RETI DI TELECOMUNICAZIONI

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1 Corso di Studi in Ing. delle Telecomunicazioni LAUREA in INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI RETI DI TELECOMUNICAZIONI Stefano Giordano Lezione n.10n La rete di segnalazione SS#7; Problematiche di gestione del traffico in reti telefoniche; Gruppo di Ricerca in Reti di Telecomunicazioni Dipartimento di Ingegneria della Informazione: Elettronica, Informatica, Telecomunicazioni 1

2 Common Channel Signaling A CCS network is one type of out-of-band signaling network designed to exchange signaling information between processorequipped switching offices using signaling channels which are separate from the user s voice channel Main features fast call set-up (3-5 s) efficient routing long-distance efficiency low costs signaling for several trunks multiplexed on a single signaling channel additional user services (800 services, credit card verification, calling party identification) 2

3 CCS (SS7) Network Components The network comprises nodes called Signaling Points (SPs), which are interconnected by specialized transmission facilities called signaling links; Three types of SPs: SSP: Service Switching Point (or AP: Action Point) STP: Signal Transfer Point SCP: Service Control Point (NCP: Network Control Point in the Bell System) 3

4 La rete SS#7 SSP SSP SSP SSP SSP=Service Switching Point STP=Signal Transfer Point SCP STP STP SCP SCP=Service Control Point STP STP SSP SSP SSP SSP Rete di Segnalazione a canale comune (1976 SS#6) 4

5 Operations Support Systems (OSS) SCP OSS SSP SSP SSP SSP STP STP STP STP SCP SSP SSP SSP SSP Remote maintenance centers for the monitoring and management of SS7 & voice networks Use of a common command set for all the network equipment Using TCAP and SCCP, the OSS is capable of sending SS7 messages to any entity within its own network Service Management System (SMS) management of SCP monitoring TCAP =Transaction Capability Part SCCP= Signaling Connection Control Part 5

6 SS7 Protocol Stack ITU-T Recommendation Q.700 provides an overview of CCS and SS7 detailed descriptions of SS7 protocols and procedures are contained in the remaining Q.700 series recommendations highly reliable packet-switching protocol, providing all of the services and functions required by the telephone service providers comparison with the OSI model layered structure four levels vs. seven layers SS7 functions have been refined over the years and tailored for its specific requirements some of OSI functions have no purpose in the SS7 network and are therefore undefined SS7 was developed before the OSI model 6

7 SS7 (ITU-T Q.700) vs. OSI Application Entity Application TCAP Presentation Session Transport Network Data Link Physical OSI Layer ASP SCCP TUP ISUP BISUP MTP Level 3 MTP Level 2 MTP Level 1 CCS7 Level 272 byte 64 Kbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s 7

8 SSP functions Main SSP function: to use the information provided by the calling party (such as dialed digits) and determine how to connect the call A routing table identifies which trunk circuit to use to connect the call and which exchange this trunk terminates at An SS7 set up message is sent to this adjacent exchange requesting a circuit connection on the specific trunk The adjacent exchange grants permission to connect this trunk by sending back an ACK to the originating exchange 8

9 Signal Transfer Points (STPs) ASignal Transfer Point is a packet switch: it concentrates signaling information from SSPs and switches messages in the CCS network The STP is also typically an adjunct to a voice switch STPs are paired throughout the CCS network (mate STPs) and can handle several SSPs in the immediate area Traffic and maintenance measurements (network monitoring) Usage measurements: billing for long distance service providers and independent telephone companies Three levels of STPs: National STP (national plane of the SS7 Network): capable of transferring messages using the same national standard of protocols International STP (international plane of the SS7 Network): used in the international network with the same function as the national STP Gateway STP: serves as an interface into another network international plane (protocol conversion) interactions between long distance service provider and local telephone company SS7 protocols are very relevant within the cellular network 9

10 Service Control Point (SCP) A Service Control Point is an interface to telephone company databases, used to store information about subscribers services routing of special service numbers (such as 800 and 900 numbers) calling card validation and fraud protection (Advanced) Intelligent Network services The SCP is usually a computer used as a front end to the database system. New SCP application are being implemented in STPs, providing an integrated solution SCP as the interface to the mainframe or minicomputer system used for the actual database Integrated STP/SCP: the database is resident in the SCP 10

11 SCP: basic models of databases The type of database depends on the network Each database contains information for a specific application Most commonly used databases: Call Management Service Database (CMSDB) Local Number Portability (LNP) Line Information Database (LIDB) Business Services Databases (BSDB) Home Location Register (HLR) Visitor Location Register (VLR) Call Management Service Database (CMSDB) call processing routing instructions for special service numbers (such as 800, 900, 976) billing information (billing address and third-party billing) network management (rerouting around a congested node) call sampling (for traffic studies): determine if additional facilities are needed to handle voice traffic 11

12 SS#7 Application Entity TUP =Telephone User Part ISUP = ISDN User Part BISUP = B-ISDN User Part TCAP =Transaction Capability Part SCCP= Signaling Connection Control Part ASP = Application Service Part Application TCAP Presentation Session Transport Network Data Link Physical SCCP TUP ISUP BISUP MTP Level 3 MTP Level 2 MTP Level 1 OSI Layer CCS7 Level 12

13 D-Channel Signaling (ISDN) Network Layer Data Link Layer Segnalazione d utente Segnalazione intercentrale 13

14 Messaggi Q.931 SETUP: Dà inizio alla chiamata; contiene il numero chiamato ed altre informazioni di set-up SETACK: Richiesta di maggiori informazioni per dare inizio alla chiamata CALPRC: Notifica il ricevimento di un messaggio di SETUP e che la fase di set-up èiniziata PROG: Contiene informazioni sullo stato della chiamata ALERT: L utente chiamato è stato informato dell arrivo di una chiamata CONN: L utente chiamato ha risposto CONACK: Notifica la ricezione di un messaggio CONN DISC: Richiede l abbattimento della connessione RLSE: Notifica la ricezione di un messaggio DISC e che l interlocutore ha abbattuto la connessione RLCOM: Notifica la ricezione di un messaggio RLSE e l abbattimento della connessione da parte del mittente INFO: Se inviato dal chiamante contiene una o più cifre del numero chiamato; se inviato dalla rete richiede l emissione di un segnale acustico (es. occupato) Messaggio Globale Messaggio locale 14

15 Tipica sequenza di segnalazione User P Network User Q TE - P Local Exchange Local Exchange TE - Q SETUP CALPRC ALERT Ringing tone CONN CONACK DISC Speech or Data SETUP ALERT CONN CONACK DISC RLSE RLCOM RLSE RLCOM 15

16 Q.931 & ISUP messages TE SETUP CALL PROC. ALERTING LE CONNECT DISCON. RELEASE RELEASE COMPLETE SS7 Q.931 SS7 LE TE CIC: Circuit Identification Code IAM IAM identifies the logical connection CIC 1 CIC SETUP 2 provided by the ISUP CALL PROC. ALERTING ACM ACM ANM ANM CONNECT ACM: Address Complete Message ANM: Answer Message IAM: Initial Address Message REL: Release REL REL RLC: Release Complete DISCONNECT RLC RLC RELEASE Q.931 RELEASE COMPLETE 16

17 Componenti della rete telefonica Sistemi di trasmissione (PDH, SDH, etc) Sistemi di commutazione Sistemi di segnalazione 17

18 Struttura gerarchica della rete telefonica Nord America Europa Classe 1 Regional center Quaternary center Classe 2 Sectional center Ternary center Classe 3 Primary center Secondary center Classe 4 Toll center Primary center Classe 5 End office Local Exchange A B 18

19 Struttura della rete telefonica italiana SGT 60 CN Corrisponde ai primi due livelli SGU 600 Area da utenti SL DLC 19

20 Traffic and overload control in telephone networks Concentration Provide a certain blocking prob. Maximize trunks utilization 20

21 Number of trunks in use N(t) All trunks busy 1 2 Trunk Number

22 Processo di arrivo delle chiamate Processo di Poisson di intensità λ 1 2 Trunk Number

23 Processo di Poisson I tempi di interarrivo sono indipendenti e distribuiti esponenzialmente. In un intervallo di tempo sufficientemente piccolo t possono avvenire solo due cose: si presenta una chiamata con probabilità λ t non si presenta nessuna chiamata con prob. 1- λ t 23

24 Processo di durata delle chiamate 1 2 Trunk Number E[X]=Valor medio della durata di una chiamata 24

25 Carico offerto (Intensità media di traffico) A=λ E[X] Erlang Chiam./sec sec. Formula B di Erlang Prob. di rifiuto della chiamata P B = N N A N! A k k = 0 k! N è il numero di trunk disponibili, A è il carico offerto 25

26 Utilizzazione ρ=num. medio di linee impegnate/n Num. medio linee impegnate ρ=λ(1-p B )E(X)/N=A(1-P B )/N Freq. media di chiamate accettate 26

27 Num. di trunk necessari a garantire una prob. di rifiuto media pari a 1% Load Trunks Utilization

28 Classificazione delle tecniche di instradamento inter-centrale Tecniche di instradamento inter-centrale Invarianti Dinamiche Selezione passo-passo (link-by-link) Selezione coniugata (end-to-end) Ogni nodo può scegliere un link preferenziale o link alternativi in caso di trabocco (saturazione) del link a causa del traffico. Ma questa selezione avviene nodo per nodo. E il nodo di origine a selezionare tutto l instramento sulla base di una tabella che specifica tutti i percorsi possibili 28

29 Routing Control A B C D E F Se ciascuna centrale offrisse 10 erlang di traffico alle tre centrali remote sarebbero necessari 18 canali al fine di garantire una Prob. di rifiuto pari all 1%. In totale sarebbero quindi necessari 9x18=162 Trunks 29

30 Routing Control A Tandem switch 1 Tandem switch 2 D B E C F Le centrali di sinistra offrono complessivamente 90 erlang di carico a quelle di destra: per garantire la stessa prob.di rifiuto sono necessari solo 106 trunk aumentando inoltre l utilizzazione delle linee 30