Una rete telefonica Una rete telefonica - TNG Presentation · ÿ LE RETI TELEFONICHE - 13 Lo...

LE RETI TELEFONICHE - 1

Le reti telefoniche

Gruppo Reti [email protected]

http://www.telematica.polito.it/


Reti telefoniche

Codifica della voce Telefonia fissa tradizionale Segnalazione a canale comune (SS7) Reti cellulari


Una rete telefonica ...

... composta di terminali, sistemitrasmissivi, di commutazione e disegnalazione e controllo

... finalizzata alla trasmissione vocale(terminali specifici, orientata al circuitopunto-punto)

... organizzata in modo gerarchico ... una collezione di reti di operatori

diversi


Una rete telefonica...

centraledi

commutazione

centraledi

commutazione segnalazione

trasmissione


Organizzazione gerarchica

Il numero di livelli,la nomenclaturadelle centrali edegli apparativariano da nazionea nazione.Riflettono sia ledimensioni delpaese sia lastoria dellatelefonia nellanazione centrale

locale

centraleregionale

centralenazionale

centraleinternazionale

centralelocale

centraleregionale

centralenazionale


Il telefono analogico

Come fatto un telefono Trasmissione tra utente e centrale


Il telefono di Bell

Fino alla met degli anni 60 il telefono rimastosostanzialmente uguale allinvenzione di Bell,ancora oggi i telefoni analogici sonosostanzialmente uguali

Alexander Graham Bell deposit il brevetto il 14febbraio 1876 ... qualche ora prima di Elisha Gray... mentre in Italia Meucci sperimentava un sistemaanalogo

Il 10 marzo 1876 Bell presenta il primo telefonofunzionante


Il telefono di Bell

Consiste di un microfono dettotrasmettitore e un altoparlante dettoricevitore collegati da un circuito elettricocon una batteria in serie

Il trasmettitore una resistenza variabile Il ricevitore vibra al variare della corrente

trasmettitore ricevitore


Il trasmettitore a grani dicarbone

Nel 1878 viene inventato il microfono a granulidi carbone... con qualche miglioria in usoancora oggi

I granuli di carbone, inseriti in una cavitmetallica chiusa da un diaframma, fornisconomolti percorsi elettrici possibili

Il diaframma vibrando fa variare il numero dipossibili percorsi e quindi la corrente


Il trasmettitore a grani dicarbone

diaframma

accoppiamentiflessibili

cavitmetallica

granulidi carbone

segnaleelettricoin uscita


Il ricevitore

Il ricevitore unaltoparlantebasato su unelettromagnetecollegato ad unamembrana

Il segnale iningresso favibrare il magnetepermanente

diaframma

correntevariabile


Lo squillo

E pilotato direttamentedalla centrale con unsegnale sinusoidale

Due avvolgimenti incontrofase su un nucleodi ferrite fanno vibrareun martello suicampanelli (il magnetepermanente amplificaleffetto)


Lo squillo Gli avvolgimenti sono in

serie Un condensatore

impedisce che lacorrente continua dialimentazione fluisca (incorto circuito) attraversogli avvolgimenti

Il campanello collegatoin paralleloallapparecchio dirice/trasmissione

ricetrasmettitore

condensatore

allacentrale


Tecnica di duplex

Il circuito verso la centrale bifilare (doppino) Trasmettitore e ricevitore sono su un circuito a 4 fili

(2Tx, 2Rx) Necessita una conversione da 2 a 4 fili e viceversa

(forchetta telefonica)

parlo

conversioneda 2 a 4 fili

allacentrale

sento


Tecnica di duplex La forchetta

realizzata con untrasformatorebilanciato, che attenualaccoppiamento localetra microfono ericevitore a un livelloconfortevole

La rete dibilanciamento presentaunimpedenza analogaalla linea verso lacentrale

allacentrale

rete dibilanciamento


Attivazione e selezione

La linea viene attivata sganciando ilmicrotelefono, che chiude linterruttore di linea

Il selettore (disco o tastiera) inserito in serie alcircuito del telefono

selettore

allacentrale

interruttoredi linea



Chiudendo linterruttore la corrente di alimentazionepu fluire nei circuiti del telefono

La selezione a impulsi avviene interrompendo lacorrente di alimentazione

telefonoagganciato

telefonosganciato

# 4

1

09

8

76

543

2disco diselezione



La selezione tonale avviene trasmettendo perciascuna cifra una combinazione di due diversefrequenze (toni) in banda fonica: DTMF (DualTone Multi Frequency)

f1f2 1209 1336 1477 1633

697 1 2 3 A

770 4 5 6 B

852 7 8 9 C

941 */E 0 #/F D


Schema a blocchicomplessivo

selettore

allacentrale

inte

rrut

tore

dilin

ea

conversione 2/4e circuitoanti-ecosu

oner

ia


La centrale e il local loop Il sensore di sgancio

un rel a induttanzache sente il passaggiodella corrente dialimentazione e abilitala porta di ingresso incentrale dedicando unconvertitore A/D e unaposizione dicommutazione allalinea attiva

local loop

centrale di attestazione

batteria di alimentazionea 48 V

sensoredi sgancio

trasformatoredi linea

al convertitore A/De ai sistemi dicommutazione


Toni di centrale

La centrale invia diversi segnali allutente: Squillo: sinusoide a 20Hz, 75V rms,

duty cicle [On/Off s - D.C.] ~ 1/1 Selezione:

(350)+(440)Hz, tono continuo (USA)(440)+(480)Hz, D.C. complesso tu.. tuuu...... (EU)

Linea disponibile: (440)+(480)Hz, D.C. 2/4

Linea occupata: (480)+(620)Hz, D.C. 0.5/0.5 Fascio occupato: (480)+(620)Hz, D.C. 0.25/0.25


Filtri e banda fonica Il segnale analogico tra telefono e centrale locale

viene filtrato tra 300 e 3400 Hz per consentire ilpassaggio della continua di alimentazione elimitare la banda passante del sistema

Le centrali moderne convertono immediatamenteil segnale in PCM

300 3400 f [Hz]

bandafonica


Codifica e pacchettizzazione dellavoce

PCM (G.711) ADPCM Algoritmi LPC-LTP (GSM)

Algoritmi CELP (G.729, G.723,Enhanced GSM)


Segnale Vocale

Un microfono trasforma la voce in unsegnale elettrico analogico

I sistemi di comunicazione/commutazionesono numerici => serve una co/decodifica

Le tecniche di codifica si dividono tra quelleche usano la sola conoscenza del segnaleelettrico istantaneo e quelle che sfruttano lecaratteristiche dellapparato di fonazione euditivo


Campionamento eQuantizzazione

tempo

ampi

ezza


PCM lineare ecompanding

Il PCM (Pulse Code Modulation) unprocesso di campionamento equantizzazione

La quantizzazione pu essere lineare(intervalli uguali) o non lineare (intervallidiversi a seconda dellampiezza), dettacompanding

PCM lineare: CD (~44 kHz, 16 bit) PCM companding: telefonia (8kHz, 8 bit)


PCM lineare ecompanding

PCM lineare: CD (~44 kHz, 16 bit)qualit eccellente (MOS 5)

PCM companding: telefonia (8kHz, 8 bit,64 kbit/s) qualit buona (MOS 4+),standard ITU-T G.711

MOS: Mean Opinion Score


PCM companding

Si basa sullosservazione che lasensibilit dellorecchio umano di tipologaritmico

Definisce un sistema di compressione edecompressione del segnale, pu essererealizzato in forma numerica odistorcendo il segnale analogico

Legge A: Standard ITU/EU Legge : Standard USA/Giappone


Legge di compressione A

( )( )( ) ( )

++

+=

law A

-1

-0.5

0

0.5

1

-1 -0.5 0 0.5 1


PCM adattativo odifferenziale

E possibile modificare nel tempolampiezza degli intervalli di quantizzazionein funzione della dinamica del segnale(adattamento)

E possibile codificare la differenza tra uncampione e il precedente: se ccorrelazione tra i campioni la dinamica delladifferenza minore di quella dei campioni;al posto della differenza si possono usaretecniche pi sofisticate di predizione


PCM adattativo edifferenziale

Un PCM adattativo e differenziale di qualitbuona (MOS 4) lADPCM a 32kbit/s(G.721)

Un altro esempio la modulazione delta, incui il segnale campionato a frequenzaelevata per ottenere alta correlazione tra icampioni e la differenza campionata su unsolo bit, che indica se il segnale cresce odecresce


Pacchettizzazione

Il PCM e i suoi derivati codificano il segnalecampione per campione

Le reti di telefonia tradizionale trasmettonocampione per campione

In una rete a commutazione di pacchettodevo accumulare campioni fino a riempireun pacchetto (es. payload 80 byte => 80campioni PCM => 10ms di voce)

RITARDO


Codificatori a blocco

Trasmettere a pacchetto implica ritardo... Considerando un segmento vocale (es. un

fonema di durata 10-500 ms) possibileusare algoritmi di codifica e compressionemolto efficienti

Si parte da una codifica PCM lineareeccellente, si raggruppano da 80-320campioni (10-40 ms) e si lavora sullinsieme(blocco)


Codifica LPC-LTP

La codifica Linear Prediction Coding - LongTerm Prediction si basa sullamodellizzazione fisica del tratto vocale

Si calcolano e trasmettono i coefficienti di undispositivo di rigenerazione (filtro)

Il segnale viene rigenerato eccitando ildispositivo con un segnale opportuno


Codifica CELP

Code Excited Linear Prediction E un codificatore LCP in cui leccitazione

per ricostruire il segnale tratta da uncodebook (catalogo di codici) cheminimizza lerrore rispetto al segnaleoriginale

Il codificatore molto complesso perchdeve scegliere tra i possibili codici in modoesaustivo


Codificatori GSM

GSM tradizionale: codificatore LPC-LTP blocchi da 20ms che producono 260 bit

raggruppati in 3 livelli di importanza(50+132+78)

13kbit/s

GSM Enhanced (1800 e telefonini dual-band) CELP a 12.6 kbit/s


Codificatori per reti a pacchetto(IP)

G.729: CELP a 8kbit/s

G.723: CELP a 6.3 o 5.3 kbit/s

Tutti i codificatori hanno MOS>4(tranne il GSM originale che pocosotto 4)


La rete telefonica fissatradizionale

PlainOldTelephonyService


La rete POTS

Lattuale rete telefonica sostanzialmenteuna IDN (Integrated Digital Network)

Interfaccie servizio/specifiche (analogiche) Commutazione a circuito Trasmissione/commutazione numerica PCM Segnalazione a canale comune (SS#7 -

trattata a parte)


Il modello di riferimento Larchitettura divisa in piano utente, piano

di controllo (segnalazione) e piano digestione (che non vediamo)

protocollidi utente

(PCM)protocolli di

segnalazione(SS#7)

protocollidi utente

(PCM)protocolli di

segnalazione(SS#7)

bla ... bla ... bla

informazione di utente

informazione dicontrollo


centralelocale

Informazione e controlloviaggiano separati

PCM SS#7

nodoPCM

nodoSS#7

centralelocale nodo

SS#7PCMSS#7

nodoPCM

nodoPCM


Organizzazione (piano utente)

E tipicamente organizzato su 3 livelli: Rete di accesso (da casa dellutente alla

centrale locale) Rete di giunzione (tra le centrali locali e la il

centro distrettuale - non necessariamentecoincide con un prefisso telefonico)

Rete di lunga distanza (connette tra loro lecentrali di gerarchia pi elevata)


Architettura della rete

centralelocale

centraledistrettuale

rete diaccesso

rete digiunzione

rete dilunga distanza


Interconnessione delle diversereti

I punti di interconnessione tra le reti di accesso,giunzione e lunga distanza sono apparati condivisi(commutatori)

Le centrali della rete di giunzione sono semprecollegate ad almeno due centrali di lunga distanza

La rete di trasporto (in particolare a lunga distanza)ha pochi nodi ad elevata capacit ed moltomagliata

La rete di accesso ha un elevatissimo numero dinodi (i terminali di utente) ed una topologia adalbero o stella


Rete di Accesso (RA)

RA realizzata con doppini, ha iniziocon la centrale di commutazione locale

La distribuzione del segnale avvienemediante ramificazioni successive, manmano che ci si avvicina al terminaledutente

Le centrali locali raccolgono tipicamentealcune decine di migliaia di utenti


La rete di giunzione

Fibra ottica (quasi interamente)

Topologia ad anello (doppio anellocontrorotante)

Tecnologia SDH (Sinchronous DigitalHierarchy)

Alcune parti ancora PDH (PlesiochronousDigital Hierarchy)


La rete di lunga distanza

Interamente in fibra ottica Tecnologia SDH Pochi canali molto veloci Spesso ridondata in hot swap: il fascio di

canali viaggia su due percorsi diversicontemporaneamente e il nodo didestinazione sceglie il migliore


I commutatori PCM

I nodi delle reti telefoniche sono commutatoria circuito in grado di elaborare flussi a 64kbit/s strutturati a 8 kHz, cio con unatrasmissione di 1 ottetto (byte) ogni 125 s

I nodi gerarchicamente superiori elaboranosolo flussi aggregati, senza vedere i singolicanali di fonia


Struttura della rete diTelecom Italia

Due livelli gerarchici: locale e di transito Un commutatore distrettuale SGU (Stadio di

Gruppo Urbano) pu coprire parte, uno, opi distretti

Ogni SGU collegato ad una coppia di SGT(Stadio di Gruppo di Transito)

Le coppie di SGT con gli SGU collegaticostituiscono unArea Gateway ci sono 33aree gateway


Numerazione:gli indirizzi nelle reti telefoniche

Lo standard E.164

Piani di numerazione

Numerazione di utente e di rete


Schemi di Numerazione

I numeri di telefono sono gli indirizzi dellereti telefoniche

Seguono lo standard E.164 ITU, chespecifica la numerazione a livellointernazionale

Un numero E.164 composto al massimoda 15 cifre decimali (prefissi e numeri diselezione inclusi), ma possono essereanche meno


Piano di numerazione

Un piano di numerazione unaorganizzazione gerarchica di un insieme dinumeri adatta a fornire lindirizzamento diuna o pi reti di telecomunicazione

I numeri di un piano di numerazione sonoorganizzati in campi

Un piano di numerazione pu essere chiuso,aperto o semi-aperto in funzionedellorganizzazione dei campi


Piano di numerazione

Chiuso: I campi sono di lunghezza fissa Aperto: I campi sono di lunghezza variabile e

anche la lunghezza totale non fissa Semi-aperto: I campi sono di lunghezza

variabile, ma la lunghezza totale fissa Se anche la selezione vincolata ad un

numero fisso di cifre si dice che avviene laselezione completa (close dialing) - es.cellulari e fissa il prefisso


Es. Numerazione:numeri internazionali

CC: Country Code, da 1 a 3 cifre: 1 USA e Canada;3x, 3xx, 4x, 4xx Europa; 2xx Africa; ...

NDC: Network Destination Code, da 1 a 3 cifre:identifica il distretto di servizio e/o la rete (operatore)

SN: Subscriber Number, da 4 a 9 cifre NDC+SN = NSN: National Subscriber Number Es: 39 011 5644093, identifica un numero Italiano (39)

di Torino (011) ... del mio ufficio ...

CC(1-3) NDC(1-3) SN(4-9)


Es. numerazione: IMSI-GSM

MCC: Mobile Country Code (3 cifre) MNC: Mobile Network Code, che identifica

loperatore che fornisce il servizio (2 cifre) MSIC: Mobile Subscriber Identification

Number, che identifica la SIM (fino a 10cifre)

Es: 222 01 4572228769, identifica una SIMitaliana (222) del gestore TIM (01)

MCC(3) MNC(3) MSIC(10)


Spazi di indirizzamento

Ogni piano di numerazione rappresenta uno spaziodi indirizzamento separato (escludendo il prefissointernazionale telefoni in nazioni diverse possonoavere lo stesso numero)

Nelle reti fisse tradizionali il numero usato perlinstradamento

Nelle reti cellulari e nelle reti fisse di nuovagenerazione il numero dutente indipendentedallinstradamento e viene tradotto per instradarela chiamata


Piano di numerazione italiano

232 distretti telefonici: 2 a 1 cifra 28 a 2 cifre 202 a 3 cifre

Lunghezza massima di NSN = NDC + SN = 9


Evoluzione del piano dinumerazione italiano

Selezione completa(fissa il prefisso)

Riorganizzazione per servizi Carrier selection Number portability


Sistemi di trasmissione nelle retitelefoniche

I canali PCM

Il sistema PDH

Il sistema SDH


Trasmissione di segnaliPCM

La codifica PCM della voce genera flussi a64kbit/s organizzati in bytes 1 byte ogni 125s

Il modo pi semplice per trasferire questainformazione con canali sincroni a64kbit/s, meglio se organizzati in trame chesi ripetono ogni 125s

Sistemi di multiplazione per trasmetteremolti canali insieme


Plesiochronous Digital Hierarchy -PDH

Sistema di trasmissione numerico (T-carrier, E-carrier) per multiplare flussi a velocit pi bassa influssi a velocit maggiore

Espressamente pensata per il trasferimento dicanali vocali digitali a 64Kb/s

NON si fa Store-and-Forward: occorre una strettasincronizzazione tra TX e RX risolto con unsistema quasi-sincrono (plesio-synchronous)

Standard diversi in USA/Europa/Giappone Complessit di traduzione


Multiplazione dei canali(standard europeo)

30 canali vocali, codificati PCM sono multiplati tra lorocon laggiunta di 2 canali di controllo

Un canale E-1 ha una velocit di 64Kb/s*32=2.0484Mb/s Un campione ogni 125sec Una trama ogni 125sec Posso multiplare pi trame in canali a velocit superiore


Gerarchia di canali

Canali PCM (E0)trasmessi in un canaleE1 64*32 = 2.048Mb/s

E2 = 4 E1 4*2.048 = 8.488Mb/s

E3 = 4 E2 4*8.488 = 34.368Mb/s

E4 = 4 E3 4*34.368 = 139.264Mb/s


Gerarchie T- ed E-

97.928 Mb/s139.264 Mb/s274.176 Mb/s4

32.064 Mb/s34.368 Mb/s44.736 Mb/s3

6.312 Mb/s8.488 Mb/s6.312 Mb/s2

1.544 Mb/s2.048 Mb/s1.544 Mb/s1

0.064 Mb/s0.064 Mb/s0.064 Mb/s0

GiapponeEuropa (E-)America (T-)Livello


Gerarchie PDH

E difficile identificare un singolo canaledentro uno stream: ogni volta occorredemultiplare tutti i livelli per estrarre/inserirealtri canali

E difficile mantenere due canali in perfettasincronia: si usa un bit stuffing per avere unsistema quasi sincrono


PDH - Sincronizzazione

Ogni apparato ha un suo orologio (nonc sincronizzazione globale)

Orologi locali hanno derive che portano aerrori di sincronizzazione

Problema risolto avendo la possibilit diinserire e rimuovere bit di riempimento(bit-stuffing)


PDH - Sincronizzazione


Limiti di PDH

Mancanza di flessibilit: impossibileidentificare un flusso a velocit pi bassain un aggregato superiore

Mancanza di efficienza: Non esistono standard per controllare le

prestazioni del canale Non c un sistema di gestione

Mancanza di uno standard a livello fisico


Da PDH a SONET/SDH - 1 PDH ha dei limiti invalicabili:

scala male in velocit(necessit di demulatiplare tutto ilflusso per estrarre un solo E0)

non supporta la multiplazione di flussi che non sianon*64kbit/s

Negli anni 80 la nascente (e mai nata!) B-ISDNrichiede un sistema di trasmissione pi efficiente

SONET: Synchronous Optical Network: sistema ditrasmissione e multiplazione in America

SDH: Synchronous Digital Hierarchy: sistema ditrasmissione e multiplazione in Europa e Giappone


Da PDH a SONET/SDH - 2

Standardizzazione di SONET e SDHavvenuta alla fine degli anni 80

Spinta al cambiamento dato da: Sistema PDH non scalabile e non flessibile per

supportre le aspettative di crescita di traffico Tecnologie ottiche iniziano a essere appetibili, e

incominciano a capirsi le loro potenzialit Sistemi di trasmissione ottica erano tutti

proprietari, e non potevano interoperare tra loro


Che cosa SONET/SDH E un insieme di raccomandazioni dell ITU-T (prima

edizione del 1989) che specificano: Una precisa struttura gerarchica Tecniche di gestione di rete e di protezione da guasti Modalit di interfacciamento verso il mezzo fisico (fibra e

componenti) da usarsi per la trasmissione Linterfacciamento di altri protocolli che verranno trasportati da

una infrastruttura SONET/SDH

Alcuni dei pi importanti obiettivi degli standard: Affidabiilit e disponibilit di sistema compatibile con le

specifiche dei gestori (99.999% availability) Interoperabilit tra differenti produttori Formati per facilitare diverse architetture e aggiornamenti della

rete Controllo estensivo delle prestazioni di rete e del traffico


SONET vs. SDH Lunica differenza tra SONET e SDH il differente

formato di multiplazione Il primo livello SDH (STM-1) a 155 Mbit/s, mentre il

primo livello SONET (OC-1) a 51.8 Mbit/s SONET OC-n un modo di specificare velocit

trasmissive n volte 51.84 Mbit/s

SONET OpticalCarrier

SDH Bite Rate

STS-1 OC-1 51.840 Mb/sSTS-3 OC-3 STM-1 155.520 Mb/sSTS-12 OC-12 STM-4 622.080 Mb/sSTS-48 OC-48 STM-16 2488.320 Mb/sSTS-192 OC-192 STM-64 9953.280 Mbps


SONET/SDH modello di riferimento Larchitettura SONET/SDH divisa in 4 livelli, che

corrispondono (circa) ai primi 3 livelli OSI

Phy. Layer

Sect.Layer

Phy. Layer

Sect. Layer

Line Layer

Phy. Layer

Sect. Layer

Line Layer

Path Layer

Phy. Layer

Sect. Layer

Line Layer

Path Layer

SONETTerminal

Path

Line

Section

SONETTerminalRegenerator ADM

Line


SONET/SDH modello di riferimento Path layer (simile al livello 3-Rete OSI)

Responsabile di comunicazione end-to-end Si occupa di controllo e gestione dello stato di una

connessione

Line Layer Multiplazione di diversi path tra due nodi Si occupa di protezione e reazione ai guasti

Section Layer Definisce le funzioni dei rigeneratori lungo un canale Insieme al Line layer equivalante al livello 2 OSI

Physical layer (identico al livello 1 OSI) Definisce il formato di trasmissione su fibra


SONET/SDH Framing SONET/SDH trasmettono bit con continuit

a una velocit data Non ci sono delimitatori di trama ( un

sistema sincrono) La multiplazione ottenuta attraverso un

schema TDM complesso espicitamentestudiato per una facile implementazione sucircuiti integrati


SDH: Trama STS-1

90 byte

Puntatori

Framing

3 byte 87 byte

125s

temp

o

0 s

Section overhead Path overhead

Payload Payload

Line overhead

A1 C1A2

D2D1 D3H1 H3H2

K2D6

Z5Z4Z3H4F2G1C2

B1 F1E1 B3J1

D9D12E2

K1D5D8D11Z2Z1

D10D7D4B2


Virtual Tributary (VT) & FrameStructure

VT sono mappati nelle trame usando dei puntatori, chesono scritti nellintestazione della trama stessa Un puntatore identifica la posizione iniziale di un VT nella trama

La struttura ricorsiva, e un VT pu contenere altri VT pipiccoli

Questo principio permette di multiplare un insieme divelocit eterogenee in una trama sincrona

Pun

tato

reP

unta

tore

Pun

tato

re

Puntatore

VT

VT VT VT

VT


A1 A2C1

B1D1H1B2D4D7

D10Z1

D2H2K1D5D8

D11Z2

F1D3H3K2D6D9

D12E2

E1

J1B3C2G1F2

H4

Z3Z4Z5

A1 A2 C1B1D1H1B2D4D7

D10Z1

D2H2K1D5D8

D11Z2

F1D3H3K2D6D9

D12E2

E1

Fra

me

0F

ram

e1

0 s

250 s

125 s

SONET / SDH Gestione puntatori ed allineamento del

payload


Multiplazione di ordinesuperiore

% % %


Puntatori

Gerarchia sincrona SDHSTM - 4

4x270 byte

Framing

4x9 byte 4x261 byte

overhead virtual container 125125 ss

temp

ote m

po

STM-1 # 1 STM-1 # 2 STM-1 # 3 STM-1 #4


SS7 La segnalazione nelle retitelefoniche

Principi Nomenclatura Architettura Cenni ai protocolli e alle parti applicative Numerazione


SS7

Sistema di segnalazione a canale comunefuori banda per reti telefoniche

Evoluzione dei diversi sistemi disegnalazione pre-esistenti, sia a canaleassociato che a canale comune

Standardizzato da ITU-T e ripreso conleggere variazioni da tutti i paesi, qualchedifferenza tra USA ed Europa(es. velocit dei canali)


SS7 Numerose applicazioni:

Telefonia Trasmissione dati Servizi di Rete Intelligente Mobilit Sistemi di comunicazione personale (PCS) Sistema di gestione (OMAP)

Separazione dellarchitettura in parte ditrasporto (Network Service Part) e parte diapplicazione (User Part)


SS7

Rete a commutazione di pacchetto separatadal piano utente

Messaggistica trasmessa sotto forma dipacchetti (1 msg 1pkt)

Commutazione datagram Destinata alla segnalazione di rete Consente a qualsiasi nodo di comunicare

con qualsiasi altro anche se non sonocollegati nel piano utente


Sistemi di segnalazioneprecedenti

Canale associato: CCITT No.4 e No.5 tempi di setup lunghi instradamento gerarchico connessioni non modificabili basso scambio informativo

Canale comune: CCITT No.6 tecnica pi economica incremento velocit trasmissiva

incremento capacit


SS7

Formata da tre entit fondamentali:

SSP - Signal Switching Point

STP - Signal Tranfer Point

SCP - Signal Control Point


Signal Switching Point

Sono centrali telefoniche (commutatori)abilitati a SS7

Generano, terminano e commutano lechiamate telefoniche

Possono essere centrali locali o centrali digerarchia superiore

Sono i punti terminali della rete SS7 Usano una diversa segnalazione (es.

Q.931) per dialogare con i clienti


SS7 e segnalazione di utenteDSS1 Digital Subscriber System No.1SS7 Signalling System No.7

Centrale di Commutazione(SSP)

Rete

Segnalazionedi Accesso

(DSS1) Segnalazionedi Rete(SS7)

Call Control

Segnalazionedi AccessoAnalogica

(tonale/impulsi)


Signal Transfer Point

Sono i commutatori di pacchettonellarchitettura SS7

Inoltrano i messaggi SS7 verso ledestinazioni corrette (nonnecessariamente sono in grado diinterpretarli)

Hanno funzioni di instradamento


Signaling Control Point

Sono basi dati indispensabili per lagestione dei servizi avanzati

Cooperano nella tariffazione dei servizi Gestiscono servizi come numeri verdi,

portabilit del numero ecc


SS7

La rete di segnalazione essenziale per lasopravvivenza di una rete telefonica

SS7 definisce unarchitettura estremamenteridondata e robusta ai guasti

Gli STP sono sempre accoppiati inridondanza 1 a 1

Gli SCP sono normalmente ridondati 1 a 1anche essi


Rete SS7

S1

C1

D1

S2

C2 C4

C3

S4S3

D2D3

linee dutentecanali telefonicicanali di segnalazione

coppia di SCP

coppie di STP


SS7

Ogni SSP sempre connesso a entrambigli STP di una coppia

Gli STP di una coppia sono entrambiconnessi ai due SCP accoppiati (se esisteuna coppia di SCP), altrimenti sonoconnessi ad uno stesso SCP

Possono esistere STP (sempre in coppia) disolo transito, cio non connessi ne a SSPne a SCP


Architettura protocollare

I livelli 1-3 sonoequivalenti ai primi 3livelli OSI

Nelle reti cellulariesiste una parteapplicativa specificachiamata MAP

Una ulteriore parteapplicativa (OMAP)supporta la gestione


Message Transfer Part (MTP)

E linsieme dei primi tre livellidellarchitettura di SS7

Definisce nel suo insieme una rete acommutazione di pacchetto datagram

Funzionalmente analoga ad una rete IP MTP dedicata esclusivamente alla

segnalazione, non vengono mai trasportatidati di utente


MTP - livello 1

Livello fisico, definisce anche i mezzitrasmissivi ammessi SS7

Di fatto specifica luso di canali PCM(DS-0), a 64kbit/s in EU e 56 in USA

Protocollo orientato al byte su canaliCBR sincroni


MTP - livello 2

Protocollo di tipo HDLC/LAP Trasmissione affidabile Controllo di errore Controllo di flusso Capacit di risequenzializzazione dei

pacchetti Trasmissione di trame dummy (FISU) in

assenza di dati


MTP - livello 2 (continua) SDU di dimensione variabile: 2-272 bytes PCI di dimensione fissa: 7 bytes, 2 flag e 5

di header Protocollo orientato al byte con bit stuffing

sul pattern dei flag (01111110) 3 tipi di PDU

MSU: Message Signaling Unit LSSU: Link State Signalin Unit FISU: Fill In Signaling Unit


MTP - livello 2 - Formato Trame

FIB1

FLAG8

FLAG8

FSN7

BIB1

BSN7

LI6

SP2

CRC16

SIO8

SIF2-272 (bytes)

FIB1

FLAG8

FLAG8

FSN7

BIB1

BSN7

LI6

SP2

CRC16

LS1-2 (bytes)

FIB1

FLAG8

FLAG8

FSN7

BIB1

BSN7

LI6

SP2

CRC16

last transmission first

MSU

LSSU

FISU


MTP - livello 2 - Formato Trame FLAG (01111110) BSN: Backward Sequence Number BIB: Backward Indicator Bit FSN: Forward Sequence Number FIB: Forward Indicator Bit LI: Length Indicator SP: (Spare) campo non usato SIO: Service Information Octet SIF: Signaling Information Field LS: Link State CRC: Cyclic Redundancy Code


MTP - livello 3

Assicura la connettivit nella rete SS7 (non laconsegna dei pacchetti: datagram!)

Gestisce gli indirizzi e la commutazione Fornisce linstradamento e ammette cammini

multipli e alternativi Ha funzioni di controllo della congestione Consente solo comunicazioni nodo-nodo (non

consente di indirizzare specifiche applicazioniallinterno del nodo)


Network Service Part

Insieme dei livelli MTP e di una parte diutilizzo che ne completa le funzionalit

Garantisce laffidabilit nella consegna deimessaggi

Intervene in caso di guasti

Message Transfer Part MTP User

LinkControl

Functions

SignallingDataLink

LinkControl

Functions

CommonTransfer

Functions

CommonTransfer

Functions

Usermessage

processing

MTP User

Usermessage

processing

Signalling Link


Telephone User Part (TUP)

La prima User Part (definita nell80) Messaggi e procedure per il controllo di

circuiti telefonici Connettivit numerica e Servizi

Supplementari Procedure di controllo delle chiamate e di

gestione


ISDN User Part (ISUP)

Sviluppata per rispondere alle esigenzedella ISDN

Definita per realizzare anche nuovi servizi(soprattutto supplementari)

Definita tenendo in considerazione lafilosofia OSI

Sistema complesso in termini di messaggi eprocedure


ISUP - servizi supplementari Calling Line Identification Presentation Calling Line Identification Restriction Connected Line Identification Presentation Connected Line Identification Restriction Closed User Group Subaddressing Terminal Portability ...


ISUP - messaggi fondamentali

Sono i messaggi usate per lapertura e lachiusura di una connessione

IAM: Initial Address Message; messaggioinviato a tutte le centrali lungolinstradamento per instaurare il circuito

ACM: Addrss Complete Message;messaggio che conferma linstaurazione delcircuito (contiene il comando di ringbacklibero o occupato che sia)

ANM: ANswer Message


ISUP: esempio di instaurazione diuna chiamata

TerminaleCentraleLocale(SSP)

Centrali diTransito(STPs)

CentraleLocale(SSP)

Terminale

SETUP

SETUP

IAMIAMCALL PROC.

ALERTINGACM

ACMALERTING

CONNECTANM

ANMCONNECT

CONNECT ACK.

CONNECT ACK.

Ring


Signaling ConnectionControl Part (SCCP)

Fornisce la funzione di multiplazione per iservizi che ne hanno bisogno (tutti tranne lefunzioni di gestione e controllo dellechiamate)

Trasferisce informazioni di segnalazione: non correlate al circuito (es. interrogazioni a

database) in modalit sia connectionless che connection-

oriented


SCCP

Fornisce servizi di instradamento dimessaggio che vanno sotto il nome diGlobal Title Translation (GTT) e checonsentono di ottimizzare la dislocazionedelle risorse di rete senza la necessit didover distribuire linformazione su dove sitrovano le risorse stesse


Transaction CapabilitiesApplication Part (TCAP)

Si appoggia sempre su SCCP Supporta tutti i servizi transazionali (non

associati ad una chiamata) Esempi:

Instradamento dei numeri verdi Abilitazione a servizi speciali Traduzione dei numeri (number portability) ...


Mobile Application Part(MAP)

Gestisce la segnalazione per la gestionedella mobilit, esclusa quella relativa alcontrollo delle chiamate

E orientata al traffico transazionale Interrogazione di basi dati (HLR/VLR) Scambio di messaggi di autenticazione

Si appoggia sulle primitive di TCAP


Operation, Maintenance, andAdministration Part (OMAP)

Supporto alla gestione di rete Individuazione e segnalazione guasti Controllo e validazione delle tabelle di

instradamento In parte si appoggia su MTP

(instradamento nodo-nodo) e in parte suSCCP per la multiplazione di servizio


I principi della telefonia cellulare

Elementi fondamentali

Funzioni legate alla mobilit

Celle e tecniche di copertura

Esempi di reti commerciali


Una differenza fondamentale

Rete WIRELESS: una (sotto)rete in cuilaccesso da un terminale avvieneattraverso un canale senza filo

Rete CELLULARE: una rete la cuicopertura geografica ottenuta con unatassellatura di aree adiacenti e/osovrapposte dette celle. Lutente(terminale mobile) si pu muovereattraverso la rete passando da una cellaallaltra senza interrompere lacomunicazione


Terminale

StazioneRadio Base

Verso ogni altrotipo di rete di TLC

(Gateway o Router)

Terminale

Terminale

Rete Wireless con puntodaccesso fisso


Versoaltre reti

(Gateway)

Verso altre reti(Gateway)

Terminale

Terminale

Terminale

Terminale

Terminale

Terminale

Rete Wireless autoconfigurante


Rete Cellulare HANDOVER: passaggio tra celle senza

interruzione della comunicazione

handover


Handover la procedura che consente il trasferimento

di una chiamata da una cella allasuccessiva, mentre il terminale mobile sisposta allinterno della rete

Di fatto lelemento distintivo tra le reticellulari ed ogni altro tipo di rete TLC

una operazione complessa che pone allarete notevoli requisiti in termini diarchitettura di rete, di protocolli e disegnalazione per la gestione delleprocedure connesse agli handover


Funzioni chiave per la mobilit

Registrazione: collegamento del terminale alla rete identificazione, autenticazione

Localizzazione: posizione e reperimento del terminale paging

Handover: [(ri)localizzazione] + [(ri)registrazione] +

trasferimento della chiamata in corso


Architettura di rete MSC = commutatore BS = stazione radio base MT = terminale mobile

BS

BS

MSC

MSC

MSC

BS

sezioneradio o diaccesso

rete fissa(core network)

sezionedi

utente

MT

MT

basedati

verso altrereti


Registrazione Procedura da eseguire:

allaccensione del terminale tutte le volte che si desidera accedere ad

un nuovo servizio (es. fare una nuovachiamata) con fini di autenticazione

serve ad associare MT alla rete coinvolge gran parte della rete


Registrazione

MT BS MSCrichiesta canale

assegnazione canale

richiesta registrazione

richiesta autenticazionerisposta autenticazione

registrazione + autenticazione O.K.

rilascio canale

ACK rilascio canale

aggiornamentobase dati


Localizzazione

Procedura da eseguire: allaccensione del terminale tutte le volte che si cambia zona di

localizzazione o Location Area (LA), ingenerale un gruppo di celle correlate traloro

serve ad associare un terminale ad unaspecifica zona della rete

coinvolge gran parte della rete


Localizzazione

MT BS MSCrichiesta canale

assegnazione canale

aggiornamento localizzazione


nuova localizzazione

rilascio canale

ACK rilascio canale



Paging

Procedura di localizzazione fine Viene eseguita in caso di chiamata

verso MT per stabilire esattamente inquale cella MT si trovi

Viene trasmesso in broadcast su tutte lecelle un messaggio con lid. di MT

Se LA=1 cella non necessario


Handover

E la procedura pi complessa, perchla chiamata non deve cadere

Coinvolge praticamente tutta la rete Esistono molti modi e procedure per

fare un handover in funzione di chi loinizia, come vengono gestiti i canali intransitorio, etc.

Vediamo un esempio...


BS2

Soft Forward Handover

MT BS1 MSCrichiesta canale

assegnazione canale


handover: esegui

rilascio canaleACK rilascio canale


richiesta handover

commutazionecanale radio

commutazioneflussih.o. eseguitoh.o. confermato


Classificazionehandover

Soft Hard indica se durante lhandover sono attivi

entrambi i canali radio (soft) o solamente unoper volta (hard)

Forward Backward indica se la segnalazione avviene tramite la BS

di origine (backward) oppure la BSdestinazione (forward)


Classificazionehandover

MT BS initiated indica se il primo messaggio di segnalazione

per linizio di h.o. viene inviato dal terminaleutente come richiesta (MT initiated) oppure daBS come comando (BS initiated)

inoltre bisogna anche stabilire chi e comeeffettua le misure necessarie per stabilire ilmomento opportuno per effettuare unhandover


Efficienza delle reti cellulari Viene misurata essenzialmente in base al ri-

uso dei canali radio disponibili in celleadiacenti: la banda una risorsa moltopreziosa (sul canale radio) e va usata al meglio

Se si potessero usare tutti i canali in ciascunacella si avrebbe efficienza 1

Le celle vengono organizzate in cluster di Ncelle: allinterno di un cluster, ciascuna cellautilizza un sottoinsieme unico di canali

La dimensione del cluster una misuradellefficienza del sistema: pi sono grossi icluster meno efficiente il sistema


7

65

2

4

32

7

1

1

6

Copertura cellulare con clusterdi 7 celle


Dimensione del cluster Sistemi analogici con accesso FDMA

(AMPS, TACS, NMT): cluster di 19 o 21 celle

Sistemi numerici con accesso di tipoTDMA o misto FDMA/TDMA (GSM, D-AMPS, JCD): cluster di 7 o 9 celle

Sistemi numerici con accesso CDMA (IS-95): cluster di una cella (almeno in linea di

principio)


Tecniche di copertura cellulare Le celle non sono necessariamente cerchi (o

esagoni) regolari delle stesse dimensioni Leffettiva dimensione della cella determinata

dalla potenza degli apparati, dai ritardi dipropagazione e dalla densit di traffico

possibile usare antenne direzionali per averecelle di forma e dimensione particolare

Celle di dimensione (e forma) diversa Celle stratificate (celle a ombrello) Sono allo studio tecniche per ottenere celle

puntiformi che inseguono il terminale mobile


Stazioneradio base

Settori

Copertura cellulare concluster di 9 celle

e antenne settoriali a 120


Zona ad altadensit di traffico

Zona a bassadensit di traffico

Copertura cellulare con celle didimensione diversa per aree a

diversa intensit di traffico


micro-celle

Celle aombrello

Copertura cellulare stratificata


Celle per la copertura stradale

Via di grandecomunicazione

Altrecelle

Copertura cellulare di tipoautostradale


Pianificazione dellacopertura

Allocazione fissa dei canali (FCA) essenzialmente basata sul concetto di cluster

o su sue evoluzioni per avere cluster didimensioni variabili e celle cui vengonoallocate un diverso numero di risorse

Allocazione dinamica dei canali (DCA) le risorse vengono assegnate alle celle on-

demand

Schemi ibridi (HCS) ...


Reti commerciali di primagenerazione

Trasmissione analogica, solo servizio di telefonia Tecnica di accesso FDMA Copertura del territorio con celle di grandi

dimensioni Bassa qualit del servizio offerto (sicurezza,

immunit dai disturbi, ...) Bassa efficienza nel riuso delle frequenze, e bassa

capacit complessiva della rete Reti in esercizio (in fase di dismissione): AMPS,

TACS, NMT


Reti commerciali di secondagenerazione

Trasmissione numerica Tecnica di accesso FDMA/TDMA oppure CDMA Celle di dimensioni pi contenute (raggio delle

celle da alcune centinaia di metri ad alcune decinedi km)

Bassa velocit di cifra Efficienza complessiva abbastanza buona, riuso

delle frequenze da buono ad accettabile Reti in esercizio: D-AMPS (o ADC), GSM900,

GSM1800, DECT1900, JDCLE RETI TELEFONICHE - 142

Reti commerciali di secondagenerazione estese

Sono una prima fase commerciale - Es.GSM2/2+

Sfruttano la stessa architettura e la stessatecnologia delle attuali reti di secondagenerazione

Servizi a velocit di pi elevata o ad accessoa pacchetto (Es. GPRS), ma soprattuttomirano ad accrescere la capacitcomplessiva della rete

Sono in una prima fase commerciale


Reti commerciali di secondagenerazione estese

Larchitettura di tipo tipo multirete, cio la rete formata da diverse sottoreti specializzate (es.DECT e DCS in ambiente urbano, GSM inambiente rurale, etc.)

previsto luso di terminali multistandard in gradodi collegarsi alla rete pi opportuna in funzione delservizio richiesto

Non sempre possibile mantenere lacomunicazione se necessario cambiare sottorete(es. GSM900->GSM1800 SI,GSM->DECT NO)


Reti commerciali di terzagenerazione

Trasmissione numerica, servizi multimediali,elevata velocit di cifra, accesso a pacchetto

Tecnica di accesso CDMA, W-CDMA o A-TDMA(Advanced-TDMA, una evoluzione della tecnicaFDMA/TDMA del GSM)

Copertura cellulare stratificata, con celle dipiccole dimensioni per avere elevata capacit ecelle a ombrello sovrapposte per consentireelevata mobilit

Uso della diversit spaziale (comunicazionecontemporanea con pi stazioni fisse) permaggiore qualit/affidabilit


Reti commerciali di terzagenerazione

Elevata integrazione di molte sottoretispecializzate per fornire migliore qualit diservizio

Possibilit di handover tra sottoreti differenti Reti previste:

UMTS (Universal Mobile TelecommunicationSystem) - ETSI

FPLMTS (Future Public Land MTS) o IMT2000 -ITU

...

Una rete telefonica Una rete telefonica - TNG Presentation · ÿ LE RETI TELEFONICHE - 13 Lo...

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D.Lgs. 1 agosto 2003, n. 259 Codice delle comunicazioni ... · elementi della rete e alle risorse correlate, ... nella rete telefonica fissa; aa) ... la rete telefonica pubblica consente

7 strumenti al tng

4 le principali scoperte al tng con harps n

Code: 539138Y-02 Guida all usoL’apparecchio SIRIO. è stato progettato e costruito per essere usato in col-legamento alla rete telefonica di Telecom Italia (rete analogica PSTN).

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