7.1. Классификация протоколов сигнализации

7.2. Абонентская сигнализация

7.2.1. Взаимодействие оконечного устройства системой с коммутации

7.2.2. Передача номера абонента по абонентской линии

7.3. Системы межстанционной сигнализации

7.3.1. Классы систем межстанционной сигнализации

7.3.2. Сигнализация 2ВСК

7.3.3. Сигнализация токами тональных частот

7.3.4. Примеры протоколов сигнализации токами тональных частот

7.4. Общеканальная система сигнализации ОКС№7

7.4.1. Понятие и режимы работы ОКС№7

7.4.2. Передача сигнальных сообщений

7.1. Классификация протоколов сигнализации

Сигнализация – совокупность аппаратно-программных средств, обеспечивающих обмен сообщениями, связанными с управлением сетью в течение сеанса связи.

Приём, передача, обработка линейных и управляющих сигналов при взаимодействии коммутационных станций друг с другом является основным содержанием процесса установления соединения, выполняемого управляющими устройствами коммутационных систем.

Протокол сигнализации – набор правил, в соответствии с которым осуществляется обмен сигналами управления сетью.

Обслуживание вызова включает в себя три области применения сигнализации (рисунок 7.1):

1)  абонентская – на участке между оконечным устройством и коммутационной системой;

2)  внутристанционная – между различными блоками внутри коммутационной системы;

3)  межстанционная – между различными коммутационными системами в сети.

Рисунок 7.1 – Виды сигнализации в телефонных сетях

Сигналы, передаваемые по телефонным каналам по своему функциональному назначению подразделяются на три группы:

1)  линейные – сигналы, которые определяют этапы установления соединения (занятие, ответ, отбой);

2)  управляющие (регистровые или сигналы маршрутизации) – сигналы, передающие адресную информацию для маршрутизации вызовов к месту назначения (информация о номере вызываемого абонента, информация о категории и номере вызывающего абонента и др.);

3)  информационные акустические – сигналы, извещающие абонента о том, на каком этапе находится процесс установления соединения (ответ станции, посылка вызова, контроль посылки вызова, занято и др.).

Любое сообщение характеризуется:

1)  способом передачи или физическим носителем (видом электрических сигналов, в которых сообщение отображено);

2)  семантикой – смысловым содержанием, которое представлено кодом.

В существующих системах сигнализации можно проследить использование кодов:

·     декадный (ДК), в котором значение сигнала определяется по количеству импульсов в десятичной системе счисления;

·     полярно-числовой (ПЧК), в котором значение сигнала определяется по количеству и полярности элементарных посылок (импульсов постоянного тока);

·     многочастотный код (МЧК), в котором значение сигнала определяется по составу частот (например, код «2 из 6», код DTMF («2 из 8»)).

В таблицах 7.1 и 7.2 показаны типы и область применения линейной и регистровой сигнализации.

Таблица 7.1 – Типы линейной сигнализации

Таблица 7.2 – Типы регистровой сигнализации

7.2. Абонентская сигнализация

7.2.1. Взаимодействие оконечного устройства системой с коммутации

Абонентская сигнализация применяется на участке между оконечным устройством и коммутационной системой. На данном участке могут передаваться следующие сигналы:

1)  линейные:

·     вызов станции (занятие), который соответствует переходу абонентского шлейфа из разомкнутого состояния в замкнутое состояние при снятии телефонной трубки абонентом;

·    ответ абонента, который соответствует переходу абонентского шлейфа из разомкнутого состояния в замкнутое состояние при снятии трубки вызываемым абонентом;

·    отбой – соответствует переходу абонентского шлейфа в разомкнутое состояние при возвращении трубки на рычаг телефонного аппарата;

2) управляющие – адресные сигналы;

3)  информационные акустические:

·     ответ станции (ОС) – информирует абонента о возможности набора номера (непрерывный тональный сигнал частотой (425+25) Гц);

·     посылка вызова (ПВ) – информирует вызываемого абонента о входящем вызове (посылка вызывного тока в виде периодической передачи сигнала частотой (25+2) Гц, периодом 5 секунд и напряжением (95+5) В;

·     контроль посылки вызова (КПВ) – информирует вызывающего абонента о том, что линия вызываемого абонента свободна (тональный сигнал частотой (425+25) Гц, периодом 5 секунд);

·     занято – информирует абонента о том, что попытка установления соединения по различным причинам окончилась неудачей или абонент на противоположной стороне повесил трубку (прерывистый тональный сигнал частотой 425Гц, периодом 0,3 секунды);

·     информационные сигналы, которые передаются абонентам при предоставлении дополнительных видов обслуживания (ДВО) (например, сигнал уведомления о входящем вызове).

На рисунке 7.2 представлена диаграмма последовательности обмена сигналами в процессе обслуживания внутристанционного вызова.

Рисунок 7.2 – Диаграмма обмена сигналами в процессе обслуживания внутристанционного вызова

7.2.2. Передача номера абонента по абонентской линии

В настоящее время на телефонной сети используются два способа набора номера вызываемого абонента: импульсный набор (декадным кодом) и тональный набор (многочастотным кодом).

При импульсном наборе импульсы посылаются путем поочередного размыкания и замыкания абонентского шлейфа (цепи постоянного тока) со скоростью 10 импульсов в секунду. Длительность размыкания (безтоковой посылки) равна 60мс, а длительность замыкания (токовой посылки) равна 40 мс. Для того, чтобы определить конец одной цифры и начало следующей, межсерийный интервал должен быть не менее 200 мс. Число размыканий или замыканий до межсерийного интервала соответствует цифре номера. На рисунке 7.3 представлена временная диаграмм передачи цифр 2 и 4 импульсным набором номера.

Рисунок 7.3 – Временная диаграмма передачи цифр 2 и 4 импульсным набором

Для передачи адресной информации тональным набором используют многочастотный код «2 из 8». Сигнальные частоты выбираются из двух отдельных групп частот звукового диапазона (рисунок 7.4):

·     нижняя группа - 697, 770, 852, и 941 Гц;

·     верхняя группа- 1209, 1336, 1477 и 1633 Гц.

Рисунок 7.4 – Клавиатура телефонного аппарата

Каждый сигнал содержит две сигнальные частоты. Одна из частот выбирается из нижней группы, вторая  частота – из верхней. Частота 1633 Гц (кнопки А, В, С, D) используется для реализации дополнительного набора функций (например, в мини-АТС).

7.3. Системы межстанционной сигнализации

7.3.1. Классы систем межстанционной сигнализации

Различают три класса систем межстанционной сигнализации:

1)  Внутриканальная (внутриполосная) сигнализация - передача сигнальной информации непосредственно по разговорному каналу (рисунок 7.5).

Рисунок 7.5 – Внутриканальная сигнализация

2) Сигнализация по выделенным сигнальным каналам (ВСК) – передача сигнальной информации по выделенному сигнальному каналу (рисунок 7.6).

Рисунок 7.6 – Сигнализация по выделенному сигнальному каналу

Сигнальные каналы могут быть отделены от разговорных:

·     в пространстве (пространственное разделение);

·     во времени (временное разделение);

·     по частоте (частотное разделение).

3) Системы общеканальной сигнализации – передача сигнальной информации по каналу сигнализации, закрепленному за группой разговорных каналов (рисунок 7.7).

Рисунок 7.7 – Сигнализация по общему каналу

За группой разговорных каналов закрепляется высокоскоростной канал передачи, по которому сигнальные сообщения передаются в порядке очереди.

Существует два метода реализации систем сигнализации:

1) «Из конца в конец», при котором сигнальная информация, необходимая для установления соединения, передается во все коммутационные системы с исходящего конца (рисунок 7.8).

Рисунок 7.8 – Сигнализация «из конца в конец»

Транзитные КС и оконечная КС в обработке адресной информации не участвуют.

2) «От звена к звену», при котором информация, необходимая для установления соединения, передается между управляющими устройствами коммутационных систем и обрабатывается на каждой станции (рисунок 7.9).

Рисунок 7.9 – Сигнализация «от звена к звену»

7.3.2. Сигнализация 2ВСК

Сигнализация типа 2ВСК (по двум выделенным сигнальным каналам) может быть реализована путем передачи сигналов в каналах систем ИКМ. Цикловая структура цифрового потока зависит от применяемых стандартов (ИКМ-30, ИКМ-24, ИКМ-15). На рисунке 7.10 показана цикловая структура цифрового потока в стандарте ИКМ-30.

Рисунок 7.10 – Цикловая структура цифрового потока в стандарте ИКМ-30

В цикле передачи аппаратуры ИКМ-30 организуется 32 канальных интервала.

Канальный интервал (КИ) – промежуток времени, отводимый для передачи кодовой группы одного канала. Нулевой канальный интервал используется для цикловой синхронизации. КИ 1-15 и 17-31 используются для передачи информации пользователя (8 бит).

При использовании ВСК необходима идентификация разговорного канала, к которому относится тот или иной сигнал линейной или регистровой сигнализации, что осуществляется фиксацией положения сигнальных битов. Сигналы, имеющие отношение к соответствующему разговорному каналу, всегда передаются битами, размещенными в специально назначенной временной позиции.

В 16-ом канальном интервале передается сигнальная информация для двух разговорных каналов (РК_i и РК_i+16). Для каждого разговорного канала используется закрепляется 4 сигнальных бита(a, b, c, d). Для организации передачи сигнальной информации о состоянии 30 разговорных каналов организуется сверхцикл сигнализации, состоящий из 16 циклов.

В 16-ом КИ нулевого цикла передается сверхцикловой синхросигнал, от которого ведется отсчет сигнальных каналов. В 16-ом КИ первого цикла передается по 4 сигнальных бита для РК 1 и 16, в 16-ом КИ второго цикла передается по 4 сигнальных бита для каналов 2 и 17 и т. д. Так как сверхцикл содержит 16 циклов по 125 мкс, то длительность сверхцикла равна 2 мс (рисунок 7.11).

Рисунок 7.11 – Организация сверхцикла сигнализации

7.3.3. Сигнализация токами тональных частот

Протоколы сигнализации токами тональных частот можно классифицировать по двум основным признакам:

1) по составу частот;

2) по методу передачи блоков данных.

Классификация протоколов сигнализации по составу частот и методу передачи блоков данных приведена в таблице 7.2 и 7.3.

Таблица 7.2 – Классификация протоколов сигнализации по составу частот

Тип сигнализации	Область применения	Примечание
1 Одночастотная:		сигналы отличаются длительностью и количеством импульсов
·        2600 Гц	ЗСЛ, СЛМ, междугородная и ведомственные сети
·        2100 Гц	ведомственные сети
·        2100 или 1600 Гц	внутризоновая полуавтоматическая связь
2 Двухчастотная:		сигналы отличаются составом и количеством импульсов
·        1000 и 1600 Гц	междугородная сеть
·        600 и 750 Гц	ведомственные сети
·        2040 и 2400 Гц	международная сеть
3 Многочастотная:		сигналы отличаются составом частот
·        код «2 из 6»	международная и междугородная сеть, внутризоновые сети
·        код «2 из 8»	абонентские линии

Таблица 7.3 – Классификация протоколов сигнализации по методу передачи блоков данных

Метод передачи блоков данных
Импульсные	Пакетные
·     одночастотные	·     безынтервальный пакет
·     двухчастотные	·     импульсные пакеты
·     протокол R2
·     протокол R1.5 (импульсный челнок)

Достоинства сигнализации токами тональных частот:

1)  обеспечивается такая же дальность передачи сигнальных сообщений, как и передача речи;

2)  сигнальные сообщения могут передаваться по любым каналам, по которым возможна передача речи.

Недостатки сигнализации токами тональных частот:

1)  возможность имитации линейных сигналов токами тех же частот во время разговора;

2)  относительно низкие информационные возможности протоколов.

7.3.4. Примеры протоколов сигнализации токами тональных частот

Протокол R1.5 (импульсный челнок) [13]. Протоколы многочастотной сигнализации являются гибридными: линейные сигналы передаются по сигнальным каналам, а регистровые – по разговорным каналам многочастотным кодом. Протокол R1. 5 – гибридный протокол многочастотной сигнализации, использующий одинаковые частоты для регистровой сигнализации в обоих направлениях: f₀ = 700, f₁ = 900, f₂ = 1100, f₄ = 1300; f₇ = 1500, f₁₁ = 1700 Гц. Количество сигналов в каждом направлении определяется числом сочетаний из 6 различных часто по 2 и определяется по формуле:

,                                                          (7.1)

где n = 2,

m = 6.

Длительность сигнала составляет 45±5 мс.

Обмен сигналами начинается с передачи сигнала запроса на предыдущую станцию. Каждый следующий сигнал передается только после получения подтверждения предыдущего от приемной стороны. Протокол является самопроверяющимся. Каждому сигналу обратного направления отвечает сигнал прямого направления. Если обнаружена ошибка, то запрашивается повторение ранее принятого сигнала (рисунок 7.12).

Рисунок 7.12 – Обмен многочастотными сигналами по протоколу «импульсный челнок»

7.4. Общеканальная система сигнализации ОКС№7

7.4.1. Понятие и режимы работы ОКС№7

Общий канал сигнализации представляет собой совокупность средств обеспечивающих приём требований на передачу линейных, регистровых и информационных сигналов, формирование пакетов данных переменной длины с сигнальной и другой информацией, передачу и приём кадров, а также обеспечение требуемой верности передачи информации.

В ОКС отсутствует строгое соответствие между сигнальными и разговорными каналами. При этом маршрут передачи сигнальной информации в сети может отличаться от маршрута пользовательской информации. В ОКС информация передается между станциями посредством специально организованной сети сигнализации, которая фактически является сетью передачи данных и предназначена для связи между собой центральных (координационных) процессоров коммутационных систем [1] (рисунок 7.13).

Рисунок 7.13 – Сеть сигнализации

Сеть сигнализации – совокупность каналов сигнализации, оконечных и транзитных пунктов сигнализации. Эта сеть является транспортной системой не только для транспортировки сигнальных сообщений, обмен которыми обеспечивает предоставление услуг, но и для обмена данными тарификации разговоров, технической эксплуатации, административного управления, управления процессами подготовки и предоставления дополнительных видов обслуживания.

Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии рекомендовал две системы ОКС. Первая ОКС№6 была принята для сигнализации на международной сети. Вторая система ОКС№7 принята в 1980 году как сигнализация для цифровых сетей связи со скоростью передачи 64 Кбит/с. ОКС№7 определяет сигнализацию между коммутационными системами в цифровой национальной сети, включая УПАТС, а также в центрах технической эксплуатации (ЦТЭ). На ОКС№7 базируется построение цифровой сети с интеграцией обслуживания (ЦСИО).

Сеть сигнализации образуется тремя основными элементами:

1) пункт сигнализации (Signaling Point, SP) - совокупность аппаратно-программных средств коммутационной станции, осуществляющих формирование сигнальных сообщений для передачи и обработку принимаемых сигнальных сообщений в процессе обслуживания вызовов (функции пункта сигнализации выполняются аппаратно-программными средствами цифровых систем коммутации ЦСК;

2) транзитный пункт (Signaling Transfer Point, STP) - передача сигнальных сообщений из одного звена сигнализации в другое;

3) звено сигнализации (Signaling Link, SL) – обеспечивает перенос сигнальных сообщений между пунктами сигнализации, включает в себя два противоположно направленных канала или один двунаправленный канал передачи данных.

Сеть ОКС№7 может функционировать в одном из трех режимов:

1)     Связанном – маршруты передачи информационных и сигнальных сообщений совпадают (рисунок 7.14).

Рисунок 7.14 – Связанный режим работы сети ОКС№7

2) Квазисвязанном – маршруты передачи информационных и сигнальных сообщений не совпадают, но сигнальные сообщения между 2-мя станциями проходят по заранее заданному маршруту. В сигнальном тракте задействовано не мене 2-х звеньев ОКС (рисунок 7.15).

Рисунок 7.15– Квазисвязанный режим работы сети ОКС№7

3) Несвязанном - сообщения между SP могут направляться, в зависимости от состояния элементов сети, по разным маршрутам, т.е. маршруты заранее не определены (рисунок 7.16).

Рисунок 7.16 – Несвязанный режим работы сети ОКС№7

7.4.2. Передача сигнальных сообщений

Информация в ОКС№7 передается через звено сигнализации с помощью пакетов данных, называемых сигнальными единицами СЕ (SU - Signal Unit). Различают три типа сигнальных единиц:

1)  значащая сигнальная единица (ЗНСЕ), которая используется для передачи сигнальной информации, формируемой подсистемами пользователей и управлением соединением сигнализации;

2)  сигнальная единица состояния звена сигнализации (СЗСЕ), которая используется для контроля состояния звена сигнализации;

3)  заполняющая сигнальная единица (ЗПСЕ), которая передается в звено сигнализации при отсутствии значащей сигнальной единицы и состояния звена сигнализации.

Сигнальные единицы состоят из поля сигнальной информации, в котором передается информация, выработанная подсистемой пользователя, и нескольких полей фиксированной длины, в которых передается информация для управления передачей сообщений. На рисунке 7.17 показан формат значащей сигнальной единицы.

Рисунок 7.17 – Формат значащей сигнальной единицы

ОБИ - обратный бит-индикатор, используется для запроса повторной передачи значащей СЕ, принятой ранее с ошибкой.

ОПН - обратный порядковый номер, передаётся удалённой стороной в качестве подтверждения принятой без ошибок СЕ.

ПБИ - прямой бит индикации, используется для информирования удалённой стороны о том, передаётся ли СЕ впервые или повторно.

ППН - прямой порядковый номер. Каждой СЕ присваивается уникальный ППН. На удалённой стороне ППН принимаемых СЕ служат для проверки правильного порядка следования СЕ.

Флаг – основная функция – разделитель СЕ.

ИД - индикатор длины, по которому определяется тип СЕ (для ЗПСЕ ИД=0, для СЗСЕ ИД=1 или 2, для ЗНСЕ ИД>2);

ПБ - проверочные биты. Формируются в процессе циклического кодирования сигнальной информации и добавляются к ней. Удалённая сторона использует для выявления ошибок.

БСИ (ИС и ИП) - байт служебной информации.

ИП - индикатор пользователя (ТфОП, сеть передачи данных, сеть с интеграцией обслуживания и т. п).

ИС - индикатор сети (международная, междугородная, зоновая, местная).

ПСИ - поле сигнальной информации. Содержится сообщение пользователя и метка, включающая код исходящего пункта и код пункта назначения.

Порядок взаимодействия двух пунктов сигнализации показан на рисунке 7.18.

При передаче сигнальных сообщений на передающей стороне в БЗУ записываются СЕ. Если в БЗУ нет ЗНСЕ или СЗСЕ, то в канал связи выдаются ЗПСЕ. Если БЗУ не пустое, то из него считывается очередная СЕ и выдаётся в канал.УЗО вводит в СЕ проверочные разряды для защиты от ошибок. На приёмном конце поступившая СЕ проверяется на достоверность. Если результат позитивный, то СЕ передаётся на обработку, а в сторону передающей стороны выдаётся сигнал подтверждения. После получения этого сигнала переданная СЕ стирается из БЗУ. Если результат контроля негативный, то на передающую сторону передаётся сигнал переспроса и выдача СЕ повторяется. Повторы продолжаются до тех пор, пока не будет получен сигнал подтверждения.

Рисунок 7.18 – Передача сигнальных единиц

  Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое сигнализация протокол сигнализации?

2. Какие области применения сигнализации включает в себя обслуживание вызова?

3. На какие группы подразделяются сигналы, передаваемые по телефонным каналам?

4. Какие коды используются в существующих системах сигнализации?

5. Пояснить организацию взаимодействия оконечного устройства системой с коммутации.

6. Какие способы набора номера используются на телефонной сети?

7. На какие классы делятся системы межстанционной сигнализации?

8. В чем сущность метода реализации систем сигнализации «из конца в конец»?

9. В чем сущность метода реализации систем сигнализации «от звена к звену»?

10. Пояснить цикловая структура цифрового потока в стандарте ИКМ-30?

11. Пояснить, каким образом, организуется передача сигнальной информации системе сигнализации 2ВСК?

12. По каким признакам классифицируются протоколы сигнализации токами тональных частот?

13. Назначение сети ОКС№7?

14. Из каких основных элементов состоит сеть ОКС№7?

15. В каких режимах может работать сеть ОКС№7?

Как называются пакеты данных, передаваемых по сети ОКС№7?

16. Как называется СЕ, которая используется для передачи сигнальной информации, формируемой подсистемами пользователей и управлением соединением сигнализации?

17. Как называется СЕ, которая передается в звено сигнализации при отсутствии значащей сигнальной единицы и состояния звена сигнализации?

18. Как называется СЕ, которая передается в звено сигнализации при отсутствии значащей сигнальной единицы и состояния звена сигнализации?

19. Как называется СЕ, которая используется для контроля состояния звена сигнализации?

20. Пояснить процесс передачи сигнальных единиц.