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MARCOS TAVARES DA ROSA
O PADRÃO SS7 E O SIGTRAN NAS REDES DE TELECOMUNICAÇ ÕES
CANOAS, 2011
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MARCOS TAVARES DA ROSA
O PADRÃO SS7 E O SIGTRAN NAS REDES DE TELECOMUNICAÇ ÕES
Trabalho de Conclusão apresentado ao Curso de Engenharia de Telecomunicações do Centro Universitário La Salle – Unilasalle, como exigência parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de Telecomunicações
Orientador: Prof. Me. Artur Cardoso Severo
CANOAS, 2011
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MARCOS TAVARES DA ROSA
O PADRÃO SS7 E O SIGTRAN NAS REDES DE TELECOMUNICAÇ ÕES
Trabalho de conclusão aprovado como requisito parcial para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de Telecomunicações pelo Centro Universitário La Salle – Unilasalle.
Aprovado pela banca examinadora em 10 de dezembro de 2011.
BANCA EXAMINADORA:
___________________________________
Prof. Alexandre Haupt
Unilasalle
___________________________________
Prof. Artur Cardoso Severo
Unilasalle
___________________________________
Prof. Diogo Scolari
Unilasalle
4
Aos meus pais, José e Ivone, eternos e
incansáveis incentivadores, pelo que sou
e realizo, simplesmente. E acima de tudo
agradeço a Deus, origem, razão e fim de
todas as coisas, por ter me dado forças,
sabedoria e um destino a ser cumprido.
5
AGRADECIMENTOS
Agradeço a todos que colaboram de forma direta ou indireta para que este
trabalho pudesse ser concluído, em especial ao meu amigo Luciano Batista, pela
compreensão e dedicação e a professora Elaine Schmitz pela revisão e correção
deste trabalho.
6
“...Procure ser uma pessoa de valor, em vez de ser uma pessoa de sucesso. O sucesso é conseqüência...”
Albert Einstein
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Rede de sinalização SS7 ......................................................................... 21
Figura 2 – Troca de sinalização SS7 ......................................................................... 25
Figura 3 - Comparativo modelo de referência OSI versus estrutura do SS7 ............. 26
Figura 4 – Principais funções de camada da pilha SS7 ............................................ 27
Figura 5 – Diagrama funcional da MTP ..................................................................... 28
Figura 6 – Formato de mensagens SS7 .................................................................... 29
Figura 7 – Formatos de MSU .................................................................................... 31
Figura 8 – Estabelecimento de uma conexão SS7 usando SCCP ............................ 33
Figura 9 – Estrutura de uma MSU/SCCP .................................................................. 34
Figura 10 – Estabelecimento de uma chamada - ISUP ............................................. 35
Figura 11 – Pilha de protocolos SIGTRAN ................................................................ 37
Figura 12 – SS7 com a pilha do protocolo SIGTRAN ................................................ 39
Figura 13 – Media Gateway (MG) ............................................................................. 42
Figura 14 – Pilha de protocolo M2UA ........................................................................ 44
Figura 15 – Visão lógica mostrando a associação de um link SS7 para um ASP ..... 45
Figura 16 – Pilha de protocolo M3UA ........................................................................ 47
Figura 17 – Pilha de protocolo IUA ............................................................................ 49
Figura 18 – Associações entre os servidores de aplicação (ASs) e processos dos
servidores de aplicação (ASPs). ........................................................................ 51
Figura 19 – Estabelecimento de uma conexão na camada SUA .............................. 54
Figura 20 – Algoritmo de planejamento de uma rede de sinalização SS7 ................ 59
Figura 21 – Fluxograma para a criação de uma tabela de roteamento da MTP ....... 62
Figura 22 – Uma rede de sinalização SS7 com seis nós .......................................... 63
Figura 23 – Gráfico de roteamento tendo o nó B como referência na rede de
sinalização da Figura 22 .................................................................................... 64
Figura 24 – Modelo funcional SIGTRAN ................................................................... 67
Figura 25 – Arquitetura SIGTRAN ............................................................................. 68
Figura 26 – SIGTRAN em redes móveis ................................................................... 69
Figura 27 – Esquema funcional da transmissão de sinalização de mensagens sobre
IP, usando M3UA ............................................................................................... 70
Figura 28 – Fila de serviço de larga escala do SCTP ............................................... 71
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Figura 29 - Média de atraso nos links de saída para mensagens de sinalização
SIGTRAN sobre IP, conforme estudo de (Chukarin, Pershakov e Samouylov,
2007) .................................................................................................................. 73
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LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Serviços de usuário da rede de sinalização SS7 .................................... 24
Quadro 2 - Significado mensagens de sinalização SS7 ............................................ 25
Quadro 3 - Classes de Mensagens suportadas pelo SIGTRAN ................................ 40
Quadro 4 - Recursos para chamadas locais e nacionais (DDD) ............................... 58
Quadro 5 - Tabela de roteamento de uma rede de sinalização................................. 61
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 14
2 FUNDAMENTOS DE TELEFONIA ........................ ................................................ 16
2.1 Sinalização telefônica ........................ ............................................................... 17
3 SINALIZAÇÃO POR CANAL COMUM Nº. 7 (SS7) ......... ...................................... 20
3.1 Rede de sinalização ........................... ............................................................... 20
3.2 Distribuição de tráfego nas redes de sinalizaçã o .......................................... 22
3.3 Serviços Providos pela Sinalização nº 7 ....... .................................................. 23
3.3.1 Mensagens de sinalização ............................................................................... 24
3.2 Níveis e Camadas de uma Rede SS7 .............. ................................................. 26
3.2.1 Nível 1 – Nível físico ......................................................................................... 26
3.2.2 Nível 2: enlace de dados .................................................................................. 26
3.2.3 Nível 3: rede ..................................................................................................... 27
3.2.4 Nível 4: user parts ............................................................................................ 27
3.2.6 Signaling connection control part(SCCP) ......................................................... 32
3.2.7 Application Service Part (ASP) ......................................................................... 34
3.2.8 Transaction Capabilities Application Part (TCAP) ............................................ 34
3.2.9 ISDN User Part (ISUP) ..................................................................................... 34
3.2.10 Broadband ISDN User Part (BISUP) ............................................................. 35
4 SIGTRAN – SIGNALING TRANSPORT ................... ............................................. 37
4. 1 Gateway de Sinalização (SG) .................. ........................................................ 41
4. 2 Media Gateway (MG) ........................... ............................................................. 42
4. 3 Controlador de Media Gateway (MGC) ........... ................................................ 43
4. 4 Camadas e Protocolos ......................... ............................................................ 43
4.4.1 Camada Adaptação do Usuário MTP2 (M2UA) ................................................ 44
4.4.2 Camada Adaptação do Usuário MTP3 (M3UA) ................................................ 46
4.4.3 Camada de Adaptação do Usuário ISDN (IUA) ................................................ 49
4.4.4 Camada Adaptação do Usuário SCCP (SUA) .................................................. 50
4.4.4.1 Gerenciamento de rede e roteamento de mensagens .................................. 52
4.4.5 SCTP ................................................................................................................ 54
5 IMPLEMENTAÇÃO DE REDES SS7 & SIGTRAN ............ .................................... 57
5.1 Arquitetura de uma rede SS7 ................... ........................................................ 57
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4.1.1 Definindo a topologia e estrutura de uma rede SS7 ......................................... 58
5.1.2 Tabelas de roateamento................................................................................... 61
5.1.3 Dimensionamento, rotas, links e matrizes de tráfego ....................................... 64
5.2 Arquitetura de uma rede SIGTRAN ............... ................................................... 67
5.2.1 Esquema funcional do SCTP ........................................................................... 69
6 CONCLUSÃO ....................................... ................................................................. 74
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 79
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RESUMO
Atualmente, o protocolo de Sinalização Número 7 define toda a sinalização dos
serviços telefônicos. Ele é o sistema de sinalização telefônica mais importante e
poderoso do mundo, sendo seu propósito prover uma rede de sinalização de padrão
internacional. Hoje em dia, a operação completa da rede telefônica baseia-se em
SS7, e todos os novos serviços de transporte e processamento de dados são
implementados através dele. Com a evolução das aplicações, o avanço das redes
IPs e o surgimento das Redes Inteligentes, surgiu a necessidade de uma nova
estrutura de sinalização, muito mais robusta e que suporta as crescentes
necessidades de sinalização, e também, novas aplicações futuras. Essa estrutura de
sinalização chama-se SIGTRAN - Signalling Transport. Neste trabalho é feita uma
análise de cada um dos protocolos, mostrando os principais elementos que
compõem cada um, seu funcionamento e características.
Palavras-Chave: Sinalização. SIGTRAN. Redes.
13
ABSTRACT
Nowadays, the Signaling System #7 protocol defines all the telephone signaling
services. It’s the most important and powerful signaling system in the world, whose
purpose is to provide an international standard signaling network. Today, the
complete operation of a telephone network is based on SS7, and all the new
transport services and data processing are implemented through it. With the
evolution of the application, the advancement of IP networks and the emergence of
Intelligent Networks, came the necessity of a new signaling structure, which is much
more robust and supports the growing need for signaling, as well as the new future
applications. This signaling structure is called SIGTRAN - Signaling Transport. This
paper is an analysis of each of the protocols, showing the main elements that
compose each one, its functions and characteristics.
Keywords: Signalling. SIGTRAN. Networks.
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1 INTRODUÇÃO
As redes de telecomunicações dependem da integração homem-máquina para
poderem desempenhar todas as suas funções. Desta forma, foram desenvolvidos,
ao longo dos anos, vários tipos de sinalizações: sinalizações utilizadas pelos
usuários e sinalizações entre as centrais, sendo estas as que mais evoluíram.
Sinalização telefônica é basicamente uma troca de informações de controle,
supervisão e gerenciamento entre as centrais telefônicas e os demais componentes
das redes de telecomunicações, como por exemplo, o Serviço de Caixa Postal. Em
virtude da evolução tecnológica nas áreas da informática e das telecomunicações,
tem ocorrido uma grande expansão de aplicações sobre as redes de
telecomunicação e conseqüentemente a modernização dos sistemas de sinalização.
Tal necessidade levou à especificação de um padrão internacional de sinalização, o
qual visa prover uma moderna rede digital de controle e transporte de dados,
conhecido como Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 (SS7).
O SS7 é um subsistema da rede de telecomunicações, o qual faz a
comunicação entre os diversos elementos que compõem esta rede, definido nas
normas de recomendação de organizações internacionais de normatização.
A evolução tecnológica nos campos da informática e telecomunicações é muito
rápida e isso causa uma verdadeira revolução nas aplicações telefônicas. Por um
lado, há o avanço na tecnologia e na aplicação da computação em rede e do
processamento distribuído. Do outro, tem-se a crescente utilização de sistemas
computacionais (hardware e software) controlando todo tipo de funções nas centrais
telefônicas, sejam elas de telefonia fixa ou celular. Somando-se a isso, temos o
advento da digitalização dos sinais, bem como do áudio e da voz transportados
através das centrais telefônicas. Esses fatores produzem cada vez mais
possibilidades para as aplicações telefônicas, promovendo uma demanda por novas
facilidades e serviços. São exemplos de serviços que exigem a modernização dos
sistemas de sinalização: portabilidade numérica, caixa postal, conferência, chamada
em espera, etc. Esses exemplos ilustram a importância e a versatilidade de um bom
sistema de sinalização. Devemos ressaltar ainda que uma característica de um bom
sistema de sinalização é que ele seja flexível e adaptável de forma a permitir o
desenvolvimento de novas aplicações.
15
A evolução das aplicações, o avanço das redes Internet Protocol (IP’s), o
surgimento das Redes Inteligentes Intelligent Network (IN), levaram ao surgimento
de uma nova estrutura de sinalização, muito mais poderosa, que suporte as
crescentes necessidades para a sinalização e novas aplicações futuras.
Com este objetivo, formou-se em 1999 um grupo de trabalho do Internet
Engineering Task Force (IETF), o qual criou o Signaling Transport (SIGTRAN)
Protocolo de telefonia IP para transportar sinalização SS7 sobre redes IP.
Para muitos especialistas no assunto, o SS7 sobre IP é a convergência natural
da rede de telecomunicações, pois há novas tecnologias e serviços sendo
desenvolvidos. Comunicação sem fio (wireless), o sistema de telefonia VoIP (Voz
sobre IP) são exemplos do uso do SIGTRAN. Do ponto de vista das operadoras, o
SS7 sobre IP é usado na sinalização entre centrais telefônicas e demais elementos,
permitindo dessa forma, a economia de grandes quantidades de meios de
transmissão usados no SS7 padrão, o qual realiza comutação por circuitos.
Os métodos para a elaboração deste trabalho são de estudo de caso e
pesquisa exploratória, que envolve levantamento bibliográfico, publicações, artigos,
jornal, revistas e entrevista com pessoas que se envolveram com a sinalização SS7
e SIGTRAN.
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2 FUNDAMENTOS DE TELEFONIA
Antes de detalhar a Sinalização por Canal Comum nº 7 e SIGTRAN, é
importante introduzir e formalizar alguns conceitos fundamentais da telefonia e de
sinalização telefônica.
Telefonia é a comunicação de voz e sons à distância usando redes telefônicas,
as quais podem ser fixas ou móveis. Podemos dizer que o princípio operacional da
transmissão telefônica surgiu com a invenção do telefone em 1876, por Alexander
Graham Bell. O telefone é o aparelho que permite estabelecer uma conexão ou
chamada telefônica bidirecional entre um ou mais usuários,os quais são chamados
de assinantes.
Cada assinante é possuidor de um terminal telefônico ou terminal de assinante.
Assim é necessário definir um meio de conexão entre eles, de forma que cada
assinante possa estabelecer uma chamada telefônica com qualquer um dos demais
assinantes. Uma maneira seria conectá-los diretamente. Porém isso é tecnicamente
inviável, pois exigiria uma grande extensão de linhas, e a inserção de um novo
assinante seria muito difícil, pois este deve ser ligado a todos os demais assinantes.
Outro fator a ser observado é o financeiro, pois a maioria das telefônicas fica ociosa
a maior parte do tempo, considerando que cada assinante geralmente faz ligações a
intervalos aleatórios, para assinantes variados, e estabelece conexão com apenas
um outro assinante por vez.
Surge então a necessidade de um elemento que faça o controle de toda esta
estrutura, o qual seja responsável por estabelecer, tarifar e gerenciar a conexão
entre cada dois pontos que desejem se conectar. Este elemento é a central
telefônica.
A operação de estabelecimento de interligações entre assinantes é chamada
de comutação. As centrais telefônicas também são chamadas centrais de
comutação. No início, as centrais telefônicas eram manuais, uma telefonista fazia
manualmente (fisicamente) a conexão dos assinantes. Depois evoluíram para
centrais mecânicas, eletromecânicas, até chegarem à comutação digital. Chamamos
de rede telefônica o conjunto de terminais de assinantes, centrais telefônicas e suas
interconexões por meios de transmissão telefônica, dispostos de forma que cada
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assinante possa se conectar a qualquer outro dentro da rede. Existem dois tipos de
interconexão telefônica:
a) o canal entre um assinante e a central telefônica que o serve,
denominada linha de assinante ou simplesmente linha e;
b) as conexões entre uma central telefônica e outra, que são denominadas
troncos.
A partir desta estrutura derivaram-se as duas principais áreas da engenharia de
telecomunicações: a transmissão, a qual trata do transporte dos sinais nas
interconexões, e a comutação, cuja tarefa básica é o estabelecimento de chamada
entre os assinantes. Hoje em dia, estas áreas estão cada vez mais integradas.
2.1 Sinalização telefônica
Dentro de uma rede telefônica, existem informações que precisam ser trocadas
entre o assinante e a central, bem como entre as centrais. Tais informações são
necessárias para que possa haver o estabelecimento de chamadas telefônicas,
controle de tarifação, supervisão, gerenciamento de rede e gerência do sistema
telefônico como um todo. Os protocolos utilizados para esta troca de informações
são conhecidos como sistemas de sinalização telefônica.
Ao longo dos anos, várias gerações de tecnologia foram criadas, aumentando a
diversidade na área de padronização, com um grande número de variações locais.
Atualmente, caminha-se para a padronização internacional.
Os fatores que contribuem para essa padronização, pode-se dizer, são: o desejo
das operadoras de telefonia poderem escolher entre vários fornecedores, a
necessidade de reduzir o time-to-market e, por último, a cooperação que precisa
haver entre vários setores de todas operadoras, como por exemplo, a interconexão.
De um modo geral, a sinalização evoluiu se tornando uma comunicação entre os
processadores dos elementos de rede que interagem. A sinalização entre o
assinante e sua central é chamada de sinalização do assinante, e a que interliga as
centrais é definida como sinalização intercentrais.
Os primeiros sistemas de sinalização utilizados nas centrais automatizadas se
valeram da codificação de informações simples em sinais (pulsos) elétricos,
sinalização Ear&Mouth (E&M) e depois em combinações de tons audíveis,
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sinalização Multi Freqüência Compelida (MFC). Ambas são transportadas pelo
próprio canal de voz, isto é, pelo mesmo caminho da conversação.
Sinalização do Assinante são os sinais que o assinante usa para informar à
central a qual está conectado de sua intenção de iniciar ou finalizar uma ligação com
outro assinante. Basicamente, compreende os sinais gerados pelo telefone, como
fone fora do gancho, fone no gancho e os dígitos discados identificando o assinante
desejado.
Sinalização Acústica são os sinais audíveis emitidos da central para o
assinante, referentes ao estado da conexão. Consiste na corrente de toque de
chamada de telefone e tons de: discar, controle de chamada, ocupado e número
inacessível.
Sinalização intercentrais ocorre quando mais de uma central está envolvida no
estabelecimento de uma chamada telefônica, sendo que estas precisam se
comunicar, trocar informações.
Existem algumas centenas de sistemas de sinalização intercentrais. A maioria
deles é desenvolvida para uso nacional, porém, há uns poucos que foram aceitos e
definidos pelo ITU-T como sistemas de sinalização padronizados.
Muitos dos sistemas para sinalização intercentrais são baseados no princípio
de Channel Associated Signaling (CAS) (Sinalização por Canal Associado), como,
por exemplo, o sistema de sinalização N.º5, R1 e R2. Além da sinalização CAS, hoje
em dia há um sistema mais moderno que é a sinalização baseada em comutação de
circuito Common Channel Signaling (CCS) (Sinalização por Canal Comum). O
sistema de sinalização número #7 pertence a essa categoria e é predominante.
Canal Associado é a sinalização de linha que faz o controle do canal e de
registro, a qual permite estabelecer o caminho da chamada na central. Está
diretamente associado ao canal que transporta a informação, ou seja, a voz trafega
pelos mesmos canais onde trafega a sinalização.
A divisão da sinalização CAS em sinalização de linha e registradores gera
funções distintas dentro da central. A sinalização de linha trata a troca de
informação, mostrando o estado da linha dos troncos entre duas centrais, como por
exemplo, linha tomada para comunicação, resposta em andamento, entre outros.
Essa informação de rotina é usada da mesma maneira para todas as conexões.
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Já a sinalização entre registradores trata da troca de informações de
roteamento, como número de B, categoria de A, status de B, etc. Tais informações
são únicas para cada chamada.
Canal Comum: a sinalização de todos os canais trafega por um único canal
específico, pré-determinado, dentre os disponíveis. Vários canais de informação se
combinam com os de sinalização dentro de um meio de transmissão comum, para
os quais, distintos sinais se codificam na transmissão e são decodificados na
recepção, recuperando o sinal original.
No sistema de sinalização por canal associado, a sinalização viaja junto com a
voz enquanto que na sinalização por canal comum os sinais têm seu próprio
caminho, constituindo assim uma rede de sinalização que transporta a informação
entre as centrais.
A sinalização por canal comum, cujo exemplo mais significativo é o Sistema de
Sinalização número 7, apresenta muitas vantagens, como por exemplo, a
possibilidade de compartilhar um dispositivo de sinalização comum com capacidade
de atender milhares de chamadas, economizando-se em equipamentos. Desta
forma permite transmitir muito mais informações e de maneira mais rápida do que
com uma sinalização multifreqüêncial no mesmo canal de tráfego de voz, por
exemplo.
Além da velocidade com que os sinais são transmitidos e da maior quantidade de
informação, a sinalização CCS apresenta uma outra vantagem. Como ela exige uma
rede de sinalização separada, isso permite que a rede de sinalização seja acessada
por outros usuários como a rede de telefonia pública comutada Public Switched
Telephone Network (PSTN). Além da PSTN, existem outros usuários como a rede
digital de serviços integrados e a rede pública de telefonia móvel.
20
3 SINALIZAÇÃO POR CANAL COMUM Nº. 7 (SS7)
Sinalização por canal comum significa que as informações de sinalização
possuem um trajeto próprio, distinto do das informações de usuário. A
transportadora do sinal, nesse caso, é a própria rede (HELLMAN, 1997).
A rede de sinalização tem a tarefa de transferir a informação de sinalização entre
as diversas centrais que compõem o sistema telefônico. Pode-se dizer que as
centrais são “assinantes” da rede de sinalização. Isso porque os processadores das
centrais estão sempre se intercomunicando, enviando mensagens digitais de dados,
ao passo que a função de sinalização pertence ao domínio de comunicação de
dados. O “canal comum” pertence à rede de dados bem como os processadores.
Várias são as vantagens que a sinalização por canal comum oferece além
daquela relacionada à capacidade. O tempo total de sinalização para cada chamada
telefônica é muito curto. Essa é a razão pela qual um único canal comum de
sinalização pode tratar toda a sinalização entre duas centrais para aproximadamente
duas mil janelas de tempo de voz, o que representa cerca de 60 enlaces (Pulce
Code Modulation - PCM) (JESZENSKY, 2004).
Outro fator importante é que a sinalização por canal comum suporta os
serviços da PSTN, Integrated Services Digital Network (ISDN) e Public Land Mobile
Network (PLMN), os quais tem uma gama extensa de sinais para n tarefas.
Resumidamente, as características da sinalização por canal comum são:
flexibilidade, confiabilidade, alta capacidade, alta velocidade e excelente relação
custo-benefício.
3.1 Rede de sinalização
Esta é uma idéia, um conceito que só é usado na sinalização por canal comum,
pois é a única sinalização que tem sua própria rede para sinalizar entre as centrais
do sistema telefônico.
Como a capacidade de transmissão do SS7 é muito alta, nem todas as centrais
da rede precisam estar interconectadas com enlaces de sinalização. Pode-se fazer
roteamento da sinalização por outra central.
21
Uma rede de sinalização SS7, conforme pode ser vista na Figura 1, é
composta por enlaces de sinalização e centrais, as quais são denominadas pontos
de sinalização, (PS).
Numa rede de sinalização, o tráfego consiste do fluxo de mensagens
transportado entre os pontos de sinalização e os pontos de transferência de
sinalização, (PTS).
Figura 1 - Rede de sinalização SS7
Fonte: RUSSEL, 2006.
O PS faz a comutação da voz, pois este nada mais é do que uma central
telefônica
O PTS atua na rede de sinalização como uma espécie de “central de
comutação”, garantindo que as mensagens de sinalização cheguem ao destino
correto, isto é, faz o roteamento da sinalização SS7 entre os SSPs e os SCPs, os
quais formam a base de dados de assinantes. O PTS não interfere na mensagem
de sinalização, ele apenas lê os endereços dos pontos de sinalização de origem e
destino e encaminha as mensagens através da rede de sinalização.
22
Os PTS podem ser integrados ou stand-alone.
Um PTS integrado além de encaminhar as mensagens através da rede de
sinalização, pode ser também o transmissor e receptor de mensagens de
sinalização, enquanto que o PTS stand-alone é apenas um nó na rede, transferindo
as mensagens de sinalização entre os diversos pontos de sinalização. Sua maior
vantagem é o processamento muito mais rápido das mensagens de sinalização, pois
seu processador é dedicado a essa função.
Cada ponto de sinalização pode originar e receber mensagens e se esse ponto
de sinalização tiver a função PTS, poderá também transferir mensagens.
Os modos de sinalização são definidos de acordo com o caminho seguido por
uma relação de sinalização (PS/PS) e pelo caminho seguido pelas mensagens de
sinalização referentes à relação de sinalização (SANTOS, 2000).
Os modos de sinalização são o associado, não associado e o quase associado.
No inicio, quando as operadoras começaram a usar a Sinalização Nº. 7, os três
modos eram usados. Entretanto nos dias de hoje é usado somente o modo
associado, no qual um canal de um E1 é atribuído para trocar as mensagens de
sinalização entre dois pontos de sinalização.
3.2 Distribuição de tráfego nas redes de sinalizaçã o
O roteamento das mensagens entre um PS ou PTS não é feito de maneira
aleatória, mas conforme indicado pelo endereço de seus pontos de sinalização em
direção ao grupo de enlaces de sinalização conectados ao nó receptor correto. Essa
escolha do enlace de sinalização é feita de maneira programada com o intuito de
distribuir a carga entre os enlaces, evitando, dessa forma, sobrecargas de um
determinado enlace.
Devido à elevada capacidade de transmissão, é possível concentrar todo o
tráfego em cima de poucos enlaces, uma vez que as centrais necessitam apenas de
um enlace para se comunicar. Entretanto, por razões de confiabilidade, isso não é
feito na prática, pois se esse enlace for interrompido, a central a qual ele conecta
ficaria isolada. As operadoras costumam implementar pelo menos dois enlaces
separados, ligados preferencialmente a dois PTS diferentes.
Outra questão a ser observada na distribuição do tráfego é a hierarquia na rede
de sinalização. Em teoria, temos n estruturas diferentes de rede que podem atender
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aos requisitos de sinalização entre os pontos de sinalização conectados. Os
modelos usados são: malha e estrela. No modelo malha todos os pontos de
sinalização tem função de PTS, enquanto no modelo estrela há poucos pontos de
sinalização fazendo a função de PTS para a sinalização do tráfego entre os
conjuntos de pontos de sinalização conectados. Na prática é usada uma
combinação dos dois modelos.
Normalmente, a rede de sinalização é divida em três áreas de sinalização as
quais são servidas por um par de PTS. Assim a sinalização destinada a centrais em
outras áreas de sinalização é transportada por uma rede de sinalização hierárquica
composta de três níveis de PTS: PTS nacional, PTS regional e pontos terminais de
sinalização, PS.
3.3 Serviços Providos pela Sinalização nº 7
De acordo com Hellmann (1997) e Russel (2006) a rede SS7 é uma rede de
comutação de pacotes não orientada a conexões, o que significa que todos os
pacotes (datagramas) são individuais, uma vez que independem de outros pacotes.
A rede SS7 transporta pacotes com mensagens de sinalização, denominados
unidades de sinais de mensagens MSU (Message Signaling Units), entre
processadores da rede de telecomunicações. Os protocolos para comunicação dos
processadores são chamados user parts (UP) e application parts (AP).
Um nó na rede de sinalização é chamado de ponto de transferência de
sinalização, o qual processa o tráfego de pacotes na PSTN, na rede digital de
serviços integrados de faixa estreita (Narrowband Integrated Services Digital
Network – N- ISDN), na rede pública de serviços móveis (Public Land Mobile
Network – PLMN) e nas redes privativas virtuais (Virtual Private Networks – VPN),
além de direcionar o tráfego de e para os nós da rede inteligente (Intelligent Network
– IN), notadamente nos pontos de controle de serviço (Service Control Points –
SCP).
O quadro 1 mostra os serviços de usuário da rede de sinalização SS7.
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Quadro 1 - Serviços de usuário da rede de sinalização SS7
User part / Aplication Part Aplicação
Telephony user part –TUP Sinalização na PSTN
ISDN user part – ISUP Sinalização na N-ISDN e na PSTN
Mobile application part –
MPART
Sinalização e comunicação com base de
dados na PLMN
Transaction cababilities part
– TCAP
Suporte para comunicação com bases de
dados da IN e para sinalização na PLMN
Intelligent network application
part – INAP
Comunicação com base de dados da IN
Operation and maintenance
application part – OMAP
Comunicação nas redes de gerenciamento
Fonte: JESZENSKY, 2004.
As informações de usuários como o estabelecimento e liberação de conexões
de voz e de dados são tratadas pela User part e application parts, assim como os
serviços suplementares, isto é, os serviços IN.
Os enlaces mais usados em uma rede SS7 são de 64kbits/s na rede de
transporte. Algumas centrais mais novas já possuem enlaces de 2Mbits/s devido ao
aumento de comunicação entre os processadores, velocidade e capacidade
aumentada destes e também porque os UPs e APs exigem que todas as mensagens
sejam transmitidas de maneira segura, isto é, nenhuma mensagem pode ser perdida
ou duplicada. Na rede SS7 qualquer mensagem com erro é corrigida antes de ser
repassada e há também uma ordem de entrega das mensagens ao destinatário.
3.3.1 Mensagens de sinalização
É o pacote com as mensagens trocadas entre duas ou mais centrais,
permitindo o estabelecimento de uma chamada. A Figura 2 mostra um exemplo de
troca de sinalização entre duas centrais.
25
Figura 2 – Troca de sinalização SS7
Fonte: SILVA, 1997.
O quadro 2, abaixo, lista o significado das mensagens de sinalização SS7,
usadas no exemplo acima.
Quadro 2 - Significado mensagens de sinalização SS7
MENSAGEM SIGNIFICADO CONTEÚDO
IAI
Mensagem inicial de
endereçamento com
informações adicionais
Número de A,Número de B e
Categoria do assinante A
ACM
Mensagem de endereçamento
completo Informação do estado de B
ANC Mensagem de atendimento Com tarifação
ANN Mensagem de atendimento Sem tarifação
CLF Mensagem de desligar Pra frente
CBK Mensagem de desligar Pra trás
RLG
Mensagem de confirmação de
desconexão
Fonte: SILVA,1997.
26
3.2 Níveis e Camadas de uma Rede SS7
Para os protocolos SS7, utiliza-se o termo nível para designar o que é
chamado de camada na terminologia Open Systems Interconnection (OSI). De uma
maneira geral, as camadas 1 a 3 do modelo OSI correspondem aos níveis MTP 1 a
3, incluindo o SCCP e a. MTP que é a sigla de Message Transfer Part e SCCP
indica Signaling Connection Control Part. As camadas 4 a 7 do modelo OSI
correspondem aos Ups e APs. A Figura 3 ilustra o comparativo entre os dois
modelos.(JESZENSKY, 2004)
Figura 3 - Comparativo modelo de referência OSI versus estrutura do SS7
Fonte:RUSSEL, 2006
As camadas 1,2 e 3 do modelo OSI, são chamadas de Network Service Part –
(NSP) e as camadas 4,5,6 e 7 correspondem ao nível 4 na estrutura do SS7.
3.2.1 Nível 1 – Nível físico
Nível do enlace de dados de sinalização define os requisitos a serem
obedecidos pelo circuito físico, em geral um enlace PCM de 64 kbits em modo full
duplex.
3.2.2 Nível 2: enlace de dados
Executa as funções de enlace de sinalização, permitindo estabelecer, manter e
desconectar conexões de enlaces de dados na rede. Permite a transferência
27
confiável de mensagens sobre um circuito físico, fazendo a separação de
mensagens, detecção e correção de erros.
3.2.3 Nível 3: rede
Essa camada executa as funções de manuseio da mensagem da sinalização,
ou seja, faz a separação, distribuição e roteamento.Informa às camadas superiores
sobre notificação de erro, controle de fluxo, qualidade da transmissão e outras
informações importantes para permitir o gerenciamento de rede. Todas estas
funções são feitas pelo Signaling Connection Control Part (SCCP), cujo
funcionamento será detalhado mais adiante.
3.2.4 Nível 4: user parts
Este nível consiste de diferentes protocolos chamados de user parts e
application parts. UPs e APs, os quais, respectivamente, manuseiam os protocolos
de comunicação dos usuários conectados, pois o SS7 permite que vários usuários
enviem sinais na mesma rede de sinalização.
Figura 4 – Principais funções de camada da pilha SS7
Fonte: JESZENSKY, 2004
28
3.2.5 Network Services Part (NSP)
O NSP corresponde às três primeiras camadas do modelo de referência OSI
(física,enlace e rede). É formado pela Message Transfer Part (MTP) e pelo Signaling
Connection Control Part (SCCP). A Figura 4 mostra como está relacionado a MTP e
o SCCP dentro da estrutura do SS7. A MTP consiste dos níveis 1 a 3 do protocolo
SS7, os quais são chamados sinalização de enlace de dados, sinalização de rede, e
funções de sinalização de rede. A principal função da MTP é garantir uma
transferência confiável, entregando as mensagens de sinalização em toda a rede. A
Figura 5 mostra o diagrama funcional da MTP.
Possui a capacidade de reagir e tomar as medidas necessárias em resposta
às falhas que por ventura venham ocorrer na rede com o objetivo de sempre manter
uma confiável transferência das mensagens de sinalização.
Figura 5 – Diagrama funcional da MTP
Fonte: Modaressi e Ronald,1990
As funções do enlace de sinalização gerem o tráfego no enlace de
sinalização assegurando a transferência confiável de mensagens no enlace. Tais
mensagens são chamadas Message Signal Units ( MSU).
No enlace de sinalização não são enviadas somente as mensagens “úteis”
de sinalização as MSUs, mas também as mensagens do tipo Fill-In Signal Units
(FISU), cuja, a principal função é de manter o sincronismo da rede de sinalização.
Também há um terceiro tipo de mensagem, Link Status Signal Unit (LSSU). Esta
mensagem é trocada logo após um link ter entrado em operação em seqüência a
uma falha qualquer ou ainda para a transmissão de informação de controle.
A Figura 6 mostra que uma mensagem é divida em campos, os quais
servem como um “pacote” para facilitar uma transmissão livre de erros.
29
Figura 6 – Formato de mensagens SS7
Fonte: JESZENSKY 2004
As funções de enlace sinalização (funções da camada 2) estão representadas
pelos campos escuros da Figura 7. Abaixo, aparecem listadas as funções dos
campos da camada 2.
Flag (F) indica o início e o fim da mensagem. O flag de abertura usualmente
serve como flag de fechamento da mensagem anterior. (Padrão de bits do flag =
0111 1110)
Corr: error correction, inicia a retransmissão pelo lado transmissor quando um
erro de transmissão foi detectado pelo lado receptor.
Lengh Indicator (LI), indica o número de octetos que vêm após o campo LI e
até o campo CK, assim indicando qual dos três tipos básicos de mensagem está
sendo transmitido. O LI consiste em um valor binário entre 0 e 63; 63 indica 63
octetos ou mais.
LI = 0: FISU
LI = 1 ou 2: LSSU
LI > 2: MSU
Service information octet (SIO), que é encontrado apenas nas MSUs, é dividido
em duas partes: o service indicator (SI) e o subservice Field (SSF). O SSF é
composto por quarto bits,sendo os dois mais significativos denominados network
indicators – NI. O SSF indica a rede envolvida, mostrando, por exemplo, se um TUP
pertence à rede nacional ou internacional. O SI indica o tipo de usuário, como, por
exemplo, TUP.
30
CK: checksum, é usado para detectar erros de bit durante a transmissão.
SF: status field, é uma mensagem LSSU, indica o estado que um enlace de
sinalização assume após uma mudança, como, por exemplo, de enlace com falha
para enlace em teste. Um SF é composto por 1 ou 2 octetctos. (JESZENSKY, 2004)
As funções de sinalização de rede são importantes para que possa ser feito o
roteamento das mensagens para o ponto de sinalização e usuário corretos na rede.
Conforme Jeszensky (2004), as funções de sinalização distribuem-se em duas
categorias: manuseio de mensagens de sinalização e gerenciamento da rede de
sinalização.
Manuseio de mensagens de sinalização significa assegurar que os dados de
usuário das MSUs recebidas cheguem ao usuário correto (UP ou AP, via SCCP) em
um ponto de sinalização terminal ou encaminhada ao próximo ponto de sinalização.
Este roteamento é feito de acordo com as instruções do gerenciamento da rede de
sinalização. Assim, o manuseio de mensagens de sinalização significa que uma
MSU é distribuída, discriminada e roteada para um enlace de sinalização o qual faz
parte de um conjunto de enlaces de sinalização. A seleção do conjunto de enlaces
de sinalização baseia-se no código do ponto de destino da MSU, isto é, o
Destination Point Code (DPC) (JESZENSKY, 2004).
O gerenciamento da rede de sinalização faz uma contínua supervisão da rede,
para detectar erros, falhas em links ou qualquer situação anormal. Para tanto pode-
se fazer uso de funções de controle manual ou automáticas, garantindo um perfeito
uso dos recursos de sinalização.
Desta forma, se uma rede apresenta um desempenho afetado por algum ponto
de sinalização ou enlace com falha, o tráfego de sinalização pode ser re-roteado
para rotas alternativas. E se o re-roteamento não for possível o tráfego de
mensagens de sinalização deve ser interrompido ou limitado na fonte.
Há três formatos de MSUs, cada uma com seu conteúdo específico, conforme
Figura 7: (JESZENSKY, 2004):
a) MSUs com informação de sinalização de e para usuários, como, por
exemplo, TUPs;
b) MSUs com informação de sinalização para o gerenciamento da rede de
sinalização, Signaling Network Management (SNM);
31
c) MSUs com informação de sinalização para o teste e manutenção da rede de
sinalização, Signaling Network Testing (SNT).
Figura 7 – Formatos de MSU
Fonte: JESZENSKY, 2004
Signaling Information Field (SIF) contém um rótulo, um cabeçalho (UP ou AP) e
dados. O SIF, que é encontrado somente nas MSUs, é transmitido para o usuário
(UP ou AP) nas camadas 4-7. O SIF na MSU-SNM ou MSU-SNT é enviado ao
gerenciamento da rede de sinalização na camada 3.
Numa rede de sinalização, o rótulo é a parte mais importante porque contém
informações do número do assinante originador (número de A), assinante
destinatário (número de B).
Destination Point Code (DPC) – identifica o destino, isto é, o nó da rede de
sinalização para o qual a mensagem é endereçada. Essa é uma informação chave
para o roteamento.
Originating Point Code (OPC) identifica o transmissor , isto é, o nó da rede de
sinalização do qual a mensagem é enviada.
Circuit Identification Code (CIC) informa a seleção do enlace de sinalização,
Signaling Link Selection (SLS).
Signaling Link Code (SLC) é o número do enlace de sinalização ao qual uma
MSU-SNM ou uma MSU-SNT está relacionada.
H0,H1: esses dois cabeçalhos juntos formam os códigos que indicam o tipo de
informação no SIF, tal como uma mensagem de endereço inicial, Initial Address
Message (IAM).
32
Data: a informação transportada no SIF pode ter até 256 octetos. Essa
informação destina-se a usuários, gerenciamento ou teste. (JESZENSKY, 2004)
3.2.6 Signaling connection control part(SCCP)
A função SCCP realiza as seguintes principais tarefas de acordo com
Jeszensky (2004). São elas:
a) controle SCCP orientado à conexão;
b) controle SCCP não orientado à conexão;
c) roteamento SCCP;
d) gerenciamento de rede SCCP.
As três primeiras funções podem ser adicionadas à funcionalidade MTP.
Quando isso é feito gera um poderoso manuseio de mensagem de sinalização na
rede SS7, o qual pode ser feito de maneira independente da parte do trafego. Os
encaminhamentos do SCPP e MTP são diferentes. Quando a TUP envia
mensagens, por exemplo, uma chamada telefônica, usa pra tal o encaminhamento
MTP. Desta forma, todas as mensagens seguirão pelo mesmo caminho, passando
por todas as centrais de comutação entre central de origem e de destino. Porém se
a central de destino solicitar a identidade do assinante originador, será enviada uma
mensagem pedindo tal informação, a qual chegará a central de origem. Este
caminho percorrido por essa mensagem pode não ser o mesmo das outras
mensagens, pois a informação solicitada encontra-se na central de origem. Em uma
rede SS7 com PTS interligando as centrais, a mensagem com o número do
assinante originador pode pegar um “atalho”, através de um PTS.
O “atalho” acima citado é uma forma de encaminhamento que o SCCP oferece
aos usuários. Essa possibilidade de encaminhamento é feita somente através da
rede de sinalização. Assim uma rede de sinalização é criada distintamente da rede
de comutação.
O SCCP tem uma importante função de roteamento que é a de determinar o
DPC. Na aplicação SCCP, os valores de DPC compreendem todos os valores dos
nós de inteligência da rede, como por exemplo, SCP, HLR, entre outros.
33
Por exemplo, podem-se combinar aplicações PLMN e IN. O destino completo
consistirá numa plataforma e numa aplicação de rede específicas. Para aplicação
de rede, o SCCP tem um número de subsistema, Subsystem Number ( SSN), o qual,
para o HLR, é “6” ou o octeto “00000110”. A aplicação de rede pode ser
representada por uma UP ou AP (MAP, OMAP, TUP, ISUP) ou por uma função
(HLR, VLR, MSC, EIR, AUC). (JESZENSKY, 2004)
O SCCP consegue determinar um DPC, usando um título global, Global Title –
GT, como informação de entrada, o qual pode ser um número discado na PSTN,
ISDN, ou o número de um assinante móvel em roaming.
O SCCP tem toda a informação de roteamento e de rede para analisar um
título global e traduzi-lo em um ponteiro que fornece um valor de DPC para toda ou
parte da conexão de sinalização a ser estabelecida. (JESZENSKY, 2004)
A Figura 8 mostra o estabelecimento de uma conexão SS7 por meio do SCCP e a
Figura 9 apresenta a estrutura da MSU/SCP.
Figura 8 – Estabelecimento de uma conexão SS7 usando SCCP
Fonte: JESZENSKY, 2004
34
Figura 9 – Estrutura de uma MSU/SCCP
Fonte: JESZENSKY, 2004
3.2.7 Application Service Part (ASP)
O ASP consiste das camadas acima do SCCP e abaixo da TCAP. Provê as
funções das camadas 4 a 6 do modelo de referência OSI. Estas funções,
atualmente, não são mais implementadas nas redes SS7. Entretanto o ITU-T e a
ANSI referem-se a estas funções como viáveis. A falta de serviços com conexão
orientada nas redes de hoje explica o motivo do ASP não ser mais implementado.
Entretanto à medida que as redes amadurecem e novas tecnologias surgem, os
serviços com conexão orientada se tornarão uma realidade para certas aplicações.
Isto certamente forçará a necessidade das funções das camadas intermediárias.
3.2.8 Transaction Capabilities Application Part (TCAP)
A TCAP prove funções e protocolos para uma vasta variedade de aplicações
distribuídas em centrais. Representa as camadas 4 a 7 do modelo de referência OSI
35
e é composta pelo subsistema de serviços intermediários – ISP e pelo subsistema
de aplicação de capacitação de transação (TCAP).
3.2.9 ISDN User Part (ISUP)
É um subsistema usado em redes telefônicas, o qual substituiu o subsistema
TUP. O ISUP tem todas as funções executadas pelo subsistema TUP.
A função básica da ISDN no sistema SS7 é controlar a configuração, conexão
e desligamento dos circuitos comutados de rede entre o assinante e a central,
incluindo voz, serviços de dados e serviços suplementares.
As mensagens ISUP têm parâmetros mandatórios e outros opcionais, os quais
são incluídos quando necessário. O número de parâmetros opcionais e mensagens
que podem ser incluídas são muito maiores que em TUP. Isso dá as mensagens
ISUPs muito mais flexibilidade, permitindo acomodar os requerimentos da
sinalização ISDN. A Figura 10 mostra o estabelecimento de uma chamada ISUP.
O rótulo usado pela ISUP é mesmo que foi apresentado no MTP. Tem-se DPC
– 14 bits, OPC – 14 bits e SLS – 4bits. O próximo campo tem o código de
identificação de circuito – CIC – 12 bits. Em seguida vem o campo “titulo de
mensagem” 8 bits, o qual contém a mensagem que será transmitida.(RUSSEL,
2006)
Figura 10 – Estabelecimento de uma chamada - ISUP
Fonte: HARTE, 2003
3.2.10 Broadband ISDN User Part (BISUP)
Para suportar a banda larga ISDN e a arquitetura ATM, o protocolo ISUO foi
modificado. A nova versão de ISUP prevê parâmetros e mensagens adicionais, os
36
quais suportam as redes de banda larga. O endereçamento neste protocolo de rede
é muito diferente do padrão telefônico, impondo mudança para estabelecer
conexões destas novas facilidades.
A mais importante diferença entre o ISUP e o BISUP está nos procedimentos
de atribuição de circuitos e nos tipos de circuito suportado. Os circuitos ATM e
BISUP são circuitos virtuais ao invés de circuitos físicos.
As redes de banda larga também suportam também suportam alocação de
largura de banda dinâmica por chamada. Agora quando uma chamada de dados é
estabelecida, a largura de banda disponível para esta chamada é negociada entre
as centrais de origem e de destino. (RUSSEL, 2006)
37
4 SIGTRAN – SIGNALING TRANSPORT
A evolução das aplicações, o avanço das redes IPs, o surgimento das Redes
Inteligentes (Redes IN – Intelligent Network) levaram ao surgimento de uma nova
estrutura de sinalização, muito mais poderosa, que suporte as crescentes
necessidades para a sinalização e novas aplicações futuras. Tornou-se uma
necessidade primordial transportar a ISDN e a TCAP sobre redes TCP/IP.
Assim com este objetivo formou-se em 1999 um grupo de trabalho o Internet
Engineering Task Force (IETF), que criou o Signaling Transport (SIGTRAN)
Protocolo de telefonia IP para transportar sinalização SS7 sobre IP.
O IETF começou a trabalhar em um substituto para a MTP, que funciona bem em
um ambiente com multiplexação por divisão de tempo, mas não é adequado para
redes TCP / IP.
A principal diferença entre a MTP e o SIGTRAN reside nos procedimentos e
gerenciamento de conexão. Além disso, o protocolo SIGTRAN fornece um nível
adicional de segurança não encontrado no transporte IP existente. A Figura 11
mostra a pilha de protocolos SIGTRAN.
Figura 11 – Pilha de protocolos SIGTRAN
Fonte: HARTE et al, 2003
As operadoras de redes fixas e móveis cada vez mais adotam arquiteturas “all-
38
IP”. Com esta adoção, emerge a necessidade de inter-operação das redes que
utilizam sinalização SS7 para o estabelecimento de chamadas, ou seja, as redes IPs
precisam funcionar como uma rede de comutação de circuitos, transportando
mensagens de sinalização entre elementos de rede como o Signaling Gateways(SG)
e a Media Gateway Controller (MGC) sem perdas e com atraso mínimo.
De uma maneira resumida, o principal objetivo é permitir o transporte de
mensagens de sinalização com a rede SS7, considerando todos os requisitos
funcionais e de desempenho das redes de comutação de circuitos.
Em redes VoIP, o SIGTRAN faz a interface entre a PSTN através do signaling
gateway e Media Gateway Controller (MGC). O signaling gateway converte as
mensagens ISUP e cria as mensagens equivalentes usadas na rede VoIP, as
chamadas mensagens SIP, Session Initiation Protocol (SIP).
No Subsistema de Multimídia IP (IP Multimedia Subsystem – IMS), o SIGTRAN
desempenha um papel como interface para a rede PSTN, da mesma forma como
tem sido implementado para VoIP. Na verdade os elementos de uma rede VoIP são
usados para converter voz em pacotes, fazendo uma interface entre o mundo IP e a
PSTN
O ITU-T impõe especificações de segurança e qualidade de serviço nos
sistemas de sinalização. Os blocos de funcionalidades equivalentes nas redes IP
Transmission Control Protocol( TCP) e User Datagram Protocol (UDP) não atendiam
tais especificações, por isso novos blocos foram criados.
Segundo Russell (2006), o TCP tem limitações na segurança, pois é vulnerável
a fraude e mecanismos de seqüenciamento de pacotes empregados em alto tráfego.
O TCP possui um mecanismo de transferência confiável de dados, mas este é
inviável para aplicações em tempo real.
Desta necessidade, surgiram os novos blocos funcionais, os quais foram
chamados de SIGTRAN. São eles, Streaming Control Transmission Protocol – SCTP,
IP Signaling Point ( IPSP) e os Protocolos xUA, xPA.
A arquitetura SIGTRAN define um conjunto de protocolos que visam adaptar as
mensagens nativas do SS7, como por exemplo, MTP2, MTP3, SCCP, entre outras,
adequando estas mensagens para as características de tráfego na rede de pacotes
IP. A proposta do SIGTRAN prevê o encapsulamento destas mensagens adaptadas
no protocolo SCTP que, por sua vez, será encapsulado em um datagrama IP.
39
Olhando a Figura 12, vemos que o SIGTRAN é usado no lugar das camadas
MTP, quando o transporte físico é IP.
Deve-se notar aqui que nem todos os protocolos SIGTRAN são usados. O uso
de qualquer um dos protocolos SIGTRAN depende dos serviços prestados no
transporte IP. Quando se conecta uma MGC e gateway de sinalização com o
domínio SS7, a MTP2 é substituída pela M2UA. O protocolo M2UA fornece os
serviços encontrados na MTP2 os quais seriam executados por um PTS na rede
SS7. Entretanto, quando se conecta um Home Location Register(HLR) usando uma
interface IP, M2UA não é usado e nem é necessário. Neste caso, são usados a
M3UA e SUA junto com o Stream Control Transmission Protocol( SCTP) no lugar da
MTP3 e do Signaling Connection Control Part ( SCCP).
Figura 12 – SS7 com a pilha do protocolo SIGTRAN
Fonte: RUSSEL, 2006
40
Esta é também a razão pela qual vemos algumas mensagens replicadas entre
os protocolos. Embora pareçam ser as mesmas, há na maioria dos casos sutis
diferenças entre os conjuntos de parâmetros que compõem qualquer mensagem
dentro dos protocolos SIGTRAN. É por isso que estas mensagens, ainda que fiquem
com o mesmo nome, são definidas em cada seção do protocolo. A Quadro 3 mostra
todas as classes de mensagens que são suportadas dentro do SIGTRAN e quais os
protocolos SIGTRAN que usam cada classe dessas mensagens.
Em toda a documentação SIGTRAN, a associação do termo é usado para se
referir a uma conexão lógica entre duas entidades. Uma associação é uma conexão
lógica entre duas entidades no domínio IP. Em cada associação, pode haver muitas
filas. As filas podem ser consideradas os diálogos reais entre as duas entidades.
Tanto a associação e as filas são identificadas para cada mensagem enviada.
Quadro 3 - Classes de Mensagens suportadas pelo SIGTRAN
Classe de
Mensagem Descrição IUA M2UA M3UA SUA
0
Gerenciamento de mensagens
(MGMT) X X X X
1 Mensagens de transferências X
2
Mensagens para gerenciar a rede
de sinalização SS7 (SSNM) X X
3
Mensagens para gerenciar os
estados do ASP (ASPSM) X X X X
4
Mensagens para gerenciar o
tráfego nos ASP (ASPTM) X X X X
5
Q.921/Q.931 Boundary Primitives
Transport (QPTM) X
6
Mensagens da MTP2 User
Adaptation (MAUP) X
7
Mensagens não-orientada à
conexão X
8 Mensagens orientada à conexão X
41
9
Mensagens de gerenciamento do
roteamento principal (RKM) X
10
Mensagens de gerenciamento do
identificador de interface (IIM) X
11 a 127 Reservado IETF
128 a 255 Reservado IETF
Fonte: RUSSEL, 2006
O SIGTRAN também faz referência a outra duas entidades, o gateway de
sinalização e o servidor de aplicativos. O gateway de sinalização funciona como um
link terminal o qual encerra o circuito SS7 e todo o tráfego baseado em circuitos com
destino a rede IP. Evidentemente, o SG também funciona no sentido inverso, ou
seja, permite o encaminhamento do domínio IP para a rede SS7.
Um servidor de aplicativos pode ser qualquer entidade física incluindo um HLR
baseado em IP ou uma MGC. Cada servidor de aplicação tem um ou mais
processos de aplicação que tratam o tráfego proveniente do gateway de sinalização.
As mensagens no SIGTRAN começam com um cabeçalho comum, seguido da
mensagem real. Cada mensagem tem também seu próprio cabeçalho, composto por
uma tag (com um identificador único para a mensagem), o comprimento (em octetos)
de toda a mensagem, e o valor de mensagem que consistem de um ou mais
parâmetros. Esses parâmetros também começam com uma tag e seu comprimento
é seguido pelo valor real do parâmetro. Isto é conhecido como o tag, comprimento e
formato de valor (TLV). (RUSSEL, 2006)
4. 1 Gateway de Sinalização (SG)
O gateway de sinalização (SG) é usado como uma interface de um sistema de
controle de sinalização (por exemplo, como SS7) e um dispositivo de rede (por
exemplo, um ponto de transferência, banco de dados, ou outro tipo de sistema de
sinalização). O gateway de sinalização pode converter formatos de mensagem,
traduzir endereços e permite, também, que diferentes tipos de protocolos de
sinalização possam interagir.
42
4. 2 Media Gateway (MG)
A media gateway (MG) faz a interface da PSTN com os sistemas de
comunicação multimídia de dados, como os protocolos SIP e MGCP, ou seja, ela é
responsável por fazer a interface dos diferentes tipos de formatos de mídia entre as
redes pública e de dados.
A Figura 13 mostra a estrutura funcional de uma media gateway. Este
diagrama mostra que este gateway é uma interface entre uma conexão de rede
pública telefônica (analógica) com uma rede de pacotes de dados. O funcionamento
global do gateway de voz é controlado por um controlador de media gateway (MGC.)
A MGC recebe e insere mensagens de controle e de sinalização na entrada (linha
telefônica) e na saída (porta de dados). A MGC pode, ainda, utilizar canais de
comunicação separados (out-of-band) para gerenciar a conexão-desconexão de
chamada.
Figura 13 – Media Gateway (MG)
Fonte: HARTE et al, 2003
43
Os sinais da rede telefônica pública passam através do cartão de linha que
adapta as informações para uso dentro da media gateway. O cartão de linha separa
(extrai) e combina (insere) sinais de controle da linha no sinal de áudio de entrada.
Como o sinal de áudio tem formato analógico (outra opção poderia ser uma conexão
de uma linha digital ISDN), a media gateway converte o sinal de áudio para o
formato digital usando um conversor analógico-digital. O sinal de áudio digital passa
por uma compressão de dados (codificação de fala), dispositivo que reduz a taxa de
dados, permitindo assim, uma comunicação mais eficiente. A Figura 13 também
mostra que existem várias opções de codificador de voz que podem ser
selecionadas. A seleção do codificador de voz é negociada na configuração de
chamada com base nas preferências e capacidade de comunicação das medias
gateway de origem e de destino. Após o sinal de voz ser comprimido, o sinal digital é
formatado pelo protocolo usado para comunicação de dados (IP packet). A Figura
13 mostra ainda, que a seção de processamento de chamadas da media gateway
não faz parte do gateway. É um controlador separado que comanda a porta de
entrada para inserir mensagens no fluxo de mídia, ou também, pode se comunicar
com o outro gateway por meio do controlador de media gateway (MGC). (HARTE,
2003)
4. 3 Controlador de Media Gateway (MGC)
O controlador da media gateway faz processamento de chamadas vindas da
PSTN, o qual atua como um sistema que gerencia as chamadas. A MGC controla o
gateway de sinalização e a media gateway (MG). Os protocolos entre a MGC e MG
incluem o protocolo de controle da media gateway (MGCP), o protocolo IETF/ITU
Media Gateway Control (MEGACO)/H.248 e o protocolo H.323 do ITU. A MGC atua
como um agente de chamada coordenando as sessões entre dispositivos. A
sinalização entre as MGCs (agentes) podem usar os protocolos SIP ou H.323.
(HARTE, 2003)
4. 4 Camadas e Protocolos
As camadas de adaptação de usuário são nomeadas de acordo com os
serviços que estas estão substituindo. As camadas adaptadas pelo SIGTRAN
servem aos propósitos de transportar os protocolos de sinalização de camadas
44
superiores sobre uma rede confiável baseada em transporte IP, prover a mesma
classe de serviço oferecida pela rede SS7, como, por exemplo, o M3UA deve
parecer e se comportar como o MTP3, para seus usuários, em termos de serviços e
de forma transparente. Ou seja, o usuário do serviço não deve perceber, no
comportamento do seu serviço, se houve alguma substituição de algum protocolo
original.
4.4.1 Camada Adaptação do Usuário MTP2 (M2UA)
A pilha de protocolo M2UA, a qual mostrada na Figura 14, é usada como uma
interface entre a MGC e com o gateway de sinalização utilizando os serviços de
SCTP e M2UA. É importante, notar que quando há ligação entre dois PTSs usando
IP,a M2UA não é usada. Esta é substituída pelo usuário MTP2 Peer-to-Peer
protocolo (M2PA). M2UA é definida na RFC-3331. (RUSSEL, 2006)
A M2UA é responsável pelo roteamento das mensagens. Uma das tarefas mais
importantes da M2UA é manter o mapeamento entre as associações SCTP e
interfaces físicas ou portas do domínio SS7. Como os links SS7 terminam no
gateway de sinalização, as mensagens, entrante da rede SS7, são mapeadas pela
M2UA para associações SCTP e streams apropriados. Isto é feito através do uso de
um identificador de interface.
Figura 14 – Pilha de protocolo M2UA
Fonte: HARTE et al, 2003
45
O identificador de interface (IID) é atribuído quando um processo de servidor de
aplicativos (ASP) envia a parte do usuário (UP) uma mensagem para o gateway de
sinalização, o que significa que este está agora ativo, e é capaz de iniciar o
processamento de tráfego para o seu servidor de aplicativo associado (AS). Como o
estado de um ASP pode ser dinâmico, o gateway de sinalização também é
responsável por manter o estado de cada um dos ASPs registrados e gerenciar o
fluxo de tráfego com base nesses estados. A Figura 15 descreve a associação de
um link SS7 para um ASP.
Figura 15 – Visão lógica mostrando a associação de um link SS7 para um ASP
Fonte: RUSSEL, 2006
O gerenciamento do tráfego é outra função da M2UA.Esta faz a gestão do
tráfego entre a rede SS7 e a MGC ou ASP. Isso significa gerir o tráfego entre a
interface SS7 e os fluxos de dados do SCTP. Para fazer isso,a M2UA precisa
conhecer o estado de todos os ASPs e MGCs, e também ser capaz de gerenciar o
tráfego que flui para essas entidades.
Por exemplo, se o gateway de sinalização mostra dois ASPs disponíveis, e o
modo de tipo de tráfego é ativo manual, então M2UA é responsável por determinar
qual ASP será o ativo e qual ficará em standby. Não existe nenhuma função que
informe o ASP sobre qual é o ativo ou standby, simplesmente, a M2UA determina
qual ASP irá rotear o tráfego. (RUSSEL, 2006)
A M2UA também pode gerenciar o controle de fluxo entre os domínios IP e
SS7. Existem dispositivos para permitir que a M2UA receba o status de
congestionamento IP do SCTP e use esta informação para informar as entidades
dentro do domínio SS7, e assim,invocar o controle de fluxo na nos links
46
SS7.Entretanto isso, ainda está em fase de especificação e ainda não foi definido
em RFC. (RUSSEL, 2006)
Apenas cinco classes de mensagens são usadas pela M2UA, as quais são
Mensagens da MTP2 User Adaptation (MAUP), Mensagens para gerenciar os estados
do ASP (ASPSM),Mensagens para gerenciar o tráfego nos ASP (ASPTM),
Gerenciamento de mensagens (MGMT) e Mensagens de gerenciamento do
identificador de interface (IIM). Cada mensagem possui um cabeçalho identificando
a classe e o tipo da mensagem, seguido do conteúdo específico da mensagem.
4.4.2 Camada Adaptação do Usuário MTP3 (M3UA)
A camada Adaptação do Usuário MTP3 (M3UA) (RFC-3332) é usada entre o
gateway de sinalização e a MGC ou quando se deseja conectar um gateway de
sinalização com um servidor de aplicativos baseado em IP dentro do domínio IP. É
utilizada para o transporte de ISUP, SCCP ou TUP. A pilha de protocolo M3UA, a
qual é mostrada na Figura 16, fornece o mesmo conjunto de primitivas para as
camadas superiores, exatamente como a MTP3 faz. Portanto, ISUP e SCCP, são
transparentes para M3UA. Até porque essas camadas não têm visibilidade uma vez
que eles realmente estão sendo enviados no domínio IP. A M3UA é usada para
estender alguns serviços de MTP3 para entidades dentro do domínio IP, mas a
intenção não é transportar MTP3 usando M3UA. Em outras palavras, a informação
real do MTP3 é entregue, bem como algumas das mensagens de gerenciamento de
rede da MTP3, mas não toda a mensagem MTP3.
O gateway de sinalização tem a responsabilidade de interpretar essas
mensagens e determinar se uma mensagem da M3UA equivalente deve ser gerada.
É também a critério do gateway de sinalização determinar como interagir com a
camada MTP3 do lado SS7 e quais mensagens equivalentes devem ou não ser
comunicadas no lado da rede IP.
47
Figura 16 – Pilha de protocolo M3UA
Fonte: HARTE et al, 2003
A camada M3UA também é diferente de sua contraparte MTP3 em muitos
aspectos. Uma diferença chave é que M3UA não está vinculada pela mesma
limitação de 252 octetos de comprimento encontrada no SS7. No entanto, quando
há interligação com uma rede SS7, a M3UA tem que manter o tamanho da
mensagem em 272 octetos para impedir que estas mensagens sejam fragmentadas.
Quando os links de banda larga são usados no domínio SS7, esta limitação de
"fronteira" entre as duas redes pode ser relaxada desde que a rede suporte
mensagens com tamanhos maiores. Em uma rede totalmente IP (all IP), não há essa
limitação.
Para que haja um roteamento básico dentro do domínio IP, dois fatores devem
ser levados em conta. A identificação da rede é um número atribuído pelo gateway
de sinalização e os ASP que, quando, usado juntamente com o código do ponto de
sinalização, identifica um nó SS7 no domínio SS7.
Isto é usado quando um gateway de sinalização está conectado a várias redes, e
essas redes estão em países diferentes, por exemplo. Quando isso ocorre, os
códigos de pontos SS7 atribuídos podem estar duplicados. Por exemplo, um nó
48
pode ter a mesma identificação na França e também no Reino Unido, portanto
duplicados. Isso ocorre porque códigos de pontos nacionais não têm importância
local.Por esta razão, muitos PTSs usam a função código de pontos múltiplos, o que
lhes permite ter mais de um código de ponto atribuído. Também suportam códigos
de ponto de duplicados, permitindo a co-existência de uma rede multinacional. A
função de código de ponto duplicado leva em conta o tráfego recebido nos links de
sinalização. (RUSSEL, 2006)
No caso do gateway de sinalização, uma vez que este é uma entidade lógica, ele
pode facilmente ter múltiplos códigos de pontos representando várias redes,
especialmente quando se trata-se de uma rede multinacional. Esses códigos de
ponto correm o risco de serem duplicados.Para evitar esse problema, o gateway de
sinalização usa uma combinação de identificação de rede com um roteamento
chave, criando assim, uma única identificação para cada rede.A identificação da
rede, informa o protocolo, sua versão(isto é, ANSI.ITU), enquanto o roteamento
chave identifica o nó em si.
A chave de roteamento descreve um conjunto de parâmetros SS7 e seus
respectivos valores,os quais são usados para identificar o que é sinalização de
tráfego a ser enviada para um servidor de aplicação específico.É um conjunto de
parâmetros utilizados para filtrar as mensagens SS7 entrantes para fins de
roteamento. O roteamento chave pode ser feito utilizando diferentes combinações,
todas com implementação específica.
Tais combinações podem ser OPC e DPC, DPC e SSN, ou até mesmo
OPC/DPC/ISUP CIC. Assim, cria-se uma chave de roteamento, a qual pode ser vista
como um índice, cujo tamanho é de um número inteiro de 4 bytes
Para auxiliar no encaminhamento de mensagens de gerenciamento, a M3UA
usa um ponto de gerenciamento de sinalização em cluster (SPMC) que identifica os
servidores de aplicativos associados. Isto alivia a exigência de ter que atribuir
endereços individuais para cada um dos servidores e ajuda a eliminar mensagens
de gerenciamento múltiplo ao se comunicar com a rede SS7. Por exemplo, a M3UA
pode usar o mecanismo do SPMC para o envio de status de disponibilidade,
congestionamento e informações de estado para um conjunto de servidores de
aplicativos em vez de enviar várias mensagens individuais para cada um dos
servidores.
49
4.4.3 Camada de Adaptação do Usuário ISDN (IUA)
A camada de adaptação do usuário ISDN (IUA) é usada para transportar
sinalização do usuário ISDN (Q.931) sobre IP, entre dois pontos de sinalização. O
uso do protocolo IUA elimina o uso do protocolo MTP em um sistema de sinalização.
A Figura 17 mostra o funcionamento básico do protocolo de adaptação do
usuário ISDN (IUA). O diagrama mostra que o protocolo IUA permite que aplicações
de sinalização da camada superior, comuniquem-se diretamente com o protocolo de
transporte de sinalização baseado em IP, o SCTP. Mostra, também, que o protocolo
SCTP mantém o controle de conexão através da rede, enquanto o protocolo SUA
mapeia o canal de comunicação da aplicação da camada superior para o canal de
transporte através da rede IP.
Figura 17 – Pilha de protocolo IUA
Fonte: HARTE et al, 2003
50
4.4.4 Camada Adaptação do Usuário SCCP (SUA)
SUA é o protocolo usado para entregar SS7 CCPC ou ISUP em uma rede IP. Embora a sua utilização com o ISUP não foi implementada, ele é amplamente utilizado hoje para interligar servidores com aplicativos baseados em IP para atender o legado da rede SS7. A
51
Figura 18 mostra que a camada SUA é usada para entregar mensagens para o
ASP, o que, por sua vez, gerencia as conexões entre os ASs e outros elementos da
rede. Em geral múltiplos ASPs são associados a qualquer AS, como mostrado na
figura, de modo a aumentar a redundância e também a disponibilidade do aplicativo.
Da mesma forma, um ASP pode ser conectado a múltiplos gateways de
sinalização, aumentando a diversidade da rede. Isto permite múltiplas rotas para um
único destino qualquer, como é praticado na rede SS7.
Como no SCCP, a camada SUA suporta chamadas orientadas e não-
orientadas à conexão. Na verdade, muitos dos processos e procedimentos definidos
nas especificações do SCCP são encontrados também na camada SUA. A camada
SUA suporta quatro classes de serviços:
a) Classe 0 - transferência não-ordenada de mensagens do SCCP em modo
sem conexão;
b) Classe 1 - entrega seqüenciada em modo sem conexão;
c) Classe 2 - transferência bidirecional do SCCP através de uma conexão
temporária ou permanente (conexão orientada);
d) Classe 3 - transferência bidirecional do SCCP através de uma conexão
temporária ou permanente, com controle de fluxo (conexão orientada).
52
Figura 18 – Associações entre os servidores de aplicação (ASs) e processos dos
servidores de aplicação (ASPs).
Fonte: RUSSEL, 2006
Dois métodos podem ser usados para fazer a interface com a rede SS7. Para o
serviço de conexão orientada com um gateway de sinalização como um ponto final,
o SCCP e SUA contam com o gateway de sinalização para agir como uma interface
entre os dois protocolos. O gateway de sinalização é um ponto de terminação da
rede SS7, o que significa que a rede SS7 não tem visibilidade no domínio IP. O
gateway de sinalização é então responsável pelo tráfego SS7 terminado e também
por estabelecer a associação SCTP no domínio IP. A mensagem então é roteada
por código de ponto e número de subsistema. (RUSSEL, 2006)
Se o gateway de sinalização está atuando como um ponto de transmissão,
então, as rotas do gateway de sinalização são baseadas em global title. O destino
da mensagem é transparente para a rede SS7 e será baseado nos resultados de
global title. Este é um meio de interconexão de redes estrangeiras, onde o operador
de rede não está disposto a compartilhar endereçamento interno com redes
externas.
À medida que a rede evolui para uma rede totalmente IP, a necessidade de
interface com a rede SS7 deixará de existir. A camada SUA ainda pode operar em
um domínio totalmente IP, permitindo que as operadoras continuem usando o
protocolo mesmo depois de terem desativado a rede SS7 por completo. (RUSSEL,
2006)
53
4.4.4.1 Gerenciamento de rede e roteamento de mensagens
Os procedimentos de gerenciamento de rede definidos no SCCP são
replicados também no protocolo SUA. Existem múltiplas associações entre ASPs e
os ASs, que prevêem maior disponibilidade na rede.
Os ASs podem ser identificados nas listas de roteamento como disponível ou
ativo, ativo ou inativo mas disponível para suportar o roteamento nos casos de
failover. Se um AS não pode ser alcançado por qualquer motivo, as mensagens
podem ser encaminhadas para outro AS disponível e ativo. Os ASPs mantêm os
estados de suas associações e os ASs e gerenciam o roteamento entre as
aplicações.
A camada SUA também interage com o subsistema de gerenciamento do
SCCP. Quando o gateway de sinalização recebe uma mensagem de gerenciamento
da rede SS7, este verifica se a mensagem afeta qualquer um dos ASs no domínio
IP. O gateway de sinalização é responsável pelo gerenciamento das mensagens
entre os dois domínios. Se um ponto final da rede SS7 não está acessível, ou está
congestionado, ou muda de status de qualquer forma, o gateway de sinalização
informa essas mudanças de estado para as entidades no domínio IP. (RUSSEL,
2006)
Se um AS ou uma associação de ASP(s) muda de estado(s), o gateway de
sinalização reporta essas mudanças de estado de volta para a rede SS7 via
subsistema de gerenciamento. Por exemplo, se um ASP não está disponível, o
gateway de sinalização armazena temporariamente todas as mensagens recebidas
por um tempo especifico, determinado pelo temporizador. Após a expiração desse
tempo, as mensagens que estavam armazenadas são descartadas, e o gateway de
sinalização retorna uma mensagem de erro para o ponto de origem na rede SS7.
(RUSSEL, 2006)
O roteamento é realizado através da função de mapeamento de endereços
(AMF). A AMF é parte da camada SUA, mas ainda dependente de implementação.
As operadoras podem utilizar servidores de Domain Name Server (DNS), tabelas
locais, ou outros meios que lhes permita fazer o roteamento no domínio IP. A Figura
19 mostra como ocorre o estabelecimento de uma conexão na camada SUA.
54
Se não houver correspondência na AMF para um endereço SCCP particular, a
rede pode escolher um padrão ASP para rotear a mensagem ou descartá-la
totalmente e enviar uma mensagem de erro de volta para o originador. Isso também
depende de implementação das operadoras de rede. (RUSSEL, 2006)
O AMF resolve as mensagens recebidas do SCCP e da camada SUA para uma
associação SCTP. A associação SCTP é realizada dentro do ASP. O roteamento é
baseado em chaves de roteamentos, as mensagens são encaminhadas apenas por
uma chave de roteamento (as mensagens nunca poderão ser enviadas para várias
chaves de roteamento). A chave de roteamento pode consistir de um número de
subsistema, de um código ponto de origem (OPC), de um código de ponto de
destino (DPC), de um octeto indicador de serviço (SIO), ou de um identificador de
transação (TID). Endereços IP e hostnames também são suportados em todas as
redes IP. Uma chave de roteamento pode ser administrada utilizando uma Base de
Gerenciamento da Informação (MIB) ou ainda, utilizando os procedimentos
dinâmicos de registro da camada SUA. As mensagens destinadas à rede SS7 são
roteadas com base no mapeamento do ASP e no código DPC, no status da rota
SS7, na disponibilidade do gateway de sinalização e nas tabelas de configuração de
roteamento. (RUSSEL, 2006)
Não há nenhuma função na camada SUA para gerenciar o status da rede SS7
ou dos gateways de sinalização. Se houver uma associação SCTP, então assume-
se que o gateway de sinalização está disponível e acessível. Se uma falha está
impedindo o acesso ao gateway de sinalização, a associação SCTP seria perdida,
evitando assim o tráfego para o nó.
55
Figura 19 – Estabelecimento de uma conexão na camada SUA
Fonte: RUSSEL, 2006
Há a oportunidade para o encaminhamento circular na rede. Por esta razão,
um contador de salto (hop) SS7 é usado para impedir que mensagens fiquem em
loop na rede. O contador é definido pelo ponto de extremidade (no domínio SS7 ou
IP) para um valor máximo de 15. Cada vez que a mensagem passa pelo global title,
o contador é decrementado de 1, até atingir um valor 0. A mensagem é então
descartada, e uma mensagem de "erro de violação hop" é devolvida para a origem.
A Figura 20 retrata o fluxo de tráfego, o qual estabelece uma associação antes de
qualquer fluxo de mensagens. (RUSSEL, 2006)
4.4.5 SCTP
O Protocolo de Controle de Fluxo de Transmissão (Stream Control
Transmission Protocol - SCTP) foi desenvolvido como uma alternativa ao Protocolo
de Controle de Transmissão (Transmission Control Protocol - TCP). O TCP existente
não atende aplicações em tempo real muito bem e está sujeito a várias formas de
ataques de rede. Quando usado para aplicações como voz, os atrasos são de tal
forma que os usuários acham-o mais do que irritante. Em muitos casos, o TCP é
praticamente impossível de ser usado. Por esta razão, o IETF criou um protocolo
mais amigável que o TCP, o SCTP.
56
SCTP é um protocolo orientado a conexão e é usado para estabelecer
associações com outras entidades SCTP, bem como derrubá-las. SCTP também
fornece:
a) Entrega reconhecida;
b) Segmentação e remontagem;
c) Entrega seqüenciada;
d) Agrupamento de várias mensagens em uma mensagem SCTP;
e) O controle de congestionamento;
f) Resistência à transbordos /ataques de hackers.
Um benefício exclusivo do SCTP é sua capacidade de estar de acordo com a
largura de banda disponível para qualquer caminho dado por meio de fragmentação.
Ele também pode agrupar várias mensagens em um único pacote como mais um
passo no sentido de eliminar congestionamentos usando a largura de banda
disponível. O SCTP usa pacotes, sendo capaz de receber fluxos de bits, suportando
o multi-homing, ou seja, mais de uma fonte pode enviar a mesma informação a um
único destino, para uma conexão mais robusta, possibilitando redundância completa.
O SCTP também utiliza um mecanismo conhecido como heartbeat message para
verificar a disponibilidade do outro lado em receber novas associações SCTP.
Por segurança, O SCTP usa um mecanismo de handshake de quatro vias que
incorpora o uso de um cookie durante o handshake Este método evita ataques de
alguém injetar mensagens na rede em direção a uma associação já estabelecida.
Uma etiqueta de verificação é adicionada no início do processo, a qual é usada
para evitar que os pacotes arbitrários entrem na rede. Essa etiqueta de verificação é
um tipo de número serial que é atribuído para ambas as partes durante o início da
associação e deve ser encontrado corretamente em todos os pacotes recebidos nas
associações. Como esta etiqueta só é conhecida pelos dois terminais, não é
possível inserir pacotes adicionais arbitrariamente em direção a uma associação já
estabelecida.
O SCTP particiona os dados do usuário em partes e então os transmite na
forma de fluxos dentro de um pacote SCTP. Cada pacote SCTP pode ter várias
partes, e essas partes podem ser de vários tipos, conforme definido abaixo. Nem
todas as partes são dados do usuário. O particionamento permite que as mensagens
do usuário possam ser enviadas em vários pacotes SCTP, juntamente com outros
57
dados do usuário. Podemos pensar que os dados de usuário são segmentos
numerados dentro do pacote SCTP para identificação.
O SCTP faz um gerenciamento de caminhos, o que lhe permite SCTP
manipular a rota de transmissão com base em instruções do usuário SCTP, bem
como a disponibilidade do destino. Quando não há mensagens a serem recebidas, o
heartbeat é enviado para determinar o status de caminho e disponibilidade. O
caminho principal é determinado no inicio da associação e é usado em toda a
associação até que essa seja liberada. O gerenciamento de caminho feito pelo
SCTP, também é responsável por verificar se as mensagens recebidas pertencem a
uma associação ou conexão válida.
58
5 IMPLEMENTAÇÃO DE REDES SS7 & SIGTRAN
O Sistema de Sinalização N º 7 foi introduzido no início dos anos 80,
possibilitando a implementação da Sinalização por Canal Comum na rede telefônica
pública. Graças a sua alta confiabilidade e capacidade de suporte o uso do SS7 foi
ampliado estendendo-se a ISDN, banda larga ISDN, telefonia móvel, etc. Já o
SIGTRAN é um novo conjunto de padrões definidos pelo Internet Engineering Task
Force (IETF). Este conjunto de padrões foi projetado para fornecer um modelo de
arquitetura para o transporte de sinalização sobre redes IP, mantendo a mesma
qualidade da rede de sinalização SS7.
5.1 Arquitetura de uma rede SS7
Uma rede SS7 é uma rede de pacotes, que consiste em pontos de sinalização
conectados por links de sinalização. Um link set é um conjunto de links paralelos que
fornece um caminho bi-direcional lógico entre dois pontos de sinalização,o que
permite trocar informações sobre estes pontos de sinalização, usando mensagens
de sinalização de comprimento variável.
O planejamento da rede deve satisfazer os requisitos de desempenho dos
serviços de redes já existentes, e no início, quando começou a se implantar as
primeiras redes SS7, outra, preocupação, que havia na época era a questão de
atraso, pois a rede SS7 tinha que conviver com centrais analógicas eletromecânicas
cujo, o tempo de resposta a sinalização é muito maior que uma central digital. As
entradas necessárias para o planejamento são a topologia da rede de serviços
existentes e os grupos de parâmetros que compõem uma chamada. Já a base da
transmissão é definida de acordo com a disponibilidade de links, sejam eles
analógicos ou digitais.
Cada tentativa de estabelecer uma chamada de telefone pertence a um grupo
de chamada, que é distinguido pelo tipo de chamada (I=local,nacional ou
internacional), e o estado da chamada (J=bem sucedida,ocupado ou não atende).
Cada grupo de chamada é caracterizado pelo tempo médio de retenção (Tm(I,J), a
razão entre tentativas previstas para uma chamada e todas as tentativas (X(I,J)), o
59
número de mensagens transferidas por chamada ,e a média do comprimento
de uma mensagem .RAFIK,1997)
A rede de sinalização SS7 é uma rede de pacotes que se distingue pelo estrito
cumprimento dos seus objetivos. A Conexão de Referência Hipotética de
Sinalização (HSRC), definida na norma Q.709, enumera os objetivos para os
componentes de uma conexão de sinalização. Esses componentes são os numeros
máximos de nós, a máxima indisponibilidade e o atraso total fim-a-fim da sinalização
em uma conexão. Estes objetivos são derivadas do atraso e disponibilidade da MTP
e parte do usuário ISDN definida nas normas Q.706 e 4,766, respectivamente. Para
aplicações em telefonia, cada chamada dá origem a uma conexão de sinalização. A
Quadro 4 apresenta os objetivos de HSRC para as componentes das chamadas
locais e nacionais.
Quadro 4 - Recursos para chamadas locais e nacionais (DDD)
% de
conexões
Número de
PTS
Número de
PS
Indisponibilidade
min/ano
Tempo
Transferência
(IAM)
(ms)
Tempo
Transferência
(ANM)
(ms)
50%
90%
3
5
4
6
30
50
780
1180
510
760
Fonte:Rafik e El-Haad,1997
4.1.1 Definindo a topologia e estrutura de uma rede SS7
A Figura 20 ilustra o procedimento de planejamento de uma rede SS7. O
algoritmo sugerido por RAFIK (1997) consiste de uma série de módulos os quais
fornecem a estrutura de rede, roteamento de dados, recursos e custos necessários
para o planejamento correto de uma rede. Se a rede planejada não cumprir os
objetivos de desempenho necessários, esta deve ser modificada e o processo
repetido. Mais a frente será descrito os procedimentos que definem a topologia da
rede e sua estrutura, a construção de tabelas de roteamento e dimensionamento de
conjuntos de link.
60
Figura 20 – Algoritmo de planejamento de uma rede de sinalização SS7
Fonte: Rafik e El-Haad,1997
A topologia de uma rede de sinalização SS7 é definida pelos pontos de
sinalização, pontos de transferência de sinalização (PSs e PTSs), as relações de
sinalização e o modo de sinalização. Os nós da rede(centrais) são os PSs, onde a
matriz tronco define as relações de sinalização entre eles, enquanto os PTSs são
definidos após a definição da estrutura de rede. Por outro lado, o modo de
sinalização é o associado ou quase-associado de modo.
A escolha da estrutura da rede é influenciada pelo modo de sinalização. Por
exemplo, o modo plenamente associado leva uma estrutura não-hierárquica,
enquanto o modo quase-associado tem uma estrutura estritamente hierarquizada.
61
Conseqüentemente, para uma rede hierarquizada, devemos determinar o
número de níveis hierárquicos. Desta forma define-se o número de PTSs
necessários, aloca-se cada PTS em seu nível hierárquico, e por fim atribui-se os PSs
a cada PTS, ou seja, os PS são o nível hierárquico mais baixo da rede.
Rafik (1997) aponta alguns passos que devem ser seguidos,de acordo com:
a) Minimizar o número de níveis hierárquicos, a fim de reduzir o atraso de
mensagens, indisponibilidade de rotas e o número de PTSs envolvido na
troca de sinalização.Assim,a preferência é dada a redes com um nível de
PTS do que aquelas com dois níveis;
b) Aumentar o grau de interligação dos PTSs, como por exemplo, aumentar os
níveis hierárquicos, fazendo com que os PTs tenham o mais alto nível de
entrosamento. Isto garante rotas alternativas adicionais, algo extremamente
útil para os casos de indisponibilidade de uma ou mais rotas;
c) Localize o PTSs nos pontos em que há convergência de meios de
transmissão (centrais de trânsito, por exemplo);
d) Antes de decidir por usar uma central integrada com PTS ou PS, deve-se
garantir que esta tenha condições de absorver o tráfego originado e
terminado de um PS, bem como o tráfego gerado pela central transito de um
PTS. Além disso, tem que garantir também que a central tenha capacidade
de absorver eventuais novos links (ampliações);
e) Conecte o nó principal a pelo menos dois PTSs de nível superior.
Além disso, um dos seguintes critérios de numeração pode ser utilizado na
atribuição de um endereço (código de ponto de sinalização)para cada ponto de
sinalização:
a) Numeração com base em um plano nacional de numeração que sirva as
redes, de modo que haja correlação entre elas, facilitando a
administração dos endereços;
b) Considerar a estrutura regional das redes;
c) Observar a estrutura hierárquica da rede;
d) Flexibilidade no plano de numeração.
62
5.1.2 Tabelas de roateamento
Para encaminhar uma MSU, a MTP usa a função de roteamento baseada em
uma tabela de roteamento para selecionar a sinalização de saída e também para
escolher um link por onde enviará a sinalização. O quadro 5 mostra que o
roteamento de um nó representa uma linha na tabela de roteamento da MTP a qual
define as regras de roteamento. Cada coluna na tabela especifica as rotas principais
e alternativas (link de saída) de mode que a célula designada no nó originador possa
encaminhar uma MSU para a célula do nó de destino.
Quadro 5 - Tabela de roteamento de uma rede de sinalização
Fonte: Rafik e El-Haad,1997
A tabela de roteamento da MTP deve garantir que cada mensagem será
encaminhada ao seu destino no caminho mais curto. Assim como, deve assegurar
que o roteamento circular de mensagens (loop) não ocorra na rede. Roteamento
circular ocorre devido às rotas mal definidas na tabela de roteamento da MTP, o que
resulta em uma mensagem circulando entre 3 ou PTSs sem alcançar seu destino.
63
Além disso, mensagens de sinalização em loop podem gerar carga adicional sobre
os conjuntos de link e PTSs envolvidos, resultando em sobrecarga na rede.
A Figura 21 mostra um fluxograma para a criação da tabela de roteamento da
MTP. A tabela é criada coluna por coluna, onde vamos construir um roteamento
gráfico multi-nível para o nó da coluna designada como destino. Assim, definimos as
rotas padrão e alternativa que são selecionados por outros nós, a fim de transmitir
uma MSU para o nó de destino selecionado. Os link sets conectam um nó aos nós
de nível mais baixo, os quais constituem as rotas principais, enquanto que os nós
localizados nos PTSs estão no mesmo destes e constituem as rotas alternativas,
desde que estes tenham um ou mais nós de trânsito.
Figura 21 – Fluxograma para a criação de uma tabela de roteamento da MTP
Fonte: Rafik e El-Haad,1997
64
Em seguida, identificar e resolver as rotas em loop,que existem entre três ou
mais PTSs interligados localizados no mesmo nível no gráfico de roteamento. O
número de rotas em loop (N,) provenientes de um nível que tem n PTSs totalmente
interligados é dado por:
Para resolver uma rota em loop, definimos os elementos da rota (nós e links
set),escolhemos o nó com o maior número de link sets em sua rota alternativa, e
então deletamos o link set que resulta em uma rota loop.
Figura 22 – Uma rede de sinalização SS7 com seis nós
Fonte: Rafik e El-Haad,1997
Para ilustrar o procedimento de criar o roteamento, vejamos a Figura 22, a qual
mostra uma rede de sinalização. Na Figura 23, é possível ver graficamente o
roteamento para o nó de destino, B, antes e depois de resolver a rota em
loop.Evidentemente, os links sets La e L devem ser excluídos, a fim de eliminar a as
rotas em circulo ACMA e A-M-C-A, respectivamente. A Tabela 5 mostra a tabela de
roteamento da MTP para a rede, incluindo as rotas principais e alternativas
deduzidas a partir do gráfico construído. (RAFIK,1997)
65
Figura 23 – Gráfico de roteamento tendo o nó B como referência na rede de
sinalização da Figura 22
(a)rotas com loop (b) rotas com loop retirado
Rafik e El-Haad,1997
5.1.3 Dimensionamento, rotas, links e matrizes de tráfego
Um conjunto de rotas de sinalização é o conjunto de todas as rotas possíveis
que uma MSU pode tomar a partir do PS de origem para alcançar o PS de
destino.Para definir um conjunto de rotas entre dois PSs, devemos considerar o
gráfico de encaminhamento do PS de destino e definir todos os caminhos possíveis
a partir do PS de origem começando pelo caminho mais curto. Assim, podemos
identificar o mínimo, médio e número máximo de rotas em conjunto de rotas, bem
como o número de rotas separadas por conjunto de rotas, ou seja, as rotas que não
compartilham de elementos comuns.
O objetivo do dimensionamento é calcular a carga por conjunto link (βS
bytes/s), o número de links digitais e analógicos necessários por conjunto de link
(NLᴅ & NLᴅ) e a capacidade de manipulação de mensagem de cada nó. O
procedimento para o dimensionamento de um conjunto de links começa com a
construção das matrizes de tráfego, seguido pelo cálculo do tráfego de cada set link,
e assim o número de links necessários no conjunto link. Da mesma forma, tendo as
66
matrizes de tráfego, podemos calcular a capacidade de manipulação das
mensagens de cada nó.
Portanto, as seguintes entradas são necessárias:
a) Matriz, e a média de tráfego por tronco em Erlangs (e);
b) O número disponível de links analógicos e digitais ( , ᴅ & , ᴅ) para
cada conjunto link;
c) ), ), para cada tipo de chamada;
d) O número mínimo e máximo de links por conjunto de links ( e );
e) A taxa de transmissão de um link (RL).Previsto a inserção de zero na
função, RL, = bytes/s 7757 para links digitais;
f) O tráfego máximo útil que pode ser transportado por um link de sinalização
(βLmax), e o dimensionamento da carga de sinalização do link é definido
por:
O tráfego que flui na rede é especificado em termos de números de MSU/s
(matriz de tráfego MSU), e o número de byte/s (matriz taxa de tráfego por byte).Para
a construção das matrizes de tráfego, devemos considerar o tipo de chamada, e
calcular o tráfego de sinalização de cada célula de sinalização (ou seja, grupo de
troncos), e alocá-la na respectiva célula das matriz de tráfego. Para cada tipo de
chamada, deve-se calcular o tráfego previsto para cada grupo de troncos de duas
maneiras:
a) Cálculo total do tráfego usando ( ) e ( );
b) Calcular o tráfego pra frente com os parâmetros de tráfego pra
frente ( ) & ), e usando os parâmetros de tráfego para trás
( ) e ( ),
Calcular o tráfego pra frente com os parâmetros de tráfego pra frente
( ) & ), e usando os parâmetros de tráfego para trás ( ) e
( )..
Portanto, para um grupo de troncos com troncos c, pode-se calcular o
número de tentativas de chamadas por segundo (CA), MSU/s, previsto para o grupo
67
de troncos λT / / e os bytes/s previsto para o grupo de troncos ( T / /
), como segue:
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
Se calcularmos e , alocamos na célula da matriz MSU, onde inicia a
troca entre a central de origem e a central de destino e alocamos , na cela
oposta. Caso contrário, se calcular , dividimos a célula em duas. Da mesma
forma, é possível construir a matriz taxa de tráfego por byte de , e T.
(RAFIK,1997)
Durante a operação normal, cada direção dos canais de dados de um conjunto
de links transporta o trafego previsto usando suas rotas padrões. Além disso,
quando falhas ou sobrecargas ocorrem na rede, todo o tráfego é desviado para rotas
alternativas. Assim, um conjunto de links (link set) deve ser dimensionado de forma a
transportar o tráfego previsto usando as rotas principais (ou seja,
), onde o valor selecionado de k (0�k�1) depende a natureza do
conjunto de link. Um valor elevado de k é recomendado para conjuntos de link que
são utilizados como links de backup dos PSs para PTSs, enquanto um valor baixo é
recomendado para aqueles usados para o tráfego associados. Definitivamente, se
aumentarmos o valor de k, podemos aumentar a confiabilidade da rede e,
conseqüentemente, o custo.
Para dimensionar de um conjunto de links, usamos as matrizes de tráfego e em
seguida deduz-se o conjunto de rotas de sinalização para calcular o tráfego em cada
68
direção dos canais de dados de um conjunto de links ( ). Então, calculamos
NL, de acordo com o maior valor βS, (ou seja βS = max ( ).
D (8)
Se > , então devemos dividir o link definido para dois link sets e re-
calcular para cada link.set.Por outro lado, se < , então deixamos
= .
Enquanto que, se > então, os links digitais não serão suficientes.
Desta forma, links analógicos adicionais serão necessários. Calcula-se o tráfego
transportado pelos links digitais e analógicos ( e ) conforme .
D (9)
D (10)
� D (11)
Se > , então devemos modificar a estrutura da rede, de modo a
diminuir o tráfego neste link set.
5.2 Arquitetura de uma rede SIGTRAN
A Figura 24 apresenta um modelo funcional definido que comumente separa as
funções de sinalização gateway (SG), media gateway (MG) e media gateway
controller (MGC).Este modelo pode ser usado de inúmeras maneiras, com funções
implementadas em dispositivos separados ou combinados em única unidade física.
Figura 24 – Modelo funcional SIGTRAN
Fonte: Chukarin e Pershakov, 2006.
69
A pilha de protocolos SIGTRAN fornece transporte transparente de mensagem
baseado em protocolos de sinalização em redes IP Sua arquitetura, Figura 25, é
assumida como sendo uma adaptação das camadas SUA, M2UA, M2PA, M3UA e
SCTP. As camadas de adaptação fornecem interfaces para os protocolos da
sinalização SS7. O SCTP é especialmente configurado para atender aos requisitos
de desempenho de aplicações de telefonia.
Figura 25 – Arquitetura SIGTRAN
Fonte: Chukarin, Pershakov e Samouylov, 2007
O SCTP foi desenvolvido para atender as exigências de sinalização das redes
de telefonia de redes. Há uma necessidade de avaliar a qualidade de serviço do
SCTP, em particular, a questão do atraso nas mensagens de sinalização, parâmetro
chave do desempenho das redes SS7. Devemos ter atenção especial com as
funções e procedimentos do SCTP. Pois ele herda os mecanismos de controle e
fluxo de congestionamento do TCP, mas inclui uma série de melhorias com vista a
torná-lo mais eficiente no transporte de sinalização que o TCP. (CHUKARIN,2007)
Entre as melhorias incluídas estão:
a) entrega seqüenciada de mensagens de usuário dentro de múltiplos fluxos;
b) agregação de múltiplas mensagens do usuário em um único pacote SCTP;
c) rede de tolerância a falhas através do apoio a nível de multi-homing em um
ou ambos os lados de uma conexão SCTP.
Estas funções são utilizadas pelas camadas de adaptação.
O SIGTRAN por ser um protocolo novo, que foi primeiramente implantado pelas
operadoras de telefonia móvel. Assim como o protocolo SS7, o SIGTRAN pode ser
usado em redes telefônicas fixas. A seguir será detalhada uma arquitetura de rede
70
SIGTRAN para telefonia móvel, a qual é muito parecida com a de telefonia fixa. O
que muda basicamente são os elementos de rede.
Em redes móveis de volume significativo de tráfego de sinalização são gerados
vários procedimentos, incluindo mobilidade, gestão local e serviços de valor
agregado. Esses procedimentos envolvem a interoperabilidade entre o Home
Location Register (HLR) e as centrais de comutação e controle (CCC). Na prática,
as CCCs estão diretamente integradas ao Visitor Location Registero (VLR) por
razões de desempenho. Assim, devido ao fluxo intenso de sinalização de tráfego, o
segmento de rede MSC / VLR - HLR pode se tornar um gargalo. Este é o lugar
recomendado para que seja implantada a pilha de protocolos Sigtran, conforme
pode ser visto na Figura 26.
Figura 26 – SIGTRAN em redes móveis
Fonte: Chukarin, Pershakov e Samouylov, 2007
5.2.1 Esquema funcional do SCTP
Durante a transmissão, uma mensagem de sinalização é processada
seqüencialmente por diferentes camadas da rede SS7, Sigtran e rede IP. A seguir
será detalhada a descrição do processo de transmissão do SCTP, o modelo de
serviço para tratamento de mensagens e enfileiramento e como este estima o atraso
de mensagens nos links de saída.
71
A
Figura 27 mostra o esquema funcional da transmissão de mensagens de
sinalização sobre IP usando a camada de adaptação M3UA. O processo de
transmissão de mensagens de sinalização através de um SCCP/ISUP consiste em
três fases principais:
a) a recepção da mensagem de sinalização e a seleção de uma direção de
transmissão,ou seja, um fluxo adequado(stream), que é feito pela camada
M3UA;
b) agregação de vários chunks (“fatias”,mensagens) (cada mensagem contém
apenas uma mensagem de sinalização) em pacotes e esperar pela
transmissão (camada SCTP);
c) a entrega de pacotes com fluxos (stream) .
Figura 27 – Esquema funcional da transmissão de sinalização de mensagens
sobre IP, usando M3UA
Fonte: Chukarin, Pershakov e Samouylov, 2007
Segundo Chukarin, Pershakov e Samouylov (2007), para construir um modelo de fila
de serviço de chunks (“fatias”, mensagens) dever ser considerado o modelo analítico
do SCTP obedecendo as seguintes condições:
a) O número de fluxos é limitado em um;
b) Cada pacote SCTP consiste exatamente de blocos K;
72
c) Em nível de rede, o erro é livre, ou seja, não há retransmissão.
A primeira declaração torna-se possível se o atraso na seleção do fluxo for
ignorado. Assume-se que a sinalização de fluxo de mensagens é Poisson com
parâmetro λ As mensagens são encapsuladas em blocos os quais são empacotados
em pacotes. Assim, consideramos a M | M | 1 | ∞ como um sistema de enfileiramento
com uma única entrada e serviço de larga escala, conforme pode ser visto na Figura
28. Jobs (blocos de mensagens SCTP),são executados em modo batch de tamanho
fixado por K, que equivale ao número de mensagens no pacote. Os jobs não iniciam,
a menos que o K de um deles estejam esperando na fila.
Figura 28 – Fila de serviço de larga escala do SCTP
Chukarin e Pershakov,2006
De acordo com (CHUKARIN-1, 2007), a partir das equações de equilíbrio,
segue-se que a probabilidade de gerar função P(z) do número de jobs estacionário
no sistema é dada pela equação abaixo:
(1)
a qual é assumida como sendo uma função analítica circulo | z | <1 + ᴅ
sendo ᴅ > 0, . Com o Teorema de Rouche e a condição de normalização
P(z) �1, z � 1, temos:
(2)
onde é a raiz
=0 (3)
A raiz está fora do círculo unitário e pode ser encontrada seqüencialmente ao
reduzirmos pela metade o segmento abaixo:
73
. (4)
A condição de ergodicidade do sistema é dada por ρ <K. É fácil mostrar que o
número médio de jobs no sistema (N) e a probabilidade (P0) são da forma:
, (5)
. (6)
Onde o tempo médio no sistema para um job ser encontrado é dado pela
equação (5).
Há muitos estudos sobre o desempenho do SIGTRAN e todos mostram que a
configuração do SCTP (em particular,a retransmissão de mensagens e os
parâmetros de reconhecimentos de atraso) é muito importante para se alcançar os
requisitos de qualidade do serviço que a rede SS7 tem.
As equações apresentadas acima são válidas para o tempo de serviço
exponencial.
Para estimar o prazo de transmissão no caso de tempo de serviço constante,
deve-se estimar as características do tráfego entre a CCC/VLR e HLR, assumir que
a duração média de uma mensagem sinalização tenha o seu valor máximo - L = 279
bytes. Neste caso, o ITU-T recomenda a utilização de um processo de serviço
determinístico para modelagem da transmissão das mensagens de sinalização. E
também deve ser observado o meio físico, isto é, os tipos de Ethernet a serem
utilizados, 10BASE-T (10Mbit/s), 100BASE-T (100Mbits/s) e 1000BASE-T (1Gbit/s).
No caso de um processo de serviço determinístico ele é definido por:
.
Conforme (Chukarin, Pershakov e Samouylov, 2007) em seu artigo,
Performance of SIGTRAN-based Signaling Links, o desempenho do SIGTRAN
baseado em links de sinalização é maior quando comparado com os tradicionais.
Para Ethernets 1OBASE-T a carga de sinalização tende a p = 0,75 o atraso médio
no link de saída o que é a 2,5 ms. Sabe-se que a utilização de pico de Ethernet
deve ser abaixo do limiar de 60-70% para se ter uma melhor eficiência.
74
A Figura 29 mostra que a carga de mensagens de sinalização SIGTRAN
baseada em link deve ser inferior a 0,23 pt. Neste caso o atraso médio nos links de
saída para uma mensagem sinalização, não pode exceder 0,4 ms.
Figura 29 - Média de atraso nos links de saída para mensagens de sinalização
SIGTRAN sobre IP, conforme estudo de (Chukarin, Pershakov e Samouylov, 2007)
Fonte: Chukarin, Pershakov e Samouylov, 2007
75
6 CONCLUSÃO
A utilização do SS7 na sinalização telefônica apresenta pelo menos duas
grandes vantagens:
a) Racionalização dos recursos nas redes telefônicas, aumentando o
potencial da rede existente, sobre os mesmos canais de transmissão de voz. Isto é,
separa em uma rede própria os circuitos de sinalização, deixando os canais de voz
livres enquanto efetivamente não se iniciar uma nova chamada (conexão). Isso
aumenta a taxa de disponibilidade de canais de voz sem a instalação de canais de
transmissão adicionais.
b) Possibilidade de acesso a recursos centralizados, independentes das
próprias centrais telefônicas, possibilitando uma rápida atualização e expansão dos
serviços oferecidos sem depender de implementações proprietárias dos fabricantes
de cada central instalada.
A implantação da sinalização SS7 nas centrais telefônicas é também bastante
viável, pois as centrais telefônicas digitais CPA (Controle por Programa
Armazenado) possuem toda sua estrutura de comutação controlada por dispositivos
digitais. Isso, facilita a integração do SS7, o qual possui um sistema digital
permitindo a implementação de novos componentes) na estrutura existente de
hardware e software da central.
Além disso, a rede SS7 permite a utilização de elementos ou equipamentos
que operam especificamente dedicados à rede SS7, como por exemplo, o serviço de
caixa postal e o serviço de envio de mensagens de texto. Estes componentes, são
nós exclusivos da rede de sinalização SS7, uma vez que a rede de sinalização por
canal comum é independente da rede telefônica e seus canais de voz.
Vários serviços e aplicações existentes dependem do alto desempenho do
Sistema de Sinalização SS7, o qual dominou o controle de informação nas redes de
telecomunicações ao longo das últimas duas décadas. Tudo isso graças a sua
flexibilidade, a qual é considerada a maior vantagem da sinalização SS7.
A flexibilidade limita-se ao sistema de gerência e supervisão dos
equipamentos. O processo de estabelecimento de chamadas,o qual ocorre em
tempo real, não é afetado. Graças à sinalização SS7, a comunicação das centrais
não sofre com restrições de desempenho, as quais limitavam suas aplicações.
76
Com a sinalização SS7, as centrais conseguem acessar instruções, localizadas
em centrais ou bases de dados, de como processar, em determinadas centrais,
determinados serviços, podem verificar a condição ou os serviços de assinantes
específicos, antes de ocupar os circuitos para lhes endereçar chamadas. Tudo isto
pode ser feito antes, durante ou depois do estabelecimento dos circuitos de
comunicação. O sistema passa a tomar decisões, digamos, assim, "inteligentes"
sobre uma chamada e sobre seu processamento ao longo da rede. O sistema de
sinalização SS7 suporta uma grande variedade de aplicações:
Uma das exigências que se coloca a uma rede de sinalização SS7, a qual já foi
citada neste trabalho, é sua elevada confiabilidade. Assim, numa rede SS7 qualquer
PS está sempre ligado a no mínimo dois PTS, que por sua vez são implementados
aos pares (PTSs gêmeos) e separados geograficamente. No caso do Brasil, temos
quatro PTSs nacionais, o PTS de Florianópolis, o PTS de Anchieta (SP), o PTS de
Brasília e o de Fortaleza. Todos eles estão interligados.
A rede é dimensionada para usar somente 40% da capacidade de cada PTS,
de modo que quando há uma falha de um elemento do par, a taxa de ocupação de
cada PTS não ultrapassa os 80% de ocupação.
Neste trabalho, foi basicamente, abordado o planejamento de uma rede SS7
para a PSTN/ISDN. Para uma rede telefônica móvel, por exemplo, é necessário
introduzir algumas mudanças na estrutura da rede SS7, de forma a incluir novos
pontos de sinalização, como os pontos de controle de sinalização (SCP).
Além disso, camadas adicionais de protocolos, também terão que ser
introduzidas nos PTSs, PSs e SCPs, incluindo o SCCP e TCAP. Tudo isto, trará
mudanças que afetarão de forma significativa o tráfego de sinalização na rede. No
caso do Brasil, os PTSs nacionais atendem tanto a PSTN quanto PLMN, portanto
tem sua estrutura adequada para atender ambas as redes.
Outro fato a ser levado em conta, é que no planejamento da rede SS7,
considerou-se sempre PTSs stand-alone, cujo processamento das mensagens de
sinalização é muito mais rápido, pois seu processador é dedicado a essa função. Em
um PTS integrado há um aumento de mensagens de sinalização, o que resulta em
maior tráfego na rede, que deve ser levado em conta na hora de planejar a rede.
A rede SS7 emergiu como uma rede em que não há atraso,ou quando há
atraso, este é pequeno. Algo comum, para uma infra-estrutura altamente segura e
confiável, que foi projetado para suportar transporte de voz e serviços através da
77
rede de circuito comutado. O SS7 estabelece uma estrutura pela qual os dados são
trocados entre sistemas na rede via canais de sinalização dedicados. Os links de
sinalização são a base da arquitetura SS7. Permite a troca de informações entre
entidades dentro da rede, intercâmbio de informações os quais são essenciais para
a eficácia dos recursos de segurança que fazem a rede ser tão flexível.
Porém, o contínuo e elevado crescimento das telecomunicações, decorrente
em sua maioria de aplicações que utilizam à internet para envio e recebimento de
dados elevou a demanda pelo tráfego de informação exigindo a ampliação da
capacidade das redes de sinalização, gerando, conseqüentemente, um grande
número de novos desafios. Entre esses desafios, destaca-se o de prover uma infra-
estrutura, capaz de se adequar ao crescimento deste tráfego de dados e voz.
As operadoras de telefonia móvel perceberam essa evolução e começaram a
investir em suas redes móveis, principalmente da terceira geração, incluindo em
seus desenhos, redes IP que suportam protocolos de sinalização, disponibilizando
novos serviços para ambientes de rede IP, permitindo dessa forma o uso
diversificado de plataformas IP em suas soluções de acesso ou backbone.
Nesse contexto, o SIGTRAN surgiu como uma solução para o aumento da
capacidade das redes de sinalização, otimizando a utilização dos recursos já
instalados sem a necessidade de grandes mudanças na infra-estrutura.
Atualmente, é interessante para uma operadora investir em um backbone, pois
há uma demanda muito grande de aplicações que utilizam a internet para envio e
recebimento de dados e largura de banda para as operadoras de telefonia não é
problema, pois isso elas tem. O investimento maior é no backbone, o qual dá o
retorno do investimento, pois como já foi dito, a demanda por serviço ´de dados é
alta.
De acordo com (Chukarin, Pershakov e Samouylov, 2007), uma operadora ao
substituir os links SS7 por uma rede SIGTRAN, consegue reduzir os custos com o
transporte de sinalização entre 40 e 70%. Outra vantagem, que se tem ao implantar
uma rede SIGTRAN é a conservação dos códigos de ponto. Isso permite as
operadoras migrar suas redes baseadas em uma arquitetura de pacotes sem a
necessidade de adicionar novos códigos de pontos ou reconfigurar a rede existente,
cada vez que um novo elemento IP é inserido.
A arquitetura de rede SIGTRAN apresentada neste trabalho faz uma análise do
SCTP como componente de transporte de mensagens de sinalização entre uma
78
MSC/VLR - HLR em redes móveis. É possível ter uma rede de sinalização baseada
em SIGTRAN com um alto desempenho, como se consegue com a arquitetura das
redes SS7.
A infra-estrutura de sinalização IP, permite que o protocolo SIP e a sinalização
SS7 possam ser processados no mesmo quadro de sinalização. Além disso, o SCTP
fornece várias características (por exemplo, reconhecimento seletivo de chunks
“fatias”, mensagens) o que é benéfico para o transporte de grande quantidade de
mensagens entre entidades SIP.
Uma preocupação dos desenvolvedores do SIGTRAN e das operadoras quando
implantam uma rede SIGTRAN é não desprezar o legado, e isto tem acontecido.
Nas redes SIGTRANs implantadas tem-se conseguido com sucesso fazer o controle
de fluxo e detecção de erro, a entrega de mensagens de sinalização em seqüência
dentro de stream (fluxos) controlados, recuperação de falhas dos componentes no
caminho da mensagem, retransmissão e outros métodos de correção de erro,
detecção de indisponibilidade de entidades pares, etc. Tudo isso, para atingir um
único objetivo, manter a qualidade que as redes SS7 têm, e ainda atender com a
mesma qualidade destas, as exigências das aplicações que utilizam à internet para
envio e recebimento de dados.
O desenvolvimento da rede de telecomunicações nos últimos anos é extenso e
arrojado, quando comparado com outras áreas. A telefonia fixa e a móvel
compartilham cada vez mais recursos de acesso a informação. Um exemplo disso é
a operadora Vivo, que até agosto do ano passado era uma Joint Venture formada
pela Telefónica Moviles de España e a Portugal Telecom S/A. Em agosto de 2010 a
Telefónica Moviles de España comprou a participação acionária da Portugal
Telecom S/A se tornando dona de 100% das ações da Vivo. O objetivo da
Telefónica é bem claro, unir a Vivo com a Telesp, sua operadora fixa em São Paulo.
ganhando dessa forma mais competitividade em um mercado cada dia concorrido.
Outro fato que devemos prestar a atenção é a capacidade das redes IP de se
adaptarem a novas mudanças, atendendo cada vez mais aos quesitos de qualidade
e segurança, características das redes de circuitos comutados. Isso não é puro
acaso, a comunicação de dados cresceu nos últimos anos exponencialmente. A
internet se popularizou de tal forma que forçou as operadoras móveis ou fixa, Anatel
e fabricantes de equipamentos a oferecer alternativas para absorver o tráfego de
dados, além de ser uma nova fonte de lucro para todos. A convergência de serviços
79
e aplicações é algo real. Seja qual for o resultado dessa convergência as redes IPs e
de serviços comutados farão parte deste. Portanto, é algo natural que haja a
adequação do protocolo de sinalização SS7 às redes IPs. A sinalização SS7 tem a
seu favor o fator disponibilidade, pois a mesma trafega por canais diferentes, além
do que há redundância de meios e equipamentos. Desta forma, a possibilidade de
dois links de sinalização ficar inoperantes é muito pequena, quando comparada com
o SIGTRAN, o qual utiliza um backbone de dados que, em geral, é composto por um
enlace físico.
O SIGTRAN ganha na economia de meios físicos, um fator este muito
importante para os prestadores de serviços.
Muitas operadoras já utilizam o SIGTRAN. Citando como exemplo a Vivo, a
troca de sinalização entre os PTS, plataforma de assinante pré-pago e as centrais é
toda feita utilizando SIGTRAN, enquanto que a sinalização entre as Gateways e
HLRs continuam usando a sinalização SS7.
A convergência da sinalização SS7 para o SIGTRAN está diretamente
relacionada ao incremento da banda disponível ao usuário (maiores taxas de
transmissão, exige novos recursos de sinalização).
Outro fator que poderá acelerar a migração são novos equipamentos e
tecnologias oferecidos pelos fabricantes.
Independente dos novos serviços e aplicações que venham a surgir, os
protocolos IP e a sinalização ITU-T, farão parte deste resultado. A utilização de
soluções envolvendo a adequação das redes SS7 às redes IP, parece ser o caminho
mais natural para se avaliar os benefícios desse resultado.
Como trabalho futuro, gostaria de focar no desenvolvimento de um modelo de
avaliação dos parâmetros de QoS do SIGTRAN, principalmente, atrasos. Tal
modelo, levaria em conta as funcionalidades do SCTP, elemento vital para o
transporte de sinalização em uma rede SIGTRAN e também a quantidade de
recursos físicos disponíveis em uma rede baseada em IP, tais como CPU, tamanho
de memória, entre outros. Isso ajudaria a configuração do SCTP, melhorando seu
desempenho no tratamento da sinalização e aplicações.
80
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