軟交換系統七號信令設計

陳少軍

(河北遠東哈里斯通信有限公司，河北石家莊050200)

0 引言

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

1 軟交換系統

軟交換是下一代網絡的控制功能實體，為下一代網絡(NGN)有實時性要求的業務提供呼叫控制和連接控制功能，是下一代網絡呼叫與控制的核心。軟交換至少應具備以下3個基本特點:

①集成分組網世界和電路交換網世界;

②具備匯接局和端局能力;

③呼叫控制與媒體層和業務層分離。

軟交換實現了傳統程控交換機的呼叫控制功能，但傳統的呼叫控制功能是和業務結合在一起的，不同業務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務的基本呼叫控制。軟交換的設計思想是:呼叫和承載分離，業務和呼叫分離。

1.1 軟交換體系結構

軟交換技術將電話交換機的業務接入模塊獨立成為一個物理實體，稱為媒體網關，媒體網關完成數據格式和協議的轉換，將接入的所有媒體信息流均轉換為采用互聯網協議(IP)的數據包在軟交換網絡中傳送。根據媒體網關接入的用戶及業務不同，媒體網關可以細分為中繼媒體網關、信令網關和接入網關。軟交換系統的體系結構如圖1所示。

圖1 軟交換系統分層結構

中繼媒體網關(TG):位于下一代網絡(NGN)的邊緣接入層，連接PSTN和NGN網絡，實現IP包轉時分復用模式(TDM)的功能。

信令網關(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換為IP包。

TG和SG共同完成了軟交換網與采用TDM電路交換的 PSTN/PLMN電話網的連接，將 PSTN/PLMN網中的普通電話用戶及其業務接入到了軟交換網中。

接入網關(AG):用于直接將普通電話用戶接入到軟交換網中。

1.2 信令網關

在軟交換系統中，通過信令網關實現和PSTN/PLMN的七號信令(SS7)接入。信令網關的作用就是完成2個不同網絡之間用于控制信息的相互轉換，以實現一個網絡中的控制信息能夠在另一個網絡中延續傳輸。信令網關是2個網絡間的信令關口，對信令消息進行翻譯、中繼或終結處理。信令網關可以獨立設置，也可以與其他網關綜合設置，來處理與接入線路或中繼線路有關的信令。

信令網關采用SIGTRAN協議簇來解決分組形式的電話信令在IP網絡上傳輸，實現在IP網絡節點之間傳輸如七號信令系統/綜合業務用戶部分(SS7/ISUP)，電話用戶部分(TUP)和數字一號信令系統(DSS1)之類的信令。SIGTRAN構架是在流控傳輸協議(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。它們分別為上層現有的電話用戶/應用提供原來的原語接口(如管理指示、數據操作等原語)，并把上層特定信令協議打包在SCTP上傳輸。SCTP基于標準的互聯網協議(IPv4、IPv6)之上。

SIGTRAN的協議棧分為2層:一層是SCTP，它提供多個流的、可靠的數據傳輸;另一層是用戶適配層，適配層協議包括:信令連接控制部分(SCCP)用戶的適配層協議(SUA)、消息傳遞部分(MTP)第3級用戶的適配層協議(M3UA)、MTP第2級用戶的適配層協議(M2UA)、MTP第2級用戶的對等適配層協議(M2PA)、綜合業務數字網絡(ISDN)Q.931用戶適配層協議(IUA)和V5.2用戶適配層協議(V5UA)，它們分別來滿足各種電話信令協議適配的要求。

在軟交換系統中，使用M3UA/SCTP和信令網關互聯，從而將PSTN/PLMN中的七號信令接入到軟交換系統。

1.3 SIP-I

1.3.1 IETF 的 SIP-T 協議

SIP-T(SIP for Telephones)由IETFMMUSIC工作組的RFC3372所定義，整個協議族包括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用戶發起，經 SIP網絡由PSTN用戶終結;呼叫由SIP用戶發起，由PSTN用戶終結;呼叫由PSTN用戶發起，由SIP用戶終結。

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只關注于基本呼叫的互通，對補充業務則基本上沒有涉及。

1.3.2 ITU-T 的 SIP-I協議

SIP-I(SIP with Encapsulated ISUP)協議族包括ITU-TSG11 工作組的 TRQ.2815 和 Q.1912.5。前者定義了SIP與與承載無關的呼叫控制協議(BICC)和ISUP互通時的技術需求，包括互通接口模型、互通單元IWU所應支持的協議能力集及互通接口的安全模型等。后者根據IWU在SIP側的網絡和網絡接口(NNI)上所需支持的不同協議能力配置集，詳細定義了第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協議族重用了許多IETF的標準和草案，內容不僅涵蓋了基本呼叫的互通，還包括了BICC/ISUP補充業務的互通。

1.3.3 SIP-T 與 SIP-I的比較

SIP-T和SIP-I的區別如表1所示。

表1 SIP-T和SIP-I的區別

通過表1的對比分析，顯然SIP-I協議族的內容遠遠比SIP-T的內容要豐富。尤為重要的是，SIP-I協議族具有ITU-T標準固有的清晰準確和詳細具體，可操作性非常強;并且 3GPP已經采用Q.61912.5作為 IP多媒體系統(IMS)與 PSTN/PLMN互通的最終標準。所以，軟交換 SIP域與PSTN的互通應該遵循ITU-T的SIP-I協議族。

2 軟交換七號信令

基于軟交換體系的分層結構、TG/SG的功能，軟交換系統實現七號信令必須采用互聯互通結構。

2.1 互聯互通結構

由軟交換體系結構可以得到以下結論:軟交換七號信令的互聯互通不僅包括軟交換與PSTN/PLMN的互通，還包括軟交換網絡之間的互通。七號信令互聯互通如圖2所示。

圖2 通信系統互聯互通示意圖

2.2 軟交換設備七號信令軟件結構

軟交換設備支持SIGTRAN協議簇及七號信令應用層協議(ISUP、CTUP和SCCP等)。除此之外，軟交換設備必須支持SIP-I協議，實現軟交換設備之間七號信令在IP網絡的傳輸。軟交換設備七號信令軟交換結構如圖3所示。

圖3 軟交換設備七號信令軟件結構

軟交換設備收到從IP網絡上傳送的七號信令協議后，通過 SIGTRAN協議簇將應用層數據(ISUP、TUP等)提取出來，并上報到SS7應用層協議模塊進行解析和處理。解析完成后，通過協議轉換模塊將七號信令格式的數據轉換成SIP協議應用層識別的數據格式，并通過SIP協議棧進行SIP協議數據的編碼和封裝，經過IP網絡層傳送到另一臺軟交換設備，從而實現軟交換設備內部及設備之間的七號信令處理和傳輸。

協議轉換層在進行七號信令到SIP信令的數據格式轉換時，必須采用SIP-I協議，將七號信令應用層數據進行封裝和透傳，才能保證協議翻譯的完整性。

協議轉換層和SS7協議應用層、SIP協議應用層之間必須提供統一消息接口結構，以保證協議之間的互聯互通。同時，協議轉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 信令網關軟件結構

信令網關在電路側使用E1方式實現電路的七號信令，在IP側使用SIGTRAN協議簇實現IP網絡的七號信令。信令網關軟件結構如圖4所示。

圖4 信令網關軟件結構

由上圖可知，信令網關只實現對MTP3的信令適配，對于MTP3之上的應用層協議，則進行透明傳輸。

2.4 呼叫流程實現

依據圖3和圖4的軟件結構，典型呼叫流程如圖5、圖6所示。

圖5 入局側呼叫流程

圖6 出局側呼叫流程

3 結束語

基于以上分析，通過與信令網關采用SCTP/M3UA互聯、與軟交換系統采用SIP-I信令互聯，圓滿實現了和PSTN/PLMN的七號信令的互聯互通。

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

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

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