JAIN MAP API per lo SHORT MESSAGE SERVICE (SMS) Maurizio Bonuccelli Piero Lauri Francesca Martelli Renata Bandelloni Rita Arrighi Io sono Renata Bandelloni e faccio parte del gruppo di lavoro coordinato da Maurizio Bonuccelli, in qualità di tesista. Nello stesso gruppo lavorano Francesca Martelli, che ha attualmente un contratto di ricerca, ha collaborato inizialmente Piero Lauri, dipendente Ericsson e abbiamo adesso anche una nuova tesista Rita Arrighi. Ci stiamo attualmente occupando dell’implementazione delle JAIN MAP API ed io presenterò quanto è stato fatto per la per la gestione del servizio SMS, offerto dal sistema GSM. Intanto vediamo brevemente come funziona una rete cellulare 21 settembre 2018 PISATEL

Rete Cellulare MSC VLR HLR land link MSC Mobile Switching Center Base Station VLR MSC HLR land link Radio link In una rete cellulare il territorio è logicamente suddiviso in celle dalla forma esagonale, che corrisponde all’area di copertura del segnale di una Base Station (l’antenna con cui le mobile station comunicano) Le celle sono raggruppate in macro celle, ciascuna delle quali fa riferimento ad un Mobile Switching Center, che si occupa della gestione della mobilità degli utenti. Ogni MSC è infatti associato ad un VLR: un database in cui sono memorizzati i dati relativi agli utenti che transitano nella macrocella gestita dall’MSC in questione. I dati contenuti nel VLR sono un sott’insieme di quelli memorizzati nell’HLR, in cui si trovano informazioni relative a tutti gli abbonati ai servizi dell’operatore che gestisce la rete. Vediamo adesso in maggiore dettaglio come funziona il sistema GSM, che è il sistema digitale utilizzato in Europa per la gestione delle reti cellulari. MSC Mobile Switching Center VLR Visitor Location Register HLR Home Location Register 21 settembre 2018 PISATEL

GSM: Global System for Mobile communication Databases Switches Radio Systems BTS BSC MS MSC GMSC SSP BSS HLR VLR EIR AuC NSS PLMN NSS:Network and Switching Subsystem EIR: Equipment Identity Register AuC: Authentication Center GMSC: Gateway MSC BSS: Base Station System BSC: Base Station Controller BTS: Base Transceiver Station MS: Mobile Station SSP: Service Switching Point PSTN Logicamente si possono distinguere tre livelli: Il livello data base, l’insieme dei data base in cui sono raccolte informazioni relative agli utenti e alle MS, per la localizzazione e l’autenticazione. VLR, HLR appena visti, Auc-> Informazioni per l’autenticazione degli utenti, e accessibilità ai servizi EIR-> informazioni sull’identità delle mobile station. Il livello degli Switches è costituito dagli MSC, che mantengono traccia degli spostamenti degli utenti e si occupano di localizzare i destinatari di chiamate o messaggi e dal GMSC, che realizza la connessione tra rete mobile detta anche PLMN (Public Land Mobile Network) e fissa PSTN (Public Switched Telephon Network) Infine il sistema radio costituito dal Base Station System, ovvero l’insieme delle Base Transceiver Station : antenne che ricevono e mandano segnali alle MS, e dal BSC Base Station Controller, che controlla un certo numero di BTS e le connette agli switches. 21 settembre 2018 PISATEL

“Short Message Service” Entità coinvolte VLR HLR SMSgwy MSC IWMSC SMSC SMSC: Short Message Service Center IWMSC: InterWorking MSC SMSgwy: Short MessageService gateway MSC: Mobile Switching Center HLR: Home Location Register VLR: Visitor Location Register Qui abbiamo gli elementi della rete GSM coinvolti nella gestione dello Short Message Service. Il messaggio inviato da una MS, arriva al Service center, che tenta di inoltrarlo alla MS destinataria. Nel caso in cui questa non sia disponibile per irraggiungibilità o per memoria piena, l’invio sarà tentato nuovamente dopo aver ricevuto dall’HLR una notifica di disponibilità del destinatario. L’IWMSC è utilizzato per la gestione delle comunicazioni entranti e lo SMS gwy per le uscenti, le tre entità logicamente distinte sono spesso implementate nello stessa entità fisica e vengono globalmente chiamate Service Center. L’MSC fornisce informazioni necessarie alla localizzazione dei destinatari, recuperandole dal VLR associato e inoltra i messaggi ricevuti dal SMSgwy. Le comunicazioni tra le diverse entità della rete avvengono attraverso il protocollo MAP. 21 settembre 2018 PISATEL

Protocollo MAP MAP MOBILE APPLICATION PART Servizi comuni Servizi di mobilità Servizi di manutenzione e operazioni Servizi di chiamata Servizi supplementari Servizi per lo Short Message Service Servizi per il GPRS MAP MOBILE APPLICATION PART MAP non è un protocollo unico, ma fornisce un insieme di funzionalità per la gestione di servizi diversi, che sono qui illustrati. In particolare, quello che a noi interessa, sono le operazioni necessarie alla gestione del servizio SMS. 21 settembre 2018 PISATEL

Signalling System No7 SS7 Call-related signaling No call-related signaling ISUP: ISDN User Part MAP: Mobile Application Part TCAP: Transaction Capabilities Application Part SCCP: Signalling Connection Control Part MTP: Message Transfer Part JAIN MAP API MAP ISUP TCAP SCCP MTP3 MAP è compreso nel Signalling System 7, il sistema di segnalazione che gli elementi della rete cellulare utilizzano per comunicare tra di loro, ed in particolare è il livello massimo della parte del systema SS7 relativa alle comunicazioni diverse dai servizi di chiamata. In questo caso infatti è utilizzato per lo scambio di messaggi SMS. Il lavoro svolto è stato per la realizzazione di un livello da aggiungere a MAP, le JAIN MAP API appunto, utilizzabile dalle applicazioni per la gestione degli SMS, che prima poggiavano dirattamente su MAP. Perché questo: MTP2 MTP1 21 settembre 2018 PISATEL

JAIN (Java API’s for Integrated Network) SIP Edit group MAP Edit group MGCP Edit group H.323 Edit group AIN/INAP Edit group TCAP Edit group ISUP Edit group OAM & Provisionig Edit Group Protocol Expert Group JSC/SLEE JAIN Parlay JCC/JCAT Connectivity Management Application Expert Group AT & T Alcatel Cisco Systems Dynamicsoft Ericsson France Telecom IBM Lucent Nokia ... more than 70 companies JAIN workgroups JAIN program Il tutto rientra nell’iniziativa JAIN. JAIN è un progetto che si prefigge di costruire integrare diversi tipi di rete fisse e mobili dalla telefonia mobile, alla telefonia fissa, a internet, fornendo un insieme di interfacce standard per la gestione dei servizi che esse offrono. All’interno di JAIN si distinguono tre gruppi: Protocol Expert Group che si occupa di realizzare le specifiche delle Interfacce che comunicano direttamente con i protocolli sottostanti Application Expert Group il cui compito è di realizzare le specifiche per le applicazioni che utilizzano quanto specificato dal Protocol Expert Group E i JAIN workgroups, che si occupano di implementare le specifiche fornite. I workgroup sono costituiti da più di 70 compagnie tra le quali Ericsson , azienda leader per l’implementazione delle specifiche fornite dal MAP Edit group. 21 settembre 2018 PISATEL

JAIN MAP API Funzionalità da supportare: Short Message Service (SMS) User to service data transfer (Unstructured Supplementary Service Data) Subscriber Information (Any Time Interrogation) Location Service and Emergency Location Information Delivery Le specifiche per la prima versione delle JAIN MAP API, ovvero le interfacce riguardanti il protocollo MAP, prevedono l’implementazione di un sotto insieme delle funzionalità offerte dal protocollo MAP. ///Per ciascuna di queste il Protocol Expert Group ci ha fornito i pacchetti software riguardanti le interfacce da implementare e le classi che modellano i tipi complessi da utilizzare./// Una di queste è lo Short Message service, di cui ci siamo occupati. 21 settembre 2018 PISATEL

MAP: servizi e primitive Una funzionalità N servizi Un servizio 4 primitive Request Confirm Indication Response Vediamo più in dettaglio come funziona il protocollo MAP: Per ciascuna funzionalità (ad esempio lo short Message Service), MAP mette a disposizione un insieme di servizi (ad esempio recupero di informazioni sulla localizzazione del destinatario, il forward di un messaggio, ecc.) Ogni servizio, ha associate quattro tipi di primitive: Request, Confirm, Indication e Response, che vengono utilizzate all’interno del dilaogo MAP creato per la gestione del servizio. 21 settembre 2018 PISATEL

MAP Protocol Machine DIALOGUE INITIATOR DIALOGUE RESPONDER MAP Service User MAP Service User REQUEST CONFIRM RESPONSE INDICATION MAP Service Provider MAP Service Provider Per ogni singolo servizio viene creato un dialogo MAP. In questo schema sono omesse le primitive relative ai servizi comuni a ciascun dialogo, che servono a chiederne l’apertura e la chiusura. Sono mostrate invece le primitive legate alla richiesta di un servizio specifico, ad esempio la richiesta di informazioni per la localizzazione di una MSC. Il Dialogue Initiator è l’entità che richiede il servizio e il Dialogue Responder è l’entità che elabora la richiesta e invia i risultati ottenuti al dialogue initiator. Da entrambi i lati abbiamo un MAP Service User, che è da intendersi come l’applicazione utente dei servizi offerti dal protocollo MAP e un MAP Service Provider, che comunica con lo user ad esso associato e con il provider dell’altra entità per lo scambio di informazioni, attraverso la pila di protocolli sottostante. ……………CLICK! Il dialogo è iniziato dal Dialogue Initiator, che richiede un servizio al proprio provider attraverso una primitiva di tipo request. La richiesta è passata al provider del Dialogue Responder, che la inoltra la suo user invocando una primitiva di tipo Indication. Lo user del responder elabora la richiesta e ne comunica l’esito al proprio provider tramite una primitiva di tipo Response . Le informazioni sono passate al provider dell’entità che ha iniziato il dialogo e giungono allo user associato per invocazione della primitiva di tipo Indication. A questo punto il dialogo si chiude. 21 settembre 2018 PISATEL

Servizi MAP per lo SMS FROM MSC TO VLR (B): MAP_SEND_INFO_FOR_MO_SM MAP_SEND_INFO_FOR_MT_SM FROM SMSgwy TO HLR (C): MAP_SEND_ROUTING_INFO_SM MAP_REPORT_SM_DELIVERY_STATUS FROM HLR TO SMSgwy (C): MAP_ALERT_SERVICE_CENTRE MAP_INFORM_SERVICE_CENTRE FROM MSC TO HLR (D, via VLR): MAP_READY_FOR_SM FROM MSC TO SMSgwy (E): MAP_MO_FORWARD_SM FROM SMSgwy TO MSC (E): MAP_MT_FORWARD_SM D VLR HLR B C E SMSgwy MSC SMSC Qui sono mostrati tutti i servizi che MAP mette a disposizione per il servizio SMS. Dal momento che le nostre JAIN MAP API sono utilizzate all’interno del centro servizi ci interessano solamente i servizi utilizzati sulle interfaccie C ed E. 21 settembre 2018 PISATEL

Protocollo SMS D E C BSC MSC/VLR SMS-gwy HLR MS BTS SM-TP SM-RP MAP JAIN MAP API SM-TP SM-RP MAP MAP SM-CP In questo schema vediamo più in dettaglio la parte del protocollo MAP relativa alla gestione dei messaggi di tipo ETSI. I messaggi di tipo ETSI sono quelli utilizzati all’interno dello standard MAP europeo, esistono anche gli ANSI adottati nel sistema Americano. Noi abbiamo implementato le funzionalità riguardanti gli ETSI. In questo caso SMS-gwy è da considerarsi come integrazione di IWMSC SMSgwy e Service Center, le tre entità logicamente distinte sono di norma implementate nella stessa entità fisica. I messaggi entranti, ovvero inviati dalla MS, attraversando tutta la pila di protocolli arrivano al Centro servizi direttamente da MAP, mentre quelli uscenti, ovvero inviati dal Service Center alla MS; sono generati all’interno del Service Center e inoltrati invocando le primitive MAP. CLICK….JAIN MAP API tra utente MAP -> utente JAIN e MAP Nelle specifiche date per l’implementazione, si lasciava la libertà di scegliere il grado di astrazione della nostra implementazione. Per meglio dire, MAP elabora messaggi rappresentati come array di byte. Noj potevamo considerare un utente della JAIN MAP API che elaborasse messaggi dello stesso tipo, oppure solamente messaggi di tipo ETSI, ossia messaggi i cui campi sono già stati formattati, … Visto che lo scopo di JAIN è quello di porsi al livello massimo di astrazione dai protocolli sottostanti, nascondendone il più possibile i dettagli all’utente, abbiamo deciso di considerare uno user in grado di comprendere solo messaggi di tipo ETSI. Questo comporta il dover trasformare gli array di byte in ingresso da MAP in messaggi ETSI prima di passarli all’utente e viceversa. Nell’altro caso ci saremmo risparmiati quest’onere, obbligando però l’utente a compiere tali trasformazioni. TCAP TCAP LAPD SS7 SS7 SS7 21 settembre 2018 PISATEL

JAIN Model JAIN MAP API User Application JAIN MAP API PRIMITIVES JAIN MAP API EVENTS JAIN MAP API Listener JAIN MAP API Provider MAP layer Vediamo com’è strutturato lo strato JAIN MAP. Quando l’utente JAIN deve richiedere un servizio al provider JAIN, lo fa invocandone direttamente le primitive JAIN che il provider mette a disposizione. Il provider si occuperà quindi di creare uno o più dialoghi MAP necessari ad invocare i servizi del livello sottostante per gestire la richiesta dello user. ///Questo è ad esempio il caso in cui l’applicazione del Centro servizi richiede di inoltrare un Messaggio ad una MS. Le comunicazioni dal provider all’utente JAIN, avvengono tramite il listener implementato all’interno dell’applicazione utente, e questo sia per la comunicazione dell’esito di precedenti richieste dell’utente stesso o per la segnalazione di eventi generati indipendentemente da MAP, quali la ricezione di un messaggio inviato dall aMS al Service Center. 21 settembre 2018 PISATEL

Cosa è stato realizzato Per la funzionalità transaction: provider JAIN MAP user JAIN MAP “simulatore” MAP interfaccia grafica Questo è quanto è stato implementato per la gestione del servizio SMS, all’interno dello schema appena visto: Il nostro compito era quello di occuparci dell’implementazione del provider JAIN, ma per poterne testare il funzionamento abbiamo costruito anche lo strato superiore e quello inferiore quindi: Intanto Il provider JAIN, per la gestione delle transazioni riguardanti sia messaggi entranti che uscenti, Un’applicazione utente che si limita a inviare richieste al JAIN provider e a raccoglierne le risposte o segnalazioni. Un simulatore MAP, non un vero e proprio simulatore ma una classe che si occupa di ricevere le primitive MAP invocate dal JAIN provider inviando allo stesso risposte o segnalazioni sempre sotto forma di primitive MAP. Per la comunicazione tra provider e utente erano date le specifiche, lo stesso non è stato per MAP. Si sapeva quali primitive MAP dovesse fornire, ma non avevamo un’interfaccia precisa da rispettare. Dal momento che non esiste un’unica interfaccia standard per la comunicazione con MAP, abbiamo cercato di costruire un codice indipendente dall’interfaccia con lo strato sottostante. Abbiamo fatto in modo da relegare tutta la parte di interfaccia con MAP, sia per le comunicazioni entranti che uscenti, ad un’unica classe, il nostro simulatore, confinando così eventuali modifiche da apportare al codice a questa sola classe, nel caso in cui si voglia porre JAIN su di uno specifico protocollo MAP. Infine abbiamo realizzato un’interfaccia grafica che permette di iniziare le transazioni, compilare i campi dei messaggi inviati o ricevuti dal centro servizi e anche di scegliere i valori dei parametri da inserire nelle primitive MAP 21 settembre 2018 PISATEL

Classi Java realizzate (1) se.ericsson.jain.protocol.ss7.map.transaction Alphabet IncomingTransaction JainMapMessageTransactionStackImpl MapListener MessageTransactionProviderImpl Tpdu TransactionMaker se.ericsson.jain.protocol.ss7.map.transaction.dialogue DialogueMoFSMInd DialogueMtFSM2Req DialogueMtFSMReq DialogueRSMDSReq DialogueSRIFSReq Queste sono le classi che noi abbiamo implementato all’interno del nostro software: Nel pacchetto se.ericsson.jain.protocol.ss7.map.transaction Si trovano le classi principali per la gestione delle transazioni, qui sono mostrate quelle che noi abbiamo aggiunto a quelle di base in particolare sono da notare tra questo la classa MessageTransactionImpl, che implementa il provider per la funziojnalità transaction, IncomingTransaction che generau n processo per la gestione di una transazione entrante ovvero che riguarda un messaggio inviato dalla MS e entrante nel centro servizi e TransactionMaker che genera un processo per la gestione di una transazione uscente ovvero che riguarda un messaggio inviato ad una MS e uscente dal centro servizi . Nel pacchetto se.ericsson.jain.protocol.ss7.map.transaction.dialogue Abbiamo inserito una classe per la gestione dei dialoghi relativi a ciascuno dei servizi MAP utilizzati. 21 settembre 2018 PISATEL

Classi Java Realizzate (2) se.ericsson.jain.protocol.ss7.map. transaction.incomingpar MtForwardShortMessageInd ReportSmDeliveryStatusCnf ReportSmDeliveryStatusInd SendRoutingInfoForSmCnf SendRoutingInfoForSmInd AlertServiceCenterCnf AlertServiceCenterInd InformServiceCenterInd MoForwardShortMessageCnf MoForwardShortMessageInd MtForwardShortMessageCn se.ericsson.jain.protocol.ss7.map. transaction.outgoingpar AlertServiceCenterReq AlertServiceCenterRsp InformServiceCenterReq MoForwardShortMessageReq MoForwardShortMessageRsp MtForwardShortMessageReq MtForwardShortMessageRsp ReportSmDeliveryStatusReq ReportSmDeliveryStatusRsp SendRoutingInfoForSmReq SendRoutingInfoForSmRsp In incomingpar e outgoing par abbiamo costruito delle classi contenenti i parametri delle primitive MAP entranti e uscenti, che sono state utilizzate. Questo serve a gestire meglio i parametri opzionali e aiuta nell’astrazione dallo specifico protocollo MAP sottostante. 21 settembre 2018 PISATEL

Classi Java Realizzate (3) se.ericsson.jain.protocol.ss7.map.commonpar CloseInd CloseReq DelimiterInd DelimiterReq NoticeInd NoticeReq OpenCnf OpenInd OpenReq OpenRsp PAbortInd PAbortReq UAbortInd UAbortReq se.ericsson.jain.protocol.ss7.map ErrorException IndicationException MapDialogue OpenFailureException SystemFailureException In commonpar abbiamo ancora classi contenenti parametri di primitive MAP, che sono o possono essere utilizzate all’interno di dialoghi per servizi specifici. In map abbiamop aggiunto classi per la gestione di alcune eccezioni che possono verificarsi durante l’elaborazione oltre a MapDialogue che è la classe padre di tutti i dialoghi map e contiene i metodi per le operazioni comuni. 21 settembre 2018 PISATEL

Classi Java Realizzate (4) se.ericsson.jain AlertIndEvent AnswForward AnswInformSc AnswMoForward AnswOpen AnswRouting AppClass MapAvailInd MapSimulator MoCommandSm MoSubmitReportACK MoSubmitReportNACK MoSubmitSm MtDeliverReportSm MtDeliverSm MtStatusReportSm OpenIndEvent Parameters Status Test User In se.ericsson.jain abbiamo le classi cjhe permettono di scegliere i parametri da inserire nei messaggi e nelle primitive MAP , nonché il tipo di risposte che MAP deve inviare al provider dopo aver ricevuto una richiesta. Da notare la classe MAPSimulator, che come abbiamo visto serve a simulare lo strato MAP e in cui è confinata ogni comunicazione con lo specifico protocollo MAP Test e User che generano le istanza delle classi dello stack JAIN e permettono di avviare una demo per testare il funzionamento del software. 21 settembre 2018 PISATEL