七号信令讲义.docx
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七号信令讲义
1序论
我们讨论一种通信网,不外乎网路结构,信令方式,编号方式,计费方式,通信质量。
任何通信网都离不开信令系统,信令可以指导终端、交换系统及传输系统协同运行,在指定的终端之间建立临时通信信道,并维护网路本身正常运行。
通信网中采取何种信令方式,与交换局采用的控制技术密切相关。
随着交换技术的由步进制、纵横制向程控制发展,信令系统也从随路信令向公共信道信令发展。
我国目前的通信网是数模混合的,所以我国目前的信令系统也处于随路信令和公共信道信令并存,随路信令逐步向公共信道信令发展的阶段。
按照信令的信道来分类,信令可以分为:
随路信令和公共信道信令。
随路信令:
信令和话音在同一条话路中传送的信令方式。
目前我国采用的随路信令称为中国1号信令系统。
公共信道信令:
以时分方式在一条高速数据链路上传送一群话路的信令的信令方式。
通常用于局间。
目前我国采用的公共信道信令就是中国7号信令。
7号信令的特点是:
信令速度快,具有提供大量信令的潜力,具有改变和增加信令的灵活性,便于开放新业务,在通话时可以随意处理信令,成本低。
目前得到广泛应用。
本文就从信令基本概念、组成、信令网的概念、发展及我公司在信令产品的实现等方面对我国采用的公共信道信令即No.7信令系统进行介绍,欢迎大家批评指正。
2七号信令方式概述
2.1信令及信令方式
2.1.1信令的定义
在日常生活中,我们经常打电话。
当拿起受话器,话机便向交换机发出了摘机信令,紧接着我们就会听到一种连续的“嗡嗡”声,这是交换机发出的、告诉我们可以拨号的信息。
当拨通对方后,又会听到“哒哒”的呼叫对方的声音,这是交换机发出的、告诉我们正在呼叫对方接电话的信息……。
这里所说的摘机信息、允许拨号的信息、呼叫对方的回铃信息等,主要用于建立双方的通信关系。
我们把这种在通信过程中用以建立、维持、解除通信关系的这类信息称为信令;它是在用户设备与网络节点/或网络节点间传送的信息,是在上述信息中起监视、选择及网络管理功能的信息(在一个信令系统中,一种功能可以用几个信令来表示,而一个特定的信令又可以用来实现一种或几种不同的功能)。
2.1.2信令的分类
电话网中的信令,有三种分类方式。
2.1.2.1按照信令的传送方向来划分
可分为前向信令和后向信令两类
前向信令是指由主叫端向被叫端发送的信令;
后向信令是指由被叫端向主叫端发送的信令。
在电话通信中,主叫、被叫是由发起呼叫来决定的。
因此,网络中的用户及交换局的主叫、被叫地位不是固定的。
2.1.2.2按照信令的工作范围来划分
按照信令的工作范围,可分为用户线信令和局间信令两类。
2.1.2.2.1用户线信令
用户线信令也叫用户信令,它是用户和交换局之间传送使用的信令。
它们在用户线上传送。
用户线信令主要包括:
用户状态信号、选择信号、铃流和信号音。
用户线信令由用户设备(话机或交换机的用户终端)发出;由于用户线为每个用户独自使用,因而用户线信令的功能比较简单。
长期以来这部分信令的内容及功能没有什么大的变化。
2.1.2.2.2局间信令
局间信令是交换机之间传送使用的信令,在局间中继线上传送。
这种信令比较复杂,信令包括监视、选择和网络管理三种功能。
由于局间设备及其对信令的功能要求不同,无论在信令数量、种类、传送方式上与用户线均有较大的差别。
2.1.2.3按照信令的传送信道来划分
按照信令传送所使用的信道的来划分,可分为随路信令和公共信道信令方式两类。
后者常称为共路信令方式。
在任一个电话系统中,都要规定一些固定的信令机制来实现呼叫的建立和释放。
最初,象POTS(普通旧电话业务)那样的电话系统都是用随路信令来传递信息。
随路信令是指信令的频率在话音频率范围之内(0.3~3.4kHz),比如:
DTMF信令就属于带内信令。
随路信令是在话音通道内传递的。
相反,共路信令使用一个完全独立于话音网的数据网来传递信令,这样可以大大提高电话网络的利用率。
比如,在呼叫发起但未建立完成之前,不需要分配话音电路,这使得传递的信令数据只和呼叫有关而和电路无关。
如下图,显示出了随路和共路信令在呼叫接续上的区别。
图随路信令和共路信令示例
2.1.2.3.1随路信令方式
随路信令方式是某个通话电路所需的信令,由该电路本身或者由某一固定分配的专业信令电路传送的信令方式,它有如下的基本特征:
-信令全部或部分的在话音信道中传送;
-信令的传输处理与其服务的话路严格对应、关联;
-信令在各自对应的话路中或固定分配的通道中传送,不构成集中传送多个话路所利用的通道,因此也不构成与话路相对独立的信令网络。
随路信令方式主要应用于步进制、纵横制及早期的程控交换机构成的电话网络中。
2.1.2.3.2公共信道信令方式
公共信道信令方式用于局间信令的传送,也称公共信道局间信令方式。
它是在存储程序控制的交换机和数字脉冲编码技术发展的基础上发展起来的一种新的信令方式。
公共信道信令方式的基本特征:
信令传输通道与话路完全分开,将若干条电路的信令集中起来,在一条公共的数据链路上传送。
采用公共信道信令方式的优点:
-增加了信令系统的灵活性。
在公共信道信令方式中,一群话路以时分方式分享一条公共信道信令链路,两个交换局间的信令均通过一条与话音通道分开的信令链路传送。
信令系统的发展可不受话音系统的约束,这对改变信令、增加信令带来了很大的灵活性;
-信令在信令链路上以固定长或可变长信令单元分配的形式传送,信令传送速度快,呼叫建立时间大为缩短,不仅提高了服务质量,而且提高了传输设备和交换设备的使用效率;
-具有提供大量信令的潜力,便于增加新的网络管理信令和维护信令,从而适应各种新业务的要求;
-信令以统一格式的消息信号单元形式传送,从而实现了局间信令传送形式的高度统一,不再像随路信令方式那样,分别传送线路信号和记发器信号;
-信令与话音分开通道传送,分开交换,因而在通话期间可以随意处理信令;
-信令设备经济合理。
采用公共信道信令系统后,每条话路不再配备各自专用的信令设备,而是把几百条话路的信令汇集起来后共用一组高速数据链路及其信令设备传送,节省了信令设备的总投资。
公共信道信令方式的发展:
公共信道信令方式是六十年代发展起来的一种新型的信令技术。
CCITT提出的第一个公共信道信令方式是CCITTNo.6信令方式,也称No.6信令方式。
其设计目标是用于模拟电话网。
主要用于国际通信,也适合国内网使用。
信号传输速率为2.4kbit/s。
为适应数字网的需要,CCITT于1972年提出了No.6信令方式的数字方式的建议。
信号传输速率为4kbit/s和56kbit/s。
但该信令方式的数字方式也未改变其最初的模拟信令方式的特点,不能满足通信发达国家发展综合业务数字网的需要,所以其数字方式并未得到应用。
CCITT自1976年开始研究No.7信令方式。
现已进行了四个研究期的研究,提出了一系列的技术建议。
目前世界上越来越多的国家采用这种信令方式,并应用于电话网。
2.2七号信令结构
2.2.1基本目标和特点
为满足电信网的需要,No.7信令方式的基本目标是:
采用与话路分离的公共信道形式,透明的传送各种用户(交换局)所需的业务信令和其它形式的信息,满足特种业务网和多种业务网的需要。
2.2.1.1作用
-能最佳的工作在由存储程序控制的交换机所组成的数字通信网中;
-能满足现在和将来在通信网中传送呼叫控制、远距离控制、维护管理信令和传送处理机之间事务处理信息的要求;
-能满足电信业务呼叫控制信号的要求,例如电话及电路交换的数据传输业务等多种业务的要求。
能用于专用业务网和多用业务网。
能用于国际网和国内网;
-能作为可靠的传输系统,在交换局和操作维护中心之间传送网络控制管理信息。
2.2.1.2特点
No.7信令方式除具有公共信道信令方式的共有的特点外,在技术上还具有如下的特点:
-最适合采用64kbit/s的数在信道,也适合模拟信道和较低速率下的工作;
-多功能的模块化系统。
可灵活的使用其整个系统功能的一部分或几部分,组成需要的信令网络;
-具有高可靠性。
能提供可靠的方法保证信令信息按正确的顺序传递而又不致丢失和重复;
-具有完善的信令网管理功能;
-采用不定长消息信令单元的形式,以分组传送和明确标记的寻址方式传送信令消息。
2.2.2协议栈结构
协议是通过网络传送数据的规则集合。
协议栈也就是协议的分层结构,协议分层的目的是为了使各层相对独立,或使各层具有不同的职能。
SS7协议一开始就是按分层结构的思想设计的,但SS7协议在开始发展时,主要是考虑在数字电话网和采用电路交换方式的数据通信网中传送各种与电路有关的信息,所以CCITT在80年代提出的SS7技术规范黄皮书中对SS7协议的分层方法没有和OSI七层模型取得一致,对SS7协议只提出了4个功能层的要求。
这4个功能层如下:
物理层:
就是底层,具体是DS0或V.35。
数据链路层:
在两节点间提供可靠的通信。
网络层:
提供消息发送的路由选择.。
用户部份/应用部份:
就是数据库事务处理,呼叫建立和释放。
但随着综合业务数字网(ISDN)和智能网的发展,不仅需要传送与电路有关的消息,而且需要传送与电路无关的端到端的消息,原来的四层结构已不能满足要求。
在1984年和1988年的红皮书和蓝皮书建议中,CCITT作了大量的努力,使SS7协议的分层结构尽量向OSI的七层模型靠近。
下图图示了SS7信令协议栈:
MTP1(消息传递部分第一层):
即物理层。
MTP2(消息传递部分第二层):
即数据链路层。
MTP3(消息传递部分第三层):
即网络层。
SCCP(信令连接控制部分)
TCAP(事务处理应用部分)
ISUP(ISDN用户部分)
TUP(电话用户部分)
2.2.3No.7信令方式的OSI分层结构
在No.7信令方式研究的初期,主要满足电路有关的呼叫控制应用,从1980年后,CCITT补充了黄皮书建议,同时将研究的重点放在与电路无关的信令信息的应用方面,同时也将OSI数据转换分层规约的设计方法用于No.7信令方式的规约结构。
2.2.3.1OSI参考模型
OSI参考模型是用于计算机间互连和交换信息的分层协议。
由于No.7信令方式实质上也是局间处理机之间的分组数据通信系统,所以也适合采用OSI参考模型。
在OSI参考模型中,把用来描述一个通信系统中几个用户间的互连和交换信息协议划分为七层,即:
物理层、链路层、传送层、网络层、会话层、表示层、应用层。
其中1~3层的功能是建立通信网的基础,在1~3层的作用下,经过若干串接的信令链路把信息从一个节点传送到另一个节点。
4~7层具有端到端的通信功能,这些层的定义与通信网的内部结构无关。
另外,从七层的功能划分中,1~6层包括实现通信所采用的方式,第七层表示通信层的真正内容。
各层的含义及功能如下:
第一层(物理层):
确定与互连两个设备的实际电路相关的功能和性质;
第二层(链路层):
确定由实际电路可靠的传送信息的功能;
第三层(网络层):
确定使用信令链路的功能,如把信息送到若干条可行的链路中的一条;
第四层(传送层):
可靠的端到端传送功能。
该层两个节点之间的直达逻辑通路是通过1~3层所构成的通信网建立的,它监视经由逻辑通路进行的信息传送;
第五层(会话层):
确定控制通信系统中两个用户之间的对话活动。
例如包括断开和接通用户对话通路,并可进行对用户的流量控制;
第六层(表示层):
确定采用接受端可以识别的方法对用户信息进行编码和编排格式的功能,还具有信息的分组和组合功能;
第七层(应用层):
控制和监视通信网中各种业务的处理过程。
2.2.3.2No.7信令方式的OSI分层结构
No.7信令方式与OSI分层模型之间的关系见下图:
从上图可以看出,相当于OSI参考模型的前三层由消息传递部分(MTP)和信令连接控制部分(SCCP)组成。
其中MTP的第一级信令数据链路相当于OSI的物理层,MTP的第二级信令链路功能相当于OSI的数据链路层,二MTP的第三级信令网功能和SCCP合起来是OSI的第三层网络层。
在No.7信令方式中将上述的OSI的前三层称为网络业务部分。
对于No.7信令方式的OSI模型的4~7层,目前有关4~6层的协议仍在研究中,只形成了第七层应用层的建议(TCAP).
将OSI参考模型应用于No.7信令方式之后,No.7信令方式成为同时采用按功能分级和按OSI分层模式的混合结构。
但由于No.7信令方式按OSI分层模式时一些分层(4~6)的协议尚在研究中,因此在于电路有关的应用方面仍采用按功能分级的结构。
2.3信号单元的基本类型、格式和编码
2.3.1基本的信号单元
No.7信令方式采用数字编码的形式传送各种信令时,是通过信令消息的最小单元--信令单元(SU)来传送的。
由于信令消息本身的长度不相等,如摘挂机等监视信令较短,而地址信令则较长,故采用不等长的信令单元,它是由若干个8位位组组成的。
按照信令单元的来源不同,可以分成三种信令单元:
1、由用户产生的可变长的消息指令单元(MSU),用于传递来自第四级的信令消息或信令网管理消息。
2、来自第二级的链路状态信令单元(LSSU),用于链路启用或者链路故障时,表示链路的状态。
3、来自第二级的插入信令单元(FISU),也称填充信令单元,用于链路空或链路拥塞时来填补位置。
这三种形式的信号单元,即消息信号单元(MSU)、链路状态信号单元(LSSU)和填充信号单元(FISU)由单元中所包含的长度表示语来区分。
信号单元的基本格式如下图所示:
BIB后向表示语比特L1长度表示语
BSN后向序号SF状态字段
FIB前向表示语比特SIF信号信息字段
FSN前向序号SIO业务信息八位位组
F标志码
CK校验位
2.3.2信号单元的格式及编码
由上图可见,信令方式的信号单元,从结构上可大体分为二部分。
一部分时各种信号单元所共有的、MTP部分处理的必备部分,这部分由8个固定长度的字段组成。
另一部分是用户部分处理的信号信息部分。
2.3.2.1MTP处理的必备部分
该部分主要包括:
标志符(F)、前向序号(FSN)、前向指示语比特(FIB)、后向序号(BSN)、后向指示语比特(BIB)、长度指示语(LI)、校验位(CK)、状态字段(SF)、业务信息八位位组(SIO)各字段。
1.标志符(F)
也称标记符、分界符。
每个信号单元的开始和结尾都有一个标志符。
在信号单元的传输中,每个标志符标志着上一个信号单元的结束、下一个信号单元的开始。
因此,在信号单元中的分界识别中,找到了信息流的开始和结尾的标志符,就界定了一个信号单元。
标志符规定位8位二进制代码01111110。
除了信号单元的分界作用外,在信令链路过负荷的情况下,还可以在信号单元之间插入若干个标志符,以取消控制、减轻负荷。
2.前向序号(FSN)
表示被传递的消息信号单元的序号,7个比特长。
3.前向指示语比特(FIB)
占用一个比特。
前向指示语比特在消息单元的重发程序中使用。
在无差错工作期间,它具有与收到的后向指示比特相同的状态,当收到的后向指示语变换时,说明请求重发。
4.后向序号(BSN)
表示被证实的消息信号单元的序号。
是接收端向发送端回送的被证实(已正确接受的)消息信号单元的序号。
当请求重发时,BSN指出开始重发的序号。
5.后向指示语比特(BIB)
后向指示语比特用于对收到的错误的信号单元提供重发请求。
6.长度指示语(LI)
用来指示位于长度指示码八位位组之后和检验比特(CK)之前八位位组数目,以区别三种信号单元。
三种形式信号单元的长度指示码分别为:
长度指示码LI=0插入信号单元
长度指示码LI=1或2链路状态信号单元
长度指示码LI>2消息信号单元
在国内信令网时,当消息信号单元中信号消息字段多于62个八位位组时,长度指示码一律取63。
但当LI=63时,其指示的最大长度不得超过272个八位位组。
7.校验位(CK)
该字段用于信号单元差错检测,由16个比特组成。
8.状态字段(SF)
状态字段是链路状态信号单元(LSSU)中特有的字段,用来表示信令链路的状态。
SF字段的长度可以是一个八位位组或二个八位位组。
链路状态指示如下:
SF字段CBA
000状态指示“O”失去定位
001状态指示“N”失去定位
010状态指示“E”失去定位
011状态指示“OS”失去定位
100状态指示“OP”失去定位
101状态指示“B”失去定位
通常也称为上述状态指示为SIO、SIN、SIE、SIOS、SIOP、SIB。
9.业务信息八位位组(SIO)
业务信息八位位组字段是消息信号单元特有字段,它由业务指示语(SI)和子业务字段(SSF)两部分组成,如下图所示:
2.3.2.2用户部分处理的信号信息部分
各用户部分处理的信号信息部分是消息信号单元格式中信号信息字段SIF,消息信息字段SIF是消息信号单元特有的字段,由消息寻址的标记、用户信号信息的标题、用户信号信息三个部分组成。
1.标记
No.7信令方式采用明确的标记方法。
标记格式明确指示出源信号点和目的地的编码。
标记的一部分还用于电路标识或路由选择。
按照标记结构的不同分为四种类型:
A型MTP管理消息
B型TUP消息
C型ISUP消息
D型SCCP消息(由于TCAP消息必须由SCCP传送,所以TCAP消息类型属于D型)
四种标记的结构如图所示:
2.标题
标题是紧接着标记后的一个字段。
由H1和H0组成,各占4各比特,用以指示消息的分群和类型。
3.信号信息
信号消息部分也称业务信息部分。
该部分又可分为几个字段,这些字段可以是必备的或是任选的;同时它们又可以是固定长或是可变长的,以便满足各种功能及扩充的需要。
2.3.3信号单元在信令网中的分级处理
2.3.3.1信号单元中各传输控制字段的处理
由上面的介绍中我们知道,信号单元中的F、BSN、BIB、FSN、FIB、LI、CK各字段,主要用于消息信号单元的发送、接收顺序、差错检测和校正等。
这些字段均在信令网中的第二功能级即链路级分析处理。
2.3.3.2链路状态信号单元和填充信号单元的处理
填充信号单元在信令链路上起“填充”作用,主要由起传输控制作用的几个字段组成,因此该信号单元由第二功能级产生并处理。
链路状态信号单元,用于传送信令链路状态指示信息,也在第二功能级产生和处理。
2.3.3.3消息信号单元的处理
信令网中传送的消息信号单元按其在网中的作用可分为三种类型:
1.用于信令网管理的消息信号单元(MSU-SNM);
2.用于信令网测试与维护的消息信号单元(MSU-SNT);
3.用户部分产生的消息信令单元(MSU-UP)。
前二种属A型标记结构,在MTP和MTP之间传递,它产生于信令网的第三功能级并在第三功能级处理。
第三种消息包括B、C、D型标记结构的消息,这些消息通过MTP传送到某个用户部分(UP),由信令网的第三级分析消息的标记,确定消息的分配去向,而信号信息部分(业务信息部分)的产生和处理则由第四功能级完成即由用户部分完成。
2.3.4信号单元发送的优先级
按下述有高之低的优先级发送:
1.链路状态信号单元;
2.未得到证实的和收到负证实的消息信号单元;
3.新的消息信号单元;
4.填充信号单元;
5.标志码。
2.4MTP1
MTP1是SS7协议栈中的最底层,对应于OSI模型中的物理层,这一层定义了数字链路在物理上,电气上及功能上的特性。
MTP1可以来源于数字中继(PCM传输系统)的数字通路,数字中继是一对引自程控交换机的同轴电缆线,在电缆线上数据传输速率是2.048Mbps,可以同时容纳32时隙*64Kbps的语音数据。
当数字中继用于七号信令时,在32个时隙(TimeSlot)中,第0时隙被用作帧同步信息,一般使用第16时隙作为7号信令的通道,在有些系统中,有时也使用非16时隙来作为7号信令的通道。
在我国,也可将E1上的N个时隙组成一条高速七号信令链路。
既然1号信令和7号信令都是利用16时隙传送信令,那么,如何区分随路信令和公共信道信令呢?
1号信令利用TS16传送时。
每个TS16负责传送两个话路的线路信令,TS16和话路有着固定的一一对应关系。
而7号信令利用TS16来传送时,只是将组成信令单元的若干个8位位组,依次插入TS16,TS16并不知道传送的内容,即信令和话路没有固定关系,只不过利用TS16作为传送信令的载体,时传送信令消息的数据链路,因此,选用哪个时隙做数据链路均可。
这也是随路信令和公共信道信令的一个本质区别。
其余未被信令使用的时隙被用作语音通道。
在数字中继电路中,数据按字节构成帧(Frame)。
每个帧256个BITS,每个通道一个字节。
如图1所示:
图1E1帧结构
2.5MTP2
MTP2确保消息在链路上实现精确的端到端传送。
MTP2对应OSI模型中的数据链路层。
通过信令链路功能级,将把第三级来的信号消息(这些消息可能是由第四级产生的,也可能是第三级本身产生或转发的)及本级生成的信令链路状态信息送往信令数据链路传送出去;或接收第一级传送来的信号信息送往第三级或在本级处理。
因此信令链路级是保证信号信息在信令网中透明传输的重要功能级。
该级的主要功能有:
1.信号单元的收发控制
(1)信号单元的分界;
(2)信号单元的定位;
(3)信号单元的差错检测;
(4)信号单元的差错校正。
2.信令链路状态监视
(1)信号单元的分界;
(2)处理机故障处理及信令链路故障处理;
(3)拥塞时的流量控制;
(4)第二级各种定时器的时限监视。
3.信令链路的启用和恢复
完成信令链路的起始定位过程和测试。
2.6MTP3
信令网功能级为信令网的信令节点间消息传递提供所需的功能和程序;在信令链路或信令转接点故障情况下保证可靠的传递信令消息。
信令网功能是在信令链路功能基础上实现的。
信令网功能包括信令信息处理和信令网管理两个部分。
各部分功能如下:
信令消息处理
主要功能是保证将在一个信令点的用户部分发生的信令消息传递到由这个用户部分指明的目的地的相同的用户部分。
为完成上述传递,它进一步分为下述三种功能:
(1)消息路由(或消息编码);
(2)消息识别;
(3)消息分配。
信令网管理功能
信令网管理功能提供信令网在故障时的重新组织及结构能力;信令网功能划分为信令业务管理、信令链路管理和信令路由管理三部分。
(1)信令业务管理
信令业务管理功能用来在信令链路或路由状态发生变化时(由可利用到不可利用),将信令业务从一条链路或路由转到一条或多条不同的替换链路或路由,或在信令点拥塞的情况下暂时减慢信令业务。
此管理功能包括下列各程序:
信令链路的倒换;
信令链路的倒回;
强制重选路由;
受控重选路由;
管理阻断;
信令点再启动;
信令业务流量控制。
倒换和倒回程序,这是信令业务管理的最基本的不可缺少的程序。
倒换是当正常的信令链路变为不可利用(如信令链路故障、闭塞、或退出复位等),信令业务由不可利用的信令链路转移倒替换的一条或多条信令链路而采用的管理程序。
倒回则是倒换的逆行为,即当正常的不可利用的信令链路变为可利用时,将信令业务由替换链路转移回来的管理程序。
如果说倒换和倒回是在信令链路间进行的信令业务的转移活动的话,那么强制重选路由或受控重选路由程序则是在信令路由间转移信令业务的活动。
强制重选路由程序,这是信令点朝着某一信令目的地的信令路由变为不可用时,将该信令目的地的
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