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Unstructured Supplementary
Service Data (USSD)
Aula 1: Introdução
Porto Alegre, setembro de 2013
Data Communication Grouphttp://labcom.inf.ufrgs.br/dcg/
Agenda
① Organização do curso
② Tecnologia GSM
③ Princípios do USSD
④ Arquitetura USSD
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Contextualização
Rede GSM USSD
BTS
BTS
BTS
EIR
SMSCAuC
USSDServer
USSDGateway
HLR
BSC
BSC
VLR
GMSC
MSC
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Organização do curso
Agenda
① Organização do curso
② Tecnologia GSM
③ Princípios do USSD
④ Arquitetura USSD
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O que é? Global System for Mobile
Communications
Padrão de tecnologia móvel de comunicação celular
Utilizado por mais de um bilhão de pessoas em 200 países
Introduziu o conceito de roaming internacional
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GSM
Ano Evento
1982 CEPT cria o Groupe Special Mobile para padronizar comunicação celular na europa
1986 Testes de campo com diferentes tecnologias de Radiofrequência
1987 Combinação de TDMA e FDMA. Primeiro Memorandum of Understanding (MoU) é assinado, representando 12 países
1988 Sistema GSM é validado
1989 Padronização do GSM é repassada para ETSI (European Telecommunications Standards Institute)
1990 Fase 1 do GSM é entregue (900 MHz)
1991 Lançamento comercial do GSM. Significado da sigla muda para Global System for Mobile Communications
1993 Cobertura roaming se expande para além da Europa (1.8 GHz - UK)
1995 Fase 2: cobertura rural e suporte: dados, fax e vídeo (1.9 GHz - USA)
1999 Lançado o serviço Wireless Application Protocol (WAP)
2000 Lançado o serviço GPRS 7
Histórico
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Arquitetura GSM
MS - Mobile StationBSS - Base Station SubsystemBTS - Base Transceiver StationBSC - Base Station ControllerNSS - Network Station SubsystemMSC - Mobile Services Switching CenterVLR - Visitior Location RegisterHLR - Home Location RegisterAuC - Autentiction CenterEIR - Equipment Identitty RegisterSMSC - Short Message Service CenterGMSC – Gateway MSC
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MS
BTS
BTS
BSC
BSC
EIR
SMSCAuC
BSS NSS
BTSHLR
MSC
VLR
GMSC
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Base Transceiver Station (BTS)
Responsável pela
transmissão/recepção em redes
móveis Manipula os protocolos da comunicação
de rádio com os MSs
Geralmente posicionada no centro da célula
Possui em média de 1 à 16 transceivers
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Base Station Controller (BSC)
Gerencia os recursos dos BTSs Responsável por um ou mais BTSs
É a conexão entre os dispositivos móveis e rede celular
Traduz o canal de voz de 13 kbps do link de rádio para o tamanho padrão de 64 kbps
Realiza o handoff inter-células
Controla a potência de transmissão das BSC e MSs em sua área
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Mobile Services Switching Center (MSC)
Componente central da rede GSM Realiza o switching de ligações
Responsável pela gerência dos serviços móveis, tais como: Autenticação
Registro
Localização
Handoffs
Roteamento aos assinantes em roaming
Cada MSC possui uma identificação única
Realiza ainda a sinalização com demais serviçosUnstructured Supplementary Service Data (USSD)
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Gateway MSC (GMSC)
Gateway de comunicação do MSC Responsável pela comunicação com outras
redes
Geralmente implementado na mesma central do MSC
Possui basicamente duas funcionalidades; Consultar a base dos assinantes de uma
operadora em roaming
Encaminhar a chamada de acordo com a consulta realizada
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Visitors Location Register (VLR)
Base de dados para usuários
temporários Mantém as informações sobre visitantes
(roaming)
Trabalha diretamente com o MSC
Quando um dispositivo móvel realiza roaming para outro MSC: VLR requisita suas informações ao HLR
Ao realizar uma ligação, as informações já estão no VLR
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Home Location Register (HLR)
Base de dados de assinantes
Considerada a base de dados mais importante
Armazena dados permanentes sobre os assinantes:
Registro
Autenticação
Localização
Perfil
Atividade
Quando um assinante adquire um Subscriber
Identity Module (SIM), suas informações são
armazenadas no HLRUnstructured Supplementary Service Data (USSD)
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Autentication Center (AuC)
International Mobile Subscriber Identity
(IMSI) Identifica o usuário e operadora
Usuário pode passar seus dados para diferentes dispositivos móveis
Base de dados para autenticação Mantém protegida uma cópia da chave de
identificação presente em cada SIM
Chave é utilizada para autenticação e cifragem do canal de rádio entre o MS e a BTS
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MCC – Mobile Country codeMCN - Mobile Network CodeMSIM – Mobile Station Identification Number
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
MCC MCN MSIN
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Equipment Identitty Register (EIR)
International Mobile Station Equipment Identity (IMEI) Identificação exclusiva do dispositivo
Utilizado para identificação de dispositivos válidos (autorizados). Ex: *#06#
Base de dados para validação de dispositivos Contém a identificação (IMEI) de todos os dispositivos
homologados
Um IMEI é inválido em dois casos: Quando for roubado
Quando dispositivo não for aprovado (homologado)
No Brasil, ANATEL realiza a homologaçãoUnstructured Supplementary Service Data (USSD)
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CC: Country CodeFAC: Final Assembly CodeMC: Manufacturer CodeSN: Serial NumberU: Unused
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
CC FAC MC SN U
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Short Message Service Center (SMSC)
Centro de controle do serviço de SMS Recepção das mensagens dos usuários da
rede sem fio Armazenamento das mensagens (store) Encaminhamento das mensagens (forward) Entrega das mensagens para os usuários da
rede Manutenção e time stamps únicos nas
mensagens Utiliza o algoritmo Store-and-Forward
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Sinalização
Signalling System No. 7 (SS7) Conjunto de protocolos de sinalização
entre componentes da NSS, padronizado pela UIT
Dividido em quatro camadas:
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MTP1
MTP2
MTP3
SCCP
ISUP
TCAP
MAP
INAP
Física
Enlace
Rede
Aplicação
INAP - Intelligent Network Application ProtocolMAP - Mobile Application PartTCAP - Transaction Capabilities Application PartSCCP - Signalling Connection Control PartISUP - ISDN User PartMTP - Message Transfer Part
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Sinalização (cont.)
Mobile Application Part (MAP) Camada de Aplicação
A comunicação com outros elementos da Rede GSM, tais como MSC, HLR e EIR, é sempre baseada no protocolo MAP
A comunicação entre elementos da NSS e serviços externos, via gateways, também são basedos no protocolo MAP Ex.: Comunicação USSD dentro da NSS
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Agenda
① Organização do curso
② Tecnologia GSM
③ Princípios do USSD
④ Arquitetura USSD
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Evolução das redes GSM Introdução de novos serviços
suplementares Alguns desses serviços não eram
reconhecidos por antigas Mobile Stations (MS)
Para que esses novos serviços fossem suportados por antigas MS, introduziu-se o USSD
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Surgimento do USSD
O que é? Protocolo de comunicação para troca de
mensagens Dispositivo vs. Aplicações interativas na
rede
Exemplos de aplicações: serviços baseados em menu, recarga de telefones pré-pagos, mobile banking, etc.
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USSD
Dividido em fases Phase 1.0 (GSM 02.90)
Suportava apenas operações iniciadas do dispositivo para a aplicação
Sem estabelecimento de sessão
No núcleo da rede, mensagens eram entregues através de MAP
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Histórico
Phase 2.0 (GSM 03.90) Introduzida a transmissão orientada a
pacotes nas redes GSM
Capaz de estabelecer sessão entre dispositivo e aplicação
Interação similar a um “diálogo”
Suporta operações iniciadas tanto pelo dispositivo como pelas operadoras
Utiliza MAP2
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Histórico
Mecanismo flexível, de baixo custo
Oferece aplicações baseadas em menu para facilitar interação com usuários
Independente do telefone ou do SIM. Funciona em praticamente todos telefones GSM
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Vantagens do USSD
Permite iniciar mensagens durante ligações, permitindo transmissão simultânea de voz e dados
Mensagens são enviadas diretamente ao receptor, agilizando a comunicação e permitindo resposta instantânea
Permite acessar serviços da rede mesmo em roaming, sem custo adicional
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Vantagens do USSD
Pouco investimento necessário USSD utiliza protocolos SS7 já existentes
Curto time-to-market Integração com serviços terceirizados são
facilmente integrados a um gateway USSD
Transformação da “Nuvem de telecomunicações” em “Nuvem de serviços”
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Impacto
Os códigos são pré-definidos na plataforma USSD, ou fabricante
Exemplo:
Field test do Iphone:
*3001#12345#*
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Exemplo de código USSD
Dispositivo reconhece o formato de um código USSD
Não realiza uma chamada de voz
Ao invés disso, comunica-se com a infraestrutura USSD
Funciona como um ‘gatilho’, invocando diferentes serviços que não requerem o overhead e os custos de um SMS
29Unstructured Supplementary Service Data (USSD)
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Operação de um código
O gateway USSD possui uma interface para o Mobile Switching Center (MSC) através do protocolo SS7
Uma sessão em tempo real é iniciada entre o usuário e a plataforma de aplicação USSD, permitindo o envio e recebimento de dados
Sessão permanece ativa através de uma conexão de rádio e encerra quando:
Serviço finaliza com sucesso
Usuário encerra o uso do serviço
Usuário digita uma opção incorreta no menu
Ocorre time-out de uma requisição
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Operação de um código
USSD SMS
Uso de canais de sinalização Sim Sim
Funcionalidade
Tempo real e orientado a sessão
Técnica store-and-forward para entregar mensagens de texto
Informação enviada diretamente do dispositivo para uma aplicação
Mensagem de texto é enviada para o SMSC, que tenta entregar ao destinatário
Pode envolver uma sessão contínua através de menus
Serviço de única instância, não envolvendo sessão contínua
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Comparação USSD vs. SMS
USSD SMS
Comprimento por mensagem
(7-bit/caracter)
182 caracteres alfanuméricos
160 caracteres alfanuméricos
Média de duração de cada transação 2 segundos 7 segundos
Armazenamento de mensagem no
dispositivo
Mensagens do tipo Flash
Não podem ser armazenadas
Mensagens podem ser armazenadas
Analogia
Navegação na Internet,
TelnetE-Mail
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Comparação USSD vs. SMS
USSD SMS
Utilização de discagem rápida para operar o
serviçoSim Não
Custos de operação envolvidos
SMSC não envolvido SMSC envolvido
Como não há uso do SMSC, as
transações são muito econômicas
Por envolver o uso do SMSC, a transmissão
do SMS é mais custosa
Interface SS7 SS7
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Comparação USSD vs. SMS
USSD SMS
Facilidade de uso
Cliente não precisa criar mensagem. Basta discar o código
Cliente precisa escrever uma mensagem e então enviar
Algumas aplicações permitirão o uso de atalhos de menus, onde o cliente acessa um subitem do menu através de um separador asterisco
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Comparação USSD vs. SMS
O gateway USSD utiliza a mesma interface de programação que o SMSC, facilitando o porte de serviços baseados em SMS para USSD
Na prática, apenas modificações específicas de USSD precisam ser realizadas para aplicações externas
35Unstructured Supplementary Service Data (USSD)
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Comparação USSD vs. SMS
Serviços de informações
Notícias, temperatura, filmes, esportes
Taxa cambial, mercado de ações
Diretórios de telefone, páginas amarelas
Informações emergenciais a partir da operadora
Reservas (transporte, cinema)
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Aplicações USSD em uso
Anúncios/publicidade
Balanço de conta após chamadas
Recarga de telefones pré-pagos (mesmo em roaming), através de cartão de crédito registrado
Informação sobre vencimento de cartão
Transferência de créditos pré-pagos de uma conta de usuário para contas de outros usuários
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Aplicações USSD em uso
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ICICI Bank USSD http://www.icicibank.com/mobile-banking/ussd.html
Disponibiliza inúmeros serviços
Aplicações USSD em uso
Agenda
① Organização do curso
② Tecnologia GSM
③ Princípios do USSD
④ Arquitetura USSD
39Unstructured Supplementary Service Data (USSD)
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Composta basicamente por 4 componentes: A parte da rede GSM que inclui:
Home Location Register (HLR)
Visitor Location Register (VLR)
Mobilite Switching Center (MSC)
Gateway USSD e o servidor de aplicação USSD
A lógica para suportar múltiplas aplicações em uma única plataforma USSD
A interface Simple Messaging Peer-Peer (SMPP) para habilitar o serviço
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Arquitetura do USSD
Arquitetura USSD
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AplicaçõesExternas
Provedorde conteúdo
externo
MSC
CDR
SS7
CDR/Prepaid IN
SMPPMIS
MIS
SM
PP
E1/SS7
Rede GSM
USSD Gateway
IN Prepaid
RatingPlatform
TCP/IP
HLR
Web Management
CDR - Call Data RecordMIS - Management Information Systems
USSD Gateway – USSD Center: É totalmente aberto e pode ser integrado
com qualquer sistema de telecomunicação e com a Internet
Essa característica permite uma rápida implementação de novos serviços e encoraja a existência de aplicações de mensagens
42Unstructured Supplementary Service Data (USSD)
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Arquitetura do USSD
Outros elementos da arquitetura Interface para contas pré-pagas (In Prepaid)
Sistema de billing pós-pago – Call Data Records (CDRs)
Sistema de gerenciamento de informação – Management Information Systems (MIS)
Interconexão com sistemas SMSC
43Unstructured Supplementary Service Data (USSD)
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Arquitetura do USSD
Arquitetura USSD
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HLRVLR
Assinante Telecom Internet
Aplicação USSD GatewayTelefone Aplicação
MSC
MAP MAP MAP
SMPP
Sanganagouda, J. “USSD: A Comminicstion Technology to
Potentially oust SMS dependency”, with paper, Aricent, 2013
http://www.tutorialspoint.com/gsm/gsm_architecture.htm
http://www.icicibank.com/mobile-banking/ussd.html
GSM 02.90 (ETSI TS 100 549) Specification (USSD) Phase 1
GSM 03.90 (ETSI TS 100 549) Specification (USSD) Phase 2
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Referências
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Cristiano Bonato Bothcbboth@inf.ufrgs.br
Unstructured SupplementaryService Data (USSD)
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http://networks.inf.ufrgs.br/dcg