5.1. Региональный протокол межстанционной сигнализации DPNSS

5.2. Стандартный протокол межстанционной сигнализации QSIG

Одна из особенностей сетей связи России – наличие значительного числа ведомственных сетей, созданных министерствами обороны, внутренних дел, ФСБ, МЧС, Государственным таможенным комитетом и многими другими ведомствами. Суммарная емкость этих сетей очень велика. Поэтому одной из актуальных проблем развития всех видов ведомственных сетей является их совместимость с общегосударственными, что должно предусматриваться еще на этапе планирования ведомственной сети.

Трудности при реализации проектов и планов ведомственных сетей, в том числе и в интересах национальной безопасности, известны во всем мире. По сведениям аналитиков [16], более 31 % проектов таких сетей замораживаются изза значительного перерасхода бюджета. Почти 53 % проектов завершаются относительной неудачей – их бюджет перерасходуется в среднем на 189 %. Только 16,2 % проектов укладываются в срок и в бюджет.

Анализ последних инсталлированных систем показывает, что успех в построении ведомственной сети во многом определяется обоснованностью системнотехнических решений, заложенных при ее планировании. При этом ядром данных решений справедливо считаются узлы коммутации (АТС и ЦСК), система сигнализации и использующие ее тракты средства сетевого управления, формирующие корпоративную коммутируемую среду, характеристики которой во многом определяют показатели качества обслуживания пользователей и корпоративных приложений [3–10].

Ниже будут рассмотрены две важных,  с точки зрения развития систем сигнализации, технологии. С одной стороны, эти разработки показали, что СС 7 – не единственный путь развития систем сигнализации. С другой стороны, в приведенных технологиях в полной мере проявились основные принципы построения и функционирования современных систем сигнализации, отразились требования перспективных ЦСС по информативности, производительности, гибкости, масштабируемости, надежности и удобству использования.

5.1. Региональный протокол межстанционной сигнализации DPNSS

Цифровая система сигнализации DPNSS (Digital Private Netwqrk Signalling System) была разработана компаниями British Telecom, GPT и Mitel в начале 1980х годов для поддержания межстанционных соединений на сети правительственной связи Великобритании [5].

Необходимость разработки данной системы была вызвана тем, что существовавшая в то время общеканальная система сигнализации СС 7 имела всего лишь одну подсистему пользователя TUP, поддерживавшую процессы установления соединений с коммутацией каналов в сети телефонной связи общего пользования. Сложность и недостаточная степень специализации протокола СС 7 того времени не в полной мере удовлетворяли потребностям местных и ведомственных (корпоративных) сетей связи.

Архитектура технологии сигнализации на основе протоколов DPNSS изображена на рисунке 5.1.

На первом уровне DPNSS может использовать как канальный интервал № 16 цикла ИКМ 30/32 [5], так и ОКС по физически независимому каналу передачи данных, включая каналы, образованные модемами, работающими по аналоговым линиям со скоростью передачи 9,6 кбит/с. Для версии системы сигнализации с применением аналоговых каналов передачи данных принято название APNSS (Analog Private Network Signalling System).

Рис. 5.1. Архитектура технологии сигнализации на основе протоколов DPNSS

Протокол физического уровня DPNSS не предусматривает создание резервных трактов сигнализации.

На втором уровне протокол DPNSS использует многочастотную сигнализацию "2 из 6" методом "импульсный челнок". При этом каждый кадр передается повторно до тех пор, пока не будет получено положительное подтверждение.

На третьем уровне протокол DPNSS имеет набор сигнальных сообщений, поддерживающих более 40 дополнительных услуг (сервисов). Кроме того, отдельные фирмы производители учрежденческопроизводственных АТС (УПАТС) расширяют количество сигнальных сообщений для поддержки новых дополнительных системных услуг.

Несмотря на открытость протокола DPNSS, следует отметить следующие его недостатки:

• отсутствие поддержки 1го и 2го уровней протокола DPNSS крупнейшими мировыми производителями микросхем (Mitel, Infineon и др.) для межстанционного взаимодействия;
• структура протокола DPNSS и кодирование в стандарте Великобритании принципиально отличаются от того, что было рекомендовано МСЭ для ЦСИС;
• протокол DPNSS не поддерживает протоколы абонентской сигнализации DSS1;
• челночная передача прямых и обратных сигналов на разных частотах (12 частот) является дорогой технологией, так как требует 12 различных частотных фильтров;
• передача линейных и регистровых сигналов осуществляется по разным трактам (линейные сигналы передаются по ОКС, а регистровые сигналы – по внутриканальному тракту).

Анализ данных недостатков показывает, что в настоящее время применение этого протокола для ведомственной (корпоративной) сети связи нецелесообразно по ряду причин.

Вопервых, отсутствие резервных трактов сигнализации снижает живучесть сети в целом. Это существенный довод против использования DPNSS в телекоммуникациях специального назначения

Вовторых, многочастотная система регистровой сигнализации, которая была блестящим техническим решением своего времени, сегодня является экономически не оправданной.

Здесь следует заметить, что на АТС телефонных сетей общего пользования аналоговые двухчастотные посылки, формируемые многочастотными датчиками этих станций, преобразуются в цифровую форму с помощью стандартной ИКМ. Полученные в результате дискретные сигналы коммутируются на цифровые каналы для дальнейшей их передачи на противоположную станцию, что обеспечивает требуемый уровень помехозащищенности. В ведомственных сетях могут использоваться речепреобразующие устройства (например в технике автоматического засекречивания), которые в силу заложенных в них алгоритмов могут внести искажения в многочастотные сигнальные сообщения.

Втретьих, в ведомственных сетях возможен вариант передачи двухчастотных посылок с помощью отдельных устройств (многочастотных датчиков и приемников), называемых "аппаратурой тонального вызова", например, АТВ12. Такой способ организации обмена сигнальными сообщениями приведет к удорожанию ведомственной сети, так как потребует внедрения этих устройств практически на всех АМТС для обеспечения взаимодействия.

Вчетвертых, разработка и внедрение ведомственных АМТС с функциями ЦСИС будут затруднены изза необходимости решения проблемы организации взаимодействия протоколов DPNSS и DSS1.

Впятых, разделение трактов передачи сигналов линейной и регистровой сигнализации создает определенные трудности при эксплуатации ведомственной сети. Это разделение не является чисто цифровой технологией, повышающей эффективность использования производительности управляющих устройства современных цифровых систем коммутации. Такой подход – пережиток аналогоцифрового периода развития сетей связи.

Несмотря на отмеченные недостатки, большое значение рассмотренной технологии заключается в том, что разработчиками предусмотрены меры, обеспечивающие наращивание производительности системы сигнализации исходя из потребностей ЦСС. Для местных и ведомственных сетей DPNSS располагала в свое время достаточным набором услуг и гибкостью по отношению к используемой среде передачи сигнальной информации. Кроме того, эта технология заложила основы для создания системы сигнализации QSIG.

5.2. Стандартный протокол межстанционной сигнализации QSIG

До конца 70х годов XX века отдельные территориально разнесенные УПАТС, обслуживающие одну организацию (корпорацию), взаимодействовали между собой  либо через ТфОП, либо с помощью выделенных аналоговых или цифровых соединительных линий [5]. По мере роста объема передаваемой информации и расширения возможностей коммутационной техники постепенно формировались сложные и масштабные корпоративные телекоммуникации. Эти информационные инфраструктуры нуждались в разработке надежной системы сигнализации с минимальным расходом пропускной способности каналов и линий связи. Еще одним условием, поставленным перед разработчиками новой системы сигнализации, являлось обеспечение ее согласованности с протоколами DSS1 ЦСИС.

В результате исследований был создан протокол сигнализации QSIG (Qreference point SIGnalling system), спецификации на который стали международным стандартом. Таким образом, протоколы QSIG являются стандартными протоколами для сопряжения коммутационных систем корпоративных сетей связи. Как показывает практика, являясь современной, мощной и интеллектуальной системой сигнализации, QSIG обеспечивает взаимодействие УПАТС различных производителей по аналоговым и цифровым каналам связи.

Первые международные стандарты для QSIG были опубликованы в начале 1990х годов Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (European Telecommunication Standards Institute, ETSI). Данная система названа QSIG, так как ее основной протокол разработан для интерфейса в опорной точке Q (рис. 5.2). В этой точке, определенной стандартом ENV 41 004, реализуется интерфейс, через который УПАТС включается в корпоративную сеть с интеграцией служб.

В специальной литературе может встретиться и другое название системы сигнализации  QSIG – "ведомственная интегральная система сигнализации № 1" (Private Integrated Signalling System Number 1, PSS1). Такое название выбрано ETSI по аналогии с названием протокола DSS1 ЦСИС.

Рис. 5.2. Подключение УПАТС к ТфОП

При разработке QSIG двенадцать ведущих поставщиков УПАТС подписали Меморандум о взаимопонимании (MoU), который вступил в силу с 1 февраля 1994 года. Этот договор обязал подписавших его участников реализовать единый межстанционный интерфейс с первичной скоростью передачи 30B + D, обеспечивающий организацию базовых соединений в корпоративной ЦСС. При этом частные процедуры и дополнительные услуги QSIG производители имели право разработать и реализовать самостоятельно.

На сегодняшний день на базе поступивших предложений сформирован общий стандарт QSIG. Спецификации протоколов системы сигнализации QSIG представлены в таблице 5.1.

Практика показывает, что при внедрении QSIG не предъявляется никаких особых требований к топологии сети, стандарт поддерживает любую сетевую конфигурацию. Не существует ограничений на количество узлов сети и план нумерации. Гибкость и протокола QSIG обеспечивает использование самых разных физических интерфейсов, включая аналоговые 2/4проводные  линии, цифровые арендованные проводные (в том числе волоконнооптические), радио и спутниковые линии.

Ряд корпораций в Европе и РФ при построении своих информационных инфраструктур рассматривают QSIG как серьезную альтернативу СС 7. Данную систему сигнализации планируют использовать для организации взаимодействия систем коммутации в цифровых сетях специальной связи с интеграцией служб.

Таблица 5.1

Спецификации протоколов системы сигнализации QSIG

Общая архитектура QSIG представлена на рисунке 5.3, протокольная – на рисунке 5.4.

Протоколы физического уровня и уровня звена данных QSIG и DSS1 практически идентичны и это обеспечивает совместимость услуг ЦСИС общего пользования и услуг корпоративных сетей с интеграцией служб.

Уровень 1 (подсистемаSCM) включает в себя функции канального и физического уровней. Физический уровень протокола QSIG постоянно активизирован и функции по его управлению ограничиваются контролем работоспособности тракта и идентификацией возникающих аварийных ситуаций.

Рис. 5.3. Сигнальные отношения в системе сигнализации QSIG

Процедуры канального уровня QSIG аналогичны процедурам уровня звена в интерфейсе "пользователь – сеть" первичного доступа ЦСИС [22].

Уровень 2 отвечает за выполнение сетевых функций в системе сигнализации QSIG. Функции управления протоколом (Protocol control) описываются Рекомендацией МСЭ Q.931. На данном уровне реализуется формирование сигнальных единиц и обеспечивается возможность обслуживания нескольких (до 60) трактов передачи пользовательской информации одним звеном сигнализации QSIG. Сетевые функции рассматриваемой системы сигнализации дополняются функциями GFTcontrol, состоящим в проверке очередности следования сигнальных сообщений и выборе дальнейшего пути следования принятых данных (к вышестоящим уровням пункта сигнализации или транзит).

Как и в DSS1, канал сигнализации QSIG обозначается D. В ЦСИС процедуры Q.931 реализованы в интерфейсах:

базового доступа (Basic Access, BA) "пользовательсеть" как в конфигурации "точка – точка", так и в многоточечной конфигурации с использованием вещательного режима;

Рис. 5.4. Архитектура системы сигнализации QSIG

первичного доступа (Primary Access, PA) – только в конфигурации "точка – точка".

Процедуры сигнализации DSS1 ЦСИС [22] ориентированы на обслуживание двух каналов В = 64 кбит/с в базовом доступе и тридцати – в первичном. Каждый из каналов первичного доступа ЦСИС имеет строго определенное положение относительно канала сигнализации D = 64 кбит/с.

В отличие от DSS1, протокол QSIG позволяет поддерживать произвольное число до 60 пользовательских трактов с помощью одного звена сигнализации исключительно в режиме "точка – точка". При этом информационные каналы нумеруются непрерывно от 1 до N в соответствии с их положением относительно канала сигнализации D = 64 кбит/с.

На уровне 3 протоколы QSIG и DSS1 различаются. В отличие от  DSS1, протокол QSIG не рассчитан на использование в абонентском интерфейсе, но зато позволяет организовать транзитную связь и связь между различными корпоративными сетями. Кроме того, DSS1 – асимметричный протокол, в то время как QSIG является симметричным протоколом, обеспечивающим взаимодействие между равноправными узлами сетей.

Уровень 3 протокола QSIG состоит из двух подуровней: QSIGВС и QSIGGF.

Подуровень QSIGВС (Basic Call) предназначен для управления базовыми соединениями какоголибо определенного вида (телефонной, факсимильной, видеотелефонной и др.) связи без предоставления дополнительных услуг. Степень совпадения QSIGВС и DSS1 (включая функции уровня 2) с учетом  вышеизложенных различий можно оценить в  95 % [5]. Имеются различия в составе и способах реализации дополнительных услуг. Кроме дополнительных услуг, поддерживаемых DSS1, QSIG предусматривает услуги, специально ориентированные на пользователей систем с УПАТС: идентификацию имени, вмешательство в соединение, замену тракта, услуги оператора, услуги мобильной связи и т.д.

В QSIG заложена возможность формировать сигнальные сообщения о новых услугах связи по индивидуальным заказам отдельных операторов. Для этого имеется особый механизм – глобальные функциональные процедуры (QSIGGF), представляющие собой стандартизованный способ поддержки нестандартных  услуг.

Подуровень QSIGGF (Generic Functional)  предназначен для управления дополнительными услугами и использует для транспортировки сигнальной информации специальный механизм переноса. Дополнительная услуга может быть затребована пользователем, как на любом этапе базового соединения, так и независимо от него. При этом возможны два варианта организации управления дополнительными услугами: сигнальная информация переносится либо информационным элементом facility в сообщениях  управления базовым соединением, либо, если в данный момент такие сообщения использовать невозможно, специальным сообщением  FACILITY QSIGGF. Взаимодействие составляющих QSIGGF можно проследить на примере транзитного соединения, показанного на рисунке 5.4. Как видно из рисунка, в QSIGGF функции управления транзитом осуществляет GFTControl.

Прикладной уровень с сетевой точки зрения  является прозрачным для двух оконечных УПАТС, участвующих в предоставлении услуг. На уровне приложений (4–7) ЭМВОС в  QSIG функционирует  протокол управления дополнительными услугами, который использует сервисные элементы удаленных операций (Remote Operation Service Elements, ROSE), сервисные элементы управления соединением (Association Control Service Elements, ACSE) и сервисные элементы диалога (Dialogue Service Elements, DSE), координируемые специальными функциями (coordination function).

Для детального уяснения спецификаций уровня 3 протокола предоставления  QSIG рассмотрим информационные элементы, входящие в состав сигнальных сообщений, и типы этих сообщений.

В сообщениях уровня 3 применяются следующие информационные элементы:

1. Дискриминатор протокола – элемент, используемый для того, чтобы отличить сообщения, связанные с процедурами управления соединениями, от других блоков, требующих услуг уровня 2. Кодирование и применение такого информационного элемента осуществляется в соответствии с п. 12.2 стандарта ETS 300 172.

2. Метка соединения используется для идентификации  того соединения, к которому относится содержащее этот элемент сообщение. Кодирование и применение данного информационного элемента осуществляются в соответствии с п. 12.3 стандарта ETS 300 172. Значение метки соединения для QSIG всегда занимает 2 байта, в то время как в DSS1 – 1 байт для базового доступа и 1 или 2 байта для доступа на первичной скорости.

3. Тип сообщения служит для определения назначения передаваемого сообщения. Кодирование и применение данного информационного элемента осуществляются в соответствии с п. 12.4 стандарта ETS 300 172.

4. Счетчик транзитов используется для того, чтобы ограничить число транзитов УАТС в соединении. Значение этого элемента увеличивается на единицу в каждой УАТС. Максимально допустимое значение зависит от конкретной сети и может находиться в диапазоне от 0 до 31. Информационный элемент "счетчик транзитов" описан в п. 12.6.2 стандарта ETS 300 172.

5. Категория абонента указывает на категорию абонентской установки, участвующей в соединении. Различают следующие категории абонентских установок: абонентский терминал, консоль оператора, специальный (аварийный) терминал. Информационный элемент описывается  в п. 12.6.1 стандарта ETS 300 172.

На этапе установления соединения  в сигнализации QSIG применяются сообщения, идентичные DSS1, но несколько отличающиеся от них перечнями элементов. Информационные элементы  этих сообщений изложены в ETS 300 172 (п. 11.2.1–11.2.11, 11.3.1, 11.3.2).

Ниже перечислены некоторые дополнительные услуги и дополнительные сетевые сервисы, поддерживаемые протоколом QSIG.

Вмешательство.  Услуга  позволяет  вызывающему  абоненту установить соединение с пользователем, занятым другим соединением. При этом вызывающий абонент может быть подключен в режиме конференцсвязи либо с переводом второго участника существующего соединения в режим удержания.

Временный запрет входящей связи. Все входящие вызовы к абоненту отклоняются сетью QSIG. Однако вызывающему абоненту предоставляется соответствующая индикация. Если вызывающему абоненту разрешена услуга обхода временного запрета входящей связи, он может активизировать эту услугу и выйти на вызываемого абонента. Как первому, так и второму абонентам могут быть предоставлены различные уровни обхода запрета и защиты.

Завершение соединения. Предусматриваются две дополнительные услуги. Первая используется в случае занятости вызываемого пользователя. При этом вызывающий абонент  может запросить, чтобы соединение было автоматически установлено, когда вызываемый номер освободится. Вторая услуга связана с завершением соединения при неответе (отсутствие абонента на рабочем месте).  В этом случае вызывающий абонент может запросить услугу, которая автоматически установит соединение с ним, если последний возобновит пользование связью со своего терминала.

Замена пути. Является дополнительной сетевой услугой, которая позволяет заменить установленное через сеть QSIG соединение новым, например, более эффективным или более экономичным.

Субадресация. Данная услуга  обеспечивает возможность  передачи  вызывающим абонентом во время установления  соединения  не только адреса вызываемого абонента, но и субадреса, идентифицирующего, например, определенный терминал.

Предложение вызова. Эта услуга позволяет вызывающему абоненту запросить, чтобы его вызов в случае занятости  вызываемого абонента  был установлен на ожидание и чтобы вызываемому абоненту  был предоставлен выбор: принять этот вызов, подключившись к вызывающему абоненту, проигнорировать его (т. е. оставить на ожидании) или дать отказ.

Услуги идентификации. Данные услуги  могут обеспечить или запретить  предоставление информации, касающейся идентификации абонентов. Услуги идентификации, предусмотренные в сети QSIG, работают согласованно с аналогичными ДВО ЦСИС.

Услуги для операторов. В QSIG предусмотрен ряд дополнительных услуг для операторов, повышающих эффективность их труда и способствующих улучшению качества учрежденческой связи: установление последовательных соединений, распределение вызовов, ночное обслуживание, ожидание сообщения, вмешательство телефонистки в соединение двух абонентов и др.

Эти и другие услуги могут заинтересовать проектировщиков при обосновании целесообразности применения протокола QSIG в корпоративных цифровых сетях связи с интеграцией служб.

Таким образом, QSIG является весьма привлекательной для построения ведомственных ЦСС. Особенности применения QSIG в информационных инфраструктурах РФ прорабатываются сегодня особенно тщательно. Однако перед принятием решения на широкое внедрение новой технологии сигнализации должны быть проведены тщательные исследования ее характеристик и возможностей.