Introduzione alle Reti di Prossima Generazione

Sommario Rete telefonica tradizionale (PSTN, Public Switched Telephone Network) Reti di nuova generazione: Softswitch Protocolli Integrazione PSTN - Softswitch

PSTN L’attuale rete telefonica tradizionale nasce negli anni ’60 a partire da studi e progetti effettuati dagli operatori dominanti (incumbents). La PSTN fornisce prestazioni di livello assoluto in termini di affidabilità, sicurezza, ubiquità. L’obsolescenza della PSTN è dovuta all’invecchiamento tecnologico e al disegno concettuale che non consente una rapida e completa evoluzione verso servizi a larga banda richiesti dalle nuove applicazioni. La convergenza verso infrastrutture di rete basate su protocollo IP è ormai in atto.

PSTN La PSTN è una rete a commutazione di circuito All’atto del setup della chiamata viene riservato un canale e la voce segue sempre lo stesso percorso. L’instradamento viene realizzato tramite “switch” Switch manuali (Bell, 1877) Switch meccanici (Stowger, 1889) Switch elettronici (AT&T, fine anni ’60)

Topologia della PSTN SL: Stadio di Linea SGU: Stadio di Gruppo Urbano CL4 SGT SGU SL CL5 TDM link SL: Stadio di Linea SGU: Stadio di Gruppo Urbano CL5: Centrale di Classe 5 SGT: Stadio di Gruppo di Transito CL4: Centrale di Classe 4

La rete di accesso L’esigenza di servizi a larga banda e l’impossibilità di sostituire il doppino telefonico ha portato all’esigenza di convogliare voce (analogica) e dati (digitali) sullo stesso mezzo trasmissivo. Gli apparati che costituiscono la rete di accesso consentono di separare i segnali e di convogliarli sulle relative reti di trasporto. POTS ch modem ADSL splitter

Segnalazione La segnalazione è un insieme di messaggi che consentono il controllo delle chiamate e della rete. Supervisione: monitoraggio dello stato della linea Alerting: squillo del telefono in ricezione di chiamate Indirizzamento: instradamento delle chiamate I protocolli di segnalazione della PSTN sono: Segnalazione in banda su doppino Protocollo V5 tra rete di accesso e switch di classe 5 Protocollo SS7 (Signaling System 7) tra gli switch

Voce Il segnale vocale viaggia sulla rete PSTN in digitale Il segnale vocale occupa una banda di 4 KHz Viene campionato in PCM a 8 KHz e codificato a 64 Kbps I diversi segnali vengono multiplexati in TDM

Voice over IP (VoIP) Definizione: il VoIP è la capacità di effettuare chiamate telefoniche su reti IP garantendo una appropriata Qualità del Servizio (QoS) e un migliore rapporto benefici/costi. Si parla più in generale di Multimedia over IP (MoIP) ovvero la convergenza di più tipi di dati (voce, video, fax, ecc) su un protocollo di rete comune (IP).

VoIP voce voce CODEC: A/D CODEC: D/A Compressione Decompressione Creazione dei Voice Datagram Riordino e bufferizzazione Aggiunta di Header (RTP, UDP, IP, etc) Processamento Header

PSTN vs VoIP PSTN Assenza di errori Ritardo piccolo e costante Nessuna perdita Nessuna ritrasmissione Passaggio diretto VoIP Bassa probabilità di errore Ritardo variabile Perdita di pacchetti Ritrasmissione di pacchetti Uso di protocolli Requisiti del VoIP Compressione Segnalazione Qualità del servizio Soppressione del silenzio Servizi aggiuntivi

Softswitch Definizione Softswitch è un insieme di prodotti, protocolli e applicazioni che permettono ad un dispositivo di accedere a servizi di telecomunicazioni su una rete IP. Obiettivi Standardizzare un’architettura per le reti VoIP Mantenere la connettività con le reti tradizionali PSTN

Architettura

Componenti Media Gateway Controller (Call Agent, Softswitch) Fornisce la logica di controllo della chiamata e del mantenimento dello stato della chiamata Signaling Gateway Permette la segnalazione tra PSTN e VoIP Incapsula e trasporta la segnalazione PSTN su IP Media Gateway (Trunking Gateway) Funge da gateway voce tra PSTN e VoIP o tra reti a pacchetto diverse Trasforma la voce da un formato di trasmissione a un altro Media Server Manipola e tratta gli stream vocali su richiesta di qualche applicazione (Digital Signal Processing) Application Server (Feature Server) Permette l’esecuzione di applicazioni per la fornitura di servizi

Piani funzionali

Protocolli VoIP SIGTRAN IP

Protocolli di segnalazione VoIP (SIP e H.323) H.323 è uno standard ITU (International Telecommunications Unit) che specifica i componenti, i protocolli, e i meccanismi per la trasmissione di dati multimediali su reti a commutazione di pacchetto senza garanzie di qualità del servizio. Il protocollo SIP è un protocollo di segnalazione IETF (Internet Engineering Task Force) che si occupa di creare, modificare e terminare sessioni, come ad esempio una chiamata vocale o una conferenza multimediale. Differiscono per scalabilità, semplicità, estensibilità e formato trasmissivo.

Protocollo SIGTRAN Una rete Softswitch consiste di Media Gateway Controller, Media Gateway, Signaling Gateway. Il protocollo SigTran (Signaling Transport) viene usato per trasportare i messaggi di segnalazione SS7 tra il Signaling Gateway e il Media Gateway Controller. SigTran è stato progettato per il trasporto dell’SS7 sull’IP in maniera veloce ed affidabile. Velocità ed affidabilità vengono garantite grazie all’uso del protocollo di trasporto SCTP (Stream Control Transmission Protocol) su cui SigTran poggia.

Protocolli di controllo del media gateway (MEGACO e MGCP) Il Media Gateway Controller ha il compito di sovraintedere e gestire l’intero setup delle chiamate e quindi ha bisogno di interagire con il Media Gateway attraverso il quale passano i segnali vocali Per fare ciò, si avvale di protocolli chiamati di “controllo del media gateway” come MEGACO e MGCP. L’interazione è di tipo master-slave.

Protocolli di trasmissione della voce (RTP) Il protocollo RTP (Realtime Transport Protocol) permette la trasmissione real time della voce, senza però fornire qualità del servizio. La voce viene digitalizzata, compressa, pacchettizzata e spedita sull’infrastruttura IP utilizzando il protocollo UDP (più veloce del TCP poichè non prevede ACK e ritrasmissioni). RTP non gestisce QoS ma fornisce informazioni addizionali ai livelli superiori cosicché le applicazioni possono determinare come trattare i pacchetti.

Esempio di chiamata

Evoluzione rete core: sostituzione Switch Classe 4 TDM link SGU CL5 SL IP link BBN OPB SX CL4

Evoluzione rete core: sostituzione Switch Classe 4

Evoluzione della rete d’accesso POTS ch evoluzione modem ADSL ADSL splitter ADSL POTS ch POTS ch TOIP modem ADSL NT ADSL ADSL splitter ADSL POTS ch splitter ADSL TOIP TOIP TOIP ADSL ADSL RG ADSL RG ADSL