UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Electrónica

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1 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Electrónica SISTEMA DE DETECCIÓN DE FALLAS EN LA RED DE SEÑALIZACIÓN CCS7 PARA EL SERVICIO DE ROAMING INTERNACIONAL DE LA CORPORACIÓN DIGITEL Por Saúl Alejandro Paiz Guerra Sartenejas, Octubre del 2004

2 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Electrónica SISTEMA DE DETECCIÓN DE FALLAS EN LA RED DE SEÑALIZACIÓN CCS7 PARA EL SERVICIO DE ROAMING INTERNACIONAL DE LA CORPORACIÓN DIGITEL Por Saúl Alejandro Paiz Guerra Realizado con la Asesoría de Gabriel J.Luciano B Miguel Diaz

3 PROYECTO DE GRADO Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electrónico UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Electrónica Sistema de detección de fallas en la red de señalización CCS7 para el servicio de roaming internacional de la Corporación Digitel PROYECTO DE GRADO presentado por Saúl Alejandro Paiz Guerra, carnet # REALIZADO CON LA ASESORIA DE Gabriel Luciano y Miguel Diaz RESUMEN En vista de la inexistencia en la Corporación Digitel de una herramienta que permitiera detectar los errores que se producen en la red de Señalización # 7 a nivel de la capa MAP surge la necesidad de desarrollar tal sistema. En cuanto a la captura de la data de señalización de los links, se realizó por medio de un analizador de protocolo Tektronics K1103. Este equipo ejecuta la adquisición de datos y permite la opción de registrar en algún archivo toda la data que se esté capturando. Sin embargo, el equipo no tiene como una opción transmitir los datos que se reciben al exterior por alguna vía por lo que se tuvo que realizar una aplicación que permitiera la transmisión de la data vía serial a una velocidad de baudios. Una vez transmitida la información del equipo K1103 hacia la PC, se procedió a realizar un programa a través de un algoritmo con la finalidad de mantener la secuencia de la data transmitida; analizada la data de señalización se pudo separar los diferentes mensajes de señalización así como los campos de interés incluyendo los mensajes de error en algunos procesos; esta data fue almacenada en una base de datos MySQL. PALABRAS CLAVES: Señalización SS7 K1103 MAP Aprobado con mención: Postulado para el premio: Sartenejas, Octubre del 2004

4 i INDICE Indice de Figuras.. vi Indice de Tablas... ix CAPÍTULO 2 2. DESCRIPCION DE LA EMPRESA 2.1 Misión Visión Descripción General Estructura Organizativa Departamento de Conmutación. 8 CAPITULO 3 3. FUNDAMENTOS TEORICOS 3.1 Red GSM Estructura de una Red GSM Transceptor de la Estación (BTS) Controlador de la Estación Base (BSC) Centro de Conmutación Móvil (MSC) Registro de localización de abonados (HLR) Registro de localización de visitante (VLR) Principios Operativos Sistema de Radio por paquetes (GPRS) Conocimientos básicos de señalización Tipos de Señalización Principio de señalización por enlace de señalización Señalización por Canal Común Número 7 (SS#7) Componentes de la red de Señalización Puntos de Señalización Enlaces de Señalización Estructura del SS# Parte de Transferencia de mensajes Parte de Conexión de control de Señalización (SCCP) 23

5 ii Parte de usuario de telefonia (TUP) Parte de usuario de datos (DUP) Parte usuario de Redes digitales de servicios integrados (ISUP) Modo de Señalización Modo asociado Modo no asociado Modo cuasi-asociado Independencia estructural de la red de señalización internacional y de las redes de señalización nacionales Relación entre la estructura SS7 y el modelo OSI Descripción de las partes de usuario Parte de Usuario Telefónico (TUP) Parte de Usuario de la Red Digital de Servicios Integrados (ISUP) Tipos de mensajes para el establecimiento de comunicaciones Tipos de mensajes para la liberación de la comunicación Tipos de mensajes para la gestión de canales útiles Parte de Control de la Conexión de Señalización (SCCP) Estructura de un mensaje SCCP Transferencia de mensajes sin enlace virtual de Señalización Transferencia de mensajes con enlace virtual de Señalización Liberación de una conexión de señalización Virtual Parte de Aplicación de la Capacidad de Transacción (TCAP) Estructura de un mensaje TCAP Tipo de Mensaje Porción de Transacción Elemento de información de la Porción Diálogo Elemento de información de la Porción Componente Tipo de Componente Red de Señalización de servicios de roaming (Corporación Digitel) Especificaciones del equipo Tektronics K Diseño Descripción de opciones de Aplicación para CCS# Análisis Típico GSM Evaluación de la data de señalización con el equipo K Monitoreo en línea Modo Freeze 58

6 iii Modo Live Escribiendo Data dentro de Archivo de almacenamiento Monitoreo Offline 60 CAPÍTULO 4 4. METODOLOGIA 4.1 Objetivos Objetivo General Objetivos Específicos Ambito del Proyecto (Delimitación) Fases de la investigación Fase I: Documentacion: Estudio de la red de señalización Fase II: Estudio del Equipo K1103 y programación aplicación de transmisión de data de señalización Fase III: Análisis de la data Fase IV: Manejo y Almacenamiento de data en las bases de datos CAPÍTULO 5 5. DESARROLLO Y RESULTADOS 5.1 Fase I: Revisión de la Documentación Normas ITU (Serie Q: Conmutación y Señalización) Q700S: Introducción al sistema de señalización N Q713S: Formatos y códigos de la parte control de la conexión de señalización Q723S: Formatos y códigos Q771S: Descripción funcional de las capacidades de transacción Q773S: Formatos y codificación de las capacidades de transacción Q774S Procedimientos relativos a las capacites de transacción Documentación Etsi (European Telecomunications Standard Institute) Sistema de Telecomunicaciones Celulares Digitales (Especificación Mobile Application Part GSM 09,02 version 7.3.0) Manual equipo Tektronics K Documentación Señalización # 7. 67

7 iv Red de Señalización Corporación Digitel Fase II: Estudio del Equipo K1103 y programación aplicación de transmisión de data de señalización Elección del equipo Tektronix K Ventajas de la elección del equipo K Desventajas de la elección del equipo K Diagrama explicativo del proceso de transmisión Aplicación para transmisión serial Fase III: Análisis de la data de señalización Código asociado al equipo K Análisis de código de Señalización # Capa MTP Capa SCCP UNITDATA Capa MAP (TCAP) Explicación de ciertos campos de interés Procesos analizados Proceso de Envío de Autenticación de Información Proceso de Actualización de Ubicación (Location_Update) Proceso de adjudicación de Roaming (Provide Roaming Number) Envío de Enrutamiento para mensajes cortos (SEND ROUTING INFO FOR SM) Entrega de mensaje corto móvil terminado y móvil originado (MO Forward_SM SMS Deliver and MT Forward_SM SMS Deliver) Fase IV: Manejo y Almacenamiento de data en las bases de datos Campos comunes Fecha Hora sistema Hora codificada Mensaje Completo Tipo de Mensaje Tipo y Número de Subsistema Tipo de Mensaje e Identificación de Transacción Proceso de envío de autenticación de información Campos asociados Errores asociados. 106

8 v Proceso de Actualización de Ubicación (Location_Update) Campos asociados Errores asociados Proceso de adjudicación de número de roaming (provide roaming number) Campos asociados Proceso de Envío de Enrutamiento para mensajes cortos (SEND ROUTING INFO FOR SM) Campos asociados Errores asociados Entrega de mensaje corto móvil terminado y móvil originado (MO Forward_SM SMS Deliver and MT Forward_SM SMS Deliver) Campos asociados Errores asociados Errores comunes asociados a los mensajes de señalización Errores a nivel de la porción de dialogo Errores a nivel de la porción componente (CODIGOS DE ERRORES) Suscriptor ausente (Absent Subscriber) Entrega Fallida de Mensajes Cortos (SM_Delivery_Failure) Suscriptor no identificado (Unidentified_Subscriber) Teleservicios no provisionados (Tele_Service_Not_Provisioned) Llamada cancelada y/o Data no esperada (Call_Barred and Unexpected_Data) Roaming no permitido (Roaming Not_Allowed) CAPÍTULO 6 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA. 117

9 vi INDICE DE FIGURAS Figura 1. Áreas de concesión GSM Venezuela 5 Figura 2. Regiones de operación por proveedor.. 6 Figura 3. Organigrama General de la Corporación DIGITEL, C.A 9 Figura 4. Organización de la Vicepresidencia de Operaciones.. 10 Figura 5. Estructura básica de una red GSM. 11 Figura 6 Arquitectura de una red GPRS. 16 Figura 7. Red de señalización. 20 Figura 8. Estructura del Sistema de Señalización # Figura 9. Modos de Señalización Figura 10. Independencia estructural de la red de señalización internacional y de las redes de señalización nacionales 28 Figura 11. Usuarios de la parte de transferencia de mensajes.. 30 Figura 12. Estructura del mensaje ISDN-UP. 33 Figura 13. Conexiones Virtuales Figura 14. Capa SCCP en la estructura SS Figura 15. Estructura de un mensaje SCCP. 37 Figura 16. Estructura del mensaje TCAP.. 41 Figura 17. Codificación de rotulo de tipo de mensaje Figura 18. Red de Señalización entre Carriers y TIS Figura 19. Enrutamiento a través de Carriers Figura 20. Redundancia del sistema.. 53 Figura 21. Foto ilustrativa Equipo Tektronics K Figura 22. Análisis de un sistema de links con 4 links de señalización 55 Figura 23. Arquitectura de una red GSM.. 56 Figura 24. Aplicación típica 1 de manejo GSM 57 Figura 25. Aplicación típica 2 de manejo GSM 57 Figura 26. Procesando la data de señalización con el K Figura 27. Monitor online K1103: modo freeze 59

10 vii Figura 28. Monitor offline K1103: posibilidades de procesamiento. 60 Figura 29. Proceso de transmisión de la data de señalización Figura 30. Proceso de enlace de archivos de señalización # Figura 31. Situaciones deseadas y presentadas en la transmisión serial Figura 32. Extracto Data de Señalización SS Figura 33. Capa MTP (Message Transfer Part) Figura 34. Código de señalización capa MTP Figura 35. Estructura de mensajes SCCP.. 79 Figura 36. Estructura de los mensajes tipo UNITDATA.. 80 Figura 37. Capa SCCP: Clase del Protocolo. 80 Figura 38. Capa SCCP: Dirección Llamada y Dirección que llama. 81 Figura 39. Capa TCAP y MAP en la estructura SS7. 83 Figura 40. Tamaño de mensaje de Señalización. 85 Figura 41. Mapa MTP (campos BSN, FSN, SIO). 86 Figura 42. Capa SCCP (campos entidad emisora y receptora) Figura 43. Capa MAP (Identificación de proceso y porción de transacción) 87 Figura 44. Capa MAP (Porción de Dialogo). 88 Figura 45. Capa MAP (Porción Componente) Figura 46. Proceso de Autenticación de Información Figura 47. Proceso de Location Update SS7 MAP Figura 48. Proceso de Adjudicación de Número de roaming 94 Figura 49. Proceso de Envío de Enrutamiento para mensajes cortos 95 Figura 50. Proceso de Entrega de Mensaje corto de móvil terminado.. 97 Figura 51. Proceso de Entrega de Mensaje corto de móvil originado Figura 52. Proceso de Transmisión y Almacenamiento Figura 53. Fragmento de campo fecha en base de datos en base de datos MySQL Figura 54. Fragmento de campo hora en base de datos en base de datos MySQL Figura 55. Fragmento de campo hora codificada en base de datos MySQL. 100 Figura 56. Fragmento campo mensaje completo en base de datos MySQL

11 viii Figura 57. Fragmento campo tipo de mensaje en base de datos MySQL Figura 58. Fragmento de tipo y número de subsistema en base de datos MySQL Figura 59. Fragmento de tipo de mensaje e identificación de transacción en base de datos MySQL Figura 60. Proceso de autenticación de información (Registro base de datos MySQL) Figura 61. Proceso de Actualización de Localización (Registro base de datos MySQL Figura 62. Proceso de Adjudicación de Número de Roaming (Registro base de datos MySQL) Figura 63. Proceso de Envío de Enrutamiento para mensajes cortos (SEND ROUTING INFO FOR SM). 109 Figura 64. Entrega de mensaje corto móvil terminado y móvil originado (MO Forward_SM SMS Deliver and MT_Forward_SM SMS Deliver) 110

12 ix INDICE DE TABLAS Tabla 1. Corporación Digitel, Cronología 7 Tabla 2. DIGITEL, Plan de desarrollo. 7 Tabla 3. Campos de la porción transacción tipo de mensaje unidireccional 43 Tabla 4. Campos de la porción transacción tipo de mensaje comienzo.. 43 Tabla 5. Campos de la porción transacción tipo de mensaje finalización Tabla 6. Campos de la porción transacción tipo de mensaje continuación.. 44 Tabla 7. Campos de la porción transacción tipo de mensaje aborto 45 Tabla 8. ID transacción en cada tipo de mensaje. 45 Tabla 9. Codificación de rótulos ID transacción 45 Tabla 10. Codificación del rótulo de porción diálogo. 47 Tabla 11. Codificación del rótulo de porción componente. 48 Tabla 12. Rótulo de tipo de componente. 48 Tabla 13. Componente invocación Tabla 14. Componentes retorno de resultado (último) y retorno de resultado (no último) Tabla 15. Componente de devolución de error. 50 Tabla 16. Componente rechazo. 50

13 1 CAPÍTULO 1 1. INTRODUCCION Actualmente, el entorno de las comunicaciones se caracteriza, entre otros aspectos, por el estratégico papel que va a jugar la señalización y por el incremento importante en el intercambio del tráfico de señalización que se va a producir entre los distintos elementos de red que intervienen en la prestación de servicios. El aumento de la demanda por parte de los usuarios así como la búsqueda de la optimización de los recursos disponibles en la red contribuirán a la aparición de nuevos tipos de tráfico de señalización. En tal sentido, los organismos encargados de velar por la creación de nuevas tecnologías se han tomado la tarea de determinar en los últimos años, los requerimientos técnicos necesarios para sustentar los cambios tecnológicos venideros. Un ejemplo de tales estudios es el estándar de Señalización por Canal Común Nro. 7, el cual constituye la agrupación de una serie de protocolos, que en función conjunta, se encargan de gestionar todo lo referido al control de la información que viaja por las redes digitales. La Señalización por Canal Común Nro. 7 (SS#7) tiene sus inicios en los años 1980 con la implementación de redes de estructura completamente digital, como por ejemplo, el caso de redes GSM, buscando reemplazar antiguos esquemas de control creados para redes analógicas siendo pionero en su implementación el continente Europeo por las características de sus redes de comunicaciones. En el caso de Venezuela, el auge de la apertura de las telecomunicaciones, trae consigo la estandarización de los recursos técnicos para el funcionamiento de las empresas de telecomunicaciones. En vista de ello, la Comisión Nacional de Telecomunicaciones (CONATEL), ha dispuesto la implementación del SS#7 como estándar obligatorio para el control de la información y para la mejora en la interconectividad de las distintas operadoras asentadas en el país. Bajo esta premisa, la Corporación DIGITEL C.A, representante de Telecomunicaciones con el estándar GSM (GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS) para la región central, no está excluida de tales disposiciones y debe funcionar bajo este protocolo de

14 2 señalización. En vista de lo expuesto anteriormente queda en evidencia la importancia que tiene el estudio del Sistema de Señalización # 7 y su entendimiento al detalle. En este sentido, en el presente proyecto se desarrolló un sistema que permite el almacenamiento de los mensajes de señalización así como la detección y posterior corrección de posibles errores en el enlace internacional de la Corporación Digitel; los errores en las operaciones son puestos de manifiesto a través de la red de señalización # 7. El proyecto está orientado principalmente a la capa MAP (Mobile Application Part) correspondiente a las operaciones de servicios de roaming entre estaciones móviles de Digitel y otras redes. El propósito principal del proyecto es que el sistema implementado sea capaz de detectar errores en los procesos de actualización y cancelación de localización de la estación móvil, envío de información de autenticación, enrutamiento de mensajes de texto y llamadas, petición de números de roaming, entre otros procesos. Posterior al análisis de todos los mensajes en el tráfico de señalización éstos son almacenados en una base de datos para luego ser utilizados en un proyecto posterior por un servidor Web. A través del servidor Web se podrán mostrar estadísticas, búsquedas específicas, etc. Con la detección temprana de los errores en las operaciones a través de SS#7 se pretende dar una respuesta proactiva al cliente de manera de estar actualizado de las operaciones exitosas y aquellas que no pudieron realizarse satisfactoriamente. El fin último que busca la Corporación Digitel con este monitoreo de las operaciones es corregir errores en el desenvolvimiento de las operaciones y brindar un mejor servicio. Para la realización de la investigación, la documentación bibliográfica se enfocó en los siguientes aspectos: transmisión serial, funcionamiento del equipo Tektronics K1103, estudio de señalización #7, programación en lenguaje C, programación en Visual Basic, manejo de base de datos MySQL, consideraciones metodológicas, etc. Igualmente, se estudiaron cuidadosamente las recomendaciones emitidas por la ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones) referidas a la parte de señalización y conmutación, de manera de completar toda la información técnica necesaria para materializar el proyecto. También, se acudió como método de información complementario, a la observación de equipos con funciones destinadas a la medición de parámetros de señalización, su principio de operación, su forma de desplegar los resultados entre otros aspectos.

15 3 El proyecto fue llevado a cabo en varias etapas. La primera fase destinada a la adquisición de información para levantar la sustentación teórica de la investigación. La segunda fase, basada en programación en el equipo K1103. La tercera etapa contempla programación que incluye el análisis de la data de señalización. La cuarta fase en el proyecto involucra el manejo de bases de datos MySQL para el almacenamiento de la data de señalización El informe que a continuación se detalla consta de 6 capítulos en los que se plasma cada una de las partes esenciales para la ejecución del proyecto. El Capítulo II, plantea la descripción de la empresa de manera general, su estructura organizativa, su misión, su visión así como su posicionamiento en el mercado de telecomunicaciones y sus perspectivas. El Capítulo III, está constituido por los fundamentos teóricos que sustenta la investigación. Básicamente, se trata de información referida a la señalización #7 así como el funcionamiento del equipo Tektronics K1103 El Capítulo IV, presenta la referencia metodológica que sustenta el trabajo. Allí, se identifica el área de la investigación así como la delimitación del proyecto. El Capítulo V, describe el desarrollo del proyecto y los resultados obtenidos. En este capítulo se detallan el proceso de análisis de la data de señalización.

16 4 CAPÍTULO 2 2. DESCRIPCION DE LA EMPRESA 2.1 MISIÓN "Ofrecer servicios de telecomunicaciones que excedan las expectativas de nuestros clientes y accionistas, distinguiéndonos por una vocación de servicio, innovación, calidad y compromiso social." 2.2 VISIÓN "Ser la empresa modelo de telecomunicaciones venezolana en términos de calidad, innovación y rentabilidad, manteniendo una relación cálida y humana con nuestros clientes 2.3 DESCRIPCIÓN GENERAL Digitel TIM es una empresa de telecomunicaciones, que presta servicio de telefonía inalámbrica básica, pública y móvil en el área central del país. Desde sus inicios se distinguió al seleccionar la tecnología GSM, estándar mundial de comunicaciones móviles. Digitel TIM es propiedad de Telecom Italia Mobile, a través de su empresa TIM Internacional. El área de cobertura de Digitel TIM abarca los estados Distrito Federal, Miranda, Carabobo, Aragua, Falcón, Yaracuy, Cojedes, Guárico y Vargas. Actualmente cuenta con un tercio de participación de mercado en la región central. Digitel representa la segunda empresa en traer a nuestro país una nueva tecnología desarrollada en las naciones europeas, la tecnología GSM (Sistema Global de Comunicaciones Móviles), la cual representa un conjunto de estándares que han sido desarrollados para optimizar las redes móviles digitales. En la figura 1 se muestra claramente las regiones otorgadas para la explotación del servicio GSM en Venezuela. Para iniciar sus operaciones, a la empresa le fue otorgada una concesión para una duración de 20 años prorrogables por 20 años más. Sus operaciones comienzan con un pequeño número de estaciones bases, para cubrir determinadas zonas, con servicios rurales básicos de telecomunicaciones y telefonía pública en centros poblados menores a 5000

17 5 habitantes, centros poblados donde CANTV no proporcione servicios básicos, centros poblados mayores a 5000 habitantes donde CANTV no haya instalado Central telefónica y centros poblados mayores a 5000 habitantes donde exista un incumplimiento por CANTV del programa de expansión y modernización de la red básica o del programa de calidad de servicios, durante 2 años consecutivos. LEYENDA: DIGITEL INFONET DIGICEL Figura 1. Áreas de concesión GSM Venezuela Fuente: Corporación DIGITEL C.A. (2001) Actualmente ofrece en toda la zona de cobertura servicios de telefonía móvil y de datos y experimenta un proceso de ampliación que amerita la implementación de nueva tecnología. En la figura 2 se muestra las zonas donde predominan los equipos de sus principales proveedores

18 6 NOKIA SIEMENS Figura 2. Regiones de operación por proveedor Fuente: Corporación DIGITEL C.A. (2001) La empresa ha experimentado un proceso de expansión en varias etapas, tal como indica la cronología representada en la tabla 1. Digitel, desde el momento de la suscripción del Contrato de Concesión con la República, ha dejado abierta la posibilidad de participación de nuevos capitales en esta compañía. Ha realizado un importante esfuerzo para atraer inversiones extranjeras al país en momentos particularmente difíciles. Aunque el financiamiento requerido para el desarrollo de redes y servicios de telecomunicaciones es cuantioso, las posibilidades de negocios, abiertas en Venezuela, resultan sumamente interesantes para el capital extranjero.

19 7 1997: Presentación de la propuesta a CONATEL. Otorgamiento de la concesión. 1998: Firma del contrato de concesión. Firma de los contratos técnicos y anexos. Inicio construcción red rural y Zona 1. Inicio de operaciones en 7 áreas rurales. 1999: Inicio construcción de la red Zona 2. Lanzamiento telefonía básica y móvil. Lanzamiento campaña publicitaria. 2000: Inicio de Operaciones en la red Zona 2. Inicio de la fase de ampliación de la red Zona Expansión de la red Tabla 1. DIGITEL, Cronología Fuente: DIGITEL C.A. (2001) El Plan de Desarrollo de DIGITEL puede verse en la tabla 2. Fase 1: 7 estaciones rurales. Noviembre 1998 Fase 2: Zona 1: DF, Vargas, Miranda. Mayo 1999 Fase 3: Zona 2: Aragua, Guarico, Carabobo, Junio 2000 Cojedes, Yaracuy, Falcón. Fase 4: Expansión Zona 1. Agosto 2000 Fase 5: Expansión Zona 2. Septiembre 2000 TABLA 2. DIGITEL, Plan de desarrollo Fuente: DIGITEL C.A. (2001)

20 8 Para muestra, en 1999 se incorporaron como socios el Citigroup y Norconsult; en el año 2000 ingresó el Banco Santander Central Hispano S.A; en el año 2001 fue adquirido el 53% de las acciones de la empresa por un consorcio italiano, Telecom Italia (TIM). Sin embargo, actualmente Telecom Italia cuenta con la totalidad de las acciones 2.4 ESTRUCTURA ORGANIZATIVA La Corporación DIGITEL C.A. presenta una estructura organizacional, en la que cada uno de los departamentos que la componen posee funciones definidas que van en pro del desarrollo de la empresa. Cada departamento está orientado a seguir objetivos. Entre estos departamentos están: Departamento de Ventas. Departamento de Administración y Finanzas Departamento de Sistemas: o Departamento de Servicio Personalizado al Cliente Departamento de Logística y Construcción Interior Departamento de Operaciones y Mantenimiento: o Departamento de Conmutación Departamento de Monitoreo y Supervisión Departamento de Mantenimiento de Campo Departamento de Optimización RF Departamento de Planning DEPARTAMENTO DE CONMUTACIÓN En la red de Valencia, el Departamento de Conmutación se encuentra ubicado dentro del Departamento de Operaciones cuyo esquema puede verse en la figura 3. El Departamento de Conmutación se encarga de generar todo el funcionamiento de la red, puesto que en él se encuentra la central de conmutación o Switch, el cual tiene la tarea de dirigir o enrutar toda la información que llega a la red hacia los destinos correspondientes. Cabe destacar que la investigación realizada estuvo orientada en beneficio de este departamento.

21 9 Sus objetivos generales claramente especifican las metas que persigue el departamento y entre los cuales destacan: Controlar las mediciones de tráfico para prevenir congestión desde y hacia otras operadoras Velar por el correcto funcionamiento del Conmutador (Switche) para garantizar valores de calidad Establecer un análisis de fallas y búsqueda de soluciones Para ello entre sus múltiples funciones destacan, la sincronización de la red, las actualizaciones de las tarifas, las mediciones de tráfico, la optimización de la base de datos y los planes de numeración entre otras cosas. Figura 3. Organigrama de la Corporación Digitel, C.A

22 Figura 4. Organización de la Vicepresidencia de Operaciones 10

23 11 CAPÍTULO 3 3. FUNDAMENTOS TEORICOS 3.1 RED GSM La infraestructura básica de un sistema GSM no difiere en mucho de la estructura de cualquier red celular. La mayoría de los elementos implicados son compartidos con otros servicios El sistema consiste en una red de radio celdas contiguas para cubrir una determinada área de servicio. Cada celda tiene una BTS (Base Transceiver Station) que opera con un conjunto de canales diferente de los utilizados por las células adyacentes (ver Figura 5). Un determinado conjunto de BTS's es controlado por una BSC (Base Station Controller). Un grupo de BSC's es a su vez controlado por una MSC (Mobile Switching Center) que enruta llamadas hacia y desde redes externas (públicas o privadas). HLR VLR MSC GIWU A A bis BSC BSC BTS s BTS s Um Figura 5. Estructura básica de una red GSM

24 ESTRUCTURA DE UNA RED GSM Los elementos fundamentales constitutivos de una red GSM se indican a continuación: TRANSCEPTOR DE LA ESTACIÓN BASE BASE TRANSCEIVER STATION (BTS): La función principal de una BTS es proporcionar un número de canales de radio a la zona a la que da servicio. La antena puede ser omnidireccional o sectorial (se divide la célula en tres sectores, con diferentes juegos de frecuencias). Una BTS con un transceptor y con codificación full rate proporciona 8 canales en el enlace de radio, uno de los cuales se utiliza para señalización. Con una codificación half rate el número de canales disponibles se duplica CONTROLADOR DE LA ESTACIÓN BASE BASE STATION CONTROLLER (BSC): La función primaria de una BSC es el mantenimiento de la llamada, así como la adaptación de la velocidad del enlace de radio al estándar de 64 Kbps utilizado por la red. Desde el momento en que el usuario es móvil, éste puede estar cambiando con más o menos frecuencia de celda; el procedimiento por el que la llamada se mantiene en estas condiciones sin que se produzcan interrupciones importantes se conoce con el nombre de handover. GSM proporciona unos tiempos de conmutación mucho más bajos que otros sistemas celulares. En GSM durante una llamada, la estación móvil está continuamente escuchando a una serie de estaciones base así como informando a la BSC de la calidad de la señal con que está trabajando. Esto permite a la BSC tomar la decisión de cuando iniciar un handover y a cuál celda. La BSC controla a su vez la potencia de trabajo de la estación móvil para minimizar la interferencia producida a otros usuarios y aumentar la duración de la batería.

25 CENTRO DE CONMUTACIÓN MÓVIL MOBILE SWITCHING CENTER (MSC): El MSC, es el nodo principal del sistema celular GSM, maneja las transacciones de circuito conmutado y las no conmutadas por circuito, tal como, las llamadas telefónicas normales o procedimientos de suscriptor. El MSC, es responsable para el establecimiento, enrutamiento, control y terminación de una llamada así como la gestión de handover entre MSC's y servicios suplementarios. También son funciones del MSC la recolección de información para cargos e información contable. También actúa como interfaz entre la red GSM y las redes publica de voz y datos REGISTRO DE LOCALIZACION DE ABONADOS HOME LOCATION REGISTER (HLR): Es una base de datos centralizada de la red que almacena y maneja a todos los suscriptores móviles de un operador en específico. Actúa como un almacén permanente para la información de suscriptores hasta que la suscripción se cancele. Esta información incluye la siguiente: - Identidad del suscriptor (IMSI, MSISDN). - Servicios Suplementarios del suscriptor. - Información de la localización del suscriptor (MSC del área de servicio). - Información de Autenticación del Suscriptor VISITOR LOCATION REGISTER (VLR): Es el encargado del almacenamiento temporal de los datos para aquellos abonados situados en el área de servicio del correspondiente MSC; también son responsabilidades del VLR mantener los datos de su posición de una forma más precisa que el MSC PRINCIPIOS OPERATIVOS. GSM trabaja en la banda de 900 MHz con una combinación de FDMA Frequency División Multiple Access (acceso múltiple por división de frecuencia) y TDMA Time

26 14 Division Multiple Access (acceso múltiple por división de tiempo) para conseguir los requeridos 124 pares de portadoras de radio de 200 KHz, cada una de los cuales puede manejar 8 canales por medio de TDMA con 8 time slots. Es decir, aunque una portadora da servicio a 8 canales, en un instante dado sólo uno de esos canales está utilizando el ancho de banda disponible. Cada uno de esos canales podría subdividirse a su vez en dos canales (codificación half-rate). La banda de frecuencia utilizada es MHz para el enlace ascendente (del Móvil al BTS) y MHz para el descendente (del BTS al Móvil). Para prevenir interferencias, las BTS's adyacentes usan diferentes frecuencias. La modulación utilizada es GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) a una velocidad de 270 Kbps. El codificador de canal tiene dos modos de operación dependiendo de que la información a transmitir sea telefonía o datos. La voz es muestreada, cuantificada y codificada a una velocidad básica de 13 Kbps. que pasa a 22.8 Kbps., cuando se añade la corrección de errores hacia adelante. La información adicional de sincronización y los periodos de guarda entre time-slots aumenta la velocidad a 33.9 Kbps. Para poder soportar la transmisión de datos en una red GSM, es necesario implementar una serie de funcionalidades: Funciones de adaptación de velocidad. Funciones de corrección de errores RLP (Radio Link Protocol). Funciones de conversión de protocolo L2R (Layer 2 relay). La adaptación de velocidad se realiza a dos niveles; en un primer nivel se adapta la velocidad de usuario a la velocidad del canal de radio, y una segunda adaptación sobre 64Kbps. Las funciones de adaptación de velocidad se basan en las recomendaciones V.110 y X.30 del CCITT. La función RLP introduce control de flujo y corrección de errores en las comunicaciones no transparentes, para conseguir una alta calidad de servicio. La función L2R establece una conversión entre la estructura de datos de usuario y una estructura adaptada al protocolo RLP.

27 SISTEMA DE RADIO POR PAQUETES (GENERAL PACKET RADIO SYSTEM, GPRS) Es un nuevo servicio que proporciona acceso de radio con conmutación de paquetes a los usuarios de los sistemas GSM y TDMA. El principal beneficio de GPRS es que reserva los recursos de radio únicamente cuando existen datos para enviar. La funcionalidad ampliada de GPRS reduce los costos de proporcionar servicios de datos, un hecho que incrementará la penetración de servicios de datos entre los usuarios corporativos y el público. Adicionalmente GPRS proporciona una calidad superior de los servicios de datos por su mejor tiempo de respuesta y las nuevas funcionalidades que soporta. Las nuevas aplicaciones que se desarrollen sobre GPRS tendrán como público una amplia base de usuarios de telefonía móvil y operadores necesitados de diferenciarse de su competencia por sus servicios. Estos nuevos servicios incrementarán los requisitos de capacidad de los subsistemas de radio y estación base. GPRS soluciona esto compartiendo los mismos recursos de radio entre todas las estaciones móviles (terminales) de una celda, proporcionando un uso más efectivo de los recursos. Adicionalmente, unos nuevos elementos del núcleo de la red son dispuestos para soportar grandes ráfagas de datos más eficientemente. La definición de GPRS ha evolucionado convirtiéndose en el dominio de paquetes de las redes de tercera generación, lo que hace de GPRS una tecnología de futuro. Las redes de transporte de datos que se han desplegado para GPRS y la mayor parte de los elementos del núcleo de red son reutilizadas en las redes de tercera generación. Desde un alto nivel, la red GPRS puede ser vista como una red complementaria a las redes de segunda generación. Esta red adicional, permite la transmisión de paquetes a velocidades desde 9,6 hasta 171 Kbps. Adicionalmente, múltiples usuarios pueden usar los mismos recursos de la interfaz aire. En la figura 6 se puede ver la arquitectura de una red GPRS. Además de los elementos ya conocidos como BTS, BSC y MSC, aparecen dos nuevos nodos del núcleo de la red, los GSN (GPRS Support Node) y un pequeño módulo en cada BSC llamado PDU (Packet Data Unit).

28 16 Figura 6. Arquitectura de una red GPRS GPRS intenta reutilizar los elementos existentes en las redes GSM tanto como sea posible, pero con el objetivo de crear una red móvil de conmutación de paquetes se necesitan nuevos interfaces, protocolos y elementos de red, además de necesitar actualizar numerosos elementos de los ya existentes. 3.2 CONOCIMIENTOS BÁSICOS DE SEÑALIZACIÓN Se denomina señalización al conjunto de ordenes e informaciones necesarias al establecimiento, la supervisión y la liberación de una sesión de comunicaciones. Esta sólo se puede llevar a cabo mediante el intercambio de señales, encargadas de representar en forma eléctrica la información necesaria para la gestión de toda la comunicación. Este intercambio de señales se establece entre dos o más centrales de conmutación. Entre las funciones más importantes que cumple la señalización, se tiene: - Indicación de solicitud de servicio - Identificación tanto del abonado destino como abonado origen - Enrutamiento correcto de la llamada (voz, datos, etc.) - Supervisión de la llamada en su trayectoria

29 17 - Suministro de la información de estado TIPOS DE SEÑALIZACIÓN Muchos factores han permitido una variedad de sistemas de señalización desarrollados en las redes de telecomunicaciones. De esa manera se fueron desarrollando estándares de señalización en diferentes partes del mundo; estos estándares hacían básicamente lo mismo pero de distinta manera. Esto significó obviamente que cuando una llamada se originara en una red con un tipo de implementación de señalización y finalizara en otra red con otro tipo de sistema de señalización algún tipo de adaptación tiene que aplicarse para procesar la llamada. Debido a este tipo de diferencias la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) recomendó el Sistema de señalización por canal asociado (Associated Signalling System, CAS) como el estándar. En la señalización por canal asociado (CAS), como su mismo nombre lo indica, a cada canal existente en la trama de voz o dato trasmitida se le asocia un canal de señalización. Hasta hace poco, antes de toda la revolución tecnológica digital, las centrales de conmutación presentaban estructuras analógicas, por lo que la integración de pequeñas partes digitales en su arquitectura, iba permitiendo que los diseños de un sistema de señalización permitiese controlar todos y cada uno de los canales de tráfico independientes unos de otros. El sistema de Señalización CAS se desarrollo satisfactoriamente en un principio. Sin embargo, es solamente posible para casos donde el tráfico es bajo. Otro problema que surgió con el sistema de Señalización CAS es que no es posible enviar mensajes de señalización en la ausencia de una llamada. En base a lo anterior, la ITU recomendó utilizar otro sistema de señalización el cual fue el Sistema de Señalización de canal común # 7. Una de las principales ventajas fue que la señalización no tenía que seguir el mismo camino que la llamada asociada. Es abreviada de muchas maneras aunque todas se refieren al mismo sistema (CCS7, CCS#7, SS7). El sistema de señalización número 7 fue desarrollado a principios de los años 80 y tiene un ancho de banda de 64 Kbits/s. Tiene un diseño basado en módulos. En el sistema de señalización por canal común la señalización correspondiente a varios canales de información se transporta por un canal común para muchas comunicaciones. La

30 18 señalización consiste de paquetes cortos de mensajes que son enrutados a través de una red de señalización, superpuesta a la red de voz. Sus componentes fundamentales son los puntos de señalización y los enlaces que unen estos puntos PRINCIPIO DE SEÑALIZACIÓN POR ENLACE DE SEÑALIZACIÓN Los enlaces de señalización, son los entes físicos encargados de establecer las trayectorias para la transferencia de mensajes entre centrales, u otros nodos de la red de telecomunicaciones en el sistema de señalización. La transferencia confiable de los mensajes, se logra con esquemas de funcionamiento que adoptan redundancia como mecanismo de seguridad ante cualquier perturbación de la transmisión o fallas de la red. Estos medios incluyen la detección y corrección de errores en cada enlace de señalización, así como también las funciones necesarias para la desviación automática del tráfico de señalización hacia trayectos alternativos, en caso de fallos del enlace. Por tanto, se puede dimensionar la capacidad y fiabilidad de la señalización, de acuerdo con los requisitos de las diferentes aplicaciones, mediante la disposición de múltiples enlaces de señalización. 3.3 SEÑALIZACIÓN POR CANAL COMÚN NÚMERO 7 (SS#7) El sistema de Señalización por Canal Común número 7 (SS#7), constituye un modelo adoptado para el control de mensajes en las redes digitales de los actuales sistemas de comunicaciones. En éste, se contempla la señalización mediante la utilización de un solo canal de todos los disponibles por el sistema para la transferencia de mensajes. En vista de la importancia que para el presente proyecto tiene la Señalización #7 a continuación se realiza una descripción de algunos de los factores relacionados con el sistema como por ejemplo su estructura, modo de señalización, componentes de la red de señalización, entre otros puntos COMPONENTES DE LA RED DE SEÑALIZACIÓN La red de señalización se compone básicamente de nodos de conmutación y procesos interconectados por enlaces de transmisión. La interconexión de estos nodos los convierte

31 19 funcionalmente en puntos de señalización (SP) de la red del SS#7. Además, surgirá la necesidad de interconectar estos puntos de señalización de tal manera que la información de señalización (datos) pueda transferirse entre ellos. Estos enlaces de datos son los enlaces de señalización de la red de señalización del SS#7. El conjunto de puntos de señalización y sus enlaces de señalización de interconexión forman la red de señalización del SS# PUNTOS DE SEÑALIZACIÓN Los puntos de señalización (SP) están representados en su gran mayoría por centrales digitales en las que su función principal es la de procesar la señalización que fluye a lo largo de la red. Todos los puntos de señalización en una red del SS#7 se identifican mediante un código único conocido como código de punto. Estos SP están relacionados con los puntos de transferencia de señalización (STP), los cuales forman una malla que constituyen los nodos de la red de señalización posibilitando de esta manera el acceso a todos los SP. Los enlaces de señalización conectan puntos de señalización en los cuales se ejecutan funciones de red de señalización del nivel 3 tales como el encaminamiento de mensajes, pudiendo realizarse funciones de usuario del nivel 4 cuando se trata de un punto de señalización de origen o de destino. Desde el punto de vista operacional, existe un SP encargado de generar el mensaje, donde está ubicada la función parte de usuario emisor es el punto de origen de ese mensaje. Existe un SP al cual está destinado un mensaje, donde está ubicada la función parte de usuario receptor, es el punto de destino de ese mensaje. En los STP (signalling transfer point) el mensaje recibido por un enlace de señalización es transferido a otro enlace de señalización por lo que estos no cumplen con la función parte de usuario transmisora y receptora. El conjunto de STP es administrado por los Puntos de Gestión de Señalización (SCP). La figura 7 muestra la interrelación que existe de los puntos de señalización en la red de señalización. Son ejemplos de nodos, que constituyen puntos de señalización: - Centrales (centros de conmutación); - Bases de datos de redes inteligentes; - Puntos de transferencia de señalización;

32 20 - Centros de explotación, gestión y mantenimiento ENLACES DE SEÑALIZACIÓN El sistema de señalización por canal común utiliza enlaces de señalización para transportar mensajes entre dos puntos de señalización. Pueden existir varios enlaces de señalización que unen dos puntos de señalización. Un cierto número de enlaces, pertenecientes a un conjunto de enlaces, que tienen características idénticas (por ejemplo, la misma velocidad de soporte del enlace de datos) se denomina un grupo de enlaces. Cuando dos puntos de señalización se interconectan directamente por un conjunto de enlaces de señalización se dice que estos son puntos de señalización adyacentes. En consecuencia, dos puntos de señalización que no están interconectados directamente son puntos de señalización no adyacentes. Los enlaces de señalización abarcan funciones del nivel 2 destinadas a asegurar la protección contra errores en los mensajes (detección y consiguiente corrección de errores). Proporcionan además medios para mantener la secuencia correcta de los mensajes. En la figura 7 se muestra la estructura de la red antes mencionada. Figura 7. Red de señalización Fuente: (1999)

33 ESTRUCTURA DEL SS#7 Dentro del sistema de Señalización por canal Común Nro. 7 (SS#7) las tareas de señalización están distribuidas entre dos partes funcionales: La Parte de transferencia de Mensajes (MTP) Las Partes de Usuario (UP) con tareas específicas La MTP es la parte fundamental dentro de la gestión de señalización. En ella se basan las demás partes de usuario del sistema de señalización para las labores de comunicación entre las mismas. Las partes de usuario comprenden todas aquellas entidades funcionales que se sustentan en la utilización del SS#7 para el flujo, manejo y control de la información que demandan y envían. Estas partes comprenden los servicios telefónicos, las redes de servicios integrados (ISDN), redes de servicios de datos, redes inteligentes y cualquier otro servicio de valor agregado. El principio fundamental de la estructura del sistema de señalización consiste, por un lado, en la división de funciones en una parte transferencia de mensajes (MTP) común y, por otro lado, en partes de usuario separadas para distintos usuarios. La estructura del Sistema de Señalización # 7 se indica a través de la figura 8.

34 22 Figura 8. Estructura del Sistema de Señalización # 7 La función global de la parte de transferencia de mensajes es servir como sistema de transporte, proporcionando la transferencia fiable de mensajes de señalización entre los emplazamientos de las funciones de usuario que se comunican. En términos de la MTP del SS N.º 7, las funciones de usuario son: o Parte control de conexión de señalización (SCCP) o Parte usuario de telefonía (TUP) o Parte usuario de datos (DUP) o Parte usuario de RDSI (ISUP). El término usuario en este contexto se refiere a cualquier entidad funcional que utilice la capacidad de transporte proporcionada por la parte de transferencia de mensajes. La parte de usuario incluye aquellas funciones de un tipo particular de usuario que formen parte del sistema de señalización por canal común PARTE DE TRANSFERENCIA DE MENSAJES El nivel 1 define las características físicas, eléctricas y funcionales de un enlace de datos de señalización y los medios para acceder al mismo. La función del nivel 1 proporciona

35 23 un soporte para un enlace de señalización. El nivel 2 define las funciones y procedimientos para la transferencia de mensajes de señalización por un determinado enlace de datos de señalización, así como las funciones y procedimientos relacionados con dicha transferencia. Las funciones del nivel 2, junto con un enlace de datos de señalización del nivel 1 como soporte, constituyen un enlace de señalización para una transferencia fiable de mensajes de señalización entre dos puntos. El nivel 3 define en principio las funciones de transferencia y los procedimientos que son comunes e independientes de la operación de los distintos enlaces de comunicación. Estas funciones están agrupadas en dos categorías principales: Funciones de tratamiento de los mensajes de señalización: Funciones que transfieren el mensaje al enlace de señalización o parte de usuario a que corresponde. Funciones de gestión de la red de señalización: Funciones que controlan en cada instante el encaminamiento de los mensajes y la configuración de las facilidades de la red de señalización y, en caso de fallo de la red de señalización, controlan las reconfiguraciones y otras acciones efectuadas para preservar o restablecer la capacidad normal de la transferencia de mensajes. El nivel 4 consta de las diferentes partes de usuario. Cada una de estas partes define las funciones y procedimientos del sistema de señalización que son particulares a un cierto tipo de usuario del sistema. Las entidades siguientes se definen como partes de usuario en el SS N.º PARTE DE CONEXIÓN DE CONTROL DE SEÑALIZACIÓN (SCCP): La SCCP proporciona funciones adicionales a la parte de transferencia de mensajes con objeto de prestar servicios de red sin conexión y servicios de red con conexión, para transferir información de señalización relacionada con el circuito y no relacionada con el circuito. La SCCP proporciona los medios para: Controlar conexiones de señalización lógica en la red del SS N.º 7; Transferir unidades de datos de señalización a través de la red del SS N. 7 con o sin la utilización de conexiones de señalización lógica.

36 24 La SCCP proporciona una función de enrutamiento de mensajes de señalización hacia un punto de señalización basado en los dígitos marcados por ejemplo. Esta capacidad implica una función de traslación que transforma el título global (por ejemplo, dígitos marcados) en un código de puntos de señalización y un número de subsistema. La SCCP proporciona también una función de gestión que controla la disponibilidad de los subsistemas y transmite esta información a otros nodos de la red que precisan conocer el estado del subsistema PARTE DE USUARIO DE TELEFONIA (TUP): La utilización del sistema de señalización N. 7 para la señalización de control de llamadas telefónicas requiere la aplicación de funciones de la parte de usuario de telefonía (TUP), en combinación con la aplicación de un conjunto apropiado de funciones de la parte de transferencia de mensajes (MTP). El control de las llamadas a que se hace referencia incluye la creación, supervisión y cancelación de llamadas tanto nacionales como internacionales PARTE DE USUARIO DE DATOS (DUP): La utilización del sistema de señalización N. 7 para el control de las llamadas o para la señalización de registro y cancelación de facilidades en los servicios de transmisión de datos con conmutación de circuitos requiere la aplicación de funciones de la parte usuario de datos (DUP), en combinación con la aplicación de conjuntos apropiados de funciones de la parte transferencia de mensaje (MTP) PARTE USUARIO DE REDES DIGITALES DE SERVICIOS INTEGRADOS (ISUP): La ISUP comprende las funciones de señalización requeridas para proporcionar servicios y facilidades de usuario con conmutación para aplicaciones vocales y no vocales en la red digital de servicios integrados. También es apropiada para ser utilizada en redes telefónicas especializadas y redes de datos con conmutación de circuitos, así como en redes analógicas y analógicas/digitales. La ISUP tiene una interfaz con la SCCP (que es también una parte de usuario de nivel 4) para permitir que la ISUP utilice la SCCP para señalización de