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Projet Bibliographique

La signalisation dans les réseaux téléphoniques :

techniques et évolution

Elaboré par :MURSIEVA Maya

MICHALAK Julien

La signalisation dans les réseaux téléphoniques : techniques et évolution

Plan :

Introduction

1. Qu’est-ce que c’est que la signalisation ?

1.1 Brève histoire du téléphone

1.2 Le concept de la signalisation

1.3 Définition de la signalisation

2. La signalisation

2.1. Signalisation bande de base

2.2. Signalisation hors-bande

3. La signalisation SS7

3.1 Les réseaux SS7

3.2 Types de Liens de Signalisation SS7

3.3 La pile de protocoles de communication SS7

3.3.1 Les fonctions du réseau : MTP

3.3.2 Les fonctions des couches applicatives

3.4 Modes de signalisation SS7

3.5 Applications SS7

3.6 Un exemple de scénario de commande d’appel.

4. Le Réseau Numérique à Intégration des Services (RNIS)

4.1 Les avantages de la numérisation

4.2 La signalisation RNIS et l’intégration des services

4.3 La signalisation du RNIS et le SS7

5. Conclusions

La signalisation dans les réseaux téléphoniquespage 2 sur 30

Introduction

Le sujet de notre projet porte sur la signalisation dans les réseaux téléphoniques : les techniques et l’évolution. Le transport de l’information de commande est un point capital dans l’infrastructure des réseaux. C’est cette information qui permet de déclencher le processus de mise en place de l’infrastructure. Vu que la signalisation a beaucoup évolué dans les dix dernières années on estime qu’elle va continuer de s’adapter au réseau de large bande pour la prise en compte de nombreuses applications multimédias.

Parmi la multitude des thèmes proposées on l’a choisi car les télécommunications et multimédia sont étroitement liés aux réseaux informatiques. L’information acquise au cours de ce projet est complémentaire à notre formation actuelle. Pour tous ceux qui s’intéressent aux réseaux téléphoniques, le thème traité permet d’approfondir leurs connaissances dans ce domaine.

Dans le cadre de se projet on se propose d’étudier profondément le concept et les types de la signalisation, les réseaux où elle est utilisée, les techniques, l’évolution et les applications de la signalisation.

On partira du début de l’invention du téléphone pour expliquer le concept et la définition de la signalisation.

Ensuite, on va définir les types de la signalisation et les différents avantages qu’elle offre aux usagers.

Le système de signalisation numéro 7 (SS7) est un composant critique des systèmes modernes de télécommunications et est un protocole de transmission qui fournit la signalisation et la commande pour différents services et possibilités de réseau. On va étudier toute l’information liée aux réseaux SS7, aux types de liens et aux modes de signalisation, à la pile de protocoles de communication SS7 et aux nombreuses applications de SS7.

Pour consolider toute l’information présentée, on a décidé de présenter Un exemple de scénario de commande d’appel qui décrit le déroulement d’une communication.

Les réseaux téléphoniques sont spécifiques à chaque pays même si les ressemblances sont nombreuses. Donc on va parler du Réseau Numérique à Intégration des Services (RNIS) français mis en place par France Télecom, et présenter les avantages de la numérisation, l’intégration des services et le rapport entre la signalisation RNIS et SS7.


1. Qu’est-ce que c’est que la signalisation ?

1.1 Brève histoire du téléphone.

Pour pouvoir comprendre la signalisation, il faut partir du début de l’invention du téléphone. L’histoire officielle du téléphone retiendra le nom de Bell qui sera le premier à commercialiser des liaisons téléphoniques d’un point à un autre un an après le dépôt de son brevet.

Durant les années 1870, essayant de comprendre le son et les communications sonores, l’inventeur d’origine écossaise Alexander Graham Bell eut l’idée d’un équipement qui transmettrait le son sur de longues distances, en convertissant le son en un signal électrique. Cet équipement fut ensuite appelé téléphone à partir des mots grecs « tele » (à distance) et « phone » (son). Bell n’était pas la seule personne à développer un tel équipement à cette époque, mais ce fut le premier à déposer un brevet en 1876.

A l’origine, le téléphone n’avait pas de mécanisme pour composer un numéro. Pour appeler, une poignée devait être manipulée afin de produire un courant électrique. Ce courant signalait à un opérateur local la présence d’un appel. Pour connecter l’appelant à l’appelé, l’opérateur réalisait manuellement la fonction de commutation, en connectant des fiches entre la prise de l’appelant et de l’appelé.

Il fallut attendre 1889 pour qu’Almon B. Strowger développe l’embryon du commutateur téléphonique automatique. Quoique complètement hors du monde de la téléphonie, Strowger développa ce commutateur pour battre commercialement son rival dans la ville de Kansas City, aux USA. La femme du principal concurrent de Strowger était l’opératrice du service de téléphone local, et à chaque appel pour un service de pompes funèbres, elle passait l’appel pour son mari … Pour éviter ce problème, Strowger développa le premier commutateur automatique, ainsi que le téléphone avec la fonction de numérotation, ce qui élimina la fonction d’opérateur téléphonique.

Les réseaux téléphoniques ont subi de très nombreux changements depuis cette époque. Cependant, la plupart des techniques restent les mêmes. Le téléphone « deux fils » utilisé par la plupart des foyers d’aujourd’hui fonctionne grossièrement de la même manière qu’il y a cent ans.

Aujourd’hui un poste téléphonique peut être classé dans deux catégories : 1. analogique2. numérique. Les postes développés à l’origine par A. Bell étaient analogiques. En fait, la plupart des

postes utilisés en environnement analogique sont toujours analogiques.

La forme la plus simple du téléphone aujourd’hui est le téléphone « deux fils » (loop disconnect, ou loop start ou POTS : Plain Old Telephone Service). Il se connecte au commutateur local par deux fils qui transportent le signal dans les deux directions. Ces fils transportent également la numérotation vers le commutateur et le signal d’appel vers le


téléphone. Le commutateur envoie un signal de 48 V à travers cette paire pour alimenter le téléphone, détecter le décrochage et l’activité de numérotation.

1.2 Le concept de la signalisation

Pour initier un appel, l’utilisateur décroche le téléphone. Cette action ferme un interrupteur dans le poste, et un courant circule en boucle (d’où le terme « loop start »). Le commutateur détecte ce courant comme un appel entrant et fournit le signal de tonalité sur la ligne (440 Hz). Ce signal indique à l’utilisateur qu’il peut commencer à numéroter. Si le combiné téléphonique utilise une numérotation par impulsions, le poste ouvre et ferme la boucle à une vitesse de 10 ou 20 impulsions par seconde : c’est le système de numérotation par impulsions. Le nombre d’impulsions est caractéristique de chacun des chiffres numérotés.

L’autre méthode aujourd’hui utilisée est la numérotation par fréquences vocales (DTMF : Dual Tone Multi Frequency ). Dans cette forme de signalisation, chaque chiffre est représenté par un couple de fréquences qui sont transmises de manière simultanée sur la ligne pendant une période de temps courte. Ces fréquences sont définies par la recommandation de l’ITU-T Q.23. Cette méthode permet un transfert plus rapide de la numérotation, et surtout la vitesse de transmission est indépendante du chiffre numéroté. Ce système permet également de se servir d’autres touches pour l’utilisation de boîtes vocales ou d’autres applications, comme la consultation de son compte en banque, etc …

Lorsqu’un appel téléphonique parvient au poste téléphonique, le commutateur local applique un courant alternatif à la paire téléphonique. Pour répondre, l’utilisateur décroche le combiné téléphonique. Cette action initie une boucle dans la ligne qui est détectée par le commutateur, qui enlève alors ce signal, et applique le signal vocal.

1.3 La définition de la signalisation.

Pour définir la notion de la signalisation, nous avons consulté plusieurs dictionnaires, en résumant toutes les définitions, on a pris celle qui nous a parue la plus exhaustive :

La signalisation c’est : Ensemble de messages de service échangés entre les commutateurs de réseau ou entre ceux-ci et les équipements des utilisateurs, qui sont nécessaires à l’établissement et à la gestion des communications ; ces messages portent sur l’état des liaisons du réseau et sur la nature des équipements des utilisateurs.

La signalisation concerne tous les échanges d’informations nécessaires pour la fourniture et la maintenance d’un service de télécommunications.

La signalisation comprend les signaux requis pour la gestion des connexions:

Etablissement et rupture Contrôle et facturation Supervision et maintenance Gestion GSM et IN (Intelligent Network)


communication

établissement

rupture

contrôle

La fonction de signalisation assure l’échange des informations internes au réseau nécessaires à l’acheminement des communications. A titre de comparaison, sur un réseau routier, les panneaux de signalisation permettent la circulation des véhicules ; sur un réseau de télécommunications, les informations de signalisation permettent la circulation des communications sur le réseau. Il peut s’agir, par exemple, des informations nécessaires à la reconnaissance de l’appelant pour établir la facturation des appels ou la présentation du numéro. Cette fonction peut être assurée directement par le réseau qui transporte les communications des abonnés. Elle est alors généralement intégrée aux commutateurs. Elle peut également être assurée par un réseau distinct, appelé réseau sémaphore.

Sur les accès d’abonnés la signalisation reste aujourd’hui encore analogique: tonalités, numérotation multi-fréquences, etc.. La signalisation analogique emprunte aujourd’hui le même canal que les voies de parole.

L’évolution va vers une signalisation purement numérique, sous forme de paquets digitalisés, aussi bien sur la ligne d’abonné (canal D du RNIS) que dans le cœur du réseau (SS7), ainsi on obtient :

Accès plus rapide à l’information, temps de connexion réduits Disponibilité et sécurité de l’information Qualité de Service accrue

En ce qui concerne les canaux, la signalisation numérique évolue vers des canaux séparés: par exemple dans le RNIS canaux B pour les voies de parole, canal D pour la signalisation, parce que ça permet un accès permanent aux informations de signalisation (signalisation en cours d’appel) et on a une performance accrue sur un canal dédié (réduction des délais, réduction des intrusions par la fraude).


2. La signalisation

La signalisation fait référence à l’échange d’informations entre les équipements d’appel nécessaires pour fournir et maintenir le service. En tant qu’utilisateurs du Réseau Téléphonique Commuté Public (RTCP), nous échangeons en permanence de la signalisation avec les éléments de réseau. Voici quelques exemples de signalisation entre un usager et le réseau téléphonique :

composition du numéro ; tonalité d’acheminement ; accès à une boîte vocale ; envoi d’une tonalité d’attente ; composition d’un code de rappel automatique ;

La signalisation peut être transmise de deux manières : en bande de base et hors bande.

2.1 Signalisation bande de baseNous entendons la composition du numéro, la tonalité d’acheminement et le téléphone

sonner dans le même canal, à travers la même paire de câble. Quand la communication est établie, nous parlons dans le même conduit que celui utilisé pour la signalisation :

CAA – Commutateur à Autonomie d’AcheminementT – Téléphone

La téléphonie traditionnelle fonctionnait également de cette façon. Les signaux permettant d’établir un appel entre deux commutateurs s’effectuaient toujours dans le même canal que le transport de la voix. La signalisation prenait la forme d’une série d’impulsions multi-fréquence (MF), un peu comme la tonalité de composition du numéro entre les commutateurs.

2.2 Signalisation hors-bandeLa signalisation hors-bande est une signalisation qui ne s’effectue pas sur le même

canal de communication que la conversation (voix). En effet, cette signalisation nécessite l’établissement d’un canal numérique pour l’échange des informations de signalisation. Ce canal est appelé lien de signalisation. Les liens de signalisation sont destinés à véhiculer tous les messages de signalisation nécessaires entre les nœuds de réseau. Ainsi, lorsqu’un appel est lancé, le numéro composé, le conduit sélectionné, et autres informations pertinentes sont envoyés entre les commutateurs en utilisant leurs propres liens de signalisation, plutôt que les liens qui vont, à la suite, véhiculer la communication. Aujourd’hui, les liens de signalisation véhiculent les informations avec des débits de 56 ou 64 kilobits par second (kb/s). Il est


intéressant de noter alors que SS7 est uniquement utilisé pour la signalisation entre les éléments de réseau.

Le canal D RNIS étend le concept de signalisation hors-bande à l’interface entre l’usager et le commutateur. La signalisation dans le RNIS est véhiculée sous forme de messages par un réseau sémaphore sur un réseau de transmission de données de type datagramme (car les données à transmettre sont extrêmement courtes, de l’ordre de quelques octets), distinct des autres réseaux de transport de l’information de l’utilisateur.

Les avantages d’un canal séparé pour la signalisation sont multiples aussi bien pour l’usager que pour l’exploitant. Pour l’usager c’est la possibilité de dialoguer hors bande avec le réseau ou le correspondant sans interrompre ou sans établir de canal téléphonique. Pour l’exploitant, cela signifie par exemple que l’on n’ouvrira un circuit téléphonique que si par échange de messages on sait que le correspondant distant ou le chemin vers le correspondant est accessible.

Avec le service RNIS, la signalisation qui doit être échangée entre le poste de l’usager et le commutateur local est véhiculée sur un canal numérique séparé, appelé canal D. La voix ou les informations qui constituent l’appel sont véhiculées par un ou plusieurs canaux B.

La signalisation hors-bande a plusieurs avantages qui la rendent préférable à la signalisation en bande de base :

elle permet le transport d’une quantité de données plus importantes et à des débits plus élevés (56 kb/s peuvent véhiculer les données plus rapidement que les impulsions MF) ;

elle permet une signalisation à tout moment pendant toute la durée de l’appel, et pas seulement lors des phases d’établissement et de libération de l’appel ;

elle permet la signalisation entre des éléments de réseau entre lesquels il n’y a pas de canal direct de connexion.

Il existe deux types de signalisation hors-bande :

1) la signalisation associée ;2) la signalisation sur réseau dédié.

1. Signalisation associéeSi la signalisation doit être véhiculée sur un conduit différent des conduits de trafic voix

ou données, à quoi ce conduit ressemblerait-il ? L’architecture la plus simple résidera dans l’allocation de l’un des conduits reliant

chaque paire de commutateurs interconnectés, tout comme le lien de signalisation. Tout le trafic de signalisation entre une paire de commutateurs devra traverser ce lien, la seule contrainte étant la capacité de ce dernier. Ce type de signalisation est connu sous le nom de signalisation associée :

CAA – Commutateur à Autonomie d’Acheminement


T – Téléphone

La signalisation associée est efficace aussi longtemps qu’un commutateur a besoin d’échanger de la signalisation avec un autre commutateur auquel il est directement connecté. Si SS7 ne devait assurer que l’établissement et la gestion des appels, la signalisation associée conviendrait parfaitement. En fait, la plupart des systèmes de signalisation associée déployés en Europe à ce jour utilisent le mode associé.

La principale limite réside dans le fait qu’elle ne permet pas l’échange de signalisation entre deux commutateurs non reliés.

2. Signalisation sur réseau dédiéLes initiateurs de la signalisation SS7 ont voulu implémenter un réseau de signalisation

autorisant n’importe quel nœud de réseau à échanger de la signalisation avec tout autre nœud supportant SS7.

L’architecture SS7 est née de ce besoin. Cette architecture définit un réseau de signalisation complètement séparé, superposé au réseau de voix (ou de données).


Réseau sémaphore


User Network Interface (UNI)- signalisation RNIS (D)

Network Network Interface (NNI)- signalisation

SS7

3 La signalisation SS7

Le système de signalisation numéro 7 (SS7 ou C7, CCITT no7 ou CCS7) est un composant critique des systèmes modernes de télécommunications. SS7 est un protocole de transmission qui fournit la signalisation et la commande pour différents services et possibilités de réseau. Tandis que l’Internet, les données sans fil, et la technologie relative ont attiré l’attention des millions, beaucoup négligent ou ne se rendent pas compte de l’importance de SS7. Chaque appel dans chaque réseau dépend de SS7.

SS7 est une norme globale pour des télécommunications définies par le secteur international d’étalonnage de télécommunication des syndicats de télécommunication (ITU). La norme définit les procédures et le protocole par lesquels des éléments de réseau dans l’information commutée publique d’échange du réseau téléphonique (PSTN) au-dessus d’un réseau de signalisation numérique pour effectuer l’installation de radio (cellulaire) et d’appel de câble, le cheminement et la commande.

SS7 a été conçu pour améliorer l’opération de réseau et pour fournir les services augmentés. La norme a été sortie pour des variations pays-spécifiques multiples, telles que les normes du American National Standards Institute (norme ANSI) et des technologies de Telcordia (autrefois Bell Communications Research, Bellcore) dans l’Amérique du Nord, et l’Institut Européen pour les Normes de Télécommunications (ETSI) en Europe.

Le réseau SS7 et ces protocoles sont utilisés pour :

l’établissement, l’administration et l’arrêt des appels ; les services liés aux mobiles (roaming, authentification) ; les services liés aux numéros spéciaux (numéro vert) ; des fonctions avancées comme le transfert d’appel, l’affichage de l’appelant, la

conférence à trois, etc ; l’amélioration et la sécurisation des communications internationales.Les Liens de SignalisationLes messages SS7 sont échangés entre les éléments de réseau dans des canaux

bidirectionnels à 56Kbps ou 64kbits/s (ITS MIC), aussi appelés COCs (Canaux Sémaphores = Signaling Links). La signalisation se produit hors bande sur des canaux de signalisation dédiés à cette fonction plutôt qu’in-band sur des canaux de voix.


3.1 Les réseaux SS7

SS7 est composé d’une série d’éléments reliés à l’ensemble de réseau tels que des commutateurs, des bases de données, et des nœuds d’acheminement. Chacun de ces éléments est relié à l’ensemble avec les liens, dont chacun a un but spécifique. L’ensemble des canaux sémaphores d’un réseau téléphonique forme un réseau sémaphore qui utilise le principe de la commutation par paquets en mode datagramme.

Points de SignalisationLes utilisateurs du réseau sémaphore sont les centraux téléphoniques qui génèrent et

interprètent les messages de signalisation. Dans ce contexte il sont appelés Points Sémaphore (PS) ou Signallig Point (SP).

Les nœuds de cheminement sont le cœur du réseau SS7 et s’appellent les Points de Transfert Sémaphore (PTS). Chaque PTS dans le réseau SS7 est identifié de façon non-ambiguë par le « numeric point code ». Ces codes sont acheminés dans des messages de signalisation entre les différents points, afin d’identifier de manière formelle la source (CPO) et la destination (CPD) de chaque message. Une table de routage est utilisée dans ces nœuds pour sélectionner le meilleur chemin pour joindre la destination.

Le réseau SS7 est défini à partir de 3 types de points de signalisation.

SSP (Service Switching Point) ou CAS (Commutateur d’Accès Service) STP (Signal Transfer Point) ou PTS (Point de Transfert Sémaphore) SCP (Service Control Point) ou PCS-R (Point de Contrôle Service Réseau)

Ce type d’architecture permet un maximum de redondance, une haute disponibilité et des garanties de sécurité.

Points De Signalisation SS7

Dans le cas des SSP se sont les commutateurs qui initient, terminent un appel. Un SSP envoie des messages de signalisation à d’autres SSPs pour initialiser, administrer ou libérer des circuits de voix nécessaire à la gestion des appels. Un SSP peut également envoyer une requête vers une base de données centralisée (SCP) afin de déterminer comment router un appel particulier (par exemple, un numéro vert : un appel 1-800/888 en service libre appel en Amérique du Nord). Un SCP envoie une réponse au SSP de commencement contenant les nombres de cheminement liés au numéro composé. Un nombre de voie de déroutement peut


être employé par le SSP si le nombre primaire est occupé ou l’appel est sans réponse dans un temps indiqué. Les clauses de rachat réelles changent du réseau au réseau et du service au service.

Le trafic entre les points de signalisation peut être routé par un commutateur de paquet appelé STP. Un STP route chaque message d’entrée vers un lien de sortie en fonction des informations de routage contenues dans le message SS7. A cause du fait qu’il agit en tant que moyeu de réseau, un STP fournit l’utilisation améliorée du réseau SS7 en éliminant le besoin de liens directs entre les points de signalisation. Un STP peut effectuer la traduction de titre global, un procédé par lequel le point de signalisation de destination est déterminé à partir des chiffres actuels dans le message de signalisation (par exemple, le numéro 800 composé, le nombre de télécarte, ou numéro d’identification mobile d’abonné). Un STP peut également agir en tant que « mur à l’épreuve du feu » pour examiner les messages SS7 échangés avec d’autres réseaux.

Le réseau SS7 étant stratégique pour l’établissement des appels, les SCPs et STPs sont généralement doublés, et positionnés dans des emplacements physiques distants. Les liens entre ces points sont également doublés. Le trafic est partagé à travers ces liens. Si l’un des liens échoue, le trafic de signalisation est réacheminé au-dessus d’un autre lien dans le linkset. Le protocole SS7 permet à la fois la correction d’erreurs et la retransmission pour assurer un service continu, quelque soit le problème (coupure de lien ou mauvais fonctionnement d’un point de signalisation).

Réseaux intelligentsLe concept de réseau intelligent ou d’IN pour Intelligent Network consiste à séparer,

d’une part, les fonctions propres à chacune des applications ou services et, d’autre part, les traitements communs à toutes les applications (décroché, attente de numérotation). Les centraux téléphoniques ne gèrent alors que cette dernière partie et deviennent des SSP. Les traitements spécifiques aux services sont intégrés dans des SCP qui sont des ordinateurs capables d’échanger des messages de signalisation avec les SSP. Une telle approche permet de regrouper le développement de nouveaux services sur quelques machines. Le concept de réseau intelligent permet de définir et développer des services, indépendamment des particularités des différents commutateurs du réseau. La conception de nouveaux services est plus rapide et moins coûteuse, et peut être confiée à des sociétés de service spécialisées indépendantes des constructeurs et des opérateurs.

Lorsque l’usager demande un service de type IN, le SSP et le SCP échangent, en temps réel, des messages de signalisation non liés à un circuit. Les réseaux intelligents s’appuient donc naturellement sur SS7.


L’architecture SS7


Réseau de signalisation

Commutateurs et liaisons circuits

CAS

CAS

CAS

CAS

Sw

Sw

Sw

SwTSw TSw

TSw

PTS PTS

PTS PTSRéseau de signalisation

Commutateurs et liaisons circuits

SSP

SSP

SSP

SSP

Sw

Sw

Sw

SwTSw TSw

TSw

STP STP

STP STP

TSw : Transit SwitchSw : Local Switch

STP = Signaling Transfer Point SSP = Switching Point

3.2 Types de Liens de Signalisation SS7

Les liens de signalisation sont logiquement organisés par le type de lien (de « A » à « F ») selon leur utilisation dans le réseau de signalisation SS7.

Types de Liens de Signalisation SS7

Les STP sont reliés aux points de commutation de service (SSP) qui sont des commutateurs équipés de la logique de la commande SS7. Des commutateurs SSP sont reliés aux STP par l’intermédiaire des liens d’accès (liens A). Un lien de « A » (Accès) relie un point final de signalisation à un STP. Seulement des messages provenant ou destinés derrière le point final de signalisation sont transmis sur un lien de « A ». Les STP se relient également aux bases de données appelées les points de commande de Service (SCP) par l’intermédiaire des liens de A. Le SCP est l’élément de réseau qui contient le service de contrôle logique tel que des instructions pour convertir un nombre 8XX (en service libre appel) en nombre routable.

STPs sont toujours déployés dans les paires, pour pouvoir laisser des pièces d’échange si l’un des STP a un problème. Chaque STP « d’une paire jointe » est relié à l’autre par l’intermédiaire des liens en travers (liens C). Un lien de « C » (Cross) est employé seulement quand un STP n’a aucun autre itinéraire disponible à un point de signalisation de destination dû à la défaillance de lien.

Les paires de STP se relient à d’autres paires de STP par l’intermédiaire de pont ou de liens diagonaux (des liens B ou D). Les liens de B (Bridge – pont)) relient les paires de STP qui sont au même niveau de la hiérarchie tandis que les liens de D (Diagonal - diagonales) relient les paires de STP qui sont des niveaux hiérarchiques différents. La distinction entre un lien de « B » et un lien de « D » est plutôt arbitraire. Pour cette raison, de tels liens peuvent être désignés sous le nom de liens de « B/D ». Un exemple serait un STP dans un réseau local se reliant à STP d’un réseau de fond. Faisant partie des différentes hiérarchies, les liens de distance local-to-long seraient considérés des liens de D.

Des liens prolongés (liens E - Extended) sont employés pour relier un SSP à un STP alternatif. Au cas où la paire primaire de STP serait inopérable, la paire alternative établit des opérations avec le SSP au-dessus des liens E.


Des liens utilisés pour la communication SS7 directement entre SSP (aucun STP impliqué) s’appellent les liens entièrement associés (liens F – Full associated). Un exemple de ces liens sont ceux qui sont employés en combinaison avec des troncs de voix entre le réseau SSP de deux mobiles. Le lien F est employé pour signaler un message hand-off d’un SSP à l’autre, permettant à l’utilisateur d’un téléphone mobile de voyager d’un secteur (servi par un commutateur) à un autre secteur (servi par un autre commutateur).


Architecture de base

Le schéma suivant représente une architecture simple de réseau SS7. Cet exemple illustre comment les éléments de base du réseau SS7 peuvent être déployés afin de constituer deux réseaux interconnectés :

1. Les STP X et W assurent des fonctions identiques. Ils sont redondants. Ils constituent une paire de STP jumeaux, tout comme la paire Y/Z.

2. Chaque SSP dispose de deux liens (ou ensemble de liens), avec un lien vers chaque STP jumeau.

3. Les STP d’une paire sont reliés par un lien (ou un ensemble de liens).

4. Deux paires de STP sont reliées par quatre liens. On les nomme quarteron.

5. Les SCP sont généralement (si ce n’est toujours) déployés par paire. Tout comme les STP, les SCP d’une même paire sont redondants. Cependant, les deux SCP d’une paire ne sont pas reliés directement par une paire de liens.

Les architectures de signalisation comme celle-ci, qui fournissent des conduits de signalisation indirects entre les éléments du réseau fournissent de la signalisation quasi-associée.


3.3 La pile de protocoles de communication SS7

Le réseau sémaphore étant un réseau à commutation par paquets, il est naturel de reprendre une architecture en couches. Dans le contexte de SS7 on parle plutôt de niveau, mais le concept est le même.

Les fonctions matérielles et logicielles du protocole SS7 sont divisées en abstractions fonctionnelles appelées « niveaux ». Le protocole SS7 standard a 4 niveaux (couches). Les niveaux de 1 à 3 constituent la pièce de transfert de message (MTP) et le niveau 4 est la pièce d’utilisateur.

Les services SS7 sont décrits par les couches applicatives du modèle ISO (de 4 à 7) :

ISUP – ISDN User Part TUP – Telephone User Part SCCP – Signaling Connection Control Part TCAP – Transaction Capabilities Application Part

Les mécanismes de transmission SS7 sont décrits par les couches réseau du modèle ISO (de 1 à 3) : MTP – Message Transfer Part

Le modèle de référence OSI et la pile de protocoles de communication SS7


3.3.1 Les fonctions du réseau : MTP

La pièce de transfert de message (MTP) est divisée en trois niveaux. Le niveau le plus bas, le niveau 1 de MTP, est équivalent à la couche physique du modèle OSI. Le niveau 1 de MTP définit les caractéristiques physiques, électriques, et fonctionnelles du lien de signalisation numérique. Les interfaces physiques définies incluent E-1 (2048 kb/s; 32 64 canaux de kb/s), DS1 (1544 kb/s; 24 canaux 64kb/s), V.35 (64 kb/s), Ds-0 (64 kb/s), et Ds-0a (56 kb/s).

Le niveau 2 de MTP assure la transmission bout à bout précise d’un message à travers un lien de signalisation. Les instruments du niveau 2 assurent la commande, la validation d’ordre de message, et la vérification des erreurs. Quand une erreur se produit sur un lien de signalisation, le message (ou l’ensemble de messages) est retransmis. Le niveau 2 de MTP est équivalent à la couche liaison de données du modèle OSI.

Un message SS7 s’appelle une unité de signal (SU). Il y a trois types d’unités de signal : Unités de signal d’appoint (FISU), unités de signal de statut de lien (LSSU), et unités de signal de message (MSU).

Unités De Signal SS7

Des unités de signal d’appoint (FISU) sont transmises sans interruption sur un lien de signalisation dans les deux directions à moins que d’autres unités de signal (MSU ou LSSU) soient présentes. Les FISU diffusent l’information de base seulement de niveau 2. Puisqu’une somme de CRC est calculée pour chaque FISU, signalant la qualité de lien est vérifié sans interruption par les deux points de signalisation à l’une ou l’autre extrémité du lien.


Les unités de signal de statut de lien (LSSU) diffusent un ou deux octets d’information de statut de lien entre les points de signalisation à l’une ou l’autre extrémité d’un lien. Le statut de lien est employé pour commander l’alignement de lien et pour indiquer le statut d’un point de signalisation au point de signalisation à distance.

Les unités de signal de message (MSU) portent toutes les commandes d’appel, question et réponse de base de données, gestion de réseau, et données d’entretien de réseau dans le domaine de l’information de signalisation (SIF). Les MSU ont une étiquette de cheminement qui permet à un point de signalisation de commencement d’envoyer l’information à un point de signalisation de destination à travers le réseau.

Flag – indique le commencement d’une nouvelle unité de signal et implique l’extrémité de l’unité de signal précédente. La valeur binaire du drapeau est 0111 1110. Avant de transmettre une unité de signal, le niveau 2 de MTP enlève « les drapeaux faux » en ajoutant un bit zéro après toute séquence de cinq bits de 1. Lors de réception d’une unité de signal et de dépouillement du drapeau, le niveau 2 de MTP enlève n’importe quel bit zéro, après toute séquence de cinq bits de 1, pour reconstituer le contenu original du message. Des drapeaux doubles sont enlevés entre les unités de signal.

BSN (Backward Sequence Number) – est employé pour accuser réception des unités de signal par le point de signalisation à distance.

BAVOIR (Backward Indicator Bit) – indique un Negative Acknowledgment par le point de signalisation à distance une fois basculé.

FSN (Forward Sequence Number – contient le nombre d’ordre de l’unité de signal. FIB (Forward Indicator Bit) – est employé dans le rétablissement d’erreur comme le

BAVOIR. Quand une unité de signal est prête pour la transmission, le point de signalisation incrémente le FSN par 1 (FSN = 0,…,127). La valeur de somme de CRC est calculée et ajoutée au message de l’avant. Lors de réception du message, le point de signalisation à distance vérifie le CRC et copie la valeur du FSN dans le BSN du prochain message disponible programmé pour la transmission de nouveau au point de signalisation de lancement. Si le CRC est correct, le message en arrière est transmis. Si le CRC est incorrect, le point de signalisation à distance indique le Negative Acknowledgment en basculant le BAVOIR avant l’envoi du message en arrière. Quand le point de signalisation de commencement reçoit un Negative Acknowledgment, il retransmet tous les messages en avant, commençant par le message corrompu, avec le FIB basculé.

La valeur du gisement de LI (indicateur de longueur) détermine le type d’unité de signal :

Teneur en LI Type D’Unité De Signal

0 Unité De Signal D’appoint (FISU)

1..2 Unité De Signal De Statut De Lien (LSSU)

3..63 Unité De Signal De Message (MSU)

SIO (Service Information Octet) – contient le champ de 4-bits sous-service suivi de l’indicateur du service de 4-bits. Le FISU et le LSSU ne contiennent pas un SIO.

Le champ sous-service contient l’indicateur de réseau et la priorité de message (0, 3 avec 3 étant la priorité la plus élevée). La priorité de message est considérée comme seulement dans des conditions de congestion, ne pas commander l’ordre dans lequel des messages sont transmis. Des messages faible priorité peuvent être jetés pendant des périodes


de congestion. En signalant le lien examinez les messages reçoivent une priorité plus élevée que des messages d’installation d’appel.

L’indicateur de service indique l’utilisateur de MTP, permettant ainsi le décodage d’information contenue dans le SIF.

SIF (Signaling Information Field) – contient l’étiquette de cheminement et l’information de signalisation. LSSU et FISU ne contiennent ni une étiquette de cheminement, ni un SIO pendant qu’ils sont envoyés entre deux points de signalisation directement reliés.

Crc (Cyclic Redundancy Check) – la valeur de CRC est employée pour détecter et corriger des erreurs de transmission de données.

Le niveau 3 de MTP fournit le cheminement de message entre les points de signalisation dans le réseau SS7. Le niveau 3 de MTP est équivalent à la couche réseau du modèle OSI. Le niveau 3 de MTP conduit des messages basés sur l’étiquette de cheminement dans le domaine de l’information de signalisation (SIF) des unités de signal de message. L’étiquette de cheminement est composée du code de point du code du point de destination (DPC), de commencement (OPC), et signalisation du champ du choix de lien (SLS). Les codes de points sont des adresses numériques qui identifient uniquement chaque point de signalisation dans le réseau SS7. Quand le code de point de destination dans un message indique le point de signalisation de réception, le message est distribué à l’utilisateur approprié que la partie (par exemple, ISUP ou SCCP) indiquée par l’indicateur de service dans SIO. Les messages destinés à d’autres points de signalisation sont transférés à condition que le point de signalisation de réception ait les capacités de transfert de message (comme un STP). Le choix du lien sortant est basé sur l’information dans le DPC et le SLS.


3.3.2 Les fonctions des couches applicatives

ISDN User Part (ISUP) – définit le protocole et les procédures employées pour établir, gérer et rompre des circuits de commutation qui acheminent la parole et les données entre commutateurs. ISUP est utilisé pour le RNIS et la téléphonie, ainsi que d’autres types de communications. Les appels qui commencent et se terminent sur le même commutateur n’emploient pas la signalisation ISUP. Les principaux messages sont les suivants :

- le message IAM, Initial Address Message, est le message d’appel téléphonique ; il contient les numéros de l’appelé et de l’appelant, et des informations complémentaires ;

- le message ACM, Address Complete Message, signifie que le poste de demandé sonne ;

- le message ANM, ANswer Message, signifie que le demandé a décroché ;- le message REL, RELease Message, signifie que le demandé ou le démandeur a

raccroché ;- le message RLC, ReLease Complete, signifie que les libérations des circuits

nécessaires après le raccroché ont été effectuées ;

TUP (Telephone User Part) – le protocole TUP gère les fonctions de base pour la téléphonie uniquement. Dans quelques régions du monde (par exemple, Chine), le TUP soutient le traitement d’appel de base. TUP manipule les circuits analogiques seulement ; à cause du ce fait de plus en plus, ISUP remplace TUP.

SCCP (Signaling Connection Control Part) ou SSCS (Sous-Système de Connexions Sémaphores) – assure des fonctions supplémentaires à MTP3 pour transférer des informations de signalisation en mode avec ou sans connexion. Tandis que le niveau 3 de MTP fournit des codes de point pour permettre à des messages d’être adressés aux points de signalisation spécifiques, SCCP fournit des nombres de sous-ensemble pour permettre à des messages d’être adressés aux applications spécifiques (appelées les sous-ensembles ) à ces points de signalisation. SCCP est employé en tant que la couche transport pour TCAP - services basés tels que le free-phone (800/888), la télécarte, la portabilité locale de nombre, et les services personnels de communications (PCS). SCCP fournit également les moyens par lesquels un STP peut effectuer la traduction de titre global (GTT), un procédé par lequel le point de signalisation de destination et le nombre de sous-ensemble (SSN) est déterminé à partir des chiffres présents dans le message de signalisation.

TCAP (Transactions Capabilities Applications Part) ou SSGT (Sous-Système de Gestion de Transactions) – fournit un support de communication aux applications interactives dans un environnement distribué. TCAP permet le déploiement des services de réseau intelligents avancés en soutenant l’échange de l’information reliée par circuit entre les points de signalisation en utilisant le service sans connexion de SCCP. Un SSP emploie TCAP pour questionner un SCP pour déterminer les nombres de cheminement liés à un numéro 800, 888, ou 900 composé. Les fonctions TCAP de SCP sont de renvoyer une réponse contenant les nombres de cheminement (ou une erreur, ou rejeter le composant) de nouveau aux appels de télécarte d’espèce sont également validées en utilisant des messages de question et de réponse de TCAP. Dans le cas de réseaux mobiles (IS-41 and GSM), TCAP transporte les messages MAP (Mobile Application Part) échangés entre MSCs pour assurer les fonctions d’identification, authentication et localisation de mobiles ; ainsi que le roaming.


3.4 Modes de signalisation SS7La signalisation SS7 peut être effectuée en trois modes : associé, quasi-associé, non-

associé. Signalisation en mode associé – les canaux de signalisation correspondent point

pour point aux liaisons entre commutateurs circuit véhiculant les voies de parole. La mise en œuvre est simple mais il arrive une multiplication des nœuds de signalisation. Ce type de signalisation exigerait des liens dédiés entre tous les commutateurs.

Signalisation en mode quasi-associé – ce système permet de minimaliser le nombre de nœuds se signalisation, à cause de ça le coût est optimalisé et on obtient une meilleure performance en termes de délais de transmission.Le mode quasi-associé est celui qui est préféré pour la signalisation SS7.

Signalisation en mode non-associé – dans cette configuration les canaux sont complètement décorrélés. Il y a plusieurs désavantages : les algorithmes de routage sont compliqués, les délais sont accrus, etc. Ce mode n’est pas mis en œuvre pour la signalisation SS7.

Le schéma ci-dessous représente le mode de signalisation SS7 quasi-associé :


STP1

STP2

STP3

STP4

SSP1

SSP2

SSP3

link

linkset

relation

Mode Quasi-Associé

Voies de parole

Liens SS7

3.5 Applications SS7

Dans les réseaux de télécommunications modernes d’aujourd’hui, SS7 est employé pour pratiquement chaque appel pour établir un raccordement de voix entre appeler et les endroits appelés de partie. SS7 est également le milieu pour des possibilités et des applications avancées comprenant la gestion de réseau et les services mobiles aussi bien que des applications de câble telles que l’identification d’appeler gratuitement et de carte d’appel automatique.

Les applications courantes de SS7 sont :

Gestion des appels de base (établissement, maintenance, rupture)

Gestion de la mobilité dans les réseaux GSM : roaming, identification, authentification et localisation des usagers mobiles.

Acheminement de messages courts (SMS)

Applications RI (Réseau Intelligent)

- Gestion de numéros spéciaux (toll-free (800/888) & toll (900)- Services complémentaires: transfert d’appels, conférence à 3, …,- Gestion de réseaux privés virtuels (VPN)- Portabilité de numéros (local number portability - LNP)- Gestion de cartes pré-payées


3.6 Un exemple de scénario de commande d’appel.Dans cet exemple, l’abonné connecté au commutateur A émet un appel vers un abonné

connecté au commutateur B.

1. Le commutateur A analyse le numéro reçu et détermine qu’il doit envoyer l’appel vers le commutateur B.

2. Le commutateur A choisit un conduit disponible entre lui-même et le commutateur B, et y émet un message d’adresse initiale (IAM, Initial Address Message), message nécessaire à l’initialisation de l’appel. Ce message est adressé au commutateur B. Il identifie le commutateur initiateur de l’appel (A), le commutateur de destination (B), le circuit sélectionné, le numéro de l’appelant et de l’appelé et autres informations éventuelles.

3. Le commutateur A choisit l’un de ses liens A, prenons AW, et transmet le message IAM sur le lien vers le commutateur B.

4. Le STP W reçoit ce message, consulte son entête de routage et constate qu’il doit le router vers le commutateur B. Il transmet donc ce message sur le lien BW.

5. Le commutateur B reçoit ce message. En l’analysant, il définit qu’il dessert le numéro appelé et vérifie que ce numéro est libre.

6. Le commutateur B émet un message d’adresse complète (ACM, Address Complet Message), qui indique que le message IAM est bien arrivé à destination. Ce message identifie le commutateur récepteur (A), le commutateur émetteur (B) et le circuit choisi.

7. Le commutateur B choisit l’un de ses liens A, prenons BX, et transmet le message ACM sur le lien vers le commutateur A. Au même moment, il met en œuvre le circuit d’appel dans le sens B vers A, envoie une tonalité vers le commutateur A à travers le circuit, et fait sonner la ligne de l’abonné appelé.

8. Le STP X reçoit le message, inspecte son entête d’adressage, et constate qu’il doit est destiné au commutateur A. Il le retransmet sur le lien AX.

9. En recevant le message ACM, le commutateur A connecte la ligne l’abonné appelant sur le circuit défini dans le sens réception, ainsi l’appelant pourra entendre la sonnerie envoyé par le commutateur B.


10. Si l’appelé décroche son téléphone, le commutateur B émet un message de réponse (ANM, Answer Message), identifiant le commutateur destinataire (A), le commutateur source (A) et le circuit sélectionné.

11. Le commutateur utilise le même lien de signalisation que précédemment, BX, et envoie le message ANM. A ce moment là, le circuit doit être connecté à la ligne de l’appelant dans les deux sens, afin de permette la conversation.

12. Le STP X constate que le message ANM est destiné au commutateur A et le transmet sur le lien AX.

13. Le commutateur A s’assure que l’appelant est connecté sur le circuit d’appel, en émission et en réception. La conversation peut alors avoir lieu.

14. Si l’appelant raccroche le premier, le commutateur A génère un message de libération (REL, Release) adressé au commutateur B, en indiquant le circuit concerné par l’appel. Ce message est envoyé sur le lien AW.

15. Le STP W reçoit le message REL, constate qu’il est destiné au commutateur B et le retransmet sur le lien WB.

16. Le commutateur B reçoit le message REL, déconnecte le circuit de la ligne de l’abonné appelé, repositionne le circuit à l’état disponible, génère un message de libération achevée (RLC, Release Complete) adressé en retour au commutateur A et identifiant le circuit concerné. Le message RLC est transmis ce message sur le lien BX.

17. Le STP X reçoit le message RLC, constate qu’il est adressé au commutateur A et le lui transmet sur le lien AX.

18. Lors de la réception le message RLC, le commutateur A libère le circuit indiqué.


4. Le Réseau Numérique à Intégration des Services (RNIS)

Les réseaux téléphoniques sont spécifiques à chaque pays même si les ressemblances sont nombreuses. En France, France Télécom a proposé un réseau de distribution entièrement numérique, désigné sous le terme commercial Numeris.

Dans les années 70, la numérisation permet de véhiculer, en même temps, plusieurs communications sur une même ligne et assure également l’intégration des services, en transmettant sur une même ligne des informations de nature différente: voix, image, écrit, donnée. La France, jouant un rôle de pionnier, propose dès la fin des années 80, la connexité numérique sur tout son territoire et commercialise, sous le nom de Numéris le premier Réseau Numérique à Intégration de Services. RNIS (en anglais ISDN, pour Integrated Services Digital Network) signifie réseau numérique à intégration de services. On peut voir l’architecture RNIS comme une évolution entièrement numérique des réseaux téléphoniques existants, conçue pour associer la voix, les données, la vidéo et tout autre application ou service. RNIS s’oppose donc au réseau téléphonique commuté (RTC) traditionnel.

Le RNIS, évolution du réseau téléphonique actuel, propose la continuité numérique de bout en bout. Il ne s’agit pas d’un réseau supplémentaire entrant en concurrence avec les réseaux existants comme le téléphone traditionnel, les réseaux X.25 ou les liaisons spécialisées. Le RNIS est plutôt un accès universel à ces réseaux, ou plus exactement à ces services supports. Cela implique donc une signalisation « intelligente »: la signalisation par canal sémaphore.

4.1Les avantages de la numérisation

Alors qu’avec la transmission analogique les altérations de transmission s’additionnent progressivement jusqu’à rendre inexploitable le signal reçu, la régénération du signal transmis en numérique est parfaite.

De plus, la numérisation de la parole permet de faire appel aux techniques des circuits intégrés numériques dont la supériorité sur les circuits analogiques est connue depuis longtemps. La possibilité de multiplexer des communications en émettant sur un même câble les codes relatifs à plusieurs conversations évite le recours au multiplexage en fréquence, reposant sur les techniques analogiques coûteuses et difficiles à mettre en œuvre.

Enfin, l’usage des circuits intégrés est particulièrement spectaculaire dans les techniques de commutation. La commutation de signaux numériques est infiniment plus simple que la commutation de signaux analogiques.

4.2La signalisation RNIS et l’intégration des services

Une des fonctions majeures de la téléphonie consiste à acheminer, entre les dispositifs de commutation publics ou privés, des indications concernant la destination, le succès ou non d’un appel, la facturation, le routage... Différents modes d’acheminements ont ainsi vu le jour : circulation de tonalité dans la bande, usage d’un canal spécialisé pour ces messages, usage d’un code multifréquence.

La signalisation RNIS constitue un élément significatif du RNIS. Jusqu’à présent, on ne pouvait échanger qu’un ensemble limité d’informations entre l’usager et le réseau. La signalisation RNIS permet à présent d’échanger des messages très riches. Ceux-ci permettent de mettre en oeuvre de nouvelles fonctions.

La signalisation est désormais véhiculée grâce à un réseau de transmission de données, s’apparentant à un réseau de datagramme et indépendant du réseau téléphonique.


Dans le cadre du RNIS, deux types de signalisation ont été normalisés. Ils sont tous les deux basés sur les concepts de transmission de données informatiques et emploient des mécanismes de type HDLC.

La signalisation interne au réseau relève d’une norme CCITT dite « numéro 7 » ;

La signalisation externe au réseau, c’est-à-dire la signalisation à laquelle l’usager a accès, est dite « protocole D » ou encore RNIS. Ainsi, la signalisation est véhiculée par un réseau de transmission de données (réseau sémaphore) qui s’apparente à un réseau de datagrammes et qui est distinct du réseau de circuits téléphoniques, comme le montre le schéma ci-dessous.

Ainsi pour l’usager, il est possible de dialoguer hors bande avec le réseau ou le correspondant sans interrompre ou sans établir de canal téléphonique. Pour l’exploitant, la signalisation hors bande signifie qu’un circuit téléphonique n’est ouvert que si par échanges de messages on sait que le correspondant distant ou le chemin vers le correspondant est accessible.

Pour permettre l’intégration des services, les autocommutateurs en place doivent assurer des fonctions qui leur sont inconnues. Les PCS (Point de Contrôle des Services) exercent à distance un contrôle sur la commutation dans les CAA (Centres à Autonomie d’Acheminement), comme cela est représenté dans le schéma précédent. On peut alors parler de « réseau intelligent » offrant à l’usager une simplification des procédures diverses de mise en relation, et à l’opérateur du réseau une meilleure gestion de son réseau.

4.3La signalisation du RNIS et le SS7

Dans les relations usager-réseau, le RNIS utilise un mode de signalisation hors-bande dont les signaux sont véhiculés par le canal D. Les bits D (quatre par trame) constituent dans la trame, un canal numérique indépendant disposant de son propre format.

Les canaux B sont réservés à la transmission de données, sans aucune restriction sur la nature de l’information transportée. Les canaux B sont entièrement transparents.

Les canaux B et D ont un fonctionnement différent. Le canal D est utilisé pour les communications de services avec le réseau RNIS. Lors d’un appel, un paquet de données est émis par le terminal de l’usager à sa TNR. Ce paquet contient un certain nombre d’informations comme le numéro du correspondant demandé.


Conclusion

La signalisation c’est un ensemble de messages de service échangés entre les commutateurs de réseau qui sont nécessaires à l’établissement et à la gestion des communications. Le système de signalisation SS7, est un composant critique des systèmes modernes de télécommunications. SS7 est aussi important que l’Internet, les données sans fil, et la technologie relative.

L’objectif de ce présent ouvrage était de présenter d’une manière la plus complète et la plus claire possible le concept de la signalisation dans les réseaux téléphoniques, les bases théoriques et pratiques nécessaires à la compréhension de la signalisation, de ses services, de son architecture, de son fonctionnement et de son utilisation. On a essayé de regrouper toute l’information de telle façon que chaque personne qui voudrait se renseigner sur la signalisation, ses techniques, les réseaux où elle est utilisée et ses applications, puisse assimiler facilement l’information proposée.

Pour rendre ce document plus complet, on a estimé nécessaire de consulter beaucoup de livres et de sites Internet spécialisés dans le domaine des réseaux et des télécommunications.

Le présent travail a été très utile pour nous, on a amélioré nos connaissances dans le domaine des télécommunications, fait qui pourrait s’avérer fort utile dans notre prochaine activité professionnelle.


Références :

1. « Introduction aux réseaux », X. Lagrange, D.Seret, Edition Hermes, Paris 1998

2. « Les réseaux », 2001A. Tannenbaum, Edition Pearson Education, 2003

3. « Les réseaux », G. Pujolle, Edition Eyrolles,

4. « Téléinformatique », C. Macchi, J-F Guilbert, Edition Dunod Informatique, Paris 1987

Les sites Internet :

http://www.art-telecom.fr – site officiel de l’ART

http://www.itu.int – site officiel de l’Union Internationale des Télécommunications

http://fr.wikipedia.org/ – encyclopédie libre ;

http://www.wellx.com/fr/

http://www.itel.ch/

http://www.pt.com/tutorials/ss7/stack.html


http://www.pt.com/tutorials/ss7/stack.html

http://www.itel.ch/

http://www.wellx.com/fr/

http://fr.wikipedia.org/

http://www.itu.int/

http://www.art-telecom.fr/

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