七号信令系统及其GSM应用

七号信令系统和其GSM应用的讨论（v1 2002/2/7）前言：通信网络、协议和信令在现代信息社会里，人们象离不开物质、能源一样离不开信息。

信息在国计民生中扮演着越来越重要的角色。

和物质、能源不同的是，信息常常需要在传递以后才能够发挥效用，而其传递的载体就是通信网络，按照特定的规则在数个主体之间传递信息的过程就是通信。

从功能上来分，广泛意义上的通信网络是包含了媒质和协议的传输载体，更通俗的说，媒质就是网络的“硬件”，而协议相当于是“软件”。

我们常常把通信主体（有时也称之为通信终端）、通信媒介和通信协议称为通信的三要素。

从这个角度上说，通信协议的历史就和信息交流一样长。

例如中国古代的狼烟、擂鼓鸣金，还有王二小的消息树就是很典型的例子。

协议通常包括终端间的翻译协议和网络各网元间的（信令）控制方式。

翻译协议完成的是通信过程和内容的表述，而信令主要是保证控制消息的传递和控制过程的实现。

各种通信协议标准化组织制定了通信协议，主要的通信组织有：ITU（国际电信联盟），ETSI（欧洲电信标准组织），ANSI(美国国家标准局)、等。

其中ITU是联合国的一个专门机构，而其电信标准部简写为ITU－T在1993年3月成立，并取代了原来的CCITT（国际电报电话咨询委员会）。

一般情况下，即使在通信领域，协议或规范PROTOCOL较之信令SIGNALLING也使用得更为广泛。

信令常用于电路交换系统中，其最早的含义是控制（触发）交换机操作的方式和内容，现在一般是指电信网络连接的建立、保持、释放等过程的控制信息和网络管理信息的交换。

在本文中，我们将讨论一种现在被广泛应用的信令：七号信令和其在第二代移动通信网络GSM网络中的应用。

我们盼望参加讨论的人员能够在这些讨论中至少得到三方面的信息：1，信令是网络功能实现的载体；2，SS7的垂直结构，有关SS7和GSM应用的规范；3，技术结构和工作结构的结合，能够产生良好的工作成效。

所谓能够体会出SS7甚至通信协议的精神和原则，并在以后的工作中更深领会甚至起指导作用，则是较远的目标了。

第一章：关于SS7本身第一节：SS7入门介绍；作为一个核心因素，信令伴随着通信网络的发展而发展。

总体而言，信令最主要的功能是在用户和交换机之间，交换机和交换机之间以及交换机和网络管理中心之间交换一些网络管理或与呼叫有关的信息。

这些信息包括状态监控、资源控制、地址信息、呼叫信息和网络管理信息等。

信令有一些不同的分类办法，例如按照信令的功能可以分为：线路信令，路由信令和管理信令；按照工作范围来分，则有用户线信令和局间信令；而根据信令信道，有随路信令(又称为信道内信令)和共路信令之分。

SS7是局间信令，也是共路信令（CCS：common channel signalling）。

共路信令是指在一条高速数据链路上传送数条话务链路信息或网络管理信息的信令系统，换言之，一个单独的信令通道可能为多个用户信道服务。

与其相对的随路信令则是信令和话音共享传输设备。

CCITT1973开始SS7的研究，1980年颁布了SS7黄皮书。

在以后逐步发展起来并一直进行修订的Q.7xx系列规范中，描述和规定了SS7的各层次（传输和应用部分）功能及测试，信令网络结构，信令点编码规则等内容。

整个SS7系统中包含了和电路相关以及和电路无关的信令。

中国的SS7标准在1990年开始实际应用（基于CCITT蓝皮书的规范），起初仅用于固定电话网中，且只采用MTP和TUP部分。

在1994年前后，正好是GSM 和ISDN在中国开始发展的时间，SS7在中国进入了迅速发展的阶段。

许多SS7的重要应用例如SCCP，TC，INAP等的中国规范在1995年前后开始颁布。

现在SS7在PSTN，ISDN，PLMN甚至O&MN中得到了广泛应用。

对于七号信令的基础协议请参见ITU－T的Q7系列，而用户线信令是Q.931。

第二节：SS7网络结构和SS7的系统结构对于通信网络（不含终端）来说，通常包括一系列的交换单元，服务控制单元，信令传递单元，维护管理中心以及将这些单元连接起来的链路。

我们有时把通信网络分成基础网络和支撑网络，基础网络包括传输网和交换网，而支撑网络包括信令网络、时钟和同步网络、维护和管理网络。

在信令网络中，各单元就是一个个信令点（signalling point），各信令点都有自己的编码(SPC: signalling point code)。

SS7较适合于点对点的信息传递，最常见的传输电路是64kbit/s的数字电路，被称为信令链路(LINK)。

随着七号信令网络业务的发展，2M信令链路开始出现。

简言之，信令网络中包含许多信令点和信令链路。

在各信令点之间的连接方式有直连（associated），不直连(non-associated)和准直连(quasi-associated)三种，这是根据特定的信令消息路由包括的LINK数目多少以及信令关系传递路由是否固定来区分的。

而根据信令点和消息的关系，我们常将信令点分为信令源（source），目的地（destination），和转接点(STP: siganlling transfer point)。

信令消息需要通过网络中特定的信令路径来传递。

至于传递消息的信令路径（PATH），通常包括特定的信令点，信令点间的信令链路，和信令路由。

信令路由（Signalling Routes）是为信令点间的信令关系而设置的。

所谓的信令关系（signalling relation），就是按照平等对话的原则，在两个信令点间传递的某一个信令功能，这也是信令点之间的对话平台。

常见的SS7的功能块有：MTP（message transfer part），TUP（telephone user part），DUP（data user part），ISUP（ISDN user part），SCCP（signalling connection control part），TC（transaction capabilities），OMAP（operationsmaintenance and administration Part）等。

MTP是SS7系统的基础，SCCP、ISUP、TUP功能块都是MTP满足了特定的功能需求的“用户”。

同时SCCP也有自己的用户，它们是：ISUP（部分），TC和OMAP。

按照由基础到应用，由硬件到软件，由网络到终端的原则，我们从功能上把SS7系统分为四层结构，分别是数据层（LEVEL1：Signalling Data link function），连接层（LEVEL2：Signalling Link function），网络层（LEVEL3：Signalling network Function）和应用层（Level4：User function）。

数据层为信令传输提供了双向数据通道，并且规定了数据链路的物理，电气，功能特性和接入方法；连接层规定了消息单元的特征以及传输链路的控制程序，具体包括信令单元定界，信令单元定位，差错监测，误差校正，初始定位，信令链路误差监视，链路流量控制等；网络层又分为两个部分，分别是消息处理和网络管理功能，消息处理描述如何把消息送到特定的链路（向下）或用户（向上），网络管理又包括对信令业务，信令路由和信令链路的管理，主要是指在遇到网络故障或拥塞时，如何保证信令消息仍然能够传输；应用层是指呼叫的建立控制部分或其它和呼叫无关信令的。

下层功能是上层功能实现的基础，或者说上层的“对话”需要下层的支持。

物理连接着的只有第一层。

具体到功能块中，MTP要实现1，2，3层的功能，应用层的功能则分别由其它功能块来实现。

在SS7的各功能层次间使用原语（PRIMITIVE）来传递信息。

作为一个通用的和标准的传递信息的方式，我们在讨论原语时不涉及其具体应用。

共有四种原语：请求（REQUEST），指示（INDICATION），响应（RESPONSE）和确认（CONFIRMATION），其各自的作用可以参见图1.1：Service provider Service provider图1.1：原语流程图原语只是表明了USER和PROVIDER之间的传递消息的顺序和方向，而和内容没有直接关系。

在实际的应用中，一个原语包括谁（X），通用名称，特别名称，参数四部分。

X就是发出原语的功能块，例如SCCP，MTP等。

其它在SCCP部份我们将做详细讨论。

特定的协议将会有特定的流程。

这些流程在各种信令规范中会做详细规定。

控制流程的走向有各种控制进程和各种控制参数。

但是其中也不得不提到计时器。

计时器通常是作为流程的监控信息和进程走向的判断依据。

在下面我们较少地提及流程，也就不会论及计时器。

但是如果有兴趣，可以在规范的指导下对计时器多留些意。

第三节：SS7的层次结构和OSI结构的关系数据通信中最重要的模型之一是开放系统互连（OSI）参考模型，而SS7和OSI在结构上有诸多类似之处。

OSI是ISO组织为了实现网络互连和降低独立开发成本而设计的国际标准参考模型。

“开放系统互连”说明系统间的信息交换是彼此开放的，而且通过相互使用可用的标准达到开放。

这个标准不是一个执行规范，也不提供足够的层次细节来准确定义互连体系结构的业务和协议。

分层技术是广泛接受并被ISO采纳的结构化技术，它把通信功能划分为一系列层次的结构，每一层完成与另一个系统通信有关的功能子集。

每一层都依赖直接相邻的低一层完成较初级的功能并向其隐蔽功能的细节，而向紧邻的高一层提供服务。

理想中的每一层是这样定义的：某一层的改变不影响。

（摘自：“ISDN、BISDN与帧中继和ATM”第384页）OSI最终参考模型是七层，具体分布可见图1.2。

下面简单解释一下其功能：1，物理层；物理层覆盖了设备间的物理接口和比特从一个设备传到另一个设备的规则。

物理层的重要特征有：机械特性；电气特性；功能特征和过程特征2，数据链路层；物理层提供了原始比特流服务，数据链路仍然要保证物理链路的可靠性，并提供激活、维持、去激活链路的途径。

链路层向高层提供的主要服务是差错检验和差错控制。

数据链路层标准的例子有LAPD，HDLC，LLC和LAPB。

3，网络层；网络层的主要任务是在传输实体间提供透明的数据传输。

有了它，传输层无需了解底层数据传输的细节，包括连接系统的交换技术。

网络层负责在通信设备间建立、维护和中止连接。

4，传输层；传输层的目的是为不同的系统间的进程提供数据交换的可靠机制。

传输层保证数据单元的无差错的顺序传输，没有丢失和重复。

5，会话层；6，表示层；7，应用层应用层为应用进程提供了访问OSI环境的方法。

OSI模型和SS7的相近和对应之处，我们在MTP和SCCP的讨论中将会看得更清楚。