Hàng loạt các công nghệ tiên tiến trên thế giới như tổng đài điện tử số, truyền dẫn số PDH & SDH trên cáp sợi quang và viba, thông tin di động số GSM,… cùng các dịch vụ gia tăng của nó đ
Trang 1Lời mở đầu
Cùng với sự phát triển như vũ bão của Khoa học kỹ thuật, Công nghệ thông tin cũng không ngừng lớn mạnh, mạng lưới không ngừng mở rộng và hiện đại hóa Hàng loạt các công nghệ tiên tiến trên thế giới như tổng đài điện tử số, truyền dẫn số PDH & SDH trên cáp sợi quang và viba, thông tin di động số GSM,… cùng các dịch vụ gia tăng của nó đã được đưa vào áp dụng trên mạng Viễn thông trong số đó có việc triển khai và
áp dụng hệ thống báo hiệu kênh chung số 7 Cũng như các hệ thống đã được xây dựng và
sử dụng trên thực tế như hệ thống báo hiệu số 5…hệ thống báo hiệu kênh chung số 7 được đưa ra năm 1980 đã kết tinh các ưu điểm của các hệ thống báo hiệu trước đó Các
ưu điểm nổi bật của hệ thống báo hiệu SS7 là: tốc độ báo hiệu cao, dung lượng lớn, độ tin cậy cao, kinh tế và rất mềm dẻo Hệ thống báo hiệu này có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau đáp ứng được sự phát triển của mạng trong tương lai
Ứng dụng của hệ thống báo hiệu số 7 rất đa dạng Nó có thể sử dụng trong nhiều mạng viễn thông khác nhau như mạng điện thoại, mạng di động số GSM, mạng đa dịch
vụ ISDN, mạng thông minh IN…
Mục đích của bài tập lớn hệ thống viễn thông này là tìm hiểu chung về hệ thống báo hiệu số 7 và ứng dụng của SS7 trong mạng viễn thông
Nội dung được chia thành 3 chương:
Chương I: Giới thiệu chung về hệ thống báo hiệu
Chương II: Tổng quan về hệ thống báo hiệu số 7
Chương III: Ứng dụng của hệ thống báo hiệu số 7 trong mạng viễn thông
Do kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên nội dung của bài tập lớn không tránh khỏi những sai soát và nhầm lẫn Em xin chân thành cảm ơn những góp ý của thầy Đào Ngọc Lâm cùng các bạn đã đóng góp ý kiến, chỉnh sửa những sai sót trong quá trình thực hiện
Trang 2CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Các thuật ngữ viết tắt
Nghĩa tiếng Anh
Nghĩa tiếng Việt
ASE Application Service Element Phần tử dịch vụ ứng dụng CAS Channel Associated Signalling Báo hiệu kênh riêng
CCS Common Channel Signalling Báo hiệu kênh chung
DCE Data Terminating Equipment Thiết bị kết cuối trung kế số
FDMA Frequency Divison Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo
tần số
Communication
Hệ thống thông tin di động toàn cầu
ISDN Intergrated Service Digital Network Mạng số đa dịch vụ
MSC Mobile Switching Cetral Trung tâm chuyển mạch di
động MSU Message Signalling Unit Đơn vị báo hiệu bản tin
MTP Message Transfer Part Phần chuyển giao bản tin MTUP Mobile Telephone User Part Phần sử dụng cho điện thoại
di động
Trang 3OSI Open System Interconnection Hệ thống giao tiếp mở
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động công cộng mặt
đất PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điên thoại chuyển
mạch công cộng SCCP Signaling Connection Control Part Phần điều khiển kết nối báo
hiệu
SDL Signalling Data Link Đường truyền số liệu báo
hiệu SIF Signaling Information File Trường thông tin báo hiệu SIO Service Information Octet Octet thông tin dịch vụ
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo
thời gian TUP Telephone User Part Phần người sử dụng điện
thoại
DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Cấu trúc hệ thống báo hiệu số 7
Hình 2: Kiến trúc chồng giao thức báo hiệu số 7 trong tương quan với mô hình OSI
Trang 4Hình 3: MTP mức 1
Hình 4: MTP mức 2
Hình 5:mạng điện thoại cố định PSTN
Hình 6: Báo hiệu SS7 trong mạng PSTN
Chương I: Giới thiệu chung về hệ thống báo hiệu
1.1 Khái niệm
Trong mạng viễn thông, báo hiệu được coi là một phương tiện để chuyển thông tin
từ điểm này đến điểm khác, các thông tin và các lệnh này liên quan đến thiết lập duy trì
và giải phóng cuộc gọi
Có thể nói báo hiệu như là hệ thống thần kinh trung ương của một hệ thống mạng
Nó phối hợp và điều khiển các chức năng và các bộ phận trong mạng viễn thông
1.2 Phân loại báo hiệu
Các phương pháp báo hiệu được phân biệt theo các tiêu chí sau:
Loại tín hiệu báo hiệu:
- Báo hiệu Analog (như DC, 1VF, 2VF, MF)
- Báo hiệu Digital (như CAS, DSS1, SS7)
Thành phần đối tượng báo hiệu:
- Báo hiệu đường dây thuê bao (user - net)
- Báo hiệu đường trung kế (net - net)
- Báo hiệu qua mạng (user - user)
Chế độ báo hiệu
Trang 5- Báo hiệu thanh ghi
- Báo hiệu đường
Chiều báo hiệu:
- Báo hiệu hướng thuận (call - called)
- Báo hiệu hướng ngược (called - call)
Phương thức báo hiệu:
- Báo hiệu kênh kết hợp (CAS)
- Báo hiệu kênh chung (CCS)
1.3 Chức năng của hệ thống báo hiệu
Hệ thống báo hiệu có 3 chức năng chính là:
Chức năng giám sát
Chức năng tìm chọn
Chức năng khai thác và bảo dưỡng mạng
Chương II: Tổng quan về hệ thống báo hiệu số 7
2.1 Khái quát về hệ thống báo hiệu số 7:
Hệ thống báo hiệu số 7 (SS7) của CCITT ra đời vào những năm 1979-1980 dành cho mạng chuyển mạch số trong nước và quốc tế, có thể sử dụng hệ thống truyền dẫn tốc
độ cao (64kbps) hoặc đương dây analog
Hệ thống báo hiệu số 7 không những được thiết kế để điều khiển, thiết lập, giám sát cho dịch vụ thoại mà còn sử dụng cho các dịch vụ phi thoại, thích ứng với nhiều mạng thông tin như: PSTN, Mobile, Data, ISDN, IN,…
2.2 Ưu nhược điểm của hệ thống báo hiệu số 7
Ưu điểm:
Trang 6• Tốc độ báo hiệu cao: thời gian thiết lập báo hiệu nhỏ hơn 1s trong hầu hết các trường hợp
• Dung lượng lớn: mỗi đường báo hiệu có thể mang báo hiệu cho vài trăm cuộc gọi đồng thời, nân g cao hiệu suất sử dụng kênh thông tin
• Độ ti cậy cao: bằng việc sử dụng các tuyến dự phòng, có thủ tục sửa sai
• Tính kinh tế: so với các hệ thống báo hiệu truyền thống, hệ thống báo hiệu
số 7 cần rất ít thiết bị báo hiệu
• Tính mềm dẻo: hệ thống gồm rất nhiều tín hiệu, do vậy có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, đáp ứng được sự phát triển của mạng trong tương lai
Với các ưu điểm như trên, hệ thống báo hiệu số 7 đóng vai trò rất quan trọng đối với các dịch vụ mới trong mạng như:
• Mạng điện thoại công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network)
• Mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN
• Mạng thông minh-IN (Intelligent Network)
• Mạng thông tin di động-PLMN (Public Land Mobile Network)
Nhược điểm: Cần dự phòng cao vì toàn bộ báo hiệu đi chung một kênh chỉ cần một sai sót nhỏ là ảnh hưởng tới nhiều kênh thông tin
2.3 Cấu trúc của hệ thống báo hiệu số 7
Báo hiệu số 7 được hình thành như một đường nối riêng trong mạng Đường nối này dung để cung cấp thông tin báo hiệu cho các nhóm người dùng khác nhau được gọi là phần người sử dụng UP (User Part) Đó là:
Phần người dùng điện thoại TUP (Telephone User Part)
Phần sử dụng cho ISDN (Intergrated Service Digital Network)
Phần sử dụng cho số liệu DUP (Data Unit Part)
Phần sử dụng cho điện thoại di động MTUP (Mobile Telephone User part)
Tất cả các bộ phận sử dụng đều dung chung một đường dẫn để trao đổi các thông tin báo hiệu, đó là phần chuyển giao bản tin MTP (Message Transfer Part) Toàn bộ hoạt động của hệ thống luôn gắn liền với tổng đài Cơ sở cấu trúc đó được minh hoạ như sau:
Trang 7Hình 1: Cấu trúc hệ thống báo hiệu số 7
Cơ sở cấu trúc này có ý nghĩa rất tổng quát, đặt ra một khả năng liên kết theo mô hình cấu trúc mở OSI thích ứng theo các lớp hay các mức cho phần sử dụng khác nhau
Đó chính là thế mạnh của hệ thống báo hiệu số 7
2.4 Mối tương quan giữa SS7 và OSI
Hình 2: Kiến trúc chồng giao thức báo hiệu số 7 trong tương quan với mô hình OSI
Trang 8Hệ thống báo hiệu số 7 là một kiểu thông tin số liệu chuyển mạch gói, được cấu trúc theo kiểu module giống với mô hình OSI nhưng chỉ có 4 mức Ba mức thấp nhất hợp thành phần chuyển giao bản tin MTP, mức thứ tư gồm các phần ứng dụng
Sự khác nhau lớn nhất giữa SS7 và OSI là trong version đầu tiên là thủ tục thông tin trong mạng Mô hình OSI mô tả sự trao đổi số liệu cso định hướng (Connection Oriented), gồm ba pha thực hiện là thiết lập đầu cuối Còn trong SS7, MTP chỉ cung cấp dịch vụ vận chuyển không định hướng (Connectionless) chỉ có pha chuyển số liệu, như vậy việc chuyển số liệu sẽ nhanh hơn nhưng với số lượng ít
Để đáp ứng được nhu cầu phát triển các dịch vụ trong các ứng dụng nhất định, năm 1984 người ta phải đưa thêm phần điều khiển đấu nối báo hiệu SCCP SCCP đề cập đến dịch vụ vận chuyển trong cả mạng có định hướng đấu nối và không đấu nối, cung cấp một giao tiếp giữa các lớp vận chuyển và các lớp mạng để phù hợp với OSI SCCP cho phép sử dụng SS7 dựa trên nền tảng của MTP, coi MTP như phần mang chung giữa các ứng dụng, sử dụng các giao thức của OSI để trao đổi thông tin với các lớp cao hơn
OSI không những tạo ra một môi trường rộng mở hơn mà còn có ý nghĩa là sản xuất và quản lý có thể tập trung trong các ứng dụng và sẽ không còn các vấn đề về đấu nối các hệ thống với nhau từ các nhà cung cấp khác nhau Cấu truc module của OSI còn cho phép sử dụng trực tiếp các thiết bị cũ trong các ứng dụng mới OSI kết nối các lĩnh vực cách biệt là sử lý số liệu và viễn thông lại với nhau
2.5 Cấu trúc, chức năng phân hệ chuyển giao bản tin MTP
2.5.1 Cấu trúc chức năng của SS7
Phân cấp của hệ thống báo hiệu số 7 gồm 4 mức từ mức 1 đến mức 4, 3 mức thấp hơn đều nằm trong chuyển giao bản tin MTP Các chức năng này được gọi là MTP mức
1, MTP mức 2, MTP mức 3
MTP cung cấp một hệ thống vận chuyển không đấu nối để chuyển giao tin cậy các bản tin báo hiệu giữa các người sử dụng
Mức 4 được gọi là phần khách hàng hay còn gọi là phần người sử dụng Phần khách hàng điều khiển các tín hiệu được sử lý bởi các thiết bị chuyển mạch Các ví dụ điển hình của phần khách hàng là phần người sử dụng điện thoại (TUP) và phần người sử dụng ISDN (ISUP)
Trang 92.5.2 Cấu trúc chức năng MTP mức 1(đường số liệu báo hiệu SDL)
Mức 1 trong phần chuyển giao MTP gọi là đường báo hiệu số liệu, nó tương đương với lớp vật lý (lớp 1) trong mô hình OSI
Hình 3: MTP mức 1
Trong đó: ST là kết cuối báo hiệu
DS là chuyển mạch số
DCE là thiết bị kết cuối trung kế số
Mức 1 định rõ các đặc tính vật lý, đặc tính điện và đặc tính chức năng của các đường báo hiệu đấu nối với các thành phần của hệ thống báo hiệu số 7
Đường số liệu báo hiệu là một đường truyền dẫn gồm hai kênh số liệu hoạt động đồng thời trên cả hai hướng ngược nhau với cùng một tốc độ Kết cuối báo hiệu tại từng đầu nối tổ chức chức năng của MTP mức 2 để phát và thu các bản tin báo hiệu Tốc độ chuẩn của kênh truyền dẫn số là 56Kbps hoặc 64Kbps, mặc dù tốc độ tối thiểu áp dụng
là 4,8Kbps Các ứng dụng quản trị mạng có thể sử dụng tốc độ thấp hơn 4,8Kbps
2.5.3 Cấu trúc chức năng MTP mức 2 (đường báo hiệu SL)
Phần chuyển giao bản tin MTP mức 2 và MTP mức 1 cung cấp một đường số liệu cho chuyển giao tin cậy các bản tin báo hiệu giữa hai điểm báo hiệu được đấu nối trực tiếp MTP mức 2 trùng với lớp liên kết số liệu (lớp 2) trong cấu trúc phân cấp của mô hình OSI
Trang 10Các chức năng điều khiển của MTP mức 2 là phát hiện lỗi có thể xảy ra trên đường truyền, khôi phục lại bằng cách truyền lại và điều khiển lưu lượng
Hình 4: MTP mức 2
2.5.3 Cấu trúc chức năng MTP mức 3 (mạng báo hiệu)
MTP mức 3 cung cấp các chức năng và thủ tục có liên quan đến định tuyến cho bản tin và quản trị mạng MTP mức 3 trùng với lớp 3 trong mô hình phân lớp OSI Chức năng của MTP mức 3 được phân ra làm hai loại cơ bản đó là chức năng sử lý bản tin báo hiệu và chức năng quản lý mạng
2.5.3.1 Chức năng xử lý bản tin báo hiệu
Chức năng xử lý bản tin báo hiệu nhằm đảm bảo cho các bản tin báo hiệu từ một user tại một điểm báo hiệu phát được chuyển tới user tại một điểm báo hiệu thu mà mọi chỉ thị đều do phía phát định ra Để thực hiện chức năng này, mỗi điểm báo hiệu trong mạng được phân bổ một mã số phù hợp với một kế hoạch đánh nhãn để tránh sự nhầm lẫn các yêu cầu với nhau
Các chức năng xử lý bản tin:
Chức năng định tuyến bản tin: chức năng này được sử dụng tại mỗi điểm báo hiệu
SP phát (Signalling Point) để xác định đường báo hiệu sẽ được sử dụng để truyền bản tin tới SP thu Việc định tuyến một bản tin đến đường báo hiệu thích hợp phải dựa vào chỉ thị mạng NI (Network Indicator) trong trường SIO và dựa vào trường SLS và mã DPC trong nhãn định tuyến Nếu một kênh báo hiệu có sự cố thì việc định tuyến sẽ được thay đổi theo nguyên tắc đã định trước Khi đó lưu lượng báo hiệu sẽ được chuyển sang đường khác trong một chum kênh báo hiệu Nếu tất cả
Trang 11các kênh trong chùm trung kế có sự cố thì lưu lượng sẽ được chuyển sang chùm kênh báo hiệu khác mà chùm kênh báo hiệu này cũng được nối tới SP thu
Chức năng phân biệt bản tin: được sử dụng tại một SP đê xác định bản tin thu được có đúng là thuộc SP này hay không dựa vào viêc kiểm tra mã DPC trong bản tin, nếu bản tin không thuộc SP này và SP này có khả năng chuyển tiếp thì nó sẽ định tuyến bản tin đến SP đích của ản tin đó
Chức năng phân phối bản tin: được SP sử dụng để phân phối bản tin báo hiệu thu được tới phần người dung UP thích hợp, hoặc tới phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP (Signalling Connection Control Part), hay tới phần quản trị mạng báo hiệu của MTP, phần bảo dưỡng và kiểm tra mạng báo hiệu của MTP,… Việc phân phối các bản tin nhận được tới các user thích hợp dựa vào phần chỉ thị dịch vụ SI (Service Indicator) trong trường SIO của MSU
2.5.3.2 Chức năng quản lý mạng báo hiệu
Chức năng quản lý mạng báo hiệu cung cấp các hoạt động và các thủ tục cần thiết
để kích hoạt các đường báo hiệu mới nhằm duy trì dịch vụ báo hiệu, điều khiển lưu lượng khi xảy ra tắt nghẽn và lập lại cấu hình mạng nếu có sự cố Trong các trường hợp mạng báo hiệu bị hỏng, lưu lượng được chuyển đến các đường báo hiệu khác trong cùng một chùm kênh báo hiệu với đường báo hiệu hỏng, và đường báo hiệu mới có thể được kích hoạt Thông thường tắt nghẽn là kết quả của sự thay đổi trạng thái của đường báo hiệu và tuyến báo hiệu từ trạng thái không hoạt động sang trạng thái hoạt động
Chức năng quản trị mạng báo hiệu chia thành 3 chức năng:
Quản trị đường báo hiệu: chức năng này có nhiệm vụ duy trì các khả năng hoạt động của chùm kênh đã được định trước bằng việc thiết lập các chùm kênh và kích hoạt ban đầu thiết lập ban đầu nếu có sự cố xảy ra
Quản trị tuyến báo hiệu: đảm bảo việc trao đổi các bản tin giữa các node báo hiệu (SP hoặc SIP) trong mạng báo hiệu Chức năng này được sử dụng
để trao đổi thông tin về trạng thái của tuyến thông tin giữa các điểm báo hiệu
Chức năng quản trị lưu lượng báo hiệu: được sử dụng để thay đổi hướng báo hiệu từ một kênh hay một tuyến báo hiệu tới một hoặc nhiều kênh hay nhiều tuyến báo hiệu khác Ngoài ra, nó còn được sử dụng để giảm lưu lượng báo hiệu một cách tạm thời nếu có tắt nghẽn tại một điểm SP nào đó 2.6 Các chức năng người sử dụng MTP
Trang 12Các chức năng người sử dụng MTP (MTP User Functions) cho phép tiếp cận tới người sử dụng MTP (MTP User) Có hai người sử dụng MTP:
Thứ nhất là Phần người sử dụng ISDN (ISUP) sử dụng MTP để mang các bản tin điều khiển thiết lập và hủy bỏ cuộc gọi link-by-link
Thứ hai là Phần điều khiển kết nối báo hiệu (SCCP) cho phép định tuyến một cách mềm dẻo các bản tin bên dịch ứng dụng được sử dụng bởi các mạng thông minh, các dịch vụ di động cũng như OA&M
2.6.1 Phần người sử dụng ISDN (ISUP)
ISUP cung cấp các chức năng báo hiệu cần thiết để hỗ trợ các dịch vụ mạng cơ bản và các dịch vụ phụ trợ cho các ứng dụng thoại và phi thoại Nó điều khiển quá trình thiết lập
và hủy bỏ cuộc gọi thoại và số liệu cho cả các cuộc gọi ISDN và không phải ISDN thông qua MTP Nhiệm vụ ISUP cơ bản là để thiết lập một kết nối kênh truyền dẫn giữa các node, dẫn đến bên bị gọi phụ thuộc vào bảng định tuyến chuẩn đặt tại điểm chuyển mạch ISUP cũng hỗ trợ các dịch vụ phụ trợ ISDN bằng cách mang các đặc điểm hay thông tin chủ gọi kết hợp với cuộc gọi mà được thiết lập như một phần của trường thông tin dịch
vụ ISDN-SIF
ISUP chấp nhận cả các bản tin thiết lập cuộc gọi ISDN và không phải ISDN , sắp xếp chúng vào bản tin khởi tạo ISUP IAMcủa chính nó Do đó, ISUP thường được miêu trả là
mở rộng đến cả lướp ứng dụng (lớp 7) của mố hình OSI, nơi mà các bản tin thiêt slaapj cuộc gọi này được khởi tạo
2.6.2 Phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP
Không giống ISUP được sử dụng để thiết lập và hủy bỏ kênh mang hợp lý, SCCP tồn tại
để mang lưu lượng các ứng dụng người sử dụng SS7 và quản lý Vì nó mang thông tin ứng dụng giữa hai điểm mà có thể không liên quan đến bất cứ kênh mang nào, SCCP phải có khả năng biên dịch và cung cấp thông tin định tuyến và đánh giá địa chỉ mền dẻo hơn qua các giao diện mới MTP SCCP thực hiện chức năng biên dịch tiêu đề chung GT (Global Title Translation) và định tuyến cho các mã điểm xuất phát và mã điểm đích mà không gắn với điểm xuất phát và điểm đích thực tế, cũng như là các số phân hệ mà cung cấp các địa chỉ logic cho các phân hệ ứng dụng riêng biệt trong node được đánh địa chỉ SCCP cũng điều khiển chia sẻ tại MTP mức 3 giữa các điểm báo hiệu dự phòng
SCCP có 4 chức năng chính:
Điều khiển định tuyến SCCP (SCCP Routing Control-SCRC)