Arquitectura y Señalización SS7 - en Redes Telefónicas

Introducción:

Actualmente la digitalización de la red telefónica conmutada, ha experimentado la necesidad continua de mejorar paulatinamente la velocidad de intercambio de señalización en las comunicaciones, lo que ha traído como consecuencia, ademas, la apertura de nuevos servicios, que pueden necesitar un intercambio de señalización sin establecimiento real de un circuito de comunicación, haciéndose necesario separar la señalización de la transmisión y hacer transitar esta señalización sobre enlaces, donde los canales de señalización forman una red especializada en la transferencia de señalización, conocida como "SS7 (Signaling System 7)", la cual funciona siguiendo el principio de la conmutación de paquetes, valiéndose de los llamados encaminadores de paquetes, puntos de transferencia de señalización (STP, Signaling Transfer Point), y terminales.

Que es la Señalización?

Se refiere al intercambio de información entre usuario llamante, usuario llamado y dispositivos de red cuyo objetivo es establecer, mantener y liberar las llamadas.

Que es el Sistema de Señalización SS7 (Signaling System 7)?

La señalización se refiere al intercambio de información entre componentes de llamadas los cuales se requieren para entregar y mantener servicio.

La SS7 es un medio por el cual los elementos de una red de telefonía intercambian información, la cual es transportada en forma de mensajes.


El Estándar de la UIT-T para la SS7, define los procedimientos y protocolos mediante los cuales, los elementos de una red se intercambia información, sobre una red enteramente digital, para establecer, mantener y liberar las llamadas tanto móviles como fijas.

Inicios de Señalización SS7 

(Signaling System 7)?

A mediados de la década de 1960, el CCITT (ahora la UIT) desarrollo un estándar de señalización digital denominado Sistema de Señalización # 6 (ES6) el cual estaba basado en conmutación de paquetes, propiedad de la red de datos, para lo cual  ES6 utilizaba 2,4 Kbps datos enlaces a enviar paquetes de datos a distancia de interruptores para solicitar servicios. Este fue el primer uso de la conmutación de paquetes en la PSTN. ES6 consistió en paquetes de 12 unidades de la señal de 28 bits cada uno colocado en un bloque de datos.

Posteriormente se desarrollo "Signaling System 7 (SS7)", el cual  comenzó a desplazar el ES6 en el año de 1983. En un principio se utiliza sólo en la red entre oficinas (de la oficina central a la oficina central), pero se ha ampliado gradualmente y ahora está desplegado en las oficinas locales de centrales. SS7 ofrece un estándar global para la configuración de llamadas, enrutamiento y control.

Caracteristicas de Señalización SS7

 (Signaling System 7)?

• Enlaces de alta velocidad de datos (56 Kbps - nacional; 64 Kbps - internacionales).
• Las unidades de la señal de longitud variable con un límite de tamaño máximo.
• Planes para aumentar la velocidad de conexión a velocidades de T1 y E1 a ser capaz de manejar el aumento de la demanda requerida de la red SS7.  

Arquitectura SS7?

La señalización se refiere al intercambio de información entre componentes de llamadas los cuales se requieren para entregar y mantener servicio.

La SS7 es un medio por el cual los elementos de una red de telefonía intercambian información, la cual es transportada en forma de mensajes, Para ello la SS7 provee una estructura universal para señalización de redes de telefonía, mensajería, interconexión, y mantenimiento de redes, encargándose del establecimiento de una llamada, intercambio de información de usuario, enrutamiento de llamada, estructuras de abonado diferentes, y soporta servicios de Redes Inteligentes (IN). 

Esta red de señalización número 7  funciona siguiendo el principio de la conmutación de paquetes. Contiene encaminadores de paquetes llamados puntos de transferencia de señalización (STP, Signaling Transfer Point) y equipos terminales que pueden ser conmutadores telefónicos, servidores o bases de datos. Los equipos terminales se llaman puntos de señalización (SP, Signaling Point). Gracias a la red de señalización, dos conmutadores telefónicos pueden intercambiar en todo momento mensajes de señalización independientemente de los circuitos establecidos entre ellos.

La arquitectura de señalización SS7 consta de tres componentes esenciales, interconectados a través de enlaces de señalización.

Modos de Señalización: Existen tres modos de señalización que pueden ser utilizados. Estos tres modos dependen de la relación entre el canal y la entidad a la que dan servicio, como lo son:
 

•  Modos de Asociado: El modo más simple se denomina modo asociado. En este modo, el canal de señalización es paralelo al circuito de voz, permitiendo el intercambio de la señalización (Figura 1). Se establece obligatoriamente entre dos puntos de señalización (SP, Signaling Point). Este modo no es del todo ideal, ya que requiere un canal de señalización entre un SP dado y todos los otros SPs. Los mensajes de señalización siguen entonces la misma ruta que la voz pero sobre soportes distintos.  

• Modos de Disociado: El modo disociado utiliza un camino diferente que el de la voz. Un gran número de nodos intermediarios, llamados puntos de transferencia de señalización (STP, Signaling Transfer Point), están implicados en el encaminamiento de los mensajes de señalización. Los STPs son utilizados para dirigir los datos de señalización entre SPs. Por otra parte, los mensajes que tienen como destino un punto de señalización pueden tomar dos rutas distintas ; el funcionamiento del modo disociado es similar al del protocolo IP.

•  Modos de Cuasi-Asociado: El modo cuasi-asociado se parece al modo disociado pero cruzando un número mínimo de STP para llegar al destino final. Es el modo más utilizado para minimizar el tiempo necesario de encaminamiento de un mensaje. Por otra parte, los mensajes encaminados hacia un destino dado toman la misma ruta. Un ejemplo de modo cuasi-asociado queda representado en la figura 2. Los mensajes de señalización asociados al establecimiento de circuitos de voz entre los conmutadores A y B siguen el camino A-C-B. El STP C enlaza los mensajes emitidos por el SP A al SP B.

Punto de transferencia de Señalización:  

Los mensajes o paquetes que contienen datos de señalización son emitidos de un puntos de señalización (SP) a otro puntos de señalización (SP) y pasan través de puntos de transferencia de señalización (STP, Signaling Transfer Point) los cuales enrutan la red de señalización, encaminando los mensajes recibidos de los puntos SP de origen a los puntos SP de destino.

Existen STPs Integrados cuya función es actúar al mismo tiempo de SP y de STP, y adicionalmente existen STP que no lo hacen, por que no integran la función de SP.

Tipos de STP:

El STP en una red de Señalizacion recibe mensajes de los SPs en forma de paquetes que contienen las peticiones relativas al establecimiento y/o liberación de la conexión, o de la base de datos. Si la petición implica el establecimiento de una conexión (circuito de voz), ésta debe ser encaminada al SP que enlaza directamente el destinatario, donde el mismo es identificado por el número marcado por el llamante; en cambio si la petición es una transacción de base de datos, el destinatario de la petición es una base de datos.

Segun el servicio tenemos entonces, lo tipos: 

• Modo SPT Nacional: En este modo la red de señalización es nacional desde el punto de vista geográfico y enruta o encamina los mensajes utilizando el protocolo nacional, y el mismo no dispone de una función de traducción de este protocolo a otro; para ello los convertidores de  protocolo nacional / internacional sólo están existen en los puntos STP internacionales, traduciendo de un protocolo de señalización nacional a un protocolo internacional definido por el estándar internacional ITU-T. 

• Modo SPT Internacional: Análogamente funciona de la misma forma que un STP nacional, pero sólo es utilizado dentro del marco de una red de señalización internacional, ya que interconecta todos los países utilizando los protocolos de señalización definidos por la ITU-T; garantizando la interoperabilidad entre redes de señalización.

• Modo SPT Pasarela: Permite la traducción de un protocolo nacional al protocolo internacional, o de un protocolo nacional a otro protocolo preestablecido. Este tipo de STP es utilizado generalmente en redes celulares o móviles  donde los conmutadores móviles (MSC, Mobile Switching Center) constituyen la interfaz con las bases de datos, y especialmente el con HLR (Home Location Register) a través de la red X.25. 

CANALES DE SEÑALIZACIÓN:

Un canal de señalización es un soporte bidireccional que permite el transporte fiable de mensajes de señalización entre dos puntos de señalización directamente enlazados. Los canales de señalización implantan las funciones de nivel 2, el cual es un soporte bidirecccional que permite el transporte fiable de tramas de señalización entre entidades de señalización adyacentes a 56 kbits/s  y a 64 kbits/s.

Los canales de señalización son etiquetados a partir de su función en la red de señalización, existiendo seis tipos distintos de canales de señalización en una red de señalización :              

Canal Tipo A: Un canal A enlaza un SP con otro STP. Este canal permite que un SP pueda acceder a la red de señalización, mientras que los STP que están emplazados por pares para mantener una redundancia en la red, existen por lo menos dos canales A para cada SP, uno por STP. En el caso donde los STPs no se presentan por pares, sólo puede existir un canal A entre el SP y el STP. El número máximo de canales A que pueden enlazar un SP con STP es igual a 16. Entonces, como máximo, un SP dispondrá de 32 canales A que lo enlazarán a su par de STP.

Canal Tipo B: Los canales B son utilizados para conectar pares de STPs del mismo nivel jerárquico. Una red de señalización, como toda red de telecomunicaciones, esta organizada mediante una estructura jerárquica con STPs locales, regionales, nacionales e internacionales. Como máximo, 8 canales pueden enlazar dos STPs que pertenecen a dos pares de STPs diferentes, caracterizada por ser una red mallada.

Canal Tipo C: Un canal C enlaza dos STPs del mismo par. El tráfico de señalización normal no transita a través de un canal C, salvo en periodo de congestión, donde los únicos mensajes que circulan por los canales C en situación normal son los mensajes de gestión de red. Como máximo, 8 canales pueden enlazar dos STPs del mismo par.

Canal Tipo D: Los canales D enlazan un par de STPs de un primer nivel jerárquico con un par de STPs de un segundo nivel jerárquico, donde todas las redes de señalización no despliegan sistemáticamente canales D. Sólo las redes que tienen una estructura con varios niveles jerárquicos hacen aparecer canales D.

Canal Tipo E: Un canal E conecta un SP con otro STP distante que no forma parte del par de STPs locales en el SP. El canal E se convierte entonces en el camino que seguirán los mensajes emitidos por el SP si el par de STPs locales presenta una situación de sobrecarga. Un número máximo de 16 canales de señalización E pueden enlazar un SP con otro STP.

Canal Tipo F: Un canal F es utilizado cuando un tráfico importante debe transitar entre dos SPs, o cuando un SP no puede estar directamente enlazado con un STP. Los canales de tipo F utilizan el modo asociado.

Comportamiento de los canales de señalización:

Los canales de señalización deben estar disponibles permanentemente para encargarse del tráfico de señalización. Cuando un canal cae, los otros canales del mismo grupo deben encargarse de su tráfico, paralelamente cuando un STP cae, el otro STP del par debe tratar el tráfico desbordado. Un canal puede así de repente haber tratado en situación anormal más tráfico que en situación normal. Por esta razón, un canal de señalización no puede utilizar en situación normal más del 40% de su caudal nominal. El 20% restante es utilizado para transportar mensajes de gestión.

Protocolo SS7

La estructuración en capas de la red SS7  esta influida por el modelo OSI (Open Systems Interconnection), por lo que está dividido en cuatro niveles:

           

- Los Niveles 1, 2 y 3:  Estos niveles se Denominan como sub-sistema de transferencia de mensajes (MTP, Message Transfer Part) de SS7, y son son los encargados de la transferencia fiable de los mensajes de señalización entre nodos de la red SS7, ademas se encargan de proporcionar el conjunto de funciones necesarias para gestionar la red. 

- El Nivel 4:  Se encarga de los servicios de señalización, a traves de varios bloques funcionales que 

representan aplicaciones específicas que utilizan los servicios de MTP. Como estos bloques funcionales son usuarios de MTP, son considerados como partes de usuario. Varias partes de usuario pueden existir simultáneamente en el nivel 4.

MTP (MTP, Message Transfer Part) 

 Sub-sistema de transferencia de mensajes:

El MTP está constituido por tres entidades situadas en las capas 1, 2 y 3 de la pila de protocolo SS7, las cuales tienen ente sus funciones:

• MTP Nivel 1 (MTP1): encargado del enlace de señalización de datos (SDL, Signaling Data Link) que consiste en un par de canales de transmisión digital que operan a 64 kbits/s y que transportan las unidades de datos SS7 entre dos puntos de señalización, y cuenta con soporte físico.

• MTP Nivel 2 (MTP2): Se encarga del procedimiento de control de línea necesario para estabilizara la transmisión de mensajes de señalización y se denomina canal de señalización (SL, Signaling Link).

• MTP Nivel 3 (MTP3): Encargado de la interfaz entre el MTP y los usuarios MTP en un punto de señalización, ademas integra procedimientos para reenrutar los mensajes cuando se produce un error en la red de señalización.

Funciones MTP Nivel 2:

Funciones MTP Nivel 3:

Gestión de Señalización de la Red:

Proporciona dos funciones principales: reconfiguración en situación de fallo, y gestión del tráfico en  situación de congestión. Los fallos se pueden  presentar   sobre todo elemento que constituyen la red SS7, tales como canales de señalización, SPs y STPs,  ya  que una ruta de señalización está compuesta por estos elementos y el  fallo  de  uno  de  ellos deja  la  ruta   indisponible, provocando el desvío del tráfico de señalización hacia otras rutas.

SCCP:
Las  capacidades  de  encaminamiento  de  la  capa MTP 3   están  limitadas  a  encaminar los mensajes hasta el punto  de  señalización adecuado a partir del código  de punto  de destino (DPC), y  una  vez  los mensajes han sido entregados,  a  remitirlos  al sub-sistema usuario MTP en  el punto  de  señalización a partir del valor del campo SIO de cada mensaje.

El SCCP ofrece una función suplementaria de traducción de dirección llamada título global (GT, Global Title). Un título global es una dirección como un número verde, un número de teléfono móvil, un número RDSI, etc., que no puede ser encaminada directamente. El SCCP traduce este título global en un código de punto DPC y un número de sub-sistema (SSN, Sub-System Number). El número SSN identifica el sub-sistema usuario SCCP en un punto de señalización dado.

El conjunto global de los servicios proporcionados por el SCCP se subdivide en cuatro clases:

TCAP (Transactions Capabilities Applications Part):

TCAP proporciona las primitivas que permiten el intercambio de informaciones entre dos aplicaciones. Principalmente, permite descomponer una transacción en una sucesión de operaciones (componentes) para dirigir los diálogos.

TCAP está estructurado en dos sub-capas:

Estructura

Sub-Capa Componente:
Ofrece un servicio de gestión de componentes. En el interior de un diálogo establecido, este servicio modeliza la interacción entre dos entidades a partir de un concepto de operación, donde una entidad emisora pide a la entidad receptora la ejecución de una operación, luego la entidad receptora interpreta la petición, ejecuta la operación si la interpretación ha sido posible, e informa del resultado positivo o negativo de esta ejecución.

Sub-Capa Transacción:

La sub-capa transacción ofrece un servicio de gestión de diálogo. 

Este servicio permite a las dos entidades establecer, mantener y terminar los diálogos, e interaccionar entre ellas en el interior de un diálogo establecido intercambiando componentes.

Vídeo Explicativo: SS7: