no7信令与ip网的互通技术和协议的研究Word格式.docx
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那么,与传统电话网紧密相关的支撑网---NO.7信令网也必然会涉及到如何在IP网中传送的问题。
由于信令系统对于传统PSTN具有重要的支撑作用,因此在IP网中传送PSTN信令时,必需要考虑信令传送的可靠性,时延和带宽的要求,与高层应用接口,以及使用不同协议时的选路方案,等多方面的问题。
为了能够可靠,有效的在IP网络中传送PSTN网的NO.7信令消息,IEEE定义了一组相关的信令传送协议来规定和解决上述提到的问题。
No.7信令网关是实现PSTN和IP网络互通的关键,其在IP电话和接入服务中的应用不但可以提高No.7信令链路的利用率,降低费用,也节省了信令点编码资源,简化了No.7信令网的网络结构。
信令网关在No.7信令和IP网络的互通方面扮演着重要的角色,它主要的功能可以概括为对在SCN网络中传输的信令进行适配,以便使信令能够以分组的形式传送到MGC,反之对来自MGC的信令进行转换,将以IP分组形式发送到SG的信令进行转换,以便在SCN网络中进行传输。
在互通中使用的一个重要概念就是信令传送(SIGTRAN),SIGTRAN是在IP网络中传递电路交换网(SCN)中信令协议的堆栈。
它支持的标准原语接口不需要对现有的SCN信令应用进行任间修改,从而保证已有的SCN信令应用可以不必修改而直接使用。
信令传送利用标准的IP传送协议作为底层传送,并通过增加自身的功能来满足SCN信令传送的要求。
如图1所示,目前支持SIGTRAN的接口主要应用于SG-MGC,SG-SG和SG-IP,SCP/HLR之间,并且对在这些接口上如何使用做了明确的规定,但在MGC-MGC,MG-MGC,MGC-IPSCP/HLR之间也可以使用SIG-TRAN,但对此却没有明确的要求。
随着软交换技术的应用和推广,以及运营商对网络融合的要求,电信网势必会向着全IP网络的方向发展。
但这个发展过程不可能一蹴而就,是需要一段较长的演进过程。
因此,势必会涉及到传统的No.7信令网与IP网互通的问题。
目前,我国的标准研究组根据IETF相应的草案已经指定完成了多个No.7信令适配层的技术规范和测试规范,以及用于No.7信令与IP互通的信令网关的设备规范。
文着重从信令网关和协议的角度来讨论NO.7信令与IP网的互通技术和协议方面的问题。
第一章.NO.7信令网简介
CCITTNO.7信令方式是国际化,标准化的通用公共信道信令系统。
1.1NO.7信令系统的主要结构和功能
NO.7信令系统采用功能模块化的结构,主要包括消息传递部分(mtp)信令连接控制部分(sccp),用户部分(向上)。
实现呼叫的建立和释放功能。
此外还开发了OSI数据分层模式和设计方法,采用了分层结构实现数据分散应用处理。
使系统具有更大的灵活性和开放性,能够适应计算机通信和电信网智能化发展的需要。
(1)、消息传递部分(mtp),MTP的主要功能是在信令网中提供可靠的信号信息的传送。
它包括信令数据链路功能(第一级)、信令链路的功能(第二级)和信令网的功能(第三级)。
第一级(信令数据链路功能),规定信号数据链路的物理电气和功能特性确定数据链路连接方法;
第二级(信令链路的功能),规定在一条信号链路上消息的传递和与其传递有关
的功能和程序;
第三级(信令网功能)规定在信号点之间传递消息的功能和程序,包括信号消息处理和信令网管理两部分,能保证在信号链路和信号转接点故障的情况下可靠地传递信号消息。
(2)、信令连接控制部分(SCCP),信令连接控制部分扩展了MTP的业务功能,增加了利用全址地址(GT)和子系统号码(SSN)的寻址功能,即:
信令连接控制部分为消息传递部分提供附加功能,以便通过NO.7信令网,在电信网中的交换局和交换局,交换局和特种服务中心(管理和维护中心)之间传递电路相关和非电路相关的信令消息和其他类型的信息建立无连接和面向连接的网络业务。
它提供四类业务(a)0类:
基本无连接类;
(b)1类:
顺序无连接类;
(c)2类:
基本定向连接类;
(d)3类:
流量控制定向连接类。
(3)、综合业务服务网用户部分(ISUP),规定电话或非话交换业务所需的信令功能和程序,它不但可以提供用户基本业务和附加业务,而且支持64kbit/s和n×
64kbit/s等多种承载业务。
(4)、交互能力(TC),是NO.7信令方式的一种通信规程。
只规定了OSI的第7层(应用层)的规程(TCAP),TCAP主要包括移动应用部分(地图)和运营,维护和管理部分(OMAP),地图规定移动业务漫游和频道越局转接等程序。
OMAP只提供MTP路由证实测试和SCCP路由证实测试程序。
1.2NO.7的消息格式
消息格式采用不等长的信令信息。
NO.7信令方式采用三种信令单元:
消息信令单元(MSU),链路状态信令单元(LSSU)和填充信令单元(FISU)。
MSU传送NO.7信令消息(如公羊,ISUP和TCAP消息)时使用;
在接通,恢复和退出信令链路时使用LSSU;
在正常工作的信令链路上无信号消息业务时发送FISU。
第二章.IP网简介
IP网络是指以TCP\IP协议为基础通信协议的网络。
综观IP网络的发展,可以肯定,以TCP\IP为主体的因特网及其技术无论在现在或将来一段时期内仍将呈发展趋势,信息技术以及网络技术也将围绕着IP研究其发展问题。
第三章.No.7信令网关及其应用
下面给出了No.7信令网关的结构、功能及优点,最后介绍了它在网络接入服务器和IP电话网关中的应用。
3.1网关及信令网关的基本概念
网关的作用就是完成两个网络之间信息(媒体信息和用于控制的信令信息)的相互转换,以便一个网络中的信息能够在另一个网络中传输。
媒体信息的互通由媒体网关(媒体网关)实现,如IP电话网关实现电话网上的PCM(脉搏代码调制)话音码流和IP网络上的RT(实时的传送协议)数据流之间的转换;
网络接入服务器NAS(网络通路服务器)实现调制解调器信号和IP网数据流之间的转换。
信令网关(打信号网关)则是两个不同网络之间实现信令互通的设备,它主要解决的是电话网信令在IP网的传输问题。
最初的接入设备或IP电话网关设备是不支持No.7信令的,随着上网用户的增多和因特网上的话音业务的兴起,开始出现支持No.7信令的接入服务器和IP电话网关。
当时的接入服务器和IP电话网关对No.7信令信令的处理是和媒体的处理放在一起的,这种信令和媒体共同处理的系统构成的网络是全分散的体系结构,即每个网关负责各自的媒体和信令处理,全分散的网络结构如图1所示。
为讨论方便,下文也用“网关”统称接入服务器和IP电话网关。
在这种全分散的网络中,由于网关需要处理信令,因此每个网关都是一个信令点,它们至少必须和一对STP连接。
这种结构存在诸多缺点:
1)由于网关的处理能力有限,对某一网关来说,一条信令链路所能承担的呼叫远远大于网关所能处理的呼叫,因此信令链路存在带宽浪费。
2)由于每个网关都是一个信令点,因此网络中网关越多,信令链路越多,信令网的结构也越复杂。
3)每个网关需要一个信令点编码,而信令点编码是非常有限的资源。
为解决上述全分散网络结构的缺点,可以把原网关设备中的信令处理功能分离出来集中由专门的设备处理,这个集中处理信令的设备即信令网关。
由于本文主要针对No.7信令,故称之为No.7信令网关,它负责No.7信令的用户部分如ISUP在IP网络上的可靠传输。
引入No.7信令网关后的网络结构见图2(图中未标出PSTN和IP网络)。
信令网关以及负责媒体互通的网关设备之间基于IP通信,这种网络结构体现了信令的集中式处理和媒体的分布式处理。
这样的结构具有以下几个优点:
1)信令链路的集中处理使得信令链路得以充分利用,减少了信令分散处理带来的浪费。
2)多个媒体网关通过一个信令网关与电话网互通,因此只需要一个信令点编码。
3)信令网络结构简单。
3.2.No.7信令信令网关的结构
No.7信令网关设备主要由3部分组成,即No.7信令网接口、协议处理单元、IP网络接口。
No.7信令网接口实现No.7信令消息传输,完成与No.7信令链路的接口;
协议处理单元实现信令传输协议,以便使No.7信令能可靠和高效地在IP上传输;
IP网络接口采用TCP/IP协议,实现与IP网络的接口。
No.7信令网关的组成和协议结构如图3所示。
其中信令传输协议由3部分组成,即信令适配层、公共信令传输层和IP传输层。
信令适配层提供类似于MTP-3的服务,为信令网关在IP网络一侧提供用户部分的接口,保证No.7信令用户部分的透明传输。
信令适配层提供的服务有:
1)传送(传送):
提供传输用户部分信息的能力。
2)暂停(中止):
指示不能把消息传送到目的地。
3)恢复(摘要):
信令适配层有能力提供到指定目的地的业务。
4)状态(状态):
指示发送到远端用户部分的消息所处的状态。
5)公共信令传输层为信令可靠传输提供一个公共的功能集,为下层非可靠性传输协议提供可靠性保证。
6)IP传输层是指UDP/TCP层,由于No.7信令的传输有一定的实时性要求,因此其下层的传输协议一般不用TCP而用UDP,由于UTP不提供可靠的传输,因此需要公共信令传输协议来保证。
3.3.No.7信令网关的应用
No.7信令网关是实现PSTN和IP网络互通的关键,其在IP电话和接入服务中的应用不但可以提高No.7信令链路的利用率,降低费用,也节省了信令点编码资源,简化了No.7信令网的网络结构。
3.4.No.7信令网关在IP电话中的应用
IP电话是在IP网络上实时传输话音的技术,它是以包交换和非实时数据业务为主要特征的IP网络和以电路交换及实时话音业务为主要特征的电话网之间互通的解决方案。
为了实现互通,必须进行媒体和信令的互通,这分别由媒体网关和信令网关实现,为了实现对媒体网关的控制,还必须有媒体网关控制器。
图4所示的IP电话网关功能的分解模型已被ITU-IETF和TIPHON认同,其中No.7信令网关——SS7/IP实现ISUP在IP上的传输,它一方面提供和No.7信令网的接口,另一方面提供和IP网络的接口,为ISUP透明传输到媒体网关控制器提供通路。
一般来说,一个信令网关和媒体网关控制器可以控制多个媒体网关。
第四章.No.7信参与IP网互通的基本框架体系
为提供端到端的语音业务,互通是在业务级上通过中间网关或互通单元实现的,所以协议都在互通功能各自一侧终止,没有端到端的协议。
图1所示的是一个通用的功能模型,它将网关分离为:
媒体网关(MG);
媒体网关控制器(MGC);
信令网关(SC)。
该模型的实现方法可以是多样的,既可以采用分离的设备实现这些功能,也可以集成到一个设备中实现。
在这个模型中,信令网关用来把从PSTN侧收到的No.7信令消息传送到媒体网关控制器或IPSP。
如果功能实体位于不同的物理设备上,就必须要使用信令传送协议在实体之间支持对信令消息的传送,并满足预定的功能和性能要求。
在互通中使用的一个重要概念就是信令传送(SIGTRAN),SIGTRAN是在IP网络中传递电路交换网(SCN)中信令协议的堆栈。
SIGTRAN的协议体系图原则上由三个部件组成:
(1)No.7信令适配子层:
支持特定的原语,例如,管理指示,这些原语是一个特定的SCN信令协议所必需的。
(2)通用的信令传送协议,支持信令传送所需的通用且可靠的传送功能。
(3)标准的IP传送协议(图2)。
No.7信令适配层协议用来支持与原有的No.7信令协议之间特定的原语和相关的管理功能,保证相关的No.7信令高层应用不需要进行任何改变,No.7信令适配层标准包括M2UA,M3UA,M2PA,和SUA;
通用的信令传送协议则用来支持传送信令要求的可靠的传送功能,目前使用最多的是流控制传输协议(SCTP);
标准的IP传送则按照IP地址和相关路由规则完成对封装成IP地址和相关路由规则完成对封装成IP包的信令消息的传送。
目前,SIGTRAN中No.7信令适配子层的具体实例有M3UA(MTP-3用户适配协议)、M2UA(MTP-2用户适配协议)、M2PA(MTP-2用户对等适配协议)和SUA(SCCP用户适配协议)。
根据No.7信令与IP互通时的不同实现方式,这些适配协议分别有不同的应用场合。
第五章.No.7信令与IP网的互通技术介绍
No.7信令与IP互通主要有两种方式--窄带No.7信令网与基于IP的No.7信令网的互通,和No.7信令与IP信令的互通。
第一种互通方式是把IP网中节点看作No.7信令网的一个节点,分配No.7信令点编码,只是No.7信令链路层与窄带No.7信令链路层不同,采用的是基于IP的链路层;
第二种互通方式是在IP网中传送信令不再采用No.7信令网的方式传递信令,而是在SG完成MTP-3与IP地址的对应关系,由IP和它的适配层完成对高层信令的传递。
在第二种互通方式中,不必为每个IP网中的信令节点分配信令点编码,即可以用SG的信令点编码来代表IP域中的所代理的信令节点,并由SG根据相关的路由关键字来完成对消息的选路。
这也表明,在SG应能完成对一些相关路由关键字信息的配置,例如通过数据配置,SF应能确定某个DPC/OPC/CIC取值组合的公羊或ISUP消息需要到达的MGC功能实体,或者根据SCCP消息中的DPC/OPC/SSN+GT信息来选取PSCP。
这两种互通方式的根本区别就在于IP网中的节点是否具有MTP3的功能,如果具有MTP3的功能,则此节点就可以看作是No.7信令网中的一个节点。
虽然存在着两种互通方式,但都是通过SG来完成的。
在实现互通时,SG主要采用了四种协议--M3UA,M2UA,M2PA,SUA。
这些协议都是由IETF工作组进行定义的。
5.1.No.7信令网方式的信令互通
No.7信令网方式的信令互通SG有两种方式完成窄带No.7信令网与基于IP的No.7信令网的互通功能。
当SG不具备MTP3功能时,此时SG不属于No.7信令网的节点,它只完成窄带No.7信令链路与IP/No.7信令网链路的转换,图3是SG传送信令消息到MGC/IPSCP的示意图,其中可以传递与电路相关的呼叫连接控制的信令消息和与电路无关的信令消息。
当SG具备MTP3功能时,此时的SG则不再是一个纯粹的信令链路终端,它应是No.7信令网的节点,并具有No.7信令点编码,它不再是把No.7信令链路直接对应到IP链路上,而是作为信令连接上的一个转接点,可以具备转接MTP消息的能力或中继高层消息的能力,甚至可以认为此SG是No.7信令网与IP信令网的一个信令转接点。
图4SG传送信令消息到MGC/IPSCP的示意图。
其中SG既可以传递与电路相关的呼叫连接控制的信令消息,也可以传送与电路无关的信令消息。
在这种情况下,SCN网络中的节点一方面要知道MGC/IPSCP信令点编码,同时也应了解作为信令转接点的SG的信令点编码。
5.2No.7信令与IP信令的互通
在这种情况下,IP网中的节点不具有MTP3的功能,所以需要用到M3UA协议。
SG终接窄带No.7信令网或IP网的信令消息,然后由SG把MTP转换为IP网中的M3UA或把M3UA转换为MTP,高层信令消息不变。
SG有两种方式完成窄带No.7信令网与基于IP的No.7信令网的互通功能。
对于不具备SCCP功能的SG,SG从窄带No.7信令网或IP网接收到信令消息后,传递到MTP3或M3UA,然后SG根据DPC、NIF(网络互通功能)或IP地址、NIF(网络互通功能)完成信令消息的传递,如图5所示。
对于具备SCCP功能的SG,SG从窄带No.7信令网或IP网接收到信令消息后,传递到信令连接控制部分(SCCP),SCCP地址翻译完成后,把消息传递到MTP3或M3UA,然后SG根据DPC或DPC和INF(网络互通功能)信令消息的传递。
SG包含能完成GT翻译(GTT)功能的SCCP协议层。
如果消息来自No.7信令网,消息选路到SG的SCCP层,对消息的SCCP地址GT进行翻译,GT的翻译结果DPC或DPC/SSN指向IP域,为了向目的地IP域选路,向本地M3UA网络地址翻译和映射功能发送MTP-传送请求原语。
同样,如果消息来自IP域,消息选路到SG的SCCP层,对消息的SCCP地址GT进行翻译,GT的翻译结果DPC或DPC/SSN指向No.7信令网,为了向目的地No.7信令网选路,向本地MTP3发送MTP-传送请求原语(图6)。
当No.7信令与IP网在应用层互通时,就需要使用SUA协议,如图7所示。
SG从窄带No.7信令网接收到信令消息后,传递到信令连接控制脚分(SCCP),SCCP分析地址后,通过NIF包消息出目的地的IP地址,并把相应的信息发送到相应的SCTP偶联上。
当SG收到从IP网络侧来的消息后,SUA把用户数据从SCTP中提取出来,并通过NIF功能把数据传递到SG的SCCP,再由SG的SCCP进行相应的GT翻译和DPC映射。
5.3.No.7信令适配层协议
基于IP的SCN信令传送的框架结构使用了多个成分,包括公共信令传送协议和适配模块。
在这个框架结构中,定义了适于传送No.7MTP2用户消息的适配模块--M2UA,它为MTP3提供服务,并使用SCTP提供的业务作为下层可靠的信令公共传送协议。
它向MTP3提供的业务与MTP2所提供的业务相同,并且在接口上具有相同的原语。
但是由于信令网关不包含MTP3的功能,所以使用M2UA的SG仅充当了一个No.7信令链路与IP连接之间的一个交叉连接设备。
而MTP2用户对等层间的适配层(M2PA)则不同,它允许在任何两个No.7信令点间在IP网络上处理MTP3消息和提供MTP信令网网关功能,因此能够在IP网连接上提供与MTP3协议的无缝操作。
而且MTP3层上还可以包含SCCP协议。
同样,底层使用SCTP提供的业务作为信令公共传送协议。
在这里使用M2PA的信令网关完成了一个STP的功能,它可以被看作是一个IPSP和具有传统No.7链路SP/STP的组合。
使用M2PA的信令网关应当包含MTP3协议,至于是否需要SCCP协议则是任选的。
此时SG作为一个独立的信令点存在,并且具有单独的信令点编码。
由以上的分析我们也可以看出,使用M2PA的SG相对于使用M2UA的SG具有更强大的功能和灵活性。
当MGC或IPSPC/HLR不包含MTP3协议层时,就需要使用M3UA进行适配。
M3UA和上层用户之间使用的原语同MTP3与上层用户之间使用的原语相同,并且在底层也使用了SCTP所提供的服务。
M3UA已经属于网络层协议,所以需要寻址功能,这通过M3UA中的网络地址翻译和映射功能模块来实现,而不是象M2UA/M2PA那样仅仅进行简单的链路或接口之间的映射。
SUA定义了如何在两个信令端点间通过IP来传送SCCP用户的消息或者是第三代网络协议消息,这个协议不仅可以通过SG实现No.7信令与IP的互通,还可以实现IP网中两个IPSP之间的互通。
所以在这四种适配协议中,SUA协议适用的范围更加广泛,而不仅仅局限在No.7信令和IP互通时使用。
我认为,M2UA和M2PA相比较,应首选M2PA,这样SG具有更大的智能;
它们和M3UA相比较,应该优先选用M3UA,因为此时不必对IP中的节点分配No.7信令点的编码,同时IP网中的节点也不需具有MTP3的功能,这样对IP网中节点的协议栈不必进行太大的改动,SCN和IP相互独立,比较易于运营和管理。
对于SUA协议,主要是为了方便访问IP数据库,这样不需要在开发SCCP程序,而直接可以使用SUA的功能。
当然,SUA的功能也可以在M3UA上提供SCCP功能来实现。
由上所述我们可以看出,SG在No.7信令和IP网络的互通方面扮演着重要的角色,它主要的功能可以概括为对在SCN网络中传输的信令进行适配,以便使信令能够以分组的形式传送到MGC,反之对来自MGC的信令进行转换,将以IP分组形式发送到SG的信令进行转换,以便
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