Arquitetura Funcional do Sistema de Sinalização Nº 7
Este tutorial apresenta as características e os conceito básico da arquitetura funcional do Sistema de Sinalização nº 7.
Loreno Menezes da Silveira
Loreno Menezes da Silveira exerce a função de Diretor de Tecnologia da KNBS.
Loreno foi gerente de Planejamento de Universalização da Agência Nacional de Teleco municações -ANATEL, de 2002 a 2004, Gerente sênior de Tecnologia e Planejamento de Rede na Vésper S/A de 1999 a 2002 e anteriormente trabalhou no CPqD, tendo exercido as funções de pesquisador, coordenador de projeto e Gerente de Engenharia de Sistemas desde 1978, tendo atuado no projeto TROPICO e na área de Redes SDH e ATM.
Formado em Engenharia Eletrônica em 1975, pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica e com Pós Graduação na área de Automação pela Unicamp (1983) foi também Professor Assistente de Otimização de Sistemas na PUC - Campinas de 1980 a 1985.
No nível internacional exerce a função de Co-relator da Questão 7/1 do SG 1 do ITU-D tendo participado ativamente do SGXI do ITU-T de 1984 a 1997.
Email: loreno@knbs.com.br
Categorias: Telefonia Celular, Telefonia Fixa
Nível: Introdutório Enfoque: Técnico
Sinalização Nº7: Introdução
Vimos anteriormente como a função e a forma da sinalização tem evoluído nas redes de telecomunicações. Inicialmente a sinalização (por canal associado) tinha por objetivo a troca de informações de um centro de comutação, com os usuários ou com outros centros, para assegurar a supervisão e o controle das conexões. Posteriormente (especialmente nos últimos 20 anos), a sinalização por canal comum generalizou o conceito de sinalização de forma a incluir qualquer interação de controle ou gerencial, de chamadas ou de serviços, transferida sobre um canal de dados através de mensagens binárias.
Vimos também que o Sistema de Sinalização nº7 do ITU-T (SS Nº7) é um sistema de sinalização por canal comum e como tal nasceu como um sistema dedicado, cujas aplicações residem ou em nós da rede de circuitos comutados ou em centros especializados, utilizando uma rede dedicada e uma arquitetura própria, embora compatível com o Modelo OSI, vale dizer aberta.
O SS Nº7 representa, hoje, a forma de comunicação utilizada para a interação e controle entre os nós dos seguintes tipos de redes de telecomunicações:
Rede Telefônica Comutada Pública;
Rede Digital de Serviços Integrados de Faixa Estreita; Rede Digital de Serviços Integrados de Faixa Larga; Rede Inteligente;
Rede Terrestre Móvel Pública; Rede Virtual Privativa.
Entretanto a aplicação do SS Nº7 tem sido exigida em contextos ainda mais complexos de interoperabilidade com redes ATM ou IP, ocasionando o desenvolvimento conjunto de padrões entre o ITU e o IETF. Neste quadro, surgiu o requisito de utilização dos protocolos do SS Nº7 por diferentes suportes de rede, embora esta também fosse uma questão bastante estudada, e stacks de protocolos, como a IS41, já tivessem sido concebidos e demonstrado em campo esta possibilidade.
Desta forma, o conjunto de protocolos do SS Nº7 que passamos a descrever não se limita às redes anteriormente mencionadas, mas refere-se inclusive ao transporte destas de aplicações por meio de outras redes de pacotes (observados os limites de segurança e qualidade de serviço aplicáveis), assim como possibilita o transporte/ suporte de aplicações Internet sobre a rede de sinalização.
Sinalização Nº7: Divisão Funcional Básica
A figura abaixo ilustra a arquitetura do Sistema de Sinalização Nº 7 generalizado, comparando-a com o Modelo de Referência da ISO de sete camadas. A figura reflete uma partição funcional, ou seja, um alinhamento de arquitetura (portanto, de abstração máxima do modelo), onde o SS Nº7 não representa exatamente um padrão, mas um conjunto de funcionalidades objetivo.
Os usuários "potenciais" do SS Nº7 são processos residentes em diferentes nós da rede de telecomunicações (tipicamente, centrais digitais controladas por programa armazenado, servidores ou centros especializados no provimento de serviços ou registro de assinantes, centralizados de gerência, etc.) para os quais existe a necessidade de comunicação entre si e o meio de comunicação mais adequado envolve Subsistemas do SS Nº7.
Consideram-se os seguintes blocos funcionais:
Subsistema de Transferência de Mensagens (Message Transfer Part - MTP);
Subsistema de Controle de Conexões de Sinalização (Signalling Connections Control Part - SCCP); Subsistema de Usuário Telefônico (Telephone User Part - TUP);
Subsistema de Usuário para a RDSI (ISDN User Part - ISDN UP ou ISUP);
Controle de Chamadas Independente de Suporte (Bearer Independent Call Control - BICC);
Subsistema de Aplicação da Capacidade de Transações (Transaction Capabilities Application Part -TCAP);
Protocolo de Aplicação para a Rede Inteligente (Intelligent Network Application Protocol - INAP); Subsistema de Aplicação para Serviço Móvel (Mobile Application Part - MAP);
Subsistema de Aplicação de Operação e Manutenção (Operations, Maintenance Administration Part -OMAP);
Elementos de Serviço de Aplicações ( Application Service Elements - ASE);
Mecanismo de Transporte para Aplicações (Application Transport Mechanism- APM); Rede Virtual Privativa (Virtual Private Network - VPN);
Figura 1: Arquitetura do SS Nº7.
O princípio fundamental da estrutura do SS Nº7 é a divisão em funções em de um lado um Subsistema de Transferência de Mensagens (Message Transfer Part - MTP) e de outro lado para os diferentes tipos de usuários, diferentes Subsistemas de Usuário (User Parts - UP).
O termo usuário, neste contexto, se refere a toda entidade funcional que utilize a capacidade de transporte fornecida ou pelo Subsistema de Transferência de Mensagens ou por outro conjunto de protocolos capaz de interfuncionar com este.
A função geral do Subsistema de Transferência de Mensagens é servir como um sistema de transporte confiável para as mensagens de sinalização.
O fator comum básico na sinalização para diferentes serviços resultante deste conceito é o uso de um sistema comum de transporte, com uma qualidade de serviço e confiabilidade tão acurada quanto aquelas fornecidas pelo MTP.
Sinalização Nº7: Descrição Geral
As funções do MTP encontram-se estruturadas em 3 níveis funcionais, estando elas descritas abaixo.
Nível 1: Enlace de Dados de Sinalização. O Nível 1 define as características físicas, elétricas e funcionais e meios de acesso referentes aos enlace de dados de sinalização. Um enlace de dados de sinalização ou enlace de dados é um caminho bidirecional para sinalização, incluindo dois canais de dados operando juntos em direções contrárias na mesma taxa de transmissão. Em um ambiente digital, caminhos digitais a 64kbit/s são utilizados normalmente como enlace de dados. O enlace de dados pode ser acessado através de uma função de comutação de circuitos (sobretudo em centros de comutação digital), mas outros tipos de enlaces de dados, tais como enlaces analógicos com Modems podem se mostrar viáveis também.
Nível 2: Enlace de Sinalização. O Nível 2 define as funções e procedimentos relativos a transferência de mensagens de sinalização sobre um enlace de dados individual. As funções do Nível 2 em conjunto com o enlace de dados como suporte, fornecem um enlace de sinalização para a transferência confiável de mensagens entre dois pontos.
Deve-se observar que os Níveis 1 e 2 do MTP foram concebidos num contexto de Rede Digital de Serviços Integrados de Faixa Estreita. Numa rede ATM utilizada também como suporte de sinalização, outros protocolos e funcionalidades são utilizados.
Nível 3: Rede de Sinalização. O Nível 3 define as funções e procedimentos de transporte que são comuns e independentes da operação dos enlaces de sinalização. Estas funções estão contidas em duas categorias básicas:
Funções de Tratamento das Mensagens: Estas são as funções que para uma dada transferência de mensagens, endereçam a mensagem ao enlace de sinalização ou Subsistema de Usuário conveniente; Funções de Gerência da Rede de Sinalização: Estas são funções que, sobre uma base de dados predeterminada e informações sobre os estados da rede de sinalização, controlam o encaminhamento de mensagens e a configuração geral dos recursos da rede de sinalização. Na ocorrência de mudanças naqueles estados, estas funções também controlam reconfigurações e outras ações para preservar e restaurar a capacidade normal de transferência de mensagens.
O Nível 3 também evoluiu em função de novas tecnologias, porque novos Subsistemas de Usuários foram criados, e porque o desempenho da sinalização é função também de sua taxa de transferência, como se verá a seguir.
Cabe observar que um único enlace de sinalização operando a 64kbit/s pode cursar, em um determinado instante, a sinalização de um elevado número de chamadas (cerca de 4000 a 6000) e que por esta razão o MTP foi especificado para fornecer uma transferência muito precisa e confiável das mensagens de sinalização (veja quadro abaixo).
Em conseqüência, o serviço de transferência de mensagens fornecido pelo MTP foi simplificado ao máximo, de modo a apresentar algumas limitações funcionais, a saber:
Utiliza endereçamento independente da rede telefônica, não tirando proveito de seu encaminhamento hierárquico que permite o acesso a toda rede;
Não interfunciona com protocolos baseados no modelo OSI (X.25 p.ex.);
datagramas ou facilidades de conexões lógicas estabelecidas sobre a rede de sinalização;
Não permite transferência de sinalização extremo a extremo passando por mais de uma rede de sinalização.
Figura 3: Parâmetros de Qualidade da Rede de Sinalização.
O SCCP provê funções adicionais ao MTP para fornecer serviços de rede orientados ou não orientados a conexão na transferência de informações de sinalização, relacionadas ou não ao controle de circuitos. O SCCP permite:
Controlar conexões lógicas numa rede de sinalização;
Transferir unidades de dados de sinalização através da rede de sinalização, com ou sem a utilização de conexões lógicas de sinalização.
O SCCP fornece uma função de encaminhamento que permite que as mensagens de sinalização sejam encaminhadas por um ou mais pontos de sinalização de acordo com um Título Global, que pode ser, por exemplo, alguns ou todos os dígitos discados na origem, para uma posterior tradução.
O SCCP também dispõe de uma função de gerência, complementar aquela do MTP e que permite a supervisão da disponibilidade das aplicações que suporta (por exemplo, residentes numa Base de Dados) e o re-encaminhamento das mensagens de sinalização destinadas a Subsistemas indisponíveis ou congestionados a outros pontos onde estas informações se encontram replicadas.
A combinação do MTP e SCCP é denominada Subsistema de Serviço de Rede (Network Service Part -NSP). O NSP satisfaz os requisitos da camada 3 do Modelo OSI.
O Subsistema de Usuário Telefônico (Telephone User Part - TUP) é utilizado por processos de tratamento de chamadas telefônicas para estabelecer e liberar chamadas, supervisionar circuitos e grupos de circuitos. O TUP é um aplicativo fechado que realiza funções equivalentes às camadas de aplicação, apresentação e sessão, isto é, pra cada nova chamada gera uma instância equivalente a uma sessão, processa os elementos de informação correspondentes tratando de sua sintaxe e semântica.
O TUP tornou-se um Subsistema ultrapassado, na medida que suas funções podem ser realizadas também pelo ISDN UP (veja a seguir).
O Subsistema de Usuário para a Rede Digital de Serviços Integrados (Integrated Services Digital Network User Part - ISDN UP ou ISUP) é utilizado por processos de tratamento de chamadas para fornecer:
As funções de sinalização necessárias para permitir serviços de suporte ou suplementares para aplicações de voz ou dados em uma Rede Digital de Serviços Integrados (Integrated Services Digital Network - ISDN) ;
por circuitos comutados dedicadas.
Em particular o ISDN UP atende aos requisitos definidos pelo ITU-T para o tráfego telefônico ou de dados por circuitos comutados internacional automático e semi-automático.
O ISUP pode utilizar o serviço de transporte do MTP ou do NSP dependendo da aplicação.
O Subsistema de Aplicação da Capacidade de Transações (Transactions Capabilities Application Part -TCAP) tem por objetivo proporcionar um protocolo de aplicação que possa servir como suporte para diversos serviços de aplicação que necessitem trocar informações de sinalização não associada ao controle de circuitos comutados.
O TCAP é o protocolo cujos procedimentos simplificados permitiram a realização de operações remotas no SS Nº7, sejam estas, entre outras, referentes a aplicações da Rede Inteligente, sejam referentes a aplicações do Serviço Móvel.
O Subsistema de Aplicação para Administração, Operação e Manutenção (Operations, Maintenance and Administration Application Part - OMAP) tem por objetivo proporcionar um conjunto de protocolos de aplicação para suportar atividades de Operação, manutenção e Administração da rede de sinalização.
As aplicações mais conhecidas do OMAP são o teste de verificação de encaminhamento MTP e SCCP. O Subsistema de Aplicações Móveis (Mobile Application Part - MAP) é utilizado por processos de controle de chamadas destinadas ou originadas na Rede Móvel Terrestre Pública (Public Land Mobile Network -PLMN).
Este Subsistema compreende as funções de camada 7 complementares a TCAP para a sinalização de: Handoff (Handover) entre Sistemas;
Roaming Automático; Supervisão dos circuitos; Controle das chamadas.
O Protocolo de Aplicação para Rede Inteligente (Intelligent Network Application Part - INAP) é utilizado por processos de controle de chamadas destinadas às plataformas de serviços de rede inteligente.
Este conjunto de protocolos compreende as funções de camada 7 complementares a TCAP para a sinalização entre as seguintes entidades funcionais:
Função de comutação/Acesso a Serviços (Service Switching Function - SSF); Função de Controle de Serviços (Service Control Function -SCF);
Função de Recursos Especializados (Specialised Resource Function); Função de Dados de Serviço (Service Data Function).
O protocolo de Controle de Chamadas Independente de Suporte (Bearer Independent Call Control - BICC) fornece as funções de sinalização necessárias para suportar serviços ISDN independentemente da tecnologia de suporte e da tecnologia de transporte da sinalização utilizadas.
ambientes de rede, onde a separação entre Controle de Chamadas e Controle de Suporte (o que corresponde mais ou menos a Sinalização de Registro e Sinalização de Linha) foi efetivada, permitindo o estabelecimento, supervisão e liberação de chamadas, independentemente do estabelecimento dos circuitos. A estrutura do BICC está alinhada com a estrutura da camada de Aplicação OSI. A formatação das mensagens do BICC é a mesma das mensagens do ISDN UP, embora o BICC não seja um protocolo orientado a mensagens, mas flexível e orientado a objeto (instância), o que permitirá a cooperação local entre os processos de aplicação (por exemplo, de Serviços Suplementares, de Rede Inteligente e de Controle de Chamadas) sem necessidade de Interfuncionamentos.
O Subsistema de Usuário para a Rede Digital de Serviços Integrados de Faixa Larga (Broadband Integrated Services Digital Network User Part - B-ISDN UP ou B-ISUP) é utilizado por processos de tratamento de chamadas para fornecer as funções de sinalização necessárias para permitir serviços de suporte ou suplementares para aplicações de voz ou dados em uma Rede Digital de Serviços Integrados de Faixa Larga (Broadband Integrated Services Digital Network - B-ISDN).
O Mecanismo de Transporte de Aplicações (Application Transport Mechanism - APM) é um protocolo de aplicação, utilizado por aplicações que requerem um suporte em conjunto com o fluxo de informação de aplicação de sinalização e fornece às aplicações que o utilizam, os serviços de associação de sinalização, bem como um suporte entre aplicações pares.
O protocolo de Extensão ao Controle de Chamadas Independente de Suporte (Bearer Independent Call Control Extension - BICC.) fornece as funções de sinalização necessárias para suportar aplicações de tunelamento ou outras necessárias ao controle do suporte em um ambiente de rede, onde exista separação entre Controle de Chamadas e Controle de Suporte. O BICC e é um usuário APM, ou seja utiliza o protocolo APM, suportado pelo ISUP ou BICC para a sinalização.
O protocolo de Redes Virtuais Privativas (Virtual Private Networks - VPN) fornece as funções de sinalização necessárias para suportar aplicações da Rede de Serviços Integrados Privativa ( Private Integrated Service Network - PISN) para suportar a sinalização de equipamentos PABX em redes corporativas.
Sinalização Nº7: Rede Digital de Serviços Integrados de Faixa Estreita
O conceito de Rede Digital de Serviços Integrados de Faixa Estreita (Narrowband Integrated Services Digital Network - N- ISDN) tem sido, como o Modelo OSI, um conceito abrangente que condensa métodos e experiências, expressando uma estrutura de convergência de serviços e protocolos, mais do que um conjunto de padrões.
Faz parte deste arcabouço, a metodologia de especificação de serviços utilizada no ITU-T e hoje disseminada em outros fora, em 3 estágios, onde o primeiro estágio representa o levantamento de requisitos, o segundo estágio estabelece os fluxos de informação necessários, e o terceiro estágio detalha os protocolos. Neste contexto também se enquadra o estabelecimento de uma configuração de referência para a rede em estudo, com interfaces claramente definidas. Isto permite uma especificação modular do Sistema, flexibilidade de implementação com diferentes fornecedores de equipamentos e flexibilidade de implantação para o Operador da Rede.
Além destas razões, foi particularmente útil pensar a N-ISDN a partir de uma Configuração de Referência, pois não havia inicialmente uma definição quanto a repartição de funcionalidades e inteligência mapeadas em cada segmento da rede.
Figura 4: Configuração de Referência do Acesso ISDN.
Também faz parte dos métodos de abordagem ISDN, o estabelecimento de um Modelo tridimensional de protocolos de comunicação na rede, envolvendo o plano da prestação do serviço (Plano de Usuário), o plano da sinalização (Plano de Controle) e o Plano de Gerência.
Percebeu-se de forma muito clara que os meios de telecomunicações destinam-se a comunicação entre os usuários, mas podem e devem ser utilizados para sinalização de existência e progresso de uma conexão e para fins de supervisão de falhas, envio de sinais de manutenção (bloqueio, por exemplo), etc.
A figura abaixo apresenta o Modelo para a comunicação no Acesso ISDN, onde são necessárias apenas 3 Camadas, mas pode ser generalizada para em contextos mais amplos que venham a envolver uma estrutura de protocolos similar ao Modelo OSI de 7 Camadas.
Figura 5: Modelo de Referência ISDN de protocolos.
O Meio Físico pode ser qualquer meio de transmissão digital, definindo-se um Acesso Básico de 144 kbit/s sobre a linha de assinante ou Acesso Primário 2048 kbit/s sobre um enlace PCM tipo E1.
Sinalização Nº7: Rede Digital de Serviços Integrados de Faixa Larga
Figura 6: O Conceito de ATM.
Figura 7: O Conceito de Células ATM.
O Modelo de Referência para a B-ISDN reconhece a existência de 3 planos independentes, o Plano de Usuário onde trafega a informação objetivo, o Plano de Controle que se refere às informações de sinalização e o Plano de Gerência onde se dá o fluxo de informações de operação, supervisão e manutenção.
Figura 8: Modelo de Referência B-ISDN.
O Plano de Controle, no segmento de rede onde se aplica o SS Nº7, reconhece os protocolos da Figura 9.
Sinalização Nº7: Redes - Inteligente, Móvel Terrestre Pública e Virtual Privativa Rede Inteligente
O Conceito de Rede Inteligente, conforme já mencionamos em outro trabalho, originou-se a partir do conceito de Rede Controlada por Programa Armazenado (Stored Program Controlled Network - Rede SPC). Neste tipo de rede, todas as centrais têm a possibilidade de interromper o processamento de chamadas ao identificar a presença de um trigger e buscar instruções em uma ou mais base de dados, como prosseguir com a chamada. Posteriormente este conceito passou a designar, além do conjunto de capacitações para novos serviços disponíveis pela Arquitetura de Rede SPC e pelo SS Nº7, a flexibilidade de evolução para novos serviços obtida pelo estabelecimento de interfaces definidas.
Desta forma, durante algum tempo permaneceu implícito no próprio conceito de ISDN, até que ficou clara a limitação de escopo dos modelos ISDN, onde o foco residia no conceito de Acesso ou Comutação, em contraposição ao conceito de Rede SPC, onde a abordagem expressa uma estruturação das funcionalidades necessárias em dois planos ou níveis distintos, o Plano de Comutação (Suporte) e o Plano dos Serviços. No Plano dos Serviços reside a lógica de customização dos serviços e dados dos assinantes e no Plano de Acesso/Comutação, a lógica de acesso ou distribuição na rede das funcionalidades dos serviços. Posteriormente, no modelo adotado pelo ITU-T, cada um destes Planos se desdobrou em dois novos Planos, como ilustra a Figura 10.
Rede Móvel Terrestre Pública
A Rede Móvel Terrestre Pública (Public Land Mobile Network - PLMN) tem por objetivo geral fornecer o serviço móvel de telecomunicações em redes terrestres ao público.
A PLMN pode ser considerada uma extensão às demais redes, incluindo seus próprios recursos (centrais, estações de rádio base, etc) e compartilhando com a rede fixa, seus planos de numeração e encaminhamento.
A PLMN tem em comum com a Rede Inteligente, a estruturação em Planos Funcionais, o uso de interfaces abertas de sinalização, e os mesmos protocolos e blocos de implementação básicos do SS Nº7.
A PLMN fornece além do serviço de estabelecimento, supervisão e liberação de chamadas (que utiliza os serviços de supervisão de circuitos), os serviços de Roaming, Handoff ou Handover, que consistem em determinar a cada momento, a melhor Estação Rádio Base para a Estação Móvel, e realizar sua migração caso necessária, mesmo que haja chamadas em curso ou estabelecidas.
Rede Virtual Privativa
As Redes Privativas, onde o serviço majoritário é voz tem utilizado soluções proprietárias diversas, algumas utilizando plataformas ISDN (SS Nº7 - ISUP), outras utilizando plataformas de Rede Inteligente para prover aos seus usuários, independentemente da localização de seu estabelecimento base, o conforto na utilização e os serviços disponíveis em uma central privativa (PABX).
Por esta razão a ISO (JTC1/SC6/WG6) e o ITU-T tem desenvolvido padrões na área de Redes Privativas de Serviços Integrados , inclusive uma família de protocolos para sinalização entre as centrais (tipo PABX) pertencentes a estas redes.
De forma análoga a ISDN, tem-se o conceito de Redes Privativas de Serviços Integrados envolvendo o conjunto de centrais privativas interconectadas.
A topologia e cobertura destas redes atende aos requisitos da corporação.
A interligação entre as centrais privativas de serviços integrados pode ser realizada por linhas alugadas (e infra-estrutura de transmissão da rede pública) ou pela própria infra-estrutura de comutação da rede pública. Neste último caso, onde se considera que há uma considerável redução de custos tanto para a rede privativa quanto para a rede pública, o equipamento envolvido na rede pública funcionalmente faz parte da rede privativa, originando desta forma o conceito de Rede Virtual Privativa (Virtual Private Networks - VPN). Para viabilizar esta solução foi necessário desenvolver um mecanismo de transporte e um aplicativo do SS Nº7 para Redes Virtuais Privativas que fosse transportado transparentemente pelo ISUP.
Sinalização Nº7: Teste seu Entendimento
1. Os Subsistemas de Usuário do SS Nº7 designam:
Os processos de aplicação que tratam a lógica dos assinantes de serviços de telecomunicações controlados pelo SS Nº7;
As instâncias dos processos de aplicação de chamadas originadas por assinantes de serviços de telecomunicações controlados pelo SS Nº7;
As instâncias dos processos de aplicação de chamadas originadas por usuários de serviços de telecomunicações controlados pelo SS Nº7;
Os processos de aplicação que tratam a lógica de serviços de telecomunicações controlados pelo SS Nº7.
2. O SCCP provê funções adicionais, para fornecer serviços de rede orientados ou não orientados a conexão na transferência de informações de sinalização:
Ao Nível 3 do NSP; Ao MTP;
Ao Nível 2 do MTP; Ao ISDN UP. 3. O TCAP provê :
Serviços de transferência associados e não associados a circuitos; Serviços de transporte de aplicação;
Suporte para diversos serviços de aplicação que necessitem trocar informações de sinalização não associada ao controle de circuitos comutados;
