Телекомунікаційні системи та мережі. Том 1. Структура й основні функції.  /  Зміст  /  Розділ 9. Системи сигналізації   /  Тема 9.2. Класифікація протоколів сигналізації

Зміст:

9.2.1. Класифікація протоколів сигналізації

Міжстанційна сигнальна інформація передається різними способами, які можна поділити на три основних класи.

Перший клас — це способи передачі сигналів безпосередньо по телефонному каналу (розмовному тракту), який називається іноді «внутрішньосмуговими» системами сигналізації. Телефонними каналами (фізичними ланцюгами) сигнали можуть передаватися постійним струмом, струмами тональної частоти, індуктивними імпульсами та ін.

Другий клас — сигналізація по індивідуальному виділеному сигнальному каналу (ВСК). Як правило, у таких системах забезпечуються виділені засоби передачі сигнальної інформації (виділена ємність каналу) для кожного розмовного каналу в тракті передачі інформації. Це може бути 16-й часовий канал в ІКМ-тракті, виділений частотний канал поза розмовним спектром каналу ТЧ на частоті 3 825 Гц тощо.

Третій клас — це системи загальноканальної сигналізації (ЗКС). У протоколах цього класу тракт передачі даних сигналізації надається для цілого пучка телефонних каналів за принципом адресно-групового використання, тобто сигнали передаються у відповідності зі своїми адресами й розміщуються в загальному буфері для використання кожним телефонним каналом як і коли це буде потрібно.

Системи сигналізації перших двох класів розроблені для застосування в мережах зі старими технологіями, у яких комутаційні вузли й станції є у більшості аналоговими й використовують принцип замонтованої програми.

Протокол загальноканальної сигналізації (ЗКС) оптимальний для використання в мережах із сучасними технологіями, заснованими на цифровій комутації й програмному керуванні.

Детальні специфікації систем загальноканальної сигналізації, що включають SDL-діаграми, структури даних, часові параметри сигналів, сценарії тощо, розробляються й удосконалюються фахівцями Дослідницької комісії 11 Міжнародного консультативного комітету з телеграфії й телефонії (МККТТ), перетвореного нині у Сектор стандартизації електрозв’язку Міжнародного союзу електрозв’язку (в англійській абревіатурі ITU-T), і регулярно публікуються в кольорових книгах ITU-T, зокрема, Рекомендації Q.700 у випусках Жовтої, Червоної та Блакитною книги МККТТ (1981, 1985 і 1989 р.) і Білої книги ITU-T (1993 р.). Ці специфікації можуть бути доступні допитливому читачеві поряд з іншими книгами з загальноканальної сигналізації. У той же час SDL-діаграми, таблиці тайм-аутів, сценарії обміну сигналів тощо для специфічних національних систем сигналізації телефонними каналами і ВСК, а також для унікальних процедур визначення номера абонента, що викликає (АВН), створювалися для власних розробок програмно-керованої комутаційної техніки, практично ніде не публікувалися.

Одним з основних факторів, що впливає на існування описаних вище трьох класів систем сигналізації, є взаємозв’язок систем сигналізації, що підтримуються тією або іншою АТС, з використовуваним у цій АТС принципом управління обслуговуванням викликів.

Так, історично сформовані системи сигналізації першого класу очевидним образом асоціюються з аналоговими декадно-кроковими станціями, що реалізують принципи безпосереднього управління. Ці станції складаються з окремих ступенів шукання, кожна з яких має власний механізм управління й сполучає тим самим функції управління та комутації. Для цих станцій у процесі обслуговування виклику лінійні й розмовні сигнали проходять той самий шлях усередині станції, а також — поза станцією по міжстанційних сполучних лініях.

Передача сигналів по телефонних каналах (фізичним ланцюгам) постійним струмом може здійснюватися гальванічним, шлейфним або батарейним способом.

При батарейному способі сигнали передаються по проводах a, b або с з використанням станційних батарей АТС і землі як зворотного проводу.

При шлейфному способі на відміну від батарейного сигнали передаються в шлейфі без використання землі як зворотного проводу, тобто від станційної батареї однієї станції. У цьому разі можлива різниця потенціалів заземлень не чинить впливу на передачу сигналів. Стан шлейфа постійного струму в розмовному ланцюзі позначає передану інформацію. Використання шлейфної сигналізації на міжстанційних сполучних лініях обмежено можливою дальністю передачі сигналів постійним струмом, необхідністю «обходу» підсилювачів, які пропускають імпульси постійного струму, а також неможливістю роботи по каналах систем передачі із частотним поділом каналів (ЧПК). Проте ці способи набули застосування на міській і сільській телефонній мережах.

Гальванічний спосіб характеризується тим, що ланцюги передачі сигналів навіть за наявності на лінії трансформаторів мають гальванічний зв’язок. Даний спосіб передачі сигналізації набув застосування на сільських телефонних мережах при зв’язку сільських АТС з ручними телефонними станціями системи ЦБ, а також для ручних станцій системи МБ при зв’язку з АТС, коли станції МБ не обладнані джерелами електроживлення напругою 24 В. Недоліком способу є те, що сигнали управління проходять по обох проводах лінії в одному напрямку й тому чинять значний індуктивний вплив на сусідні ланцюги.

На сільських телефонних мережах набув застосування індуктивний спосіб передачі сигналів для зв’язку центральної станції з вузловими й кінцевими АТС, а також для зв’язку вузлової станції з кінцевими по фізичних двопровідних з’єднувальних лініях. Як приймач індуктивних імпульсів використовується поляризоване реле. Позитивною стороною індуктивного способу є можливість утворення штучних (фантомних) ланцюгів, що для сільських телефонних мереж в окремих випадках могло мати певне значення.

Наступний етап розвитку комутаційних станцій полягає в тому, що окремі ступені шукання крокових станцій заміняються комутаційними блоками, а для встановлення з’єднань і роз’єднанні вводяться спеціальні керуючі пристрої (регістри й маркери), відділені від комутаційних приладів. Така технологія дозволяє домогтися більшої гнучкості в управлінні викликами і є більш економічною.

Система сигналізації другого класу — сигналізація по виділеному сигнальному каналу (ВСК). Сигнальна інформація проходить по тому самому шляху, що й відповідна розмова, але вони розділені всередині станції. При цьому розмовні телефонні ланцюги організуються комутаційним блоком, а сигнальна інформація передається та приймається керуючими пристроями станції.

Поява цього покоління комутаційних станцій викликала також активніше використання різних способів сигналізації змінним струмом. Усі вони базуються на сигналах різної частоти: або в тій же смузі частот, що й розмовні сигнали (від 300 до 3 400 Гц), або в нижчій (менш 300 Гц), або в вищій (понад 3 400 Гц) смузі частот. На рис. 9.2.1 показано цей розподіл смуг частот.

Рис. 9.2.1. Розподіл внутрішньо- і позасмугової сигналізації струмами тональних частот

Внутрішньосмугова сигналізація передбачає передачу сигнальної інформації з того розмовного каналу, до якого ця інформація належить. Передача сигнальної інформації досягається генерацією одного або декількох тональних сигналів і передачею їх по відповідному розмовному каналу. На іншому кінці зміст інформації аналізується за допомогою тонального приймача.

У міжстанційних трактах передачі ці сигнали обробляються так само, як звичайне мовлення — для обробки сигналу використовуються підсилювачі розмовного тракту, що приводить до набагато більшої дальності використання сигналізації, ніж це можливо в системах сигналізації з постійним струмом.

Системи внутрішньосмугової частотної сигналізації можуть використовуватися як для лінійної, так і для регістрової сигналізації, причому для регістрової сигналізації ефективніше застосування спеціального різновиду сигналізації струмами тональної частоти — так званих багаточастотних систем сигналізації.

Лінійна сигналізація струмами тональних частот може здійснюватися передачею одночастотних або двочастотних сигнальних посилок. Значення сигналу визначається напрямком сигналу, частотою сигналу й відповідним етапом у процесі встановлення з’єднання, у якому цей сигнал посланий. Для лінійної сигналізації частіше застосовуються безперервні неконтрольовані протоколи сигналізації, для яких факт передачі сигналу позначається включенням/вимиканням тональної частоти. Відсутність взаємного контролю означає, що підтвердження прийому сигналу не потрібно для припинення його посилки.

В імпульсних внутрішньосмугових системах сигналізації інформація передається тактованими імпульсами тонального сигналу. Значення сигналу визначається напрямком, довжиною імпульсу й етапом послідовності з’єднання, у якому передається сигнал. Перевага імпульсного виду внутрішньосмугової сигналізації полягає в тому, що можливий більший набір сигналів (що дозволяє передати більше параметрів), можливі більш високі рівні сигналів (завдяки обмеженій тривалості сигналів) і їх менший вплив один на одного (знов-таки внаслідок їхньої обмеженої тривалості). Однак необхідність ефективного розпізнавання сигналів призводить до того, що кінцеві комплекти сигналізації відносно складні та мають високу вартість. Типовими прикладами імпульсних внутрішньосмугових систем сигналізації можуть служити національна одночастотна система сигналізації 2 600 Гц або англійська система сигналізації АС9, яку подано в табл. 9.2.1.

Таблиця 9.2.1 Приклади сигналів в імпульсній внутрішньосмуговій системі сигналізації (система UK AC9)

Сигнал
Тональний імпульс (частота 2 280 Гц), мс
Заняття
70
Цифри
60
Відповідь
250
Роз'єднання
Понад 700

Внутрьошносмугові системи сигналізації можуть застосовуватися двома методами: від ланки до ланки й від краю до краю. При методі сигналізації від ланки до ланки вся адресна інформація обробляється в кожній станції. Спочатку сигнали надходять від АТС А до АТС Б, після чого передавач АТС А звільняється. Потім АТС Б посилає всю інформацію на АТС В, причому кожна станція обробляє адресну інформацію перед тим, як надіслати її до наступної станції.

Для методу сигналізації від краю до краю сигнали між вихідною й вхідною АТС передаються по розмовному тракту, без перетворення й/або аналізу їх у проміжних комутаційних вузлах. Тому при сигналізації від краю до краю сигнали (наприклад, сигнал відповіді) можуть передаватися досить швидко. Регістр станції абонента, що викликає, задіється на ввесь час встановлення з’єднання, а маркер станції абонента, що викликає, посилає на наступну станцію тільки інформацію, необхідну для маршрутизації виклику. Далі АТС А посилає інформацію на АТС В, а регістр на АТС Б звільняється відразу ж після завершення маршрутизації від АТС Б до АТС В.

Внутрішньосмугові системи сигналізації використовуються в системах передачі з частотним поділом каналів (ЧПК). У таких системах кожний розмовний канал зазвичай розміщується в частотному спектрі 4 кГц, але для передачі мови використовується тільки діапазон 300—3400 кГц, а для сигналізації — частина частотного спектра 3400—4000 Гц, що залишилася (рекомендується 3825 Гц). Переваги позасмугової сигналізації включають можливість передачі сигналу одночасно з передачею мови й непотрібність заходів для подолання імітації сигналів звичайною мовою. Недолік позасмугової сигналізації в тому, що вона може застосовуватися тільки в системах передачі, що допускають ширший частотний спектр, ніж звичайні немультиплексовані системи передачі. У результаті вона обмежується тільки системами передачі з частотним поділом каналів.

Походження позасмугової сигналізації надає можливість її використання в численних режимах, включаючи безперервний і імпульсний, які описані вище для тональної частотної сигналізації. Звичайні застосування — це безперервний, не взаємно контрольований режим у двох модифікаціях: який використовує для вільного стану ввімкнений тональний сигнал або який використовує для вільного стану вимкнений тональний сигнал.

Прикладом першої модифікації із увімкненням тонального сигналу для вільного стану є лінійна сигналізація R2. Прикладом застосування другої модифікації з вимкненням тонального сигналу у вільному стані є англійська система сигналізації АС8, сигнали якої подано в табл. 9.2.2.

Таблиця 9.2.2 Приклади сигналів у системі з передачею вільного стану вимкненням тонального сигналу (система UK AC8)

Сигнал
Тональний сигнал у прямому напрямку
Тональний сигнал у зворотному напрямку
Вихідний стан
Вимкнений
Вимкнений
Заняття
Увімкнений
Вимкнений
Імпульс набору
Увімкнений
Вимкнений
Відповідь
Увімкнений
Увімкнений
Роз'єднання
Вимкнений

Системи сигналізації перших двох класів мають обмежені можливості передачі сигналізації, зокрема, обмежений обсяг сигнальної інформації (наприклад обмежену кількість станів шлейфа постійного струму або обмежену кількість комбінацій частот) і обмежені можливості передачі (наприклад, неможливо передати сигнали на частоті розмовного спектра на стадії розмови, не викликаючи незручностей у абонентів або без застосування спеціальних заходів).

Ще одним обмеженням, що виявилося в міру розвитку міжнародної мережі зв’язку, було «урізування розмови». Як ми вже відзначали вище, для низки протоколів сигналізації необхідно відокремити розмовний тракт під час установлення з’єднання для того, щоб уникнути прослуховування тональних сигналів абонентом, що викликає. Це призводить до затримок у передачі сигналу «Відповідь», і якщо абонент, якого викликають, починає говорити відразу після відповіді, то початок його фрази втрачається.

Усе це послужило історичними передумовами до створення третього, згаданого на початку параграфа класу способів сигналізації — загальноканальної сигналізації, філософія якої полягає у відокремленні тракту сигналізації від розмовного тракту (рис. 9.2.2).

Рис. 9.2.2. Спрощене подання загальканальної сигналізації

На додаток до зняття зазначених обмежень були ще фактори, що обумовили прийняття ЗКС для національних і міжнародних мереж зв’язку: методи програмного управління вузлами комутації, що швидко розвиваються; еволюційний потенціал, закладений до концепції системи ЗКС, для оперативного додавання нових можливостей відповідно до нових вимог мережі. Систему ЗКС було розроблено не тільки для задоволення сучасних потреб тодішньої телефонної мережі. Вона має значну гнучкість із погляду задоволення вимог, які виникли в подальшому й можуть виникнути в майбутньому.