SCC Nº 7

Contribuições para a Implementação do

Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 em

uma Central Telefônica Baseada em

Ambiente de Processamento Distribuído

Dissertação apresentada ao Curso de Pós-Graduação em Ciência da Computação do Instituto de Ciências Exatas da Universida-de FeUniversida-deral Universida-de Minas Gerais, como requisito parcial para a obtenção do grau de Mestre em Ciência da Computação.

Belo Horizonte

Resumo

Em decorrência da evolução tecnológica nos campos da informática e das telecomunicações, fez-se necessária uma modernização da sinalização telefônica, que consiste basicamente na troca de informações de controle, gerenciamento e supervisão entre as centrais telefônicas e outros componentes das redes de telecomunicações. Com isso, foi especificado mundialmente um novo padrão que provê uma moderna rede digital de controle e transporte de dados, conhecido como Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 - SS7.

O presente trabalho apresenta o estudo e a implementação do SS7 e seus protocolos aplica-dos à Central Telefônica ELCOM da Batik Equipamentos S/A. É enfocada a implementação inicial do elemento fundamental da sinalização SS7 — o Subsistema de Transferência de Mensagens - MTP — na Central ELCOM e as subseqüentes evoluções para implementação de um MTP descentralizado dentro da arquitetura de processamento distribuído da Central.

Abstract

Due to the technological evolution in the computing and telecommunications fields, an up-date in telephone signaling becomes necessary, which basically consists of exchanging control, management and supervision information among telephone switches and other telecommunica-tion networks components. Therefore a new worldwide standard was proposed, which provides a modern digital network for data control and transfer, known as Common Channel Signaling System No. 7 – SS7.

This work presents the study and implementation of SS7 and its protocols applied to the EL-COM Switch from Batik Equipments. The work is focused on the initial implementation of the SS7 Signaling fundamental element, the Message Transfer Part - MTP, in the ELCOM Switch, and the subsequent evolution to a decentralized MTP inside the Switch distributed processing architecture.

Agradecimentos

Ao meu orientador, Antônio Otávio, que além de zelar pelo progresso deste trabalho e pela coordenação do convênio entre o DCC/UFMG e a Batik, garantiu apoio e incentivo fundamentais durante todo este trabalho e me recebeu sempre com camaradagem e amizade. Ao Welter e ao Marcelo, que estiveram “no mesmo barco que eu”, sendo muito mais que

co-legas de Mestrado e de projeto no convênio Batik/DCC, grandes amigos e companheiros. À equipe de desenvolvimento da Batik, em especial ao Abílio e ao Eugênio, que participaram ativamente de todo o processo; mas sem esquecer de todo o pessoal restante. Ao José Edgard, que à frente da coordenação por parte da Batik no convênio com o DCC/UFMG, nos recebeu com total atenção, respeito, transparência, cordialidade e apoio. Agradeço também à Batik por proporcionar aos pesquisadores da Universidade

instigantes trabalhos de alto caráter prático e interesse científico. Ao professor José Monteiro, que não me deixou esquecer em momento algum a

relevância e seriedade deste trabalho acadêmico. Ao professor Claudionor José, que me deu orientações práticas importantes sobre

como buscar um texto claro, conciso, coerente e bem ilustrado . Ao Marco Aurélio, que na “reta final” me forneceu valiosas contribuições para

análise de diversos aspectos da implementação. Aos funcionários(as) do Departamento de Ciência da Computação da UFMG,

sempre cordiais, prestativos e eficientes. Aos colegas do convênio, bem como demais colegas e amigos no Departamento de Ciência da Computação, que tornaram sempre descontraído e animado o ambiente do Campus. Aos meus irmãos(ãs) e cunhados(as) e aos (felizmente, muitos!) bons amigos(as), que com seu companheirismo me trouxeram constante incentivo, compreensão e apoio. A Deus, que me deu ânimo e forças diante de todas as situações, em especial na solitária e angustiante tarefa de sintetização de todas as informações e atividades envolvidas neste

trabalho, resultando na presente dissertação. Contudo, dedico especialmente este trabalho aos meus pais, Carlos e Daisy, aos quais, mais do que o reconhecimento com respeito, orgulho e felicidade por todo o amor, dedicação e a-poio incondicionais e permanentes que deles recebo, devo uma sólida base para minha vida.

Sumário

Índice de Figuras vi

1 Introdução 1

1.1 Motivação e objetivos ... 1

1.2 Convênio Batik / DCC: Trabalhos relacionados... 3

1.3 Fundamentos de telefonia ... 3

1.4 Sinalização telefônica... 5

1.5 Sistema de sinalização por canal comum nº 7: SS7 ... 7

2 Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 – SS7 9 2.1 Considerações sobre o SS7 na telefonia... 10

2.2 Áreas de pesquisa sobre SS7... 10

2.3 Protocolos da rede SS7... 12

2.4 Fundamentos da rede SS7 ... 13

3 Subsistema de Transferência de Mensagens – MTP 16 3.1 Nível físico – MTP1... 16

3.2 MTP2... 17

3.2.1 Unidade de sinal - SU... 17

3.2.2 Funções do MTP2 ... 18

3.3 MTP3... 20

3.3.1 Tratamento de mensagens ... 20

3.3.2 Gerenciamento de rede... 21

4 A Central ELCOM Batik 22 4.1 Estrutura de Hardware da Central ELCOM ... 24

4.1.1 A Estrutura de Controle da Central ELCOM ... 24

4.1.2 Barramento externo e placas telefônicas da central ELCOM ... 25

4.1.3 Estrutura de Comutação ... 27

4.1.4 Arquitetura: Ponto de vista computacional ... 29

4.2 Estrutura de Software da Central ELCOM ... 30

4.2.1 Sistema Básico ... 32

4.2.2 Inicialização, Configuração e Reconfiguração... 33

4.2.3 Operação, Manutenção e Supervisão (OMS) ... 35

4.2.4 Processamento de Chamadas... 37

4.2.6 Carga do Programa Controlador da Central... 40

5 Implementação do SS7 na Central Batik ELCOM 42 5.1 Diretrizes para a implantação do SS7 na Central ELCOM... 42

5.2 Implementação do SS7 na Central ELCOM ... 43

5.2.1 Nível físico – MTP1... 44

5.2.2 MTP2... 44

5.2.3 MTP3... 44

5.2.4 Subsistemas de aplicação usuária: TUP e ISUP... 45

5.3 Aspectos da implementação do software do MTP... 45

5.3.1 Sistema “monolítico” em MS-DOS ... 45

5.3.2 Implementação multitarefa monoprocessada na Central ELCOM... 46

5.3.3 Implementação descentralizada na Central ELCOM ... 47

6 Conclusões 49 6.1 Resultados ... 50

6.2 Trabalhos futuros ... 51

A Normas aplicáveis de telecomunicações 52 A.1 Principais Recomendações ITU sobre SS7 ... 52

A.2 Outras Recomendações ITU de SS7 e Telefonia ... 53

A.3 Práticas Telebrás ... 53

B LEDS/SDL - Linguagem para Especificação e Descrição de Sistemas 55 C Referências na World Wide Web 57 C.1 Organismos Oficiais ligados a Telecomunicações... 57

C.1.1 União Internacional de Telecomunicações - ITU... 57

C.1.2 Brasil ... 57

C.1.3 Estados Unidos (EUA) ... 58

C.1.4 Entidades de pesquisa geral... 58

C.2 Sistema de Sinalização por Canal Comum #7 - SS7... 58

C.2.1 Tutoriais On-Line... 58

C.2.2 Referências e Informações Técnicas ... 58

Índice de Figuras

Figura 1.1: Linhas telefônicas e Central telefônica ... 4

Figura 1.2: Conceitos sobre redes telefônicas... 5

Figura 1.3: Tipos de sinais na sinalização telefônica convencional ... 6

Figura 1.4: Sinalização... 7

Figura 2.1: Áreas de Pesquisa macroscópica e microscópica do SS7 ... 11

Figura 2.2: Camadas do SS7 e comparação com o Modelo OSI ... 12

Figura 2.3: Exemplos de associação entre a sinalização e os canais de voz... 15

Figura 3.1: Unidades de sinal - SU ... 17

Figura 3.2: MTP Nível 3 - Funções e fluxo de mensagens... 20

Figura 4.1: Arquitetura da central ELCOM... 24

Figura 4.2: Arquitetura da Central – Ponto de vista computacional... 30

Figura 4.3: Interação entre principais módulos do sistema básico da central ELCOM... 32

Figura 4.4: Diagrama em blocos do subsistema de OMS da central ELCOM ... 35

Figura 4.5: Principais tarefas do processamento de chamadas na Central ELCOM ... 37

Figura 5.1: MTP “monolítico” em DOS... 45

Figura 5.2: Software do MTP multitarefa centralizado na ELCOM ... 46

Figura 5.3: Tarefas do software do MTP descentralizado ... 48

1

Introdução

Capítulo

Sinalização telefônica consiste basicamente na troca de informações de controle, gerenciamento e supervisão entre as centrais telefônicas e outros componentes das redes de telecomunicações. Em decorrência da evolução tecnológica nos campos da informática e das telecomunicações, tem havido uma grande expansão de aplicações sobre as redes de telecomunicação e a conseqüente demanda de modernização dos sistemas de sinalização.

Essa necessidade levou à especificação de um padrão internacional de sinalização, que visa prover uma moderna rede digital de controle e transporte de dados, conhecido como Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7, ou simplesmente SS7.

Este trabalho apresenta o estudo e a implementação do SS7 e seus protocolos aplicados à arquitetura de hardware e software da Central Telefônica ELCOM da Batik Equipamentos S/A. A principal contribuição prática deste projeto é a implementação inicial do elemento estrutural fundamental do SS7 — o Subsistema de Transferência de Mensagens - MTP — na Central ELCOM, além da subseqüente implementação da evolução para um MTP descentralizado, dentro da arquitetura de processamento distribuído da Central.

O trabalho está no âmbito do convênio de pesquisa e desenvolvimento firmado entre o De-partamento de Ciência da Computação da UFMG e a Batik Equipamentos S/A, empresa de desenvolvimento de soluções na área de telecomunicações, sediada em Belo Horizonte, MG. A implementação é parte da efetiva implantação geral do Sistema SS7 na central telefônica digital ELCOM desenvolvida pela Batik, envolvendo a equipe de desenvolvimento da empresa e outros pesquisadores do DCC/UFMG.

1.1 Motivação

e

objetivos

A rápida evolução tecnológica nos campos da informática e telecomunicações permitiu que acontecesse uma verdadeira revolução nas aplicações telefônicas. De um lado, há o avanço na tecnologia e a aplicação da computação em rede e do processamento distribuído. De outro, tem-se a crescente utilização de sistemas computacionais (hardware e software) controlando todo tipo de funções nas modernas centrais telefônicas, somada ao advento da digitalização dos sinais, bem como do áudio e da voz transportados através das centrais telefônicas. Estes fatores trazem cada

vez mais possibilidades para as aplicações telefônicas, promovendo uma demanda por novas facilidades e serviços.

Tal expansão de aplicações de telecomunicações tem levado à necessidade de criação de uma rede de transporte de dados aplicável a vários tipos de informação indistintamente. Esta rede, atualmente, está se sobrepondo à rede de telefonia convencional com vantagens técnicas e econômicas.

A infra-estrutura de comando e controle das modernas redes de telecomunicações consiste no que se denomina sistema de sinalização. A evolução das aplicações e da tecnologia envolvidos na sinalização de telecomunicações levaram ao surgimento de um nova estrutura de sinalização, muito mais poderosa, que suporte as crescentes necessidades para a sinalização e novas aplica-ções futuras.

Na base do funcionamento desta nova estrutura, está uma rede digital comutada por pacotes, que realiza o controle e transmissão de dados, conhecida como Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 (SSCC7 ou SS7, ou em inglês, Signaling System #7), especificado e padronizado mundialmente pela União Internacional de Telecomunicações (International Telecommunication

Union - ITU) [ITU93], organismo mundial com representações governamentais de países

vinculados ao tratado das Nações Unidas. O SS7 provê uma rede de dados de alto desempenho que transporta, entre outras informações, a sinalização telefônica. A rede de sinalização por canal comum SS7 vem viabilizar novas aplicações, como a Rede Digital de Serviços Integrados (RDSI), bem como trazer inovações a aplicações existentes, como a telefonia celular.

O domínio da tecnologia de sinalização por canal comum torna-se assim um fator estratégico para se garantir a presença e longevidade no estado da arte das telecomunicações mundiais.

No Brasil, A Batik Equipamentos S.A. produz a central telefônica ELCOM [Batik97a], uma central digital com tecnologia desenvolvida pela própria Batik. Por ocasião do surgimento do projeto de implantação da sinalização por canal comum nº 7 na Central ELCOM Batik, foi firmado convênio de pesquisa e desenvolvimento entre a Batik e o Departamento de Ciência da Computação da UFMG, no final de 1995.

O presente trabalho teve então início em conjunto com a equipe da Batik e em paralelo com o trabalho de mestrado de Welter L. Silva, também do DCC/UFMG. O projeto representa um grande desafio de domínio de tecnologias, demandando um estudo detalhado e abrangente, pois a implantação do SS7 na Central ELCOM representa o envolvimento e a integração de três grandes elementos:

• A Central telefônica ELCOM, que apresenta uma sofisticada arquitetura de hardware e software proprietária da Batik, consistindo em um sistema de computação digital em ambiente de processamento distribuído.

• A aplicação telefônica, executada pela Central ELCOM, que consiste em um amplo e complexo sistema de tempo-real com estreitos requisitos de confiabilidade, disponibili-dade e tolerância a falhas.

• O Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7, que é a especificação de um sistema para rede de dados digital voltada para sinalização, baseado em diversos protocolos e subsistemas componentes dentro de uma estrutura em camadas funcionais.

Os objetivos deste trabalho são:

• o estudo e documentação técnica destes três grandes elementos de tecnologia;

• a proposta e a implementação de um MTP descentralizado na Central Batik ELCOM. A relevância deste trabalho está na assimilação, divulgação e disseminação de diversas tec-nologias no estado da arte das telecomunicações digitais e do processamento computacional distribuído em tempo-real, que por sua abrangência e complexidade representam ao mesmo tempo um grande desafio e uma grande gama de possibilidades em pesquisa e desenvolvimento científicos em diversas áreas da computação, com grande caráter prático de aplicação.

1.2 Convênio Batik / DCC: Trabalhos relacionados

Este trabalho é decorrente de projeto iniciado junto com a equipe de desenvolvimento da Batik, contando também como outros estudantes de mestrado e bacharelado, bem como professo-res do Departamento de Ciência da Computação da UFMG, ligados ao Laboratório de Engenharia de Computadores - LECOM.

O trabalho de mestrado desenvolvido por Welter Luigi Silva [Silva98] no DCC/UFMG tam-bém integrou o projeto de implementação do MTP na Central ELCOM Batik. Seu trabalho de dissertação apresenta o estudo e a implementação de um mecanismo de redundância do MTP na Central ELCOM.

Outro trabalho de mestrado relacionado é o de Marcelo de Resende P. Miranda [Mira98], envolvido na implementação de subsistemas usuários de aplicação telefônica baseados em SS7, TUP e ISUP, na Central ELCOM. Seu trabalho de dissertação apresenta uma visão abrangente de sinalização telefônica e destaca a implementação do ISUP, que é o Subsistema de aplicação RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados).

Ainda dentro da abrangência do Convênio, podem ser citados os seguintes projetos, entre outros:

• Projetos relacionados ao Centro de Supervisão Remota (CSR) da Central ELCOM, sis-tema com interface em Microsoft Windows que provê supervisão e controle da Central ELCOM através de um computador conectado direta ou remotamente à Central.

• Incorporação da interface de gerenciamento de rede TMN - Telecommunications

Mana-gement Network, especificada pela ITU.

• Projetos sobre a implementação de incorporação de interfaces da Central ELCOM com sistemas operacionais e protocolos abertos ou comerciais (não proprietários), como os sistemas QNX e Unix e o protocolo de rede TCP/IP.

• Projetos relacionados a centrais de comutação privada (PABX) da Batik.

1.3 Fundamentos de telefonia

Antes de se chegar à Sinalização por Canal Comum nº 7, é importante que sejam introduzi-dos e formalizaintroduzi-dos alguns conceitos fundamentais da telefonia e de sinalização telefônica.

Dentro das telecomunicações — compreendendo a transmissão de informações com o uso de sinais eletricamente processados —, a telefonia abrange a transmissão à distância de voz e sons [Ferr91]. O princípio operacional da transmissão telefônica surgiu com a invenção do telefone em 1876, por Alexander Grahan Bell.

O telefone, como o conhecemos, é o aparelho de conversação que está ligado ao “mundo exterior” por um par de fios. Através dele é possível estabelecer uma conexão ou chamada telefônica bidirecional com outro interlocutor, conforme ilustrado na Figura 1.1(a). O telefone é o tipo mais comum de terminal telefônico.

Considere-se então o fato que existem diversos usuários participantes no sistema, os quais denominam-se assinantes, cada um possuidor de um terminal telefônico ou terminal de assinante. É necessário definir uma forma de conexão entre eles, de maneira que um assinante possa estabelecer uma chamada com qualquer um dos outros. Uma abordagem óbvia seria prover linhas de conexão direta de cada ponto com todos os outros no sistema, como na Figura 1.1(b). Esta estrutura, denominada malha completa ou malha completamente conectada, é inviável, pois:

• exige uma grande extensão de linhas, em proporção quadrática ao número de assinantes, representando um crescimento muito rápido à medida que o número de assinantes no sis-tema aumenta; para n assinantes, o número de linhas necessárias seria = n (n − 1) / 2; • a inserção de um novo assinante é difícil, pois este deverá ser ligado a todos os outros já

existentes;

• deixa grande parte das linhas ociosa, considerando que cada assinante geralmente faz ligações a intervalos aleatórios, para assinantes variados, e estabelece conexão com ape-nas um outro assinante por vez.

A B Central telefônica (c) (b) (a)

Figura 1.1: Linhas telefônicas e Central telefônica

Assim, uma estrutura de conexão em estrela, ilustrada na Figura 1.1(c), se mostra bem mais adequada. Para n assinantes, são necessárias apenas n linhas. Contudo, surge a necessidade de um elemento de controle no centro desta estrutura, responsável por estabelecer e gerenciar a conexão entre cada dois pontos que o desejem. Este elemento é a central telefônica.

A operação de estabelecimento de interligações entre assinantes é chamada comutação. Por isto, as centrais telefônicas são também denominadas centrais comutadoras. As centrais telefôni-cas eram inicialmente manuais (via telefonista), passaram a mecânitelefôni-cas e eletro-mecânitelefôni-cas, até evoluírem para a comutação digital.

Uma rede telefônica pode ser considerada como um conjunto de terminais de assinantes, centrais telefônicas e de interconexões por meios de transmissão telefônica, dispostos de forma que cada assinante possa se conectar a qualquer outro dentro da rede. Existem dois tipos de interconexão telefônica:

• o canal entre um assinante e a central telefônica que o serve, denominada linha de assi-nante, loop, ou simplesmente linha;

• as linhas telefônicas conectando uma central telefônica a outra, denominadas troncos, ou ainda linhas de junções1.

Historicamente, desta estrutura derivam as duas principais áreas da engenharia de telecomu-nicações [Free96]: a transmissão, que trata do transporte dos sinais nas interconexões, e a comutação, relativa basicamente à tarefa das centrais telefônicas de estabelecimento do “cami-nho” entre dois assinantes. Atualmente, porém, cada vez mais estas duas áreas estão se integrando e tornando-se indistintas. Uma síntese dos conceitos preliminares aqui apresentados é ilustrada na Figura 1.2 a seguir.

Central telefônica Terminal de Assinante Linha Tronco

Rede

Telefônica

1.4 Sinalização

telefônica

Dentro da rede telefônica, existem informações que precisam ser trocadas entre o assinante e a central, bem como entre as centrais. São informações necessárias para o estabelecimento de chamadas telefônicas, controle de tarifação, supervisão, gerenciamento de rede, mecanismos de funcionamento e gerência do sistema telefônico em geral. Os protocolos utilizados para esta troca de informações são conhecidos como sistemas de sinalização telefônica.

1 _{Os terminais responsáveis pela conexão de troncos na central telefônica são chamados juntores. Assim,}

eventualmente a referência a um juntor é informalmente utilizada em alusão ao próprio tronco em si. Em inglês, as linhas entre centrais são denominadas trunks nos EUA e junctions na Europa.

Os primeiros sistemas de sinalização utilizados nas centrais automatizadas se basearam na codificação de informações bastante simples em sinais (pulsos) elétricos — sinalização E&M — ou, posteriormente, em combinações de tons audíveis — sinalização MFC —, transportados pelo próprio canal de voz, ou seja, pelo mesmo caminho da conversação.

Para uma melhor compreensão da abrangência e papel da sinalização telefônica, a seguir são apresentados os quatro grupos de sinais em que se divide a sinalização telefônica convencional:

• Sinalização de Assinante: sinais que o assinante usa para informar à central a qual está conectado de sua intenção de iniciar ou finalizar uma ligação com outro assinante. Basi-camente, compreende os sinais gerados pelo terminal telefônico (telefone), como fone fora do gancho, fone no gancho e os dígitos discados identificando o assinante desejado. • Sinalização Acústica: sinais audíveis emitidos da central para o assinante, referentes ao

estado da conexão [Tele87a]. Consiste na corrente de toque de chamada de telefone e tons de: discar, controle de chamada, ocupado, número inacessível.

• Sinalização de Registro: se estabelece entre os órgãos de controle ou registradores das centrais na fase que antecede o estabelecimento da chamada (conexão), para troca de in-formações relacionadas aos assinantes chamador e chamado, como identificação e categoria do assinante [Tele96a] [Tele96b]. Esta é uma sinalização em geral estabelecida da central de origem, repetida em seqüência para cada central incluída no final do cami-nho, até o destino. A sinalização de registro mais comum é a MFC (multi-freqüencial compelida).

• Sinalização de Linha: estabelece a comunicação entre as centrais nas linhas de junções, agindo durante toda a conexão [Tele96c]. Feita entre centrais adjacentes, é responsável pela ocupação e desconexão do circuito de canais de voz estabelecido na chamada, envol-vendo sinais como: ocupação, atendimento, tarifação, desligar.

As sinalizações de Assinante e Acústica são, respectivamente, sinais do assinante para a cen-tral e da cencen-tral para o assinante. Já as sinalizações de Registro e Linha compreendem a troca de sinais entre centrais telefônicas. A Figura 1.3 ilustra os tipos de sinalização apresentados.

Central 3 Central 2 _{Ass. B}

A característica fundamental destas sinalizações é a troca de informações pelo mesmo canal associado para a transmissão da voz. Por isto denominamos estes sistemas como sinalização por canal associado. A Figura 1.4(a) ilustra este aspecto, na sinalização entre centrais. Os sistemas de sinalização por canal associado ocupam canais de voz desde o momento em que o originador inicia a discagem — mesmo que a chamada efetiva não chegue a ser estabelecida — e são muito limitados quanto à diversidade de informação que podem representar.

(a) Voz e Sinalização Voz Sinalização SS7 Ponto de sinalização SS7 Central (b) Figura 1.4: Sinalização

(a) Sinalização por canal associado entre centrais telefônicas (b) Sinalização por canal comum nº 7

Com o surgimento de troncos digitais, utilizando os chamados enlaces PCM (Pulse Code

Modulation) — “feixes” de canais digitais de transmissão; tipicamente 32 canais a 64 Kbps cada,

totalizando 2 Mbps —, surgiu um formato rudimentar de sinalização digital para Sinalização de Linha (chamado sinalização R2 digital), onde um dos canais do enlace é utilizado para a trans-missão de bits de sinalização. Apesar de digital, este formato de sinalização ainda é bem específico, limitado e também está associado aos canais de voz do enlace.

Segundo Modarressi e Skoog [MA&SR90], no contexto das modernas telecomunicações, sinalização pode ser definida como o sistema que permite a centrais de comutação, bancos de dados de rede e outros nodos “inteligentes” da rede trocarem mensagens relacionadas a controle, supervisão, informação para processamento de aplicações distribuídas e gerenciamento de rede.

1.5 Sistema de sinalização por canal comum nº 7: SS7

A idéia do Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 [MA&SR90] [Black97] [Russ95], especificado e padronizado mundialmente pelo ITU-TSS (International

Telecommuni-cation Union - TelecommuniTelecommuni-cation Standardization Sector) [ITU93], é fazer com que as

informações de sinalização e controle nas redes de telecomunicações transitem através de uma rede de dados própria, de alto desempenho.

Diferente da sinalização telefônica convencional, implementada utilizando os próprios canais de voz para transportar informações na forma de tons e pulsos elétricos rudimentares, o SS7 introduz uma sinalização digital em uma estrutura de rede independente, onde diversas informa-ções podem ser empacotadas e transportadas por um mesmo canal comum. A rede do SS7 vem se sobrepor e inter-relacionar com a rede de telecomunicações existente. A Figura 1.4(b) mostra uma configuração possível baseada na sinalização por canal comum.

É importante ressaltar que a rede SS7 é uma rede de transporte de dados genérica. O SS7 significa sobretudo um novo nível de abstração dentro das redes de telecomunicações, provendo suporte a uma infinidade de novas aplicações sobre esta rede, onde a sinalização telefônica representa apenas uma parcela deste grande universo de possibilidades de aplicação.

As Recomendações da ITU que especificam o SS7 compõem a série Q.700. Embora a refe-rência bibliográfica incluída neste trabalho [ITU93] seja para o conjunto de recomendações da série Q.700 que abrange os componentes básicos do SS7, o Apêndice A enumera as normas aplicáveis de telecomunicações, detalhando tanto as recomendações internacionais da ITU quanto as práticas brasileiras da Telebrás, relacionadas ao presente trabalho.

2

Sistema de Sinalização

por Canal Comum nº 7 – SS7

Capítulo

Na rede de sinalização por canal comum, várias informações distintas podem ser empacotadas e então transportadas por um único canal comum. O SS7 compreende uma rede de sinalização por canal comum, comutada por pacotes.

O conceito e implementação da rede de sinalização por canal comum evoluíram a partir do antigo Sistema de Sinalização nº 6 do CCITT (SS6), surgido na década de 1970. A estrutura de protocolos do SS6 era monolítica (não divididas em camadas), mas introduziu a sinalização por canal um comum, onde mensagens de vários troncos eram associadas a um único canal de sinalização, e permitiu mensagens de sinalização direta onde centrais telefônicas podiam consultar bases de dados centralizadas da rede para o processamento de chamadas. Os serviços 800 (discagem gratuita) e de cartões de pagamento de chamadas foram os primeiros serviços a utilizar esta nova arquitetura nos Estados Unidos.

Por outro lado, o Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7, cujas primeiras especifica-ções foram publicadas pela ITU em 1980 e 1984, define uma série de protocolos, dentro de estruturas de rede em camadas ou níveis funcionais — conforme é visto adiante neste capítulo — à luz de conceitos mais modernos de transporte de dados introduzidos a partir dos anos 80. O SS7 está em constante evolução, sendo definidos ajustes para melhor adequação em sua utilização. As informações deste trabalho sobre SS7 se baseiam principalmente nas especificações e publicações periódicas da ITU em 1992 (“livro branco”, com revisão em 1993) e 1988 (“livro azul”).

A sinalização telefônica entre centrais é realizada, neste sistema, por subsistemas usuários da estrutura da rede SS7 específicas para a aplicação telefônica. Os dois componentes atualmente utilizados para estabelecimento de chamadas telefônicas através de sinalização SS7 são o TUP (Telephone User Part) [Tele87b] [ITU93b] e o ISUP (ISDN User Part) [Tele96d] [ITU93c], sendo o ISUP uma aplicação mais sofisticada.

Além de tornar mais eficiente a aplicação telefônica, a sinalização por canal comum SS7 permite novas facilidades e é aberta a novas aplicações, tais como sinalização da RDSI - Rede Digital de Serviços Integrados (ou, do termo em inglês, ISDN) [ITU88] [KG&PS97]

[KT&MM90], controle de aplicações de telefonia celular, suporte à “Rede Inteligente” (RI) e outras.

Antes de serem abordados os conceitos e protocolos do sistema de sinalização SS7, são apre-sentadas a seguir considerações gerais sobre as vantagens e viabilidade da implantação do sistema, bem como uma análise de revisão bibliográfica sobre o assunto.

2.1 Considerações sobre o SS7 na telefonia

A utilização do SS7 na sinalização telefônica apresenta pelo menos duas grandes vantagens: • Racionalização dos recursos nas redes telefônicas atuais, aumentando o potencial da rede

existente, sobre os mesmos canais de transmissão de voz. Separando-se em uma rede própria os circuitos de sinalização, os canais de voz podem permanecer livres enquanto efetivamente não se iniciar uma nova chamada (conexão) ao usuário distante, aumentan-do a taxa de disponibilidade de canais de voz sem a instalação de canais de transmissão adicionais.

• Possibilidade de acesso a recursos centralizados, independentes das próprias centrais telefônicas e eventualmente baseados em software, possibilitando uma rápida atualiza-ção e expansão dos serviços oferecidos sem depender de implementações proprietárias dos fabricantes de cada central instalada.

O SS7 significa sobretudo um novo nível de abstração dentro das redes de telecomunicações, provendo suporte a uma infinidade de novas aplicações sobre esta rede, onde a sinalização telefônica representa apenas uma parcela deste grande universo de aplicações.

A implantação do SS7 nas centrais telefônicas é também bastante viável. As modernas cen-trais telefônicas digitais CPA (Controle por Programa Armazenado) em geral já possuem toda sua estrutura de comutação controlada por computadores ou dispositivos digitais. Assim, fica facilitada a integração de SS7, pois este também constitui um sistema digital e pode ser imple-mentado como novo(s) componente(s) na estrutura existente de hardware e software da central.

Além de centrais telefônicas com suporte a SS7, podem ser utilizados elementos ou equipa-mentos isolados especificamente dedicados à rede SS7, ou seja, componentes nodos exclusivos da rede de sinalização SS7, uma vez que a rede de sinalização por canal comum é independente da rede telefônica e seus canais de voz.

2.2 Áreas de pesquisa sobre SS7

Análises desenvolvidas desde o início dos anos 90, incrementadas pelas novas questões e problemas naturalmente introduzidas com o surgimento do novo sistema de sinalização por canal comum, revelaram uma complexidade de problemas envolvendo processamento distribuído, confiabilidade de software e hardware, prevenção de situações críticas e recuperação de falhas, projeto de topologia, engenharia de rede.

Podem ser identificadas duas áreas básicas de estudo, pesquisa e projeto relacionadas ao SS7, a saber:

• Implementação, análise e aperfeiçoamento de protocolos do sistema de sinalização. Tra-tam portanto do ponto de vista estrutural ou microscópico do sistema de sinalização SS7. • Planejamento, dimensionamento, implantação, configuração, otimização e avaliação da

rede de sinalização, isto é, referentes à efetiva aplicação do sistema SS7 constituindo a rede de sinalização por canal comum. São pesquisas no domínio macroscópico do SS7.

Rede de sinalização

Protocolos

A partir de uma revisão bibliográfica, constatou-se que são encontradas relativamente poucas publicações de pesquisa sobre os protocolos de sinalização. Isto pode ser explicado por uma série de fatores.

A implementação dos protocolos da rede de sinalização por canal comum está quase total-mente concentrada em projetos comerciais de fabricantes de hardware e software na área de telecomunicações. Na área comercial, freqüentemente não há interesse ou preocupação na divulgação acadêmica destes projetos, que podem até ser propositadamente mantidos longe do conhecimento público quando considerados projetos tecnologicamente e comercialmente estratégicos, isto é, segredo industrial.

Além disso, existem as recomendações da União Internacional de Telecomunicações (ITU) que definem e especificam quase todos os detalhes dos componentes e aspectos que envolvem o SS7, resultado do trabalho de um grande grupo de engenheiros, cientistas, pesquisadores em todo o mundo que compõem a equipe da ITU responsável pela elaboração destas recomendações.

Finalmente, as empresas e entidades que necessitam ou decidem incorporar a tecnologia do Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 a suas aplicações, em face à competitividade, dinamismo e complexidade do mercado e indústria de telecomunicações, freqüentemente acabam por adotar soluções prontas comercialmente disponíveis, ao invés de recorrer à pesquisa.

Os trabalhos de pesquisa publicados referentes aos protocolos e aspectos estruturais do SS7 em geral tratam de análises de parâmetros que são deixados em aberto nas recomendações da ITU, onde medições e comparações em simulações ou situações práticas podem levar a resultados que contribuam para maior adequação e ajuste do sistema. Estes parâmetros abertos a ajustes são

principalmente com relação a monitoramento, medição e controle de situações críticas, de erro ou sobrecarga.

Como trabalhos sobre protocolos do SS7, podem ser citados artigos sobre: algoritmos de monitoramento de erros de enlace no protocolo SS7 [RV&WJ93], mecanismos de descarte de mensagens sob sobrecarga de tráfego no roteamento da rede [Rums93], controle de congestiona-mento em situações de ocorrência massiva de chamadas telefônicas [RM&SD95].

Trabalhos no nível da rede SS7 envolvem estudos sobre engenharia de redes, planejamento dimensionamento e otimização, estudos de rotas de encaminhamento na rede, entre outros.

Foram encontrados dois trabalhos de mestrado em outras universidades brasileiras, sobre dimensionamento de redes SS7: um na UNICAMP [Oliv98] e outro na UFES [Soar94]. Há também uma importante coletânea de artigos no Journal on Selected Areas in Communications (JSAC), publicação em áreas sobre telecomunicações do IEEE [JSAC94].

No contexto da pesquisa geral sobre SS7, os projetos resultantes do convênio entre a Batik Equipamentos e o DCC/UFMG representam portanto uma importante contribuição para a realização de trabalhos acadêmicos mais relacionados à parte estrutural do Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7.

2.3 Protocolos da rede SS7

Os protocolos do SS7 são organizados em níveis funcionais, de maneira análoga às camadas do Modelo de Referência OSI (Open Systems Interconnections) para transporte de dados em redes de computadores [Tane97], publicado pela ISO (International Standards Organization).

TUP

Níveis do Sistema de Sinalização nº 7

Aplicação Modelo OSI Físico Enlace Apresentação Sessão Transporte MTP Nível 1 MTP Nível 2 MTP Nível 3 Rede Usuário TC SCCP TCAP ISUP Usuários do SS7

Figura 2.2: Camadas do SS7 e comparação com o Modelo OSI

São 4 os níveis no SS7. Os três níveis de menor hierarquia compõem o Subsistema de Trans-ferência de Mensagens (Message Transfer Part - MTP) e correspondem, em essência, aos três primeiros níveis do modelo OSI. No nível 4 do SS7 — que corresponde à camada de Aplicação

do modelo OSI — podemos ter vários subsistemas de usuário (User Parts), como o Telephone

User Part (TUP) e o ISDN User Part (ISUP).

Para suportar outras aplicações na rede, dois componentes foram criados no SS7: o Signaling

Connection Control Part (SCCP), que complementa os serviços do MTP para torná-lo

funcio-nalmente equivalente ao nível de rede do modelo OSI, e o Transaction Capabilities Application

Part (TCAP), que fornece um conjunto de protocolos e funções usados por aplicações

distribuí-das na rede para que essas possam se comunicar.

Não existe uma correspondência para os níveis de Apresentação, Sessão e Transporte do Modelo de Referência ISO/OSI nas camadas do SS7. A relação entre os níveis do SS7 e o Modelo OSI é ilustrada na Figura 2.2.

2.4 Fundamentos da rede SS7

Uma rede de telecomunicações servida por uma sinalização por canal comum é composta por um número de nodos de processamento e comutação, interconectados por enlaces (vias) de transmissão.

Todo nodo na rede SS7 é chamado genericamente de Ponto de Sinalização - PS (Signaling

Point - SP). Todo ponto de sinalização tem a capacidade de realizar a discriminação de

mensa-gens (ler o endereço e determinar se a mensagem é para este nodo), provendo as funções essenciais do MTP. Os pontos de sinalização são classificados de acordo com sua função e recursos na rede de sinalização. Os principais tipos são:

• PAS - Ponto de Acesso a Serviços (SSP - Service Switching Point): designação para um PS que provê acesso local à rede de sinalização, implementando a camada TCAP

(Tran-saction Capability) para suporte a aplicações distribuídas de transação na rede.

• PTS - Ponto de Transferência de Sinalização (STP - Signaling Transfer Point): ponto de sinalização com função de transferência, isto é, capaz de ser um PS intermediário (nem a origem nem o destino final da mensagem), podendo receber uma mensagem vinda de outro PS e passá-la adiante pela rota apropriada rumo ao destino final.

• PCS - Ponto de Controle de Serviços (SCP - Service Control Point), responsável pelo acesso a bases de dados da rede. Utilizado geralmente como interface entre outro PS e um SGBD (Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados), para o acesso a informações de números de serviços 800/900, cartões de chamada, informações de área de serviço em redes celulares, nas redes inteligentes (RI) e Advanced Intelligent Networks (AIN). Além disso, temos o SGS - Sistema de Gerenciamento de Serviços (SMS - Service

Manage-ment System), que provê uma interface humana à base de dados e a capacidade de atualizá-la

quando necessário.

Todo ponto de sinalização em uma rede SS7 é identificado por um código de endereçamento único, conhecido como point code1.

1 _{A terminologia e acrônimos introduzidos no presente trabalho são apresentados, preferivelmente, em}

português. Contudo, alguns termos apresentados nas normas internacionais que padronizam o SS7 não têm uma correspondência adequada ou de uso freqüente em português e são assim mantidos em inglês.

A sinalização por canal comum usa vias bidirecionais de sinalização que transportam mensa-gens entre dois pontos de sinalização, denominados enlaces de sinalização (signaling links). Dois pontos de sinalização (PS) SS7 são ditos adjacentes se são diretamente interconectados por um enlace.

É importante destacar que se usa o termo enlace de sinalização ou apenas enlace para desig-nar a conexão entre dois pontos de sinalização a nível funcional (lógico) e o termo enlace de dados de sinalização para se referir à conexão física por onde passa o enlace.

Os enlaces são dispostos em conjuntos que interconectam diretamente os mesmos dois PS, chamados conjuntos de enlace (linksets, em inglês). Pode haver até 16 enlaces associados a um só conjunto de enlaces. Embora tipicamente um conjunto de enlaces inclua todos os enlaces paralelos (enlaces entre os mesmos dois PS), é possível haver mais de um conjunto de enlaces entre dois PS.

Um grupo de enlaces dentro de um mesmo conjunto de enlaces que têm características idên-ticas é chamado grupo de enlaces.

Além de linksets, um PS (ponto de sinalização) deve definir rotas. Rota é uma seqüência de

linksets usada para atingir um certo destino. Um linkset pode pertencer a mais de uma rota. Uma

coleção de rotas é chamada conjunto de rotas (routeset, em inglês) e um conjunto de rotas é associado a um só destino, permitindo que exista mais de uma rota para o destino de forma que, caso uma rota principal fique indisponível, haja uma rota alternativa.

Um destino é um endereço presente na tabela de roteamento de um PS. Destinos não preci-sam ser diretamente adjacentes ao PS, mas devem ser um código de endereçamento (point code) de um PS que pode ser atingido a partir deste. O PS não precisa conhecer todos os point codes entre ele e o destino, apenas seu próprio conjunto de enlaces que levará ao destino.

Para quaisquer dois pontos de sinalização para os quais há possibilidade de comunicação entre seus subsistemas usuários, diz-se que há uma relação de sinalização entre eles. O modo de sinalização refere-se à associação entre o caminho tomado por uma mensagem de sinalização e a relação de sinalização a qual a mensagem se refere. Existem dois modos de sinalização possíveis em uma rede SS7:

• Associado: a mensagem referente a uma relação de sinalização em particular ente dois pontos adjacentes é transportada por um conjunto de enlaces que interconecta diretamen-te esdiretamen-tes dois pontos, como mostrado na Figura 2.3(a).

• Quase-associado: a mensagem de uma certa relação de sinalização é levada por dois ou mais conjuntos de enlace em seqüência, passando por um ou mais PS intermediários (o que caracteriza modo não-associado), mas há uma limitação: o caminho percorrido por uma mensagem na rede de sinalização é predeterminado e, numa determinada configura-ção, fixo. Um exemplo de modo quase-associado é ilustrado na Figura 2.3(b).

Voz Sinalização SS7 STP SSP Associada Quase-Associada

Figura 2.3: Exemplos de associação entre a sinalização e os canais de voz

O modo totalmente não-associado não é previsto para redes SS7, uma vez que os protocolos não incluem recursos para evitar chegada de mensagens fora de seqüência ou outros problemas que tipicamente surgem em um modo de sinalização não associado com roteamento de mensa-gens dinâmico.

3

Subsistema de

Transferência de Mensagens – MTP

Capítulo

O Subsistema de Transferência de Mensagens (Message Transfer Part - MTP) é o protocolo de transporte usado pelos outros protocolos de nível acima no SS7. O MTP provê às demais camadas do SS7 os seguintes serviços:

• transmissão de dados nodo a nodo;

• detecção e correção de erros de transmissão; • seqüenciamento de mensagens;

• roteamento de mensagens; • discriminação de mensagens;

• funções de distribuição de mensagens.

O MTP é subdividido em três camadas: níveis 1, 2 e 3, que correspondem de maneira geral aos níveis físico, enlace e rede do Modelo OSI, respectivamente. O nível 1 compreende a transmissão física, o nível 2 visa garantir a confiabilidade da transmissão no enlace que conecta 2 nodos adjacentes e o nível 3, por sua vez, visa basicamente garantir a confiabilidade do caminho de transmissão das mensagens até seu destino.

3.1 Nível físico – MTP1

O nível físico do MTP (MTP1) é o responsável pela conversão de dados digitais na forma de uma seqüência de bits em sinais apropriados, e vice-versa, para transmissão através do meio físico da rede. O padrão SS7 não especifica qualquer interface, meio ou taxa de transmissão de dados para esse fim. Desta forma, estes parâmetros ficam determinados principalmente pelo requerimento de custo × desempenho da rede sobre a qual o sistema será implantado.

3.2 MTP2

O MTP nível 2 (MTP2) é o elemento intermediário entre a seqüência de bits que é transmiti-da pelo Nível 1 e a informação lógica estruturatransmiti-da em mensagens, compostas por campos com um significado ou conteúdo. As mensagens no SS7 são formalmente denominadas unidades de sinal (SU, do termo em inglês signal unit).

O MTP2 provê a estruturação de mensagens, detecção e correção de erros e seqüenciamento de todos os pacotes de mensagens do SS7, garantindo uma transferência confiável de unidades de sinalização no enlace entre dois pontos de sinalização diretamente conectados. Assim como no modelo OSI, este nível é responsável apenas pela transmissão e recepção de dados entre dois nodos adjacentes na rede. Este nível não tem conhecimento do destino final da mensagem.

3.2.1

Unidade de sinal - SU

As unidades de sinal são as mensagens do SS7, compostas pelos dados ou informação efetiva de sinalização, mais campos de controle necessários para o seqüenciamento e confiabilidade da transmissão. Existem três tipos de unidade de sinalização, ilustrados na Figura 3.1. São eles:

• MSU - Message Signal Unit: unidade que contém efetiva mensagem ou informação de sinalização, trocada entre componentes de nível superior (MTP3), contida em um campo de tamanho variável (2 a 272 octetos) denominado Signaling Information Field - SIF. • LSSU - Link Status Signal Unit: unidade de sinal utilizada pelo nível 2 (MTP2) para

informar sobre estados de funcionamento do enlace de sinalização, no campo denomina-do Status Field - SF. O SF pode ter comprimento de 1 ou 2 octetos.

• FISU - Fill-In Signal Unit: mensagem básica de preenchimento, contém apenas os cam-pos de controle e é enviada periodicamente pelo MTP2 quando não há nem MSU nem LSSU para serem enviadas, servindo apenas para manter o enlace em serviço.

F CK SIF SIO LI FI BFSN B I BBSN F F CK SF LI FI B FSN B I B BSN F

checksum _tamanhoind. de numeração_sequencial flag 1º

bit F CK LI FI B FSN B I B BSN F MSU MSU LSSU LSSU FISU FISU (c) (b) (a)

Figura 3.1: Unidades de sinal - SU

(a) Message Signal Unit - MSU (b) Link Status Signal Unit - LSSU

Toda SU possui campos de controle comuns, descritos a seguir. O número de bits de cada campo está indicado entre parêntesis:

• Delimitador: F - Flag (8). Octeto com um padrão único de bits que identifica o início e o fim de cada unidade de sinal. Normalmente, o delimitador de fim de uma SU pode re-presentar também o delimitador de início da SU seguinte. O valor do flag é 01111110. • Numeração seqüencial: BSN - Backward sequence number (7), BIB - Backward

indica-tor bit (1), FSN - Forward sequence number (7), FIB - Forward indicaindica-tor bit (1).

Numeração “para frente”, correspondendo ao número de seqüência da mensagem sendo enviada; e numeração “para trás”, correspondendo ao número de seqüência de uma men-sagem confirmada ou reconhecida (acknowledge). Os bits indicadores são usados em conjunto com a numeração no processo de controle de erros.

• Indicador de tamanho: LI - Length indicator (6). Campo básico mais importante, identi-fica o tipo de mensagem, de acordo com seu valor. LI = 0 para FISU, LI = 1 ou 2 (conforme o número de octetos do SF) para LSSU, LI > 2 para MSU. Este campo em ge-ral corresponde ao tamanho em octetos da informação efetiva, compreendida entre o LI/espaço e o CK. Isto não é válido, contudo, para MSU com mais de 63 octetos de da-dos, pois com os 6 bits do LI só é possível representar até o valor 63.

• Espaço vazio: Spare bits (2).

• Código de verificação: CK - Checksum (16). Código de verificação para detecção de erros, consiste em um código CRC de 16 bits.

Além disso, existem os campos específicos que armazenam informação:

• Em uma MSU: SIO - Service information octet (8), que contém informações de indica-ção de serviço e subserviço, utilizadas pelo MTP3; e SIF - Signaling information field (2 a 272 octetos [× 8 bits]), que transporta informação de sinalização do MTP3 (nível 3) e dos subsistemas usuários (nível 4).

• Em uma LSSU: SF - Status field (8 ou 16). Indicador de estado do enlace.

Uma MSU é retransmitida em caso de erro, mas LSSUs e FISUs não são. Uma FISU não contém nenhuma informação efetiva; já a informação de uma LSSU é basicamente notificação de controle, sendo gerada novamente dentro do processo de controle do enlace quando oportuno.

3.2.2

Funções do MTP2

O alinhamento inicial compreende os procedimentos necessários para a inicialização de um enlace (assim que ele é “ligado”), bem como para o restabelecimento do funcionamento normal na recuperação de um enlace em falha.

O procedimento para que um enlace entre em modo normal de operação envolve a correta recepção de uma seqüência de indicadores entre os dois extremos adjacentes do enlace e um certo

tempo correspondente a um período de prova no qual o enlace deve manter a transmissão com sucesso.

Delimitação e alinhamento de unidades de sinal

A delimitação envolve a identificação do início e fim das mensagens, através de um flag delimitador, um padrão único e exclusivo de 8 bits: 01111110.

A unicidade do flag, isto é, a garantia de que o padrão não ocorre dentro da própria mensa-gem, é feito por um processo de inserção e posterior remoção de um bit zero (“0”) extra toda vez que ocorrer uma seqüência de 5 bits “1” consecutivos na mensagem. Uma seqüência de 6 bits 1 (“111111”) só é encontrada no flag, é quando uma seqüência de mais de 6 bits “1” é detectada na recepção de unidades de sinal, fica caracterizado erro e a conseqüente perda de alinhamento. Detecção e correção de erros em unidades de sinal recebidas

A detecção de erros em cada SU recebida é feita através da conferência entre o valor obtido para o código de verificação que é aplicado à SU recebida e o campo de verificação (CK) desta, bem como pela consistência dos valores dos bits indicadores da numeração seqüencial (BIB e FIB).

Quando erros são detectados pelo extremo receptor, o extremo emissor recebe notificação de reconhecimento negativo da SU. Para o tratamento de correção de erros, existem dois métodos definidos:

• Método básico: utilizado para meios de transmissão (enlaces de dados) terrestres não intercontinentais, bem como para enlaces intercontinentais com atraso de propagação menor que 15 ms.

• Método de retransmissão cíclica preventiva: utilizado em enlaces intercontinentais com grande atraso de propagação (maior que 15 ms.) e para todo enlace via satélite (que em geral é um meio de transmissão com grande atraso, da mesma maneira).

Monitoramento de erros

Além de detectar e tratar erros, o MTP2 ainda monitora os erros, utilizando funções para medir a taxa de erros, de forma a determinar quando o enlace de sinalização ativo precisa ser colocado fora de serviço, e quando um enlace inativo está alinhado para ser colocado em serviço. As duas funções de monitoramento de erros do MTP2 são:

• Signal Unit Error Monitor (SUERM): em um enlace em serviço, esta função provê um critério para colocar o enlace fora de serviço por excesso de erros;

• Alignment Error Rate Monitor (AERM): durante o período de prova de alinhamento inicial do enlace de sinalização, esta função indica se a taxa de erros está aceitável para que o enlace entre em serviço.

Controle de fluxo

Quando o MTP2 detecta que o buffer de recepção ficou cheio, ele assim determina o congestio-namento na recepção de unidades de sinal e notifica o nodo remoto transmitindo unidades de

sinal ocupado (SIB - Busy), até que a condição de congestionamento termine. A persistência do estado de congestionamento faz com que o lado remoto determine a retirada do enlace de sinalização de serviço, transmitindo unidades de sinal fora-de-serviço (SIOS – Out of Service).

3.3 MTP3

O último e mais complexo nível é o MTP3. Nesta camada — nível de rede — encontram-se as funções necessárias para a transferência de mensagens entre pontos de sinalização (PS). As funções da rede de sinalização podem ser divididas em duas categorias básicas:

• tratamento de mensagens de sinalização, que abrange três funções: discriminação, distri-buição, roteamento;

• gerenciamento da rede de sinalização, dividida em gerenciamento de: tráfego, enlaces, e rotas.

A Figura 3.2 ilustra a estrutura funcional do MTP nível 3, mostrando o fluxo das mensagens provenientes dos níveis 2 e 4 e a relação entre as funções de tratamento de mensagens e de gerência da rede de sinalização.

Distribuição de Mensagens Discriminação de Mensagens Roteamento de Mensagens Gerência de Tráfego de Sinalização Gerência de Rotas de Sinalização Gerência de Enlaces de Sinalização teste e manutenção Usuário Nível 4 MTP Nível 3

Funções de tratamento de mensagens

MTP Nível 2

Mensagens de Sinalização Indicações e Controle

Figura 3.2: MTP Nível 3 - Funções e fluxo de mensagens

3.3.1

Tratamento de mensagens

O tratamento de mensagens de sinalização consiste em rotear, discriminar e distribuir as mensagens. Quando uma mensagem é recebida, ela é passada pelo MTP2 ao MTP3 para que seja

discriminada. A discriminação de mensagens determina a quem a mensagem é endereçada. Caso o destino da mensagem seja o endereço local (do nodo receptor), a mensagem é passada para a distribuição; caso contrário, esta é passada para o roteamento. A distribuição consiste em identificar o destinatário da mensagem — seja um componente da gerência ou um usuário no nível 4 — e repassá-la para este destinatário, ou realizar o tratamento necessário caso o usuário não esteja disponível.

Já o roteamento determina o enlace de sinalização de saída baseado no destino da mensa-gem, procurando manter uma boa partição de carga. O roteamento só existe quando o destino final da SU não é o ponto de sinalização corrente, isto é, quando o PS atual é um nodo intermedi-ário no caminho para o destino. Esta função só existe em um PTS - Ponto de Transferência de Sinalização.

3.3.2 Gerenciamento

de

rede

O objetivo da parte de gerência de rede do MTP3 é possibilitar re-configuração da rede de sinalização no caso de falhas nos enlaces ou pontos de sinalização e controlar o tráfego no caso de congestionamentos ou bloqueios. A gerência da rede de sinalização consiste em 3 funções: gerenciamento de tráfego, gerenciamento de rota e gerenciamento de enlaces. Sempre que ocorre a mudança do status de um ponto de sinalização, rota ou enlace, essas funções são ativadas.

4

A Central ELCOM Batik

Capítulo

A central Batik ELCOM é uma central telefônica digital CPA-T — com Controle por Programa Armazenado de comutação Temporal [Tele94] — desenvolvida e produzida pela Batik Equipa-mentos S.A. Ela é utilizada tipicamente na Rede Telefônica Pública Comutada (RTPC), embora possa ser utilizada também como central privada para condomínios.

Como uma central telefônica da rede pública de comutação, a ELCOM deve atender a estrei-tos requisiestrei-tos de confiabilidade, dentre os quais podemos destacar:

• descentralização;

• tempo de indisponibilidade da central menor que 2 horas em 40 anos; • indisponibilidade de terminal menor que 0,87 horas/ano;

• disponibilidade de processamento maior que 99,9%; • tempo médio entre falhas (MTBF) de 60.000 horas;

• probabilidade de erros e perdas de chamada ou tarifação incorreta menor que 0,0001. • probabilidade de perda de configuração por falha de hardware ou software menor que

0,00001.

Para atingir tal confiabilidade, a central ELCOM possui uma arquitetura distribuída.

A central ELCOM também possui uma estrutura modular que permite uma maior adequação do equipamento às diversas configurações e funções de uma central na rede telefônica. A ELCOM pode ser composta por até 68 módulos ou unidades de acordo com a demanda de tráfego ou número de assinantes da central. Este capítulo descreve as características da versão da central ELCOM que pode ser equipada com até dez mil terminais em 16 unidades, embora, atualmente, a capacidade máxima em número de assinantes da central ELCOM seja de 51.000.

Como uma central da RTPC, a ELCOM pode ter as seguintes funções:

• Central Local: processa apenas as chamadas locais entre assinantes da própria central e chamadas originadas ou terminadas nos assinantes conectados diretamente à central; • Central Trânsito Local: também denominada TANDEM local, funciona como central

intermediária de uma chamada, ou seja, processa chamadas cujos assinantes chamador e chamado estão conectados a outras centrais na rede, porém na mesma região geográfica;

• Central Trânsito Interurbano: processa chamadas trânsito cujos assinantes estão em regiões (municípios) distintos;

• Central Trânsito com bilhetagem: além das funções de uma Central Trânsito Interur-bano, executa o controle da tarifação de chamadas interurbanas;

• Central Local com Estágio Periférico: permitem a conexão de equipamentos periféri-cos de comutação integrados e controlam as chamadas dos assinantes conectados localmente ou de chamadas originadas ou terminadas nos assinantes conectados em um dos estágios periféricos da central.

Na central ELCOM, existem três tipos de interfaces para equipamentos externos:

(a) Interfaces para terminais de assinantes: Nos terminais de assinante da Central ELCOM podem estar ligados aparelhos telefônicos analógicos com discagem por pulso ou multi-freqüenciais, telefones públicos ou semipúblicos (moedeiros ou a cartão indutivo), bem como equipamentos CPCT (Central Privada de Comutação Telefônica ou PABX), equi-pamentos identificadores de número chamador (BINA) e modems digitais a 64 Kbits/s. Recentemente, a Batik vem desenvolvendo duas interfaces para terminais da RDSI. A pri-meira consiste na interface de acesso básico (2B + D), com um canal de 16 Kbits/s para sinalização de assinante e até dois canais de 64 Kbits/s para banda de passagem de dados. A outra interface corresponde ao acesso primário (30B + D), possibilitando a utilização de 30 canais de 64 Kbits/s, além de um canal de sinalização também a 64 Kbps [Tane97]. (b) Interfaces com outras centrais da rede telefônica: A interligação da Central ELCOM

com outras centrais é feita através de troncos (ou juntores1) analógicos ou digitais. Os troncos são vias de transmissão por onde trafega a sinalização necessária para o estabele-cimento e controle das chamadas e pelos quais são transferidas as informações (voz ou dados) dos usuários da rede telefônica.

No caso particular da ELCOM, além de interligar centrais telefônicas, os troncos são utiliza-dos para interligar a central aos seus estágios periféricos, os quais são partes integrantes da central ELCOM do ponto de vista de supervisão da rede telefônica. Os estágios perifé-ricos são considerados extensões da central, utilizadas para aproximar o equipamento de comutação dos assinantes, reduzindo o custo da rede primária.

(c) Interfaces para equipamentos de OMS (Operação, Manutenção e Supervisão): A conexão da central ELCOM com os equipamentos de OMS pode ser local ou remota. O acesso local é feito através das interfaces RS-232C de uma Unidade Central de Processa-mento (UCP) da central. O acesso remoto é efetuado através de modems internos e/ou externos à UCP. Cada UCP permite o acesso por até três equipamentos de supervisão. Atualmente, o equipamento de OMS utilizado é composto por um microcomputador

compatí-vel com o padrão IBM-PC 386 ou superior, com sistema operacional MS-DOS e ambiente

1 _{A rigor, juntores são as interfaces de conexão de um tronco a uma central. Há portanto, um juntor de}

entrada e um juntor de saída para cada tronco. No entanto, na prática, o termo juntor é às vezes usado em alusão ao próprio tronco.

Windows 3.1 ou com o sistema operacional Windows 95, impressora opcional e um mo-dem opcional (usado apenas para conexões remotas). Este microcomputador deve ser equipado com o software CSR (Centro de Supervisão Remota), desenvolvido pela própria Batik especialmente com a finalidade de OMS. O CSR se conecta e troca informações com a Central ELCOM utilizando um protocolo de comunicação proprietário da Batik. Existem estudos para oferecer novas interfaces que permitam o uso de outros equipamen-tos e protocolos padronizados de supervisão e manutenção para a central ELCOM.

4.1 Estrutura de Hardware da Central ELCOM

A Central ELCOM possui uma estrutura modular, formada por unidades que exercem fun-ções de controle e comutação de forma independente. Cada unidade da central ELCOM consiste de um computador compatível com o padrão IBM-PC conectado a um barramento proprietário da Batik, no qual são ligadas placas de terminais de assinantes, placas de juntores e demais órgãos necessários para o funcionamento da central.

ASSINANTES JUNTORES AUXILIAR

PLANOS DE COMUTAÇÃO 12 12 1 1 16 1 4 16 1 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Sinc. Mestre #1 Matriz Intra Modular Matriz Intra Modular

ASSINANTES JUNTORES AUXILIAR CPU CPU OMS LAN N Sinc. # 2 CPU CPU #2 #3 SM Barramento de Controle Barramento de Voz/Sincronismo . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Figura 4.1: Arquitetura da central ELCOM

Conforme apresentado na Figura 4.1, as unidades da Central ELCOM são interligadas por dois meios distintos. As CPUs das diversas unidades comunicam-se através de uma rede local (LAN), utilizando o protocolo Ethernet. Esta rede local é a base para a estrutura de controle entre as unidades da central. Por outro lado, as matrizes de comutação de cada unidade são conectadas entre si através de planos de comutação intermodulares. Tais planos são a base da estrutura de comutação entre os dispositivos telefônicos distribuídos nas unidades da central.

4.1.1

A Estrutura de Controle da Central ELCOM

Cada unidade da central ELCOM possui uma unidade central de processamento (UCP) com-posta basicamente por:

• uma placa-mãe (motherboard) compatível com o padrão IBM-PC, equipada com proces-sador Intel 80486 ou superior e barramentos padrão ISA e PCI;

• uma placa de unidade de memória de massa (UMM) para armazenamento do programa controlador, da base de dados, e da configuração da central. As placas UMM são fabri-cadas pela própria Batik e existem nas versões para barramentos ISA ou PCI;

• uma placa de interface de controle (ITC) que realiza a interface da placa-mãe com o bar-ramento externo de controle, mostrado em linhas tracejadas no diagrama da Figura 4.1. A placa ITC é fabricada pela própria Batik e utiliza a interface padrão ISA.

• uma interface serial RS-232 para comunicação com equipamento de supervisão local; • uma placa comercial de rede local (padrão Ethernet) para comunicação com as demais

unidades. Podem ser utilizadas placas de rede com interfaces padrão ISA ou PCI. Logi-camente, nos casos de centrais de uma só unidade a placa de rede local é dispensável. • uma placa de modem comercial para comunicação com equipamento de supervisão

re-moto.

Com a implantação do sistema de sinalização #7 na Central ELCOM, também podem ser conectadas placas de terminal de sinalização nas diversas CPUs da central. A placa de terminal de sinalização é uma placa comercial e utiliza a interface de barramento padrão ISA.

A CPU da central ELCOM, utiliza 4 tipos de memória, cada um para determinada finalidade, como descrito a seguir:

• RAM volátil: localizada na placa-mãe. Corresponde à memória principal da CPU, na qual é executado o programa controlador da central.

• EPROM: memória somente de leitura localizada na placa UMM, é utilizada para arma-zenar o programa de inicialização (boot) e para carregar o programa controlador da central (loader).

• RAM com bateria: também localizada na placa UMM. Consiste em uma memória não volátil, com autonomia mínima de 30 dias. Esta memória é utilizada para armazenar os dados de configuração da central, bem como os registros de ocorrências e alarmes que ocorrerem na unidade. Para maior confiabilidade, esta memória é protegida contra escri-ta indevida através de mecanismo de acesso byte a byte.

• Memória FLASH: uma memória de acesso aleatório, com velocidade de acesso inferior à memória RAM com bateria. A durabilidade de uma memória FLASH depende do nú-mero de escritas realizadas em um endereço de memória. A memória FLASH também está localizada na placa UMM. Ela é utilizada para armazenar o programa controlador da central, o qual é carregado para a memória principal da CPU pelo programa de iniciali-zação (boot).

4.1.2

Barramento externo e placas telefônicas da central ELCOM

Com exceção das placas conectadas diretamente à CPU da unidade, todas as demais placas são conectadas a um barramento externo, também conhecido como barramento de controle. As placas conectadas ao barramento de controle correspondem, em essência, aos recursos telefônicos

utilizados pela central. A comunicação da CPU com as diversas placas telefônicas da unidade é feita através da placa ITC (Interface de Controle), a qual está conectada simultaneamente ao barramento externo e ao barramento da CPU. O barramento externo do ELCOM é mapeado em memória. Desta forma, a CPU realiza o endereçamento e acesso aos dados das diversas placas através de leitura e escrita nos endereços específicos para cada uma das posições de placas da unidade.

O barramento de controle possui 23 posições para acomodar as diversas placas da central. Conforme mostrado na Figura 4.1, as placas conectadas ao barramento de controle podem ser classificadas quanto a sua função básica como:

1) Placas de assinantes: placas nas quais são conectados os pares de fios dos aparelhos tele-fônicos dos assinantes. Possibilitam a varredura dos sinais provenientes de cada aparelho telefônico. As principais placas de assinantes são:

• MTA (Módulo de Terminal de Assinante), para aparelhos telefônicos analógicos de assinantes comuns.

• MTP (Módulo concentrador de Telefones Públicos), para aparelhos telefônicos pú-blicos, moedeiros ou a cartão magnético.

• MAD (Módulo de Assinante Digital), para terminais digitais a 64 Kbits/s, como os modems digitais que utilizam esta taxa de transmissão.

As placas MAB (Módulo de Acesso Básico) e MAP (Módulo de Acesso Primário), ambas utilizadas para terminais da RDSI, estão em fase final de projeto. Estas placas, embora a-presentem características bem distintas das demais placas citadas acima, também são consideradas placas de terminais de assinantes.

2) Placas de juntores: corresponde as placas que são utilizadas no entroncamento com as demais centrais da rede ou, em alguns casos, com equipamentos CPCT que utilize sinaliza-ção de linha e registro entre centrais, ao invés da sinalizasinaliza-ção de assinante convencional. Cada tipo de placa de juntor utiliza uma sinalização de linha padrão, conforme se segue:

• JEM (Juntor analógico E&M a seis fios). • JMS (Juntor analógico E&M a sete fios).

• JLT (Juntor analógico a dois fios de saída e no nível de assinante). • JLE (Juntor analógico a dois fios de entrada).

• JDT (Juntor Digital).

Essas placas fazem a interface física com o meio de transmissão externo. Internamente à central, elas são interfaceadas com outros órgãos, responsáveis pela conexão dos sinais de sinalização. Assim, por exemplo, órgãos enviadores e receptores de tons multi-freqüenciais (MFC) devem ser comutados aos enlaces da placa de juntor para a efetiva troca de sinaliza-ção de registrador.

Com a implantação do sistema de sinalização #7 na Central ELCOM, foi desenvolvida uma nova placa de juntor, a placa JDL (Juntor Digital Link). Além de realizar todas as funções da placa JDT (Juntor Digital), a placa JDL pode ser utilizada para prover um enlace de