Segnalazione a canale comune

Segnalazione a canale
comune
Prof. Ing. Carla Raffaelli
SEGNALAZIONE
• E' l'insieme delle informazioni che vengono
scambiate tra parti diverse di una rete di
telecomunicazioni per ottenerne il corretto
funzionamento
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Tipi di segnalazione
•
Segnalazione associata
– utilizza lo stesso percorso della connessione da instaurare
ed e' univocamente associata ad essa
•
Segnalazione a canale comune
– utilizza un canale (fisico o logico) separato da quello della
connessione da instaurare, utilizzato a divisione di tempo
per diverse connessioni
•
Si distingue inoltre tra:
– segnalazione utente-centrale
– segnalazione inter-centrale
FUNZIONI DI SEGNALAZIONE
•
•
•
•
FUNZIONI DI SUPERVISIONE
– riguardano il riconoscimento o il cambiamento dello stato di alcuni elementi
della rete (es: attivazione di una chiamata)
FUNZIONI DI SELEZIONE
– vengono attivate dal chiamante per individuare il chiamato;
– comprendono le informazioni di indirizzo e i segnali necessari per realizzarne
l'inoltro (es: invito all'inoltro delle cifre, esito della chiamata...)
– essendo relativi all'instaurazione della chiamata, influenzano il post-dialling
delay che e' un parametro con cui l'utente valuta l'efficienza del sistema
–
–
–
–
–
–
FUNZIONI OPERAZIONALI
riguardano l'uso efficiente della rete e la sua amministrazione
variano a seconda del sistema di segnalazione. es:
- rivelazione e recupero congestione
- indisponibilita' di apparati
- addebiti
- segnalazione allarmi
Le funzioni elencate possono essere realizzate per mezzo di piu' segnali,
oppure un solo segnale puo' svolgere piu' funzioni
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SEGNALAZIONE PCM
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
La tecnica PCM consente il trasporto di informazioni di segnalazione in forma
numerica.
In particolare definisce una struttura di trasporto indipendente dal tipo di
segnalazione
Ad esempio la segnalazione in continua proveniente da sistemi analogici viene
convertita in forma codificata e trasmessa via PCM.
La segnalazione PCM puo’essere
in slot
se i bit di segnalazione sono contenuti nello slot di informazione
out slot
se i bit di segnalazione sono contenuti in slot distinti da quelli utilizzati per il
trasferimento dell’informazione
Ogni canale ha l'uso esclusivo del suo supporto di segnalazione per un
determinato intervallo di tempo. Si tratta pertanto di segnalazione di tipo associato.
Esistono 2 tipi di sistemi PCM
a 24 canali tutti utilizzati per la voce
a 30 canali per la voce, uno per l'allineamento (0) e uno per la segnalazione (16)
SEGNALAZIONE NEL SISTEMA A 24 CANALI
• E' di tipo in-slot
– struttura multitrama di 12 trame
– bit extra alternativamente trama per trama svolge funzioni
di allineamento di trama e multitrama
– i frame 6 e 12 sono di segnalazione: in essi il bit 8 di
ciascun canale e' un sottocanale di segnalazione per quel
canale
– degrado di qualita' per alcuni campioni che sono a 7 bit.
• Capacita' di segnalazione:
– 2 canali a 0.65 kbit/s cioe' capacita’complessiva 1.3 Kbit/s
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Multitrama nel sistema a 24 canali
Numero di
trama
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Allineamento Allineamento
di trama
multitrama
1
0
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
Bit per la
Bit per la
Canale di
voce
segnalazione segnalazione
1-8
1-8
1-8
1-8
1-8
1-7
8
A
1-8
1-8
1-8
1-8
1-8
1-7
8
B
SEGNALAZIONE NEL SISTEMA A 30 CANALI
•
•
•
lo slot 0 serve per l'allineamento di trama
lo slot 16 serve per la segnalazione
la segnalazione e' out-slot
•
e' una segnalazione su canale separato in cui si impone l'associazione al canale su
base temporale deterministica:
– la codifica dei canali voce e' sempre a 8 bit
– si definisce una multitrama di 16 trame (0-15)
– i primi 4 bit della trama 0 canale 16 servono per l'allineamento multitrama, gli altri sono
disponibili per eventuali altre informazioni (segnalazione di perdita di allineamento)
– nelle trame successive sono disponibili nello slot 16 4 bit di segnalazione per ciascun
canale interessato. I 4 bit sono visti come 4 canali di segnalazione indipendenti (A,B,C,D)
relativi a un certo canale vocale
– i canali cui si riferisce la segnalazione distano di 16 time slot
•
Capacita':
•
Non si usa la configurazione 0000 nella segnalazione per non confondersi con
l'allineamento multitrama.
– Ogni 2 ms (125 ms x 16) sono disponibili 4 bit per un canale di fonia. Ciascuno
rappresenta un canale di segnalazione a 500 bit/s. Non sono necessariamente usati tutti.
Al massimo si hanno 2000 bit/s di capacita' di segnalazione per canale vocale.
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Organizzazione della trama nel sistema a 30 canali
125 msec
SEGNALAZIONE A CANALE COMUNE
• Si realizza sulla base di una rete di calcolatori con modo di
trasferimento a pacchetto.
– si introduce una linea dati bidirezionale tra due processori di
segnalazione
– i due processori di segnalazione si scambiano informazioni relative a
gruppi numerosi di canali
– l'informazione di segnalazione viene trasferita per mezzo di messaggi
di segnalazione
– l'associazione dei messaggi al canale cui si riferiscono avviene per
mezzo di una intestazione, in maniera dinamica
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LIMITAZIONI DEI SISTEMI DI SEGNALAZIONE SSOCIATA
• Hanno scarsa capacita' espressiva
•
sono nati per la segnalazione telefonica e sono
pertanto scarsamente flessibili
•
associano una risorsa fisica di segnalazione ad
ogni canale telefonico in maniera statica -> non
ottimizzato
•
ammette ritardi di instaurazione della connessione
che potrebbero non essere accettabili per alcune
applicazioni numeriche
VANTAGGI DELLA SEGNALAZIONE A CANALE COMUNE
•
La segnalazione e' potenzialmente svincolata dalla commutazione e dalla
conversazione e puo' attuarsi senza i vincoli imposti da questi fattori
–
–
–
–
–
e' significativamente piu' veloce
e' ricca di informazione
consente di segnalare durante la conversazione
e’ flessibile nell'aggiunta o nella modifica di segnali
offre la possibilita' di supporto di controllo centralizzato della rete (gestione,
manutenzione, tariffazione ... = OAM Operation, Administration and
Maintanance)
– economica se correlata a un numero elevato di canali (centinaia)
•
Principali requisiti di un sistema di segnalazione a canale comune:
– affidabilita' elevata
– necessita' di associazione tra rete di segnalazione e rete di comunicazione
– necessita’di un sistema per assicurarsi della continuita' della connessione
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ASSOCIAZIONE TRA CANALE COMUNE E RETE
•
Modo associato: i messaggi di segnalazione vengono trasferiti tra due centri di
commutazione mediante una linea che termina negli stessi centri di commutazione della linea
su cui viene attivata la comunicazione.
–
–
•
Modo non associato: i messaggi vengono trasferiti tra due centrali utilizzando una o piu'
linee con percorso diverso da quello del gruppo di circuiti cui si riferiscono.
–
–
•
•
•
da non confondere con il modo associato della segnalazione convenzionale in cui il termine associato
si usa per indicare il fatto che i segnali utilizzano il percorso della conversazione o percorsi
permanentemente e individualmente associati al percorso della conversazione
le funzioni di canale comune vengono realizzate dalle stesse centrali di commutazione che effettuano
l'inoltro dell'informazione
completamente dissociato: i messaggi vengono trasferiti tra due centrali su un qualunque percorso
disponibile in accordo ai principi di instradamento e alle regole della rete
•
•
molto flessibile
complesso schema di indirizzamento
quasi-associato: i messaggi tra due centrali seguono un percorso diverso da quello della
comunicazione, ma sempre lo stesso per una prefissata coppia di centrali
I nodi della rete di segnalazione che elaborano le informazioni di segnalazione si dicono STP
(Signal Transfer Point).
CCSS N. 6 e' stato il primo sistema di segnalazione a canale comune standardizzato da ITUT per le reti analogiche.
Per le reti numeriche attuali si utilizza il CCSS N. 7
MODO ASSOCIATO E NON ASSOCIATO
• Rete di segnalazione di
tipo associato
• Rete di segnalazione di
tipo non associato
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UTILIZZO DEL SUPPORTO PCM PER REALIZZARE SEGNALAZIONE A
CANALE COMUNE
• Il canale 16 puo' essere utilizzato per il trasporto di
segnalazione a canale comune a 64 Kbit/s
– in questo modo si realizza effettivamente una segnalazione a canale
separato
– non e' piu' necessario l'allineamento multitrama
– nel PCM a 24 canali questo non e' possibile: si utilizza il bit extra con
una velocita' massima di 4 Kbit/s (1 bit una trama si' e una no)
• Inizialmente il PCM trasporta la segnalazione inter-registro
multifrequenza con codifica e decodifica dei segnali di registro
ed elaborazione come nel caso analogico.
• Nell'ottica di una rete integrata occorre che l'elaborazione
avvenga tutta sulla forma codificata per consentire una
selezione veloce.
SISTEMA SS7
•
Esistono versioni successive dello standard ITU-T:
•
Definisce 3 entita' funzionali:
•
ARCHITETTURA DI RETE: si basa su due piani operativi
– 1980
– 1984
– 1988 include specifiche per l'uso di SS7 nella rete ISDN
– SP (Signalling Point): e' un qualunque punto della rete di segnalazione in grado di trattare
i messaggi di segnalazione SS7.
– puo' essere un punto terminale in grado di trattare solo le informazioni ad esso dirette
– STP (Signal Transfer Point): e' un punto di segnalazione in grado di instradare i messaggi
di controllo.
– puo' essere un nodo di transito o un terminale
– SL (Signalling link): e' una linea che collega punti di segnalazione
– Controllo:
• instaura e gestisce le connessioni
•
Es: in ISDN le connessioni vengono richieste utilizzando il canale D.
• I.451/Q.931 stabilisce le regole per il dialogo utente-centrale locale
• la centrale locale funge da SP e traduce i messaggi di segnalazione di utente in messaggi di
controllo SS7
• una volta stabilita la connessione l'informazione viene trasferita da un utente all'altro in modo endto-end nel piano di informazione
– Informazione:
• trasferisce le informazioni di utente
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STRUTTURA DELLA RETE DI SEGNALAZIONE
• Per ragioni di affidabilita' si organizzano gli STP su piu' livelli
gerarchici. ITU-T suggerisce le seguenti linee guida:
– Con un solo livello di STP
•
•
ogni SP che non e' anche STP viene connesso ad almeno 2 STP
l'interconnessione tra STP e' a maglia completa
– Con due livelli di STP
•
ogni SP che non e' anche STP e' connesso ad almeno 2 STP del livello
inferiore
•
ogni STP di livello inferiore e' connesso ad almeno 2 STP del livello
superiore
– gli STP di livello superiore sono connessi a maglia completa
• Si progetta la rete a due livelli in modo che il livello piu' basso
gestisce il traffico di una particolare zona e il livello piu' alto il
traffico inter-zona.
Schema di rete
• tra ogni coppia di punti di segnalazione i messaggi
attraversano 1 o 2 STP
– basso ritardo
• il guasto di un STP non pregiudica la comunicazione
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ARCHITETTURA DEL PROTOCOLLO DI SEGNALAZIONE
Descrizione architettura a strati
• I tre strati piu' bassi costituiscono la MTP (Message Transfer
Part) e forniscono un servizio connection-less affidabile per
l'instradamento dei messaggi SS7
– signalling data link: caratteristiche fisiche ed elettriche delle linee di
segnalazione
– signalling link: strato di linea per il trasporto affidabile e in sequenza dei
dati
– signalling network: instrada i messaggi di segnalazione
• questo insieme di strati non corrisponde ai primi tre strati OSI
per quanto riguarda la parte connection-oriented
• nella versione del 1984 fu aggiunto SCCP (Signalling
Connection Control Part) che fa parte del livello 4 di SS7
– offre un insieme di servizi di rete conformi al servizio di rete OSI
• SCCP + MTP = NSP ( Network Service Part)
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MONITORAGGIO D'ERRORE
Ci sono due tipi di monitoraggio del tasso di errore della linea:
•
Signalling unit error-rate monitoring: durante il servizio fornisce un criterio per
dichiarare quando la linea e' fuori servizio
– T = soglia al disopra della quale un errore viene segnalato a livello 3 (fuori servizio)
– 1/D = tasso di errore (rapporto tra unita' di segnalazione errate e unita' trasmesse) che si
considera per il fuori servizio
– Un contatore inizializzato a 0 si incrementa di 1 per ogni unita' di segnalazione errata e si
decrementa di 1 ogni D unita' di segnalazione ricevute.
– Quando il contatore supera la soglia T si dichiara il fuori servizio (segnalazione a livello 3)
– Per link a 64 Kbit/s si fissa T = 64 e D = 256 (tasso di errore 1/D=0.004)
– Questa tecnica prende il nome di leaky bucket: consente da un lato di rivelare un certo
tasso di errore e di assorbire errori a “burst”
•
Alignment error-rate monitoring:
– viene impiegato in fase di inizializzazione in cui trasmettitore e ricevitore sono in corso di
allineamento in relazione al flag.
– un contatore viene inizializzato a 0 e incrementato per ogni unita' errata
– se il contatore supera la soglia prima della fine del periodo di prova si ricomincia.
– Dopo 5 fallimenti la linea e' dichiarata inaffidabile
Getsione del traffico a livello 3
•
•
Si utilizza per deviare il traffico da una linea non disponibile a una o piu'
linee disponibili senza perdita di messaggi o duplicazioni.
Il change-over viene attivato quando si riconosce una linea non disponibile
( ad esempio quando il monitoraggio di livello 2 link error-rate monitoring lo
segnala)
– trasmissione e ricezione di MSU sulla linea cessano
– si identificano i messaggi che si trovano nel buffer di ritrasmissione e che non
sono stati ricevuti dall'unita' remota
– i messaggi identificati vengono trasferiti al buffer di trasmissione della linea
alternativa
•
In particolare:
– un punto di segnalazione che riconosce l'indisponibilita' invia un COO (Change
Over Order) al punto di segnalazione remoto su un link disponibile. In esso
viene segnalato il numero di sequenza dell'ultimo messaggio ricevuto sul link
non disponibile
– il punto di segnalazione remoto risponde con un COA (Change Over
Acknowledgement che contiene il numero di sequenza dell'ultima MSU
accettata. La trasmissione puo' riprendere sulla linea alternativa.
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Change-over
Gestione dei percorsi
• Viene utilizzata per fornire informazioni sullo stato della rete
• Es: controllo della congestione a livello STP: occorre
controllare tutti i punti di segnalazione che inviano messaggi
su una linea in uscita a un STP
• Il buffer associato a una linea di uscita di STP ha tre livelli di
soglia:
–
–
–
–
–
–
attivazione della congestione T
abbattimento congestione A
scarto D
con A<T<D
D e' la capacita' del buffer.
L'insieme dei cammini che utilizzano la linea e' in congestione o meno
a seconda della storia dell'occupazione del buffer.
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Funzionamento
• quando la linea non e' in congestione e l'occupazione del
buffer supera T la linea assume lo stato di congestione
– il messaggio TFC (Transfer Controlled Message) viene inviato alla
sorgente del messaggio che ha causato la congestione e a tutte le
sorgenti dei messaggi successivi finche' la linea e' in congestione
• quando l'occupazione del buffer scende al di sotto di A cessa
la trasmissione dei messaggi TFC e il link non e' piu'
congestionato
• L'effetto di isteresi associato alle due soglie previene
cambiamenti di stato troppo frequenti
• quando un punto di segnalazione riceve i messaggi TFC non
trasmette piu' messaggi sul percorso coinvolto
RIPRISTINO DEL FUNZIONAMENTO NORMALE
• per ripristinare il funzionamento normale si fa uso di
due contatori:
– T15: viene attivato alla ricezione di un TFC. Se il tempo
finisce il nodo fa un test RCT (Routing set Congestion Test)
verso la destinazione secondo il percorso normale
– T16: e' il tempo che il punto di segnalazione attende dopo
l'invio di RCT. Se entro T16 arriva un TFC si resetta il
contatore T15 e si inizia di nuovo il processo. Se T16 scade
il nodo assume che la condizione di congestione e'
terminata
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Esempio di procedura SS7
Attivazione di una connessione telefonica su ISDN
•
•
•
•
il processo viene attivato da un messaggio SETUP di I451/Q931 sul canale D tra utente e
centrale ISDN
il SETUP contiene le informazioni sulle caratteristiche della chiamata
se la centrale riconosce il destinatario come connesso ad un'altra centrale viene inviato un
INITIAL ADDRESS message a tale centrale
–
–
–
contiene il numero ISDN del chiamato
contiene il tipo di connessione (es 64 Kbit/s trasparente)
identita' del circuito fisico selezionato verso la centrale successiva e relative caratteristiche
–
–
–
–
e' un ack per la centrale origine di avvenuta connessione
indica che il chiamato e' libero e lo si sta avvertendo
puo' trasportare informazioni di addebito
puo' contenere richiesta di invio di informazioni relative alla chiamata
•
ad ogni transito tale messaggio viene ricevuto ed analizzato per stabilire la connessione
interna alla centrale
se la centrale finale necessita di informazioni addizionali le richiede mediante un backward
setup message (es: numero del chiamante)
se la connessione puo' essere stabilita la centrale notifica al chiamato la chiamata entrante
mediante un messaggio I451/Q931 sul canale D
l'utente finale invia ALERT e la centrale locale genera l'address complete message
•
•
•
quando la centrale origine riceve il precedente messaggio avvisa il chiamante
quando il chiamato risponde viene inviato un answer message
a questo punto la connessione e' avvenuta e inizia il conteggio dell'addebito
•
•
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RILASCIO CONNESSIONE
•
•
•
Viene attivata da DISC I451/Q931 sul canale D: la centrale inizia immediatamente il rilascio del percorso
che supporta il canale B
Si basa su tre messaggi:
–
–
–
release
released
release complete
–
–
–
–
attivazione del timer T12 in attesa del messaggio released dalla centrale che ha inviato release
invio del release alla centrale successiva
disconnessione del percorso interno
invio del released a disconnessione avvenuta e attivazione del timer T1
–
–
se un messaggio release complete non viene ricevuto entro T1 la centrale ripete il messaggio released
se trasmissioni ripetute di released non vengono riconosciute viene inviato un segnale di reset e viene avvisata la
manutenzione
RLC
REL
RLSD
•
la centrale locale contemporaneamente al rilascio dei circuiti invia alla centrale a valle il messaggio release
che si propaga anche a tutte le seguenti
una volta rilasciate le risorse interne la centrale locale invia un messaggio di avvenuto rilascio all'utente e
released message alla centrale successiva; attiva un timer T1 per assicurarsi che il messaggio venga
ricevuto
Ad ogni centrale intermedia la ricezione di un release message causa:
•
•
in seguito a ricezione di released invio di release complete alla centrale precedente
Uso dei timer
•
se il messaggio released non viene ricevuto entro T12 viene inviato un segnale di reset e avvisata la
manutenzione
L'uso dei tre messaggi soddisfa requisiti di velocita' e affidabilita':
release consente un veloce svincolo dei circuiti
released e released complete assicurano che il circuito venga effettivamente rilasciato su tutta la tratta
•
•
•
•
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