七號(hào)信令網(wǎng)關(guān)及凌華解決方案
2003/06/16
1. 網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)
現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)可分為傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)和分組數(shù)據(jù)網(wǎng)。電路交換網(wǎng)包括固定電話網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)，它提供傳統(tǒng)的話音和傳真的業(yè)務(wù)。中國(guó)的電話用戶發(fā)展迅速，截至2003年2月，中國(guó)固定電話用戶為2.21億，移動(dòng)電話用戶為2.16億。在今后幾年內(nèi)，傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)仍將是電信市場(chǎng)的主業(yè)。穩(wěn)步發(fā)展以電路交換為基礎(chǔ)的電話業(yè)務(wù)，尤其是移動(dòng)電話業(yè)務(wù)無(wú)疑是中國(guó)電信市場(chǎng)發(fā)展的主要任務(wù)。
但近來(lái)，以IP為基礎(chǔ)的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)發(fā)展迅速。隨著經(jīng)濟(jì)信息化進(jìn)程的加速，數(shù)據(jù)通信，特別是IP業(yè)務(wù)將會(huì)成為電信市場(chǎng)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。大力發(fā)展以IP技術(shù)和裝備為主導(dǎo)的新的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是新時(shí)期通信網(wǎng)的標(biāo)志性工作。
不同的網(wǎng)將按各自的最佳方向獨(dú)立演進(jìn)，融合發(fā)展。最終形成一個(gè)統(tǒng)一的融合的主要是以IP為基礎(chǔ)的分組化網(wǎng)。如圖1所示。然而，從傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)到分組化網(wǎng)將是一個(gè)長(zhǎng)期的漸進(jìn)過(guò)渡過(guò)程，因而在今后20年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間兩種網(wǎng)絡(luò)將共存。
電信業(yè)務(wù)將會(huì)跨網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。因此兩網(wǎng)互通是必須的，而且互通量也很大。其中信令的互通更重要。互通通過(guò)網(wǎng)關(guān)來(lái)解決。網(wǎng)關(guān)的OSI模型見(jiàn)下圖。信令網(wǎng)關(guān)就是兩個(gè)不同的網(wǎng)之間信令互通設(shè)備。
2. SS7信令網(wǎng)關(guān)
隨著傳統(tǒng)電話的普及率的不斷提高，傳統(tǒng)電話話務(wù)量達(dá)到了一個(gè)相對(duì)飽和的程度。為了推動(dòng)其進(jìn)一步增長(zhǎng)，電信運(yùn)營(yíng)商不斷推出各種各樣的補(bǔ)充業(yè)務(wù)和智能業(yè)務(wù)，例如：常用的補(bǔ)充業(yè)務(wù)有主叫號(hào)碼顯示、呼叫前轉(zhuǎn)、呼叫等待等，智能業(yè)務(wù)有預(yù)付費(fèi)、被叫集中付費(fèi)、VPN、智能公話等。這些業(yè)務(wù)都要使用比普通電話更多的SS7，因此目前電話話務(wù)量的略微增長(zhǎng)就會(huì)引起7號(hào)信令的大大增加。移動(dòng)通信的迅速發(fā)展對(duì)SS7的需求要比固定電話更多。它每次呼叫所需的信令量是固定電話的七倍。大量的短消息，多媒體短消息、移動(dòng)智能業(yè)務(wù)、以及個(gè)人業(yè)務(wù)環(huán)境等應(yīng)用又使SS7不斷增長(zhǎng)。運(yùn)營(yíng)商們都希望以最小的成本面對(duì)這樣的增長(zhǎng)。減少投資、減少電路交換網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、提高IP網(wǎng)絡(luò)的利用率是他們共同的愿望，選用IP來(lái)傳輸SS7是最經(jīng)濟(jì)的一條途徑。
在語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)融合的過(guò)程中，以電路交換為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)和以分組交換為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)之間的通信勢(shì)必要求信令能夠互通，兩個(gè)全球最大的網(wǎng)絡(luò)將長(zhǎng)期共存，信令互通的潛力將是巨大的。更重要的是下一代的網(wǎng)絡(luò)是以IP為基礎(chǔ)的，無(wú)論是軟交換體系結(jié)構(gòu)還是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)都采用基于IP的分組交換網(wǎng)絡(luò)，因此信令網(wǎng)關(guān)是必不可少的。
另外在分布廣闊的接入網(wǎng)中，利用普遍存在的IP網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸接入信令，如DSS1和V5.2，也有很大的市場(chǎng)需求。
信令網(wǎng)關(guān)的作用就是完成兩個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)之間用于控制的信息的相互轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的控制信息能夠在另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中延續(xù)傳輸。信令網(wǎng)關(guān)是在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的邊界接收和發(fā)送信令的代理，是兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的信令關(guān)口，對(duì)信令消息進(jìn)行翻譯、中繼或終結(jié)處理。信令網(wǎng)關(guān)可以獨(dú)立設(shè)置，也可以與其他網(wǎng)關(guān)綜合設(shè)置，來(lái)處理與接入線路或中繼線路有關(guān)的信令。
目前使用最廣泛的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)一個(gè)是電話交換網(wǎng)絡(luò)，其中包括固定電話網(wǎng)和移動(dòng)電話網(wǎng)，另一個(gè)是IP網(wǎng)絡(luò)，包括Internet，Intranet和Extranet。
在電話交換網(wǎng)絡(luò)中，常用的信令如下圖所示：
圖中MAP，CAP，RANAP，BSSAP為移動(dòng)通信系統(tǒng)使用的信令；ISUP，TUP，INAP為固定網(wǎng)使用的信令；DSS1和V5.2為接入網(wǎng)使用的信令。
在"IP為王"（EveryThing Over IP）的時(shí)代發(fā)展潮流中，人們?yōu)橥ㄟ^(guò)IP傳輸電話信令開(kāi)展了大量的研究開(kāi)發(fā)工作，IETF為此定義了一系列技術(shù)建議書(shū)，作出了很大的貢獻(xiàn)。
在九十年代末，IETF成立了信令傳輸（SIGTRAN）工作組來(lái)解決分組形式的電話信令在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸，確定電話信令的功能和性能要求，實(shí)現(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間傳輸如SS7
ISUP，TUP和DSS1之類的信令。
SIGTRAN構(gòu)架是在流控傳輸協(xié)議（SCTP）上加一個(gè)用戶適配層（UAL）。用戶適配層是由多個(gè)適配模塊所組成。它們分別為上層現(xiàn)有的電話用戶/應(yīng)用提供原來(lái)的原語(yǔ)接口（如管理指示，數(shù)據(jù)操作等原語(yǔ)），并把上層特定信令協(xié)議打包在SCTP上傳輸。SCTP基于標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IPv4，IPv6）之上。SIGTRAN構(gòu)架如下圖所示：
圖中粉紅色部分為SIGTRAN的協(xié)議棧，在它們之上的是對(duì)應(yīng)的電話信令協(xié)議。SIGTRAN的協(xié)議棧分為2層：一層是SCTP，它提供多個(gè)流的，可靠的數(shù)據(jù)傳輸，用戶數(shù)據(jù)的捆綁和分段，阻塞和流量控制，防止"拒絕服務(wù)"和"偽裝"的攻擊等功能。另一層是用戶適配層，圖中由SUA、M3UA、M2UA、M2PA、IUA和V5UA五個(gè)適配模塊所組成，它們分別來(lái)滿足各種電話信令協(xié)議適配的要求。
電話網(wǎng)中的一個(gè)信令節(jié)點(diǎn)與IP網(wǎng)中的一個(gè)信令節(jié)點(diǎn)不能直接相連，它們之間的相互通信需要依靠一個(gè)叫做信令網(wǎng)關(guān)（Signalling Gateway，SG）的中間設(shè)備來(lái)進(jìn)行。從IP網(wǎng)絡(luò)的角度來(lái)看，這個(gè)信令網(wǎng)關(guān)有時(shí)也叫作應(yīng)用服務(wù)器通信設(shè)備，因?yàn)樵赨AL中常把上述的IP信令節(jié)點(diǎn)叫做應(yīng)用服務(wù)器（Application
Server, AS）。通過(guò)信令網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)兩網(wǎng)信令互通的通用結(jié)構(gòu)如下圖所示：
由于前面所述的原因，一般來(lái)講信令網(wǎng)關(guān)總是位于電話網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)絡(luò)之間，完成以SS7為主的傳統(tǒng)電話信令與SIGTRAN的IP電話信令之間消息的相互轉(zhuǎn)換，支持高層信令協(xié)議（SigProt）的互通。從電話網(wǎng)的角度來(lái)看，由于這信令網(wǎng)關(guān)主要完成SS7信令的處理所以常把它叫做七號(hào)信令網(wǎng)關(guān)。當(dāng)信令網(wǎng)關(guān)與其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備集成時(shí)，其中有一側(cè)的接口將成為內(nèi)部接口。例如在上圖中，如果信令網(wǎng)關(guān)與左邊的信令端點(diǎn)（SEP）設(shè)備集成時(shí)其左側(cè)的TTSP接口將成為內(nèi)部接口，同樣與ISEP集成時(shí)其右側(cè)的IP電話信令接口成為內(nèi)部接口。
3. 應(yīng)用舉例
在下面的例子中將說(shuō)明信令網(wǎng)關(guān)有很廣的應(yīng)用。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的例子是一種可能的實(shí)現(xiàn)方案之一，實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)按不同的具體需有不同的配備。
1) 軟交換固定網(wǎng)絡(luò)
在本例子中的設(shè)備有：媒體網(wǎng)關(guān)控制器（MGC）、應(yīng)用服務(wù)器（AS）、中繼網(wǎng)關(guān)(TG)、接入網(wǎng)關(guān)（AG）、信令網(wǎng)關(guān)（SG）和媒體服務(wù)器（MS），如下圖所示。
本例中的媒體網(wǎng)關(guān)控制器（MGC）終結(jié)所有的信令，包括直接傳輸?shù)暮屯ㄟ^(guò)IP的信令，完成如一個(gè)SIP電話向PSTN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信號(hào)之類的信令互通，還對(duì)打到VoIP網(wǎng)絡(luò)的呼叫進(jìn)行鑒權(quán)和選擇路由，并提供計(jì)費(fèi)信息。這個(gè)MGC還通過(guò)SIP/SIP-T，H.323或Q.BICC與其他的MGC通信。
應(yīng)用服務(wù)器（AS）為各種應(yīng)用提供業(yè)務(wù)邏輯，例如語(yǔ)音郵件。
接入網(wǎng)關(guān)（AG）用于IP網(wǎng)絡(luò)與有線或無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)之間的接口。它是媒體網(wǎng)關(guān)和接入信令網(wǎng)關(guān)集成在一起的設(shè)備。它一方面在MGC的控制下完成信號(hào)編碼并通過(guò)IP把它們傳送給中繼網(wǎng)關(guān)。另一方面通過(guò)SIGTRAN向MGC傳送信令，這里SIGTRAN的UAL包括IUA、V5UA和M3UA。前二個(gè)適配模塊分別用于傳輸DSS1和V5.2接入信令，后者用于傳輸無(wú)線接入網(wǎng)的信令。
2) WCDMA 3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)
下圖的例子表示了WCDMA電路交換域（CS）的結(jié)構(gòu)。本例使用了基于IP的核心網(wǎng)絡(luò)，并在圖中加上了媒體服務(wù)器（Media Server）。媒體服務(wù)器在MSC-Server的控制下可以提供簡(jiǎn)單的通知服務(wù)，在應(yīng)用服務(wù)器的控制下可以提供增殖服務(wù)，如語(yǔ)音短信、會(huì)議電話等。
在這個(gè)例子中媒體和信令網(wǎng)關(guān)（Media & Signalling Gateway）、移動(dòng)交換中心網(wǎng)關(guān)服務(wù)器（GMSC Server）、拜訪位置寄存器（VLR）、歸宿位置寄存器（HLR）都集成了信令網(wǎng)關(guān)的功能，它們分別起到無(wú)線接入網(wǎng)的信令網(wǎng)關(guān)和漫游信令網(wǎng)關(guān)的作用。獨(dú)立設(shè)置的信令網(wǎng)關(guān)（Signalling
Gateway）完成傳輸信令網(wǎng)關(guān)的作用。
4. 使用的產(chǎn)品
在信令網(wǎng)關(guān)設(shè)備中，需使用包括平臺(tái)、接口資源板、CPU主板、以及協(xié)議軟件，通常實(shí)現(xiàn)雙機(jī)主備配置時(shí)，可使用HA軟件。
1) 平臺(tái)
根據(jù)信令網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的不同實(shí)現(xiàn)方式，采用不同的平臺(tái)。
· PICMG 2.16 Blade System
例如:ADLINK cPSB-1400,cPSB-800,cPSB-880 系列
· CompactPCI with H.110 System
Intel x86 base:ADLINK cPCIS-6400(4U),cPCIS-3330(9U)系列
Sun UltraSPARC base:ADLINK cSP-4501(4U),cSP-9801(9U)系列
2) 接口板
· SS7信令板（資源板）。
NMS TX-TX3220C 系列
Interphase iSPAN 4539
東進(jìn) (DonJin) D607C/1207C
Intel SIU and Septel cP series.
3) CPU板
可負(fù)責(zé)高層協(xié)議的處理（MTP3以上協(xié)議），以及實(shí)現(xiàn)SS7網(wǎng)管。
4) 協(xié)議軟件
可實(shí)現(xiàn)以下協(xié)議：MTP2、MTP3、SCCP、Q.921、LAPV5、M2UA、M2PA、M3UA、SUA、V5UA、IUA、SCTP、IP等。
5) HA軟件
Sun Solaris OS :Netra HA Suite軟件
Carrier Grade Linux:UpSuite HA 軟件。
5. 實(shí)現(xiàn)案例 :cSP-4501/4U 5 Slot UltraSPARC CompactPCI System
本案例實(shí)現(xiàn)的是3G SGSN信令網(wǎng)關(guān)。
1) 硬件配置
cSP-4501 + cPCI-8602 + iSPAN 4539.。
· cSP-4501
-4U高度，19'', 1個(gè)系統(tǒng)槽，4個(gè)外設(shè)槽，2+1個(gè)冗余電源(500W+250W)。64bit/66MHz CompactPCI總線。支持H.110
CT總線。
-Sun UltraSPARC CPU:64-bit UltraSPARC IIi 440Mhz RISC CPU with 2MB L2 cache雙
LAN,10/100MB 自適應(yīng)。單槽。
· cPCI-8602
6U cPCI 雙64-bit PMC承載板。
· iSPAN 4539 PMC T1/E1/J1通訊控制器
Motorola PowerQUICC II（MPC8260）CPU, 32bit/33MHz(最高到66M) cPCI bridge,最高支持4個(gè)E1/T1/J1。
2) 軟件配置
· OS
Sun SPARC Solaris
· 協(xié)議軟件
InterPhase：MTP2
Trillium：MTP3、SCTP、M3UA
6. 帶給客戶的好處
采用凌華科技 cSP-4501 UltraSPARC CompactPCI平臺(tái),搭配Interphase iSPAN 4539通訊控制卡,不但可享受高可靠度廣為通訊業(yè)界采用Sun
Solaris操作系統(tǒng)的高穩(wěn)定性,同時(shí)Interphase提供多樣化協(xié)議軟件開(kāi)發(fā)包支持,可加快研發(fā)速度快速上市.在凌華電信及高可靠度的cSP-4501平臺(tái)開(kāi)發(fā)更可搭配
Sun Netra HA軟件使得七號(hào)信令網(wǎng)關(guān)可以輕易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)冗余(HA).輕易將信令網(wǎng)關(guān)及成為高可靠度實(shí)現(xiàn)在新一代電信網(wǎng)絡(luò)如3G SGSN快速建置需求.
凌華科技公司供稿 CTI論壇編輯
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