Системы сигнализаций в сетях связи

Mobile Application Part (MAP) протокол уровня приложения архитектуры SS7 систем, который предоставляет доступ к среде различным приложениям в системах UMTS и GSM.
Этот протокол используется между сетевыми компонентами сетей подвижной связи (СПС), такими как:
MSC (Mobile services Switching Center – центр коммутации подвижной связи);
BTS (Base Transceiver Station – базовая приемопередающая станция);
BSC (Base Station Controller – контроллер базовых станций);
HLR (Home Location Register – регистр домашних абонентов);
VLR (Visitor Location Register – гостевой регистр местонахождения);
EIR (Equipment Identity Register - регистр идентификации оборудования);
Подсистема мобильной связи MAP

AC (Authentication Centre – центр аутентификации);
SGSN (Serving GPRS Support Node – пакетный коммутатор)/GGSN (Gateway General Support Node – GPRS шлюз) в GPRS.
Всего определено пять приложений MAP для подсистемы коммутации (MAP-MSC, MAP-VLR, MAP-HLR, МАР-EIR, MAP-AUC) и приложение BSSAP (BSS Application Part) для контроллера базовых станций BSC.
Подсистема MAP представляет собой протокол, который позволяет узлам сети GSM обмениваться информацией друг с другом с целью предоставления таких услуг, как роуминг, хэндовер, маршрутизация входящих вызовов и SMS, обмен текстовыми сообщениями SMS и аутентификация абонента.
Подсистема мобильной связи MAP

Место подсистемы MAP в стеке протоколов ОКС7

Подсистема MAP в различных сетевых элементах

Помимо ТСАР и МТР протокол MAP также использует подсистему SCCP, причем только классы 0 и 1. Основная задача SCCP при передаче сообщений роуминга заключается в пересчете глобального заголовка (GT – Global Title) в маршрутную информацию, т.е. в коды пунктов сигнализации на сети ОКС №7 в соответствии с несколькими планами нумерации. Для СПС стандарта GSM используются планы нумерации, определенные в рекомендациях ITU-Т (Е.163/164, Е.214, Е.212). Параметры сообщений SCCP, которые используются подсистемой MAP для обеспечения роуминга, включают данные с учетом специфики подвижной связи. Например, параметр «Адрес вызываемой/вызывающей стороны» включает глобальный заголовок GT, равный 0100, номер подсистемы SSN определяет устройства СПС, которые обмениваются сообщениями (MSC, HLR,VLR, EIR).
Глобальный заголовок подвижной связи

Маршрутизация обращения HLR осуществляется с помощью глобального заголовка подвижной связи (MGT).
Глобальный заголовок подвижной связи дает возможность опознать страну и сеть, к которой приписана подвижная станция, а также позволяет опознавать HLR рассматриваемой подвижной станции.
Глобальный заголовок подвижной связи
Структура глобального заголовка подвижной связи MGT, длина которого не должна превышать 15 цифр: где:
CC – код страны
NC – код сети
MSIN – опознавательный номер подвижной станции

Основные процедуры MAP
Существуют несколько основных процедур протокола MAP:
Location Update
передача SMS запрос баланса USS
вызов в СПС из ТфОП
Handover

Обновление данных о местонахождении (Location Update) может происходить, когда:
MS (мобильная станция) только что включилась;
MS переместилась в пределах зоны одного и того же VLR, но в новую зону местонахождения LA;
MS переместилась в новую зону VLR;
сработал таймер обновления местонахождения.
Процедура Location Update (LU)

Процедура Location Update (LU)

Из мобильного терминала MS в подсистему базовых станций BSS передается запрос канала.
BSS назначает канал SDCCH (Stand-alone Dedicated Control Channel – автономный выделенный канал управления; двунаправленный канал, с передачей «точка-точка», используемый для запроса услуг, аутентификации абонента, создания шифра, проверки оборудования и закрепления канала трафика) для этого мобильного терминала и дает ему команду перейти на этот канал, передав сообщение Немедленное назначение.
По получении этого сообщения мобильный терминал переходит на назначенный SDCCH и передает запрос обновления данных о местонахождении. Запрос содержит данные, включающие в себя идентификатор зоны местонахождения, полученный мобильным терминалом, и идентификатор мобильного терминала (IMSI, TMSI).
Процедура Location Update (LU)

IMSI (TMSI) передается через BSS в MSC с помощью типового сообщения Complete Layer 3 Info (завершение информации уровня 3), входящего в состав SCCP Connection Request протокола SCCP. Если TMSI не известен в MSC/VLR, то MSC/VLR может запросить у мобильного терминала передачу IMSI. Кроме того, MSC/VLR может запросить у MS идентификатор ТА IMEI для проверки.
После приема запроса Location Update MSC/VLR может попытаться произвести аутентификацию терминала. Если MSC/VLR уже не имеет аутентификационной информации, он запрашивает эту информацию у HLR, используя операцию Send Authentication Info протокола MAP.
Процедура Location Update (LU)

HLR/AuC передает Return Result (RR) подсистемы MAP с несколькими (до пяти) триплетами. Каждый триплет содержит случайное число (RAND) и параметр Signed Response (SRES).
Узел MSC передает в мобильный терминал запрос аутентификации Authentication Request, который содержит только RAND.
В MS выполняется такой же расчет, какой был сделан в HLR/AuC, затем он передает Authentication Response, содержащий параметр SRES. В свою очередь, MSC/VLR проверяет соответствие SRES. Если соответствие подтверждено, MS считается аутентифицированной.
MSC/VLR использует операцию Update Location протокола MAP, чтобы информировать HLR о местонахождении абонента. Сообщение содержит IMSI абонента и сигнал Global Title Address (GTA) от MSC/VLR.
Процедура Location Update (LU)

HLR передает в VLR, где ранее был зарегистрирован абонент (если таковой имеется), сообщение Cancel Location (отмена местонахождения) протокола MAP.
VLR удаляет все записанные данные, относящиеся к абоненту, и посылает в HLR сигнал Return Result.
Регистр HLR использует команду Insert Subscriber Data протокола MAP для VLR, чтобы информировать VLR о совокупности относящихся к рассматриваемому абоненту данных, включающих в себя информацию о дополнительных услугах.
VLR подтверждает получение информации.
После получения RR MSC/VLR передает в мобильный терминал сообщение DTAP Location Updating Accept.
Затем он ликвидирует соединение SCCP с BSS. Это заставляет BSS освободиться от SDCCH путем передачи в мобильный терминал сообщения Channel Release.
Процедура Location Update (LU)

Сообщения процедуры Location Update (LU)
Сообщения CR, CC, CIPHER MODE CMD, CLASSMARK UPDATE, CIPHER MODE COMP, CLEAR CMD, CLEAR COMP, RLSD, RLC являются типовыми для всех процедур и отвечают за выбор сигнального канала, передачи информации 3 уровня, шифрование данных, обновление класса службы, освобождение радиоресурса и завершение диалога.
Главными сообщениями процедуры являются Authentication Request и Authentication Response (запрос и ответ аутентификации).

Сообщения процедуры LU (Authentication Request)
Значения строк:
Protocol Discriminator – дискриминатор протокола (5h=Mobility Management – управление мобильностью);
Ciphering Key Sequence Number – порядковый номер ключа шифрования;
Authentication Parameter RAND – параметр аутентификации «случайное число»;
Authentication Parameter SRES – параметр аутентификации, входящий в триплет.

Сообщения процедуры LU (Authentication Request)

Сообщения процедуры LU (Authentication Response)

Служба коротких сообщений предоставляет пользователям сети GSM обмениваться буквенно-цифровыми сообщениями длиной до 160 символов.
Основными операциями при обмене сообщениями являются:
forwardSM – передать короткое сообщение;
sendRoutingInfoForSM – посылка информации роуминга;
reportSMDeliveryStatus – отчет о доставке;
readyForSM – сигнал готовности для приема коротких сообщений;
alertServiceCentre – предупреждение сервис-центра;
informServiceCentre – информирование сервис-центра.
Служба коротких сообщений (SMS)

Служба коротких сообщений (SMS)

Если SMS-SC не может доставить входящее сообщение абоненту, он отправляет отрицательный результат на шлюз GMSC. При получении такого результата шлюз SMS-GMSC отправляет в HLR сообщение reportSMDeliveryStatus, а тот в свою очередь устанавливает флаг ожидания на соответствующих абонентских данных. HLR также отправляет сообщение alertServiceCentre сервисному центру SMS-IWMSC, уведомляя его об отрицательном результате доставки SMS, и ждет, когда абонент станет доступным. Когда VLR определяет, что абонент снова находится в зоне досягаемости, он отправляет сообщение readyForSM регистру HLR. HLR в свою очередь отправляет центру SMS-IWMSC сообщение alertServiceCentre, в котором содержится информация для центра SMS-SC. Затем процесс доставки начинается заново с команды ForwardSM.
Служба коротких сообщений (SMS)

Сообщения процедуры передачи SMS
Главными сообщениями процедуры передачи SMS являются SMS-Deliver, SMS-Deliver Report, CP-ACK

Сообщения процедуры передачи SMS(SMS-Deliver)
Главное информационного сообщения подсистемы MAP SMS-DELIVER процедуры SMS включает следующие поля:
Plan – план нумерации;
Type – тип абонентского номера;
Number – номер абонента, отправляющего (получающего) смс-сообщение;
TP Message Type Indicator – индикатор типа сообщения (исходящее или входящее);
TP Origination Adress – включает план нумерации, тип номер и номер получателя сообщения;
TP Data Coding Scheme – указывает тип используемого алфавита и сжатие текста;
TP Service Centre Time Stamp – содержит часовой пояс, время и дату передачи сообщения;
поля TP User Data Length и TP User Data указывают длину и содержание переданного сообщения соответственно.

Сообщения процедуры передачи SMS(SMS-Deliver)

Сообщения процедуры передачи SMS(SMS-Deliver)

Сообщения процедуры передачи SMS(SMS-Deliver Report)
Отчет о доставке происходит с помощью сообщения подсистемы MAP SMS-Deliver Report.
Главная информация этого сообщения содержится в строке TP Message Type Indicator, показывающая, в каком порядке смс-сообщение «проходит» сетевые элементы. MS обозначает мобильную станцию, а SC – сервис-центр.
Другим сообщением подсистемы MAP является сообщение CP-ACK, содержащее информацию о канале управления (FACCH or SDCCH) и дискриминаторе протокола (9h=Short Message Service). Необходимо также отметить, что все примеры включают и строки подсистемы SCCP, в которых указывается этикетка маршрутизации (DPC, OPC, SLS).

Сообщения процедуры передачи SMS(SMS-Deliver Report)

Сообщения процедуры передачи SMS(CP-ACK)

USS (неструктурированные дополнительные службы) ‒ позволяют мобильной станции и приложению, определенному оператором PLMN, взаимодействовать между собой прозрачным для мобильной станции и промежуточных сетевых объектов способом. Такая связь осуществляется посредством передачи пакетов данных неструктурированных дополнительных служб (USSD – Unstructured Supplementary Service Data). Эти пакеты имеют длину 80 байтов и передаются с помощью команд протокола MAP. Данные USSD используют диалоговые возможности подсистемы TCAP. Они характеризуются более быстрым циклом обработки и временем ответа, чем сообщения SMS, что особенно полезно в интерактивных приложениях. Двусторонняя транзакция с помощью данных USSD осуществляется в 7 раз быстрее, чем при использовании службы SMS.
Запрос баланса USS

При запросе баланса абонентом обслуживающий MSC связывается с HLR, который посылает запрос шлюзу USSD. Он в свою очередь пересылает запрос серверу приложений предоплаты. Этот сервер проверяет баланс и затем отсылает сообщение обратно в MSC.
Запрос баланса USS

Сообщения процедуры передачи USS
Следующей процедурой абонентов подвижной связи является запрос баланса (USS). Здесь появляются такие сообщения как REGISTER PROCESS_UNSTRUCTURED_SS_REQUEST и REL_COMP PROCESS_UNSTRUCTURED_SS_REQUEST. Остальные сообщения идентичны рассмотренным выше в процедуре передачи SMS.

Сообщения процедуры передачи USS (REGISTER PROCESS_UNSTRUCTURED_SS_REQUEST)
Основные строки и их значения:
Transaction Identifier и Transaction Identifier Flag – показывают использование подсистемы транзакций TCAP (1h, 1b – транзакция присутствует, 0h, 0b – транзакция отсутствует);

Сообщения процедуры передачи USS (REL_COMP PROCESS_UNSTRUCTURED_SS_REQUEST)
Parameter – указывает на то, используется ли структурированный диалог или неструктурированный, схему кодирования и строку с данными при запросе баланса и при ответе сети.

Входящий вызов в СПС из ТфОП

В случае входящего вызова к мобильному терминалу абонент сети ТфОП набирает номер мобильного абонента MSISDN (Mobile Station ISDN Number)
Вызов начинается с поступления на GMSC (Gateway Mobile Switching Center – шлюзовой центр коммутации мобильной связи) сообщения IAM протокола ISUP. Это сообщение содержит списочный номер вызываемого абонента MSISDN, на основании которого в GMSC определяется соответствующий этому абоненту HLR и вызывается операция SRI (Send Routing Information) протокола MAP в направлении к этому HLR, чтобы позиционировать мобильный терминал. Информация SRI содержит MSISDN абонента для определения IMSI.
Входящий вызов в СПС из ТфОП

HLR в MSC/VLR операцию PRN (Provide Roaming Number) протокола MAP, которая содержит IMSI абонента. Этот MSC/VLR назначает из пула временный номер MSRN (Mobile Station Roaming Number) для данного вызова и возвращает этот номер в HLR. В свою очередь, HLR возвращает номер MSRN в GMSC.
Полученный MSRN для ТфОП является реальным (пересчитанным) номером вызываемого абонента. Его можно использовать для маршрутизации вызова через любую промежуточную сеть между GMSC и гостевым MSC/VLR. GMSC маршрутизирует вызов к MSC/VLR путем передачи IAM с MSRN в качестве номера вызываемой стороны. После того как этот IAM принят, MSC/VLR получает оттуда MSRN, узнает IMSI, для которого был назначен MSRN, после чего этот номер MSRN можно вернуть в пул.
Входящий вызов в СПС из ТфОП

Далее MSC запрашивает в BSS передачу вызова абоненту с помощью сообщения Paging Request, которое указывает зону местонахождения, где следует искать абонента. После приема вызова мобильный терминал пытается получить доступ к сети с помощью передачи сообщения Channel Request, на которое подсистема BSS отвечает сообщением Immediate Assignment с указанием мобильному терминалу переключиться на SDCCH. Мобильный терминал переключается на этот SDCCH и указывает сети, что он отвечает на вызов. Тогда BSS пересылает ответ в MSC. На этой стадии MSC инициирует шифрование, так как передаваемые через радиоинтерфейс речь и данные должны быть зашифрованы.
Входящий вызов в СПС из ТфОП

После получения сообщения Setup MS передает в MSC сообщение Call Confirmed, указывающее, что оно располагает необходимой для установления соединения информацией. MSC начинает процедуру назначения, которая создает канал между MSC и BSS, и канал между BSS и MS (вместо SDCCH). После создания канала в MS посылается вызов, а в MSC ‒ сообщение Alerting. Запускается генерация акустического сигнала контроля посылки вызова и передачу сообщения ACM обратно к исходящей АТС ТфОП через GMSC. Как только вызываемый пользователь ответит, мобильный терминал передает в MSC сообщение Connect. Оно запускает передачу из MSC сообщения ANM обратно к исходящей АТС и открытие двухстороннего тракта. И, наконец, в вызываемый мобильный терминал передается сообщение Connect Acknowledgement, и начинается разговор.
Входящий вызов в СПС из ТфОП

Сообщения процедуры «Вызов»
Три описанные выше процедуры используют классы услуг подсистемы SCCP, не ориентированных на соединение. Рассмотрим процедуру вызова в мобильной сети, которая использует классы услуг подсистемы SCCP, ориентированных на соединение.

Сообщения процедуры «Вызов» (Setup)
В сообщении Setup описываются основные параметры номера вызывающего абонента, а также возможности предоставляемых служб переноса данных.
Information Transfer Capability – возможность переноса информации. В данном примере по каналу связи передается речь (0h = speech);
Radio Channel Requirement – требование к радиоканалу (1h = full rate support only mobile station – полноскоростную передачу поддерживает только мобильная станция);
Number Plan Identification – идентификатор плана нумерации;
Number Type – тип номера;
Screening Indicator – индикатор отображения номера (3h = network provided – предоставляется сетью).

Сообщения процедуры «Вызов» (Setup)

Сообщения процедуры «Вызов» (Call Confirmed )
Сообщение Call Confirmed является подтверждением вызова и содержит следующие строки:
Speech Version Indication – индикатор речевой версии (speech version tbd – ограниченные во времени данные; GSM full rate speech version 2 – стандарт кодирования речи в сети GSM, когда данные занимают всю пропускную способность канала);
Dual Tone Multi Frequency – поддержка DTMF набора мобильной станцией.
Сообщения Assignment Request и Assignment Complete отвечают за запрос и назначение тайм-слота в системе ИКМ для передачи сигнальной информации. Сообщение Alerting оповещает абонента о входящем вызове. Затем происходит проключение разговорного тракта и разговор абонентов. За это отвечают сообщения Connect и Connect_Ack.

Сообщения процедуры «Вызов» (Call Confirmed )

Важной функцией MAP и ТСАР также является процедура хэндовера, обеспечивающая переключение вызова на более качественный радиоканал.
Процедура Handover

Сообщения процедуры Handover
При разговоре постоянно происходит мониторинг каналов радиосвязи и выбирается канал с наибольшей мощностью сигнала. Этот выбор осуществляется с помощью сообщения подсистемы MAP HO Performed (handover performed). Это сообщение содержит следующие строки:
Cause Value – значение причины (Ch = Normal Event - better cell – нормальное явление – сота с лучшими параметрами канала связи);
Cell Identifier – идентификатор соты;
Chosen Channel - выбранный канал.
Сообщение Disconnect отвечает за разъединение сеанса связи и отображает причины разъединения.
Далее идут типичные сообщения по освобождению и очистке радиоресурса.