Evoluzione della piattaforma di segnalazione verso la tecnologia IP

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1 PIATTAFORME Evoluzione della piattaforma di segnalazione verso la tecnologia IP GIOVANNI CICCOLELLA MARCO DE LUCA SANDRO PERLINI La crescita del traffico dei servizi a valore aggiunto basati sul servizio Short Message e l elevato numero di clienti raggiunto dai sistemi radiomobili ha spinto l industria delle Telecomunicazioni a definire soluzioni volte ad ovviare alle limitazioni di scalabilità della rete di segnalazione SS7, che garantisce la gestione della mobilità dei clienti e dei servizi. In questo contesto, TIM Italia ha intrapreso un percorso di evoluzione della piattaforma di segnalazione verso la tecnologia IP realizzando un architettura per il trasporto del traffico SM (Short Message) a livello nazionale; successivamente, l esperienza maturata ha permesso di adattare tale soluzione per offrire, con tempi e costi ridotti, servizi a valore aggiunto ai clienti mobili delle consociate estere riutilizzando le piattaforme di servizio di TIM Italia. Tale esperienza sarà alla base del percorso evolutivo della piattaforma di segnalazione per le reti e i servizi GSM/GPRS/UMTS ed IMS. 1. Introduzione Lo sviluppo e la realizzazione di una rete multiservizio che permetta di fornire al cliente l insieme dei servizi e all Operatore di gestire un unica infrastruttura di rete, sono state, negli ultimi anni, uno dei principali driver di evoluzione. Nel mercato, lo sviluppo di Internet e dei servizi dati ha permesso alla tecnologia IP di raggiungere una pervasività e capillarità sempre più simili a quelle della reti di telefonia e al traffico dati di sorpassare quello voce; tale fenomeno ha fatto sì che il traffico dati abbia sorpassato il traffico voce. Tutti questi fattori fanno sì che ci sia un diffuso accordo, all interno dei principali attori dell industria, nel prevedere che la tecnologia IP sarà alla base delle reti di telecomunicazioni del futuro integrando varie tecnologie di accesso per fornire un insieme molto vasto di servizi, ovviamente di tipo dati ma anche voce, realizzando così il paradigma della rete multiservizio. Parte di questo percorso evolutivo è stato già percorso attraverso un forte impegno nella definizione e lo sviluppo della tecnologia per intergare servizi voce (VoIP) su una rete dati di tipo IP. Al crescere dell interesse mostrato dagli Operatori nell integrare la tecnologia IP all interno delle reti di telefonia (PSTN/PLMN), il cui sistema nervoso è il sistema di segnalazione SS7 (Signalling System n.7) per garantire l accesso ai servizi, l industria si è confrontata per definire la soluzione per garantire l interlavoro tra le tecnologie SS7 e IP e il trasporto di segnalazione di servizio su rete IP. Alla fine degli anni Novanta, si è imposta sul mercato la tecnologia SIG- AN (SIGnalling ANsport) definita in ambito IETF e presto abbracciata e armonizzata dagli enti di standardizzazione 3GPP, ETSI e ITU come il riferimento per il trasporto della segnalazione, sia tradizionale SS7 che innovativa SIP (Session Internet Protocol), nella rete multiservizio del futuro. NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 14 n. 1 - Giugno

2 TIM è stata pioniere nell introduzione di questa tecnologia nella rete mobile attraverso la realizzazione di una rete dedicata per il trasporto del servizio Short Message (SMS over IP) per far fronte ad un incremento del traffico del servizio e ottimizzare i costi, grazie anche all impiego di una rete IP multiservizio. 2. Drivers ed obiettivi Se per una qualunque rete di telecomunicazioni il sistema di segnalazione rappresenta il sistema nevralgico che consente la fornitura di un canale di comunicazione tra utenti e l accesso ai servizi, per una rete radiomobile, il ruolo, nonché il peso, della segnalazione risulta ancor più significativo e fondamentale. Va precisato infatti che il sistema di segnalazione SS7 di un Operatore mobile si avvale in ambito di core network di diverse componenti: MAP (Mobile Application Part), per la gestione della mobilità d utente, dei servizi supplementari e del servizio SM (Short Message); ISUP (ISDN User Part) per la gestione della chiamata; INAP (Inteligent Network Application Part) per i servizi di rete intelligente; CAP (CAMEL Application Part) per la gestione dell utenza roaming e di alcuni servizi. Il servizio di Short Message si avvale del protocollo MAP, ovvero di messaggi o pacchetti di segnalazione SS7, per veicolare sia il contenuto d utente, ossia il testo dello Short Message, che la procedura di segnalazione per espletare la consegna dello Short Message. Fino ad oggi, il trasporto della MAP tra, ed è stato assicurato, dalla comune rete di segnalazione core basata sui nodi di transito TDM (figura 1). Negli ultimi anni, sulla rete mobile TIM Italia sono stati registrati incrementi elevati del traffico di segnalazione, in termini di quota relativa al singolo utente e complessivamente per la crescita dell utenza. In particolare, negli ultimi cinque anni, il traffico di segnalazione MAP che gestisce la mobilità d utente () ha subito incrementi del 50% circa, passando da 30 Mbit/s di traffico di segnalazione (uplink e downlink registrato a livello dei nodi di transito) ad oltre 45 Mbit/s attuali. Tuttavia, mentre nel 1999 l incidenza del traffico MAP per Short Message rispetto alla quota parte di mobilità era minima (inferiore al 5%), il valore attuale di traffico di segnalazione che gli Short Message sviluppano sull interfaccia da/verso SS7/TDM Network CAP INAP ISUP MAP gli (Short Message Service Centre) è di assoluto rilievo. Infatti, osservando quanto mostrato in figura 2, si notano due aspetti di rilievo: un trend d incremento costante annuo dal 1999 ad oggi del volume medio giornaliero di SMS; un andamento distribuito nell anno con picchi di concentrazione nel periodo natalizio di ciascun anno. La peculiarità del servizio SM e l utilizzo massiccio in particolari periodi dell anno (caratterizzato dal brusco picco ricorrente nel periodo di Natale-Capodanno, evidenziato in figura 2 con le frecce che indicano le percentuali di incremento del valor massimo rispetto al valor medio), hanno comportato a livello di rete, impatti elevati concentrati sulle risorse di nodo e di trasporto. Inoltre, è da notare che in alcuni giorni particolari si verificano incrementi nell ora di picco fino anche a dieci volte il volume medio nell orario ordinario. Pertanto, durante le festività, il traffico per Short Message, a causa della mobilità dell utente, viene ad assumere volumi comparabili con quelli relativi al traffico MAP. Prima dell introduzione della core network di segnalazione dedicata al servizio di Short Message (SMS over IP), la rete tradizionale di segnalazione basata su tecnica TDM, gestiva in modo condiviso tutte le componenti SS7 (SMS, mobilità, ). Pertanto, al fine di garantire in primis il trasporto della componente di mobilità, assai delicata ed importante, la comune rete SS7 doveva essere dimensionata tenendo conto non solo del traffico SS7 ordinario, ma anche dell andamento nel periodo natalizio del traffico SMS, ossia di quei Camel Application Part Home Location Register Inteligent Network Application Part ISDN User Part Mobile Application Part Mobile Switching Centre Service Control Point SS7/TDM Network MAP - mobilità ISUP INAP/CAP FIGURA 1 Evoluzione della rete di segnalazione per SMS. SMS SS7 TDM VLR MAP - SMS IP Network Signalling Gateway Short Message Service SMS Centre Signalling System n. 7 Time Division Multiplex nodo di ansito Visited Location Register 44 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 14 n. 1 - Giugno 2005

3 60 3. Evoluzione piattaforma di segnalazione Q 2Q 3Q 4Q 1Q 2Q 3Q 4Q 1Q 2Q 3Q 4Q 1Q 2Q 3Q 4Q % Media giornaliera % 2002 picchi della componente MAP per SM che comunque andavano ad erodere le risorse di segnalazione comuni. La soluzione adottata è stata, pertanto, quella di dedicare nuove risorse di nodo e di rete per il servizio SM al fine di preservare sulla piattaforma tradizionale la delicata componente MAP relativa alla gestione della mobilità dei clienti. In conclusione la creazione di una core network di segnalazione basata su IP per il servizio SM (figura 1) ha consentito di: 1) separare le problematiche relativa alla mobilità e al servizio SM; 2) utilizzare tecniche di trasporto, nodi e tecnologie dedicate, che, tenendo conto della specificità del servizio, comportino minori investimenti rispetto a quelli necessari per ampliare i nodi TDM adibiti a nodi di transito voce e segnalazione; 3) implementare una soluzione già orientata a future evoluzioni (in linea con gli standard). Il punto 1) ha avuto come primo risultato quello di ridurre il traffico di segnalazione sui nodi di transito e di recuperare risorse di segnalazione. I punti 2) e 3) hanno comportato l orientamento verso soluzioni basate su tecniche di trasporto di tipo IP. Tale scelta ha portato a migrare il trasporto della segnalazione da una rete dedicata ad alta affidabilità ad un Backbone IP multiservizio. Se da un lato ciò ha consentito di utilizzare, con investimenti ridotti, una piattaforma di trasporto preesistente (la rete IP TIM Italia: Unigate) condivisa con altri servizi, dall altro tale condivisione ha richiesto adeguate garanzie sulla qualità del servizio offerto. D altra parte, la modalità Store and Forward, propria del servizio SM, consente di gestire mediante retry (tentativi successivi) l eventuale mancata consegna dello Short Message offrendo così anche una robustezza intrinseca rispetto a situazioni di congestione del backbone IP. 91% 2003 Variazione percentuale tra valore di picco e valore medio nel periodo FIGURA 2 Evoluzione del traffico di segnalazione legato a SM in rete TIM Italia. 80% 3.1 Architettura tradizionale della rete di segnalazione di TIM Italia Come descritto nel capitolo precedente, la rete di segnalazione garantisce il trasporto del traffico di segnalazione per il set-up delle chiamate voce (ISUP), la gestione della mobilità dell utente (MAP [1]), la fornitura del servizio SMS (MAP) e la fruizione dei servizi di Rete Intelligente (INAP o CAP). La struttura della rete di segnalazione garantisce un infrastruttura di comunicazione a tutti i nodi della rete mobile GSM, ovvero,, e i nodi di Rete Intelligente. Dato l elevato numero dei nodi da interconnettere in rete TIM Italia, l attuale rete di segnalazione, illustrata in figura 3, possiede un architettura gerarchica basata su nodi di trasferimento della segnalazione STP (Signalling Transfer Point) che garantiscono i servizi di instradamento e smistamento del traffico. L architettura è strutturata in regioni di segnalazione, ognuna delle quali è composta da: un insieme di raggruppati in base a criteri geografici e di appartenenza ad enti territoriali; la globalità degli (Home Location Register) dove risiedono i profili di utente; un nodo (Short Message Service Centre) che riceve, mantiene ed invia secondo una logica store&forward i messaggi SMS di tipo testuale; alcuni nodi di Rete Intelligente (Service Control Point) dove risiedono le logiche dei servizi; una coppia di nodi /STP che eseguono funzionalità di: - Transito () per il traffico voce tra diverse regioni di segnalazione e anche all interno della stessa regione; - Signaling Transfer Point (STP) per instradare il traffico MAP; - Punto di Interconnesione (PdI) con OLO (Other Licensed Operators). Per garantire il livello di affidabilità necessario ogni nodo è sempre connesso ad almeno i due nodi che formano la coppia di STP; in particolare: ogni e ogni è attestato alla coppia di nodi STP della regione. ogni è attestato a tutti i nodi STP in modo che il numero di segnalatori sia sufficiente a smaltire il traffico sviluppato per la gestione della mobilità, che risulta essere la maggioranza del traffico totale. In questo modo si garantisce il passaggio attraverso un solo nodo STP. NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 14 n. 1 - Giugno

4 Queste regole pratiche per la progettazione dell architettura della rete di segnalazione possono trovare delle eccezioni dovute a situazioni legate a vincoli della rete reale in campo. 3.2 Il sistema di segnalazione SS7 Pdl OLO / STP / STP Regione segnalazione 1 Regione segnalazione 5 / STP / STP Pdl OLO Così come definito in ITU-T durante gli anni Novanta, la rete di segnalazione è basata su sistema SS7 (Signalling System n.7), formato da due parti: la rete di segnalazione MTP (Message Transfer Part) che offre i servizi di instradamento; gli utilizzatori (User Part) che garantiscono le logiche per la gestione del setup delle chiamate e dei servizi supplementari (ISUP); della mobilità dell utente e del servizio SM (MAP); dei servizi di Rete Intelligente (INAP). I livelli utilizzatori fanno affidamento su robustezza e performance della rete di segnalazione per garantire la qualità finale del servizio percepita dal cliente (ad Rete di segnalazione tradizionale OLO Pdl OLO esempio tempo di call setup di una chiamata, tempo di attach da parte di un utente mobile). La rete di segnalazione MTP (Message Transfer Part) è una rete a commutazione di pacchetto basata su link di livello 2 con capacità di 64 kbit/s ricavati dai time slot della rete di trasporto TDM (Time Division Multiplex). L architettura della rete di segnalazione prevede due tipologie di nodi: SEP (Signalling End Point) presso i quali risiedono i livelli utilizzatori che coincidono con,,, ; STP (Signalling Transfer Point) che eseguono solo funzionalità di instradamento e presso i quali non risiedono i livelli utilizzatori. In genere, la regola per la progettazione della rete prevede di collegare ogni nodo SEP ad almeno una coppia di nodi STP e di dimensionare i link di segnalazione del collegamento a 0,3 Erlang in condizioni nominali; tale regola garantisce la robustezza della rete al guasto del singolo nodo STP, nel qual caso il nodo STP ancora attivo avrebbe il link di segnalazione a 0,6 Erlang. Questo limite di riempimento dei segnalatori è dovuto a modelli matematici, i quali garantiscono che fino al limite di 0,6 Erlang la rete non introduce ritardi di accodamento tali da portare ad una situazione di congestione. Home Location Register Mobile Switching Centre Other Licensed Operator Service Control Point Signalling Gateway / STP / STP STP VLR FIGURA 3 Evoluzione dell architettura della rete di segnalazione TIM Italia. IP Network Short Message Service Centre Signalling Transfer Point nodo di ansito Visited Location Register I requisiti imposti sulla rete di segnalazione sono: Affidabilità e disponibilità. La rete deve garantire un trasferimento affidabile dei messaggi di segnalazione anche in condizioni critiche: - Il livello di link (MTP2) [2] esegue funzionalità volte a rilevare e correggere errori di trasmissione e a garantire la consegna in sequenza; - Il livello di rete (MTP3) [3] esegue funzionalità di instradamento anche al fine di reagire a situazioni di guasto di link o di nodo. Ritardo. Per lo scambio di messaggi, è sufficiente che sia garantito un limite massimo di ritardo, mentre non sono presenti vincoli sulla variabilità del ritardo a differenza dei servizi voce. Tale requisito si rispecchia, a livello di link, in un ritardo massimo di attesa di un riscontro (ack) prima di considerare il messaggio non consegnato; a livello di rete si traduce in un ritardo massimo di attesa prima di eseguire le procedure di reinstradamento al fine di evitare duplicazioni o fuori sequenza. Sicurezza. La rete di segnalazione è una rete dedicata ai nodi di segnalazione e pertanto può definirsi chiusa. Tuttavia, le reti di segnalazione tra Operatori possono essere interconnesse, in 46 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 14 n. 1 - Giugno 2005

5 questi casi la sicurezza viene garantita attraverso funzionalità di screening/autorizzazione della sorgente del traffico. La tabella 1 riporta i principali requisiti prestazionali della rete di segnalazione in termini di affidabilità, disponibilità e ritardo. Questi sono anche i requisiti imposti sulla soluzione per il trasporto della segnalazione su rete IP. Livello SS7 MTP2 (ITU-T Q.703) MTP2 (ITU-T Q.704) Ritardo (timer più stringente) ms Max ritardo di riscontro (ack) ms MTP2 Message Transfer Part 2 SS7 Signalling System n. 7 Affidabilità / Disponibilità P errore non rilevato I indisponibilità 10 minuti/anno P perdita messaggio 10-7 P fuori sequenza messaggio TABELLA 1 Requisiti prestazionali della rete di segnalazione del sistema SS Architettura evoluta per trasporto SMS over IP Negli ultimi anni, l evoluzione dei servizi e del relativo traffico si è rivolta sempre più verso il mondo dati imponendo agli Operatori di realizzare un infrastruttura adeguata per tali servizi, in genere di tipo IP. Contemporaneamente è maturata sul mercato la tecnologia per trasportare anche il traffico voce su rete IP (VoIP) e, infatti, alcuni Operatori hanno deciso di adottarla per rinnovare parti della loro rete telefonica e/o introdurre nuovi servizi telefonici e multimediali su accessi a larga banda come ha fatto Telecom Italia Wireline [4]. Con l obiettivo di rendere i nodi di commutazione sempre più similari a dei nodi di tipo IP, alla fine degli anni Novanta, l industria e gli standard (in primis IETF e poi 3GPP) si sono coordinati per definire una soluzione tecnologica che permettesse di trasportare anche il traffico di segnalazione attraverso una rete IP. Rispetto al trasporto della voce, la definizione della soluzione per il trasporto della segnalazione è stato più rapido, prima di tutto per la caratteristica nativa del sistema SS7 di basarsi già su una tecnica a commutazione di pacchetto simile a quella IP, e inoltre, per l esperienza già maturata sulla tecnologia IP per gli aspetti di Qualità del Servizio. All inizio del 2001 sono emerse sul mercato le prime implementazioni commerciali della tecnologia SIGAN. In quel periodo, come già scritto nel paragrafo 1, la rete di segnalazione era in fase di espansione per l esplosione dei servizi basati su Short Message. In questo contesto tecnologico e valutando gli aspetti di mercato, è maturata in TIM Italia la decisione di realizzare una rete di segnalazione basata su IP per trasportare il traffico SM. La scelta del traffico da veicolare su rete IP si è orientata verso il traffico Short Message per la sua natura Store&Forward che non richiede stringenti garanzie di ritardo e di consegna. Tuttavia, il servizio SM si è imposto sul mercato come un mezzo di comunicazione rapido, infatti il cliente è abituato a percepire una buona qualità del servizio in termini di rapidità di consegna; pertanto, in fase di progettazione della soluzione sono stati comunque imposti requisiti di ritardo per garantire, nella percezione da parte del cliente, la continuità del servizio. L architettura evoluta della rete per il trasporto della segnalazione SMS via IP si basa sull introduzione di nuovi nodi, detti (Signalling Gateway), che sono funzionalmente degli STP (Signalling Transfer Point) in grado di gestire, oltre ai link di segnalazione tradizionali su portanti TDM, nuovi link (virtuali) di segnalazione su IP. L architettura, illustrata in figura 3, prevede che gli siano collegati esclusivamente ai nuovi nodi che smistano il traffico di segnalazione verso e attraverso link di segnalazione tradizionale e che scambiano il traffico tra attraverso link di segnalazione virtuali su IP. Tale archittettura garantisce che il traffico di segnalazione relativo al servizio Short Message sia interamente gestito da una nuova rete dedicata, scaricando così la rete tradizionale di STP. 3.4 Tecnologia SIGAN e posizionamento nello standard All interno dell ente IETF (Internet Engineering Task Force), dove vengono definite le soluzioni e i protocolli per l evoluzione della tecnologia basata su IP, è stato formato nel 1999 un nuovo Gruppo di Lavoro (WG Working Group), denominato SIG- AN (SIGnalling ANsport), con l obiettivo di definire l architettura e i protocolli per il trasporto della segnalazione di tipo SS7 attraverso una rete IP, nel rispetto dei requisiti tipici del sistema SS7. I protocolli di trasporto (livello 4) tipici del mondo IP sono UDP (User Datagram Protocol) e TCP (Trasmission Control Protocol). Mentre UDP fornisce un servizio connection-less veloce senza meccanismi di affidabilità, TCP fornisce un servizio connection-oriented affidabile ma con limitazioni in termini di disponibilità e reazione ai guasti. Pertanto entrambi sono stati considerati non adeguati allo scopo, sebbene sia stato riconosciuto che il TCP avesse la caratteristica fondamentale di essere connection-oriented. Queste considerazioni hanno spinto il WG SIG- AN a definire un nuovo protocollo di trasporto nel mondo IP: (Stream Control Transmission Protocol) [5] (si veda l omonimo riquadro di approfondimento) al fine di sorpassare alcune limitazioni tipiche del TCP. NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 14 n. 1 - Giugno

6 (Stream Control Transmission Protocol) [5], sviluppato in ambito IETF dal Working Group SIG- AN, è un protocollo di trasporto connection oriented che, a differenza dei protocolli preesistenti (TCP e UDP) prevede meccanismi atti a rispettare i requisiti del trasporto della segnalazione in rete IP. Un associazione è una connessione virtuale tra due entità, contenente diversi stream che costituiscono i canali logici unidirezionali tra due end point. è progettato per trasportare messaggi. Infatti, la struttura del datagramma prevede un header comune e un insieme di unità dati ognuna contenente un messaggio del livello superiore. Ogni messaggio applicativo appartiene ad uno stream, all interno del quale è garantito un trasferimento affidabile mediante riscontri selettivi e ritrasmissioni (figura A). Tale struttura di consente: di migliorare l efficienza in rete diminuendo l overhead complessivo, trasportando nello stesso datagramma un insieme di messaggi dei livelli superiori fino a raggiungere la massima dimensione del datagramma (bundling); di evitare situazioni di head-of-line-blocking e il relativo ritardo (multiplexing). Ciò avviene poiché le ritrasmissioni sono gestite a livello di singolo flusso, pertanto la perdita di messaggi appartenenti ad un certo flusso non blocca la consegna dei messaggi di altri flussi. Inoltre viene eseguito un meccanismo di ritrasmissione selettiva al fine di ritrasmettere solo i messaggi effettivamente persi e non tutti quelli trasmessi successivamente alla perdita del primo messaggio. Un associazione, a differenza di una connessione TCP, viene aperta una sola volta per il trasferimento di molti flussi informativi, effettuando così un unica procedura di instaurazione. In maniera analoga al TCP, prevede meccanismi per il controllo di flusso e di congestione direttamente a livello di associazione. Appl A 2 Appl B 2 1 Appl C A A differenza di TCP, invece, questo protocollo risulta arricchito di una funzionalità chiave, il multihoming, che consente di assegnare ad un end point n indirizzi IP così da poter configurare all interno di una singola associazione n indirizzi di trasporto; il multihoming contribuisce al rispetto Associazione Stream Control Transmission Protocol dei requisiti di disponibilità e affidabilità garantendo una tolleranza ai guasti IP in rete o presso il nodo con reinstradamento del traffico su percorsi alternativi, come illustrato in (figura B) con un percorso IP primario ed uno secondario. Tale funzionalità garantisce la capacità di reazione al fault IP senza avvertire il livello superiore SS7. La raggiungibilità dell end point remoto e la disponibilità di tutti Header FIGURA A Architettura della rete intelligente (fisso e mobile). persorso primario B Appl A i percorsi definiti viene testata mediante invio di messaggi periodici, detti hearbeat. fornisce inoltre varie funzionalità per rispondere al requisito di sicurezza del trasporto delle informazioni di segnalazione in termini di confidenzialità, autenticazione e integrità. 2 Appl B 2 1 Appl C FIGURA B Funzionamento multihoming. IP Network persorso secondario NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 14 n. 1 - Giugno 2005

7 L architettura definita in IETF dal WG SIGAN è orientata a garantire che non ci siano impatti sui protocolli SS7, e si basa su un architettura protocollare modulare (figura 4), formata da: un protocollo di trasporto comune per ogni livello di segnalazione SS7 in grado di superare le limitazioni di TCP e UDP; un modulo di adattamento specifico per ogni protocollo di segnalazione che si vuole trasportare su IP (x-ua, User Adaptation layer), al fine di poter riutilizzare i livelli applicativi della segnalazione SS7 e adattare i servizi forniti da. Segnalazione nativa IP DIAMETER CAP IPvx ISUP M2PA M2UA M3UA MAP SIP ISUP M2PA Segnalazione SS7 tradizionale MTP3 IPv4 / IPv6 MAP/CAP M2UA Camel Application Part IP vers x ISDN User Part MTP2 Peer to peer Application layer MTP2 User Adaptation layer MTP3 User Adaptation layer Mobile Application Part FIGURA 4 Architettura protocollare SIGAN. TCAP SCCP RANAP/ BSSAP L emergere di come protocollo di riferimento per il trasporto in rete IP di traffico segnalazione ha fatto sì che fosse scelto, come alternativa ai protocolli UDP e TCP, anche per il trasporto di protocolli di segnalazione nativi del mondo IP, come ad esempio SIP (Session Initiation Protocol) 1 e DIA- METER 2. L applicazione di rimane, ad oggi, confinata all interno del segmento di core network poiché un dispiegamento sui numerosi terminali presenti nella rete di accesso potrebbe essere troppo oneroso in termini elaborativi. Uno dei maggiori vantaggi della segnalazione su IP è la possibilità di realizzare tra i nodi dei link (1) (2) MTP3 SCCP SIP SUA TCAP M3UA SUA Message Transfer Part 3 SIP è un protocollo per il setup di sessioni nativo IP, scelto come riferimento per i servizi del dominio IMS in 3GPP e considerato il protocollo che si imporrà per i servizi (dati, voce, video) nell evoluzione di Internet. DIAMETER è un protocollo, evoluto rispetto al RADIUS, per eseguire funzionalità e procedure di AAA (Authentication, Authorization, Accounting).È stato selezionato nello standard 3GPP per tali funzionalità nel dominio IMS. User Part segnalazione Moduli specifici di adattamento Livello comune di trasporto Stream Control Transmission Protocol Signalling Connection Control Part Session Initiation Protocol SCCP User Adaptation layer Transaction Capability Application Part virtuali (connessioni virtuali end to end), che non presentano limitazioni di banda, in quanto realizzati su una rete a pacchetto con interfacce ad alta velocità (ad esempio interfacce FE 10/100 Mbit/s). Come descritto nel paragrafo 3.2, i link tradizionali SS7 sono link a 64 kbit/s in genere dimensionati a 0,3 Erlang, pertanto ne servono molti per smaltire elevate quantità di traffico; inoltre esiste un limite al numero di link tra due nodi SS7 (da standard 16, per una banda massima di circa 300 kbit/s, sebbene alcuni costruttori permettano di arrivare anche a 32). Tali limitazioni pongono vincoli sull espansione della rete SS7 tradizionale, già raggiunti nella rete mobile di TIM Italia. Con i link virtuali di segnalazione su IP, la scalabilità di questi è limitata solo dalla banda disponibile sulla rete a pacchetto ad alta velocità, pertanto ciò garantisce di sorpassare i limiti e i vincoli della tecnica SS7 tradizionale. All interno del percorso evolutivo delle architetture delle reti e dei servizi mobili, il 3GPP ha previsto, come opzioni, l utilizzo della tecnologia IETF SIGAN per il trasporto della segnalazione su IP in Core Network dalla Release 4 e in RAN (Radio Access Network) dalla Release 5 (interfaccia Iu CS). Il 3GPP [6] ha definito come opzione la possibilità di trasportare attraverso reti a pacchetto (ATM o IP) la segnalazione tradizionale SS7 (SCCP, ISUP, MAP, CAP) e le nuove componenti di segnalazione (H.248 [7], BICC [8]) in CN (Core Network). Nel caso di utilizzo di una rete in tecnologia IP in CN, il trasporto della segnalazione deve avvenire in accordo con l architettura e i protocolli SIGAN. In particolare la specifica 3GPP chiarisce che è necessario l utilizzo della pila composta da M3UA [10] e. La selezione di una sola opzione è stata eseguita nell ottica di semplificazione, infatti è stato selezionato M3UA poiché risulta l unico livello di adattamento che garantisce il trasporto della segnalazione sia ISUP che SCCP, ovvero rispettivamente call related e non call related. Tuttavia, per lo scenario di off load del traffico SMS su una rete IP, TIM Italia ha selezionato la pila protocollare M2PA [11] / poiché si presentava, al momento, come la soluzione più matura sul mercato dato che prevede il riutilizzo del livello MTP3 per le funzionalità base di instradamento della rete di segnalazione. 4. Realizzazione della rete SMS over IP Come già anticipato, l architettura della rete di segnalazione MAP di TIM Italia prevede una suddivisione geografica in cinque aree di segnalazione. NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 14 n. 1 - Giugno

8 Gli vengono assegnati alle diverse aree cercando, compatibilmente con vincoli di carattere geografico/organizzativo, di garantire l equidistribuzione del traffico di segnalazione MAP tra le regioni. In ciascuna area di segnalazione sono presenti due nodi di transito /STP. L architettura prevede che: i nodi di transito siano connessi tra di loro a maglia completa; i nodi siano connessi, direttamente o tramite connessioni semipermanenti, con tutti i nodi di transito; i nodi siano connessi ai due nodi di transito della regione di appartenenza. I nodi di transito gestiscono: la segnalazione ISUP e i canali fonici relativi al traffico voce fra differenti regioni di segnalazione; le procedure MAP, che coinvolgono,, ed altri apparati di servizio; la funzionalità di Number Portability in maniera congiunta ai nodi. La rete SMS over IP è costituita da sei nodi Signaling Gateway che realizzano una rete di segnalazione su IP (mediante connessioni di tipo SS7 con i nodi GSM e di tipo IP con il backbone IP), parallela a quella costituita dai nodi di transito. Questa rete è in grado di gestire tutte le procedure MAP relative al servizio di Short Message. L architettura della rete di segnalazione viene ad essere ridisegnata con l introduzione della segnalazione su IP, infatti i sei sono organizzati in coppie che costituiscono tre bacini di raccolta del traffico SM. In tal modo, per la rete IP le aree di segnalazione sono state ridotte da cinque a tre. La definizione delle tre aree di segnalazione è stata effettuata considerando: l inserimento dei nodi in siti in cui è presente un nodo, al fine di risparmiare connessioni geografiche; la doppia attestazione geografica dei nodi, e ai nodi. Pertanto, come illustrato in figura 5, su una coppia di nodi insistono: due centri servizi () con link SS7;, con link SS7 dedicati al traffico SMS; /STP con link SS7 per veicolare il traffico da/verso altri Operatori OLO (Other Licensed Operators); una rete magliata di linkset logici IP (M2PA) verso gli altri, realizzata mediante il backbone IP. NA VLR NA CT La struttura di rete realizzata prevede di garantire l affidabilità mediante la ridondanza: geografica, in quanto ogni nodo di rete è connesso, via TDM, a due di zone geografiche distinte; di apparato, in modo da gestire temporanei fault di nodo, per cui ogni è in grado di gestire il traffico dell altro della coppia in condizioni normali di traffico; interna al, realizzata attraverso un architettura del nodo completamente ridondata. 4.1 Funzionalità della piattaforma Durante l analisi dei requisiti della piattaforma SS7 over IP si sono tenute in considerazione le funzionalità implementate sulla piattaforma SS7 tradizionale in tecnica TDM, che necessariamente erano richieste anche sulla nuova piattaforma. Nel seguito si è focalizzata l attenzione agli aspetti relativi ai seguenti requisiti/funzionalità della piattaforma SMS over IP: routing a livello MTP3 ed SCCP (Global Title Translation); screening su utenza originante/terminante gli SMS per interazioni con la MNP (Mobile Number Portability); interlavoro tra SS7 ed IP per l Interconnessione verso elementi di rete SS7 (,, ) e via IP con (Protocol adaptation). MI CT Regione SUD MI Home Location Register Mobile Switching Centre Signalling Gateway Short Message Service Centre Visited Location Register Regione NORD Rete IP UNIGATE BO BO RM LinksetSS7 Linkset M2PA PI RM Regione CENO FIGURA 5 Struttura della rete SMS over IP in tre regioni di segnalazione. PI 50 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 14 n. 1 - Giugno 2005

9 4.1.1 Funzionalità di routing Il routing nel sistema SS7 è basato su due livelli: livello di rete MTP3 e livello SCCP [9] (GTT). Lo spazio di indirizzamento di MTP3 è basato sulla individuazione degli elementi di rete SS7 mediante Signaling Point Code, pertanto la generica MSU presenta OPC (Originating Point Code) e DPC (Destination Point Code), che individuano rispettivamente l origine e la destinazione del messaggio. Il livello SCCP estende e completa la capacità d indirizzamento, infatti lo spazio di indirizzamento si basa sull individuazione dei nodi di rete mediante un numero telefonico, tipo E.164 (Global Title), per identificare origine (Calling Party Address) e destinazione (Called Party Address). Inoltre, il livello SCCP fornisce il servizio di GTT (Global Title Translation) che permette di tradurre un indirizzo numerico, in genere il Called Party Address SCCP, con l indirizzo fisico di livello MTP3. Grazie al doppio livello di indirizzamento MTP3 e SCCP si rende l instradamento molto flessibile, poiché una destinazione è identificata da un numero, pertanto qualsiasi cambiamento di indirizzi PC (Point Code) di rete si riflette in un aggiornamento solo nei nodi che eseguono GTT. Nella rete di TIM Italia, un caso in cui si ricorre alla funzione di GTT è l invio di un SMS (procedura SM-MO) da parte di un cliente verso il Centro Servizi (). Il terminale possiede, preimpostato, il numero virtuale (E.164) del TIM ( ); quando il cliente invia uno SM, il lo instrada verso un nodo intermedio (ora i, precedentemente le /STP) che esegue GTT ed individua il PC del. In questo modo, l introduzione di un nuovo in rete, comporta impatti solo sui nodi intermedi e non su tutti i restanti nodi ed della rete TIM Italia. Tuttavia, la maggiore flessibilità fornita dalla funzionalità di GTT implementata in un nodo SS7 va a gravare sul carico elaborativo del nodo. È quindi necessario valutare con attenzione il suo eventuale utilizzo soprattutto nei nodi intermedi che, per il loro numero ridotto, si prestano maggiormente ad implementare la decisione del routing. L operazione di GTT incide sulle capacità del nodo, per cui il numero di GTT/sec eseguibili rappresenta uno dei dati più significativi per le prestazioni di un nodo di segnalazione. L introduzione della piattaforma SMS over IP, con il relativo off load del carico di SMS dalle centrali di transito ha portato a spostare la funzionalità di GTT dai nodi di Transito (/STP) verso i, con conseguente alleggerimento del carico di elaborazione sui nodi tradizionali. La figura A nel riquadro Il servizio Short Message mostra, per ogni procedura MAP componente il servizio SM, la funzionalità di GTT eseguita dal. L architettura della rete SMS over IP garantisce pertanto le seguenti funzionalità per il servizio Short Message: Traduzione delle GT relative ai vari elementi di rete:,, e ; Traduzione della GT virtuale del servizio; Esecuzione del routing Funzionalità di Mobile Number Portability (MNP) La migrazione del servizio Short Message sulla piattaforma SMS over IP, ha dovuto tener conto dei vincoli imposti dalla regolamentazione relativa alla portabilità della numerazione del cliente. Come descritto nel riquadro Il servizio Short Message, è necessario eseguire in rete le verifiche sulla tipologia del cliente per comprenderne l operatore di appartenenza ed eseguire le opportune azioni. In particolare, in rete TIM Italia è eseguito: Screening sull originante lo Short Message, per abilitarne o meno l accesso al TIM, in ottica antifrode. In regime di Number Portability è infatti necessario verificare che alla numerazione MSISDN originante corrisponda effettivamente un cliente TIM Italia. Verifica dello stato di portabilità del destinatario dello Short Message, mediante accesso ai database di portabilità presenti su e transito TIM, per inviare lo SM all Operatore presso il quale risiede il cliente. Prima della migrazione del servizio Short Message sulla piattaforma SMS over IP, lo screening sull originante (SMS-MO) veniva effettuato interrogando i database FNR (Flexible Number Routing) presenti sui nodi /STP. L introduzione della piattaforma SMS over IP, con il relativo off load del carico di SMS dai nodi di transito, ha portato a spostare nel tale controllo mediante la verifica dell IMSI dell utente mittente, veicolato nel messaggio SM-MO. Per quanto riguarda la verifica dello stato di portabilità del destinatario dello Short Message, le verifiche sulle numerazioni nominalmente TIM (numerazione 33X) o OLO (numerazione 3YZ) sono implementate, rispettivamente negli e nei nodi di transito, mediante i database FNR Interlavoro SS7 - IP Per trasportare la segnalazione su IP tra diversi, la piattaforma esegue funzionalità di interlavoro tra SS7 ed IP. Per lo scenario SMS over IP, TIM Italia ha scelto di utilizzare il protocollo di adattamento M2PA su che struttura il come illustrato nella figura 6. M2PA [12] è un protocollo peer to peer che adatta il trasporto dei messaggi di segnalazione MTP3 realizzando un link di segnalazione su rete IP in maniera del tutto trasparente al livello MTP3. Infatti, M2PA fornisce verso MTP3 le stesse primitive di MTP2 e utilizza l associazione come se fosse un link virtuale di trasporto. I servizi offerti da M2PA e le relative funzionalità previste per il supporto delle funzionalità di MTP2 sono: supporto delle primitive di interfaccia tra MTP2 e MTP3; Mapping dei link SS7 in associazioni ; Gestione delle associazioni ; Fornitura dei servizi richiesti da MTP3 in rete IP. NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 14 n. 1 - Giugno

10 Questa scelta è stata dettata dalla volontà di riutilizzare il più possibile le logiche consolidate di MTP3, ovvero le procedure ben note per la pianificazione e l esercizio della rete, e dalla rapida maturità raggiunta dal protocollo M2PA, grazie alla sua semplicità. Struttura logica Struttura fisica Backup RSP GTT Primary RSP SCCP MTP3 / MTP3b Mgmt MTP3 / MTP3b Routing 4.2 Il nodo Signalling Gateway Le funzionalità precedentemente esposte si concretizzano in una architettura di nodo basata su piattaforma Cisco 7513 su cui viene inserita una versione dedicata del sistema operativo IOS. L architettura interna del nodo in rete TIM Italia è composta da: processore centrale (RSP16) che realizza tutte le funzioni di gestione, supervisione e sincronizzazione delle schede periferiche; schede periferiche (VIP6-80), che una volta specializzate mediante hardware dedicato per la gestione dell interfaccia IP o TDM (Port Adapter IP o SS7), eseguono le funzioni di interconnessione verso reti esterne e, oppotunamente configurate, possono eseguire funzionalità di instradamento e switching al fine di alleggerire il carico sul processore centrale. I sono configurati impostando la ridondanza hardware interna: ogni nodo è infatti così configurato: DMA GTT IP RSP M2PA MTP3 SCCP MTP3/MTP3b MTP2 MTP1 GTT M2PA IP Ethernet GTT MTP3/SCCP Forwarding Shared High Speed DMA Memory GTT MTP3/SCCP Forwarding MTP3/SCCP Filtering MTP3/SCCP Filtering M2PA VIP VIP VIP MTP2 SS7 P.A. Direct Memory Access Global Title Translation Internet Protocol Route Switch Processor MTP2 Per to peer Adaptation layer Message Transfer Part FIGURA 6 Architettura distribuita del. Ethernet PA Ethernet PA SS7 Data Flow Sigtran Data Flow OSS Data Flow OSS SCCP SS7 VIP doppia alimentazione in corrente continua assicurando la disponibilità energetica all apparato; due processori centrali con una ridondanza impostata di tipo caldo (Hot Standby); schede periferiche con doppia interfaccia IP; schede periferiche con doppia interfaccia SS7 in modo da avere la completa ridondanza di segnalatori. Nella prima fase di introduzione in rete, la piattaforma ITP era dotata di una architettura centralizzata in cui tutte le funzioni venivano svolte dall unità centrale, limitando così le capacità dell intero sistema. L evoluzione tecnologica del nodo ha portato ad una architettura interna distribuita, spostando le funzionalità di routing presso le schede periferiche dotate di capacità di switching. Ciò ha permesso di rendere modulabile la capacità del nodo dotandolo di maggiore flessibilità per ulteriori ampliamenti. Per implementare tale architettura è stata attivata la funzionalità (off load) che permette di abilitare il routing SCCP/MTP3 e M2PA/ nelle schede periferiche. Come illustrato in figura 6, le schede VIP vengono specializzate per l interfacciamento con la rete SS7 e con la rete IP ed eseguono i processi fino a livello SCCP (incluse anche le operazioni di Global Title Traslation) scaricando il carico elaborativo del processore centrale, che eseguirà il calcolo e la distribuzione delle tabelle di routing solo in caso di cambiamenti di stato del nodo; infine, vengono dedicate anche delle schede per l interfacciamento a livello IP con i sistemi OSS di gestione (per esempio l invio dei dati statistici o la ricezione dei comandi di configurazione da remoto). Con tale architettura il nodo avrà una maggiore capacità che potrà essere incrementata aggiungendo ulteriori schede periferiche. Inoltre, sebbene non illustrati in figura 6 per semplicità, tale architettura risulta flessibile per l implementazione di altri protocolli SIGAN in ottica evolutiva. 4.3 Il trasporto IP mediante UNIGATE IP Il backbone IP di TIM (UNIGATE) fornisce il servizio di trasporto geografico tra le piattaforme con garanzie di protezione rispetto al guasto di collegamento o di nodo e di priorità nel trattamento dei messaggi di segnalazione al fine di assicurare un ritardo end to end contenuto ed adatto ai messaggi di segnalazione. IP Ethernet PA Ethernet PA Operations Support System Signalling Connection Control Part Stream Control Transmission Protocol Signalling System 7 Versatile Interface Processor 52 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 14 n. 1 - Giugno 2005

11 Il servizio SHORT MESSAGE /STP/ GW OLO SM-MO SRI (MSISDN TIM) Il servizio Short Message si compone delle seguenti procedure (figura A): SM Mobile Originated (SM- MO): procedura di invio da parte del terminale di uno SM verso il Service Centre (). Nel terminale è impostato un numero virtuale di riferimento utilizzato dalla rete per instradare lo SM verso il ; Send Routing Information (SRI): procedura di richiesta da parte del all delle informazioni necessarie ad individuare il Visited presso il quale è registrato il destinatario dello SM; SM Mobile Terminated (SM- MT): procedura di invio dello SM al visited presso il quale è registrato il destinatario dello SM; SM waiting Data Set procedure (SM-DS): procedura iniziata dal per registrare il proprio indirizzo nella waiting list quando la procedura SM-MT non sia andata a buon fine (per esempio, utente non raggiungibile); Alert: procedure iniziata dal per avvertire il nel caso in cui il destinatario sia tornato raggiungibile. SRI (MSISDN non TIM) GW MSISDN Global Title Translation MT OLO SM-MT GateWay Home Location Register Mobile Switching Centre Mobile Station International ISDN Number Mobile Terminated Other Licensed Operator Signalling Gateway FIGURA A Procedure MAP per lo SM. L introduzione in rete della MNP (Mobile Number Portability) permette ad un cliente di cambiare Operatore mobile senza modificare il proprio numero MSISDN (Mobile Station International ISDN Number). Tale funzionalità è supportata dalla rete TIM Italia mediante la funzionalità FNR (Flexible Number Routing) consistente in un database che mantiene lo stato di MNP dell utente. Nella figura A sono illustrate Reinstradamento verso destinanatario SMDS SMMO SRI STP IP Network SMDS ALERT IMSI screening Short Message waiting Data Set procedure Short Message Mobile Originated Short Message Service Centre Send Routing Information Signalling Transfer Point nodo di ansito le procedure SM tra i nodi interessati e sono messe in evidenza (bullet rossi) le funzioni di instradamento GTT (Global Title Translation) eseguite dal al fine di tradurre l indirizzo in formato numero MSISDN, associato al nodo di rete destinatario della procedura, in un indirizzo di rete (Point Code). Inoltre, sono evidenziate anche le operazioni (bullet verdi e gialli) dovute alla MNP. Tali prestazioni sono ottenute mediante la realizzazione di un backbone secondo l architettura Differentiated Services, che permette di fornire classi di servizio diverse nelle prestazioni. In UNI- GATE sono fornite quattro classi di servizio: Real Time per i servizi voce che garantisce priorità di trattamento assoluta al fine di ridurre il jitter; Dati Plus per i servizi dati con qualità; Controllo per la segnalazione (ad esempio OSPF) tra i nodi IP; Best Effort per i restanti servizi. Per il trasporto del traffico di segnalazione viene utilizzata la classe Dati Plus che garantisce perdite contenute e un ritardo limitato ma senza garanzie sulla variabilità dello stesso. La robustezza ai guasti è garantita dal backbone IP attraverso un architettura (figura 7) con due piani di rete paralleli che utilizzano collegamenti geografici diversi e con una struttura di sito ridondata con due nodi, ognuno su un piano diverso della rete. Inoltre la piattaforma usufruisce del servizio di accesso ridondato al backbone IP mediante la funzionalità Cisco HSRP (Hot Standby Routing Protocol). Infatti, ogni è collegato attraverso l infrastruttura LAN del sito di UNIGATE a due router. Ogni router esegue funzioni di default gateway, ovvero esegue il routing IP, per NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 14 n. 1 - Giugno

12 parte delle interfacce del come primario e per la restante parte come secondario. In tale modo è garantita la robustezza al fault di nodo di accesso di UNIGATE. Inoltre, mediante il processo OSPF e la architettura a due piani, UNIGATE garantisce la ridondanza del percorso tra i siti, necessaria per sfruttare a pieno la funzionalità di multihoming sul nodo, fornendo così un meccanismo di reazione a guasti della componente IP di trasporto. 5. Evoluzione architettura rete SMS over IP L evoluzione degli verso il trasporto della segnalazione su IP mediante l adozione dei protocolli SIGAN (in particolare nella piattaforma TIM, il protocollo SUA [12], che trasporta i messaggi TCAP su IP) ha portato ad integrare nella nuova generazione di tali apparati, nodi della stessa tipologia e taglia di quelli ad oggi presenti in campo. La contemporanea introduzione di interfacce SIGAN (in particolare con protocollo M3UA che trasporta messaggi SCCP su IP) su altre piattaforme di servizio ha determinato la scelta di sviluppare un architettura (figura 8), composta da due livelli di : un primo livello realizzato dai sei già presenti, che costituiscono il nucleo della rete per l interconnessione verso le piattaforme SS7; un secondo livello di condivisi tra le diverse piattaforme di servizio evolute, che esegue funzionalità di adattamento ed interlavoro dei protocolli SUA/M3UA, supportati dalle piattaforme di servizio, con il protocollo M2PA per la comunicazione peer to peer con i del primo livello. Dato che la funzionalità di GTT (Global Title Traslation) contribuisce in maniera sostanziale al carico dei, la soluzione proposta permette di diversificare la configurazione di tale funzionalità ripartendola sui due livelli in modo da garantire un utilizzo efficiente in base alle risorse disponibili nei. Alcuni dei principali benefici introdotti sono: facilità di introduzione delle piattaforme di servizio su IP poiché gli impatti di configurazione sono concentrati solo su del secondo livello; introduzione di licenze SUA/M3UA per eseguire la protocol adaptation solo su di secondo livello, limitando così gli investimenti. Oggi questa architettura si è concretizzata in rete TIM con l introduzione di Regione segnalazione GSR HSRP PoP SMSoIP VLR PoP SMSoIP FE Gigabit Switch Router Home Location Register Hot Standby Routing Protocol Mobile Switching Centre Point of Presence Signalling Gateway Short Message Service over IP Visited Location Register PoP UNIGATE xx GSR GE Gruppi HSRP UNIGATE FIGURA 7 Architettura interconnessione con backbone IP. GTT M3UA SS7 SUA VLR STM-1 due nuovi IP in sostituzione delle piattaforme esistenti di tipo SS7. 6. Soluzione a livello internazionale PoP SMSoIP Un ulteriore esempio significativo di utilizzo delle tecniche di trasporto della segnalazione SS7 Service Platform M3UA SUA Piattaforme SS7 (,,, ) Linkset M2PA SS7 SS7 SS7 UNIGATE Global Title Translation Home Location Register MTP3 User Adaptation layer Mobile Switching Centre Short Message Service Centre Signalling System 7 SCCP User Adaptation layer nodo di ansito Visited Location Register FIGURA 8 Architettura evoluta a due livelli. Livello 2: - Sigtran protocol interworking - Routing - GTT Livello 1: - SS7 interconnection - Routing - GTT 54 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 14 n. 1 - Giugno 2005

13 su backbone IP, è tuttora in fase di realizzazione nell ambito dei progetti per la fornitura di servizi VAS TIM alle consociate estere. Il progetto generale ha avuto come obiettivo principale esportare in modo rapido, affidabile, ed a basso impatto economico (modalità Plug&Play ), taluni servizi VAS, come LoSai di TIM, Chiama ora (si veda il riquadro di approfondimento omonimo), servizi MMS/WAP, Voice Mail, Unified Messaging. A tale scopo il progetto prevede di condividere le piattaforme di servizio (TGDS,, IVR, M, ) già esistenti in rete TIM Italia, così da ridurre gli investimenti e i tempi dovuti ad un implementazione dei servizi nelle reti delle consociate. L accesso alle piattaforme di servizio TIM da parte dei clienti delle consociate è realizzato mediante una rete internazionale trasportando il contenuto informativo e di segnalazione previsto da ciascun servizio. Di seguito la descrizione è focalizzata ai servizi: LoSai di TIM e Chiama Ora. Tali servizi sono realizzati con logiche basate su SMS ed interazione con servizi supplementari SS7 (ovvero ISUP/MAP), pertanto si prestano bene ad essere implementati con tecniche di trasporto IP-based in ambito core internazionale, riutilizzando l esperienza positiva dell implementazione SMS over IP in ambito nazionale TIM Italia. Nella scelta del trasporto IP rispetto al TDM classico, sono risultati determinanti i vantaggi derivanti da una maggiore flessibilità di trasporto per i volumi di traffico in gioco e dalla realizzazione di una architettura internazionale formata da: una rete di in grado di garantire l interlavoro tra livelli SS7 ed IP ed una comunicazione trasparente per i livelli applicativi SS7 coinvolti (ISUP, MAP); un infrastruttura IP-based (basata su Backbone IP internazionale) condivisa da vari servizi (servizi dati GPRS/UMTS in roaming) tra diversi operatori esteri. Come nel caso della rete SMS over IP nazionale, l interlavoro è ottenuto con l adattamento tra gli stack protocollari SS7 e IP sulle interfacce dei di TIM Italia e della Consociata, mediante lo stack SIGAN: MAP/TCAP sui livelli SCCP / MTP3 / M2PA / /IP; ISUP sui livelli MTP3/M2PA//IP. L architettura prevede (figura 9) l installazione in ogni rete delle consociate di almeno un in grado, in fase di invio, di imbustare i messaggi di segnalazione ed inviarli alla destinazione corretta attraverso la rete IP e, in fase di ricezione, di aprire i pacchetti IP per ottenere i messaggi di segnalazione, eseguendo l instradamento verso la destinazione. L interconnessione via IP tra sistemi SS7 remoti appartenenti ai diversi operatori esteri, ha richiesto di affrontare e risolvere alcune criticità: rispetto dei vincoli (ritardo, perdita di pacchetti e disponibilità di servizio) stringenti del traffico di segnalazione SS7 (paragrafo 3.2); coerenza e divisione degli spazi di indirizzamento SS7 (MTP3), in particolare con traduzione nazionale-internazionale degli indirizzi; ridondanze nell instradamento dei messaggi per garantire un opportuna robustezza. Il progetto è attualmente in fase di realizza- I servizi: Losai di TIM, Chiama Ora Questi servizi consentono all Operatore mobile di notificare ai propri clienti (SMS Lo Sai di TIM ) le chiamate ricevute in stato di non raggiungibilità (terminale spento o fuori copertura), e al cliente chiamante (SMS Chiama Ora ) lo stato di raggiungibilità dell utenza chiamata. I servizi si compongono di due fasi: Fase ISUP: durante l instaurazione della chiamata verso un cliente con terminale spento o fuori copertura, la chiamata viene rediretta, solo in segnalazione (ISUP) e pertanto senza impegno di circuiti fonici, verso una piattaforma (TGDS) che implementa la logica del servizio di notifica. Inoltre, la chiamata viene deviata in fonia verso una macchina in grado di riprodurre un annuncio che avverte il cliente chiamante della possibilità, tramite opportuna selezione di toni DTMF, di essere notificato (SMS Chiama Ora ) sullo stato di raggiungibilità del chiamato. Tale opzione viene raccolta dalla piattaforma TGDS che provvede poi a rilasciare opportunamente la chiamata. Fase MAP (SMS): la piattaforma TGDS prepara ed invia al cliente chiamato non raggiungibile lo Short Message Lo Sai contenente i dati relativi ai chiamanti. Non appena il chiamato si ripresenterà alla rete, gli verrà consegnato lo Short Message contenente la lista dei tentativi di chiamata durante la sua assenza dalla rete. Dopodiché il TGDS, ricevuto un riscontro positivo circa la consegna dello Short Message Lo Sai al chiamato, può inviare lo Short Message Chiama Ora ai chiamanti che ne abbiano fatto richiesta, indicando così nel corpo del messaggio la raggiungibilità del cliente cercato. NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 14 n. 1 - Giugno

14 zione, e pertanto resta aperto a possibili evoluzioni legate sia alla tecnologia offerta dai maggiori costruttori sia all integrazione di ulteriori nuovi servizi/piattaforme, in linea con l approccio di tipo Plug&Play. Service Platform TIM Italia ITZ UNIGATE Rete SS7oIP Internazionale ITZ Consociata B 7. Scenari evolutivi Backbone IP Internazionale Come già citato nel paragrafo 3.3, i costruttori stanno perseguendo la via di rendere i nodi di commutazione delle Core Network degli Operatori mobili sempre più di tipo IP, secondo gli standard di riferimento definiti nell ente 3GPP. Infatti, nelle roadmap dei costruttori è previsto il supporto di interfacce IP per il trasporto della segnalazione di apparati GSM (,, ) e UMTS ( Server, MGw per un architettura split). Sebbene esuli dal focus del presente articolo, ovviamente è previsto anche il trasporto della voce su rete IP in Core Network. Nel contempo, il successo del progetto della rete SMS over IP e la conseguente esperienza maturata in TIM Italia, fanno sì che ci siano le condizioni per riapplicare in scenari di rete evolutivi la soluzione di trasporto della segnalazione su IP, dove ciò risulti conveniente e opportuno. In particolare, dalle analisi di evoluzione del segmento di Core Network, sono emersi due possibili scenari evoluti di rete nel medio termine: il completamento, in ambito GSM, del processo di migrazione della segnalazione su IP, realizzando il trasporto anche della parte di mobilità del protocollo MAP; la disponibilità di in architettura split, composta da Server e MGw, con la globalità della segnalazione gestita da Server trasportata via IP. Nella rete GSM è possibile prevedere uno scenario in cui gli e gli siano dotati di schede IP atte a trasportare la segnalazione. Nel medio termine, al fine di distribuire gli investimenti nel tempo e per motivi di migrazione della rete, è prevedibile uno scenario in cui tutti gli e alcuni nodi di rete siano forniti di interfacce IP. In questo scenario alcuni nodi ( o ) potrebbero essere selezionati per eseguire funzionalità di per aggregare il traffico dei segnalatori tradizionali SS7 provenienti dai nodi non forniti di interfacce IP e trasportare il traffico verso i nodi via IP. Home Location Register Mobile Switching Centre Signalling Gateway ITZ Consociata A FIGURA 9 Architettura rete di segnalazione su IP internazionale. SS7/TDM Network CAP INAP M3UA MAP SCCP TCAP Short Message Service Centre SS7 Signalling System 7 VLR Visited Location Register Nel lungo termine, è altresì prevedibile la realizzazione di una struttura di rete non gerarchica in cui tutti i nodi ( e ) siano interconnessi tra di loro attraverso una rete IP, al fine di ridurre la necessità di nodi aggregatori di tipo /STP/. I vari passaggi dell evoluzione sono riportati nella figura 10. In questi scenari di rete, si prevede di utilizzare l architettura protocollare M3UA/, per il trasporto del protocollo SCCP, in alternativa alla pila protocollare tradizionale MTP, come definito nello standard 3GPP. SS7/TDM Network Camel Application Part Inteligent Network Application Part MTP3 User Adaptation layer Mobile Application Part Signalling Connection Control Part Stream Control Transmission Protocol Transaction Capability Application layer FIGURA 10 Scenari evolutivi della rete GSM. IP Network MAP/TCAP/SCCP/M3UA/ CAP o INAP/TCAP/SCCP/M3UA/ IP Network 56 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 14 n. 1 - Giugno 2005

15 Nell evoluzione della Core Network UMTS, l introduzione dell architettura split o layered nel dominio CS (Circuit Switched) permette la separazione tra nodi appartenenti al piano di controllo ( Server) e nodi appartenenti al piano di utente (MGw) e la realizzazione di una struttura di rete in cui l Server diviene un nodo IP (figura 11), mentre la rete di accesso radio (RAN) continua a basarsi su un trasporto di tipo ATM. In questo contesto, il MGw, oltre ad eseguire le funzionalità legate al trattamento dei flussi nel piano di utente, termina lato accesso il trasporto ATM e lato CN utilizza il trasporto IP. In questa scenario è previsto l utilizzo di interfacce IP presso: Server per trasportare tutte le componenti di segnalazione: - RANAP per la gestione dei canali verso l utente, composti da una parte radio e da un parte di rete fissa tra RNC e MGw; - H.248 per il controllo del MGw; - BICC per il set-up e la gestione della chiamata tra Server diversi; - MAP per la gestione della mobilità. PLMN/ PSTN ATM BCC M3UA MAP MGw MTP3 MGw per trasportare la RANAP su IP verso il Server. In questo caso è necessario introdurre anche la funzionalità di per eseguire l interlavoro tra il trasporto ATM tra RNC e MGw e quello IP tra MGw e Server; presso MGw per trasportare il protocollo H.248 tra MGw ed Server; presso (come già previsto in rete GSM) per il trasporto del traffico MAP. RNC Centro di commutazione ATM RNC MGw Server MGw Asynchronous Transfer Mode Bearer INdependent Call Control Home Location Register MTP3 User Adaptation layer Mobile Application Part Media Gateway Mobile Switching Centre Message Transfer Part 3 IP Network Server MGw MGw RNC ISUP/MTP3 BICC/M3UA/ Centro di H.248/M3UA/ commutazione MAP/TCAP/SCCP/M3UA/ RANAP/SCCP/M3UA/ RANAP/SCCP/MTP3b/SAAL/AAL5/ATM PLMN RNC SAAL SCCP TCAP FIGURA 11 Architettura CN UMTS e trasporto segnalazione. ATM PLMN/ PSTN RNC altresì opportuno citare che la piattaforma IMS (IP Multimedia Subsystem), identificata in maniera concorde nell industria come la piattaforma per l integrazione dei servizi mobili e fissi, prevede il trasporto della segnalazione SIP nativamente su IP. All interno di questo percorso evolutivo, TIM Italia si è posizionata all avanguardia nella realizzazione di soluzioni tecnologiche innovative che le permetteranno di precorrere i tempi. BIBLIOGRAFIA Public Land Mobile Network Radio Network Controller Signalling ATM Adaptation Layer Signalling Connection Control Part Stream Control Transmission Protocol Signalling Gateway Transaction Capability Application Part 8. Conclusioni In questo articolo si è descritta l evoluzione della piattaforma di segnalazione della rete TIM verso un architettura scalabile e ottimizzata basata su IP in risposta alla crescita del traffico SMS verificatosi negli ultimi anni. Ciò ha permesso di beneficiare, in termini economici, della condivisione delle risorse di un backbone che trasporta le varie tipologie di servizi evoluti di un Operatore mobile. La piattaforma evoluta è stata realizzata, in primis, per il trasporto del traffico del servizio Short Message a livello nazionale. Inoltre, è in fase di sviluppo a livello internazionale una soluzione similare per la fornitura di servizi VAS, sviluppati presso piattaforme di TIM, ai clienti delle consociate estere. Il percorso di evoluzione tracciato prevede l utilizzo del trasporto IP anche per altre componenti di segnalazione, a tal riguardo sono stati descritti gli scenari di rete di medio termine per la rete GSM/UMTS. Questo percorso è coerente ed allineato con la tendenza, tracciata dagli enti di standardizzazione 3GPP ed IETF, all integrazione delle reti e dei servizi di telecomunicazione verso IP. In tale ottica è [1] 3GPP TS ( ) Mobile Application Part (MAP) specification [2] ITU-T Reccomendation Q.703 SS7 Message Transfer Part - Signalling Link [3] ITU-T Reccomendation Q.704 SS7 Message Transfer Part - Signalling Network function and message [4] Fratianni et al., Il BackBone IP per i servizi telefonici, Notiziario Tecnico N [5] IETF RFC 2960, Stream Transmission Control Protocol [6] 3GPP TS SS7 Signalling Transport in Core Network [7] 3GPP TS Media Gateway Controller (MGC) - Media Gateway (MGW) interface [8] ITU-T Reccomendation Series Q.1900 Bearer Independent Call Control [9] ITU-T Reccomendation Q.711 Functional description of the SCCP Signalling Connection Control Part [10] IETF RFC 3332 MTP3 User Adaptation Layer (M3UA) [11] IETF Internet Draft, MTP2 peer-to-peer Adaptation Layer (M2PA) [12] IETF Internet Draft, SS7 SCCP-User Adaptation Layer (SUA) NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 14 n. 1 - Giugno

16 ABBREVIAZIONI 3GPP ATM BICC CAP CN CS DMA DPC ETSI FNR GRX GSR GTT HSRP IETF IMS INAP ISUP ITU M2PA M3UA MAP MGw MNP MO MSISDN MSU MT MTP OLO OPC OSPF OSS PLMN PoP PSTN RAN RANAP RNC RSP SAAL SCCP SEP SIGAN SIP SM 3rd Generation Partnership Project Asynchronous Transfer Mode Bearer Independent Call Control Camel Application Part Core Network Circuit Switched Direct Memory Access Destination Point Code European Telecomunications Standards Institute Flexible Number Routing GPRS Roaming exchange Gigabit Switch Router Global Title Translation Home Location Register Hot Standby Routing Protocol Internet Engineering Task Force IP Multimedia Subsystem Inteligent Network Application Part ISDN User Part International Telecomunications Union MTP2 Peer-to-peer Adaptation layer MTP3 User Adaptation layer Mobile Application Part Media Gateway Mobile Number Portability Mobile Originated Mobile Switching Centre Mobile Station International ISDN number Message Signalling Unit Mobile Terminated Message Transfer Part Other Licensed Operators Originating Point Code Open Shortest Path First Operations Support System Public Land Mobile Network Point of Presence Public Switched Telephone Network Radio Access Network RAN Application Part Radio Network Controller Route Switch Processor Signalling ATM Adaptation Layer Signalling Connection Control Part Service Control Point Stream Control Transmission Protocol Signalling End Point Signalling Gateway SIGnalling ANsport Session Initiation Protocol Short Message SMDS Short Message waiting Data Set procedure SMMO Short Message Mobile Originated Short Message Service Centre SMSoIP Short Message Service over IP SRI Send Routing Information SS7 Signalling System n.7 STP Signalling Transfer Point SUA SCCP User Adaptation layer TCAP Transaction Capability Application Part TDM Time Division Multiplex nodo di ansito VIP Versatile Interface Processor VLR Visited Location Register Giovanni Ciccolella si è laureato in Ingegneria Elettronica, Telecomunicazioni, all Università di Roma La Sapienza, nel Dopo una breve esperienza lavorativa sulle specifiche nel campo aeronautico, nel 2000 entra in TIM, nell area di Commutazione, tecnologie ed industrializzazione di Core Network. Quì si occupa di sistemi di segnalazione, modello di traffico, e progetti relativi alla segnalazione su IP, anche in ambito internazionale. Segue le attività di settore inerenti l introduzione di release software e di nuovi sistemi di centrale curando la definizione delle relative specifiche e documenti di progetto. Collabora infine ai corsi di formazione specialistica per il personale TIM su tecnologie di Core Network. Marco De Luca si è laureato con lode in Ingegneria delle Telecomunicazioni all Università di Roma La Sapienza. Nel 2000 entra in CSELT (oggi TILAB) dove si occupa di evoluzione dell architettura e dei protocolli dei sistemi di rete fissa verso le reti Next Generation Networks. Dal 2002 opera nell area di Mobile Core Network dedicandosi all evoluzione dell architettura dei sistemi GSM/GPRS/UMTS. Dal 2003 è il referente delle attività, nell ambito dei progetti di consulenza per TIM, relative all evoluzione della rete di segnalazione verso IP. Dal 2004 si occupa, inoltre, di dimensionamento e di servizi dell architettura IMS, partecipando alla realizzazione del servizio TurboCall. Sandro Perlini si è laureato nel 1998 in Ingegneria Elettronica all Università di Firenze. Ha conseguito un Master in Telecomunicazioni presso il Centro IFOA di Reggio Emilia. Ha lavorato in Spazio ZeroUno nello sviluppo e nella progettazione di sistemi per Telecommunication Management Network per Pirelli Cable. Dal 1999 al 2001 ha lavorato per TILAB alla qualificazione ed evoluzione delle piattaforme di commutazione della rete mobile GSM e GPRS. Dal 2001 é in TIM, dove si occupa dell ingegnerizzazione della Core Network GSM e dell evoluzione per la futura integrazione delle reti 2G/3G. Ha coordinato i progetti per l introduzione in rete TIM della segnalazione su IP. 58 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 14 n. 1 - Giugno 2005

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