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Márcio Henrique Camargos d’Ávila
Contribuições para a Implementação do Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 em
uma Central Telefônica Baseada em Ambiente de Processamento Distribuído
Dissertação apresentada ao Curso de Pós-Graduação em Ciência da Computação do Instituto de Ciências Exatas da Universida-de Federal de Minas Gerais, como requisito parcial para a obtenção do grau de Mestre em Ciência da Computação.
Belo Horizonte
Março de 1998
ii
Resumo
Em decorrência da evolução tecnológica nos campos da informática e das telecomunicações, fez-se necessária uma modernização da sinalização telefônica, que consiste basicamente na troca de informações de controle, gerenciamento e supervisão entre as centrais telefônicas e outros componentes das redes de telecomunicações. Com isso, foi especificado mundialmente um novo padrão que provê uma moderna rede digital de controle e transporte de dados, conhecido como Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 - SS7.
O presente trabalho apresenta o estudo e a implementação do SS7 e seus protocolos aplica-dos à Central Telefônica ELCOM da Batik Equipamentos S/A. É enfocada a implementação inicial do elemento fundamental da sinalização SS7 — o Subsistema de Transferência de Mensagens - MTP — na Central ELCOM e as subseqüentes evoluções para implementação de um MTP descentralizado dentro da arquitetura de processamento distribuído da Central.
Abstract
Due to the technological evolution in the computing and telecommunications fields, an up-date in telephone signaling becomes necessary, which basically consists of exchanging control, management and supervision information among telephone switches and other telecommunica-tion networks components. Therefore a new worldwide standard was proposed, which provides a modern digital network for data control and transfer, known as Common Channel Signaling System No. 7 – SS7.
This work presents the study and implementation of SS7 and its protocols applied to the EL-COM Switch from Batik Equipments. The work is focused on the initial implementation of the SS7 Signaling fundamental element, the Message Transfer Part - MTP, in the ELCOM Switch, and the subsequent evolution to a decentralized MTP inside the Switch distributed processing architecture.
iii
Agradecimentos
Ao meu orientador, Antônio Otávio, que além de zelar pelo progresso deste trabalho e pela coordenação do convênio entre o DCC/UFMG e a Batik, garantiu apoio e incentivo
fundamentais durante todo este trabalho e me recebeu sempre com camaradagem e amizade.
Ao Welter e ao Marcelo, que estiveram “no mesmo barco que eu”, sendo muito mais que co-legas de Mestrado e de projeto no convênio Batik/DCC, grandes amigos e companheiros.
À equipe de desenvolvimento da Batik, em especial ao Abílio e ao Eugênio, que participaram ativamente de todo o processo; mas sem esquecer de todo o pessoal restante.
Ao José Edgard, que à frente da coordenação por parte da Batik no convênio com o DCC/UFMG, nos recebeu com total atenção, respeito, transparência, cordialidade e apoio.
Agradeço também à Batik por proporcionar aos pesquisadores da Universidade instigantes trabalhos de alto caráter prático e interesse científico.
Ao professor José Monteiro, que não me deixou esquecer em momento algum a relevância e seriedade deste trabalho acadêmico.
Ao professor Claudionor José, que me deu orientações práticas importantes sobre como buscar um texto claro, conciso, coerente e bem ilustrado .
Ao Marco Aurélio, que na “reta final” me forneceu valiosas contribuições para análise de diversos aspectos da implementação.
Aos funcionários(as) do Departamento de Ciência da Computação da UFMG, sempre cordiais, prestativos e eficientes.
Aos colegas do convênio, bem como demais colegas e amigos no Departamento de Ciência da Computação, que tornaram sempre descontraído e animado o ambiente do Campus.
Aos meus irmãos(ãs) e cunhados(as) e aos (felizmente, muitos!) bons amigos(as), que com seu companheirismo me trouxeram constante incentivo, compreensão e apoio.
A Deus, que me deu ânimo e forças diante de todas as situações, em especial na solitária e angustiante tarefa de sintetização de todas as informações e atividades envolvidas neste
trabalho, resultando na presente dissertação.
Contudo, dedico especialmente este trabalho aos meus pais, Carlos e Daisy, aos quais, mais do que o reconhecimento com respeito, orgulho e felicidade por todo o amor, dedicação e a-poio incondicionais e permanentes que deles recebo, devo uma sólida base para minha vida.
A eles, palavras não são suficientes para expressar o quanto há a retribuir...
iv
Sumário
Índice de Figuras vi
1 Introdução 1
1.1 Motivação e objetivos ........................................................................................................... 1 1.2 Convênio Batik / DCC: Trabalhos relacionados................................................................... 3 1.3 Fundamentos de telefonia ..................................................................................................... 3 1.4 Sinalização telefônica............................................................................................................ 5 1.5 Sistema de sinalização por canal comum nº 7: SS7 .............................................................. 7
2 Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 – SS7 9
2.1 Considerações sobre o SS7 na telefonia.............................................................................. 10 2.2 Áreas de pesquisa sobre SS7............................................................................................... 10 2.3 Protocolos da rede SS7........................................................................................................ 12 2.4 Fundamentos da rede SS7 ................................................................................................... 13
3 Subsistema de Transferência de Mensagens – MTP 16
3.1 Nível físico – MTP1............................................................................................................ 16 3.2 MTP2................................................................................................................................... 17
3.2.1 Unidade de sinal - SU.................................................................................................. 17 3.2.2 Funções do MTP2 ....................................................................................................... 18
3.3 MTP3................................................................................................................................... 20 3.3.1 Tratamento de mensagens ........................................................................................... 20 3.3.2 Gerenciamento de rede................................................................................................ 21
4 A Central ELCOM Batik 22
4.1 Estrutura de Hardware da Central ELCOM ........................................................................ 24 4.1.1 A Estrutura de Controle da Central ELCOM .............................................................. 24 4.1.2 Barramento externo e placas telefônicas da central ELCOM ..................................... 25 4.1.3 Estrutura de Comutação .............................................................................................. 27 4.1.4 Arquitetura: Ponto de vista computacional ................................................................. 29
4.2 Estrutura de Software da Central ELCOM ......................................................................... 30 4.2.1 Sistema Básico ............................................................................................................ 32 4.2.2 Inicialização, Configuração e Reconfiguração............................................................ 33 4.2.3 Operação, Manutenção e Supervisão (OMS) .............................................................. 35 4.2.4 Processamento de Chamadas....................................................................................... 37 4.2.5 O sistema de mestria de unidades da central............................................................... 40
v
4.2.6 Carga do Programa Controlador da Central ................................................................ 40
5 Implementação do SS7 na Central Batik ELCOM 42
5.1 Diretrizes para a implantação do SS7 na Central ELCOM................................................. 42 5.2 Implementação do SS7 na Central ELCOM ....................................................................... 43
5.2.1 Nível físico – MTP1.................................................................................................... 44 5.2.2 MTP2........................................................................................................................... 44 5.2.3 MTP3........................................................................................................................... 44 5.2.4 Subsistemas de aplicação usuária: TUP e ISUP.......................................................... 45
5.3 Aspectos da implementação do software do MTP.............................................................. 45 5.3.1 Sistema “monolítico” em MS-DOS ............................................................................ 45 5.3.2 Implementação multitarefa monoprocessada na Central ELCOM.............................. 46 5.3.3 Implementação descentralizada na Central ELCOM .................................................. 47
6 Conclusões 49
6.1 Resultados ........................................................................................................................... 50 6.2 Trabalhos futuros ................................................................................................................ 51
A Normas aplicáveis de telecomunicações 52
A.1 Principais Recomendações ITU sobre SS7 ......................................................................... 52 A.2 Outras Recomendações ITU de SS7 e Telefonia ................................................................ 53 A.3 Práticas Telebrás ................................................................................................................. 53
B LEDS/SDL - Linguagem para Especificação e Descrição de Sistemas 55
C Referências na World Wide Web 57
C.1 Organismos Oficiais ligados a Telecomunicações.............................................................. 57 C.1.1 União Internacional de Telecomunicações - ITU........................................................ 57 C.1.2 Brasil ........................................................................................................................... 57 C.1.3 Estados Unidos (EUA) ................................................................................................ 58 C.1.4 Entidades de pesquisa geral......................................................................................... 58
C.2 Sistema de Sinalização por Canal Comum #7 - SS7........................................................... 58 C.2.1 Tutoriais On-Line ........................................................................................................ 58 C.2.2 Referências e Informações Técnicas ........................................................................... 58
Bibliografia 60
vi
Índice de Figuras
Figura 1.1: Linhas telefônicas e Central telefônica ........................................................................ 4 Figura 1.2: Conceitos sobre redes telefônicas................................................................................. 5 Figura 1.3: Tipos de sinais na sinalização telefônica convencional ............................................... 6 Figura 1.4: Sinalização.................................................................................................................... 7 Figura 2.1: Áreas de Pesquisa macroscópica e microscópica do SS7 .......................................... 11 Figura 2.2: Camadas do SS7 e comparação com o Modelo OSI .................................................. 12 Figura 2.3: Exemplos de associação entre a sinalização e os canais de voz................................. 15 Figura 3.1: Unidades de sinal - SU ............................................................................................... 17 Figura 3.2: MTP Nível 3 - Funções e fluxo de mensagens........................................................... 20 Figura 4.1: Arquitetura da central ELCOM.................................................................................. 24 Figura 4.2: Arquitetura da Central – Ponto de vista computacional............................................. 30 Figura 4.3: Interação entre principais módulos do sistema básico da central ELCOM................ 32 Figura 4.4: Diagrama em blocos do subsistema de OMS da central ELCOM ............................. 35 Figura 4.5: Principais tarefas do processamento de chamadas na Central ELCOM .................... 37 Figura 5.1: MTP “monolítico” em DOS....................................................................................... 45 Figura 5.2: Software do MTP multitarefa centralizado na ELCOM ............................................ 46 Figura 5.3: Tarefas do software do MTP descentralizado ............................................................ 48 Figura B.1: Diagrama em LEDS/SDL.......................................................................................... 56
1
1
Introdução
Capítulo
Sinalização telefônica consiste basicamente na troca de informações de controle, gerenciamento e supervisão entre as centrais telefônicas e outros componentes das redes de telecomunicações. Em decorrência da evolução tecnológica nos campos da informática e das telecomunicações, tem havido uma grande expansão de aplicações sobre as redes de telecomunicação e a conseqüente demanda de modernização dos sistemas de sinalização.
Essa necessidade levou à especificação de um padrão internacional de sinalização, que visa prover uma moderna rede digital de controle e transporte de dados, conhecido como Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7, ou simplesmente SS7.
Este trabalho apresenta o estudo e a implementação do SS7 e seus protocolos aplicados à arquitetura de hardware e software da Central Telefônica ELCOM da Batik Equipamentos S/A. A principal contribuição prática deste projeto é a implementação inicial do elemento estrutural fundamental do SS7 — o Subsistema de Transferência de Mensagens - MTP — na Central ELCOM, além da subseqüente implementação da evolução para um MTP descentralizado, dentro da arquitetura de processamento distribuído da Central.
O trabalho está no âmbito do convênio de pesquisa e desenvolvimento firmado entre o De-partamento de Ciência da Computação da UFMG e a Batik Equipamentos S/A, empresa de desenvolvimento de soluções na área de telecomunicações, sediada em Belo Horizonte, MG. A implementação é parte da efetiva implantação geral do Sistema SS7 na central telefônica digital ELCOM desenvolvida pela Batik, envolvendo a equipe de desenvolvimento da empresa e outros pesquisadores do DCC/UFMG.
1.1 Motivação e objetivos A rápida evolução tecnológica nos campos da informática e telecomunicações permitiu que
acontecesse uma verdadeira revolução nas aplicações telefônicas. De um lado, há o avanço na tecnologia e a aplicação da computação em rede e do processamento distribuído. De outro, tem-se a crescente utilização de sistemas computacionais (hardware e software) controlando todo tipo de funções nas modernas centrais telefônicas, somada ao advento da digitalização dos sinais, bem como do áudio e da voz transportados através das centrais telefônicas. Estes fatores trazem cada
2
vez mais possibilidades para as aplicações telefônicas, promovendo uma demanda por novas facilidades e serviços.
Tal expansão de aplicações de telecomunicações tem levado à necessidade de criação de uma rede de transporte de dados aplicável a vários tipos de informação indistintamente. Esta rede, atualmente, está se sobrepondo à rede de telefonia convencional com vantagens técnicas e econômicas.
A infra-estrutura de comando e controle das modernas redes de telecomunicações consiste no que se denomina sistema de sinalização. A evolução das aplicações e da tecnologia envolvidos na sinalização de telecomunicações levaram ao surgimento de um nova estrutura de sinalização, muito mais poderosa, que suporte as crescentes necessidades para a sinalização e novas aplica-ções futuras.
Na base do funcionamento desta nova estrutura, está uma rede digital comutada por pacotes, que realiza o controle e transmissão de dados, conhecida como Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 (SSCC7 ou SS7, ou em inglês, Signaling System #7), especificado e padronizado mundialmente pela União Internacional de Telecomunicações (International Telecommunication Union - ITU) [ITU93], organismo mundial com representações governamentais de países vinculados ao tratado das Nações Unidas. O SS7 provê uma rede de dados de alto desempenho que transporta, entre outras informações, a sinalização telefônica. A rede de sinalização por canal comum SS7 vem viabilizar novas aplicações, como a Rede Digital de Serviços Integrados (RDSI), bem como trazer inovações a aplicações existentes, como a telefonia celular.
O domínio da tecnologia de sinalização por canal comum torna-se assim um fator estratégico para se garantir a presença e longevidade no estado da arte das telecomunicações mundiais.
No Brasil, A Batik Equipamentos S.A. produz a central telefônica ELCOM [Batik97a], uma central digital com tecnologia desenvolvida pela própria Batik. Por ocasião do surgimento do projeto de implantação da sinalização por canal comum nº 7 na Central ELCOM Batik, foi firmado convênio de pesquisa e desenvolvimento entre a Batik e o Departamento de Ciência da Computação da UFMG, no final de 1995.
O presente trabalho teve então início em conjunto com a equipe da Batik e em paralelo com o trabalho de mestrado de Welter L. Silva, também do DCC/UFMG. O projeto representa um grande desafio de domínio de tecnologias, demandando um estudo detalhado e abrangente, pois a implantação do SS7 na Central ELCOM representa o envolvimento e a integração de três grandes elementos:
• A Central telefônica ELCOM, que apresenta uma sofisticada arquitetura de hardware e software proprietária da Batik, consistindo em um sistema de computação digital em ambiente de processamento distribuído.
• A aplicação telefônica, executada pela Central ELCOM, que consiste em um amplo e complexo sistema de tempo-real com estreitos requisitos de confiabilidade, disponibili-dade e tolerância a falhas.
• O Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7, que é a especificação de um sistema para rede de dados digital voltada para sinalização, baseado em diversos protocolos e subsistemas componentes dentro de uma estrutura em camadas funcionais.
3
Os objetivos deste trabalho são:
• o estudo e documentação técnica destes três grandes elementos de tecnologia;
• a proposta e a implementação de um MTP descentralizado na Central Batik ELCOM. A relevância deste trabalho está na assimilação, divulgação e disseminação de diversas tec-
nologias no estado da arte das telecomunicações digitais e do processamento computacional distribuído em tempo-real, que por sua abrangência e complexidade representam ao mesmo tempo um grande desafio e uma grande gama de possibilidades em pesquisa e desenvolvimento científicos em diversas áreas da computação, com grande caráter prático de aplicação.
1.2 Convênio Batik / DCC: Trabalhos relacionados Este trabalho é decorrente de projeto iniciado junto com a equipe de desenvolvimento da
Batik, contando também como outros estudantes de mestrado e bacharelado, bem como professo-res do Departamento de Ciência da Computação da UFMG, ligados ao Laboratório de Engenharia de Computadores - LECOM.
O trabalho de mestrado desenvolvido por Welter Luigi Silva [Silva98] no DCC/UFMG tam-bém integrou o projeto de implementação do MTP na Central ELCOM Batik. Seu trabalho de dissertação apresenta o estudo e a implementação de um mecanismo de redundância do MTP na Central ELCOM.
Outro trabalho de mestrado relacionado é o de Marcelo de Resende P. Miranda [Mira98], envolvido na implementação de subsistemas usuários de aplicação telefônica baseados em SS7, TUP e ISUP, na Central ELCOM. Seu trabalho de dissertação apresenta uma visão abrangente de sinalização telefônica e destaca a implementação do ISUP, que é o Subsistema de aplicação RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados).
Ainda dentro da abrangência do Convênio, podem ser citados os seguintes projetos, entre outros:
• Projetos relacionados ao Centro de Supervisão Remota (CSR) da Central ELCOM, sis-tema com interface em Microsoft Windows que provê supervisão e controle da Central ELCOM através de um computador conectado direta ou remotamente à Central.
• Incorporação da interface de gerenciamento de rede TMN - Telecommunications Mana-gement Network, especificada pela ITU.
• Projetos sobre a implementação de incorporação de interfaces da Central ELCOM com sistemas operacionais e protocolos abertos ou comerciais (não proprietários), como os sistemas QNX e Unix e o protocolo de rede TCP/IP.
• Projetos relacionados a centrais de comutação privada (PABX) da Batik.
1.3 Fundamentos de telefonia Antes de se chegar à Sinalização por Canal Comum nº 7, é importante que sejam introduzi-
dos e formalizados alguns conceitos fundamentais da telefonia e de sinalização telefônica.
4
Dentro das telecomunicações — compreendendo a transmissão de informações com o uso de sinais eletricamente processados —, a telefonia abrange a transmissão à distância de voz e sons [Ferr91]. O princípio operacional da transmissão telefônica surgiu com a invenção do telefone em 1876, por Alexander Grahan Bell.
O telefone, como o conhecemos, é o aparelho de conversação que está ligado ao “mundo exterior” por um par de fios. Através dele é possível estabelecer uma conexão ou chamada telefônica bidirecional com outro interlocutor, conforme ilustrado na Figura 1.1(a). O telefone é o tipo mais comum de terminal telefônico.
Considere-se então o fato que existem diversos usuários participantes no sistema, os quais denominam-se assinantes, cada um possuidor de um terminal telefônico ou terminal de assinante. É necessário definir uma forma de conexão entre eles, de maneira que um assinante possa estabelecer uma chamada com qualquer um dos outros. Uma abordagem óbvia seria prover linhas de conexão direta de cada ponto com todos os outros no sistema, como na Figura 1.1(b). Esta estrutura, denominada malha completa ou malha completamente conectada, é inviável, pois:
• exige uma grande extensão de linhas, em proporção quadrática ao número de assinantes, representando um crescimento muito rápido à medida que o número de assinantes no sis-tema aumenta; para n assinantes, o número de linhas necessárias seria = n (n − 1) / 2;
• a inserção de um novo assinante é difícil, pois este deverá ser ligado a todos os outros já existentes;
• deixa grande parte das linhas ociosa, considerando que cada assinante geralmente faz ligações a intervalos aleatórios, para assinantes variados, e estabelece conexão com ape-nas um outro assinante por vez.
A B
Central telefônica
(c)(b)
(a)
Figura 1.1: Linhas telefônicas e Central telefônica
Assim, uma estrutura de conexão em estrela, ilustrada na Figura 1.1(c), se mostra bem mais adequada. Para n assinantes, são necessárias apenas n linhas. Contudo, surge a necessidade de um elemento de controle no centro desta estrutura, responsável por estabelecer e gerenciar a conexão entre cada dois pontos que o desejem. Este elemento é a central telefônica.
5
A operação de estabelecimento de interligações entre assinantes é chamada comutação. Por isto, as centrais telefônicas são também denominadas centrais comutadoras. As centrais telefôni-cas eram inicialmente manuais (via telefonista), passaram a mecânicas e eletro-mecânicas, até evoluírem para a comutação digital.
Uma rede telefônica pode ser considerada como um conjunto de terminais de assinantes, centrais telefônicas e de interconexões por meios de transmissão telefônica, dispostos de forma que cada assinante possa se conectar a qualquer outro dentro da rede. Existem dois tipos de interconexão telefônica:
• o canal entre um assinante e a central telefônica que o serve, denominada linha de assi-nante, loop, ou simplesmente linha;
• as linhas telefônicas conectando uma central telefônica a outra, denominadas troncos, ou ainda linhas de junções1.
Historicamente, desta estrutura derivam as duas principais áreas da engenharia de telecomu-nicações [Free96]: a transmissão, que trata do transporte dos sinais nas interconexões, e a comutação, relativa basicamente à tarefa das centrais telefônicas de estabelecimento do “cami-nho” entre dois assinantes. Atualmente, porém, cada vez mais estas duas áreas estão se integrando e tornando-se indistintas. Uma síntese dos conceitos preliminares aqui apresentados é ilustrada na Figura 1.2 a seguir.
Central telefônica
Terminal de Assinante
Linha
Tronco
Rede Telefônica
Figura 1.2: Conceitos sobre redes telefônicas
1.4 Sinalização telefônica Dentro da rede telefônica, existem informações que precisam ser trocadas entre o assinante e
a central, bem como entre as centrais. São informações necessárias para o estabelecimento de chamadas telefônicas, controle de tarifação, supervisão, gerenciamento de rede, mecanismos de funcionamento e gerência do sistema telefônico em geral. Os protocolos utilizados para esta troca de informações são conhecidos como sistemas de sinalização telefônica. 1 Os terminais responsáveis pela conexão de troncos na central telefônica são chamados juntores. Assim, eventualmente a referência a um juntor é informalmente utilizada em alusão ao próprio tronco em si. Em inglês, as linhas entre centrais são denominadas trunks nos EUA e junctions na Europa.
6
Os primeiros sistemas de sinalização utilizados nas centrais automatizadas se basearam na codificação de informações bastante simples em sinais (pulsos) elétricos — sinalização E&M — ou, posteriormente, em combinações de tons audíveis — sinalização MFC —, transportados pelo próprio canal de voz, ou seja, pelo mesmo caminho da conversação.
Para uma melhor compreensão da abrangência e papel da sinalização telefônica, a seguir são apresentados os quatro grupos de sinais em que se divide a sinalização telefônica convencional:
• Sinalização de Assinante: sinais que o assinante usa para informar à central a qual está conectado de sua intenção de iniciar ou finalizar uma ligação com outro assinante. Basi-camente, compreende os sinais gerados pelo terminal telefônico (telefone), como fone fora do gancho, fone no gancho e os dígitos discados identificando o assinante desejado.
• Sinalização Acústica: sinais audíveis emitidos da central para o assinante, referentes ao estado da conexão [Tele87a]. Consiste na corrente de toque de chamada de telefone e tons de: discar, controle de chamada, ocupado, número inacessível.
• Sinalização de Registro: se estabelece entre os órgãos de controle ou registradores das centrais na fase que antecede o estabelecimento da chamada (conexão), para troca de in-formações relacionadas aos assinantes chamador e chamado, como identificação e categoria do assinante [Tele96a] [Tele96b]. Esta é uma sinalização em geral estabelecida da central de origem, repetida em seqüência para cada central incluída no final do cami-nho, até o destino. A sinalização de registro mais comum é a MFC (multi-freqüencial compelida).
• Sinalização de Linha: estabelece a comunicação entre as centrais nas linhas de junções, agindo durante toda a conexão [Tele96c]. Feita entre centrais adjacentes, é responsável pela ocupação e desconexão do circuito de canais de voz estabelecido na chamada, envol-vendo sinais como: ocupação, atendimento, tarifação, desligar.
As sinalizações de Assinante e Acústica são, respectivamente, sinais do assinante para a cen-tral e da central para o assinante. Já as sinalizações de Registro e Linha compreendem a troca de sinais entre centrais telefônicas. A Figura 1.3 ilustra os tipos de sinalização apresentados.
Central 3 Central 2 Ass. BAss. A
Sinalização Registrador
Sinalização Acústica
Sinalização de Assinante
Central 1
Sinalização de Registrador
Sinalização de Linha Sinalização de Linha
Sinalização Acústica Sinalização Acústica
Figura 1.3: Tipos de sinais na sinalização telefônica convencional
7
A característica fundamental destas sinalizações é a troca de informações pelo mesmo canal associado para a transmissão da voz. Por isto denominamos estes sistemas como sinalização por canal associado. A Figura 1.4(a) ilustra este aspecto, na sinalização entre centrais. Os sistemas de sinalização por canal associado ocupam canais de voz desde o momento em que o originador inicia a discagem — mesmo que a chamada efetiva não chegue a ser estabelecida — e são muito limitados quanto à diversidade de informação que podem representar.
(a)
Voz e Sinalização
Voz
Sinalização SS7
Ponto de sinalização SS7
Central
(b) Figura 1.4: Sinalização
(a) Sinalização por canal associado entre centrais telefônicas (b) Sinalização por canal comum nº 7
Com o surgimento de troncos digitais, utilizando os chamados enlaces PCM (Pulse Code Modulation) — “feixes” de canais digitais de transmissão; tipicamente 32 canais a 64 Kbps cada, totalizando 2 Mbps —, surgiu um formato rudimentar de sinalização digital para Sinalização de Linha (chamado sinalização R2 digital), onde um dos canais do enlace é utilizado para a trans-missão de bits de sinalização. Apesar de digital, este formato de sinalização ainda é bem específico, limitado e também está associado aos canais de voz do enlace.
Segundo Modarressi e Skoog [MA&SR90], no contexto das modernas telecomunicações, sinalização pode ser definida como o sistema que permite a centrais de comutação, bancos de dados de rede e outros nodos “inteligentes” da rede trocarem mensagens relacionadas a controle, supervisão, informação para processamento de aplicações distribuídas e gerenciamento de rede.
1.5 Sistema de sinalização por canal comum nº 7: SS7 A idéia do Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 [MA&SR90] [Black97]
[Russ95], especificado e padronizado mundialmente pelo ITU-TSS (International Telecommuni-cation Union - Telecommunication Standardization Sector) [ITU93], é fazer com que as informações de sinalização e controle nas redes de telecomunicações transitem através de uma rede de dados própria, de alto desempenho.
Diferente da sinalização telefônica convencional, implementada utilizando os próprios canais de voz para transportar informações na forma de tons e pulsos elétricos rudimentares, o SS7 introduz uma sinalização digital em uma estrutura de rede independente, onde diversas informa-ções podem ser empacotadas e transportadas por um mesmo canal comum. A rede do SS7 vem se sobrepor e inter-relacionar com a rede de telecomunicações existente. A Figura 1.4(b) mostra uma configuração possível baseada na sinalização por canal comum.
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É importante ressaltar que a rede SS7 é uma rede de transporte de dados genérica. O SS7 significa sobretudo um novo nível de abstração dentro das redes de telecomunicações, provendo suporte a uma infinidade de novas aplicações sobre esta rede, onde a sinalização telefônica representa apenas uma parcela deste grande universo de possibilidades de aplicação.
As Recomendações da ITU que especificam o SS7 compõem a série Q.700. Embora a refe-rência bibliográfica incluída neste trabalho [ITU93] seja para o conjunto de recomendações da série Q.700 que abrange os componentes básicos do SS7, o Apêndice A enumera as normas aplicáveis de telecomunicações, detalhando tanto as recomendações internacionais da ITU quanto as práticas brasileiras da Telebrás, relacionadas ao presente trabalho.
9
2
Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 – SS7
Capítulo
Na rede de sinalização por canal comum, várias informações distintas podem ser empacotadas e então transportadas por um único canal comum. O SS7 compreende uma rede de sinalização por canal comum, comutada por pacotes.
O conceito e implementação da rede de sinalização por canal comum evoluíram a partir do antigo Sistema de Sinalização nº 6 do CCITT (SS6), surgido na década de 1970. A estrutura de protocolos do SS6 era monolítica (não divididas em camadas), mas introduziu a sinalização por canal um comum, onde mensagens de vários troncos eram associadas a um único canal de sinalização, e permitiu mensagens de sinalização direta onde centrais telefônicas podiam consultar bases de dados centralizadas da rede para o processamento de chamadas. Os serviços 800 (discagem gratuita) e de cartões de pagamento de chamadas foram os primeiros serviços a utilizar esta nova arquitetura nos Estados Unidos.
Por outro lado, o Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7, cujas primeiras especifica-ções foram publicadas pela ITU em 1980 e 1984, define uma série de protocolos, dentro de estruturas de rede em camadas ou níveis funcionais — conforme é visto adiante neste capítulo — à luz de conceitos mais modernos de transporte de dados introduzidos a partir dos anos 80. O SS7 está em constante evolução, sendo definidos ajustes para melhor adequação em sua utilização. As informações deste trabalho sobre SS7 se baseiam principalmente nas especificações e publicações periódicas da ITU em 1992 (“livro branco”, com revisão em 1993) e 1988 (“livro azul”).
A sinalização telefônica entre centrais é realizada, neste sistema, por subsistemas usuários da estrutura da rede SS7 específicas para a aplicação telefônica. Os dois componentes atualmente utilizados para estabelecimento de chamadas telefônicas através de sinalização SS7 são o TUP (Telephone User Part) [Tele87b] [ITU93b] e o ISUP (ISDN User Part) [Tele96d] [ITU93c], sendo o ISUP uma aplicação mais sofisticada.
Além de tornar mais eficiente a aplicação telefônica, a sinalização por canal comum SS7 permite novas facilidades e é aberta a novas aplicações, tais como sinalização da RDSI - Rede Digital de Serviços Integrados (ou, do termo em inglês, ISDN) [ITU88] [KG&PS97]
10
[KT&MM90], controle de aplicações de telefonia celular, suporte à “Rede Inteligente” (RI) e outras.
Antes de serem abordados os conceitos e protocolos do sistema de sinalização SS7, são apre-sentadas a seguir considerações gerais sobre as vantagens e viabilidade da implantação do sistema, bem como uma análise de revisão bibliográfica sobre o assunto.
2.1 Considerações sobre o SS7 na telefonia A utilização do SS7 na sinalização telefônica apresenta pelo menos duas grandes vantagens:
• Racionalização dos recursos nas redes telefônicas atuais, aumentando o potencial da rede existente, sobre os mesmos canais de transmissão de voz. Separando-se em uma rede própria os circuitos de sinalização, os canais de voz podem permanecer livres enquanto efetivamente não se iniciar uma nova chamada (conexão) ao usuário distante, aumentan-do a taxa de disponibilidade de canais de voz sem a instalação de canais de transmissão adicionais.
• Possibilidade de acesso a recursos centralizados, independentes das próprias centrais telefônicas e eventualmente baseados em software, possibilitando uma rápida atualiza-ção e expansão dos serviços oferecidos sem depender de implementações proprietárias dos fabricantes de cada central instalada.
O SS7 significa sobretudo um novo nível de abstração dentro das redes de telecomunicações, provendo suporte a uma infinidade de novas aplicações sobre esta rede, onde a sinalização telefônica representa apenas uma parcela deste grande universo de aplicações.
A implantação do SS7 nas centrais telefônicas é também bastante viável. As modernas cen-trais telefônicas digitais CPA (Controle por Programa Armazenado) em geral já possuem toda sua estrutura de comutação controlada por computadores ou dispositivos digitais. Assim, fica facilitada a integração de SS7, pois este também constitui um sistema digital e pode ser imple-mentado como novo(s) componente(s) na estrutura existente de hardware e software da central.
Além de centrais telefônicas com suporte a SS7, podem ser utilizados elementos ou equipa-mentos isolados especificamente dedicados à rede SS7, ou seja, componentes nodos exclusivos da rede de sinalização SS7, uma vez que a rede de sinalização por canal comum é independente da rede telefônica e seus canais de voz.
2.2 Áreas de pesquisa sobre SS7 Análises desenvolvidas desde o início dos anos 90, incrementadas pelas novas questões e
problemas naturalmente introduzidas com o surgimento do novo sistema de sinalização por canal comum, revelaram uma complexidade de problemas envolvendo processamento distribuído, confiabilidade de software e hardware, prevenção de situações críticas e recuperação de falhas, projeto de topologia, engenharia de rede.
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Podem ser identificadas duas áreas básicas de estudo, pesquisa e projeto relacionadas ao SS7, a saber:
• Implementação, análise e aperfeiçoamento de protocolos do sistema de sinalização. Tra-tam portanto do ponto de vista estrutural ou microscópico do sistema de sinalização SS7.
• Planejamento, dimensionamento, implantação, configuração, otimização e avaliação da rede de sinalização, isto é, referentes à efetiva aplicação do sistema SS7 constituindo a rede de sinalização por canal comum. São pesquisas no domínio macroscópico do SS7.
Rede de sinalização
Protocolos
Figura 2.1: Áreas de Pesquisa macroscópica e microscópica do SS7
A partir de uma revisão bibliográfica, constatou-se que são encontradas relativamente poucas publicações de pesquisa sobre os protocolos de sinalização. Isto pode ser explicado por uma série de fatores.
A implementação dos protocolos da rede de sinalização por canal comum está quase total-mente concentrada em projetos comerciais de fabricantes de hardware e software na área de telecomunicações. Na área comercial, freqüentemente não há interesse ou preocupação na divulgação acadêmica destes projetos, que podem até ser propositadamente mantidos longe do conhecimento público quando considerados projetos tecnologicamente e comercialmente estratégicos, isto é, segredo industrial.
Além disso, existem as recomendações da União Internacional de Telecomunicações (ITU) que definem e especificam quase todos os detalhes dos componentes e aspectos que envolvem o SS7, resultado do trabalho de um grande grupo de engenheiros, cientistas, pesquisadores em todo o mundo que compõem a equipe da ITU responsável pela elaboração destas recomendações.
Finalmente, as empresas e entidades que necessitam ou decidem incorporar a tecnologia do Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 a suas aplicações, em face à competitividade, dinamismo e complexidade do mercado e indústria de telecomunicações, freqüentemente acabam por adotar soluções prontas comercialmente disponíveis, ao invés de recorrer à pesquisa.
Os trabalhos de pesquisa publicados referentes aos protocolos e aspectos estruturais do SS7 em geral tratam de análises de parâmetros que são deixados em aberto nas recomendações da ITU, onde medições e comparações em simulações ou situações práticas podem levar a resultados que contribuam para maior adequação e ajuste do sistema. Estes parâmetros abertos a ajustes são
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principalmente com relação a monitoramento, medição e controle de situações críticas, de erro ou sobrecarga.
Como trabalhos sobre protocolos do SS7, podem ser citados artigos sobre: algoritmos de monitoramento de erros de enlace no protocolo SS7 [RV&WJ93], mecanismos de descarte de mensagens sob sobrecarga de tráfego no roteamento da rede [Rums93], controle de congestiona-mento em situações de ocorrência massiva de chamadas telefônicas [RM&SD95].
Trabalhos no nível da rede SS7 envolvem estudos sobre engenharia de redes, planejamento dimensionamento e otimização, estudos de rotas de encaminhamento na rede, entre outros.
Foram encontrados dois trabalhos de mestrado em outras universidades brasileiras, sobre dimensionamento de redes SS7: um na UNICAMP [Oliv98] e outro na UFES [Soar94]. Há também uma importante coletânea de artigos no Journal on Selected Areas in Communications (JSAC), publicação em áreas sobre telecomunicações do IEEE [JSAC94].
No contexto da pesquisa geral sobre SS7, os projetos resultantes do convênio entre a Batik Equipamentos e o DCC/UFMG representam portanto uma importante contribuição para a realização de trabalhos acadêmicos mais relacionados à parte estrutural do Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7.
2.3 Protocolos da rede SS7 Os protocolos do SS7 são organizados em níveis funcionais, de maneira análoga às camadas
do Modelo de Referência OSI (Open Systems Interconnections) para transporte de dados em redes de computadores [Tane97], publicado pela ISO (International Standards Organization).
TUP
Níveis do Sistema de Sinalização nº 7
Aplicação
Modelo OSI
Físico
Enlace
Apresentação
Sessão
Transporte
MTP Nível 1
MTP Nível 2
MTP Nível 3 Rede
Usuário TC
SCCP
TCAP
ISUP
Usuários do SS7
Figura 2.2: Camadas do SS7 e comparação com o Modelo OSI
São 4 os níveis no SS7. Os três níveis de menor hierarquia compõem o Subsistema de Trans-ferência de Mensagens (Message Transfer Part - MTP) e correspondem, em essência, aos três primeiros níveis do modelo OSI. No nível 4 do SS7 — que corresponde à camada de Aplicação
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do modelo OSI — podemos ter vários subsistemas de usuário (User Parts), como o Telephone User Part (TUP) e o ISDN User Part (ISUP).
Para suportar outras aplicações na rede, dois componentes foram criados no SS7: o Signaling Connection Control Part (SCCP), que complementa os serviços do MTP para torná-lo funcio-nalmente equivalente ao nível de rede do modelo OSI, e o Transaction Capabilities Application Part (TCAP), que fornece um conjunto de protocolos e funções usados por aplicações distribuí-das na rede para que essas possam se comunicar.
Não existe uma correspondência para os níveis de Apresentação, Sessão e Transporte do Modelo de Referência ISO/OSI nas camadas do SS7. A relação entre os níveis do SS7 e o Modelo OSI é ilustrada na Figura 2.2.
2.4 Fundamentos da rede SS7 Uma rede de telecomunicações servida por uma sinalização por canal comum é composta por
um número de nodos de processamento e comutação, interconectados por enlaces (vias) de transmissão.
Todo nodo na rede SS7 é chamado genericamente de Ponto de Sinalização - PS (Signaling Point - SP). Todo ponto de sinalização tem a capacidade de realizar a discriminação de mensa-gens (ler o endereço e determinar se a mensagem é para este nodo), provendo as funções essenciais do MTP. Os pontos de sinalização são classificados de acordo com sua função e recursos na rede de sinalização. Os principais tipos são:
• PAS - Ponto de Acesso a Serviços (SSP - Service Switching Point): designação para um PS que provê acesso local à rede de sinalização, implementando a camada TCAP (Tran-saction Capability) para suporte a aplicações distribuídas de transação na rede.
• PTS - Ponto de Transferência de Sinalização (STP - Signaling Transfer Point): ponto de sinalização com função de transferência, isto é, capaz de ser um PS intermediário (nem a origem nem o destino final da mensagem), podendo receber uma mensagem vinda de outro PS e passá-la adiante pela rota apropriada rumo ao destino final.
• PCS - Ponto de Controle de Serviços (SCP - Service Control Point), responsável pelo acesso a bases de dados da rede. Utilizado geralmente como interface entre outro PS e um SGBD (Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados), para o acesso a informações de números de serviços 800/900, cartões de chamada, informações de área de serviço em redes celulares, nas redes inteligentes (RI) e Advanced Intelligent Networks (AIN).
Além disso, temos o SGS - Sistema de Gerenciamento de Serviços (SMS - Service Manage-ment System), que provê uma interface humana à base de dados e a capacidade de atualizá-la quando necessário.
Todo ponto de sinalização em uma rede SS7 é identificado por um código de endereçamento único, conhecido como point code1. 1 A terminologia e acrônimos introduzidos no presente trabalho são apresentados, preferivelmente, em português. Contudo, alguns termos apresentados nas normas internacionais que padronizam o SS7 não têm uma correspondência adequada ou de uso freqüente em português e são assim mantidos em inglês.
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A sinalização por canal comum usa vias bidirecionais de sinalização que transportam mensa-gens entre dois pontos de sinalização, denominados enlaces de sinalização (signaling links). Dois pontos de sinalização (PS) SS7 são ditos adjacentes se são diretamente interconectados por um enlace.
É importante destacar que se usa o termo enlace de sinalização ou apenas enlace para desig-nar a conexão entre dois pontos de sinalização a nível funcional (lógico) e o termo enlace de dados de sinalização para se referir à conexão física por onde passa o enlace.
Os enlaces são dispostos em conjuntos que interconectam diretamente os mesmos dois PS, chamados conjuntos de enlace (linksets, em inglês). Pode haver até 16 enlaces associados a um só conjunto de enlaces. Embora tipicamente um conjunto de enlaces inclua todos os enlaces paralelos (enlaces entre os mesmos dois PS), é possível haver mais de um conjunto de enlaces entre dois PS.
Um grupo de enlaces dentro de um mesmo conjunto de enlaces que têm características idên-ticas é chamado grupo de enlaces.
Além de linksets, um PS (ponto de sinalização) deve definir rotas. Rota é uma seqüência de linksets usada para atingir um certo destino. Um linkset pode pertencer a mais de uma rota. Uma coleção de rotas é chamada conjunto de rotas (routeset, em inglês) e um conjunto de rotas é associado a um só destino, permitindo que exista mais de uma rota para o destino de forma que, caso uma rota principal fique indisponível, haja uma rota alternativa.
Um destino é um endereço presente na tabela de roteamento de um PS. Destinos não preci-sam ser diretamente adjacentes ao PS, mas devem ser um código de endereçamento (point code) de um PS que pode ser atingido a partir deste. O PS não precisa conhecer todos os point codes entre ele e o destino, apenas seu próprio conjunto de enlaces que levará ao destino.
Para quaisquer dois pontos de sinalização para os quais há possibilidade de comunicação entre seus subsistemas usuários, diz-se que há uma relação de sinalização entre eles. O modo de sinalização refere-se à associação entre o caminho tomado por uma mensagem de sinalização e a relação de sinalização a qual a mensagem se refere. Existem dois modos de sinalização possíveis em uma rede SS7:
• Associado: a mensagem referente a uma relação de sinalização em particular ente dois pontos adjacentes é transportada por um conjunto de enlaces que interconecta diretamen-te estes dois pontos, como mostrado na Figura 2.3(a).
• Quase-associado: a mensagem de uma certa relação de sinalização é levada por dois ou mais conjuntos de enlace em seqüência, passando por um ou mais PS intermediários (o que caracteriza modo não-associado), mas há uma limitação: o caminho percorrido por uma mensagem na rede de sinalização é predeterminado e, numa determinada configura-ção, fixo. Um exemplo de modo quase-associado é ilustrado na Figura 2.3(b).
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Voz
Sinalização SS7
STP
SSP
Associada
Quase-Associada Figura 2.3: Exemplos de associação entre a sinalização e os canais de voz
O modo totalmente não-associado não é previsto para redes SS7, uma vez que os protocolos não incluem recursos para evitar chegada de mensagens fora de seqüência ou outros problemas que tipicamente surgem em um modo de sinalização não associado com roteamento de mensa-gens dinâmico.
16
3
Subsistema de Transferência de Mensagens – MTP
Capítulo
O Subsistema de Transferência de Mensagens (Message Transfer Part - MTP) é o protocolo de transporte usado pelos outros protocolos de nível acima no SS7. O MTP provê às demais camadas do SS7 os seguintes serviços:
• transmissão de dados nodo a nodo;
• detecção e correção de erros de transmissão;
• seqüenciamento de mensagens;
• roteamento de mensagens;
• discriminação de mensagens;
• funções de distribuição de mensagens. O MTP é subdividido em três camadas: níveis 1, 2 e 3, que correspondem de maneira geral
aos níveis físico, enlace e rede do Modelo OSI, respectivamente. O nível 1 compreende a transmissão física, o nível 2 visa garantir a confiabilidade da transmissão no enlace que conecta 2 nodos adjacentes e o nível 3, por sua vez, visa basicamente garantir a confiabilidade do caminho de transmissão das mensagens até seu destino.
3.1 Nível físico – MTP1 O nível físico do MTP (MTP1) é o responsável pela conversão de dados digitais na forma de
uma seqüência de bits em sinais apropriados, e vice-versa, para transmissão através do meio físico da rede. O padrão SS7 não especifica qualquer interface, meio ou taxa de transmissão de dados para esse fim. Desta forma, estes parâmetros ficam determinados principalmente pelo requerimento de custo × desempenho da rede sobre a qual o sistema será implantado.
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3.2 MTP2 O MTP nível 2 (MTP2) é o elemento intermediário entre a seqüência de bits que é transmiti-
da pelo Nível 1 e a informação lógica estruturada em mensagens, compostas por campos com um significado ou conteúdo. As mensagens no SS7 são formalmente denominadas unidades de sinal (SU, do termo em inglês signal unit).
O MTP2 provê a estruturação de mensagens, detecção e correção de erros e seqüenciamento de todos os pacotes de mensagens do SS7, garantindo uma transferência confiável de unidades de sinalização no enlace entre dois pontos de sinalização diretamente conectados. Assim como no modelo OSI, este nível é responsável apenas pela transmissão e recepção de dados entre dois nodos adjacentes na rede. Este nível não tem conhecimento do destino final da mensagem.
3.2.1 Unidade de sinal - SU As unidades de sinal são as mensagens do SS7, compostas pelos dados ou informação efetiva
de sinalização, mais campos de controle necessários para o seqüenciamento e confiabilidade da transmissão. Existem três tipos de unidade de sinalização, ilustrados na Figura 3.1. São eles:
• MSU - Message Signal Unit: unidade que contém efetiva mensagem ou informação de sinalização, trocada entre componentes de nível superior (MTP3), contida em um campo de tamanho variável (2 a 272 octetos) denominado Signaling Information Field - SIF.
• LSSU - Link Status Signal Unit: unidade de sinal utilizada pelo nível 2 (MTP2) para informar sobre estados de funcionamento do enlace de sinalização, no campo denomina-do Status Field - SF. O SF pode ter comprimento de 1 ou 2 octetos.
• FISU - Fill-In Signal Unit: mensagem básica de preenchimento, contém apenas os cam-pos de controle e é enviada periodicamente pelo MTP2 quando não há nem MSU nem LSSU para serem enviadas, servindo apenas para manter o enlace em serviço.
F CK SIF SIO LIFIB
FSNBIB
BSN F
F CK SF LIFIB
FSNBIB
BSN F
checksumind. de
tamanhonumeraçãosequencial flag 1º
bit
F CK LIFIB
FSNBIB
BSN F
MSUMSU
LSSULSSU
FISUFISU
(c)
(b)
(a)
Figura 3.1: Unidades de sinal - SU
(a) Message Signal Unit - MSU (b) Link Status Signal Unit - LSSU
(c) Fill-In Signal Unit - FISU
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Toda SU possui campos de controle comuns, descritos a seguir. O número de bits de cada campo está indicado entre parêntesis:
• Delimitador: F - Flag (8). Octeto com um padrão único de bits que identifica o início e o fim de cada unidade de sinal. Normalmente, o delimitador de fim de uma SU pode re-presentar também o delimitador de início da SU seguinte. O valor do flag é 01111110.
• Numeração seqüencial: BSN - Backward sequence number (7), BIB - Backward indica-tor bit (1), FSN - Forward sequence number (7), FIB - Forward indicator bit (1). Numeração “para frente”, correspondendo ao número de seqüência da mensagem sendo enviada; e numeração “para trás”, correspondendo ao número de seqüência de uma men-sagem confirmada ou reconhecida (acknowledge). Os bits indicadores são usados em conjunto com a numeração no processo de controle de erros.
• Indicador de tamanho: LI - Length indicator (6). Campo básico mais importante, identi-fica o tipo de mensagem, de acordo com seu valor. LI = 0 para FISU, LI = 1 ou 2 (conforme o número de octetos do SF) para LSSU, LI > 2 para MSU. Este campo em ge-ral corresponde ao tamanho em octetos da informação efetiva, compreendida entre o LI/espaço e o CK. Isto não é válido, contudo, para MSU com mais de 63 octetos de da-dos, pois com os 6 bits do LI só é possível representar até o valor 63.
• Espaço vazio: Spare bits (2).
• Código de verificação: CK - Checksum (16). Código de verificação para detecção de erros, consiste em um código CRC de 16 bits.
Além disso, existem os campos específicos que armazenam informação:
• Em uma MSU: SIO - Service information octet (8), que contém informações de indica-ção de serviço e subserviço, utilizadas pelo MTP3; e SIF - Signaling information field (2 a 272 octetos [× 8 bits]), que transporta informação de sinalização do MTP3 (nível 3) e dos subsistemas usuários (nível 4).
• Em uma LSSU: SF - Status field (8 ou 16). Indicador de estado do enlace. Uma MSU é retransmitida em caso de erro, mas LSSUs e FISUs não são. Uma FISU não
contém nenhuma informação efetiva; já a informação de uma LSSU é basicamente notificação de controle, sendo gerada novamente dentro do processo de controle do enlace quando oportuno.
3.2.2 Funções do MTP2
Alinhamento inicial
O alinhamento inicial compreende os procedimentos necessários para a inicialização de um enlace (assim que ele é “ligado”), bem como para o restabelecimento do funcionamento normal na recuperação de um enlace em falha.
O procedimento para que um enlace entre em modo normal de operação envolve a correta recepção de uma seqüência de indicadores entre os dois extremos adjacentes do enlace e um certo
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tempo correspondente a um período de prova no qual o enlace deve manter a transmissão com sucesso.
Delimitação e alinhamento de unidades de sinal
A delimitação envolve a identificação do início e fim das mensagens, através de um flag delimitador, um padrão único e exclusivo de 8 bits: 01111110.
A unicidade do flag, isto é, a garantia de que o padrão não ocorre dentro da própria mensa-gem, é feito por um processo de inserção e posterior remoção de um bit zero (“0”) extra toda vez que ocorrer uma seqüência de 5 bits “1” consecutivos na mensagem. Uma seqüência de 6 bits 1 (“111111”) só é encontrada no flag, é quando uma seqüência de mais de 6 bits “1” é detectada na recepção de unidades de sinal, fica caracterizado erro e a conseqüente perda de alinhamento.
Detecção e correção de erros em unidades de sinal recebidas
A detecção de erros em cada SU recebida é feita através da conferência entre o valor obtido para o código de verificação que é aplicado à SU recebida e o campo de verificação (CK) desta, bem como pela consistência dos valores dos bits indicadores da numeração seqüencial (BIB e FIB).
Quando erros são detectados pelo extremo receptor, o extremo emissor recebe notificação de reconhecimento negativo da SU. Para o tratamento de correção de erros, existem dois métodos definidos:
• Método básico: utilizado para meios de transmissão (enlaces de dados) terrestres não intercontinentais, bem como para enlaces intercontinentais com atraso de propagação menor que 15 ms.
• Método de retransmissão cíclica preventiva: utilizado em enlaces intercontinentais com grande atraso de propagação (maior que 15 ms.) e para todo enlace via satélite (que em geral é um meio de transmissão com grande atraso, da mesma maneira).
Monitoramento de erros
Além de detectar e tratar erros, o MTP2 ainda monitora os erros, utilizando funções para medir a taxa de erros, de forma a determinar quando o enlace de sinalização ativo precisa ser colocado fora de serviço, e quando um enlace inativo está alinhado para ser colocado em serviço. As duas funções de monitoramento de erros do MTP2 são:
• Signal Unit Error Monitor (SUERM): em um enlace em serviço, esta função provê um critério para colocar o enlace fora de serviço por excesso de erros;
• Alignment Error Rate Monitor (AERM): durante o período de prova de alinhamento inicial do enlace de sinalização, esta função indica se a taxa de erros está aceitável para que o enlace entre em serviço.
Controle de fluxo
Quando o MTP2 detecta que o buffer de recepção ficou cheio, ele assim determina o congestio-namento na recepção de unidades de sinal e notifica o nodo remoto transmitindo unidades de
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sinal ocupado (SIB - Busy), até que a condição de congestionamento termine. A persistência do estado de congestionamento faz com que o lado remoto determine a retirada do enlace de sinalização de serviço, transmitindo unidades de sinal fora-de-serviço (SIOS – Out of Service).
3.3 MTP3 O último e mais complexo nível é o MTP3. Nesta camada — nível de rede — encontram-se
as funções necessárias para a transferência de mensagens entre pontos de sinalização (PS). As funções da rede de sinalização podem ser divididas em duas categorias básicas:
• tratamento de mensagens de sinalização, que abrange três funções: discriminação, distri-buição, roteamento;
• gerenciamento da rede de sinalização, dividida em gerenciamento de: tráfego, enlaces, e rotas.
A Figura 3.2 ilustra a estrutura funcional do MTP nível 3, mostrando o fluxo das mensagens provenientes dos níveis 2 e 4 e a relação entre as funções de tratamento de mensagens e de gerência da rede de sinalização.
Distribuiçãode
Mensagens
Discriminaçãode
Mensagens
Roteamentode
Mensagens
Gerência deTráfego deSinalização
Gerência deRotas de
Sinalização
Gerência deEnlaces deSinalização
teste e manutenção
UsuárioNível 4
MTP Nível 3
Funções de tratamento de mensagens
MTPNível 2
Mensagens de SinalizaçãoIndicações e Controle
Figura 3.2: MTP Nível 3 - Funções e fluxo de mensagens
3.3.1 Tratamento de mensagens O tratamento de mensagens de sinalização consiste em rotear, discriminar e distribuir as
mensagens. Quando uma mensagem é recebida, ela é passada pelo MTP2 ao MTP3 para que seja
21
discriminada. A discriminação de mensagens determina a quem a mensagem é endereçada. Caso o destino da mensagem seja o endereço local (do nodo receptor), a mensagem é passada para a distribuição; caso contrário, esta é passada para o roteamento. A distribuição consiste em identificar o destinatário da mensagem — seja um componente da gerência ou um usuário no nível 4 — e repassá-la para este destinatário, ou realizar o tratamento necessário caso o usuário não esteja disponível.
Já o roteamento determina o enlace de sinalização de saída baseado no destino da mensa-gem, procurando manter uma boa partição de carga. O roteamento só existe quando o destino final da SU não é o ponto de sinalização corrente, isto é, quando o PS atual é um nodo intermedi-ário no caminho para o destino. Esta função só existe em um PTS - Ponto de Transferência de Sinalização.
3.3.2 Gerenciamento de rede O objetivo da parte de gerência de rede do MTP3 é possibilitar re-configuração da rede de
sinalização no caso de falhas nos enlaces ou pontos de sinalização e controlar o tráfego no caso de congestionamentos ou bloqueios. A gerência da rede de sinalização consiste em 3 funções: gerenciamento de tráfego, gerenciamento de rota e gerenciamento de enlaces. Sempre que ocorre a mudança do status de um ponto de sinalização, rota ou enlace, essas funções são ativadas.
22
4
A Central ELCOM Batik
Capítulo
A central Batik ELCOM é uma central telefônica digital CPA-T — com Controle por Programa Armazenado de comutação Temporal [Tele94] — desenvolvida e produzida pela Batik Equipa-mentos S.A. Ela é utilizada tipicamente na Rede Telefônica Pública Comutada (RTPC), embora possa ser utilizada também como central privada para condomínios.
Como uma central telefônica da rede pública de comutação, a ELCOM deve atender a estrei-tos requisitos de confiabilidade, dentre os quais podemos destacar:
• descentralização;
• tempo de indisponibilidade da central menor que 2 horas em 40 anos;
• indisponibilidade de terminal menor que 0,87 horas/ano;
• disponibilidade de processamento maior que 99,9%;
• tempo médio entre falhas (MTBF) de 60.000 horas;
• probabilidade de erros e perdas de chamada ou tarifação incorreta menor que 0,0001.
• probabilidade de perda de configuração por falha de hardware ou software menor que 0,00001.
Para atingir tal confiabilidade, a central ELCOM possui uma arquitetura distribuída. A central ELCOM também possui uma estrutura modular que permite uma maior adequação
do equipamento às diversas configurações e funções de uma central na rede telefônica. A ELCOM pode ser composta por até 68 módulos ou unidades de acordo com a demanda de tráfego ou número de assinantes da central. Este capítulo descreve as características da versão da central ELCOM que pode ser equipada com até dez mil terminais em 16 unidades, embora, atualmente, a capacidade máxima em número de assinantes da central ELCOM seja de 51.000.
Como uma central da RTPC, a ELCOM pode ter as seguintes funções:
• Central Local: processa apenas as chamadas locais entre assinantes da própria central e chamadas originadas ou terminadas nos assinantes conectados diretamente à central;
• Central Trânsito Local: também denominada TANDEM local, funciona como central intermediária de uma chamada, ou seja, processa chamadas cujos assinantes chamador e chamado estão conectados a outras centrais na rede, porém na mesma região geográfica;
23
• Central Trânsito Interurbano: processa chamadas trânsito cujos assinantes estão em regiões (municípios) distintos;
• Central Trânsito com bilhetagem: além das funções de uma Central Trânsito Interur-bano, executa o controle da tarifação de chamadas interurbanas;
• Central Local com Estágio Periférico: permitem a conexão de equipamentos periféri-cos de comutação integrados e controlam as chamadas dos assinantes conectados localmente ou de chamadas originadas ou terminadas nos assinantes conectados em um dos estágios periféricos da central.
Na central ELCOM, existem três tipos de interfaces para equipamentos externos:
(a) Interfaces para terminais de assinantes: Nos terminais de assinante da Central ELCOM podem estar ligados aparelhos telefônicos analógicos com discagem por pulso ou multi-freqüenciais, telefones públicos ou semipúblicos (moedeiros ou a cartão indutivo), bem como equipamentos CPCT (Central Privada de Comutação Telefônica ou PABX), equi-pamentos identificadores de número chamador (BINA) e modems digitais a 64 Kbits/s. Recentemente, a Batik vem desenvolvendo duas interfaces para terminais da RDSI. A pri-meira consiste na interface de acesso básico (2B + D), com um canal de 16 Kbits/s para sinalização de assinante e até dois canais de 64 Kbits/s para banda de passagem de dados. A outra interface corresponde ao acesso primário (30B + D), possibilitando a utilização de 30 canais de 64 Kbits/s, além de um canal de sinalização também a 64 Kbps [Tane97].
(b) Interfaces com outras centrais da rede telefônica: A interligação da Central ELCOM com outras centrais é feita através de troncos (ou juntores1) analógicos ou digitais. Os troncos são vias de transmissão por onde trafega a sinalização necessária para o estabele-cimento e controle das chamadas e pelos quais são transferidas as informações (voz ou dados) dos usuários da rede telefônica.
No caso particular da ELCOM, além de interligar centrais telefônicas, os troncos são utiliza-dos para interligar a central aos seus estágios periféricos, os quais são partes integrantes da central ELCOM do ponto de vista de supervisão da rede telefônica. Os estágios perifé-ricos são considerados extensões da central, utilizadas para aproximar o equipamento de comutação dos assinantes, reduzindo o custo da rede primária.
(c) Interfaces para equipamentos de OMS (Operação, Manutenção e Supervisão): A conexão da central ELCOM com os equipamentos de OMS pode ser local ou remota. O acesso local é feito através das interfaces RS-232C de uma Unidade Central de Processa-mento (UCP) da central. O acesso remoto é efetuado através de modems internos e/ou externos à UCP. Cada UCP permite o acesso por até três equipamentos de supervisão.
Atualmente, o equipamento de OMS utilizado é composto por um microcomputador compatí-vel com o padrão IBM-PC 386 ou superior, com sistema operacional MS-DOS e ambiente
1 A rigor, juntores são as interfaces de conexão de um tronco a uma central. Há portanto, um juntor de entrada e um juntor de saída para cada tronco. No entanto, na prática, o termo juntor é às vezes usado em alusão ao próprio tronco.
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Windows 3.1 ou com o sistema operacional Windows 95, impressora opcional e um mo-dem opcional (usado apenas para conexões remotas). Este microcomputador deve ser equipado com o software CSR (Centro de Supervisão Remota), desenvolvido pela própria Batik especialmente com a finalidade de OMS. O CSR se conecta e troca informações com a Central ELCOM utilizando um protocolo de comunicação proprietário da Batik. Existem estudos para oferecer novas interfaces que permitam o uso de outros equipamen-tos e protocolos padronizados de supervisão e manutenção para a central ELCOM.
4.1 Estrutura de Hardware da Central ELCOM A Central ELCOM possui uma estrutura modular, formada por unidades que exercem fun-
ções de controle e comutação de forma independente. Cada unidade da central ELCOM consiste de um computador compatível com o padrão IBM-PC conectado a um barramento proprietário da Batik, no qual são ligadas placas de terminais de assinantes, placas de juntores e demais órgãos necessários para o funcionamento da central.
ASSINANTES JUNTORES AUXILIAR
PLANOS DECOMUTAÇÃO
12
12
1
1
16 1 4
16 1 4
1
1111
1111
Sinc.Mestre
#1
Matriz Intra
Modular
Matriz Intra
Modular
ASSINANTES JUNTORES AUXILIAR
CPUCPUOMS
LAN
N
Sinc.# 2
CPU
CPU
#2#3
SM
Barramento de ControleBarramento de Voz/Sincronismo
. . . . . . . .
. . . . . . . . 1
Figura 4.1: Arquitetura da central ELCOM
Conforme apresentado na Figura 4.1, as unidades da Central ELCOM são interligadas por dois meios distintos. As CPUs das diversas unidades comunicam-se através de uma rede local (LAN), utilizando o protocolo Ethernet. Esta rede local é a base para a estrutura de controle entre as unidades da central. Por outro lado, as matrizes de comutação de cada unidade são conectadas entre si através de planos de comutação intermodulares. Tais planos são a base da estrutura de comutação entre os dispositivos telefônicos distribuídos nas unidades da central.
4.1.1 A Estrutura de Controle da Central ELCOM Cada unidade da central ELCOM possui uma unidade central de processamento (UCP) com-
posta basicamente por:
25
• uma placa-mãe (motherboard) compatível com o padrão IBM-PC, equipada com proces-sador Intel 80486 ou superior e barramentos padrão ISA e PCI;
• uma placa de unidade de memória de massa (UMM) para armazenamento do programa controlador, da base de dados, e da configuração da central. As placas UMM são fabri-cadas pela própria Batik e existem nas versões para barramentos ISA ou PCI;
• uma placa de interface de controle (ITC) que realiza a interface da placa-mãe com o bar-ramento externo de controle, mostrado em linhas tracejadas no diagrama da Figura 4.1. A placa ITC é fabricada pela própria Batik e utiliza a interface padrão ISA.
• uma interface serial RS-232 para comunicação com equipamento de supervisão local;
• uma placa comercial de rede local (padrão Ethernet) para comunicação com as demais unidades. Podem ser utilizadas placas de rede com interfaces padrão ISA ou PCI. Logi-camente, nos casos de centrais de uma só unidade a placa de rede local é dispensável.
• uma placa de modem comercial para comunicação com equipamento de supervisão re-moto.
Com a implantação do sistema de sinalização #7 na Central ELCOM, também podem ser conectadas placas de terminal de sinalização nas diversas CPUs da central. A placa de terminal de sinalização é uma placa comercial e utiliza a interface de barramento padrão ISA.
A CPU da central ELCOM, utiliza 4 tipos de memória, cada um para determinada finalidade, como descrito a seguir:
• RAM volátil: localizada na placa-mãe. Corresponde à memória principal da CPU, na qual é executado o programa controlador da central.
• EPROM: memória somente de leitura localizada na placa UMM, é utilizada para arma-zenar o programa de inicialização (boot) e para carregar o programa controlador da central (loader).
• RAM com bateria: também localizada na placa UMM. Consiste em uma memória não volátil, com autonomia mínima de 30 dias. Esta memória é utilizada para armazenar os dados de configuração da central, bem como os registros de ocorrências e alarmes que ocorrerem na unidade. Para maior confiabilidade, esta memória é protegida contra escri-ta indevida através de mecanismo de acesso byte a byte.
• Memória FLASH: uma memória de acesso aleatório, com velocidade de acesso inferior à memória RAM com bateria. A durabilidade de uma memória FLASH depende do nú-mero de escritas realizadas em um endereço de memória. A memória FLASH também está localizada na placa UMM. Ela é utilizada para armazenar o programa controlador da central, o qual é carregado para a memória principal da CPU pelo programa de iniciali-zação (boot).
4.1.2 Barramento externo e placas telefônicas da central ELCOM Com exceção das placas conectadas diretamente à CPU da unidade, todas as demais placas
são conectadas a um barramento externo, também conhecido como barramento de controle. As placas conectadas ao barramento de controle correspondem, em essência, aos recursos telefônicos
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utilizados pela central. A comunicação da CPU com as diversas placas telefônicas da unidade é feita através da placa ITC (Interface de Controle), a qual está conectada simultaneamente ao barramento externo e ao barramento da CPU. O barramento externo do ELCOM é mapeado em memória. Desta forma, a CPU realiza o endereçamento e acesso aos dados das diversas placas através de leitura e escrita nos endereços específicos para cada uma das posições de placas da unidade.
O barramento de controle possui 23 posições para acomodar as diversas placas da central. Conforme mostrado na Figura 4.1, as placas conectadas ao barramento de controle podem ser classificadas quanto a sua função básica como:
1) Placas de assinantes: placas nas quais são conectados os pares de fios dos aparelhos tele-fônicos dos assinantes. Possibilitam a varredura dos sinais provenientes de cada aparelho telefônico. As principais placas de assinantes são:
• MTA (Módulo de Terminal de Assinante), para aparelhos telefônicos analógicos de assinantes comuns.
• MTP (Módulo concentrador de Telefones Públicos), para aparelhos telefônicos pú-blicos, moedeiros ou a cartão magnético.
• MAD (Módulo de Assinante Digital), para terminais digitais a 64 Kbits/s, como os modems digitais que utilizam esta taxa de transmissão.
As placas MAB (Módulo de Acesso Básico) e MAP (Módulo de Acesso Primário), ambas utilizadas para terminais da RDSI, estão em fase final de projeto. Estas placas, embora a-presentem características bem distintas das demais placas citadas acima, também são consideradas placas de terminais de assinantes.
2) Placas de juntores: corresponde as placas que são utilizadas no entroncamento com as demais centrais da rede ou, em alguns casos, com equipamentos CPCT que utilize sinaliza-ção de linha e registro entre centrais, ao invés da sinalização de assinante convencional. Cada tipo de placa de juntor utiliza uma sinalização de linha padrão, conforme se segue:
• JEM (Juntor analógico E&M a seis fios).
• JMS (Juntor analógico E&M a sete fios).
• JLT (Juntor analógico a dois fios de saída e no nível de assinante).
• JLE (Juntor analógico a dois fios de entrada).
• JDT (Juntor Digital). Essas placas fazem a interface física com o meio de transmissão externo. Internamente à
central, elas são interfaceadas com outros órgãos, responsáveis pela conexão dos sinais de sinalização. Assim, por exemplo, órgãos enviadores e receptores de tons multi-freqüenciais (MFC) devem ser comutados aos enlaces da placa de juntor para a efetiva troca de sinaliza-ção de registrador.
Com a implantação do sistema de sinalização #7 na Central ELCOM, foi desenvolvida uma nova placa de juntor, a placa JDL (Juntor Digital Link). Além de realizar todas as funções da placa JDT (Juntor Digital), a placa JDL pode ser utilizada para prover um enlace de da-
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dos de sinalização (canal de 64 Kbits/s) para um terminal de sinalização. O capítulo seguin-te descreve a placa JDL com mais detalhes.
3) Placas de matriz de comutação: realizam as funções de comutação entre os diversos dispositivos telefônicos distribuídos na central. Esta função é exercida pela placa MMC (Módulo de Matriz de Comutação) 2. Esta placa possui várias versões, que correspondem ao conjunto de funções que ela exerce dentro da central. As funções da placa MMC são reali-zadas pelos seguintes elementos que podem estar presentes na placa:
• Matriz de Comutação Intramodular: É a função básica da placa MMC e está presen-te em qualquer de suas versões. A matriz de comutação intramodular realiza comutações entre dispositivos presentes na própria unidade (módulo).
• Matriz de Comutação Intermodular: Esta matriz recebe enlaces de todas as outras placas MMC para realizar a comutação entre dois dispositivos presentes em unidades distintas da central.
• Gerador de relógio tipo R1 ou tipo R2. Gera um clock de referência necessário para garantir a sincronização dos canais digitais entre as unidades ou entre as centrais. O ti-po do relógio caracteriza sua precisão, sendo que um relógio do tipo R1 é mais preciso do que um relógio do tipo R2.
4) Placas auxiliares: consistem em placas dotadas de órgãos auxiliares diversos. Apesar de caracterizadas como auxiliares, muitos dos recursos disponíveis nestas placas são indispen-sáveis ao perfeito funcionamento da central ELCOM, como os circuitos enviadores e receptores de tons multi-freqüenciais. Dentre as placas auxiliares, podemos destacar as se-guintes:
• MTL (Módulo de Teste de Linha), para auxiliar na detecção de possíveis causas de problemas nas linhas dos assinantes.
• MPS (Módulo de Processamento de Sinais), para processamento e geração de sinais tais como detectores/enviadores multi-freqüenciais, receptores/enviadores MFC, gera-dores de tons, conferência, interface para modem, e máquina anunciadora.
4.1.3 Estrutura de Comutação A comutação é a função básica de uma central telefônica. Por isso, a central deve ter uma
estrutura de comutação que possibilite a manipulação do tráfego telefônico, realizando concentra-ções, distribuições e a comutação propriamente dita, dos canais de áudio e dados.
A estrutura de comutação da central ELCOM de 10 mil terminais é baseada em matrizes de comutação de 16 x 16 enlaces PCM. Estas matrizes realizam uma comutação temporal e cada uma delas trabalha com 16 enlaces PCM, com 32 canais digitais de 64 Kbits/s cada, totalizando 512 canais de 64 Kbits/s. Cada entrada destes canais pode ser comutada à saída de qualquer um dos demais canais dos 16 enlaces PCM conectados na matriz.
2 Duas novas placas de comutação e concentração de enlaces foram desenvolvidas recentemente pela Batik: a placa MCC e a MCE. Estas novas placas são utilizadas, em conjunto com as placas MMC, para ampliar a capacidade de comutação da central ELCOM de grande porte.
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Comutação intramodular
Toda unidade da central ELCOM é equipada com uma placa MMC conectada na posição 23. Cada placa MMC deve possuir, no mínimo, uma matriz de 16 x 16 enlaces PCM para realizar a comutação entre canais localizados no mesmo módulo ou unidade. Tal matriz é denominada Matriz de Comutação Intramodular. Os enlaces da matriz intramodular são distribuídos para as demais posições do barramento de controle, de forma a possibilitar que os canais de voz ou dados presentes em cada placa sejam conectados à matriz intramodular através de um destes enlaces.
Cada tipo de placa (assinante, juntor ou auxiliar) possui uma determinada demanda por ca-nais na matriz de comutação intramodular. Uma placa de terminal de assinante com 16 circuitos, por exemplo, necessita apenas da metade um enlace PCM que entra na matriz. Já uma placa de juntores digitais com dois troncos E1, cada um com 32 canais, precisará de 2 enlaces PCM.
Portanto, a distribuição dos enlaces PCM para as placas conectadas em uma unidade não é feita de maneira uniforme para as várias posições do barramento, mas sim de acordo com o tipo de placa que pode ser utilizada em cada posição.
Como as matrizes de comutação das placas MMC trabalham apenas com sinais digitais, as placas de terminais e juntores que utilizem sinais analógicos na interface com os equipamentos externos devem realizar a conversão analógico-digital necessária para permitir a inserção destes sinais no enlace PCM que atende a posição na qual a placa se encontra.
Uma vez garantida a presença de todos os possíveis sinais na entrada da matriz de comutação intramodular, a comutação entre dois canais específicos é requisitada por comandos do programa controlador, o qual controla todas as decisões de comutação necessárias para o estabelecimento das chamadas e outros serviços oferecidos pela central.
Devido ao caráter bidirecional dos canais de um enlace PCM, a comutação entre dois canais deve ser feita nas duas direções. Em outras palavras, para se comutar dois canais denominados A e B, deve-se comutar tanto o sinal de transmissão do canal A à recepção do canal B quanto o sinal de transmissão do canal B à recepção do canal A. Caso contrário, apenas um dos lados irá receber o sinal do outro lado.
Comutação intermodular
Os 4 últimos enlaces PCM da matriz intramodular são preferencialmente utilizados na comu-tação entre elementos localizados em unidades distintas da central. Esta comutação é realizada com o auxílio de uma segunda matriz, denominada Matriz de Comutação Intermodular, a qual deve estar presente em algumas das placas MMC da central.
O mecanismo de comutação intermodular é baseado em planos de comutação. Um plano de comutação corresponde a uma matriz de comutação intermodular na qual está conectado um dos 4 últimos enlaces PCM de cada matriz de comutação intramodular da central. Para o primeiro plano de comutação é utilizada uma matriz intermodular e os enlaces de número 13 de cada matriz intramodular. Para o segundo plano, é utilizado uma outra matriz intermodular e os enlaces de número 14 de cada matriz intramodular e, assim por diante.
29
Portanto, em uma central ELCOM, podem ser utilizados até 4 planos de comutação. Cada plano de comutação oferece 32 caminhos (1 enlace PCM de cada unidade) possíveis para comutação entre duas unidades da central. O número de planos de comutação a serem utilizados depende principalmente do número de unidades utilizadas para compor a central. Porém, outros fatores como o tráfego e o número de recursos comuns em cada unidade podem influenciar na decisão de se utilizar mais ou menos planos de comutação ou matrizes de comutação intermodu-lar.
Para exemplificar o uso dos planos de comutação, suponha que um determinado terminal de assinante de uma unidade A deva ser comutado a um juntor presente em uma segunda unidade B. O terminal de assinante está conectado à matriz de comutação intramodular da unidade A, através de um dos canais desta matriz. Do mesmo modo, o juntor da unidade B também está conectado à matriz intramodular de sua unidade por um dos canais desta matriz. Para que estes dois canais sejam comutados, as seguintes ações são realizadas:
1) O canal do terminal de assinante é comutado, via matriz de comutação intramodular da unidade A, a um dos canais de um enlace PCM conectado a um dos planos de comutação.
2) O processador da unidade A informa ao processador da unidade B qual das matrizes inter-modulares foi utilizada. Tal informação é enviada via rede local.
3) O processador da unidade B comanda a comutação do canal do juntor a um dos canais do enlace PCM conectado a matriz intermodular correspondente.
4) Em seguida, o processador B informa ao processador A qual o canal da matriz intermodu-lar que está comutado ao juntor.
5) O processador A solicita ao processador da unidade onde se encontra o plano de comuta-ção utilizado, quais canais devem ser comutados via matriz de comutação intermodular.
6) A comutação intermodular é então realizada e o caminho entre o circuito do assinante e o juntor é estabelecido.
Portanto, para se realizar a comutação entre dois canais de unidades distintas, são realizadas duas comutações intramodulares e uma comutação intermodular. Em outras palavras, é realizada uma comutação em dois níveis.
4.1.4 Arquitetura: Ponto de vista computacional Apesar de toda a sofisticação e a grande quantidade de elementos de hardware envolvidos na
Central ELCOM, do ponto de vista computacional, sua arquitetura pode ser sintetizada como uma rede local de computadores, cada qual interconectado ao sistema da aplicação telefônica. Esta visão é ilustrada na Figura 4.2.
30
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Rede local Aplicação telefônicaCen
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Figura 4.2: Arquitetura da Central – Ponto de vista computacional
O software executado nos computadores desta rede local controla então todo o sistema e im-plementa parte da funcionalidade da central. Os elementos do SS7 são bem mais baseados em software do que em hardware. Assim, é importante enfocar a arquitetura de software constituinte da Central ELCOM, conforme será visto a seguir.
4.2 Estrutura de Software da Central ELCOM O software da central ELCOM foi totalmente desenvolvido pela Batik, que vem acumulando
tecnologia em software aplicada à área de comutação durante o desenvolvimento de vários outros produtos, especialmente a central pública ELCOM 768T.
Todos os módulos de software utilizados para o controle da central ELCOM são escritos em linguagem de programação C ou em linguagem de montagem (assembly) para microprocessador Intel 80386 (ou superior). Estes módulos são compilados e agrupados (por meio da edição de ligação — link edition) em um único arquivo binário, o qual é denominado Programa Controla-dor.
O Programa Controlador interage praticamente com todos os dispositivos da central EL-COM, detectando e tratando a ocorrência de eventos. Ele também interage com equipamentos de OMS (Operação, Manutenção e Supervisão), tanto à distância, através de uma linha telefônica e um modem, quanto localmente, através de uma interface serial.
A central ELCOM usa replicação do Programa Controlador e dos dados de configuração para aumentar a confiabilidade do sistema. Assim, em qualquer instante, a mesma base de dados de configuração e o mesmo Programa Controlador estão disponíveis para todas as unidades e, na hipótese de falha de qualquer processador, a central continua operando normalmente, executando todas as funções a menos daquelas que eventualmente dependam de hardware controlado pelo processador faltoso.
Uma cópia do Programa Controlador é gravada na memória FLASH de cada unidade da cen-tral. Cabe ao programa de boot, executado durante a iniciação de uma unidade a partir de uma
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EPROM que equipa a placa-mãe de cada UCP, transferir o Programa Controlador da memória FLASH para a memória RAM e passar o controle do processador para o Programa Controlador.
Para impedir que a base de dados de configuração fique inconsistente durante um processo de alteração da mesma, somente a unidade de número 1, denominada unidade O&M (Operação e Manutenção), aceita comandos de escrita. Se essa unidade falhar, comandos de alteração da base de dados de configuração serão recusados até que a falha seja contornada e a unidade O&M volte à operação.
O mecanismo de replicação permite que os demais tipos de comandos — isto é, comandos que não alterem a base de dados de configuração — sejam dirigidos a qualquer unidade da central quando a unidade O&M encontra-se em falha. A unidade para a qual são dirigidos os comandos em qualquer circunstância é a unidade mestra, que, por definição, é a menor unidade ativa do sistema3. Desse modo, é possível interrogar qualquer dado de configuração do sistema, mesmo quando há apenas um processador ativo na central.
Além disso, uma unidade só é iniciada se a sua cópia do Programa Controlador for igual ao da unidade O&M. Se o programa não for o mesmo, a unidade O&M trata de atualizá-lo, transmi-tindo-o pela rede local para o programa de boot da unidade em questão, que se encarrega de escrever a nova cópia do Programa Controlador na memória FLASH da UCP. Ao fim dessa transferência, uma nova iniciação da unidade será bem sucedida. Essa estratégia permite ainda que a atualização do Programa Controlador em toda a central seja feita substituindo apenas aquele gravado na unidade O&M, o que pode ser feito por meio de comando homem-máquina via interface de OMS.
As diversas funções do Programa Controlador são organizadas em tarefas, que podem trocar mensagens entre si, mesmo estando em unidades distintas. Cada tarefa é implementada como uma máquina de estados, que, ao receber algum evento, realiza as ações cabíveis, podendo ainda gerar novos eventos para outras tarefas (ou para ela própria) e, eventualmente, fazer uma transição para um outro estado.
O Programa Controlador provê ainda o controle das temporizações, necessárias para realizar funções que dependem de marcação de tempo, tais como sinalização entre centrais, tarifação de chamadas, protocolos de comunicação e proteção contra falhas.
Todas as características citadas anteriormente fazem do Programa Controlador um sistema com processamento distribuído, multi-usuário, multitarefa, de tempo real e com mecanismos de tolerância a falhas.
O Programa Controlador do ELCOM está estruturado em 4 blocos principais, a saber:
• bloco do Sistema Básico;
• bloco de Inicialização e Configuração;
• bloco de Operação e Manutenção;
• bloco de Processamento de Chamadas. As próximas seções descrevem as principais funções e módulos de cada um dos blocos de
software do Programa Controlador.
3 Segue-se que a unidade O&M, quando está ativa, é sempre a unidade mestra.
32
4.2.1 Sistema Básico O sistema básico consiste nos módulos de software básico da central ELCOM. Ele provê as
primitivas de acesso aos recursos básicos do sistema. Estas primitivas são utilizadas por todo o software de aplicação da central.
As funções do sistema básico podem ser divididas em 2 grupos principais. O primeiro grupo é formado pelas funções para tratamento e acesso a cada tipo de placa da central. Para cada placa da central, existe um conjunto de primitivas básicas que permitem a interação do software de aplicação da central com o hardware da placa correspondente. Alguns dos módulos deste grupo de funções são listados a seguir:
• HWITC: funções para tratamento da placa ITC (Interface com o barramento de Contro-le).
• HWMTA: funções para tratamento da placa MTA (Módulo de Terminais de Assinantes).
• HWJEM: funções para tratamento da placa JEM (Juntor analógico sinalização E&M).
• HWJDT: funções para tratamento da placa JDT (Juntor Digital).
• HWMMC: funções para tratamento da placa MMC (Módulo de Matriz de Comutação). O segundo grupo disponibiliza e controla recursos computacionais mais abstratos. Este grupo
compreende funções tais como a geração da base de tempo, a criação e o escalonamento de tarefas, a comunicação entre processadores e a gerência de alocação dinâmica de memória. Os principais módulos deste grupo são:
• RTR: Controlador do Relógio de Tempo Real • TPO: Controlador de Temporizações. • MEM: Gerente de Alocação de Memória. • PROTOCOL: Protocolo de Comunicação entre Unidades. • NUCLEO: Núcleo de Programação Concorrente.
RTR PROTOCNúcleo LAN
Gerente de Temporizações
Interrupção de relógio
Gerente de Memória
TPO
MEM
Figura 4.3: Interação entre principais módulos do sistema básico da central ELCOM.
33
A Figura 4.3 mostra um diagrama esquemático com os principais componentes do bloco do sistema básico. Nesta figura, pode-se observar que o módulo do Núcleo de Programação Concor-rente interage com a maioria dos módulos do sistema básico. De fato, este módulo se utiliza dos demais recursos providos pelo próprio sistema básico para possibilitar a utilização de programa-ção concorrente na central ELCOM. Este recurso é fundamental para o desenvolvimento da aplicação da central e para a inclusão de novos elementos de software na central ELCOM, de uma maneira estruturada.
NUCLEO - Núcleo de Programação Concorrente
O NUCLEO (Núcleo de Programação Concorrente) é responsável pela criação e gerência das diversas tarefas do Programa Controlador. Ele determina a ordem de execução das tarefas e provê primitivas para a troca de mensagens entre elas. Além disso, o Núcleo realiza o controle de temporizações, disparadas pelas próprias tarefas, as quais recebem uma mensagem do NÚCLEO logo que uma temporização expira.
A comunicação entre tarefas no NUCLEO é baseada no conceito de caixas postais (CXPs). Uma caixa postal é uma estrutura composta de duas filas, uma de mensagens e outra de tarefas. Quando uma tarefa deposita uma mensagem em uma CXP, esta mensagem é colocada ao final da fila de mensagens desta CXP. As mensagens depositadas em uma CXP permanecem enfileiradas por ordem de chegada até que sejam consumidas. O consumo das mensagens de uma CXP pode ser realizado por uma ou mais tarefas. O depósito e consumo de mensagens em CXPs são realizados respectivamente através das primitivas de envio e recepção de mensagem do NUCLE-O. Quando uma tarefa chama a primitiva de recepção de mensagem de uma determinada CXP, a primeira mensagem desta CXP é retirada da fila de mensagens e lida pela tarefa receptora. Caso a CXP esteja vazia, esta tarefa é colocada na fila de tarefas e cede o controle do processador e ficará esperando, até que uma outra tarefa coloque uma mensagem nesta CXP.
O NUCLEO oferece também um esquema de sincronismo baseado em semáforos. Os semá-foros do NUCLEO são implementados através de caixas postais que nunca recebem mensagens e sim eventos para sincronização. Quando uma tarefa deseja sinalizar algum semáforo, ela sim-plesmente chama uma primitiva do núcleo que incrementa o contador de eventos da caixa postal. Da mesma forma, uma tarefa que esteja esperando em algum semáforo será acordada tão logo este seja sinalizado.
O núcleo utiliza seis níveis de prioridades distintas (0 até 5) para as tarefas. A prioridade de uma tarefa é estabelecida no momento de sua criação através da primitiva apropriada. A priorida-de de número 5 é reservada pelo próprio NUCLEO para uma tarefa especial, denominada "tarefa ociosa". Após uma tarefa entregar ou perder o controle do processador, o escalonamento de tarefas escolhe a próxima tarefa a ser executada, percorrendo sempre uma lista de tarefas prontas, em ordem crescente de prioridade.
4.2.2 Inicialização, Configuração e Reconfiguração O bloco de inicialização e configuração do Programa Controlador possui estreita ligação com
os dados de configuração da central. Estes dados são organizados em tabelas, denominadas tabelas de configuração, as quais são armazenadas em memória RAM com bateria. A Inicializa-
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ção é realizada a partir da leitura dos dados de configuração, presentes nas tabelas de configura-ção. A partir destes dados são inicializados o hardware e as estruturas de controle dos diversos elementos da central.
Antes que o Programa Controlador realize a inicialização é necessário que as tabelas sejam preenchidas com os parâmetros de configuração e operação dos elementos da central. Quando este procedimento está sendo realizado, dizemos que a central está em modo de Configuração. A Configuração é realizada através do envio de comandos de configuração por um equipamento de OMS conectado à central. Normalmente, estes comandos ficam armazenados, em arquivos, no próprio equipamento de OMS.
Após a Inicialização e Configuração da central, o Programa Controlador entra em modo de operação e inicia as demais atividades da central. Entretanto, durante o modo de operação, pode ser necessário alterar algum dado de configuração da central. O procedimento de alteração da configuração da central em modo de operação consiste na Reconfiguração da central. A Reconfi-guração da central deve ser realizada sem causar interrupção na operação da mesma, conforme os requisitos de disponibilidade de centrais públicas.
Cada tabela de configuração possui um checksum para garantir a confiabilidade dos dados. O bloco de inicialização e configuração é responsável também pela detecção e recuperação de erros nas tabelas de configuração. Esta recuperação é feita através da transferência de tabelas de configuração de outras unidades para substituição das tabelas inconsistentes, já que as tabelas de configuração são idênticas em todas as unidades da central.
Dentre os tipos de configuração existentes na central ELCOM, podemos destacar:
• Configuração de assinantes (CNFASS): especifica os números telefônicos de cada assi-nante da central, o terminal (placa e circuito) utilizado por cada assinante e os diversos parâmetros associados a cada assinante, tais como categoria do assinante e serviços su-plementares.
• Configuração de juntores (CNFJUN): especifica os juntores utilizados no entroncamento com as centrais vizinhas. Também descreve informações tais como a que rota de voz ca-da juntor pertence e qual sinalização de linha e registro utilizados sobre cada juntor.
• Configuração de dados de encaminhamento (CNFORI): especifica todos os dados neces-sários para o encaminhamento das chamadas telefônicas a serem cursadas pela central. Através da análise da seqüência de dígitos discados e da identificação do originador, a central define os dados de encaminhamento, tais como: rota de primeira escolha e rotas alternativas, informações de sinalização e de tarifação e o tipo de chamada.
• Configuração de dados de supervisão (CNFSUP): refere-se aos dados de supervisões de tráfego, de desempenho, de congestionamento e de falhas. Armazena a programação das supervisões solicitadas, bem como as medidas realizadas durante o período de cada su-pervisão, possibilitando posterior análise através de comandos do equipamento de OMS.
Apesar de as tabelas de configuração serem replicadas em todas unidades da central, existe
ainda uma proteção extra para evitar escritas indevidas nos endereços de memória reservados para os dados de configuração. Esta proteção consiste na utilização compulsória de comandos
35
(escrita em endereços de I/O) para placa UMM (Unidade de Memória de Massa) para habili-tar/desabilitar a escrita no trecho de memória a ser alterado. Desta forma, um erro de execução ou pane no processador que poderia provocar uma escrita indevida nas posições de memória reservadas para configuração são contornadas, minimizando o risco de perda de configuração da central.
4.2.3 Operação, Manutenção e Supervisão (OMS) O sistema de Operação, Manutenção e Supervisão do ELCOM possibilita o acesso à central
pelos equipamentos de OMS e provê as funções necessárias para a administração da central. Este bloco de software é o mais extenso e a tendência é que ele cresça ainda mais, devido à grande variedade de novas funcionalidades que deverão ser incorporadas à central ELCOM.
O sistema de OMS interage diretamente com o equipamento de supervisão e com todos os outros subsistemas da central ELCOM para coletar e configurar dados de operação e manuten-ção de cada elemento da central.
PRO CSR/UMS EXEC
Para outros EXEC
BIL
DSA
SFA
AQS
REF
INC
GFA
MM
CGT
SDO
STC
STO
CRT
ALA
RS3
RS2
RS1
CTF
Figura 4.4: Diagrama em blocos do subsistema de OMS da central ELCOM
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A Figura 4.4 mostra como os módulos de software pertencentes ao bloco de OMS são estru-turados. A cada unidade da central podem ser conectados até três equipamentos externos de OMS, uma vez que pode haver três interfaces seriais disponíveis em uma unidade (RS1, RS2 e RS3). Estes equipamentos podem estar ligados localmente, via cabo serial, ou remotamente, via modem.
O envio e recepção de pacotes de dados entre a central ELCOM e o equipamento de OMS é realizado pelo módulo de protocolo de comunicação serial (PRO), desenvolvido pela própria Batik. A cada interface serial de uma unidade é associado um controlador de interface (CSR/UMS). O controlador de interface monitora as conexões estabelecidas na interface serial correspondente, informando ao módulo executor (EXEC) de comandos apropriado o início e o fim de uma conexão, os dados sobre o tipo da conexão e os comandos enviados pelo equipamento de OMS.
Toda unidade da central pode receber comandos de OMS — um comando recebido é imedia-tamente repassado para o executor de comandos da unidade mestra. Portanto, para cada conexão possível, é necessário um executor de comandos em cada unidade da central. Como o número máximo de unidades de uma central ELCOM de 10 mil terminais é 16 e, em cada unidade, podem ser utilizadas até 3 interfaces seriais, podem haver 48 conexões simultâneas na central ELCOM. Por conseqüência, cada unidade possui 48 instâncias da tarefa EXEC para execução de comandos de OMS.
Os comandos são divididos em três classes:
• comandos que alteram a base de dados de configuração;
• comandos que interrogam a base de dados de configuração e
• comandos que atuam sobre dados específicos de unidades específicas. Comandos que alteram a base de dados de configuração só serão aceitos pela unidade O&M,
conforme já foi mencionado. Se a unidade mestra atual não for também a unidade O&M, o executor de comandos retornará uma mensagem para o equipamento de OMS indicando que aquela operação está temporariamente bloqueada. Caso contrário, como todas as outras unidades devem realizar esta alteração para manter a consistência das tabelas entre as unidades, o executor de comandos repassa o comando a todos os demais executores em cada unidade da central associados à mesma interface serial e envia a resposta ao equipamento de OMS.
Se o comando recebido for da segunda classe, o executor de comandos da unidade mestra imediatamente envia a resposta para o equipamento de OMS, tendo em vista que a base de dados de configuração é replicada.
Por fim, se o comando for do tipo que atua sobre dados específicos de unidades específicas, isto é, dados não replicados, o executor de comandos envia o comando para as tarefas adequadas das unidades envolvidas. Em algumas situações, uma resposta indicando sucesso é imediatamente retornada para o equipamento de OMS; em outras, o executor de comandos aguarda que as tarefas remotas enviem as respostas à execução do comando e repassa essas respostas para o equipamento de OMS.
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Em qualquer dos casos, o envio de resposta se dá com o executor de comandos enviando-a ao controlador da interface serial por onde a conexão foi estabelecida, que então enviará a mensagem para o equipamento de OMS utilizando o protocolo de comunicação serial.
4.2.4 Processamento de Chamadas O bloco de processamento de chamadas da central ELCOM realiza as diversas funções ne-
cessárias para o estabelecimento e controle das chamadas. Em outras palavras, este bloco implementa, de forma efetiva, a aplicação telefônica na central ELCOM.
Para realizar o estabelecimento de chamadas a central deve receber, tratar e enviar sinais de controle, os quais podem ser codificados de diversas formas, de acordo com o tipo da sinalização a ser utilizada. Através destas sinalizações, o bloco de processamento de chamadas é capaz de detectar as diversas solicitações de estabelecimento de chamada, provenientes dos próprios assinantes da central ou de outras centrais da rede telefônica.
De acordo com as informações recebidas do solicitante da chamada, o bloco de processamen-to de chamadas realiza novas sinalizações e comutações. Estas novas sinalizações podem ser sinalizações de assinante, no caso de o assinante chamado ser um assinante da própria central, ou sinalização linha e registrador, no caso da necessidade de encaminhar a chamada para outra central.
O bloco de processamento de chamadas é composto por diversos módulos. Cada módulo implementa uma tarefa para controlar um determinado recurso utilizado no processamento de chamadas. Uma tarefa pode ter diversas instâncias, de acordo com o número de recursos contro-lados por ela. Para realizar o controle de uma chamada, as instâncias de cada tarefa envolvida são alocadas e associadas durante toda a duração da chamada ou em alguns momentos dentro deste período. A Figura 4.5 apresenta a estrutura modular do bloco de processamento de chamadas.
SMFC
AMJ CJU
CAS
SLA
TME
TMS ENVMF
TAX MFA
CCE
CCO
HW
HW
HW
HW
HW T e r m i n a i s
A s s i n a n t e s
C e n t r a i s
V i z i n h a s
Figura 4.5: Principais tarefas do processamento de chamadas na Central ELCOM
Os diversos módulos (ou tarefas) do processamento de chamada são descritos a seguir:
• CAS (Controlador de Assinantes): controla os eventos relacionados com os assinantes da central, quando estes estão originando ou recebendo chamadas, dentre outras situações. Há uma instância do CAS para cada assinante da central. No caso de chamadas origina-das, o CAS deve solicitar a alocação de um controlador de chamadas originadas (CCO) para iniciar o processo de estabelecimento da chamada. No caso de chamada terminada
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(recepção da chamada), a alocação do CAS é solicitada por um controlador de chamadas (COO ou CCE).
• SLA (Supervisão de Loop de Assinantes): realiza a varredura dos sinais provenientes de cada terminal de assinante. Analisa os períodos e seqüências de abertura e fechamento de loop de um terminal e, a partir desta análise, gera eventos para o CAS corresponden-te. Dentre os eventos gerados, os mais comuns são “fone no gancho”, “fone fora do gancho” e dígitos discados.
• MFA (Controlador de receptores DTMF): no caso do terminal de assinante utilizar sinais multi-freqüenciais para o envio de dígitos, o MFA realiza a varredura destes sinais e ge-ra os eventos apropriados para o CAS correspondente.
• ENVMF (Controlador de enviadores DTMF): controla a alocação de circuitos enviado-res de sinais DTMF para os terminais de assinante. Este recurso é utilizado principalmente para terminais com equipamentos de identificação de assinante chamador (BINA), os quais necessitam receber da central os dígitos correspondentes.
• CTM (Controlador de tons nos assinantes): responsável pelo controle de envio de sinali-zação audível para os assinantes. Como exemplos mais comuns de sinalização audível temos o tom de discar, tom de controle de chamada e o tom de ocupado.
• CCO (Controlador de Chamadas Originadas): realiza o controle das chamadas origina-das pelos assinantes da central. Um CCO é alocado por um CAS, quando o assinante correspondente retira o telefone do gancho para iniciar uma chamada telefônica. Portan-to, para cada chamada originada em andamento na central, existe uma instância do CCO. O CCO recebe do CAS os dígitos discados pelo assinante, verifica o tipo de chamada (intracentral ou de saída), aloca os recursos necessários para encaminhar a chamada e a-tiva a tarifação apropriada para a chamada.
• CCE (Controlador de Chamadas de Entrada): realiza o controle das chamadas de entrada da central, ou seja, chamadas originadas por assinantes de outras centrais. Um CCE é a-locado por um CJU, quando este verifica que existe uma solicitação de chamada via juntor de entrada correspondente. Portanto, para cada chamada de entrada em andamento na central, existe uma instância do CCE. O CCE recebe do CJU os dígitos e demais si-nais enviados pela outra central, verifica o tipo de chamada (terminada ou trânsito), aloca os recursos necessários e executa os comandos para encaminhar a chamada.
• CJU (Controlador de Juntores): assim como o CAS realiza o controle de cada assinante, o CJU controla os juntores da central. Existe uma instância do CJU para cada juntor da central. Nas chamadas de entrada, o CJU associado ao juntor de entrada deve alocar um controlador de chamada de entrada (CCE) para trocar sinalização com a outra central e encaminhar a chamada para um assinante da central (no caso de chamada terminada) ou para um outro juntor (no caso de chamada TANDEM). Em chamadas originadas de saí-da ou em chamadas de entrada TANDEM, o CCO ou o CCE correspondente deve alocar um CJU apropriado, para encaminhar a chamada para a próxima central telefônica.
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• AMJ (Amostrador de juntores): realiza a varredura dos sinais nos juntores da central. É responsável pela sinalização de linha dos juntores, gerando os eventos apropriados para o CJU de cada juntor da central.
• CTJ (Controlador de tons nos juntores): responsável pela sinalização audível nos junto-res da central. Esta sinalização é utilizada em chamadas terminadas na central, quando se deve informar ao assinante chamador de outra central se o assinante chamado está livre, utilizando o “tom de controle de chamada”, ou se está ocupado, utilizando o “tom de o-cupado”.
• ALR (Gerente de Alocação de Registradores): realiza a alocação de receptores e envia-dores de sinais MFC para a troca de sinalização de registro entre a central ELCOM e outra central da rede. O receptor ou enviador de MFC é comutado ao juntor, através de comando do CJU.
• TMS (Gerente de Sinalização MFC de saída): realiza o envio de sinais MFC para frente e a identificação de sinais de MFC para trás, de acordo com solicitação do CJU para tro-ca de sinalização de registro com a central remota para uma chamada de saída.
• TME (Gerente de Sinalização MFC de entrada): realiza a identificação de sinais MFC para frente e o envio de sinais MFC para trás, de acordo com solicitação do CJU para troca de sinalização de registro com a central remota para uma chamada de entrada.
• SMFC (Amostrador de sinalização MFC): realiza a varredura dos sinais MFC recebidos em um juntor, gerando eventos para o TMS ou o TME para informar-lhes da presença, ausência ou modificação dos sinais MFC recebidos.
• CMI (Controlador de enlaces intramodulares): realiza as comutações de canais da pró-pria unidade, via matriz de comutação intramodular. Além disso, controla a alocação de canais nos planos de comutação, para posterior comutação intermodular.
• CME (Controlador de enlaces intermodulares): responsável pelas comutações realizadas na matriz de comutação intermodular da unidade.
• TAX (Controlador de tarifação): responsável pelo controle da tarifação das chamadas originadas pelos assinantes da central ELCOM, gerando a contagem de impulsos de a-cordo com a classe, método e horário da chamada.
• CJMA (Controlador de Juntores de Máquina Anunciadora): controla as solicitações do CCO ou CCE para conexão de canais de voz (assinantes ou juntores) a um juntor da má-quina anunciadora. A cada juntor de máquina anunciadora é associada uma mensagem. Desta forma, se houverem várias chamadas solicitando o anúncio de uma mesma men-sagem, todas estas solicitações são atendidas simultaneamente, através da comutação unidirecional do canal do juntor da máquina anunciadora aos canais de assinantes e jun-tores que aguardam a mensagem solicitada.
• CCF (Gerente de circuitos de conferência): responsável pelo controle da alocação dos circuitos de conferência disponíveis na unidade da central. A alocação de um circuito de conferência é solicitada pelo CAS, quando o assinante correspondente solicita este servi-ço suplementar.
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4.2.5 O sistema de mestria de unidades da central Apesar do programa controlador ser o mesmo em todas as unidades da central, existe a ne-
cessidade de se eleger uma das unidades da central como unidade mestra. A função da unidade mestra é manter a homogeneidade dos programas controladores e dos dados de configuração entre todas as unidades. A unidade mestra realiza a consistência destes dados no instante da ativação ou reativação de uma unidade. Caso haja inconsistência, a unidade mestra se encarrega de atualizar a unidade em questão, enviando-lhe os dados corretos. A unidade mestra também é utilizada para realizar tarefas, que devem ser concentradas em uma única unidade, tais como o envio automático de alarmes da central para o equipamento de supervisão remota, o controle e tratamento dos comandos de operação e manutenção da central, a verificação de consistência entre os relógios da central, etc.
A eleição da unidade mestra é realizada na iniciação das unidades, da seguinte forma: a) Se a unidade de OMS (unidade de número 1) se inicia, ela assume a mestria incondicional-
mente, informando as demais unidades presentes na rede. As demais unidades atualizam a informação de qual é a unidade mestra da central. Caso alguma outra unidade estiver ope-rando como mestre neste momento, ao receber a informação que a unidade de OMS está ativa, ela abdica da mestria imediatamente.
b) Quando uma outra unidade (não a de OMS) se inicia, ela informa sua presença na rede e inicia o processo de eleição da unidade mestra. A unidade então dispara uma temporização de período proporcional ao seu número de identificação. Neste período, a unidade fica a-guardando uma mensagem de declaração de mestria da unidade mestra atual. Quando esta mensagem é recebida, a unidade cancela a temporização e guarda a informação de qual é a unidade mestra da central. Caso a temporização expire antes da chegada da mensagem de declaração da unidade mestra, a unidade se elege mestra e envia a mensagem de declaração de mestria às demais unidades.
c) Ao detectar a presença de uma nova unidade na rede, a unidade mestra atual deve enviar a declaração de mestria para a unidade em iniciação, exceto se esta unidade for a unidade de OMS.
d) No caso de queda da unidade mestra atual, as demais unidades entram em processo de eleição da nova unidade mestra conforme item (b).
Em resumo, quando a unidade de OMS está presente, ela sempre será a unidade mestra da central. No caso de falha da unidade mestra, a unidade presente com o menor número de identifi-cação assume a mestria. Uma unidade mestra só perde a mestria se ela entrar em falha ou se a unidade de OMS reassumir a mestria da central.
4.2.6 Carga do Programa Controlador da Central A transferência do Programa Controlador para a CPU de uma unidade da central ELCOM
pode ser realizada de duas formas: via interface serial, utilizando o equipamento de supervisão; ou via rede local entre os processadores da própria central.
No primeiro modo, a transferência é feita após o estabelecimento de comunicação, via cabo serial, entre o programa de BOOT da unidade e o programa CSR (Centro de Supervisão Remota),
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localizado no equipamento de supervisão. O arquivo binário do programa controlador é transferi-do do CSR ao programa de BOOT, o qual armazena os dados recebidos na memória FLASH da unidade. Na próxima iniciação da unidade, o programa de BOOT irá detectar a presença do programa controlador na memória FLASH e fará a transferência deste programa para a memória principal da CPU. Em seguida, o programa de BOOT passará o controle do processador para o programa controlador, que iniciará a operação normal da unidade.
A outra forma de transferência do programa controlador se faz de uma unidade para outra, quando o programa controlador de uma unidade está inválido (não consistente ou com versão diferente). Cada vez que uma unidade é iniciada e torna-se acessível às demais unidades através da rede local, a unidade mestra verifica se o programa controlador desta unidade é igual ao seu programa controlador, através da comparação de checksum (soma dos bytes de cada programa controlador). Caso haja diferença entre os programas controladores, a unidade mestra irá enviar o programa controlador correto para a unidade em iniciação, através da rede local. A unidade em iniciação recebe os dados do programa controlador e os armazena na memória FLASH. Quando a transferência do programa termina, a unidade em iniciação é reiniciada para que o programa em memória FLASH seja transferido para a memória principal.
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5
Implementação do SS7 na Central Batik ELCOM
Capítulo
A rede de sinalização SS7 na Central Batik ELCOM se baseia nas especificações das recomenda-ções da série Q.700 da ITU [ITU93], bem como nas normas da Telebrás [Tele711] [Tele735]. O comportamento dos componentes do SS7 é detalhadamente especificado nas recomendações ITU através de uma linguagem gráfica própria, baseada em fluxogramas. Esta Linguagem de Especifi-cação e Descrição de Sistemas (LEDS/SDL) da ITU é apresentada no Apêndice B.
Por ser uma central telefônica, a ELCOM já possui uma estrutura propícia para incorporação do Subsistema de Usuário Telefônico (TUP) e do Subsistema de RDSI (ISUP). Contudo, a implementação destes subsistemas, bem como dos componentes do MTP da sinalização por canal comum SS7, exigiu um estudo e planejamento detalhado para adequação à arquitetura de hardware e software da Central ELCOM. Assim, foi previamente elaborada na Batik uma especificação técnica sobre a implantação geral do SS7 na Central ELCOM [Batik96]. Esta especificação considerou as características da Central ELCOM, as possibilidades tecnológicas disponíveis e os requisitos mínimos de confiabilidade e desempenho para o Subsistema de Transferência de Mensagens especificados pela Telebrás [Tele711].
Partindo-se das diretrizes gerais desta especificação técnica, foi detalhadamente definida e realizada a implementação na Central ELCOM dos diversos componentes do SS7. A parte prática do presente trabalho se insere nesta implementação.
5.1 Diretrizes para a implantação do SS7 na Central ELCOM
O surgimento da tecnologia denominada Computer Telephony [Newt98] trouxe uma série de soluções de hardware e software que permitem criações de aplicações telefônicas em computado-res. Considerando que a Central ELCOM Batik consiste em um sistema de processamento distribuído baseado em computadores PC-compatíveis interconectados por uma rede local, boa parte das soluções disponíveis para esta plataforma de computadores pessoais tão comum poderia ser incorporada à estrutura da Central ELCOM.
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Além disso, já existem diversos produtos soluções comerciais que oferecem um sistema completo para implantação de Sistemas de Sinalização SS7 em centrais telefônicas, em geral na forma de um equipamento anexo, tratado como uma “caixa preta” anexada à central.
A adoção de soluções comerciais disponíveis para uso na Central ELCOM envolve uma série de aspectos que devem ser considerados com cautela, tão mais acentuados quanto mais completa é a solução em questão:
• Soluções completas em geral não oferecem um detalhamento ou um grande nível de interação relativo a seus componentes e estrutura internos, dificultando ou mesmo im-possibilitando manutenções ou análises de partes de sua estrutura, trazendo uma grande dependência e limitação no fabricante do componente SS7 integrado.
• As soluções, em geral disponíveis no mercado dos EUA e Europa, requerem adaptação para as características específicas da rede de telecomunicações do Brasil, bem como para integração à estrutura de hardware e software da Central ELCOM.
• Estas soluções em geral possuem custo bastante elevado, o que deve ser levado em gran-de consideração, sob pena de inviabilizar o custo total resultante da Central.
É importante portanto que a Batik possua suficiente domínio da tecnologia dos componentes de sinalização por canal comum, garantindo autonomia para fazer alterações necessárias no sistema em um natural processo de constante evolução, bem como aplicar a tecnologia em outros produtos e equipamentos desenvolvidos pela Batik.
O desenvolvimento integral da implementação de SS7 na ELCOM pela equipe da Batik re-quer a formação de projetistas com experiência e domínio de SS7. Existe também a necessidade de rapidez no processo de implantação do SS7, dentro do competitivo mercado brasileiro de telecomunicações.
Assim, optou-se por uma solução mista, com a aquisição de alguns componentes básicos do Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 em hardware e software que se adequassem mais facilmente à estrutura da Central ELCOM, somada à formação de uma equipe de desenvolvimen-to composta por projetistas da Batik e pesquisadores da UFMG, para estudo e adequação dos componentes adquiridos e implementação dos demais componentes necessários.
Esta alternativa possibilitou um início rápido do processo de implantação, partindo-se de componentes com bom grau de confiabilidade e estabilidade.
5.2 Implementação do SS7 na Central ELCOM Os seguintes produtos comerciais de terceiros foram adotados para a implementação do SS7
na Central ELCOM:
• Placas de terminal de sinalização SS7, implementando em hardware a maior parte das funções do MT2;
• Código-fonte de software implementando as funções do MTP3, funções do MTP2 não implementadas na placa SS7 e interface do MTP2 com o MTP3 e com a placa SS7.
A partir disto, a implementação dos diversos níveis do SS7 na Central é apresentada a seguir.
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5.2.1 Nível físico – MTP1 O nível 1 (físico) do MTP foi totalmente implementado por hardware pela equipe de desen-
volvimento da Batik, através de uma adaptação da estrutura já utilizada na Central ELCOM para comunicação entre centrais que utiliza feixes PCM de 2048 Kbps com 32 canais de 64 Kbps.
Foi feita uma implementação muito flexível, onde o enlace de dados de sinalização do SS7 pode ser transmitido por um canal de qualquer enlace PCM da Central. Enquanto a transmissão externa (para a central adjacente) se dá por um canal de enlace PCM, a conexão com a placa SS7 utiliza interface V.35, padrão em geral usado em comunicações seriais via modem.
Foi necessário o desenvolvimento de uma nova placa de juntores digitais na Central, respon-sável por intermediar a conexão entre o canal SS7 em um enlace PCM e a placa de terminal de sinalização SS7 que processa o sinal no nível 2 do MTP. É a placa JDL - Juntor Digital para Link SS7, representando, portanto, o principal elemento de nível 1 do MTP implementado.
5.2.2 MTP2 A placa de terminal de sinalização SS7 adotada é uma placa em barramento ISA para compu-
tadores PC, cuja interface com o computador e conseqüentemente com o software se dá da maneira convencional em ISA/PC, por registradores em endereços de E/S e memória comparti-lhada DMA (Direct Memory Access) associados à configuração da placa no computador. Cada placa é conectada diretamente no barramento ISA de uma placa-mãe PC da central.
Já o componente de software do MTP2, incluído no código-fonte adquirido, é responsável pelo trabalho de detecção, configuração e inicialização das placas SS7, bem como uma série de tarefas de gerência do MTP2 e interface com o a placa SS7 e com o MTP3.
5.2.3 MTP3 O nível 3 do MTP é inteiramente implementado em software e deve interagir com o MTP2 e
o TUP, ambos distribuídos na Central. O MTP3 compreende dois conjuntos de funções: gerência da rede de sinalização — gerenciamento do MTP (GMTP) e tratamento de mensagens de sinalização (TMS).
A Gerência do Subsistema de Transferência de Mensagens (GMTP) deve apresentar uma arquitetura centralizada apropriada para suas funções de gerenciamento, embora deva existir um mecanismo de gerenciamento duplicado ou reserva que garanta a tolerância a falhas e continui-dade de funcionamento do módulo.
O TMS interage com instâncias do TUP e qualquer outro módulo usuário de nível 4 presente, com as diversas instâncias do MTP2 e com o GMTP. Para uma adequação do TMS à estrutura de software já existente na Central ELCOM 4KT, é preciso considerar que uma arquitetura distribu-ída facilita a comunicação com os níveis 2 e 4, enquanto que uma arquitetura centralizada condiz melhor com a estrutura do GMTP.
Para configuração e supervisão da sinalização por canal comum na Central ELCOM 4KT, o MTP3 deve se comunicar com o equipamento de supervisão da central telefônica, também denominado Centro de Supervisão Remota (CSR). O CSR é conectado à central utilizando interface serial ou modem.
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5.2.4 Subsistemas de aplicação usuária: TUP e ISUP Os Subsistemas TUP (Telephone User Part) e ISUP (ISDN User Part) foram desenvolvidos
na Batik. São componentes de software de nível 4, aplicações do SS7 que interagem com o MTP3. O TUP e o ISUP foram desenvolvidos paralelamente à implementação do MTP.
O TUP, que basicamente implementa através de mensagens na rede de sinalização SS7 a sinalização telefônica para o estabelecimento de chamadas, foi desenvolvido pela equipe da Batik, já com grande experiência na aplicação telefônica.
Já o ISUP coube principalmente ao trabalho como atividade do convênio DCC/Batik pelo aluno de Mestrado Marcelo R. P Miranda.
5.3 Aspectos da implementação do software do MTP
5.3.1 Sistema “monolítico” em MS-DOS A versão de implementação do software do MTP da qual se partiu fazia um tratamento “mo-
nolítico” do sistema, sendo integrado em um grande e única aplicação MS-DOS, monotarefa e monoprocessada. Assim, este era uma aplicação de execução seqüencial.
O mecanismo de troca de mensagens entre os diversos componentes do MTP3 e da camada de software do MTP2 neste sistema é feito através de caixas postais associadas a cada fluxo direcional de troca de mensagens entre dois componentes. Em outras palavras, se o componente X pode enviar mensagens para o componente Y, existe uma caixa postal associada ao fluxo de X para Y. Note que o fluxo na direção contrária, de Y para X, exige outra caixa postal. A estrutura e interações neste modelo MTP “monolítico” estão representados na Figura 5.1.
MTP
Caixas postais em área
de memória
global
Figura 5.1: MTP “monolítico” em DOS
As caixas postais são implementadas como estruturas de fila em uma área de memória com-partilhada por todos os componentes do sistema.
O tratamento da ocorrência assíncrona de mensagens neste sistema baseia-se em mecanismo de “espera ocupada”, isto é, loops infinitos onde é feita uma varredura contínua das caixas postais. Além disso, vários outros tratamentos da implementação MS-DOS são baseados na execução cíclica.
Assim, podemos caracterizar o sistema como uma execução cíclica contínua de duas etapas:
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1. A varredura e recepção de mensagens recebidas (sinais de entrada). 2. O processamento e envio de mensagens, de acordo com a máquina de estados de cada
componente.
5.3.2 Implementação multitarefa monoprocessada na Central ELCOM Para uma primeira incorporação do software do MTP na Central ELCOM, as seguintes modi-
ficações básicas precisaram ser feitas:
• Adaptação do código-fonte, baseado no compilador Microsoft Visual C para MS-DOS utilizando palavras de 16 bits para o compilador Metaware HighC em modo protegido do MS-DOS manipulando palavras de 32 bits, utilizado para geração do software da Central.
• Substituição do armazenamento de informações de configuração em disco, passando-se a armazenar as informações necessárias na memória não volátil (FLASH) utilizada na Central ELCOM.
A principal modificação, contudo, foi a substituição da estrutura do programa como um loop em espera ocupada para tarefas do NUCLEO. O programa foi dividido em duas tarefas do NUCLEO, correspondendo aos componentes do MTP2 (tarefa_mtp2) e do MTP3 (tarefa_mtp3).
Como os mecanismos implementados no programa eram extensamente baseados na execução cíclica contínua, foi introduzida dentro do ciclo uma primitiva do NUCLEO que causava um atraso na tarefa a cada ciclo, liberando temporariamente o processador para execução das demais tarefas do sistema em execução na unidade.
Apesar da modificação para uma estrutura multitarefa do software do MTP nesta etapa, defi-niu-se a execução das tarefas de MTP2 e MTP3 de maneira centralizada, apenas na unidade de OMS da Central ELCOM. Com isso, a presença de placas de terminal de sinalização SS7 estavam também limitadas a esta unidade, já que as placas devem interagir com a camada de software do MTP2 na própria unidade onde estão instaladas.
A Figura 5.2 representa a divisão do software do MTP nesta implementação.
CSRISUPTUP
Caixaspostais
emMemóriacompar-tilhada
tarefa_mtp3
tarefa_mtp2
Hardware MTP2
Figura 5.2: Software do MTP multitarefa centralizado na ELCOM
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5.3.3 Implementação descentralizada na Central ELCOM A implementação com MTP na Central ELCOM como duas tarefas, centralizadas em uma só
unidade, embora seja uma solução aceitável, possui dois grandes inconvenientes:
• A presença da camada de software do MTP2 apenas em uma unidade implica também na possibilidade de existência de placas de terminal de sinalização SS7 somente na placa-mãe PC desta unidade. Como os slots disponíveis no barramento ISA da placa-mãe são em quantidade bem limitada, o número máximo de placas SS7 e conseqüentemente de enlaces de sinalização SS7 instaláveis na Central fica bem restrito.
• Centralização de algum recurso vai contra as diretrizes de confiabilidade que a central deve oferecer, como descentralização, tolerância a falhas e redundância de recursos.
Assim, partiu-se para a elaboração de uma estrutura adicional que permitisse a descentraliza-ção do MTP2, com relação à sua camada de software e, em conseqüência direta, das placas de hardware MTP2.
Embora o MTP3 seja um componente intrinsecamente centralizado, a característica de re-dundância e tolerância a falhas do MTP seria desejável, ou seja, a possibilidade de software do MTP3 ser executado em outra unidade que não a unidade de OMS, garantindo a possibilidade de transferência do MTP3 para outra unidade em caso de falha da unidade de OMS. Contudo, esta implementação foi deixada para uma fase posterior e é parte do trabalho da dissertação de mestrado de Welter L. Silva.
Para a descentralização do MTP, foi adotado o seguinte esquema básico:
• As tarefas de MTP passaram a poder ser executadas em qualquer unidade. Contudo, so-mente na unidade de OMS a tarefa do MTP3 ficaria efetivamente ativa.
• Com a presença de MTP2 em diversas unidades, todas estas passam a poder comportar placas de terminal de sinalização SS7 na placa-mãe da unidade, aumentando o número máximo total de enlaces de sinalização SS7 instaláveis na Central.
Resta porém, neste esquema, uma grande questão: a troca de mensagens entre os diversos componentes, inclusive entre MTP3 e MTP2, eram até agora feitos através de mensagens em caixas postais residentes em uma área de memória comum. Com a distribuição em diferentes computadores, não é possível na estrutura da central a existência de uma área de memória global e compartilhada por todas as tarefas de MTP3 e MTP2 de todas as unidades onde estejam em execução.
Foram desenvolvidas então tarefas auxiliares, responsáveis por fazer o transporte de mensa-gens das caixas postais então utilizadas entre o MTP2 e o MTP3, quando estes estiverem em unidades distintas.
Isto significa que uma tarefa MTP2 executando em uma unidade diferente daquela onde está o sendo executado o MTP3 ativo continuará a utilizar transparentemente as caixas postais em uma área de memória global daquela unidade. Contudo, mecanismos auxiliares devem fazer o trabalho de:
• Fazer uma varredura das mensagens para o MTP3 colocadas pelo MTP2 da unidade em uma das caixas postais do MTP2 para o MTP3, extrair estas mensagens e repassá-las, a-
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través do mecanismo de mensagens da rede da Central ELCOM, para a unidade onde es-tá o MTP3 ativo.
• Receber as mensagens vindas do MTP3, que também foram repassadas por um meca-nismo análogo executando na unidade do MTP3 ativo, e colocá-las nas devidas caixas postais da unidade, como se um MTP3 na própria unidade as tivesse enviado.
A primeira tarefa pode ser incluída nas próprias tarefas MTP2 e MTP3, pois correspondem a ações que podem ser executadas sempre logo após um ciclo de processamento normal da tarefa.
Já a recepção de mensagens vinda de outra unidade pode tirar proveito do mecanismo de controle de tarefas do núcleo. Assim, esta parte é colocada em uma tarefa auxiliar separada, que recebe as mensagens através da primitiva de recepção de mensagens do NUCLEO. Esta primitiva faz com que a tarefa libere o processador e fique inativa até que chegue uma mensagem na caixa postal (CXP) do NUCLEO de onde esta tarefa auxiliar busca mensagens.
Esta criação de tarefas auxiliares é aplicável:
• No MTP2, ao processo de recepção de mensagens vinda do MTP3 em outra unidade.
• No MTP3, tanto ao processo de recepção de mensagens vinda do MTP2 de outras uni-dades, quanto à recepção de mensagens vindas do nível de usuário ou do Centro de Supervisão Remota (CSR).
A estrutura de tarefas resultante está representada na Figura 5.3 a seguir.
CSR ISUP TUP
tarefa_recebe_user_mtp3
Caixas postais
em Área de memória compar-tilhada
Caixas postais
em Área de memória compar-tilhada
tarefa_recebe_mtp2_mtp3
tarefa_mtp3
tarefa_recebe_mtp3_mtp2
tarefa_mtp2
Hardware MTP2
tarefa_mtp3
tarefa_recebe_mtp3_mtp2
tarefa_mtp2
Hardware MTP2
Red
e lo
cal
Figura 5.3: Tarefas do software do MTP descentralizado
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6
Conclusões
Capítulo
Este trabalho apresentou um estudo em profundidade sobre o Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 – SS7, com considerações sobre as vantagens e viabilidade de implantação desse sistema nas redes de telecomunicações, bem como uma análise das áreas de pesquisa e trabalhos relacionados identificados, referentes ao SS7. Apresentou também a implementação do protocolo MTP do SS7 na Central Batik ELCOM, desde o modelo monolítico e a implantação inicial centralizada até a evolução para um MTP descentralizado, na arquitetura de processamento distribuído da Central ELCOM.
Foi ressaltado que o Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 provê uma rede digital de transporte de dados por comutação de pacotes, genérica e independente dos canais de voz da rede telefônica. A rede SS7 introduz sinalização digital por canal comum à aplicação telefônica, através dos subsistemas usuários TUP e ISUP. No entanto, a rede SS7 é aberta a novos tipos de aplicações, como a Rede Inteligente (RI) ou o acesso a bancos de dados centralizados na rede.
Contudo, a rede SS7 se sobrepõe às redes de telecomunicações. Freqüentemente, centrais de comutação telefônica são também pontos de sinalização, isto é, nodos na rede SS7, podendo prover acesso local aos usuários de serviços baseados em SS7 (PAS) e também transferência como elemento intermediário nas rotas de sinalização (PTS). Além disso, a rede SS7 pode possuir nodos independentes para a transferência de sinalização (PTS).
Com a visão detalhada da Central ELCOM Batik, pode-se observar o quão rica é a aplicação de uma central de comutação telefônica, vendo-a como um sistema de computação. A Central ELCOM pode ser vista como um sistema de processamento distribuído, consistindo de computa-dores interligados por uma rede local, cada um conectado a um conjunto de periféricos da aplicação telefônica. Sobre este sistema está um núcleo operacional multitarefa que gerencia o software da aplicação telefônica, executando tarefas em cada computador da rede. A aplicação da central caracteriza-se também como um sistema de tempo-real e atende a rígidos critérios de confiabilidade, tolerância a falhas e redundância de componentes.
Neste contexto, foi apresentada a implementação gradativa do Subsistema de Transferência de mensagens - MTP na Central ELCOM, incorporando, em várias etapas, características presentes em outros componentes no restante da aplicação telefônica. Partindo de uma implemen-tação monotarefa seqüencial baseada em espera ocupada, o MTP foi inicialmente implementado
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na Central de forma centralizada, mas composto por duas tarefas, correspondendo basicamente ao MTP e à camada de software do MTP2.
Em seguida foi estruturado um esquema para viabilizar a distribuição do MTP2 (placas de enlace) por várias unidades da Central, mantendo transparente a estrutura de troca de mensagens baseada em caixas postais alocadas em uma área de memória compartilhada, global a cada unidade.
Cabe destacar que a distribuição do MTP2, além de atender aos requisitos de descentraliza-ção desejáveis para os componentes de uma central telefônica, tornou muito mais flexível e ampliou a capacidade de instalação e configuração de enlaces de sinalização por canal comum na Central ELCOM.
6.1 Resultados O período inicial de estudo resultou na elaboração do Relatório Técnico DCC.028/96
[DM&SW96], apresentando uma introdução ao SS7 e à Central Batik ELCOM. Um levantamento da revisão bibliográfica mostrou a importância de trabalhos de estudo e
implementação dos protocolos do SS7, propiciados pelo convênio Batik/DCC, uma vez que este enfoque é relativamente pouco encontrado em publicações acadêmicas. A revisão bibliográfica realizada sobre SS7 levou a uma análise sobre as áreas de pesquisa encontradas relacionadas ao assunto, que representa também uma contribuição deste trabalho.
A implementação total do MTP descentralizado na Central Batik ELCOM envolveu mais de 10.000 linhas de código-fonte C. Os principais fatores de complexidade identificados foram: o grande detalhamento de protocolos, especificações e requisitos que tiveram que ser atendidos; e a grande abrangência e sofisticação da arquitetura de hardware e software e da aplicação envolvi-dos.
O uso do SS7 para sinalização na Central ELCOM Batik, trouxe inegável aumento de de-sempenho à aplicação telefônica na central, conforme observado nos testes iniciais de funcionalidade.
A principal validação da implementação foi a qualificação (homologação) da Central EL-COM Batik nos criteriosos e detalhados testes realizados pela Telebrás, com participação da Telesp, obedecendo às recomendações da ITU para teste do MTP2, MTP3, TUP e ISUP, incluindo a interoperabilidade com centrais telefônicas de outros fabricantes na sinalização por canal comum.
Além disso, uma Central ELCOM com sinalização SS7 está implantada com sucesso e em pleno funcionamento na cidade de Oliveira, Minas Gerais, desde setembro de 1997.
A implementação do MTP, componente funcional básico do SS7, na Central Batik ELCOM abre caminho para inúmeras aplicações atuais e futuras baseadas em SS7, conferindo à Central um campo bem maior de expansão no nível funcional.
Este projeto contribuiu para a formação de recursos humanos no meio acadêmico trazendo, para professores e estudantes de graduação e pós-graduação do DCC/UFMG, envolvimento e capacitação técnico-científica nas áreas de conhecimento envolvidas. Esta formação, aliada à
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documentação técnica produzida no trabalho, contribui para a disseminação do conhecimento relacionado e criação de novas possibilidades de pesquisa e desenvolvimento, em áreas como engenharia de redes, processamento computacional distribuído e sistemas de tempo-real, abrangendo aplicações, simulações, análise e dimensionamento para redes de sinalização SS7.
6.2 Trabalhos futuros Como seqüência do trabalho aqui apresentado, há a implementação da redundância e tolerân-
cia a falhas por parte do MTP3, característica a ser completada e descrita na dissertação de mestrado de Welter L. Silva, também participante do projeto de implantação de SS7 dentro do Convênio DCC / Batik.
A existência do MTP viabiliza a implementação de outras camadas funcionais do protocolo SS7 na Central ELCOM Batik. O SCCP e TCAP já estão sendo desenvolvidos na Batik para que a Central ELCOM possa atuar como PCS – Ponto de Controle de Serviços.
Podem também ser feitos estudos de impacto das tarefas de software do MTP no volume de tráfego na rede local da Central ELCOM Batik e no tempo de utilização de processador (CPU) nas unidades da central.
52
A
Normas aplicáveis de telecomunicações
Apêndice
A especificação mundial do SS7 está na série Q.700 de recomendações da ITU Telecommunicati-on Standardization Sector (ITU-T), órgão permanente da International Telecommunication Union (ITU). Estas recomendações foram originalmente publicadas no “Livro Azul CCITT” (CCITT Blue Book) 1 em Melbourne, novembro de 1988, Fascículos VI.7-9; a maior parte delas foi revisada pelo ITU-T Study Group XI (1988-1993) e aprovadas em Helsinque, em março de 1993 [ITU93]. A especificação do SS7 está em constante evolução, à medida que a implantação e aplicação do sistema se ampliam mundialmente.
A.1 Principais Recomendações ITU sobre SS7 As principais recomendações da ITU-T de especificação da rede SS7 e seus componentes
estão relacionadas abaixo, por assunto.
Assunto Recomendações ITU-T
Introdução ao Sistema de Sinalização Nº 7 (SS7) Q.700 Message Transfer Part (MTP) Descrição funcional do MTP do SS7 Enlace de dados de sinalização (MTP1) Enlace de sinalização (MTP2) Funções e mensagens da rede de sinalização (MTP3)
Q.701-Q.704, Q.706 e Q.707 Q.701 Q.702 Q.703 Q.704
Telephone User Part (TUP) Q.721-Q.725 Data User Part (DUP) Q.741 (detalhada: X.61)
1 Em conseqüência de um processo de reformulação, o órgão internacional CCITT cessou sua existência em 28 de fevereiro de 1993. Em seu lugar, a ITU-T foi criada em 1º de março de 1993. Analogamente, os órgãos CCIR e IFRB foram substituídos pelo Radiocommunication Sector (ITU-R).
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Assunto Recomendações ITU-T
ISDN User Part (ISUP) Q.761-Q.764, Q.766-Q.768 Serviços suplementares de ISDN Série Q.73x Signalling2 Connection Control Part (SCCP) Q.711-Q.714, Q.716 Transaction Capabilities (TC/TCAP) Q.771-Q.775 Gerenciamento da rede SS7 (OMAP, ASE) Q.750-Q.755
A.2 Outras Recomendações ITU de SS7 e Telefonia As seguintes recomendações da ITU descrevem outros aspectos mais específicos, relaciona-
dos ao sistema de sinalização SS7:
Assunto Recomendações ITU-T
Estrutura da rede de sinalização Q.705 Numeração de point codes de sinalização internacionais Q.708 Hypothetical signaling reference connection Q.709 MTP Simplificado para pequenos sistemas (PABX) Q.710 Especificação de teste para os diversos componentes do SS7 Série Q.78x ISDN – Aspectos e Funções Gerais da Rede I.430-431 Vocabulary of Switching and Signalling Terms Q.9
Outras informações sobre as recomendações da ITU-T podem ser obtidas através da Internet no sítio WWW (World Wide Web) da própria ITU, pelo seguinte endereço (URL):
http://www.itu.int/publications/itu-t/
A.3 Práticas Telebrás No Brasil, a Telebrás, responsável pela especificação dos padrões Nacionais, definiu normas
para adequação da sinalização SS7. São aplicáveis ao projeto do Sistema de Sinalização n° 7 com sinalização TUP e ISUP na central ELCOM 4KT as seguintes Práticas TELEBRÁS:
Assunto Práticas TELEBRÁS
Requisitos Mínimos do MTP # 220-250-711 Subsistema de Transferência de Mensagens - MTP # 220-250-735 Subsistema de Usuário Telefônico, Agosto de 1987 # 210-110-724
2 A palavra “sinalização” tem a grafia signaling em inglês americano e signalling (2 Ls) no inglês britânico.
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Assunto Práticas TELEBRÁS
Testes da TUP # 210-110-783 Testes de Interfuncionamento da TUP # 210-110-725 Especificação Geral - Central CPA-T de Pequeno e Médio Portes, Outubro de 1993.
# 220-250-724
Outras Práticas Telebrás, sobre tópicos específicos citados neste trabalho, estão incluídas na
Bibliografia.
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B
LEDS/SDL - Linguagem para Especificação e Descrição de Sistemas
Apêndice
Os componentes do Sistema de Sinalização nº 7 tem seu comportamento detalhadamente especificado nas recomendações da ITU através de uma linguagem gráfica baseada em fluxogra-mas, denominada Linguagem para Especificação e Descrição de Sistemas - LEDS [LEDS82] (ou o termo em inglês, SDL - Specification and Description Language) [SDL93]. LEDS é uma representação largamente utilizada para descrição funcional do comportamento de aplicações de tempo-real e orientadas a eventos como as de telecomunicações.
Em LEDS, o sistema é organizado em unidades que compõem a parte funcional (dinâmica) deste, denominadas blocos funcionais. Um bloco funcional pode conter um ou mais processos, que são cada componente que realiza uma função lógica. EM LEDS, um processo ou está em um estado aguardando entrada, ou está executando uma transição de estado. A comunicação entre processos se dá unicamente através de sinais.
Para cada processo da aplicação — neste caso os diversos componentes do MTP2, MTP3 etc. — existe um conjunto de estados possíveis. O componente inicia em um determinado estado, onde fica aguardando a ocorrência de um evento ou sinal de entrada, que deve chegar e ser reconhecido neste componente.
Dado o estado corrente e o evento específico ocorrido, acontece a transição de estado corres-pondente, onde uma série de tarefas são executadas e, tipicamente, uma ou mais mensagens ou sinais de saída são gerados (enviados) pelo componente, e é atingido um novo estado. Este estado final da transição passa a ser o novo estado corrente do componente, onde ele aguardará por mais um evento.
A notação de LEDS é bastante adequada para este tipo de aplicação. A Figura B.1 exemplifi-ca o aspecto de um diagrama LEDS, para um certo estado possível de um Processo X. A especificação completa de um processo corresponde, portanto, a diagramas como o da figura para todos os possíveis estados deste processo.
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Novo Estado C
Novo Estado B
Novo Estado A
Processo X
S
Estado Corrente
Entrada A Entrada B
Ações/ Tarefas
Ações/ Tarefas
Saída A
Ações/ Tarefas
Decisão
Saída B Saída C
Figura B.1: Diagrama em LEDS/SDL
Conceitualmente, este modelo constitui uma espécie de autômato finito [Sudk97] semelhante a uma máquina de Mealy [Mealy55] [PD&HJ97], formalmente definida pela tupla (I, S, so, F, N, ∆, λ), onde:
• I é o alfabeto de entrada do autômato, no caso os eventos que disparam a transição; • S é o conjunto de estados do autômato; • so é o estado inicial do autômato; • F é conjunto de estados iniciais ( F ⊆ S ); • N é a função de transição, que define o próximo estado ( N: S I → S ); • é o alfabeto de saída para o autômato, no caso as mensagens geradas; • λ é a função de saída, que define as ações executadas na transição (λ: S I → ∆ ).
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C
Referências na World Wide Web
Apêndice
Seguem-se referências úteis disponíveis na Internet através da World Wide Web (WWW), até o momento da confecção deste trabalho, relacionadas ao Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 (SS7). São apresentados os endereços das páginas como URLs (Uniform Resource Locati-ons), sendo o protocolo HTTP subentendido (http://). Alguns endereços muito longos se estendem por mais de uma linha na tabela.
Uma compilação destas referências, incluindo informações adicionais, deve ser mantida no seguinte endereço: http://www.inet.com.br/~mhavila/ss7/
C.1 Organismos Oficiais ligados a Telecomunicações
C.1.1 União Internacional de Telecomunicações - ITU
Descrição Endereço
International Telecommunication Union - ITU, sede em Genebra
www.itu.intwww.itu.ch
ITU Americas Regional Office in Brazil www.itu.org.br
C.1.2 Brasil
Descrição Endereço
TELEBRAS - Telecomunicações Brasileiras S. A. www.sede.telebras.gov.br
ANATEL - Agência Nacional de Telecomunicações www.anatel.gov.br
CPqD - Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Telebrás www.cpqd.br
EMBRATEL - Empresa Brasileira de Telecomunicações www.embratel.net.br
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C.1.3 Estados Unidos (EUA)
Descrição Endereço
ANSI - American National Standards Institute www.ansi.org
Bell Communications Research – Bellcore www.bellcore.com
Standards Committee T1 Telecommunications www.t1.org
C.1.4 Entidades de pesquisa geral
Descrição Endereço
ACM - Association for Computing Machinery www.acm.org
IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers www.ieee.org
C.2 Sistema de Sinalização por Canal Comum #7 - SS7
C.2.1 Tutoriais On-Line
Descrição Endereço
MicroLegend SS7 Tutorial www.microlegend.com/aboutss7.htm
Nynex: Signaling System 7 Tutorial www.webproforum.com/nynex/
Bell Atlantic Intelligent Network Tutorial www.webproforum.com/bell-atlantic/index.html
Signalling System Number 7 Tutorial www.gsnetworks.com/ezvu/ezvu500/TUTORIAL/PROTOCOL/genSS7.txt
ISDN Tutorial www.ziplink.net/~ralphb/ISDN/
C.2.2 Referências e Informações Técnicas
Descrição Endereço
Telecom Information Resources china.si.umich.edu/telecom/
Telecom Technical Information & FAQs china.si.umich.edu/telecom/technical-info.html
Voice Networking www.tbi.net/~jhall/voice/
Present and Future Telecom Networks www2.hawaii.edu/~lramos/com633/com633.htm
SS7 Overview www.gteins.net/ss7/SS7SUM.HTM
Glossário: Siglas e Termos www.gteins.net/ss7/SS7GLOSS.HTM
The Telecommunications Library - Definições e Acrônimos
www.wcom.com/library.html
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Descrição Endereço
ISDN Acronyms teles.winterlan.net/teles.www/isdn/isdn-acr.htm
SS7, por Gerald Peterson, AT&T www.t1.org/html/ss7.htm
Intelligent Networks, by Wayne Zeuch, AT&T, e L. A. Young, Ameritech
www.t1.org/html/in.htm
Broadband ISDN, por Neal Seitz www.t1.org/html/broad.htm
SS7 & Custom Calling Features www.tc.msu.edu/tc960/SS7.HTM
Rede Inteligente - RI, CPqD, Brasil www.cpqd.br/ri/
Dan Kegel's ISDN Page: uma enorme fonte de referências sobre ISDN
alumni.caltech.edu/~dank/isdn/
SIEMENS telecom report International www.jou.ufl.edu/siemens/telcom.htm
VDC's SS7 Market Study vita.com/ss7.html
Networks '96: 7° International Network Planning Symposium, Sydney, Australia
www.telstra.com.au/press/event/netwks96/index.htm
Common Channel Signaling ermisweb.state.mi.us/mpsc/reports/jbbb/xccs7.htm
What is SS7 Signaling? www.anadigi.com/ss7sig.htm
AT&T FAQs - Network Services Interfaces: questions, SS7, ISDN
www.att.com/cpetesting/faq.html
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Bibliografia
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[ITU93] INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION, Telecommunication Standardization Sec-tor (ITU-TSS), Genebra. Recomendações Q.700-716; “Specifications of Signaling Sys-tem No. 7”. CCITT Blue Book – 1988, vol. VI, Fascículo VI.7. Revisadas pelo ITU-T Study Group XI (1988-93), Helsinki, Março 1993.
[ITU93b] INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION, Telecommunication Standardization Sector (ITU-T), Genebra. Recomendação Q.721; “Functional Description of the Signal-ling System No. 7 Telephone User Part (TUP)”. Helsinki, Março 1993.
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61
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[MA&SR90] MODARRESSI, Abdi R., SKOOG, Ronald A. “Signaling System No. 7: A Tutorial”. IEEE Communications Magazine, pp. 19-35, Julho 1990.
[Mealy55] MEALY, G. H. “A method for synthesizing sequential circuits”. Bell Systems Technical Journal, nº 34, pp. 1045-1079, 1955.
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[Oliv98] OLIVEIRA, Aurenice de Menezes. Dimensionamento de Redes de Sinalização por Canal Comum. Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Campinas, SP, Fevereiro de 1998. (Dissertação, Mestrado em Engenharia Elétrica).
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[Russ95] RUSSELL, Travis. Signaling System #7. McGraw-Hill, 1995.
[RV&WJ93] RAMASWAMI, V., WANG, Jonathan L. “Analysis of the Link Error Monitoring Pro-tocols in the Common Channel Signaling Network”. IEEE/ACM Transactions on Net-working, vol. 1, nº 1, pp. 31-47, Fevereiro 1993.
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[Soar94] SOARES, Rosane Bodart. Uma Ferramenta para o Dimensionamento da Rede de Sinali-zação por Canal Comum no Ambiente da Rede Inteligente. Universidade Federal do Es-pírito Santo (UFES), Vitória, ES. 95 p. (Dissertação, Mestrado em Engenharia Elétrica e Automação).
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[Tane97] TANENBAUM, Andrew S. Redes de Computadores. 3ª ed. Campus, 1997. Seções 1.4-1.7, 2.4-2.6. (Tradução autorizada da edição publicada pela Prentice Hall, 1996).
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[Tele735] TELEBRÁS, Brasília. Prática Telebrás # 220-250-735; “Subsistema de Transferência de Mensagens - MTP”.
[Tele87a] TELEBRÁS - Departamento de Engenharia, Brasília. Prática Telebrás # 220-110-704; “Especificações de Sinalização Acústica para a Rede Nacional de Telefonia”. Brasília, Abril 1987. 8 p.
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[Tele94] TELEBRÁS, Brasília. Prática Telebrás # 220-250-724; “Especificação Geral – Central CPA-T de Pequeno e Médio Portes”. Brasília, Agosto 1994. 39 p.
[Tele96a] TELEBRÁS - Departamento de Engenharia, Brasília. Prática Telebrás # 220-110-702; “Especificações de Sinalização entre Registradores para a Rede Nacional de Telefonia Via Terrestre”. Brasília, Abril 1996. 28 p.
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[Tele96c] TELEBRÁS - Departamento de Engenharia, Brasília. Prática Telebrás # 220-110-703; “Especificações de Sinalização de Linha para a Rede Nacional de Telefonia Via Terres-tre”. Brasília, Abril 1996. 40 p.
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