Arquitectura i Protocols de Xarxes de Telecomunicacions: XTC, XDSI i SS7

Fonaments de la Xarxa Telefònica Commutada (XTC)

La Xarxa Telefònica Commutada (XTC) és un conjunt ordenat de mitjans de transmissió i commutació que faciliten, fonamentalment, l’intercanvi de veu entre dos abonats mitjançant la utilització d’aparells telefònics.

Estructura de la Xarxa Telefònica

Consta només de dos nivells:

• Nivell de trànsit: Format per centrals nodals interconnectades completament entre si (aprox. una per província).
• Nivell d'accés: Format per centrals autònomes i centrals remotes (antigues centrals locals) connectades entre si seguint una topologia en arbre. Totes les centrals autònomes d'una província estan interconnectades entre si.

El tràfic internacional es cursa a través de les centrals nodals que es troben connectades a centrals internacionals (aquestes darreres no formen part de la xarxa de l'operador, sinó que són compartides amb altres xarxes). Respecte a la transmissió, en l'actualitat és tota digital excepte en el cas del llaç d'abonat analògic.

Tipus d'Accés

Accés Analògic

Característiques bàsiques:

• Transmissió analògica.
• Medi de transmissió: Parell trenat de coure.
• Conjunt de serveis limitat: telefonia, fax, trucades de dades (mòdem en banda vocal), telemetria.
• Senyalització d'accés (usuari-xarxa) dins la mateixa banda vocal.

Accés Digital XDSI

La Xarxa Digital de Serveis Integrats (XDSI) és una xarxa d'accés a la xarxa telefònica i a altres tipus de xarxes com ara xarxes de dades Frame Relay (FR) o X-25. La xarxa d'accés XDSI està formada per un conjunt d'elements que conformen la interfície usuari-xarxa, el llaç d'abonat telefònic i una central remota telefònica modificada per poder suportar accessos digitals. Es pot entendre també com un mètode d'accés digital a la xarxa telefònica.

Característiques bàsiques:

• Transmissió digital: En el cas d'una connexió entre dos terminals amb un accés XDSI existeix una connectivitat digital per a la transferència de la informació.
• Conjunt de serveis més diversificat: videoconferència, telefonia, fax, dades (fins a 128 Kbps a l'accés bàsic, fins a 2 Mbps a l'accés primari), telemetria.
• Medi de transmissió: Parell trenat de coure per a l'accés bàsic, i coaxial o fibra per a l'accés primari.
• Senyalització d'accés (usuari-xarxa) en mode missatge: Transmesa per un canal separat de la informació.

Tipus de Canals a XDSI

A un accés digital XDSI la informació de múltiples canals viatja multiplexada temporalment. Els principals tipus de canals de transmissió a XDSI són:

• Canal B: Transporta la veu digitalitzada (PCM) i els serveis de dades, tant amb commutació de circuits com de paquets. Es tracta d'un canal bidireccional a 64 Kbps. També són possibles velocitats inferiors, però es necessita una etapa d'adaptació de velocitats.
• Canal D: Transporta la informació de senyalització associada als canals B (establiment, control, alliberament de connexions...). A més, es pot utilitzar per a la transmissió de serveis de dades a baixa velocitat en commutació de paquets (vídeotext, teletext, telemetria...). Es tracta d'un canal bidireccional de 16 Kbps (en el cas de la interfície bàsica) o de 64 Kbps (en el cas de la primària).

Tipus d'Accessos XDSI

• L'accés bàsic (BRI, Basic Rate Interface): Dos canals B (64 Kbps FD) + 1 canal D (16 Kbps FD) = 144 Kbps (192 Kbps amb bits de càrrega de la capa física). L'accés bàsic pretén cobrir les necessitats de la major part dels usuaris individuals i de les petites empreses, i permet la utilització simultània de veu i de diverses aplicacions de dades.
• L'accés primari (PRI, Primary Rate Interface): 30 canals B (64 Kbps FD) + 1 canal D (64 Kbps FD) + 64 Kbps per a manteniment i sincronització = 2.048 Mbps. L'accés primari pretén cobrir les necessitats d'usuaris amb un major requeriment de taxa de transmissió (empreses amb una PBAX, o una LAN). Per a usuaris que no requereixin els 30 canals B es poden oferir accessos primaris reduïts nB + D.

Aparell Telefònic i Interfície d'Usuari

Aparell Telefònic

L'estructura de l'aparell telefònic es manté bàsicament idèntica des de la seva invenció. Les parts bàsiques d'un telèfon són: un connector/commutador, un altaveu, un micròfon. Si volem rebre avís de telefonada, marcar còmodament el número desitjat i no sentir la nostra veu per l'auricular quan parlem necessitarem, a més:

• Un timbre.
• Un teclat de marcat (marcat per polsos/marcat de multifreqüència).
• Un circuit híbrid (el circuit híbrid passa de dos fils a quatre fils i permet aïllar auricular i micròfon).

Interfície d'Usuari XDSI

Punts de Referència

En cada un d'aquests punts es defineix una interfície estàndard que els fabricants han de respectar i que permet a l'usuari una major flexibilitat i llibertat en la selecció d'equipament.

Agrupacions Funcionals

Conjunt de funcionalitats que han de ser fetes dins una única entitat física (encara que això no implica que dues o més entitats funcionals es puguin trobar dins el mateix dispositiu físic).

NT1 (Network Termination 1)

Fa les funcions de terminació de xarxa corresponents a la capa 1 (passa de U a T). Aquesta interfície pot ser controlada per l'operador XDSI i correspon a la frontera entre la xarxa i l'usuari. El NT1 suporta fluxos de canals múltiples. Pot donar servei a un dispositiu (o fins a 8) amb una línia de multiconnexió (bus passiu).

NT2 (Network Termination 2)

Els terminals es connecten al NT2 que, a la vegada, es troba connectat al NT1. Només s'utilitza en l'accés primari. Es tracta d'un dispositiu intel·ligent amb múltiples interfícies S segons una configuració en estrella. Fa funcions de commutació i de concentració (multiplexació) de capes 2 i 3 OSI. Els dispositius NT2 típics són una PBX o un pont de sortida d'una LAN cap a XDSI.

TE1 (Terminal Equipment 1)

Terminals compatibles XDSI (compleixen la normativa de la interfície S XDSI). Per exemple, telèfons XDSI o alarmes XDSI.

TE2 (Terminal Equipment 2)

Terminals no compatibles XDSI. Necessiten un adaptador de terminal que converteix la interfície de sortida del terminal en una interfície S. Exemples: telèfons analògics, PC.

TA (Terminal Adapter)

Adaptador de terminal (per exemple, en el cas que el terminal sigui un PC, el TA és generalment una targeta per al PC). Les funcions de capa física i d'enllaç que duu a terme un adaptador de terminal són:

• Adaptació de velocitat: Si un terminal transmet a menys de 64 kbps s'incrementarà la seva velocitat fins a arribar a aquesta taxa. Aquest procés se sol fer en dues etapes; primer s'utilitzen bits d'ompliment fins a arribar a una velocitat de 8, 16 o 32, i després els 64 kbps es generen per repetició d'aquestes seqüències.
• Multiplexatge: El TA actua com a multiplexor de múltiples canals lògics (múltiples serveis) d'un mateix terminal multifuncional o de múltiples terminals. La restricció és que els usuaris han de ser els mateixos en els dos caps, ja que la unitat bàsica de commutació són els 64 kbps.

Altres funcions possibles són: el pas d'analògic a digital (en el cas de terminals analògics), o bé la conversió de la interfície física.

Medis de Transmissió i Codificació

Medis de Transmissió

• Línia d'abonat: En cas d'un accés analògic o un accés XDSI bàsic s'utilitza parell trenat de coure (recentment sistemes ràdio per proveir serveis a zones de difícil cablejat). En el cas de l'accés digital XDSI primari se sol utilitzar coaxial i en alguns casos fibra òptica.
• Enllaços multiplexats (*trunks*): Inicialment cable coaxial, microones i en els enllaços marítims intercontinentals: satèl·lits. Actualment la major part del troncal de la xarxa telefònica dels països desenvolupats utilitza fibra òptica.

Codificació i Modulació

• Línia d'abonat (parell de coure): En cas d'un accés analògic el senyal de veu no es codifica ni es modula, sinó que es transmet en banda base tal com surt del micròfon (el procés de digitalització es fa a la central remota). En el cas de l'accés XDSI el senyal de veu primer es codifica utilitzant un codificador PCM i després es modula utilitzant un codificador de línia que varia depenent de si ens trobem a la interfície S/T o a la interfície U (p.e. a la interfície S/T s'utilitza l'esquema de codificació HDB3, esquema derivat de l'AMI bipolar).
• Enllaços multiplexats (fibra òptica): Modulacions òptiques (NRZ-OOK, RZ-OOK, ....).

Repetidors

La funció dels repetidors és la d'amplificar i regenerar els senyals. S'utilitzen quan la longitud dels enllaços és massa gran perquè el senyal arribi amb la suficient qualitat.

Multiplexació i Sistemes Portadors Digitals

Mètode d'Assignació de Canals en la Multiplexació

Es poden subdividir en dues grans categories:

• Assignació estàtica: És la més simple, per a cada comunicació es reserva un subcanal que aquesta comunicació utilitza amb exclusiva. És una tècnica molt utilitzada a la xarxa telefònica (i a les xarxes de commutació de circuits en general). Molt adequada per a comunicacions amb una font de taxa constant i igual a la del subcanal, però implica un desaprofitament important per a fonts amb taxes variables i/o discontínues. Pot donar servei a tantes comunicacions com subcanals tingui el sistema.
• Assignació dinàmica o estadística: L'objectiu és assignar els subcanals a una comunicació només quan sigui necessari transmetre informació. Donat que suposa interrupcions en el flux d'informació, només té sentit en sistemes digitalitzats (no és compatible amb esquemes de divisió de subcanals analògics com FDM o la divisió per polarització). Es tracta d'una tècnica més complexa que l'assignació estàtica i té múltiples variants. Pot donar servei a més comunicacions que subcanals hi ha disponibles (ja que suposa que no totes les comunicacions estan actives al mateix temps). Un exemple simple de multiplexor estadístic és el format per una cua FIFO a l'entrada d'un enllaç multiplexat, les dades de les diferents comunicacions arriben a la cua i els subcanals es van assignant segons l'ordre d'arribada.

Multiplexació TDM Síncrona

Es tracta de sistemes amb un esquema de divisió de canals temporal i un mètode d'assignació de canals estàtic. La informació s'estructura sempre de la mateixa manera, aquesta estructura s'anomena trama i habitualment també incorpora bits de senyalització i sincronisme.

Multiplexació TDM Estadística

Es tracta de sistemes amb un esquema de divisió de canals temporal i un mètode d'assignació de canals estadístic.

Sistemes Portadors Digitals

La UIT-T normalitza la manera de realitzar la multiplexació síncrona (format de les trames). També estableix jerarquies de multiplexació. Hi ha dues jerarquies molt diferenciades: la més antiga és la Jerarquia Digital Plesiòcrona (PDH) i la més actual la Jerarquia Digital Síncrona (SDH).

Jerarquia Digital Plesiòcrona (PDH)

Als anys 70, a causa de la dificultat que hi havia en aquell temps de mantenir la sincronització dins la xarxa telefònica, apareix el mode d'operació plesiòcron (quasi-síncron) i la jerarquia digital plesiòcrona. L'operació plesiòcrona permet un marge d'error de sincronització de 50 parts per milió sobre la velocitat nominal de l'enllaç. Els multiplexors combinen enllaços amb aquestes petites variacions de velocitat afegint bits buits addicionals en els enllaços més lents. El funcionament *full dúplex* de cada nivell de la jerarquia consta de dos suports (per exemple, en general per un E1 s'utilitzen 2 cables coaxials) un per cada sentit de la transmissió. PDH va ser concebut i estandarditzat al començament dels 70, quan les condicions de la xarxa i els serveis requerits eren molt diferents als d'ara. Problemes:

• La necessitat d'inserir bits de justificació donada la falta de sincronització entre canals multiplexats.
• La dificultat d'extreure un sol canal d'un grup de canals multiplexats.
• Diferents tipus de trames definides a diferents nivells de multiplexació.
• Poca capacitat en bits de senyalització per utilitzar en temes de la gestió i manteniment de la xarxa.

Jerarquia Digital Síncrona (SDH)

Actualment els substituts de PDH són els sistemes SDH (Europa) i SONET (EUA). Són els sistemes de multiplexació utilitzats com a base de la xarxa XDSI-BA. Resol els problemes del PDH ja que:

• Permet l'extracció de qualsevol fracció sense desmultiplexar.
• No permet tanta des-sincronització entre nodes (4.6 parts per milió) i no utilitza bits de justificació. Això és possible gràcies a la utilització de xarxes de sincronisme superposades que transmeten informació de sincronització entre els nodes.
• Utilitza sempre la multiplexació *byte* a *byte* i utilitza la mateixa estructura.
• Incorpora més espai per a la senyalització.

S'utilitzen per a enllaços de gran capacitat (el més petit STM1 a 155,52 Mbps). Dins el STM-1 poden circular enllaços PDH d'inferior capacitat a 2M/34M/140M, així com cel·les ATM. Els nivells de multiplexació SDH més utilitzats actualment són: el STM-1, STM-4 (601.344M) i el STM-16 (2488.376M).

Multiplexació a la Xarxa d'Accés: XDSI

Tant a la interfície usuari-xarxa com al llaç d'abonat s'utilitza una multiplexació TDM síncrona per multiplexar els canals B i D.

Com en qualsevol esquema de multiplexació síncrona TDM, la transmissió s'estructura en la repetició de trames de la mateixa longitud. En aquest cas cada trama té 48 bits de longitud que es distribueixen de la manera següent: 16 per cada canal B; 4 pel canal D, 12 per sincronització i delimitació de les trames físiques. Amb la interfície bàsica és possible tenir connectats fins a 8 dispositius en una mateixa línia (bus passiu). Si només hi ha un dispositiu connectat, la línia des del NT1 fins al dispositiu pot ser d'un km. En el cas que hi hagi múltiples dispositius, la distància es redueix a 100-200 m. El trànsit generat per aquests terminals pot sofrir col·lisions al canal D, ja que és un canal compartit entre tots. L'algorisme de contenció que s'utilitza està basat en els elements següents:

1. Quan un usuari no té trames LAPD 3 per transmetre, transmet una seqüència d'1s (absència de senyal).
2. El NT transmet un bit d'eco E per cada bit D que li arriba.
3. Quan un terminal vol transmetre una trama, primer escolta els bits d'eco, si detecta una seqüència de *Xi* 1s pot transmetre (*Xi* nivell de prioritat de la trama que cal transmetre), si no assumeix que hi ha altres terminals en transmissió i espera.
4. En el cas que diversos terminals escoltin al mateix temps començaran a transmetre tots simultàniament. Per resoldre la col·lisió mentre transmeten, els terminals continuen escoltant els bits d'eco. Si aquests no coincideixen amb el bit que han transmès deixaran de transmetre.
5. Els valors de prioritat són de 8 (normal) i 9 (baixa) per a la informació de senyalització, i 10 (normal) i 11 (baixa) per a les dades. Els terminals comencen amb una prioritat normal, i quan transmeten un paquet aquesta prioritat passa a ser baixa per a aquell tipus de paquet i no torna a recuperar la prioritat normal fins que no detecta una seqüència d'1s de la mateixa longitud que la prioritat baixa a l'eco (així dóna l'oportunitat de transmetre a tots els altres).

Multiplexació a la Xarxa d'Accés: XDSL

Com ja s'ha vist anteriorment, la xarxa d'accés està formada per les línies d'abonat que uneixen els domicilis amb la seva central (central remota). Fins fa poc es considerava que sobre aquestes línies només es podien transmetre taxes de fins a 64 Kbps en la banda de freqüències que va des dels 0 Hz fins als 4 KHz. És a dir, que les línies d'abonat només servien per a les comunicacions de veu i la transmissió de dades en banda vocal (mòdems des dels V.32 a 9,6 Kbps fins als V.90 a 56 Kbps). L'avanç tecnològic va propiciar l'aparició d'una tecnologia capaç d'aprofitar molt més el parell de coure: la tecnologia ADSL. ADSL pot coexistir a una mateixa línia d'abonat amb el servei telefònic a diferència d'un mòdem convencional, ja que aquest opera en banda vocal. Es tracta d'un esquema asimètric.

És una tècnica de modulació per a la transmissió de dades a alta taxa anomenada OFDM. En aquest tipus de modulació el flux de dades de l'usuari és dividit amb múltiples fluxos de taxa de transmissió més baixa, cada un d'aquests fluxos és modulat (p.e. amb modulació QPSK, o QAM) i després combinats de manera que les diferents subportadores de cada un d'aquests sub-fluxos són ortogonals entre si (no s'interfereixen) encara que ocupen una amplada de banda molt inferior al que ocuparien si s'utilitzés FDM convencional. Donat que cada una de les subportadores transmet a baixa taxa, aquest esquema és molt resistent a l'ISI (Interferència InterSimbòlica) típic de sistemes de banda ampla. Es podran veure més detalls sobre aquest tipus de multiplexació al tema de Conceptes bàsics de xarxes mòbils.

A més del mòdem situat a la casa de l'usuari (*ATU-R* o "ADSL Terminal Unit-Remote") i del mòdem de la central (*ATU-C* o "ADSL Terminal Unit-Central"), davant cada un d'ells s'ha de col·locar un dispositiu anomenat "*splitter*". Aquest dispositiu no és més que un conjunt de dos filtres: un pas alt i un altre pas baix. La finalitat d'aquests filtres és la de separar els senyals d'alta (ADSL) i baixa (veu) freqüència transmesos per la línia. Els mòdems de la central s'agrupen en un component anomenat *DSLAM* ("Digital Subscriber Line Access Multiplexer"). Es tracta d'un xassís que agrupa gran nombre de targetes, cada una d'elles consta de varis mòdems ATU-C, i que a més concentra el tràfic de tots els enllaços ADSL cap a Internet.

Protocols de Capa d'Enllaç i Xarxa

El Protocol LAPD

LAPD és utilitzat per a la comunicació entre l'usuari i la xarxa pel canal D. Tot el trànsit que circula pel canal D utilitza aquest protocol. LAPD proporciona dos tipus de serveis:

• Servei de transferència d'informació sense reconeixement: No garanteix l'arribada dels paquets, ni el control d'errors, ni el control de flux, però és un servei ràpid (missatges d'alarma).
• Servei de transferència d'informació amb reconeixement: Inclou control d'errors, de flux, numeració de trames, etc. (utilitzat per transmetre senyalització).

Format de la Trama LAPD

És idèntic al format HDLC 4 exceptuant el camp d'adreça. Les diferències corresponen a la necessitat del LAPD de distingir entre diferents terminals multiplexats en la mateixa línia i entre diferents tipus de trànsit en cada terminal (paquets de dades X-25 o senyalització). L'indicador (*flag*) serveix per sincronitzar el receptor. S'evita que aparegui la combinació de l'indicador utilitzant la tècnica d'inserció de bits. En el camp de control LAP-D es defineixen tres tipus de trames:

• Trames de transferència d'informació: Són les que contenen camp d'informació.
• Trames supervisores: Gestió de l'enllaç (demanda retransmissions, ACK, etc.).
• Trames no numerades: Control d'enllaç i suport de l'operació sense reconeixement.

El camp d'adreça es divideix en dos subcamps:

• Identificador de punt final de terminal (**TEI**) dins el bus: A cada dispositiu d'usuari se li assigna un únic TEI.
• Identificador de punt d'accés a servei (**SAPI**): Identifica l'usuari de capa 3 dins el dispositiu.

Capa de Xarxa: Protocol de Control de Trucada (Q-931)

És un protocol de capa de xarxa que estableix els procediments i missatges per a l'establiment, manteniment i per a l'alliberament de circuits en els canals B associats.

Format dels Missatges Q-931

• Discriminador de protocol: Permet distingir entre missatges de control de trucada usuari - xarxa i altres tipus de missatges (ex. X-25).
• Referència de trucada: Identifica la trucada a la qual correspon el missatge de manera local (a quin canal B correspon).
• Tipus de missatge: Identifica el tipus de missatge; és a dir, l'ordre o resposta transmesa.
• Elements d'informació (paràmetres de l'ordre): Alguns missatges tenen paràmetres obligatoris i/o opcionals.

Commutació de Circuits

Commutadors de Circuits Espacials

Un commutador de divisió en l'espai és aquell en què les rutes del senyal que s'estableixen són físicament independents entre si (dividides a l'espai). Cada connexió necessita l'establiment d'un camí físic a través del commutador que es dediqui únicament a la transferència de senyals entre els dos extrems. El bloc bàsic d'aquest commutador és una matriu de connexions o punts d'encreuament o portes semiconductores que una unitat de control pot habilitar o deshabilitar. Cada estació es connecta a la matriu a través d'una línia d'entrada i una de sortida. La connexió entre qualsevol parell d'usuaris és possible habilitant els punts d'encreuament corresponents. Si té 10 entrades i 10 sortides existiran 100 connexions. Els commutadors matricials tenen diverses limitacions:

• El nombre de connexions creix amb el quadrat del nombre d'estacions connectades.
• La pèrdua d'un encreuament impedeix la connexió entre els dos dispositius amb les línies que s'interseccionen en aquell punt.
• Les connexions s'usen de manera ineficient encara que estiguin actius tots els dispositius.

Per a superar aquestes limitacions s'utilitzen commutadors multi-etapa. El nombre de connexions es redueix, augmentant la utilització de les línies d'encreuament. A més, existeix més d'una ruta a través de la xarxa per a connectar extrems, incrementant-se la seguretat a la xarxa. A un commutador multietapa hi pot haver bloqueig.

Commutadors de Circuits Temporals

Un exemple és la commutació mitjançant bus TDM. Les entrades del commutador són enllaços multiplexats TDM, aquestes entrades es mostregen per torns durant una ranura de temps, la ranura pot permetre la transmissió d'una ràfega de dades que pot ser d'un bit, d'un *byte* o d'un bloc major. Les línies es connecten a un bus digital d'alta taxa a través d'unes portes controlables. A cada línia d'entrada se li assigna una ranura temporal. La porta d'una línia es troba habilitada durant el període corresponent a la ranura associada, permetent que una ràfega petita de dades passi al bus. Durant aquesta mateixa ranura s'habilita també una de les portes d'una línia de sortida. A través de les successives ranures s'habiliten diferents parelles de línies d'entrada/sortida, permetent diferents connexions sobre el bus. Els dispositius connectats al bus aconsegueixen l'operació dúplex transmetent durant una ranura i rebent durant un altre. L'assignació de les línies d'entrada pot ser fixa mentre que les de sortida varien per a permetre distintes connexions. Per exemple, un sistema que connecta 100 línies dúplex a 19,2 Kbps, ha d'emmagatzemar les dades d'entrada de cada línia en cada porta de forma temporal. Cada memòria temporal s'ha de buidar quan s'obri la porta amb suficient rapidesa per a evitar desbordaments. Així la taxa de transmissió del bus per a aquest exemple ha de ser superior a 1,92 Mbps (s'ha de tenir en compte el temps de propagació). La taxa de transmissió del bus determina el nombre de connexions que es poden establir en un moment donat. Per exemple, en un sistema amb 200 dispositius a 19,2 kbps i un bus a 2 Mbps, aproximadament la meitat dels dispositius es poden connectar simultàniament, els altres dispositius seran bloquejats.

Senyalització en Xarxes de Telecomunicacions

La senyalització és *l'intercanvi d'informació (no vocal) relativa a l'establiment, alliberament i control de trucades i la gestió de la xarxa, permetent l'operació automàtica d'una xarxa de telecomunicacions*. Més col·loquialment es pot entendre el sistema de senyalització com el sistema nerviós de la xarxa. Per aquest sistema nerviós circulen les ordres que activen la xarxa com per exemple els missatges que permeten:

• Als usuaris indicar els serveis que requereixen de la xarxa (senyalització usuari - xarxa).
• Als programes de control dels commutadors, a les bases de dades del sistema i a altres nodes intel·ligents de la xarxa intercanviar (senyalització interna de la xarxa): missatges per a l'establiment/alliberament de les trucades, supervisió de les trucades, encaminament, etc.
• Informació necessària per al suport de diferents serveis (desviament de trucades, bloqueig de trucades, etc.).
• Informació de la gestió del sistema (facturació).

Tipus de Senyalització Segons Agents Involucrats

• Senyalització de subscriptor: Direccionament (tons DMTF), Supervisió (senyals penja-despenja), Tons i anuncis (to de marcatge, to d'ocupat...), Timbre (avís).
• Senyalització de xarxa: Permet el manteniment de les bases de dades del sistema (detalls subscriptors, facturació...), validació de targetes de crèdit, seguiment telèfons mòbils, etc.

Tipus de Senyalització Segons el Canal d'Informació

• Senyalització en banda (*in band*): Utilitzada en la xarxa telefònica tradicional. Els missatges de senyalització viatgen pel mateix canal (banda) per on circula la conversa. Actualment, la senyalització en banda es manté bàsicament a la línia d'abonat.
• Senyalització fora de banda (*out of band*): S'estableix un camí de senyalització separat que s'anomena enllaç de senyalització. Els seus principals avantatges són: major velocitat de transmissió i més capacitat de senyalització (permet serveis més complexos), més segura i resistent al frau (evita problemes com el de la *blue box*), transmissió de senyalització en qualsevol moment durant el transcurs de la telefonada, i permet la senyalització a elements de la xarxa que no formen part del circuit establert per a la comunicació (dissociada).

Tipus de Senyalització Segons la Ruta Seguida

• Senyalització associada: Els missatges de senyalització segueixen la mateixa ruta que la conversa.
• Senyalització quasi-associada: Els missatges de senyalització són enviats per una ruta diferent que la de la informació, però que és la mateixa per a tots els missatges.
• Senyalització dissociada: Els missatges de senyalització poden ser enviats per qualsevol ruta i per tant poden arribar fora d'ordre.

El SS7 és un estàndard de senyalització del CCITT basat en senyalització fora de banda quasi-associada (encara que també permet l'enviament de missatges associats).

Sistema de Senyalització Núm. 7 (SS7)

Visió General de SS7

SS7 és una pila de protocols estandarditzada que defineix els missatges de senyalització que s'utilitzen de manera global. SS7 també és una xarxa de paquets d'abast mundial privada (xarxa de senyalització de canal comú) i una plataforma de serveis (plataforma de xarxa intel·ligent).

Funcions de SS7

• Connexió/Alliberament de circuits (trucades fixes o mòbils).
• Serveis suplementaris (identificació trucada entrant, retorn de trucada automàtic...).
• Gestió de mobilitat (localització de telèfons mòbils).
• SMS i EMS (aquí SS7 s'utilitza també per enviar els continguts, no només la senyalització).
• Suport de serveis de xarxa intel·ligent (números 900).
• Suport de XDSI.
• Portabilitat d'un número de telèfon local.

El SS7 es el conjunto de protocolos que se emplea en todo el mundo, a través de redes de telecomunicaciones, para proporcionar señalización; también es una organización privada, "detrás de la escena", una red de conmutación de paquetes, así como una plataforma de servicios. Al ser un protocolo de señalización, proporciona los mecanismos para permitir que los elementos de la red de telecomunicaciones intercambien información de control. Cada vez que realice y libere una llamada telefónica que se extiende más allá de la central local, la señalización SS7 emprende acciones para iniciar y asignar los recursos de la red para la llamada. Cada vez que un teléfono celular se enciende, las transacciones basadas en SS7 identifican, autentican y registran al abonado.

La red SS7/C7 rastrea al abonado celular para permitir la entrega de la llamada, así como para permitir que una llamada que ya está en progreso permanezca conectada, incluso cuando el abonado es móvil. La fiabilidad y resistencia extrema de SS7 se logra por tener un protocolo que garantiza la entrega fiable de mensajes, capacidades de auto-sanación, y una red de más de ingeniería física. Por ejemplo, el equipo SS7/C7 debe cumplir estándares de calidad a nivel de operador, es decir, 99,999 por ciento de disponibilidad.

Red de Señalización CCSN (Common Channel Signaling Network)

Es tracta d'una xarxa de commutació de paquets, que forma part de l'estàndard SS7, per on circula la senyalització nova i separada de la xarxa telefònica. En aquesta xarxa, la informació de senyalització circula a través d'enllaços multiplexats amb la senyalització corresponent a una multitud d'usuaris (enllaços de 64 Kbps o 2 Mbps (E1)). Aquesta xarxa de senyalització no només permet l'accés als commutadors, sinó també a altres nodes de la xarxa com ara bases de dades i processadors. Aquests nodes permeten proveir altres tipus de serveis, no només un servei telefònic. Els nodes d'aquesta xarxa són:

SSP (Signaling Switching Points)

Commutadors telefònics (de circuits) amb capacitat de generar i processar missatges SS7. Un Punto de conmutación de servicio (SSP) es un conmutador de voz que incorpora funcionalidad SS7. Se procesa el tráfico en banda vocal (voz, fax, módem, etc.) y realiza señalización SS7. Un SSP puede originar y terminar los mensajes, pero no puede transferirlos. Si se recibe un mensaje con un código de punto que no concuerda con el código de punto de la SSP de recepción, el mensaje se descarta.

STP (Signaling Transfer Points)

Commutadors de la xarxa CCSN (de paquets). Un Punto de transferencia de señal (STP) es responsable de la transferencia de mensajes SS7 entre otros nodos SS7, que actúan un poco como un *router* en una red IP. Un STP no es ni la última fuente ni el destino de la mayoría de los mensajes de señalización. Los STPs normalmente se despliegan en pares "apareados" para fines de redundancia. En condiciones de funcionamiento normal, el par acoplado comparte la carga.

SCP (Service Control Point)

Node de control i interfície entre les bases de dades i la xarxa SS7 (bases de dades per localització mòbils, validació targetes de crèdit, traducció números 900, etc.). Un Punto de control de servicio (SCP) actúa como interfaz entre las bases de datos de telecomunicaciones y la red SS7. Las compañías telefónicas y otros proveedores de servicios de telecomunicaciones emplean una serie de bases de datos en las que se pueden consultar los datos de servicios para la prestación de servicios. SCPs se utilizan para los grandes servicios que generan ingresos, generalmente se despliegan en pares y están separadas geográficamente para la redundancia.

MTP (Message Transfer Part)

Aquest bloc proveeix les capes superiors amb un servei fiable de transport de missatges dins la xarxa de senyalització no orientat a connexió (utilitza la tècnica de commutació de datagrames). Es divideix en tres capes.

MTP1: Capa Física

La capa física MTP1 defineix les característiques físiques, elèctriques i funcionals (estructura de les trames) dels enllaços de senyalització. Estàndards inclosos: E-1 (2048 kb/s; 32 canals de 64 kb/s), DS-1 (1544 kb/s; 24 canals de 64kb/s), V.35 (64 kb/s), DS-0 (64 kb/s), and DS-0A (56 kb/s). El método más común para la implementación de enlaces SS7 es que cada enlace ocupe un intervalo de tiempo, tal como un T1 o E1, en un tronco digital. En cada nodo, el equipo de interfaz SS7 debe extraer el intervalo de tiempo de enlace la troncal digital para su procesamiento.

MTP2: Capa d'Enllaç

Assegura que dues terminacions d'un enllaç de senyalització transmetin missatges de manera segura (fiable). Incorpora capacitats com la detecció i la correcció d'errors (*go back N*), control de flux (en cas de congestió en el node de terminació entra en joc el límit en el *buffer* de recepció), i control de seqüència. La PDU corresponent al protocol d'aquesta capa s'anomena unitat de senyalització (*Signalling Unit*, SU) i encapsula missatges de senyalització de longitud variable originats en les capes superiors, o inclou informació de control corresponent a aquesta capa. Segons la seva funcionalitat n'hi ha de tres tipus:

• Unitats de senyalització missatge (**MSU**): Porten tota la senyalització associada a l'establiment i a l'alliberament de connexions, i tota la informació de gestió de la xarxa.
• Unitats de senyalització estat de l'enllaç (**LSSU**): Transporten informació sobre l'estat de l'enllaç.
• Unitats de senyalització d'ompliment (**FISU**): Transporten la informació necessària per mantenir l'enllaç (control d'errors, ACK positius i negatius, números de seqüència).

Funcions de la Capa MTP2

Es tracta d'una capa d'enllaç robusta amb les següents funcions:

• Delimitació i alineament de les SU (indicador - *flag*): Atès que les SU són de longitud variable, aquest camp delimita una SU de la següent (01111110). MTP2 constantemente procesa flujos de datos, buscando indicadores que delinean las SU. El tamaño máximo de una MSU es de 279 octetos. Se utiliza la técnica de relleno de bits (o inserción de bits 0) para evitar que el patrón de la bandera ocurra dentro de una SU.
• Correcció d'errors: Utilitza un camp de verificació (S. Verif.) de 16 bits. Si la suma de verificació no coincideix, es demana una retransmissió. Utilitza un mètode de retransmissió del tipus *Go-Back-N*.
• Indicador de longitud: Indica la longitud que hi ha entre aquest i el *byte* suma de verificació. Serveix com una nova verificació de la integritat de la SU, i per discriminar entre diferents SU a nivell 2 (FISU:0, LSSU:1 o 2 i MSU: més de 2).
• Control de l'estat de l'enllaç (Estat) (només LSSU): Duu informació sobre l'estat de l'enllaç. S'encarrega de gestionar la congestió de l'enllaç i del control de flux. El control de flujo permite que el tráfico entrante se estrangule cuando el *buffer* de recepción del MTP2 se congestiona.
• Numeració de seqüència: S'utilitzen els camps BSN/BIB i FSN/FIB (Backward/Forward Sequence Number i Indicator Bit) per confirmar la recepció correcta de les SU i per assegurar que són rebudes en l'ordre en què han estat transmeses.

MTP3: Capa de Xarxa

Correspon a la meitat de les funcions de la capa de xarxa OSI. Incorpora dues funcionalitats bàsiques:

• Manipulació dels missatges de senyalització: Defineix els protocols que permeten l'intercanvi de missatges entre els nodes de la xarxa de senyalització (adreçament, encaminament).
• Gestió de la xarxa de senyalització: Incorpora procediments per a la gestió i per a la reconfiguració de la xarxa en cas d'avaries o de congestions.

El nivel 3 de la parte de transferencia de mensajes reside en la capa 3 del modelo OSI y realiza las funciones de red de protocolo SS7. El propósito principal de este nivel de protocolo es enrutar los mensajes entre los nodos de red SS7 de una manera fiable. Esta responsabilidad se divide en dos categorías: Señalización de tratamiento de mensajes (SMH) y Gestión de la Red de Señalización (SNM).

El PDU associat a aquesta capa està inclòs dins el camp de senyalització i d'informació de servei dels MSU de la capa MTP2 i conté dos camps: el SIF i el SIO.

Informació de Servei (SIO)

El SIO contiene características generales de mensaje para identificar el tipo de red, dando prioridad a los mensajes (ANSI solamente), y la entrega de ellos al usuario MTP3 apropiado. El campo Indicador de Servicio designa el tipo de información contenida en el campo de datos SIF (p.e., 0 per a manteniment de xarxa, 5 per a ISUP). El campo SSF consta de dos subcampos: el indicador de red (NI) y Prioridad.

Informació de Senyalització (SIF)

El SIF contiene los datos reales de los usuarios transportados por MTP, tales como números de teléfono, señales de control, o mensajes de mantenimiento. La parte inicial del SIF también contiene la etiqueta de encaminamiento que se utiliza para encaminar el mensaje dentro de la red. La etiqueta de encaminamiento contiene los siguientes tres componentes:

• Código del punto de origen (**OPC**): Identifica el nodo de origen del mensaje.
• Código de Punto de destino (**DPC**): Identifica el nodo de destino.
• Selección de enlace de señalización (**SLS**): Un identificador utilizado para el intercambio de carga entre conjuntos de enlaces y *links*.

Manipulació dels Missatges de Senyalització

Consisteix en l'encaminament, la distribució i la discriminació de missatges, per això se serveix dels camps d'informació de servei i d'informació de senyalització.

• Encaminament: Utilitza l'etiqueta d'encaminament (codi d'origen, codi de destinació i codi de selecció d'enllaç).
• Distribució i discriminació: En recepció, el primer que fa un node és mirar el codi destinació per veure si és el destinatari. Si és per a ell mateix, examina el camp d'informació de servei per determinar si es tracta d'un missatge nacional o internacional, i a quina capa superior l'ha de passar (SCCP, ISDN-UP...).

Discriminación: La discriminación de mensajes es la tarea de determinar si un mensaje entrante está destinado para el nodo que está procesando el mensaje. Se hace determinando tanto la NI y la DPC. Un punto de señalización de finalización (SEP), tales como un SSP o SCP, no es capaz de enrutar los mensajes; sólo un STP o un nodo integrado con la funcionalidad de transferencia (SSP/STP) puede reenviar mensajes.

Distribución: Cuando la función de discriminación ha determinado que un mensaje está destinado a dicho nodo, se realiza el proceso de distribución mediante el examen del indicador de servicio, que es parte de la SIO en la etiqueta de encaminamiento. El indicador de servicio designa qué usuario MTP3 enviará el mensaje para su posterior procesamiento.

Enrutamiento: El enrutamiento se lleva a cabo cuando se ha determinado que un mensaje va a ser enviado a otro nodo. MTP3 utiliza el enrutamiento de salto siguiente por lo que el destino puede ser un nodo adyacente, o simplemente el siguiente nodo en la ruta hasta el destino final. Si un punto de señalización de finalización (SSP o SCP) recibe un mensaje y la función de discriminación determina que el mensaje no es para ese nodo, el mensaje se descarta debido a que estos nodos no tienen capacidad de transferencia.

Gestió de la Xarxa de Senyalització

Donat que problemes a la xarxa CCSN probablement impliquen efectes devastadors a múltiples xarxes de telecomunicacions, SS7 és especialment robust en l'àrea de gestió de la xarxa. La gestión de señalización de red se divide en tres procesos:

• Gestión del tráfico
• Gestión de rutas
• Gestión de Enlace

La gestión del tráfico es responsable de tratar con el tráfico de señalización, que son los mensajes generados por usuarios MTP3, como ISUP y SCCP. El objetivo es mantener el tráfico avanzando hacia su destino, incluso en caso de avería de la red y congestión. La gestión de rutas proporciona información sobre el estado del enrutamiento entre nodos. La gestión de enlace activa, desactiva, y restaura los enlaces de señalización.

ISDN User Part (ISUP)

ISUP defineix els missatges i els protocols utilitzats en l'establiment i en l'alliberament de connexions en el sistema telefònic i controla la línia per la qual circulen missatges TCAP. La parte usuario ISDN (ISUP) es responsable de la creación y la liberación de los troncos utilizados para el intercambio entre llamadas. Hoy en día, el uso de la ISUP en la red ha superado con creces el uso de ISDN en el lado de acceso. ISUP proporciona señalización tanto para tráfico no ISDN y el tráfico de ISDN.

Flujo de Mensajes de Llamada Básica (Ejemplo)

Una simple llamada al servicio telefónico básico puede ser establecida y liberada utilizando sólo cinco mensajes ISUP.

• Inicio de llamadas: El mensaje inicial de dirección (**IAM**) es el primer mensaje enviado. Cuando SSP B recibe la IAM, responde con un mensaje de dirección completa (**ACM**). Una vez que el ACM ha sido enviado, el timbre se aplica al terminador y el tono de devolución se envía al originador. Cuando el conjunto de terminación descuelga, un mensaje de respuesta (**ANM**) se envía al originador.
• Fin de llamadas: SSP A envía un mensaje de liberación (**REL**) al SSP B. SSP B responde con un mensaje de liberación completa (**RLC**) para confirmar el mensaje REL.
• Intento de llamada sin éxito: Si SSP B comprueba que la línea de destino está ocupada, en lugar de un ACM, se envía un mensaje REL con un valor de causa de Usuario ocupado.

Format dels Missatges ISUP

La información ISUP se realiza en el campo de la información de servicio (SIF) de un MSU. El SIF contiene la etiqueta de encaminamiento seguida por un código de identificación de circuito de 14 bits (ANSI) o 12 bits (UIT) (**CIC**). El CIC es seguido por el campo de tipo de mensaje (IAM, ACM, ANM, REL, RLC), que define el contenido del resto del mensaje. Cada mensaje ISUP contiene una parte obligatoria que incluya parámetros de longitud fija.

SCCP (Signalling Connection Control Part)

Ampliació de la Capa de Xarxa: proveeix dues funcions de xarxa que manquen al MPT3:

• La capacitat d'adreçar aplicacions (subsistemes) diferents dins un node de senyalització.
• Traducció global de títol (*Global title translation*).

La SCCP puede transferir mensajes que no están relacionados con el circuito. Estos mensajes se utilizan para el apoyo de servicios tales como llamadas gratuitas, Portabilidad del Número Local (LNP) y terminación de llamadas a Suscriptores ocupados (BCC) en redes inteligentes y para la movilidad, itinerancia y SMS en redes celulares.

La Traducción de Título Global (GTT)

La traducción de título global-GTT es un método de incremento de enrutamiento indirecto que se utiliza para liberar a los puntos de señalización originarios de la carga de tener que conocer cada destino potencial de aplicación. GTT centraliza la información de enrutamiento SCCP en nodos designados, generalmente un STP, aunque SSP o SCP nodos son normalmente capaces de realizar GTT. GTT también se utiliza en el STP para compartir una carga entre los SCP en tanto escenarios normales y de fallo.

TCAP (Transaction Capabilities Application Part)

TCAP defineix els missatges i protocols utilitzats per a la comunicació entre nodes, com per exemple l'intercanvi de missatges per al proveïment de serveis suplementaris, missatges d'operació i de manteniment, etc. És a dir, tots els missatges no relacionats amb circuits, ja que d'aquests s'encarrega l'ISDN-UP. Així TCAP permet la introducció dels serveis de xarxa intel·ligent. TCAP está en el nivel 4 de la pila de protocolos SS7. Depende de los servicios de transporte de SCCP.

Evolució cap a la Xarxa Intel·ligent (IN)

Tradicionalment (fins l'any 1960), la lògica d'un servei telefònic estava cablejada dins els mateixos commutadors de la xarxa telefònica. A mitjan anys 60 la lògica de servei passa a ser programable. Al final dels 70 s'estableix la xarxa CCSN i la utilització del sistema de senyalització núm. 7. Aquest nou sistema de senyalització obre les portes a una flexibilització de la xarxa per a la creació de nous serveis.

Casos de Localització de la Intel·ligència

• Cas 1: Intel·ligència i commutació estretament integrades en el commutador.
• Cas 2: Es separa part de la intel·ligència (la lògica del servei) de la commutació, i aquesta lògica es centralitza en un node denominat SCP. El SCP és el que té una visió global de l'execució d'un servei. El canvi o la introducció d'un nou servei se simplifica, ja que afecta bàsicament el SCP.

Uno de los beneficios de el IN es centralizar datos de servicio en un pequeño número de nodos. Cada SSP obtiene la información desde una ubicación central (SCP) cuando es necesario durante el progreso de una llamada. Esto alivia la sobrecarga de la administración de los datos en cada nodo de conmutación.

Funcionament Bàsic d'un Servei de Xarxa Intel·ligent

En su forma más simple, un SSP comunica con un punto de control de servicio (SCP) para recuperar la información sobre el procesamiento de una llamada telefónica. Esta comunicación se activa en diferentes formas, pero más frecuentemente en respuesta a los números de teléfono de marcación que tienen un significado especial. La comunicación entre el SSP y el SCP tiene lugar en la red SS7 usando la capa TCAP de SS7.

Facilitar i Flexibilitzar la Introducció de Nous Serveis

Es pretén disminuir el temps entre la concepció (demanda des del mercat) d'un nou servei i la seva introducció de manera generalitzada en la xarxa telefònica i també permetre la provisió de nous serveis per part de tercers. IN introdujo *Service Creation Environment* (**SCE**) para permitir que los proveedores de servicios crearan sus propios módulos de lógica de servicio, aplicando de esta forma los servicios que deseen. El programa de lógica de servicio (SLP) creado por la SCE se ejecuta en el SCP.

Protocols de Xarxa Intel·ligent

IN/1 és el protocol que suporta la primera versió de IN. **INAP** i **AIN** són els protocols que s'utilitzen actualment a Europa i Estats Units respectivament. El IN es una aplicación que utiliza el protocolo SS7.

Arquitectura de la Xarxa IN

La arquitectura desde un punto de vista de la red se ha mantenido constante desde el concepto inicial lanzado como IN/1. IN no ha sustituido a la PSTN existente; más bien, se ha superpuesto en ella. Los nodos adicionales que se agregaron para apoyar la arquitectura IN son el SCP, Adjunto, e IP.

Punto de Conmutación de Servicio (SSP)

La SSP realiza el procesamiento de llamada básica y proporciona gatillo y puntos de detección de eventos para el procesamiento IN. La SSP continúa gestionando las conexiones de llamadas reales y estado de llamada, así como las características basadas en conmutadores.

Punto de Control (SCP)

Las tiendas SCP sirven datos y ejecutan la lógica de servicio para mensajes de llamadas entrantes. El SCP actúa sobre la información en el mensaje para activar la lógica apropiada y recuperar los datos necesarios para el procesamiento de servicios. A continuación, responde con instrucciones a la SSP sobre cómo proceder con la llamada.

Adjunto

El Adjunto realiza funciones similares a un SCP aún encontrándose a nivel local con la SSP y está por lo general en una escala más pequeña. Maneja consultas TCAP a nivel local, con el consiguiente ahorro en el costo de enviar las consultas a un SCP remoto.

Periférico Inteligente (IP)

El periférico inteligente (IP) proporciona funciones especializadas para el procesamiento de llamadas, incluyendo el reconocimiento de voz, solicitar información de usuario, y poniendo anuncios personalizados. Mover esta función a un IP permite al IP ser compartido entre los usuarios y libera la dependencia de los recursos de la SSP.

Arquitectura de la Xarxa IN (Nodes de Gestió)

Sistema de Gestió de Serveis (SMS)

La mayoría de los servicios de IN requieren la gestión de una cantidad significativa de datos. El SMS consiste generalmente en bases de datos que pueden comunicarse con nodos IN para proporcionar una carga inicial de datos y actualizaciones. LNP y números de teléfono gratuitos son ejemplos de servicios que requieren grandes cantidades de almacenamiento con datos que cambian constantemente.

Service Creation Environment (SCE)

El SCE permite a los proveedores de servicios y los vendedores de terceros crear servicios IN. Esto coloca a la empresa de servicios en el control de los servicios que se pueden desarrollar y la rapidez con que se despliegan.

Plans de Servei IN

El model IN es defineix a través de quatre plans:

Pla de Serveis

Proveeix una visió dels serveis des del punt de vista de l'usuari; és a dir, mostra els serveis sense indicar com estan implementats. Les **SF** o característiques del servei són les unitats visibles més petites en aquest pla.

Pla Funcional Global

Les SF del pla de servei es construeixen a partir dels blocs bàsics per a la creació de serveis: els **SIB** (Service Independent Building blocks). Un SIB molt important és l'anomenat **BCP** (*Basic Call Process*) o Procés Bàsic de telefonada. Les SF estan formades per una cadena determinada de SIB que és donada per la lògica global de servei (**GSL**).

Pla Funcional Distribuït

Consisteix en un pas intermedi de la implementació i defineix el que s'anomenen entitats funcionals, que inclouen un SIB o múltiples, i que se situaran en les diferents entitats (nodes) físiques de la xarxa. Les entitats funcionals es comuniquen entre elles mateixes a través dels anomenats **IF** (*information flows*); fluxos d'informació que després determinaran el contingut dels missatges de senyalització entre els diferents nodes.

Pla Físic

Inclou els nodes descrits dins l'apartat arquitectura de la xarxa IN (SSP, SCP, IP, etc.).