domingo, 27 de abril de 2014

SS7




    



                                                                                        


Sistema de señalización número 7 (SS7)
Técnicas y Protocolos de Redes Telemáticas





























Índice:


             



1. Introducción

El rápido crecimiento de las redes de telecomunicaciones actuales y el elevado grado de desarrollo alcanzado en el ámbito de la tecnología digital viene provocando desde finales del siglo pasado una creciente necesidad de implantación de estas nuevas tecnologías en las redes de comunicación actuales para poder dar cuenta de las necesidades actuales. En este contexto, el primer paso consistió en la modernización de la red telefónica básica original (RTB), analógica totalmente, hasta lo que hoy está prácticamente extendido globalmente, RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) que permite conexiones digitales extremo a extremo para proporcionar una amplia gama de servicios, tanto de voz como de otros tipos. Debido a este desarrollo fue necesario también el cambio en los mecanismos de señalización que se venían empleando en la RTB, en su amplia mayoría intra-banda (mismo canal tanto para señales de control como para la llamada propiamente dicha), por otros que fuesen de canal común (la información de señalización relativa a varios circuitos y la gestión de la red viaja por un canal independiente del de la voz) ya que estos últimos son más flexibles, potentes y mejor preparados para satisfacer las necesidades de las redes digitales integradas.
Es en este momento (1980) cuando se ideó el Sistema de Señalización número 7 (SS7) con ánimo de ser una norma de señalización por canal común que se pudiera utilizar en diversas redes de conmutación de circuitos digitales, siendo especialmente diseñada para su uso en redes RDSI.

El objetivo de SS7 es, por tanto, el de proporcionar un sistema de señalización por canal común de propósito general estandarizado internacionalmente y con las siguientes características principales [1]:
  • Optimizado para el funcionamiento en redes de telecomunicaciones digitales junto con centrales con control por programa almacenado y que hacen uso de canales digitales a 64 kbps.
  •  Diseñado para satisfacer las exigencias presentes y futuras de transferencia de información para control de las llamadas, de control a distancia y de señalización de gestión y mantenimiento.
  • Que ofrezca un medio seguro de transferencia de información sin pérdidas ni duplicaciones.
  •  Adecuado para el funcionamiento a velocidades más bajas y en canales analógicos, además de para enlaces punto a punto, tanto terrenales como por satélite.
Ha sido tal el desarrollo y la gran acogida de este protocolo de señalización que se trata del más extendido e implementado globalmente, con sus respectivas variantes dependiendo del país. Así, su uso no es exclusivo de RDSI, sino que también se emplea en la interacción con bases de datos de la red y puntos de control del servicio, las comunicaciones móviles (red móvil terrestre pública) y la explotación, administración y mantenimiento de redes.


2. Funcionamiento y Características

Tal y como ya se ha dicho, la señalización por canal común constituye una forma de comunicación de datos que está preparada para soportar varios tipos de transferencia de información y de señalización en las redes de telecomunicaciones. En concreto, en SS7 los mensajes de control se encaminan a través de la red para llevar a cabo la gestión de las llamadas (establecimiento, mantenimiento y terminación) y las funciones correspondientes a la gestión de la red. Dichos mensajes de señalización entre centrales u otros nodos de la red constituyen bloques o paquetes pequeños. De este modo, aunque la red que está siendo controlada es una red de conmutación de circuitos, las señales de control se basan en la tecnología de conmutación de paquetes. El efecto que se tiene es como si se recubriese la red de conmutación de circuitos con una red de paquetes para llevar a cabo la gestión y correcto funcionamiento de la primera (Figura 2). En este sentido hay que decir que SS7 define las funciones realizadas en la red de conmutación de paquetes pero no especifica ninguna implementación hardware concreta. Esto posibilita la existencia de diferentes modos de señalización, es decir la asociación entre el trayecto seguido por un mensaje de señalización y la relación de señalización a la que se refiere el mensaje, como se puede observar en la siguiente figura:

Figura 1. Modos de señalización en SS7 [2].

A continuación se explica en que consiste cada uno de estos modos de señalización [2]:

  • Modo asociado de señalización: Los mensajes intercambiados entre dos puntos de señalización adyacentes son transferidos por un conjunto de enlaces que interconecta directamente esos dos puntos de señalización.
  • Modo no asociado de señalización: Los mensajes que corresponden a una determinada relación de señalización son transferidos por dos o más conjuntos de enlaces en cascada que pasan por uno o más puntos de señalización que no son ni el origen ni el destino de los mensajes, es decir, se emplean puntos de conmutación independientes para el transporte exclusivo de los paquetes de control.
  • Modo cuasiasociado de señalización: Caso limitado del modo no asociado en el cual el trayecto seguido por un mensaje a través de la red de señalización está predeterminado y, en un instante de tiempo dado, es fijo.
De los tres modos de señalización, SS7 implementa principalmente los modos asociado y cuasiasociado al influir factores tales como la estructura de la red de telecomunicaciones a que dará servicio el sistema de señalización y los aspectos administrativos. Además, se incluyen medios para la detección y corrección de errores en cada enlace de señalización. Así, en SS7 se emplea normalmente la redundancia en enlaces de señalización y se incluyen las funciones necesarias para la desviación automática del tráfico de señalización hacia trayectos alternativos en caso de fallos del enlace. Esto permite que se pueda dimensionar la capacidad y fiabilidad de la señalización de acuerdo con los requisitos de las diferentes aplicaciones.

Figura 2. Doble conmutación en SS7 [1].

Por otra parte, una red de telecomunicaciones a la que da servicio un sistema de señalización por canal común como es SS7 está compuesta de tres entidades funcionales básicas que son los puntos de señalización (SP) y de transferencia de la señal (STP) que constituyen los nodos de conmutación, y los enlaces de señalización que interconectan a estos últimos. Esto es necesario porque para comunicar cada uno de estos nodos utilizando SS7 se requiere crear las características necesarias «dentro del nodo» para que se pueda convertir en un punto de señalización de la red SS7.
El conjunto de dichos nodos de conmutación y sus enlaces de señalización que forman la red de señalización SS7 se explican a continuación [3]:

  • Punto de señalización (SP): Constituye un nodo de la red de señalización con capacidad de gestión de mensajes de control SS7. Pueden ser de dos tipos:
Ø  Un punto de señalización en el que se genera un mensaje, es decir, aquel en que está ubicada la función parte de usuario emisora (véase Arquitectura), es el punto de origen de ese mensaje.

Ø  Un punto de señalización al cual está destinado un mensaje, es decir, aquel en que está ubicada la función parte de usuario receptora, es el punto de destino de ese mensaje.

Para una determinada relación de señalización entre dos puntos de señalización, estos dos puntos funcionarán pues como puntos de origen y de destino para los mensajes intercambiados en ambos sentidos. Además, dos puntos de señalización cualesquiera cuyas funciones de parte de usuario correspondientes tengan la posibilidad de comunicarse entre sí, se dice que tienen una relación de señalización de usuario.
Algunos ejemplos de nodos que constituyen puntos de señalización en SS7 son:

Centrales (centros de conmutación)
Bases de datos de redes inteligentes 
Centros de explotación, gestión y mantenimiento.
  • Punto de transferencia de señalización (STP): Es aquel en el cual un mensaje recibido sobre un enlace de señalización se transfiere a otro enlace de señalización, es decir, es capaz de encaminar mensajes de control. Puede tratarse por tanto de un punto en el cual no está ubicada la función parte de usuario emisora ni la receptora (la inmensa mayoría), aunque en redes complejas podría también desempeñar funciones propias de un punto final.

  • Enlace de señalización: Constituye un enlace de datos para transportar mensajes de señalización entre dos puntos de señalización. Se clasifican en dos grupos:
Ø  Conjunto de enlaces de señalización: Se trata de varios enlaces de señalización que interconectan directamente dos puntos de señalización y se utilizan como un módulo. 

Ø  Grupo de enlaces de señalización: Cierto número de enlaces, entre los pertenecientes a un conjunto de enlaces que tienen características idénticas (por ejemplo, la misma velocidad de soporte del enlace de datos).

Una vez comprendidos todos los elementos que conforman SS7, es el momento de analizar la arquitectura de capas que implementa este protocolo de señalización.

3. Arquitectura

El principio fundamental de la arquitectura de SS7 consiste, por un lado, en la división de funciones en una parte de transferencia de mensajes (MTP) común y, por otro lado, en partes de usuario separadas para distintos usuarios [2].

La función global de la parte de transferencia de mensajes es servir como sistema de transporte, proporcionando la transferencia fiable de mensajes de señalización entre los emplazamientos de las funciones de usuario que se comunican. Con este fin, el conmutador local funciona como un punto de señalización que debe llevar a cabo la conversión entre el diálogo con el usuario y los mensajes de control internos a la red que son los que realmente realizan las acciones solicitadas por el usuario (SS7).

La parte de usuario incluye aquellas funciones relacionadas con un tipo particular de usuario que forma parte del sistema de señalización por canal común. El término usuario en este contexto se refiere a cualquier entidad funcional que utiliza la capacidad de transporte proporcionada por MTP. Para ello se establece un circuito desde el conmutador local de un usuario hasta el del otro, habiéndose realizado el encaminamiento a través de uno o más nodos de conmutación de circuitos.

Desde la perspectiva de un usuario extremo, el servicio proporcionado por SS7 puede considerarse como un servicio de capas de red.  La Figura 3 muestra la arquitectura de SS7 e ilustra la relación funcional entre sus diversos bloques funcionales (explicados en una subsección posterior) y las capas del modelo OSI.

Figura 3. Arquitectura en SS7 [2].

Aunque la especificación inicial de SS7 se especificó en cuatro niveles funcionales (la parte de transferencia de mensajes en los niveles 1 a 3 y las partes de usuario como nivel 4) la aparición cada vez más de nuevos requisitos, ha provocado la necesidad de adaptar ciertos elementos de SS7 al modelo de referencia de siete capas de OSI. Así, los servicios de las capas 1 a 3 de OSI son proporcionados por la SCCP (parte control de conexión de señalización) junto con la MTP. La capa 4 sirve de soporta para la PU-RDSI (Parte usuario de RDSI) y para la TUP (Parte usuario de telefonía). Las capas 5 y 6 no se utilizan actualmente, aunque en el futuro podrían incluirse protocolos en esas capas si surgiese la necesidad de nuevos servicios. Finalmente, la capa 7 agrupa la TC (capacidades de transacción) y la AE (Entidad de aplicación).
En las siguientes subsecciones se explicará con más detalle cada una de estas funciones.

3.1. Parte de transferencia de mensajes (MTP)


La MTP se divide en tres funciones diferentes que se pueden agrupar en tres niveles [3]:

  • Funciones del enlace de datos de señalización (nivel 1): Define las características físicas, eléctricas y funcionales de un enlace de datos de señalización y los medios para acceder al mismo. Los requisitos detallados se especifican en la Recomendación Q.702.
  •  Funciones del enlace de señalización (nivel 2): Define las funciones y procedimientos para la transferencia de mensajes de señalización por un determinado enlace de datos de señalización, así como las funciones y procedimientos relacionados con dicha transferencia. Las funciones de este nivel junto con el nivel 1 como soporte constituyen un enlace de señalización para una transferencia fiable de mensajes de señalización entre dos puntos. Los requisitos detallados se indican en la Recomendación Q.703.
  •  Funciones de la red de señalización (nivel 3): Define las funciones de transferencia y los procedimientos que son comunes a, e independientes de, la operación de los distintos enlaces de comunicación. Estas funciones están agrupadas en dos categorías principales:
Ø     Funciones de tratamiento de los mensajes de señalización: Funciones que transfieren el mensaje al enlace de señalización o parte de usuario a que corresponde.

Ø      Funciones de gestión de la red de señalización: Funciones que controlan en cada instante el encaminamiento de los mensajes y la configuración de la red de señalización y, en caso de fallo controlan las para restablecer la capacidad normal de la transferencia de mensajes.
                          Los requisitos detallados se establecen en la Recomendación Q.704.

3.2. Parte de usuario


La parte de usuario define las funciones y procedimientos del sistema de señalización que son particulares a un cierto tipo de usuario del sistema. Las entidades siguientes se definen como partes de usuario en el SS7 [3]:
  •  Parte de control de conexión de señalización (SCCP): Proporciona funciones adicionales a la parte de transferencia de mensajes con objeto de prestar servicios de red sin conexión y servicios de red con conexión, para transferir información de señalización relacionada con el circuito y no relacionada con el circuito. Además, la SCCP proporciona los medios para controlar conexiones de señalización lógica en la red del SS7 y para transferir unidades de datos de señalización.
La SCCP proporciona una función de encaminamiento que permite encaminar mensajes de señalización hacia un punto de señalización basado en, por ejemplo, los dígitos marcados. Esta capacidad implica una función de traslación que transforma el título global (por ejemplo, dígitos marcados) en un código de puntos de señalización y un número de subsistema.
  • Parte usuario de telefonía (TUP): Define las funciones de señalización de control de llamada telefónica internacionales para la utilización por el SS7.
  •  Parte usuario de RDSI (PU-RDSI): Comprende las funciones de señalización requeridas para proporcionar servicios y facilidades de usuario con conmutación para aplicaciones vocales y no vocales en la RDSI.
La PU-RDSI es también apropiada para ser utilizada en redes telefónicas especializadas y redes de datos con conmutación de circuitos, así como en redes analógicas y mixtas analógicas/digitales. Además tiene una interfaz con la SCCP para permitir señalización de extremo a extremo.
  • Capacidades de transacción (CT): Proporciona los medios para establecer comunicaciones no relacionadas con el circuito entre dos nodos de la red de señalización.
  • Aplicaciones (AE): Están modeladas en la capa 7. Son procesos que proporcionan servicios de telecomunicación suplementarios o básicos al usuario de la red telefónica o RDSI. Comprenden los usuarios de TC.
 

4. Evolución

La señalización en las redes telefónicas clásicas ha experimentado una intensa evolución a lo largo del siglo XX [4]. Tras la conmutación manual de finales del siglo XIX y principios del XX, 1910 trajo la conmutación electromecánica. En esta etapa tecnológica, que duró hasta los años 60, la señalización se transportaba "en banda" (cambios de nivel y tonos dentro del propio canal telefónico) y era interpretada por elementos electromecánicos (relés) y electrónicos (filtros) en su tránsito por la red.
A mediados de los 60, el proceso de digitalización de la red alcanzó la propia tecnología de conmutación con la llegada de las centrales digitales y el control de la conmutación por CPU. Estos conmutadores están controlados íntegramente por procesadores que hablan un protocolo de señalización con procesadores de otras centrales.
Los primeros protocolos de señalización instalados en estos sistemas se basaban en el estado de ciertos bits de la trama TDM permanentemente asociados a cada canal de voz.
Dentro de estos primeros sistemas de señalización [5], todos ellos dentro de banda, cabe mencionar el CCITT Nº3, Nº4 y Nº5. Todos ellos, pese a suponer un gran avance con respecto a tiempos pasados, ocasionaban grandes problemas, sobre todo de seguridad. Así, al emitirse los tonos de señalización en el mismo canal que la información de audio, los usuarios podían simular estos tonos en sus propios terminales y controlar la red. Estos inconvenientes, junto con el auge de las tecnologías de redes de ordenadores, acabaron dando lugar a redes de conmutación de paquetes y sistemas de señalización por canal común. Así, surgió el SS6. Este sistema de señalización supuso el primer uso de la conmutación de paquetes en la PSTN. SS6 consiste en paquetes de 12 unidades de la señal de 28 bits cada una. Es el sistema usado principalmente en EEUU.
Otros sistemas de señalización basados en estas tecnologías son CCITT R1 y CCITT R2, este último para señalización internacional.

En la actualidad la red telefónica utiliza internamente esta forma de funcionamiento en base a paquetes prácticamente en su totalidad, pues en la inmensa mayoría de los casos la red de acceso del abonado permanece masivamente analógica. Solamente, en los últimos años, los intentos por intentar llevar la digitalización hasta la propia casa del usuario han hecho que se busquen nuevos sistemas de señalización para redes de acceso íntegramente digitales (RDSI). De este modo es como ha surgido el sistema de señalización número 7. Éste fue desarrollado por AT&T a partir de 1975 y definidos como un estándar por el UIT-T en 1981 (Libro Amarillo), y refinada y extendida en ediciones sucesivas en 1985 (Libro Rojo), 1989 (Libro Azul) y siguientes.

5. Conclusiones

Finalmente, y como se ha podido comprobar a lo largo del trabajo, queda claro que el Sistema de Señalización número 7 ha contribuido a mejorar los aspectos de señalización. Así, su elevada capacidad de los enlaces de señalización digitales en combinación con las necesidades de redundancia para asegurar la fiabilidad, ha conducido a una red de señalización con un alto grado de completitud y refinamiento.
Este último planteamiento además, es el que más posibilidades ofrece de explotar el potencial de señalización por canal común, de modo que se dé servicio a facilidades de la red que requieran comunicación para otros fines distintos de la conmutación de circuitos.
De este modo, la inmensa mayoría de la red mundial de señalización está estructurada de acuerdo a la arquitectura que propone  SS7 y promete convertirse en un referente en este campo.






Bibliografía

[1]     Libro Computer networking with Internet protocols and technology. Autor: William Stallings. Pearson/Prentice Hall 2004.
[2]     Página web de la ITU correspondiente a la recomendación Q.700 que recoge SS7: http://www.itu.int/rec/T-REC-Q.700/en
[3]     Página web que recoge información sobre los modos de señalización en SS7:http://www.efort.com/media_pdf/SS7_ES_EFORT.pdf
[4]     Artículo sobre protocolos de señalización para el transporte de voz: http://www.it.uc3m.es/~jmoreno/articulos/protocolssenalizacion.pdf
[5]     Página web que recoge un conjunto de sistemas de señalización normalizados: http://www.reocities.com/SiliconValley/bay/5253/senyal.html


1 comentario:

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