служб
ISDN (ISUP)……………………………………………………………… 55
4.4 Назначение и структура сообщений ISUP……………………………. 56
4.5 Параметры сообщений ISUP ………………………………………….. 60
4.6 Установление и разъединение соединений в сети ЦСИС…………… 62
Приложение 4.1…………………………………………………………….. 66
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………. 72
3
ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ КОМПЛЕКСА СОТСБИ-У
Программа подготовки бакалавров и магистров в высших учебных заведениях страны состоит из теоретической и исследовательской частей и ориентирована на углубленное понимание профессиональных задач. Данное
учебное пособие предназначено для выполнения бакалаврами и магистрами, обучающимися по специальности 210406 «Сети связи и системы коммутации», практических и исследовательских работ по теме «NGN. Прото-
колы IP-телефонии».
СОТСБИ-У серия электронных обучающих курсов с обратной связью,
разработанная специалистами двух ведущих институтов связи — ЛОНИИС
и СПб ГУТ. Учебные программы направлены на самостоятельное изучение
телекоммуникационных протоколов. Обучение проходит в несколько этапов, на первом этапе пользователю предлагается пройти теоретический
курс. В этом курсе раскрываются основные механизмы работы протокола.
На следующем этапе обучение становится интерактивным. Раздел контрольных вопросов позволяет проверить полученные знания и перейти к
выполнению лабораторных работ. Лабораторные работы направлены на за-
крепление знаний по форматам сигнальных сообщений и сценариям обмена. Для каждого пользователя создается отдельная запись, в которой хранятся результаты прохождения интерактивного этапа. Комплекс состоит из
рабочих мест соединенных с центральным сервером.
Для проведения комплекса лабораторных работ НТЦ СОТСБИ было
разработано учебное пособие, состоящее из двух частей. В первой части
представлены задания для практической работы, которые способствуют
приобретению начальных знаний по указанной тематике и навыков работы
с оборудованием испытательного полигона СОТСБИ-У. Вторая часть со-
держит задания для проведения исследовательской работы на базе полигона
СОТСБИ-У. Исследовательская часть предполагает самостоятельную рабо-
ту бакалавров и магистров, перед выполнением заданий необходима предварительная подготовка с использованием дополнительной литературы,
подготовка и выполнение заданий осуществляются в несколько этапов.
4
Для приобретения студентами навыков коллективной работы исследова-
тельская работа может выполняться бригадами из двух-трех человек. Фор-
мирование бригад, распределение заданий, контроль над ходом исследовательской работы и организация защит осуществляется ответственным за ис-
следовательскую работу преподавателем.
Комплекс имеет два интерфейса рабочего стола студента:
- рабочий стол бакалавра;
- рабочий стол магистра.
На рабочем столе расположены ярлыки, обеспечивающие доступ к опре-
деленным приложениям, используемым в процессе работы. На рабочем
столе бакалавра расположены ярлыки:
- учебный курс;
- просмотр видеоконференции;
- настройки звука;
- завершить сеанс;
- выключить компьютер.
Основным отличием вида рабочего место бакалавра от рабочего места
магистра является наличие дополнительных аппаратных и программных
средств для выполнения практических и лабораторных работ.
Рабочее место магистра для выполнения практических и исследователь-
ских работ представляет собой совокупность аппаратных и программных
средств. Аппаратные средства представлены персональным компьютером и
набором периферийных устройств, в том числе для приема и передачи
мультимедийной информации (гарнитура и, опционально, видеокамера).
Программные средства представлены интерактивным обучающим курсом,
средствами программного мониторинга сетевого трафика Wireshark, про-
граммными телефонами Twinkle, Ekiga, SJPhone или LinPhone.
На рабочем столе персонального компьютера расположены следующие
ярлыки:
Учебный курс (интерактивный обучающий курс СОТСБИ-У);
Wireshark (программа мониторинга сетевого трафика Wireshark
локально);
Wireshark на сервере (программа мониторинга сетевого трафика
Wireshark на SIP-сервере);
SJPhone (программный телефон SJPhone);
5
Ekiga (программный телефон Ekiga);
Twinkle (программный телефон Twinkle);
LinPhone (программный телефон LinPhone);
Управление Asterisk (Web-интерфейс IP PBX Asterisk – СОТСБИ-
X);
Управление Freeswitch (Web-интерфейс IP PBX Freeswitch –
СОТСБИ-X);
Библиотека (электронная библиотека СОТСБИ-Lib, содержащая
различную дополнительную литературу, необходимую при выпол-
нении практической и исследовательской работы);
MONSTER IMS Client (программный телефон IMS - MONSTER);
OpenIMS HSS (Web-интерфейс IMS HSS);
Имитатор NGN (мультипротокольный трафик-генератор СОТСБИ-
АРА);
Просмотр видеоконференции (видеоконференция - СОТСБИ-AIR);
Настройка звука (приложение настройки звуковой карты);
Завершить сеанс (смена учетной записи пользователя);
Выключить компьютер (завершение сеанса работы и выключения
компьютера).
Имена и IP-адреса рабочих мест указаны на рабочих местах.
Сеть VoIP полигона СОТСБИ-У, используемая для проведения практи-
ческих и исследовательских занятий по теме «Сети NGN. Оборудование
SIP», состоит из следующих основных элементов:
Сервер IP PBX Asterisk;
Сервер IP PBX Freeswitch;
Сервер GnuGK;
Сервер OpenIMSCore;
Рабочие места учащихся, оборудованные периферийными устрой-
ствами для приема и передачи мультимедийной информации (гар-
нитура и видеокамера).
Более подробно полное описание аппаратных и программных возможно-
стей комплекса освещено в методиках, представленных НТЦ СОТСБИ.
Задачей данного пособия является восполнение знаний учащихся в об-
ласти современных систем сигнализации сетей ЦСИС, которым в базовых
6
курсах уделяется недостаточное внимание. Вместе с тем, без знания сигна-
лизаций ЦАС№1 (DSS) и ОКС№7 выполнение практических занятий и лабораторных работ на комплексе СОТСБИ-У приводит к определенным затруднениям и снижает эффективность проводимых занятий.
ГЛАВА 2. ПРИНЦИПЫ СИГНАЛИЗАЦИИ
2.1. Общие понятия и определения
Совокупность электрических сигналов, используемых на сети для управ-
ления установлением и разъединением соединений, называется системой
телефонной сигнализации. Телефонной сигнализации посвящены рекомен-
дации ITU-T серии Q.
В систему телефонной сигнализации [2] обычно входят следующие виды
сигналов.
Линейные сигналы отмечают основные этапы установления соединения
(занятие, отбой, разъединение и др.).
Сигналы управления передаются между управляющими устройствами
(УУ) коммутационных узлов и станцией и между УУ и телефонным аппара-
том (ТА) абонента. Основные сигналы управления – сигналы набора номе-
ра, так называемая адресная информация. В ряде систем также передаются
сигналы о категории вызова, запроса аппаратуры автоматического определения номера (АОН) вызывающего абонента, виде устанавливаемых соеди-
нений, способе передачи управляющей информации и т. д.
Информационные акустические сигналы передаются от АТС к телефон-
ному аппарату и служат для информирования абонента о состоянии устанавливаемого соединения. К ним относятся: ответ станции, занято, посылка
вызова, контроль посылки вызова.
Состав сигналов системы сигнализации зависит от типа используемого
коммутационного оборудования, типа используемых систем передачи,
структуры сети и т. п. Различают следующие основные типы систем сигнализации:
системы абонентской сигнализации, которые определяют порядок об-
мена сигналами между абонентской установкой (телефонным аппаратом,
факсом, терминалом ЦСИС и т. п.) и АТС;
системы межстанционной сигнализации, которые определяют поря-
док обмена сигналами между станциями; для местных, внутризоновых, ме-
7
ждугородных и международных сетей могут использоваться различные сис-
темы межстанционной сигнализации.
Аналоговая абонентская сигнализация. Аналоговые оконечные або-
нентские установки телефонии (телефонные аппараты) подключаются к
АТС с помощью двухпроводной абонентской линии (АЛ). Отдельных проводов для сигнализации не предусматривается по экономическим сообра-
жениям. АЛ используется для передачи речевых сигналов и сигнализации.
В настоящее время широко применяется передача линейных сигналов от
абонента шлейфным методом (loop-start). Основные сигналы (занятие, ответ, отбой) формируются путем изменения сопротивления АЛ по постоянному току.
Передача адресной информации (номера вызываемого абонента) может
осуществляться двумя способами.
1. С помощью дискового номеронабирателя путем замыкания и размы-
кания шлейфа на короткое время (так называемый шлейфовый или импульс-
ный способ набора – pulse). Количество циклов замыканий и размыканий
соответствует передаваемой цифре плюс один стартовый цикл. Длительность одного цикла составляет 100 мс: 60 мс АЛ находится в разомкнутом
состоянии и 40 мс – в замкнутом. Данный способ прост в технической реа-
лизации и широко распространен. Однако он является медленным и неудобным при необходимости набора значительной длительности (например, ме-
ждугородного или международного).
2. Второй способ получил название многочастотного или тонального
набора (tone) и применяется в телефонных аппаратах с тастатурными номе-
ронабирателями. Передача каждой цифры осуществляется за 40 мс с помо-
щью многочастотного кода «2 из 7», т. е. передаче одной цифры соответст-
вует одновременная передача двух гармонических сигналов определенных
частот (табл. 2.1). Этот код обеспечивает 12 комбинаций сигнальных частот,
10 из которых используются для набора номера. Клавиши (*) и (#) используются для заказа дополнительных услуг. Межсерийная пауза составляет
также 40 мс. В зарубежных источниках код обозначается DTMF (Dual Tone
Multi Frequency). Возможность посылки тональных сигналов абонентом ис-
пользуется для построения систем с удаленным управлением и речевым от-
ветом типа речевой почты и т. п.
8
Таблиц а 2.1. Частоты тонального набора
Частоты
первой
группы, Гц
Частоты второй группы, Гц
1209
1336
1477
697
1 2 3
770
4 5 6
852
7 8 9
941
* 0 #
Цифровая абонентская сигнализация. В цифровых сетях с интеграци-
ей служб ЦСИС [11] на абонентских линиях применяется сигнализация
ЦАС№1 (цифровая абонентская сигнализация). В англоязычной терминологии эта сигнализация называется DSS (Digital Subscriber Signalling) или для
Европы – EDSS. В ЦСИС предусмотрено только два способа подключения
абонентов: при помощи двухпроводной цифровой линии (2B+D), и при помощи цифрового потока Е1 (30В+D). Вся сигнальная информация передает-
ся по отдельному D-каналу со скоростью 16 Кбит/с в базовом доступе и
64 Кбит/с в первичном доступе. Для представления D-канала используется
уровневая модель:
физический уровень описывается Рекомендацией I.430 МСЭ-Т для
базового доступа и I.431 для первичного доступа;
канальный уровень описывается Рекомендацией Q.921 МСЭ-Т для
всех типов D-каналов;
сетевой уровень сигнализации описывается Рекомендацией Q.931
МСЭ-Т.
Таким образом, на физическом уровне описан синхронный цифровой по-
ток со скоростью передачи 16/64 Кбит/с, на канальном описана процедура
гарантированной передачи кадров LAPD (Link Access Procedure via
D-channel), а на сетевом уровне описано, как формируются и передаются
сигнальные сообщения. Важным аспектом сигнализации DSS является тот
факт, что содержимое сигнальных сообщений вкладывается в сигнальные
сообщения межстанционной сигнализации ОКС№7, поэтому для более
полного понимания сигнальных сообщений ISUP (ISDN Subscriber User
Part) необходимо хорошее понимание сигнализации DSS. В стандартных
учебниках для вузов связи [3] не уделяется достаточного внимания сигнализации DSS, поэтому авторы посвятили более полному описанию этой
сигнализации главу 3.
9
Межстанционная сигнализация. Межстанционная сигнальная инфор-
мация передается различными способами, которые можно разделить на три
основных класса:
1. Способы передачи сигналов непосредственно по телефонному каналу
(разговорному тракту), называемые иногда внутриполосными (in-band) сис-
темами сигнализации. В этом случае сигналы могут передаваться постоян-
ным током, токами тональной частоты, индуктивными импульсами и пр.
2. Сигнализация по индивидуальному выделенному сигнальному каналу
(ВСК) (Channel Associated Signaling – CAS). Как правило, в таких системах
обеспечиваются выделенные средства передачи сигнальной информации
(выделенная емкость канала) для каждого разговорного канала. Это может
быть 16-й канальный интервал цифрового потока Е1, частотный канал вне
полосы канала ТЧ на частоте 3825 Гц и др.
3. Системы общеканальной сигнализации (ОКС) (Common Channel Sig-
naling – CCS). Сигнальная информация передается по отдельной сети пере-
дачи данных, причем одним каналом ОКС обслуживается пучок телефон-
ных каналов [1,5,10,13].
Системы сигнализации первых двух классов разработаны для примене-
ния в аналоговых сетях. Протокол ОКС предназначен для использования в
сетях, основанных на цифровой коммутации.
Аналоговые системы сигнализации первых двух классов обладают край-
не ограниченными возможностями, в том числе ограниченным объемом
сигнальной информации и ограниченными возможностями передачи. Данные ограничения послужили предпосылкой создания общеканальной сигна-
лизации, в которой сети передачи речи и сигнализации разделены.
Межстанционная сигнализация по общему каналу (или метод out-band)
представляет собой сеть передачи данных, построенную поверх коммутируемой сети операторов связи, и обеспечивает внедрение операторами новых типов услуг. Этот метод сигнализации был разработан с целью увеличения эффективности использования сети при помощи передачи служебных
сигналов по отдельным каналам связи, а позднее стал основой построения
интеллектуальных сетей.
Для описания стека протоколов ОКС№7 также используется уровневое
представление. Три нижних уровня описаны в виде подсистемы передачи
сообщений МТР (Message Transfer Part). Физический уровень (МТР1) описывает синхронный цифровой поток 64 Кбит/с (nx64 Кбит/с), по которому
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]