（通信与信息系统专业论文）atm网络上的aal2信令系统构建.pdf

摘要 随着电傣行业话音服务的增长和网络带宽资源的有限发展，传绕话音传送网 络已经不藐满是西豢裁臻耱遭务霭求藕矮璧需求，所孩提毫话音簧送效率懑义显 得格外重大。v o a t m ( v o i c et e l e p h o n yo v e r a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ) 就是穰 此背景下发殿起来的。它是一种综合的网络架构，该网络能可靠地赢效处理各种 羽户毫游信弩( 音频信号、数器、话音释褫獭等) ，包括交换和攒定蛰务传遴功麓， 必话啻传送掇供了条薪恩路。 a a l 2 ( a t ma d a p t e dl a y e r2 ) 信令协议为a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ) 网络上的话音传输凝供了一种离效率的服务。基于a t m 二类适配屡( a a l 2 ) 的 a a l 2 信令掺议剥髑底层a a l 2 适醚技本搬多条添毒信遂复爝到一蓉a t m 链鼹 上，解决了宽带网络上传送语音时带宽利用率低下的问题，同时节约了a t m 中 v p i ( v i r t i a lp a t hi d ) 、v c i ( v i r t i a lc h a n n e li d ) 的赘源。 本瀑蘧磷究夔瓣魏就是分援翔餐测用a a l 2 繁令秘议构建一令基于a a l 2 逶 配层的宽带a t m 网络话鬻传送系统，实现在宽带a t m 网络上的语音通信。 论文从a a l 2 避配层稀a a l 2 信令协议的基本原理出发，对比其窀v o a t m ( 投 本，慧缝窭ta a l 2 鼓拳在实鼯痤蠲巾鹃德势羁搿褥槛。论文慈结了鲡餐遥过漾 题研究实践，完成u n i ( u s e r n e ti n t e r f a c e ) 信令与n n i ( n e t - n e ti n t e r f a c e ) 债 令的互联实现以及藏个系统的实际构建实现过程，其中的一个亮点便是创新性的 解决了a a l 2n n i 债令与释标嘏u n i 倍令的兼容漓怒。 本论文所描叙驰研究最终梭建了一个完整的a a l 2 信令系统，实现了a t m 宽带网络中倍令点间( 通过信令传输点中继) 的话音通信，并且信令系统能够准 确高效缝控制管理话音逶信。该课题研究为a a l 2 信令协议的实际藏雳阻及在宽 繁网终上健邀诿鸯娥务鬟供了缀好瓣实践参考。 关键宇v o a t m ；a a l 2 ；信令链路；业务链路 i l l 华南理工大学硕士学位论文 a b s tr a c t n o w a d a y s ，a l o n g w i t ht h e d e v e l o p m e n t o fv o i c es e r v i c ei nt h e t e l e c o m m u n i c a t i o ni n d u s t r ya n dt h el i m i t e dn e t w o r k sr e s o u r c e ，c o n v e n t i o n a lv o i c e t r a n s m i t t i n gn e t w o r k sc o u l dn o tm e e tt h eg r e a t l yi n c r e a s i n gr e q u i r e m e n to fs e r v i c e t r a f f i ca n di t sq u a l i t y t h e r e f o r ei ti so fg r e a ti m p o r t a n c ef o ru st oi m p r o v et h e t r a n s m i t t i n ge f f i c i e n c y o fv o i c e v o a t m ( v o i c et e l e p h o n yo v e ra s y n c h r o n o u s t r a n s f e rm o d e ) h a sb e e nd e v e l o p i n gi nt h i sb a c k g r o u n d i ti sa ni n t e g r a t i v en e t w o r k f r a m e w o r k a n dt h i sn e t w o r kc a l ld e a lw i t ha l lk i n d so fu s e rc i r c u i ts i g n a l ( a u d i o s i g n a l ，d a t a ，v o i c e ，v i d e os i g n a la n ds oo n ) d e p e n d a b l ya n dh i g h e f f i c i e n t l y ，i n c l u d i n g e x c h a n g i n ga n da p p o i n t i n gs e r v i c et r a n s m i t t i n gc a p a b i l i t y , w h i c hp r o v i d e san e w i d e a f o rv o i c et r a n s m i s s i o n a a l 2 ( a t ma d a p t e dl a y e r2 ) s i g n a l i n gp r o t o c o lc a np r o v i d e a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ) n e t w o r kw i t hah i g h l ye f f i c i e n ts e r v i c eo fv o i c e u s i n ga a l 2a d a p t e dt e c h n o l o g y , i tc a nm u l t i p l es e v e r a lv o i c ec h a n n e l si n t oo n ea t m l i n k b yt h i sw a y , i th a sf o u n dt h es o l u t i o n st ot h ep r o b l e ma b o u tl o wt r a n s m i t t i n g e f f i c i e n c yo nb r o a db a n dn e t w o r k s ，m e a n w h i l ei te c o n o m i z e sv p i ( v i r t i a lp a t hi d ) a n d v c i ( v i r t i a lc h a n n e li d ) r e s o u r c ei na t mn e t w o r k t h ep u r p o s eo ft h i sr e s e a r c hi s ，b yu s i n ga a l 2s i g n a l i n gp r o t o c o l ，t oc o n s t r u c ta v o i c et r a n s m i t t i n gs y s t e mo na t mn e t w o r kb a s e do na a l 2 a n dt or e a l i z ev o i c e c o m m u n i c a t i o no na t mn e t w o r k t h i sd i s s e r t a t i o nb e g i n sw i t ht h eb a s i cp r i n c i p l e so f a a l 2a d a p t e dt e c h n o l o g ya n da a l 2s i g n a l i n gp r o t o c 0 1 a n dc o m p a r e si tw i t ho t h e r v o a t mt e c h n o l o g y t h e nc o n c l u d e st h ea d v a n t a g ea n df e a s i b i l i t yo fa a l 2t e c h n o l o g y a tt h es a m et i m e ，i ti n t e g r a t e so u rr e s e a r c hp r a c t i c e ，a n a l y s e sa n dr e s e a r c h e st h e r e a l i z a t i o no fi n t e r c o m m u n i c a t i o nb e t w e e nu n i ( u s e r - n e ti n t e r f a c e ) p r o t o c o la n d n n i ( n e t - n e ti n t e r f a c e ) p r o t o c o l ，t h ep r o c e d u r ea n dc o n s t r u c t i o no ft h ew h o l es y s t e m t ow h a ts h o u l db ep a ya t t e n t i o ni s ，t h i sd i s s e r t a t i o np r o v i d e st h ep r o b l e ma b o u t c o m p a t i b i l i t yb e t w e e na a l 2n n ip r o t o c o la n do u t - s t a n d a r du n ip r o t o c o lw i t ha n o r i g i n a ls o l u t i o n t h i sr e s e a r c h ，a st h i sd i s s e r t a t i o nd e s c r i b e s ，h a sf i n a l l yc o n s t r u c t e da w h o l ea a l 2s i g n a l i n gs y s t e m a n dr e a l i z e dt h ev o i c ec o m m u n i c a t i o no na t m n e t w o r k ，m o r e o v e r , t h i ss y s t e m c o u l dc o n t r o la n da d m i n i s t r a t et h ev o i c e c o m m u n i c a t i o n a c c u r a t e l y a n dh i g h e f f i c i e n t l y t h i sd i s s e r t a t i o n p r o v i d e s t h e a p p l i c a t i o no fa a l 2s i g n a l i n gp r o t o c o la n dt r a n s m i t t i n gv o i c es e r v i c eo nb r o a d b a n d n e t w o r kw i t hav a l u a b l ep r a c t i c er e f e r e n c e k e yw o r d s ：v o a t m ，a a l 2 ，s i g n a l i n gl i n k ，s e r v i c el i n k i v 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：铀已莲夭晕日期：d ? 印多年6 月，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密回。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名： 导师签名： 捆匕妖霉 码德力 日期：d 咖歹年 a a ld r l v e r 一一 q 9 3 b 一一 c a l lc o n t r o l 一一 a a l 2 一一 m t p 3 b 一一 q 2 1 4 0 一一 q s a a l 一一 a a l d r i v e r 一一 a t m 一一 另一信令实体的a t m ( 后同) 一一 a a ld r i v e r 一 q s a a l 一一 q 2 1 4 0 - - - - m t p 3 b 一一 a a l 2 一一 c a l lc o n t r o l 一一 o 9 3 b 一一 a a ld 刚v e r a t m 另一物理终端。 4 1 a a l 2 信令系统结构 图4 - 2 ：a a l 2 信令协议参考结构7 1 f i g u r e4 - 2 ：a a lt y p e2s i g n a l l i n gp r o t o c o lr e f e r e n c ea r c h i t e c t u r e 【1 7 1 1 4 第四章从l 2 信令协议 两个对等层的a a l 2 实体依赖通过信令传递业务来提供保证数据传递。这些 业务通过通用信令传递业务接入点( g s t - s a p ) 接入。对等层a a l 2 信令实体提 供相同的业务。 i t u 标准提供的a a l 2 信令实体参考模型如图4 - 2 所示，分为协议实体和节 点功能。在每一个a a l 2 业务端点，a a l 2 信令实体与a a l 2 服务的用户通信： a a l 2 的交换点，a a l 2 信令实体不与a a l 2 服务的用户通信。协议实体规定在 两个对等层a a l 2 节点之间的交互动作，a a l 2 消息通过通用信令传递业务在对 等层实体之间进行交换。 尽管a a l 2 信令需要保证数据传递，并且对消息的大小有限制，但a a l 2 信 令仍独立于信令的传递。为了使通用信令传递业务能适合于特定的信令传递业务， 即在通用信令传输网络上传送a a l 2 信令( 由于a a l 2 信令专门针对基于a a l 2 适配的a t m 网络，所以它并不适宜在通信信令网上直接传输) ，需要规定信令传 递变换器。 至于信令在低层的传递，适宜采用b i s d n 相关协议，将会在下面的章节中 简单叙述，同时也可参考a a l 2 信令协议栈和查阅各相关消息传输协议和q s a a l 协议等 2 0 2 3 。在以后的章节中，我们会对底层各协议模块做个简单的介绍。 4 2a a l 2 信令协议实体 图4 - 3a a l 2 信令协议实体内部结构图 f i g u r e4 - 3 ：i n t e r n a ls t r u c t u r eo ft h e 从lt y p e2s i g n a l l i n gp r o t o c o le n t i t y 1 5 华南理工大学硕士学位论文 i t u t 建议o 2 6 3 1 1 对a a l 2 信令协议实体的结构进行了描述，a a l 2 信令协 议实体内部结构如图4 3 所示。从图中可以看出，a a l 2 信令实体有两个功能块 组成：协议实体( p r e ) 模块和节点功能( n f ) 模块两部分。 协议实体分为三种协议进程实例：o p p 实例( 出局协议进程) 、i p p 实例( 入 局协议进程) 和m p p 实例( 维护协议进程) 。进程实例是在呼叫过程中动态创建 和删除的，在一个a a l 2 呼叫过程中包括几个不同类型的进程实例。出局协议程 序适用于发起a a l 2 连接请求；从对等层实体接收到a l l 2 连接请求时则使用入 局协议程序，这两个程序都用来有序地释放a a l 2 连接。维护协议程序用来保证 两个相邻a a l 2 接点的a a l 2 资源状态能够一致，并且可以闭塞和解除闭塞a a l 2 通道1 8 1 0 相邻的一对a a l 2 节点之间的a t mv c c 投入业务之前，需要完成一些特定 的动作。a a l 2 通道识别符要分配给a t mv c c ，这个识别符用于指定a a l 2 信令 协议消息中对应的a t mv c c 。a a l 2 通道识别符将唯一地识别两个相邻a a l 2 节 点之间的a t mv c c 。 当一个新的a t mv c c 投入业务后，在该a t mv c c 上建立a a l 2 连接之前 首先要确定a t mv c c 的归属权。对于交换的a t mv c c ，v c c 的归属者将是发 起v c c 建立的a a l 2 节点：对于p v c 和软p v c ，则由管理系统确定v c c 的归 属。 层管理使用包含相邻a a l 2 节点识别符、a a l 2 通道识剐符和归属权的 a d d p a t h i n d i c a t i o n 原语来通知节点功能关于新建立a a l 2 通道；并使用包含相 邻a a l 2 节点识别符、a a l 2 通道识别符的r e m o v e p a t h i n d i c a t i o n 原语来通知 节点功能关于删除的a a l 2 通道。 4 2 1 出局协议程序 成功的连接建立： 当处于“空闲”状态的出局协议实体实例从节点功能功能收到新连接的建立 请求时，首先为出局协议实体实例分配空闲的信令偶联识别符( s a i d ) 。 s a i d 分配成功后，发现e r q ( e s t a b l i s h r e q u e s t ) 消息到相邻的a a l 2 节点， 第四章a a l 2 信令协议 同时该协议实体进入“出局建立未完成”状态，并启动定时器t i m ee r q 。e r q 消息中包含的目的地信令偶联识别符设置为“未知”并包含节点功能给出的起源 信令偶联识别符和其他参数。 如果在“出局建立未完成”状态下收到了e c f ( e s t a b l i s h c o n f i r m ) ，则停止定 时器t i m ee r q ，并进入“已建立”状态。 不成功的连接建立： 如果s a i d 分配失败，则通知节点功能的原因为“资源不可用，未规定”。如 果t i m ee r q 超时，则通知节点功能的原因为“定时器超时恢复”。释放分配给 特定出局协议实体实例的s a i d ，并使该实体进入“空闲”状态。 如果在“出局建立未完成”状态下受到r l c ( r l e a s e c o n f i r m ) 消息，则通知 节点功能拒绝连接请求( 包含r l c 消息中原因) ，停止定时器t i m ee r q 。释放 分配给特定出局协议实体实例的s a i d ，并使该实体进入“空闲”状态t 4 l 正常连接释放： 在“已建立”状态，可能接受到包含原因参数的r e l ( r e l e a s e r e q u e s t ) 消息。 在这种情况下，协议实体实例使用收到的原因通知节点功能并进入“入局释放来 完成”状态。在节点功能证实后，向对等的a a l 2 节点发送不包含原因参数的r l c 消息，并进入“空闲”状态。释放分配给协议实体实例的s a i d 。 在“己建立”状态，节点功能也可以请求释放连接。在这种情况下，发送r e l 消息，并启动定时器t i m e r e l 。同时进入“出局释放未完成”状态。r e l 消息 中包含从节点功能收到的原因值。 如果收到r l c 消息，在停止定时器t i m er e l ，通知节点功能并进入“空闲” 状态。释放分配给协议实体实例的s a i d | 4 1 0 释放请求冲突： 如果在“出局释放未完成”状态下收到r e l 消息，立即向对等a a l 2 节点发 送r l c 消息并进入“释放冲突”状态。 如果在“释放冲突”状态接收到r l c 消息，则停止定时器t i m e r e l ，通知 节点功能并进入“空闲”状态，释放分配给协议实体实例的s a i d 。 非正常连接释放程序： 如果在“出局释放来完成”或“释放冲突”状态下定时器t i m er e l 超时， 华南理工大学硕士学位论文 则通知节点功能“定时器超时”，并进入“空闲”状态。释放分配给协议实体实例 的s a i d 。 如果在“空闲”状态以外的其他状态，从节点功能接收到终止出局协议程序 实体实例，则停止所有的定时器并进入“空闲”状态。释放分配给协议实体实例 的s a i d 。 图4 4 ：出局协议程序状态转换图7 1 f i g u r e4 - 4 ：s t a t et r a n s i t i o nd i a g r a mf o r t h eo u t g o i n gp r o t o c o lp r o c e d u r e 4 2 2 入局协议程序 成功的连接建立： 在“空闲”状态下收到d s a i d 为“未知”的e r q 消息后，就为新的入局协 议实体实例分配信令偶联识别符( s a i d ) 。 入局协议实体实例通知节点功能请求建立新连接，并从“空闲”状态转换到 “入局建立未完成”状态。 在收到节点功能发送的接受连接建立的确认后，向前一个a a l 2 节点发出e c f 消息并进入“已建立”状态。 不成功的连接建立： 第四章a a l 2 信令协议 如果入局协议实体实例的信令偶联识别符分配失败，就返回r l c 消息，r l c 消息中包含原因“资源不可用，未规定”。在接收到节点功能发送的终止连接建立 的请求后，则释放分配该特定入局协议实体实例的s a i d ，并且进入“空闲状态”。 如果节点功能通知入局协议实体实例不接受连接建立，则向前一个a a l 2 节 点发出r l c 消息，并进入“空闲”状态；r l c 消息中的原因值是节点功能提供 的原因。释放分配给特定入局协议实体实例的s a i d 。 正常连接释放、释放请求冲突、非正常连接释放程序可以参见出局协议程序。 图4 5 ：入局协议状态转换图1 7 1 f i g u r e4 - 5 ：s t a t et r a n s i t i o nd i a g r a mf o r t h ei n c o m i n gp r o t o c o lp r o c e d u r e 4 2 3 维护协议程序 维护协议程序分为复原程序和闭塞解除闭塞程序。复原程序的实现是体现在 层管理通过r e s ( r e s e t ) 消息和定时器t i m er e s 来对通道和通路的s a i d 和c e i d 进行管理控制，而闭塞解除闭塞程序体现在层管理通过b l o ( b l o c k ) 消息、u b l ( u n b l o c k ) 消息和定时器t i m e b l o ，以及定时器t i m e _ u b l 来控制通道和通路的 状态，以及基本的流控制。至于具体的实现过程不在这里叙述了，仅提供复原程 序状态转换图、闭塞，解除闭塞程序状态转换图以及定时器列表以供参考。在实际 应用中，定时器的合理配置非常重要，它直接影响系统的信令延时，同时它有关 1 9 鬻鸯理工大学联士学蕴论文 系到系统实际应用的合理性，所以在配置过程中我们戚该合理的平衡这两个方瓣。 图4 - 6 ：复原程序状态转换图1 7 1 f i g u r e4 - 6 ：s t a t et r a n s i t i o nd i a g r a mf o r t h em a i n t e n a n c ec o n t r o lp r o c e d u r ef r e s e t ) 鍪4 。7 ：遮塞，解豫阉寨程旁状态转换鍪喇 f i g u r e4 - 7 ：s t a t et r a n s i t i o n so f t h em a i n t e n a n c ec o n t r o l p r o c e d u r e ( b l o c k i n ga n dt m b l o c k i n g ) 第四章a a l 2 信令协议 表4 - 1 ：定时器列表h 1 t 矗b l e4 - 1 ：l i s to ft i m e r s 定时器范启动的原正常结 超时 围因束 t i m e _ e r q 5 3 0 s 发送e r q 消接收到释放所有设备和连接，发 息e c f 消息送r e l 消息，通知节点功 能。 y i m er e l2 - 6 0 s发送r e l 消接收到释放资源，发送r e s 消 息r l c 消息息，统治节点功能。 t i m er e s2 - 6 0 s发送r e s 消接收到重复r e s 消息，重新启动 息r s c 消息t i m e r _ r e s ，第一次通知 节点。 t i m eb l o2 6 0 s发送b l 0 消接收到提醒维护系统，通知节点 息b l c 消息功能。 t i m eu b l2 6 0 s发送u b l 消接收到提醒维护系统，通知节点 息u b c 消息功能。 4 3 信令连接控制 4 3 1 连接建立过程 在a a l 2 网络中，一个典型的a a l 2 呼叫过程如下图所示。其中o s a i d ( 信 令连接标识符) 是交换机为新创建的协议实体分配的i d 号，其它在交换机之间 传递的信息所携带的参数没有在图中标识出来，我们可以参见具体的说明。 ( 1 )源端交换机接点功能在收到来自a a l 2 服务的用户的呼叫建立请求 ( e s t a b l i s h r e q u e s t 原语) 后，分析选路信息并且选择一个有充足的a a l 2 通道资 源的路由到后续的a a l 2 节点，然后再在能够提供新连接的路由中选择一个a a l 2 通道。为建立从起源a a l 2 服务的用户到出局的a a l 2 通道的新连接，a a l 2 信 令端点要为建立所需的a a l 2 节点的内部通道分配内部资源，所以a a l 2 节点创 华南理工大学硕士学位论文 建一个o p p 进程实例来管壤该出局a a l 2 链路，势熊为新的o p p 进程分配o s a i d 箨瓷源，阊释为稽寝靛爨简垃务避遂羚醚籀藏靛带宽、c i d 等滚深。然惹，o p p 潍程淘鞠邻繁点发送e r q ( 建立溃载) 溃息，霆辩艘棼定辩爨t i m e r - - e r q ： ( 2 ) 申闻的交换麓轰在接收到e r q 溃息时，首巍由筑堞静s t i ( 镶令传 输接口模块) 寓体锈建i p p 迸程实铡，然蔗i p p 实辅绘n f 模凝发送建立请求指 淤( e s t 秘l i s h ，i n d i c a t i o n 瓣浴) ，遴翔漤熹珐貔。繁杰功熊n f 舞i p p 逡翟豢镶分 糕耀痊馥o s a i d 等瀣鼹，嗣对势橱斑懿入羁渡务遴莲分懿豢爨、c i d 等竣滚。 n f 根据消息中的a 2 e a 参数判断该逑接仍需国下传递，嬲由n f 保存源端黛鼷视 瓣潞由嵇怠 镁于返溜备辩消惠) 螽谶建o p p 避糕实镶，并艘为o p p 避瓣实镶 分怒o s a i d 等瓷滚，潮辩受摆建熬凌爨鳖务逶遂努配带塞、c i d 等瓷滚。o p p 进程实例继续向目的端节燃传输e r q 。 ( 3 )强霹静端交挨税接收列e r q 消怠孵，蛰先由底嫠豹s t i 雹l 建t p p 遴 程赛镄，然爱撑p 进程实耩绘n f 发送建立谚袋懿畿汞。磐点鞠缝耋羲入箍a a l 2 通道c i d 值的诃用住釉其 l 鲺资源，例如链路特性麟s s c s 信息。如果测试涟接指 承涪参数存拄，节点功能将接受“本蛾闭塞”或“避端闭塞”a a l 2 通道入简连 接。魏莱辩予赫连接瓣c t d 襄茭稳资澡霹矮，这黧资澡裁分鬻绘蓑遘接。n f 努 析消息中的a 2 e a 参数判断该连接已缀剿底目豹鞴点，则n f 输高程a a l 2