（通信与信息系统专业论文）基于软交换的isup电路管理优化方案的研究与实现.pdf

摘要 下一代网络( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ，n g n ) 是业务驱动的网络，采用软交 换技术，通过业务与呼叫控制分离及控制与承载分离实现相对独立的业务体系， 使业务真正独立于网络，灵活有效地实现业务的提供。但软交换技术在大规模现 场应用过程中仍存在很多问题。当前最突出的问题是承载网的质量保证和维护管 理体制的适应性问题。本文对软交换系统中综合业务数字网用户部分( i s d nu s e r p a r t ，i s u p ) 电路维护管理体制的优化进行了研究。 论文首先介绍了软交换的概念，给出了软交换系统的总体架构、软交换核心设 备的结构及功能。研究了i s u p 信令消息的相关理论知识及i s u p 电路维护的基本 原理，分析了软交换组网下i s u p 中继电路维护在实际应用中存在的弊端。在此基 础上分别针对接通率和话音质量的改善问题提出了i s u p 局间校验和i s u p 电路单 通自动拨测的优化方案，给出了i s u p 局间校验和i s u p 电路单通自动拨测的设计 原理、实现流程和验证方案，并对验证结果进行了比较、分析。 关键词：电路状态一致性校验导检i s u p 软交换 a b s t r a c t n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ( n g n ) b a s e do ns o f t s w i t c hw h i c hi ss e r v i c e - d r i v e n h a sf o r m e dar e l a t i v e l yi n d e p e n d e n ts e r v i c es y s t e mb ys e p a r a t i n gc a l lc o n t r o lf r o m s e r v i c ea n db e a r e r t h i sn l a l ( e st h ep r o v i s i o no ft h es e r v i c ew h i c hi si n d e p e n d e n to f n e t w o r km o r ef l e x i b l ea n dc f f i c i e n ti nar e a ls e n s e b u tm a n yp r o b l e m ss t i ue x i s tw h e n s o f t s w i t c hi sa p p l i e do nal a r g es c a l e c u r r e n t l y ，t h em o s tp r o m i n e n tp r o b l e m sa r et h e q u a l i t ya s s 嘲c eo ft h eb e a r e rn e t w o r ka n dt h ea d a p t a t i o no fm a i n t e n a n c es y s t e m d e t a i l e dr e s e a r c ho no p t i m i z i n gt h ei s u pc i r c u i tm a i n t e n a n c es y s t e mi ns o f t - s w i t c h n e t w o r ki sc o n d u c t e di nt h i sp a p e r f i r s t l y ，t h ec o n c e p to fs o f t s w i t c hi s i n t r o d u c e di nt h i sp a p e r , a n dt h e nt h e f r a m e w o r ko fs o f t - s w i t c hs y s t e ma n dt h es t r u c t u r ea sw e l la sf u n c t i o no fs o f t s w i t c h c o r ef a c i l i t i e sa r cd i s c u s s e d s e c o n d l y ，i s u ps i g n a l l i n gm e s s a g e sa n dt h ek e y s t o n eo f i s u pc i r c u i tm a i n t e n a n c ea r es t u d i e d o p t i m i z e dp r o j e c t sb a s e do nt h ea n a l y s i so ft h e s h o r t c o m i n g se x i s t i n gi nt h ea p p l i c a t i o no fl s u pt r u n kc i r c u i tm a i n t e n a n c ea r ep r o p o s e d i s u pc i r c u i ts t a t u sc o n s i s t e n c yc h e c ki saw a yt h a ti m p r o v e st h er a t eo fc a l l c o n n e c t i o n , a n dc o n t i n u i t yc h e c ki saw a y t oi m p r o v et h eq u a l i t yo fv o i c e b o t ho ft h e p r o j e c t sa l ed e t a i l e de x p o u n d e di nt h ea s p e c to fd e s i g np r i n c i p i u m , i m p l e m e n t a t i o n p r o c e d u r e ，a n dt e s ts c h e d u l e f i n a l l y ，s u f f i c i e n ta n a l y s i si sc a r r i e do u ta c c o r d i n gt ot h e s t a t i s t i c a lc o m p a r i s o nt ot h et e s tr e s u l t s k e y w o r d ：c i r c u i ts t a t u sc o n s i s t e n c yc h e c kc o n t i n u i t y c h e c ki s u p s o f t - s w i t c h 西安电子科技大学 学位论文创新性声明 秉承学校严谨的学分和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：塑竺 日期圣望2 1 2 ：主。：2 莎 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名：銎坠 导师签名：弛 日期兰卅! ：弓! 旦 日期垄! ! ：三：! 仝 第一章绪论 第一章绪论 近几年来，电信技术的进步之快前所未有，特别是以互联网为代表的新技术 革命正在深刻地改变传统的电信概念和体系，从网络的角度看，传统的以电话业 务为基础的电路交换网无论从业务量设计、网络容量、组网方式，还是从交换方 式上来讲都已无法适应这一新发展趋势，开发下一代的可持续发展的网络已成为 电信界的共同目标【l 】。目前，软交换已经被公认为下一代网络( n g n ) 网络的核 心技术，它的发展受到越来越多的关注。作为下一代网络的控制功能模块，软交 换为n g n 具有实时性要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能 2 1 。在软交换组网 下业务与呼叫控制分离及控制与承载分离，使得通信网络具有良好的扩展性，提 高了网络资源的利用率，使多个业务网的融合变得更加灵活。但软交换技术在大 规模现场应用过程中仍存在很多问题，特别是多厂家互操作问题、实时业务的q o s 保障问题、网络的统一有效管理问题以及业务生成和业务应用收入能力问题。当 前最突出的问题是承载网的质量保证和维护管理体制的适应性问题。 1 1中继资源管理的发展现状 随着移动通信的迅速发展，信息量的增大，各种新业务、新需求层出不穷， 通信网络正在向更加开放、更加灵活的组网结构演进。近年来，由于n o 7 信令系 统传输速度快、信号容量大、可靠性高、消息编码灵活，并可以传送除电路接续 信令以外的各种业务的控制信号和数据，在电信系统中被广泛应用。当n o 7 号中 继电路维护中断或故障时将严重影响系统与地方网的通信业务。因此，对n o 7 号 中继电路维护的研究显得尤为重要。不断提高通信质量和中继资源的利用率已成 为通信领域研究的热点课题。 m a l a t h iv e e r a r a g h a v a n 、t h o m a se l ap o r t a 等提出通过呼叫控制和连接控制相分 离的方式建立呼叫的模块化方案，并阐述了实现局间呼叫接续控制的新算法。不 仅减少了局间呼叫建立的延时【3 1 ，同时也提高了中继资源的利用率。 b l a k ee l e f o r t 、r b l a i rl o t h i a n 等提出将有限的出局中继资源模拟成多个虚拟 中继，并且根据系统的话务量动态控制呼叫的接入，以达到降低呼损和话路拥塞 的目的1 4 1 ，大大提高了中继电路资源的利用率。 t e u n i sj o t t 、k & k r i s h n a n 提出了状态独立的可分离中继路由选择思想，这 种优化的中继路由策略使有限的中继资源得到更加有效的利用，减少了路由选择 的延时，提高了中继资源的利用率，同时也降低了通信网络的成本1 5 1 。 国内外各大通信企业也纷纷针对现有中继电路管理系统在实际应用中的新需 求提出改进方案和措施。e r i c s s o n 、z t e 、h u a w e i 等通信公司都提供了多种容灾 2 基于软交换的i s u p 电路管理优化方案的研究与实现 解决方案。e r i c s s o n 推出了面向农村市场的4 5 0 h z c d m a 2 0 0 0 解决方案，能够满足 对边远地区实现大范围覆盖的要求，与此同时对中继电路资源的利用率也提出了 更高的要求。z t e 设计并实现了多信令点系统地面电路管理方法及编码方法，解决 了在多信令点组网方式下c i c 编码冲突的问题。 1 2 课题的来源及背景 本课题来源于华为技术有限公司的c d m a 2 0 0 0 核心网项目。本人实习期间有 幸参与了核心网中继部分的开发和维护工作。在努力学习和思考的基础上，逐渐 掌握了i s u p 中继的相关知识。实习期间主要做了以下工作：参与版本中继部分配 置命令和相关特性的开发，负责开发的配置命令主要包括：增n n o 7 中继群( a d d n 7 t g ) 、增加路由( a d dr t ) 、增加子路由( a d ds r t ) 、增加局向( a d do f c ) 等。与同事相互协作完成存储过程和主机部分代码的编写，共计2 1 k l o c 。参与中 国电信电路维护类命令的增量开发，与项目负责人积极讨论并确定电路管理优化 方案。独立完成了包括导检( s t r s t pn 7 c o t 、s t r s t pn 7 c o t b y o f c ) 、局间 校验( s t rn 7 t k c c 腿) 等多个维护命令的开发和测试用例的编写。并对测试期 间出现的问题进行定位和修改。此外还参与了版本相关工具的开发。通过以上的 工作实践，对i s u p 中继电路管理方式有了较深刻的理解，本文就是在此基础上展 开的。 1 3 论文的研究内容及主要工作 本文主要从降低呼损率和保证用户通话质量方面针对i s u p 中继电路管理中存 在的以下问题进行研究： ( 1 ) 在正常情况下，i s u p 中继电路两端的状态应该是一致的，这样才能保 证局间呼叫的正常接续。在本端或对端电路状态刷新失败或承载网质量较差的情 况下，可能造成电路管理消息丢失，从而导致中继电路两端的状态不一致。这样 不仅影响呼叫的正常接续，降低用户满意度，而且也为中继电路的维护工作带来 了很大的不便。 ( 2 ) 在软交换条件下信令通路是与语音通路是分开的，信令不通过话路传 输，信令传输成功不能保证话路也可用，因此为了保证用户的语音质量，需要对 语音通路的语音质量进行检测，查看话路是否可以用于呼叫 6 1 。 针对上述问题( 1 ) 本文提出了i s u p 局间电路手动校验和自动校验方案，并详 细介绍了i s u p 局间校验的设计原理、实现原理、修正流程和验证方案；针对问题 ( 2 ) 设计了i s u p 电路单通自动拨测的优化方案，详细介绍了使用电路导通检验实 现i s u p 电路单通自动拨测的设计原理、实现流程及验证方案。 第一章绪论 论文内容安排如下： 第二章介绍了软交换网络体系结构，软交换设备的总体结构及功能。分析了 软交换的优缺点，为论文后续的研究工作打下基础。 第三章是对i s u p 消息结构、i s u p 消息类型编码和构成原则等知识的研究，介 绍了i s u p 电路维护的相关知识。 第四章是论文研究的重点之一，针对中继电路两端状态不一致导致的呼损提 出了i s u p 局间校验的优化方案，详细介绍了i s u p 局间校验的原理、修正流程和验 证方案，对校验前后系统的接通率和呼损率进行了比较分析。 第五章是论文研究的另一重点，针对i s u p 电路的单通现象提出了i s u p 电路单 通自动拨测的优化方案，通过对i s u p 电路的导通检验查看语音话路是否可用，详 细介绍了导通检验的设计原理、实现流程及验证方案。 第二章软交换技术 5 第二章软交换技术 软交换技术的主要设计思想来源于智能网( i n t e l l i g e n tn e t w o r k ，i n ) ，将业务、 交换和控制分离，是一种新型通信体系结构，通常也将基于软交换的呼叫控制服 务器称为软交换设备( s o f l - s w i t c h ) 。该项技术的基本方法是以松绑传统电路交换 机的核心功能为前提，以软件组件的形式把这些核心功能分散跨越在一个分组骨 干网上，并使其运行在商用标准的计算机上来实现所谓的软交换方案。这种软交 换解决方案，对于想要创建和提供新业务的业务提供者及第三方开发者来说，其 非捆绑的和分散的功能结构都是开放的并且是可编程的，从而能够为竞争化的市 场提供所要求的伸缩性和可靠性。 2 。1 软交换技术的概述 下一代网络是业务驱动的网络，通过业务与呼叫控制分离及控制与承载分离 实现相对独立的业务体系，使业务真正独立于网络，灵活有效地实现业务的提供。 用户可以自行配置和定义自己的业务特征，不必关心承载业务的网络形式以及终 端类型，使得业务和应用的提供有较大的灵活性，从而满足用户不断发展更新业 务的需求，也使得网络具有可持续发展的能力和竞争力。 从话音、传真、文本、图像、视频到多媒体等，通信网上承载的业务日益丰 富，下一代网络要求能承载多种业务、采用开放的体系结构、网络结构灵活并易 于扩充，以软交换为核心的下一代网络体系结构逐步呈现，成为电信网络发展的 热点。 从实质上说，软交换是多种逻辑功能实体的集合，提供综合业务的呼叫控制、 连接以及部分业务功能，是n g n 网络中语音数据视频业务呼叫、控制、业务提供 的核心设备。 软交换所控制的媒体网关包括：中继网关( 支持p s t n 汇接中继功能) 、无线 网关( 支持移动网汇接中继功能) 、接入网关、用户驻地网关等，通过 h 2 4 8 瓜i e g a g o 协议实现。软交换还需要支持的其他相关协议：s c t p 、i s u p i p 、 t u p 碑、i n a p p ( 与智能网接口) 、h 3 2 3 、s i p 、s n m p ( 与网管服务器接口) 、 r a d i u s ( 与认证服务器接口) 、m 3 u a 等。 软交换作为n g n 网络控制平面的核心设备一直以来都是n g n 网络中的关键技 术。软交换体系在充分发展分组交换网络的同时，最大限度地融合了现有网络， 保护了运营商对现有网络的投资，也为他们提供了简单有效的渠道来创造新的具 有高附加值利润的新型业务，是n g n 发展的必然趋势【7 1 。 6 基于软交换的i s u p 电路管理优化方案的研究与实现 2 2 软交换网络体系结构 软交换网络体系如图2 1 所示，按功能可分为四层，自下至上依次是：媒体 接入层( 边缘层) 、传输层、控制层、业务应用层。 业务应用层 控制层 传输层 媒体接入层 图2 1 软交换网络体系结构 各层的功能及部件构成如下： ( 1 )媒t 1 接入层 通过各种接入手段将各类用户连接至网络，并将信息格式转换为能够在网络 中传递的信息格式。主要设备有：信令网关( s g ) 、中继网关( t g ) 、接入网关 ( a g ) 、综合接入设备( l ) 、无线接入网关( w a g ) 、媒体资源服务器、h 3 2 3 网关( h 3 2 3 g w ) 。 ( 2 ) 传输层 采用分组技术，提供一个高可靠性的、具有q o s 保证、大容量的综合传送平台， 并将信息媒体流选路至目的地。目前主要有口和a t m 两种网络。 ( 3 )控制层 是软交换体系的呼叫控制核心，利用软交换机s o f t - s w i t c h ( 或称呼叫服务器 c a l ls e r v e r 、媒体网关控制器m g c ) ，以软件的形式控制接入设备完成呼叫接续。 ( 4 )业务应用层 该层主要是利用各种设备为整个体系提供各种丰富的增值业务、相应的网络 管理及服务。包括：s c p 、a a a 服务器、应用服务器、策略服务器1 8 1 。 2 3 软交换设备的结构及功能描述 软交换设备在通信网络中的位置如图2 2 所示。 爱 习 挈粤 一 尹每：字尹 q 第二章软交换拄术 图22 软交换设备在通信阿络中的位置 23 1 c s o f t x 3 0 0 0 软交换设备的物理结构 c s o f t x 3 0 0 0 在物理上主要由o s t a ( o 嘲s t a n d a r d st e l e c o ma r c h i t e c t u r e p l f f d o r m ) 机框、b a m ( b a c k e n d a d m i n i s t r a t i o n m o d u l e 后管理模块) 、i g w b ( 计 费网关) 等设备组成，其中，o s t a 机框构成c s o f t x 3 0 0 0 的主机部分，安装在 n 6 8 2 2 机柜中，主要完成业务处理、资源管理等功能；b a m 与i g w b 构成后台部 分，主要完成操作维护、话单管理等功能。 c s 0 f 1 x 3 0 0 0 的物理结构如图23 所示。 品? 嚣：。嚣： 图23c s o f t x 3 0 0 0 的物理结构图 c s o f t x 3 0 0 0 采用o s t a 平台作为硬件平台，该平台同时具有共享资源总线和 以太网总线两种背板总线，通用性好、可靠性高，适合于软变换设各可变长数据 包的交换与传输。 o s t a 平台采用1 9 英寸、9 u 高的标准机框结构，框内单板采用前后对插的方式 进行安装，如图24 所示。 耍辩 基于软变换的i s u p 电路管理优化方案的研究与实现 0 9 g 1 u， l5 t 2 t 3 目* 4 u 5 w $ i u 6 w h 虻 7 u h ms n ；，s 螂t 0 w k l u 图24 机框总体结构示意图 在o s t a 机框中，前插板由业务板、系统管理板、告警板、电源板组成，后插 板由接口板、以太网通信板、电源扳组成，电源板则前后均可安装。单板的这种 前后对插的安装方式使前插板和后插板的功能分离，简化了单板的设计，使单板 的功能更趋于单一化，既降低了硬件设备的复杂度，提高了系统的可靠性；也使 机框更具有通用性，提高了系统配置的灵活性( 9 1 。 23 2 c s o f t x 3 0 0 0 软交换设各的总体逻辑结构 根据实现功能的不同，可将c s o f i x 3 0 0 0 的硬件结构在逻辑上划分为接口模 块、系统支撑模块、底层信令处理模块、业务处理模块和后台管理模块等五部分， 如图25 所示。 # 女# # # - 。_ _ - 一 ie 掣i邕刿 | ”嚣。ii 陵晶馕函i i i 鼍1 。 = j 商卜窜茸噫1 i u * ： e g + 址l 瞄# ： n n 4 # 女：月e t 4 # 图25c s o f t x 3 0 0 0 的硬件总体逻辑结构 ( 1 ) 接口模块 该模块提供各类物理接口以满足系统组网的需求，包括窄带接口单元e 1 接1 3 板w e n 、宽带接口单元i p 转发扳w i f m 、w i f m 后插接1 3 板w b f i 和时钟单元 w c 。 ( 2 )系统支撑模块 第二章软交换技术 9 系统支撑模块实现程序数据的加载、设备管理维护及板间通讯等功能，包括 系统管理板w s m u 、系统管理后插接口板w s i u 、热插拔控制单元w h s c 等几个部 分。 ( 3 ) 业务处理模块 业务处理模块由呼叫控制单元w c c u 、呼叫控制及信令处理单元w c s u 和数据 库单元w c d b 构成。 ( 4 )后台管理模块 后台管理模块由b a m 、w s 、i g w b 计费网关、l a ns w i t c h 和应急工作站等设 备构成，负责整个系统的管理、维护以及话单的处理。而且综合配置机柜中的核 心u ns w i t c h 具有实现多框间设备互联的功能1 0 】。 2 3 3c s o f t x 3 0 0 0 软交换设备的功能描述 软交换独立于底层承载协议，完成呼叫控制、媒体网关接入控制、资源分配、 协议处理、路由、认证、计费等主要功能，可以向用户提供现有电路交换机所能 提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力0 1 l 。其主要功能包括以下几个部分： ( 1 ) 呼叫控制功能：软交换设备可以为基本呼叫的建立、维持和释放提供 控制功能，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检测和资源控制等。 ( 2 ) 业务提供功能：软交换应能够提供p s t n i s d n 交换机提供的业务，包 括话音业务、补充业务和多媒体业务等基本业务和补充业务，可以与现有智能网 配合提供现有智能网提供的业务；可以与第三方合作，提供多种增值业务和智能 业务。 ( 3 ) 业务交换功能：业务交换功能与呼叫控制功能相结合提供了呼叫控制 功能和业务控制功能( s c f ) 之间通信所要求的一切功能。 ( 4 ) 协议功能：软交换是一个开放的、多协议的实体，因此必须采用标准 协议与各种媒体网关、终端和网络进行通信，这些协议包括：h 2 4 8 、s c t p 、i s u p 、 n 用、矾a p 、h 3 2 3 、r a d i u s 、s n m p 、s i p 、m t p 3 用户配置协议( m 3 u a ) 、m g c p 、 与承载无关的呼叫控制( b i c c ) 、i s d n 、v 5 协议等。 ( 5 ) 互联互通功能：软交换应可以通过信令网关实现分组网与现有七号信 令网的互通。 ( 6 ) 资源管理功能：软交换应提供资源管理功能，对系统中的各种资源进 行集中的管理，如资源的分配、释放和控制等。 ( 7 ) 计费功能：软交换应具有采集详细话单及复式计次功能，并能够按照 运营商的需求将话单传送到相应的计费中心。当使用计帐卡等业务时，软交换应 具备实时断线功能。 l o 基于软交换的i s u p 电路管理优化方案的研究与实现 ( 8 ) 认证与授权功能：软交换应能够与认证中心连接，并可以将所管辖区 域内的用户、媒体网关信息送往认证中心进行认证与授权，以防止非法用户设备 的接入。 ( 9 ) 地址解析功能：软交换设备可以完成e 1 6 4 地址至地址、别名地址至 i p 地址的转换功能，同时也可以完成重定向功能。 ( 1 0 ) 语音处理功能：软交换可以控制媒体网关采用语音压缩，并提供可选 择的语音压缩算法，算法至少应包括g 7 2 9 、g 7 2 3 等。 2 4 软交换的优缺点 软交换主要具有如下优点： ( 1 )软交换是采用开放式体系结构实现分布式通信和管理，具有良好的结 构扩展性，其应用层和媒体控制层已经与媒体层硬件分离并纳入开放的标准的计 算环境，允许充分利用商用的标准计算平台、操作系统和开发环境【1 2 l 。 ( 2 )采用软交换后，实现了多个业务网的融合，简化了网络层次和结构以 及跨越不同网络( 电路交换网、分组网、固定网和移动网等) 的业务配置，避免 了建设维护多个分离业务网所带来的高成本和运维配置升级复杂的问题。 ( 3 )采用分组交换技术以后，提高了网络资源利用率，减少了交换机间大 量网状互连中继带来的复杂性和业务网的承载成本。 ( 4 )由于软交换的价格可以遵循软件许可证方式，投资大小随用户数而增 长，有利于新的电信运营商或传统运营商开发新市场，软交换的引入也使运营商 可以利用其他运营商的i p 网络迅速进入对方运营区开展业务而避免结算费用的限 制。 ( 5 )软交换设备占地很小，不仅明显提高了机房空间利用率，而且也便于 节点的灵活部署。 采用软交换的缺点主要体现在承载网的质量保证和维护管理体制的适应性问 题，特别是多厂家互操作问题、实时业务的q o s 保障问题、网络的统一有效管理问 题以及业务生成和业务应用收入能力问题。 2 5 本章小结 本章首先介绍了软交换技术处理的业务范围、软交换的网络体系结构。从物 理结构和逻辑结构两方面介绍了软交换核心设备的总体架构，详细介绍了软交换 设备主要功能。在此基础上分析了软交换技术在实际应用中的优点和存在的不足， 为接下来课题的引出和研究做了铺垫。 第三章i s u p 概述 第三章i s u p 概述 n o 7 公共信道信令系统是当前公共陆地移动网( p u b l i cl a n dm o b i l en e t w o r k ， p l m n ) 、公共交换电话网( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ，p s t n ) 等网络上 普遍采用的一种局间信令系统，具有信息容量大、传送速度快、消息编码灵活的 特点，并可以传送除电路接续信令以外的各种业务的控制信号和数据。从而在现 代电信网中得到了广泛应用。未来网络正朝着业务融合、网络融合与技术融合的 方向发展，基于软交换的下一代网络体系结构已成为研究热点，同时现存的p s t n 不会在一夜之间消失，作为p s t n 主要信令的i s u p 协议必然要在软交换系统中占据 重要地位。 3 1i s u p 的功能 综合业务数字网用户部分( i s d nu s e rp a r t ，i s u p ) 是n o 7 公共信道信令系统 的用户部分中的一种，处于n o 7 信令系统的第四功能级f 1 3 】，如图3 1 所示。它定义 了包括话音业务和非话音业务( 如电路交换数据通信) 控制所必须的信令消息、 功能和过程【1 4 1 。i s u p 所具有的信令功能和程序，能完成电话用户部分( t i 婵) 和 数据用户部分( d 珊) 功能，并且能实现范围广泛的i s d n 业务，具有非常广阔的 应用范围。 3 斗 2 l n l p t 电话用户鄙分i s t i p ：i s d n 用尸部分s c c p z 信令连接控制部分 i u p ：数据用户部分t c ：事务处理能力o t t a p ：操作维护应用部分 l a p ：移动应用部分i n a p ；智能陶应用部分 c a p ：事务处理能力应用部分 图3 1n o 7 信令系统分层结构 i s u p 是i s d n 中的网络内部信令，是交换机之间的控制信号，如图3 2 所示。i s u p 协议支持基本的承载业务，即在用户终端之间建立、监视和释放6 4 k b i t s 电路，向 级 7_。，；i 4。，。+_3 2 l l删1f。ili斗；。 堰tl 7 i士6 o 4i 啪1 7 4 ：4 寸 1 2 基于软交换的i s u p 电路管理优化方案的研究与实现 用户提供底层的信息传递能力0 5 1 。由于i s d n 的承载业务包括了多种多样的信息传 送( 语音、不受限的6 4 k b i t s 数字信息、3 1 k h z 音频等) ，不同信息的传送要求的 传输电路是不同的，因此，i s u p 必须根据用户终端要求的承载业务进行电路选择。 i s d n 网络 用户一用户信令用尸一用尸悟令 图3 2i s u p 在i s d n 网络中的位置 除了基本承载业务外，i s u p 还支持下列补充业务【1 6 1 ： 主叫线识别与识别限制( c l i p 及c l i r ) 、被连接线识别与识别限制( c o l p 及 c o l r ) 、呼叫转移( c f u 、c f b 、c f n r y 、c f n r c ) 、呼叫保持( h o l d ) 、呼 叫等待( c w ) 、用户至用户信令( u u s ) 、三方通话( 3 w c ) ，i s u p 同样支持多 目的信令点功能。 3 2i s u p 的协议栈结构 c s o f t x 3 0 0 0 提供两种方式传输i s u p 协议：一种是基于t d m 的传输方式，利 用消息传递部分( m t p ) 提供的服务来进行信息传递；另一种是基于i p 的传输方 式，利用信令传输协议( s i g t r a n ) 提供的服务进行传输。其协议栈如图3 3 所示 1 2 1 o c s o f t x 3 0 0 0p s t n p u 刷 跚百 姗百 硼【p 3 l f r p 3 l r f p 2蛳r p 2 蛳甲l 硼限l 【一。一 基于删 岱0 f t x 3 0 0 0p s t n p l 州 姗 矿姗几f m 3 u am 3 u a s c i ps c m i p i p 乩 cm c 【一。一 图3 3i s u p 协议栈结构 基于i p 第三章i s u p 概述 1 3 i s u p 消息与下层传输层之间通过原语进行通信，m t p ( 或m 3 u a ) 和i s u p 之 间所用的原语包括传递原语、恢复原语、暂停原语和状态原语。i s u p 消息封装在 m t p 传递原语来完成接收和发送。 3 3i s u p 消息结构 i s u p 消息借助于消息信号单元( m s u ) 在信号链路上传送，其消息封装在m s u 的s i f 字段。 i s u p 消息结构包括六部分：路由标记、电路识别码、消息类型编码、必备固 定部分、必备可变部分和可选部分1 1 7 1 ，如图3 4 所示。 图3 4i s u p 消息结构 路由标记f l j d p c 、o p c 、s l s 组成，d p c 表示消息要发送到的目的地信令点编 码；o p c 表示发送消息的源信令点的编码；s l s 是用于负荷分担的信令链路选择码， 目前仅用最低的四位比特。 电路识别码c i c 是消息的源信令点和目的信令点之间相连电路的编码，目前用 低1 2 比特，其余4 比特备用( 为0 0 0 0 ) ，s l s 填的是c i c 的低四位。 必备固定部分的参数是确定的，没有参数名。所以必备固定部分直接就是参 数的内容。对于一个指定的消息类型，必备且有固定长度的那些参数包括在必备 1 4 基于软交换的i s u p 电路管理优化方案的研究与实现 固定部分中。参数的位置，长度和顺序统一由消息类型规定，因此，在该消息中 不包括该参数的名字和长度表示语。 必备可变部分的参数也是固定的，只是该参数的长度不固定，所以在其最前 面有一个长度指示语。可变长度的必备参数包括在必备可变部分中。指针用来表 明每个参数的开始。每个指针按照单个八位位组编码。每个参数的名字和指针的 发送顺序隐含在消息类型中，参数的数目和指针的数目统一由消息类型规定。指 针也用来表示任选部分的开始。如果消息类型表明不允许任选部分，则这个指针 将不存在。如果消息类型表明可能有任选部分，但在这个特定的消息中又不包括 任选部分，则指针字段为全0 。所有的指针在必备可变部分的开始连续发送。每个 参数包括参数长度表示语和参数内容。 可选参数部分包括了参数的编码、长度和参数内容。任选部分由若干个参数 组成，参数有固定长度和可变长度两种。每一任选参数应包括参数名( 一个八位 位组) 、长度表示语( 一个八位位组) 和参数内容。如果有任选参数，则在所有 任选参数发送后，将发送全“0 的八位位组表示“任选参数结束 。 3 4i s u p 消息类型编码及构成原则 在i s u p 消息编码中，信息字段s i f 是以八位位组的堆栈形式出现的，其中的路 由标记、电路识别码、消息类型编码为每种消息相同的公共部分，消息类型统一 规定了所有i s u p 消息的功能和格式，对所有消息都是必需的。每种消息的专用部 分把部分由若干个参数组成，每个参数有一个参数名，按单个八位位组编码，参 数的长度可以是固定的，也可以是可变的，每个参数包括一个长度表示语，表明 参数内容中八位位组的数目，其长度也是一个八位位组。 i s u p 中有约6 0 条消息和7 0 个参数。消息是由参数构成的不同的参数或参数组 合就构成不同的消息。消息类型编码统一规定了每种i s d n 用户部分消息的功能和 格式。i s u p 消息可分为两大类：呼叫控制类消息和电路管理类消息。表3 1 列出了 常见的i s u p 消息o s ! 。 ，表3 1i s u p 消息类型编码及其功能 消息类型消息符号编码基本功能 起始地址 l u 订o o o 0 0 0 0 i 呼叫建立的请求 后续地址 s a m o o o o o o l o后续地址信息传送 信息请求r o 0 0 0o o l l 交换机发送这个消息以请求呼叫随 路信息 导通检验c o t o o o oo l o l 表示之前的电路和被选中到以下一 个换机的电路是否有导通，包括验证 第三章i s u p 概述 1 5 通过交换机的有一定可靠性的通信 路径 信息 i n f0 0 0 0 0 l o o 传达呼叫随路信息，该呼叫可能在信 息请求消息中已请求 地址收全a c m0 0 0 00 1 1 0 地址消息收已收到 连接c o n0 0 0 0 0 l l l 地址消息已收到且呼叫已应答 应答a n mo o o ol o o l 被叫用户已应答 恢复r e so o o ol l l o 恢复已暂停呼叫的请求 释放r e l0 0 0 01 1 0 0 呼叫释放的请求 释放完成r l co o o l0 0 0 0 呼叫释放完成的通知 导通检验请求 c c ro o o lo l 交换机为进行导通检查电路发送该 消息到对端的交换机中，以申请附上 导通检查设备 电路复原 l t s c0 0 0 lo o l o 电路初始化的请求 闭塞 b l oo o o l0 0 l l 电路闭塞的请求 闭塞证实 b l ao o o l0 1 0 1 对闭塞消息的响应 解除闭塞 u b l0 0 0 l0 1 0 0 解除电路闭塞的请求 电路群闭塞c g bo o o ll 0 0 0电路群闭塞的请求 电路群解除闭塞c g uo o o l1 0 0 l解除电路群闭塞的请求 电路群闭塞证实 c g b ao o o l1 0 1 0 对群闭塞消息的响应 电路群解除闭塞证实 c g u ao o o i1 0 1 i 对群解除闭塞消息的响应 电路群复原 g r s0 0 0 1o l l l 电路组初始化的请求 性能请求 f a ro o l l1 1 1 l 李卜充业务的请求 性能接受 f a a0 0 l 0 0 0 0 0 允许补充业务的请求 性能拒绝 f r jo o l o o o o l 拒绝补充业务的请求 用户至用户信息u s r o o l 01 1 0 1 用户用户信令的传递 电路群复原证实g r ao o l o l o o l是对群复位消息的响应，表示电路中 所请求的电路群已复位。该消息还表 示每条电路的维护闭塞状态。 电路群查询 c q m 0 0 1 01 0 1 0 按常规或在需求的基础上请求远端 交换机给出一定范围内所有电路的 状态。 电路群查询响应 c q r o o l o1 0 1 l 对电路群查询消息的响应，表示一定 范围内所有电路的状态。 1 6 基于软交换的i s u p 电路管理优化方案的研究与实现 每种消息由若干个参数组成。每个参数有一个名字，按单个八位位组编码。 参数的长度可以是固定的或可变的。每个参数可包括一个长度表示语，长度为一 个八位位组。 i s u p 与t u p 的不同之处在于：在t u p 中，消息是由标题码h o h l 决定的，一旦 h o h l 确定下来，则消息名称、长度、格式和内容等就基本确定了，而在i s u p 中， 消息是由消息编码决定的。在不同的呼叫过程中，同样消息的长度、格式和内容 可能会有所不同。 3 5i s u p 电路维护的研究 近年来，由于n o 7 信令系统传输速度快、信号容量大、可靠性高、消息编码 灵活，并可以传送除电路接续信令以外的各种业务的控制信号和数据。在电信系 统中被广泛应用。当中继电路维护中断或故障时将严重影响系统与地方网的通信 业务，因此，对n o 7 中继电路维护的研究显得尤为重要。 3 5 1i s u p 电路管理涉及的表 在软交换系统中，与i s u p 电路相关的信息记录在i s u pb 信道表和i s u pp 信道 表中。当电路处于呼叫接续状态时，与该条电路上呼叫处理相关的所有信息则记 录在i s u p 呼叫控制表( i s u pc rt a b l e ) 。 ( 1 ) b 信道表 b 信道表在系统中定义为s t r u c ti s u pbc b ，其含义是对于每一条i s u p 电路， 在系统中都维护了一张表，该表中将该电路的一些基本信息，比如：所处的中继 群号、该电路是否被设置为链路、该电路是否闭塞等等全部记录下来。在系统运 行的过程中，会根据程序运行轨迹，不断地读取更改表中的内容。需要强调的是： 系统在b 信道表中，定义了b s n c r n o 字段用来标示电路是否被呼叫占用，该字段 的默认值是0 x f l t f , 表示该电路未被呼叫占用。当b s n c r n o 的值设置为非缺省值时， 则表示该电路已经被一个呼叫占用。系统通过该字段直接索引到i s u p 的呼叫控制 表。 ( 2 ) p 信道表 p 信道表在系统中定义为s t r u c ti s u ppc b ，其含义是对于每一个i s u p 端口 ( p c m ) ，在系统中都维护了一张表，在表中将该p c m 的一些基本信息，比如： 目的信令点、源信令点、p c m 类型( e l 或者t 1 ) 等等，都记录下来。在系统运行 过程中，会根据程序运行轨迹，不断地读取更改表中的内容。 ( 3 ) i s u p 呼叫控制表 除了b 信道表和p 信道表这两张表之外，i s u p 还有一张用户呼叫处理的表，称 第三章i s u p 概述 1 7 为i s u p 呼叫控制表( i s u pc rt a b l e ) ，当某条电路被呼叫占用时，系统会为该中 继电路动态创建i s u pc rt a b l e ，将与该电路呼叫相关的内容记录在表中。在呼叫 进行过程中，要不断地读写并刷新这张表。当呼叫接续完成，该电路恢复为空闲 状态后，系统会自动释放与该电路相关的i s u pc rt a b l e 。 3 5 2i s u p 中继电路状态解释 i s u p 电路维护包括维护闭塞本端、维护闭塞对端、维护解闭本端、维护解闭 对端、维护复位等操作，其中维护闭塞和维护解闭塞是对称的。 i s u p 中继电路的状态通常有以下几种：空闲、忙、闭塞、未知、故障和未安 装，其中闭塞又分为可用闭塞和不可用闭塞，下面以双向中继为例对于各种i s u p 中继电路状态作具体解释【1 9 1 。 ( 1 )空闲( i d l e ) ：表明电路可以接受或发起呼叫，也可以进行维护闭塞、 删除等操作。 ( 2 ) 忙( b u s y ) ：表明电路正在使用。电路不能再接收或发起呼叫，可以进 行维护闭塞，但不能删除。 ( 3 ) 可用闭塞( a v a i l a b l eb l o c k ) ：表明已经闭塞对端电路，此时对端电路状 态为不可用闭塞。此状态下仍可以发起出局呼叫，但此电路不会接收到入局呼叫。 ( 4 ) 不可用闭塞( u n a v a i l a b l eb l o c k ) ：表明已