陳少軍

(河北遠(yuǎn)東哈里斯通信有限公司，河北石家莊050200)

0 引言

由于在電路交換網(wǎng)絡(luò)中，多種通信信令同時并存，所以軟交換系統(tǒng)必須支持目前得到大規(guī)模應(yīng)用的主流信令，并實現(xiàn)各種信令的互聯(lián)互通。在目前公眾交換電話網(wǎng)/公眾陸地移動電話網(wǎng)(PSTN/PLMN)網(wǎng)絡(luò)中，七號信令是應(yīng)用最廣泛的信令，所以，軟交換系統(tǒng)必須具備支持七號信令的能力。

1 軟交換系統(tǒng)

軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)的控制功能實體，為下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)有實時性要求的業(yè)務(wù)提供呼叫控制和連接控制功能，是下一代網(wǎng)絡(luò)呼叫與控制的核心。軟交換至少應(yīng)具備以下3個基本特點:

①集成分組網(wǎng)世界和電路交換網(wǎng)世界;

②具備匯接局和端局能力;

③呼叫控制與媒體層和業(yè)務(wù)層分離。

軟交換實現(xiàn)了傳統(tǒng)程控交換機的呼叫控制功能，但傳統(tǒng)的呼叫控制功能是和業(yè)務(wù)結(jié)合在一起的，不同業(yè)務(wù)所需要的呼叫控制功能不同，這要求軟交換提供的呼叫控制功能是各種業(yè)務(wù)的基本呼叫控制。軟交換的設(shè)計思想是:呼叫和承載分離，業(yè)務(wù)和呼叫分離。

1.1 軟交換體系結(jié)構(gòu)

軟交換技術(shù)將電話交換機的業(yè)務(wù)接入模塊獨立成為一個物理實體，稱為媒體網(wǎng)關(guān)，媒體網(wǎng)關(guān)完成數(shù)據(jù)格式和協(xié)議的轉(zhuǎn)換，將接入的所有媒體信息流均轉(zhuǎn)換為采用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)的數(shù)據(jù)包在軟交換網(wǎng)絡(luò)中傳送。根據(jù)媒體網(wǎng)關(guān)接入的用戶及業(yè)務(wù)不同，媒體網(wǎng)關(guān)可以細(xì)分為中繼媒體網(wǎng)關(guān)、信令網(wǎng)關(guān)和接入網(wǎng)關(guān)。軟交換系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 軟交換系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)

中繼媒體網(wǎng)關(guān)(TG):位于下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的邊緣接入層，連接PSTN和NGN網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)IP包轉(zhuǎn)時分復(fù)用模式(TDM)的功能。

信令網(wǎng)關(guān)(SG):用于完成與PSTN/PLMN電話交換機的信令連接，將電話交換機采用的基于TDM電路的七號信令信息轉(zhuǎn)換為IP包。

TG和SG共同完成了軟交換網(wǎng)與采用TDM電路交換的 PSTN/PLMN電話網(wǎng)的連接，將 PSTN/PLMN網(wǎng)中的普通電話用戶及其業(yè)務(wù)接入到了軟交換網(wǎng)中。

接入網(wǎng)關(guān)(AG):用于直接將普通電話用戶接入到軟交換網(wǎng)中。

1.2 信令網(wǎng)關(guān)

在軟交換系統(tǒng)中，通過信令網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)和PSTN/PLMN的七號信令(SS7)接入。信令網(wǎng)關(guān)的作用就是完成2個不同網(wǎng)絡(luò)之間用于控制信息的相互轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)一個網(wǎng)絡(luò)中的控制信息能夠在另一個網(wǎng)絡(luò)中延續(xù)傳輸。信令網(wǎng)關(guān)是2個網(wǎng)絡(luò)間的信令關(guān)口，對信令消息進行翻譯、中繼或終結(jié)處理。信令網(wǎng)關(guān)可以獨立設(shè)置，也可以與其他網(wǎng)關(guān)綜合設(shè)置，來處理與接入線路或中繼線路有關(guān)的信令。

信令網(wǎng)關(guān)采用SIGTRAN協(xié)議簇來解決分組形式的電話信令在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸，實現(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間傳輸如七號信令系統(tǒng)/綜合業(yè)務(wù)用戶部分(SS7/ISUP)，電話用戶部分(TUP)和數(shù)字一號信令系統(tǒng)(DSS1)之類的信令。SIGTRAN構(gòu)架是在流控傳輸協(xié)議(SCTP)上加一個用戶適配層(UAL)。用戶適配層是由多個適配模塊所組成。它們分別為上層現(xiàn)有的電話用戶/應(yīng)用提供原來的原語接口(如管理指示、數(shù)據(jù)操作等原語)，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的協(xié)議棧分為2層:一層是SCTP，它提供多個流的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸;另一層是用戶適配層，適配層協(xié)議包括:信令連接控制部分(SCCP)用戶的適配層協(xié)議(SUA)、消息傳遞部分(MTP)第3級用戶的適配層協(xié)議(M3UA)、MTP第2級用戶的適配層協(xié)議(M2UA)、MTP第2級用戶的對等適配層協(xié)議(M2PA)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(ISDN)Q.931用戶適配層協(xié)議(IUA)和V5.2用戶適配層協(xié)議(V5UA)，它們分別來滿足各種電話信令協(xié)議適配的要求。

在軟交換系統(tǒng)中，使用M3UA/SCTP和信令網(wǎng)關(guān)互聯(lián)，從而將PSTN/PLMN中的七號信令接入到軟交換系統(tǒng)。

1.3 SIP-I

1.3.1 IETF 的 SIP-T 協(xié)議

SIP-T(SIP for Telephones)由IETFMMUSIC工作組的RFC3372所定義，整個協(xié)議族包括RFC3372、RFC2976、RFC3204及RFC3398等。它采用端到端的研究方法建立了SIP與ISUP互通時的3種互通模型，即:呼叫由 PSTN用戶發(fā)起，經(jīng) SIP網(wǎng)絡(luò)由PSTN用戶終結(jié);呼叫由SIP用戶發(fā)起，由PSTN用戶終結(jié);呼叫由PSTN用戶發(fā)起，由SIP用戶終結(jié)。

SIP-T為SIP與ISUP的互通提出了2種方法，即封裝和映射，分別由RFC3204和RFC3398所定義。但SIP-T只關(guān)注于基本呼叫的互通，對補充業(yè)務(wù)則基本上沒有涉及。

1.3.2 ITU-T 的 SIP-I協(xié)議

SIP-I(SIP with Encapsulated ISUP)協(xié)議族包括ITU-TSG11 工作組的 TRQ.2815 和 Q.1912.5。前者定義了SIP與與承載無關(guān)的呼叫控制協(xié)議(BICC)和ISUP互通時的技術(shù)需求，包括互通接口模型、互通單元IWU所應(yīng)支持的協(xié)議能力集及互通接口的安全模型等。后者根據(jù)IWU在SIP側(cè)的網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)接口(NNI)上所需支持的不同協(xié)議能力配置集，詳細(xì)定義了第3代合作伙伴項目(3GPP)SIP與BICC/ISUP的互通、一般情況下SIP與BICC/ISUP的互通及SIP帶有ISUP消息封裝時與BICC/ISUP的互通等。

SIP-I協(xié)議族重用了許多IETF的標(biāo)準(zhǔn)和草案，內(nèi)容不僅涵蓋了基本呼叫的互通，還包括了BICC/ISUP補充業(yè)務(wù)的互通。

1.3.3 SIP-T 與 SIP-I的比較

SIP-T和SIP-I的區(qū)別如表1所示。

表1 SIP-T和SIP-I的區(qū)別

通過表1的對比分析，顯然SIP-I協(xié)議族的內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)比SIP-T的內(nèi)容要豐富。尤為重要的是，SIP-I協(xié)議族具有ITU-T標(biāo)準(zhǔn)固有的清晰準(zhǔn)確和詳細(xì)具體，可操作性非常強;并且 3GPP已經(jīng)采用Q.61912.5作為 IP多媒體系統(tǒng)(IMS)與 PSTN/PLMN互通的最終標(biāo)準(zhǔn)。所以，軟交換 SIP域與PSTN的互通應(yīng)該遵循ITU-T的SIP-I協(xié)議族。

2 軟交換七號信令

基于軟交換體系的分層結(jié)構(gòu)、TG/SG的功能，軟交換系統(tǒng)實現(xiàn)七號信令必須采用互聯(lián)互通結(jié)構(gòu)。

2.1 互聯(lián)互通結(jié)構(gòu)

由軟交換體系結(jié)構(gòu)可以得到以下結(jié)論:軟交換七號信令的互聯(lián)互通不僅包括軟交換與PSTN/PLMN的互通，還包括軟交換網(wǎng)絡(luò)之間的互通。七號信令互聯(lián)互通如圖2所示。

圖2 通信系統(tǒng)互聯(lián)互通示意圖

2.2 軟交換設(shè)備七號信令軟件結(jié)構(gòu)

軟交換設(shè)備支持SIGTRAN協(xié)議簇及七號信令應(yīng)用層協(xié)議(ISUP、CTUP和SCCP等)。除此之外，軟交換設(shè)備必須支持SIP-I協(xié)議，實現(xiàn)軟交換設(shè)備之間七號信令在IP網(wǎng)絡(luò)的傳輸。軟交換設(shè)備七號信令軟交換結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 軟交換設(shè)備七號信令軟件結(jié)構(gòu)

軟交換設(shè)備收到從IP網(wǎng)絡(luò)上傳送的七號信令協(xié)議后，通過 SIGTRAN協(xié)議簇將應(yīng)用層數(shù)據(jù)(ISUP、TUP等)提取出來，并上報到SS7應(yīng)用層協(xié)議模塊進行解析和處理。解析完成后，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊將七號信令格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成SIP協(xié)議應(yīng)用層識別的數(shù)據(jù)格式，并通過SIP協(xié)議棧進行SIP協(xié)議數(shù)據(jù)的編碼和封裝，經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)層傳送到另一臺軟交換設(shè)備，從而實現(xiàn)軟交換設(shè)備內(nèi)部及設(shè)備之間的七號信令處理和傳輸。

協(xié)議轉(zhuǎn)換層在進行七號信令到SIP信令的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換時，必須采用SIP-I協(xié)議，將七號信令應(yīng)用層數(shù)據(jù)進行封裝和透傳，才能保證協(xié)議翻譯的完整性。

協(xié)議轉(zhuǎn)換層和SS7協(xié)議應(yīng)用層、SIP協(xié)議應(yīng)用層之間必須提供統(tǒng)一消息接口結(jié)構(gòu)，以保證協(xié)議之間的互聯(lián)互通。同時，協(xié)議轉(zhuǎn)換層必須具備呼叫控制和處理功能，判斷呼叫是本地呼叫還是出局呼叫。當(dāng)呼叫為出局呼叫時，還必須進行路由分析及是否支持SIP-I的判斷，以決定是否透傳七號信令消息體。

2.3 信令網(wǎng)關(guān)軟件結(jié)構(gòu)

信令網(wǎng)關(guān)在電路側(cè)使用E1方式實現(xiàn)電路的七號信令，在IP側(cè)使用SIGTRAN協(xié)議簇實現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)的七號信令。信令網(wǎng)關(guān)軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 信令網(wǎng)關(guān)軟件結(jié)構(gòu)

由上圖可知，信令網(wǎng)關(guān)只實現(xiàn)對MTP3的信令適配，對于MTP3之上的應(yīng)用層協(xié)議，則進行透明傳輸。

2.4 呼叫流程實現(xiàn)

依據(jù)圖3和圖4的軟件結(jié)構(gòu)，典型呼叫流程如圖5、圖6所示。

圖5 入局側(cè)呼叫流程

圖6 出局側(cè)呼叫流程

3 結(jié)束語

基于以上分析，通過與信令網(wǎng)關(guān)采用SCTP/M3UA互聯(lián)、與軟交換系統(tǒng)采用SIP-I信令互聯(lián)，圓滿實現(xiàn)了和PSTN/PLMN的七號信令的互聯(lián)互通。

按照以上方案設(shè)計并實現(xiàn)的軟交換交換平臺和信令網(wǎng)關(guān)在工信部電信研究院泰爾實驗室進行了七號信令的相關(guān)測試，并全部通過了包括SCTP、M3UA和ISUP共180項的測試內(nèi)容。

在實際應(yīng)用中，軟交換通信系統(tǒng)和主流軟交換設(shè)備通過SIP-I信令進行互聯(lián)互通，并且和電路交換機采用中國ISUP進行局間互聯(lián)，運行穩(wěn)定、工作可靠，取得了良好的效果。

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