RETI DI TELECOMUNICAZIONI

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1 Accademia Navale Armi Navali LAUREA in INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI RETI DI TELECOMUNICAZIONI Stefano Giordano Lezione n.11n Segnalazione d utente d nella rete ISDN; accoppiatore ibrido direzionale; cancellatore d eco; d attacco d utente; d segnalazione Gruppo di Ricerca in Reti di Telecomunicazioni Dipartimento di Ingegneria della Informazione: Elettronica, Informatica, Telecomunicazioni 1

2 PRI Frame 1 sec Negli USA Nel caso del PRI all interfaccia U in Europa c è un E1 2

3 Modello di riferimento della rete ISDN Quali informazioni passano sul canale D della rete ISDN? 3

4 LAPD (Livello 2: Data Link Layer) Qui vengono inseriti i messaggi di segnalazione Formato delle trame trasmesse sul canale D della rete ISDN I.441/Q.921 4

5 Livello 3: Network Layer Formato del pacchetto (il pacchetto viene incapsulato nella trama) I messaggi relativi alla segnalazione d utente sulla rete ISDN sono definiti nella Q.931 5

6 Addressing in reti ISDN (è lo stesso schema di numerazione della rete telefonica internazionale E.164) National Destination Code (area code) 6

7 Impiego dell accoppiatore ibrido direzionale Telefono analogico Segnale ricevuto 4 Fili Hybrid transformer 2 Fili (bidirezionale) Hybrid transformer Segnale trasmesso Segnale ricevuto 4 Fili Hybrid transformer 2 Fili (bidirezionale) 4 Fili Hybrid transformer Segnale trasmesso Modem fonico Matrice di commutazione Autocommutatore 7

8 Generazione locale d eco all attacco d utente della linea Telefono analogico Segnale ricevuto 4 Fili Hybrid transformer 2 Fili (bidirezionale) Hybrid transformer Segnale trasmesso Segnale ricevuto 4 Fili Hybrid transformer 2 Fili (bidirezionale) 4 Fili Hybrid transformer Segnale trasmesso Modem fonico Matrice di commutazione Autocommutatore 8

9 Generazione d eco all attacco d utente della linea remota Hybrid transformer Hybrid transformer 4 Fili Hybrid transformer Rete Telefonica 4 Fili Hybrid transformer Matrice di commutazione Matrice di commutazione 9

10 Schema elettrico equivalente dell accoppiatore ibrido direzionale forchetta telefonica Z a d linea in N Z Z/2 N b 2N 2Z out c e Accoppiatore ibrido direzionale 10

11 Trasferimento del segnale in linea in Z a + d linea Z/2 Z - Z/2 Z/2 -b + 2N 2Z out c - e Accoppiatore ibrido direzionale 11

12 Trasferimento del segnale dalla linea Z a d 2Z linea Z Z/2 b 2N in out c e Accoppiatore ibrido direzionale 12

13 L accoppiatore ibrido direzionale Segnale ricevuto 3-4 db 30-40dB Hybrid transformer Segnale trasmesso -L db 3-4 db -3.5 db 0 db -3.5 db Se si desidera un rapporto segnale disturbo di almeno 20 db la lunghezza della linea non può superare 8 Km (assumendo un attenuazione di 1 db/km) 35 db 0 db 13

14 Eco Segnale trasmesso Eco generata dal non perfetto adattamento della linea Si produce una replica ritardata e distorta del segnale trasmesso (viene mostrato per semplicità il caso di una eco relativa al non perfetto adattamento della linea nell accoppiatore ibrido direzionale in centrale). 14

15 Cancellatore d eco Stima dell eco Questo collegamento evidenzia che il sistema è adattivo. Si impiega tipicamente un algoritmo denominato del gradiente stocastico per ottenere una replica sintetica della eco ricevuta che viene così sottratta al segnale ricevuto al fine di cancellarne l effetto Cancellatore d eco Segnale trasmesso Si produce una replica ritardata e distorta del segnale trasmesso; il cancellatore d eco, in modo adattativo, funge da emulatore della tratta che produce l eco (sia localmente che all altra estremità della rete telefonica) 15

16 Subscriber Loop Interface (Attacco d utente) Battery (telealimentazione) Overvoltage (protezione extratensioni) Ringing (generazione onda quadra) Supervision (off-hook on-hook detection) Coding (A/D & D/A conversion) Hybrid (passaggio 2 fili 4 fili) Test (accesso alla linea per verifiche) Autocommutatore 16

17 La rete di Segnalazione Segnalazione d utente Segnalazione intercentrale PIANO DATI PIANO DI CONTROLLO RETE A COMMUTAZIONE DI PACCHETTO CON MODALITA DATAGRAMMA 17

18 Segnalazione associata al canale Nodo A 4 Fili Nodo B 2 Fili Giunzioni Control Unit Invio Segnalazione Ricezione Segnalazione Control Unit 18

19 Segnalazione a canale comune Nodo A 4 Fili Nodo B 2 Fili Giunzioni Control Unit Interfaccia CCS Interfaccia CCS Control Unit Il percorso di rete è diverso da quello delle giunzioni 19

20 Classificazione delle tecniche di segnalazione inter-centrale Tecniche di segnalazione inter-centrale Segnalazione associata al canale CAS Segnalazione a canale comune CCS In banda fonica Fuori banda fonica 20

21 Signaling Systems No. 7 (SS7) Out-of-band Signaling System for the exchange of call control information between network switching offices in support of voice and non voice services Packet switching is the method used for transferring messages throughout the network Functions setup and tear down of network trunks database access (initial purpose) Main features Higher utilization of network trunks Additional services (800 numbers, card validation, caller line identification, ISDN supplementary services) basis for the all-digital intelligent network 21

22 Network Signaling Systems Almost totally hidden from the user Essential components that provides a mechanism for network switches to exchange routing, link status and connection control information Signaling schemes have evolved significantly over time DC Signaling In-Band Signaling Out-of-Band Signaling Common Channel Signaling Signaling Systems No. 7 (SS7) 22

23 In-Band Signaling Prior to the 70s Network signals shared the same physical channel as the call that was being set-up Carried within the user s 300-to-3400 Hz voiceband Network signals and user data did not interfere with each other since they usually occurred at different times Three major functions supervisory: monitor circuit status (on- and off-hook signals) addressing: provide routing information call information: provide call status and progress information 23

24 In-Band Analog Signaling SF (Single-Frequency) signaling: 2600 Hz tone idle trunk MF (Multi Frequency) signaling: within and between networks or by PBXs accessing the public network DTMF (Dual Tone MF) signaling: from user equipment (telephone or modem) to the network Trunks are allocated sequentially (bandwidth wasting) Narrow range of functionality limited codesets (typically 16 tones) relatively long call set-up times Susceptible to fraud (underground hacker literature) 24

25 DTMF (Dual Tone MF) signaling f i-i f i = f i f i+i 941 * 0 #

26 Out-of-Band Signaling Signaling messages are carried outside the user s voiceband frequency channel outside of the voiceband (3700 Hz signaling) separate pair of wires (E&M signaling: Ear and Mouth ) No false signaling Drawbacks: one signaling circuit per voice channel old analog technology Common Channel Signaling 26

27 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) 27

28 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) 28

29 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 29

30 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 30

31 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 31

32 SS7 vs. OSI Application Entity Application TCAP Presentation Session Transport Network Data Link Physical ASP SCCP TUP ISUP BISUP MTP Level 3 MTP Level 2 MTP Level 1 OSI Layer CCS7 Level 32

33 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 33

34 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 34

35 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 35

36 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 36

37 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 37

38 D-Channel Signaling (ISDN) Network Layer Data Link Layer Segnalazione d utente Segnalazione intercentrale 38

39 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 è iniziata 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 39

40 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 40

41 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 41

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