Mobilní Komunikace Semestrální práce Signalizace SS7 David Mašát 6.5.2006
1 Úvod V práci je zpracována signalizace, která se v mobilních komunikacích používá, signalizace SS7. SS7 je zkratka pro Signaling System No. 7. Jedná se o digitální signalizaci typu CCS. Signalizační systém č.7 je signalizace síťová (není tedy přístupová - žádný účastník se SS7 nepřipojuje). 1.1 Signalizace Pro přenos a spojování hovorů, dat, textu, obrazu atd. mezi jednotlivými koncovými zařízeními se používají komunikační sítě uzlů ústředen a spojovacích vedení. Pro řízení sestavovaní a rušení spojení mezi koncovými stanicemi, mezi ústřednami a mezi ústřednou a koncovou stanicí se musí vyměňovat určitá signalizační informace signalizace. 1.2 Digitální signalizace CAS CAS (Channel associated signaling) je signalizace přidružená hovorovému kanálu. Tato signalizace je staršího data, v Čechách někdy označována jako signalizace K. CAS signalizaci si lze představit jako digitální verzi klasické analogové signalizace. Pro CAS signalizaci nejsou vyhrazeny samostatné dráty jako u analogových signalizací. V tomto systému je každému hovorovému kanálu pevně přidělen signalizační kanál. Signalizační informace se přenáší buď tímto signalizačním kanálem nebo je pro její výměnu použit i. vlastní hovorový kanál. Signalizační kanál je TS16 (Time Slot) - Všech 30 hovorových kanálů přenosového systému sdílí kapacitu tohoto jednoho signalizačního kanálu. V každém rámci nese TS16 signalizační informaci pro dva různé hovorové kanály, tj. 4 bity na kanál. 1.3 Digitální signalizace CCS CCS je zkratka pro Common Channel Signaling. Jedná se o signalizaci, kde se používá jeden společný signalizační kanál pro více kanálů hovorových. Hlavní rozdíl oproti signalizacím CAS je v tom, že se u této signalizace přenáší signalizační zprávy, nazývané např. pakety, message, datagramy. U tohoto systému signalizace je určen jeden kanál, který slouží pro přenos signalizační informace pro celou řadu hovorových kanálů. Signalizace se přenáší v úplně jiném kanálu než kde probíhají hovory (ve většině případů se jedná o vyhrazený kanál jen pro tuto signalizaci). - 2 -
2 Signalizační síť Obr. 2-1 Příklad signalizační sítě Na obrázku 2-1 můžeme vidět příklad signalizační sítě. V této síti nalezneme většinou dva SA STP (Stand Alone Signaling Transfer Point), což jsou body, které signalizaci pouze přenáší. Jsou to jakési směrovače signalizace SS7. Tyto směrovače jsou pomocí tzv. link setů připojeny do několika SP (Signaling Point). Link set je svazek několika signálních linek (jejich počet je v rozmezí 1 až 16), po kterých se signalizace přenáší. SP je místo, které využívá SS7 pro své potřeby jsou zdrojem a zároveň přijímačem SS7. Jednotlivé SP nemají mezi sebou žádné spojení, z toho plyne, že veškerá signalizace prochází přes SA STP. Pro komunikaci se používají kanály, zaplněné pouze signalizací. Klasické ústředny mají většinou SA STP a SP sloučené. 2.1 Adresování Pro adresování v signální síti SS7 se používá kód signalizačního bodu SPC (Signaling Point Code). Tento kód určuje jednoznačně SP v síti. SPC je 14-ti bitový, určuje tedy maximálně 16384 signalizačních bodů. K tomuto kódu se přidává identifikátor NI (Network Identificator). NI je dvou bitové slovo, rozděluje tedy sítě na 4 kategorie : NAT 0 National 0 NAT 1 National 1 INAT 0 International 0 INAT 1 International 1. - 3 -
V síti NAT 0 si každý operátor vytváří svou signální síť. Ta může tvořit až 16 tisíc ústředen. NAT 1 je tzv. přechodová síť národní. Tato síť by měla být v každé zemi. Jsou zde propojeny bránové ústředny jednotlivých operátorů. INAT 0 je mezinárodní síť SS7. V této síti jsou mezinárodní ústředny všech operátorů a jejich čísla a adresy určuje mezinárodní organizace. Síť INAT 1 se používá jen ojediněle a slouží jako rezerva. 3 Čtyřúrovňový model signalizace SS7 Čtyřúrovňový model může být použit pro národní i mezinárodní sítě. Je velmi flexibilní, podporuje velké množství aplikací a byl optimalizován pro použití v digitálním prostředí. Tento model se používá pro popis aplikací vztažených k hovorovým cestám. Obr. 3-1 Čtyřúrovňový model 3.1 Úroveň 1 signalizační datová linka Tato úroveň definuje fyzické, elektrické a funkční vlastnosti signalizační datové linky a přístupového zařízení. Zahrnutí těchto vlastností do úrovně 1 je výhodné tím, že úroveň 2 až 4 jsou nezávislé na přenosovém médiu. Úroveň 1 představuje nosič pro signalizační linku. V digitální síti se jako signalizační datová linka používá kanál s přenosovou rychlostí 64kbit/s. 3.2 Úroveň 2 signalizační linka Tato úroveň definuje funkce a procedury pro bezchybovou výměnu signalizačních zpráv mezi dvěma sousedními signalizačními body přes signalizační linku. Definice zahrnuje řízení signalizační linky v případě poruchy a monitorování signalizační linky. Funkce této úrovně mohou být optimalizovány odděleně od úrovní 1 a 3. - 4 -
3.3 Úroveň 3 signalizační síť Úroveň 3 definuje funkce, které jsou platné pro několik signalizačních linek. Rozlišují se dvě základní skupiny : manipulace se zprávami (message handling) směrování zpráv do příslušné signalizační linky, popř. uživatelské části řízení signalizační sítě (signaling network management) ovládání přenosu zpráv opatřeními jako jsou změna signalizační linky v případě poruchy a obnovení normální činnosti po opravě. Různé funkce této úrovně mohou spolupracovat mezi sebou navzájem, s funkcemi jiných vrstev a s ekvivalentními funkcemi jiných signalizačních bodů. 3.4 Úroveň 4 uživatelská část Tato úroveň definuje uživatelskou část UP (User Part). UP obsahuje formát zprávy a funkční procedury pro různé aplikace, např. sestavení hovorového spojení pro ISDN. Tato úroveň zahrnuje hovorové řídící funkce. Všechny uživatelské části 4 úrovně mohou používat pro bezchybový přenos zpráv úrovní 1 až 3. Specifikovány jsou např. tyto uživatelské části : datová uživatelská část DUP (Data User Part ) telefonní uživatelská část TUP (Telephone User Part) ISDN uživatelská část ISUP (ISDN User Part). 3.5 Část přenosu zpráv MTP MTP (Message Transfer Part) zahrnuje úrovně 1-3 a v systému SS7 je používána všemi uživatelskými částmi pro přenos zpráv mezi ústřednami. Zprávy pro jinou uživatelskou část jsou předány MTP, která zajistí zabezpečený přenos proti chybám. 3.6 SCCP a TC Řídící část signalizačního spojení - SCCP (Signalling Connection Control Part) je část vrstvového modelu která doplňuje MTP. Toto doplnění je potřeba zejména proto, aby jsme mohli do 4 úrovňového vrstvového modelu pro signalizaci SS7 správně implementovat všechny vrstvy OSI modelu a provádět dle tohoto sedmivrstového modelu všechny funkce. - 5 -
Obr. 3-2 Model vrstev a úrovní pro SS7 Vrsty 4-7 dle OSI modelu jsou definovány jako schopnost transakce TC (Transaction Capabilities). TC jsou rozděleny do dvou podjednotek : aplikační část schopnosti transakce TCAP (Transaction Capabilities Application Part) mezilehlá služební část ISP (Intermediate Service Part). ISP implementuje vrstvy 4 až 6, TCAP ve spojení se svými uživateli implementuje fuknce vrstvy 7. 4 Datagramy Datagramy se nazývají zprávy SS7. Datagramy jsou složeny z osmi bitových entit, tzv. oktetů. Zprávy v SS7 dělíme na tři základní druhy : MSU Message Signal Unit zpráva LSSU Link Status Signal Unit stav linky FISU Fill In Signal Unit výplňová zpráva. Zprávy MSU jsou požívány pro přenos uživatelských zpráv, tj. zpráv z uživatelské části (úroveň 4) a zpráv pro řízení sítě (network management úroveň 4). LSSU obsahuje informaci pro obsluhu signalizační linky (např. synchronizace zpráv). FISU se používají pro potvrzování příjmu, nejsou-li vysílány žádné jiné zprávy. Obr. 4-1 Speciální oktet SIO - 6 -
Každá zpráva má speciální oktet SIO (Service Identification Octet). Tvar tohoto oktetu je uveden na obrázku 2-2. NI je identifikátor sítě a SI (Service Identificator) je služební identifikátor, který určuje číslo protokolu vyšší vrstvy. Nejdůležitější protokol je č.5 protokol ISUP. 4.1 Zprávy typu LSSU Nejdříve si uvedeme některé zprávy, které patřící do skupiny LSSU : SIO Signal Link Out Of Order signální linka neběží SIN Signal Normal Elagment založení komunikace na lince SIOS Signal Link Out Of Services linka je nepoužitelná SIPO Signal Processor Out výpadek linkového procesoru. Zpráva SIO se vysílá, když signální linka není používána. Zprávu SIN pošleme, pokud chceme založit komunikaci na lince. První strana pošle zprávu SIN a druhá jako potvrzení pošle též zprávu SIN. Následně se linka zasynchronizuje a obě strany se tak propojí. Dále už se zprávy typu LSSU nepoužívají. 4.2 Systém předávání a potvrzování zpráv Pro předávání zpráv na lince rozlišujeme dvě metody metodu BASIC a PCR (Preventive Cycle Retransmition). V normálním stavu se používá metoda BASIC pokud je potřeba poslat zpráva MSU, tak se odešle právě jednou. Oproti tomu metoda PCR posílá zprávy stále dokola, dokud nedojde k potvrzení přijetí. Obr. 4-2 Oktet pro potvrzovací zprávy Pro potvrzování zpráv se používá speciální oktet. Tvar tohoto oktetu je uveden na obrázku 2-3. První písmeno u označení bitů, tj. F (Forward) a B (Backward) označuje směr zpětný a dopředný. FIB (Forward Indication Bit) a BIB (Backward Indication Bit) jsou tzv. identifikační bity. FSN (Forward Sequence Number) je pole, kde je číslo, které je za normálního stavu inkrementováno po 1. Pokud toto číslování přeteče, číslo se vynuluje a začne se počítat od začátku. Z rozdílu mezi FSN a BSN (Backward Sequence Number) lze zjistit, kolik zpráv je právě na cestě. - 7 -
4.3 Protokol ISUP Zkratka ISUP znamená ISDN User Part. Zprávy protokolu ISUP jsou přenášeny obecně v MSU. Zpráva tohoto protokolu má klasickou hlavičku jako všechny zprávy SS7. Datová oblast zprávy je dále rozdělena na hlavičku a data. Obr. 4-3 Tvar zprávy protokolu ISUP Každá zpráva ISUP je vždy použita k nějakému okruhu, popř. pro více okruhů. V IH (ISUP Head) jsou další doplňující adresační údaje. Jedním z nejdůležitějších údajů je CIC (Circuit Identification Code), což je kód okruhu, kterého se daná zpráva týká. Jedná se o 12-ti bitové číslo. Toto číslo se strukturuje na dvě části a to na sedmi bitovou a pěti bitovou. Sedmi bitová část udává číslo kanálu na kterém hovor probíhá a pěti bitové číslo udává time-slot daného hovoru. Definice nepředepisuje, jaké číslo CIC jakému time-slotu přiřadíme, důležité však je, aby bylo v obou ústřednách použité stejné číslo CIC. Nezná-li nějaká strana CIC, je daná zpráva zahozena. Další údaj v ISUP zprávě je SLS (Signaling Link). ISUP nemá mechanismy pro správné řazení paketů, ale zajišťuje, aby všechny zprávy týkající se jednoho spojení šli jedinou trasou. SLS je čtyř bitové číslo a tyto čtyři bity jsou zkopírované z posledních (nejnižších) bitů CIC. Přednostně se obsazuje první kanál, následně druhý atd. Pokud by byla jen jedna signální linka, SLS se nemusí používat. Pokud jsou použity např. tři signální linky, v SLS se obsadí dva bity, které je jednoznačně určují. SLS a CIC jsou v hlavičce ISUP. V těle IB (ISUP Body) se přenášejí zprávy ISUP, které mají tři kategorie : povinné, povinně volitelné a volitelné. - 8 -
Obr. 4-4 Tvar zpráv v těle ISUP Na obrázku 2-5 je uveden diagram pro zprávy v IB. První oktet je rezervován pro jméno. Následuje povinná část označená F (Fix). Tato část má vždy stejnou, přesně definovanou strukturu. P1 a P2 jsou ukazatele (Pointer), které ukazují na začátek O1, resp. O2, což jsou volitelné části (Optional). Volitelná část O1 musí být v každé zprávě, ale už nemusí mít přesně definovanou strukturu. Volitelná část O2 ve zprávě být nemusí. 5 Logika sestavování spojení Obr. 5-1 Logika sestavování spojení Na obrázku 2-6 je uvedena jedna z možností sestavování spojení pomocí signalizace SS7. Jako první je poslána zpráva IAM (Initial Address Message). Tato zpráva má několik částí. Jedna z nich může být BC (Binary Capability), kde se udávají požadavky na přenosové médium, v jakém druhu kanálu spojení bude probíhat, jaký druh přenosového kanálu je povolen. Dalším údajem je CLI (Calling Line Identity), což jsou údaje o volajícím. Je zde - 9 -
číslo volajícího, NAO (Nature Of Address) druh čísla (v podstatě identifikace číslovacího plánu), další hodnoty jako jsou zkrácené číslo, speciální číslo atd. V CLI může být NPI (Number Plane Indicator) jaký číslovací plán je použit (ISDN číslovací plán, privátní, telexový apod.). Další údaj obsažený v CLI je PI (Presentation Indicator) povolení zobrazování čísla. Cld No (Called Number) je další údaj ve zprávě IAM. Zde se identifikuje jaký druh volby čísla je použit zda se jedná o Over Lap (s překrytím) nebo Un-bloc (přenos celého čísla najednou). Když je číslo kompletní, zakončí se volba číslem F. Po zprávě IAM je posílána zpráva SAM (Subscripment Address Message). V této zprávě je pouze číslo volaného, pokud se nepřeneslo rovnou ve zprávě IAM. Pokud se číslo volaného neposílá celé najednou (Un-block), je těchto zpráv několik. První odezva od ústředny B je zpráva ACM (Address Complet Message). Ta je vyslána poté, co se zahájí zpracování čísla v ústředně. Mohou zde být různé identifikátory udávající stav spojení (údaje o právě probíhajícím propojení k účastníkovi, údaje o cílovém bodě apod.). Během této zprávy začíná zvonit telefon účastníka ústředny B. CPG (Call Progress) udává další informace, které nebyly obsaženy v ACM. Může zde být např. číslo, kam jsme se dovolali (pokud má účastník použito přesměrování, nemusí se toto číslo shodovat s námi voleným). Tato zpráva se posílá pouze v ojedinělých případech. ANM (Answer Message) je poslední zpráva od ústředny B, která je poslána před zahájením hovoru. Jedná se o zprávu, kde je informace o vyzvednutí telefonu účastníkem ústředny B. Tato zpráva musí být vždy poslána, pokud účastník zvedne telefon. Práva ACM být poslána nemusí, ale většinou se posílá. Po ukončení hovoru je poslána zpráva REL (Release) ukončení hovoru. Zprávu REL pošle ústředna, jejíž účastník zavěsil jako první. V této zprávě mohou být doplňující informace. Jedna z důležitých je CC (Clear Cost) sedmi bitové číslo, které udává důvod ukončení volání (normální ukončení hovoru, číslo neexistuje apod). Pokud je zpráva REL poslána ihned za zprávou ACM (ještě před spojením), může mít v CC číslo, které udává obsazení účastníka (dále např. nevyzvednutí, porucha na koncovém zařízení). Po zprávě REL následují zprávy RLC (Release Complete), které potvrzují ukončení spojení. Po vyslání zprávy RLC uvolněno číslo CIC, které identifikovalo daný okruh spojení. - 10 -