（计算机应用技术专业论文）软交换架构下核心信令交换过程的分析与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 下代网络是可以提供语音、数据和多媒体等各种业务的综合 开放的网络构架，它将网络中的各种设备按照功能进行分层，以业 务为驱动，为用户提供各种手段的接入，所有的业务，包括实时的 和非实时的，均由一个统一的宽带分组网络来承载。 软交换是下一代网络的呼叫控制核心，正如其名字所表示，软 变换是基于软件交换，它从传输层分离出电话呼叫的控制功能。其 核心思想就是呼叫与承载分离、业务与控制分离。原有的v o l p 设备 ( i p 语音网关等) 要能实现其向软交换的过渡，软件上要符合层次 化的思想，即用内部a p i 来实现呼叫与承载、业务与控制的分离。 因此，定义内部a p i 就成为向软交换过渡的关键。本文的主要工作 就是探讨其中的一个a p i 一一协议接入和适配这一功能的实现，从而 达到灵活、方便地接入h 3 2 3 、s i p 、n o 1 、n o 7 等下一代网络的接 入层协议信令。 论文第一章介绍了下一代网络、软交换的基本概念及对软件体 系结构提出的要求，论文的基本结构以及主要的工作。论文的第二 章首先介绍了几种主流的接入层协议信令，然后对其进行总结，比 较它们之间的异同，在此基础上制定出了核心信令的具体内容。在 第三章中，对核心信令的交互过程进行了详细阐述，包括它与其他 协议信令的配合、实现补充业务的流程等。在论文的第四章，介绍 了在t o r n a d o 开发环境下，利用核心信令，开发具体协议栈的过程( 以 中国一号信令为例) ，说明了核心信令的应用情况。在第五章中，对 软件运行于分布式环境下提出了一些思考。 最后总结了全文，并提出了未来的展望。 关键词：下代网络；软交换；核心信令：中国一号信令 a b s tr 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 ) i sak i n do fi n t e g r a t e da n do p e n n e t w o r kw h i c hc a nd e l i v e rd i v e r s i f i e ds e r v i c e ss u c ha sv o i c e ，d a t aa n d m u l t i m e d i a n g nd i v i d e s v a r i o u sd e v i c e si n t od i f f e r e n t l a y e r s a c c o r d i n gt ot h e i rf u n c t i o n s i tc a na l s op r o v i d ea l lk i n d so fa c c e s sf o r u s e r sd r i v e n b y s e r v i c e s i nn e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k ，a l ls e r v i c e s ， i n c l u d i n g r e a l t i m eo n ea n dn o nr e a l - t i m e o n e ，a r e b e a r e d b y a w i d e b a n dp a c k e t b a s e dn e t w o r k s 0 f t s w i t c hi st h ec a l le o n t r 0 1c o r eo ft h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k a si ti sc a l l e d ，s o f t s w i t c hi sak i n d0 fs o f t w a r eb a s e ds w i t c h i n g ，w h i c h s e p a r a t e st h ec o n t r o lf u n c t i o no ft e l e p h o n ec a l lf r o mt r a n s m i s s i o nl a y e r t h eb o r ei d e ao fs o f l s w i t c hi st h es e p a r a t i o no fc a l la n db e a r i n g ，a n d t h e s e p a r a t i o n o fs e r v i c ea n dc o n t r 0 1 i ft h e o r i g i n a lv o i c e o v e ri p d e v i c e s ，s u c ha s i pv o i c e g a t e w a y a r c t o m e r g et os o f t s w i t c h ，t h e s o f t w a r en e e dt ob el a y e r e d t h a ti st os a y i ts h o u l du s ei n t e r n a la p i s ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) t o r e a l i z et h e i n d e p e n d e n c e o f c a l la n d b e a r i n g ，a n do f s e r v i c ea n dc o n t r 0 1 t h e r e f o r e ，t h ed e f i n i t i o no f i n t e r n a la p i si st h ek e yt oi m p l e m e n ts o f t s w i t c h t h em a i np a r to ft h e t h e s i si st od i s c u s st h ei m p l e m e n t a t i o no fo n eo ft h ea p i s - p r o t o c o l a c c e s sa n da d a p t a t i o n t h r o u g hi t ，p t o t o c o l s ，s i g n a l i n g so fn g na c c e s s l a y e r ，s u c h a s h 3 2 3 ，s i p ，n o 1 ，n o 7 ，c a n b ea c c e s s e d e a s i l y a n d c o n v e n i e n t l y i nt h ef i r s t c h a p t e ro ft h et h e s i s t h eb a s i cc o n c e p t so fn g n a n d s o f l s w i t c h t h ed e m a n do ns o f t w a r ea r c h i t e c t u r e ，t h es t r u c t u r ea n d c o n t r i b u t i o no f t h et h e s i sa r e i n t r o d u c e d s e v e r a lm a i n s t r e a m p r o t o c o l s s i g n a l i n g s o fa c c e s s l a y e r a r e i n v e s t i g a t e d i n c h a p t e r 2 t h r o u g h s u m m a r i z a t i o na n d c o m p a r i s o n b e t w e e n t h e m ，a b s t r a c t s i g n a l i n gi sd e f i n e db a s e do ns o m ee x i s t i n gc o m m o nu s e do n e i nt h e t h i r d p a r t ，t h e o p e r a t i o np r o c e d u r e o ft h ea b s t r a c t s i g n a l i n g i s d e m o n s t r a t e di n d e t a i l ，i n c l u d i n g t h e i n t e r w o r k i n g b e t w e e na b s t r a c t 西南交通大学硕士研究生学位论文第! ! 页 s i g n a l i n ga n d o t h e rs i g n a l i n g s ，a n dt h ef l o wo fc o m p l e m e n t e ds e r v i c e s i m p l e m e n t a t i o n t h ed e v e l o p m e n t o fn o 1 s i g n a l i n g m o d u l e u s i n g a b s t r a c ts i g n a l i n gu n d e rt o r n a d od e v e l o p m e n te n v i r o n m e n ti sd i s c u s s e d i n c h a p t e r4 ，i te x p l a i n s t h eu s eo fa b s t r a c t s i g n a l i n g i nc h a p t e r5 ， s o m di d e a sa b o u tt h e a p p l i c a t i o n o ft h es o f t w a r eu n d e rd i s t r i b u t e d e n v i r o n m e n ta r ep r o p o s e d a tl a s t ，t h et h e s i si sc o n c l u d e d a n dt h ed i r e c t i o n so ff u r t h e rw o r k a r ep r e s e n t e d k e yw o r d s ：n g n ，s o f t s w i t e h ，a b s t r a c ts i g n a l i n g ，n o 1s i g n a l i n g 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 论文背景 第1 章绪论 i n t e r n e t 的迅速发展给人们的生活带来了巨大的变化，也结束了 电话领域电路交换方式一统天下的时代。自1 9 9 5 年，以色列v o e a l t e c 公司推出第一个基于p c 的i p 电话应用软件i n t e r n e tp h o n e ，i p 电 话就如火如荼地发展起来了。不久之后，便出现了连接传统电话网 ( p s t n ) 与i n t e r n e t 的网关，通过该网关，终端系统间不再仅限于 p c 与p c 之间的连接通话，甚至于发展成两端都可以使用普通电话 通过i n t e r n e t 进行通话，如图1 1 所示。 宙1 1 l p 电话体系 可以预计，未来很长一段时间，p s t n 和i n t e r n e t 将共存，而上 述网关是实现它们之间互连的关键设备。这里，网关的功能包括： 完成p s t n 侧以及i p 网络侧的呼叫建立和释放：完成语音编码和打 包、回声消除、静音检测，并提供收端缓存：进行语音编码方式的 转换和信令协议的转换。除此之外，网关需具备与网管，智能网的 接口；可能还应当具备计费、认证等功能。 但是，随着用户需求的不断提高，这类网关设备已渐渐无法适 应用户日益增长的需求。越来越多的用户有其各自不同的需求，但 是网关本身的处理能力有限，不可能同时在一个网关上开发过多的 应用 2 1 。此外，一些复杂的应用，诸如需要保存大量数据的业务，需 要很高运算能力的业务，用户定制性很强，可由用户随时修改的业 务等等，都不大可能在网关上完成。 总而言之，在这类网关上开发业务有很大的难度，主要表现在： 1 ) 移植性差：在一个协议上开发的业务需要做较大的修改才能 应用到另外一个协议上。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 2 ) 业务具有协议相关性：开发业务时需要了解协议的细节，应 用于多个协议时还需要了解多个协议的细节。 3 ) 耦合性很强，影响网关的可靠性。由于业务和网关的呼叫控 制及协议栈等密切相关，业务程序中的错误很容易扩散到整 个网关系统中。 4 ) 由于业务和其他模块都有关联，所以开发业务的开发人员需 要了解网关软件相关模块的细节。 软交换的提出很好地解决了这些问题。软交换技术是在i p 电话 的基础上逐步发展起来的一门新技术。它提出了分解的网关功能的 概念，即将i p 电话网关分解为媒体网关( m c d i a g a t e w a y ，主要完成 媒体流的传送和转换) 、信令网关( s i g n a l i n gg a t e w a y ，主要实现与 p s t n 网的接口) 和媒体网关控制器( m e d i ag a t e w a yc o n t r o l l e r ，主 要完成呼叫控制功能) 。通过让每一功能实体完成一定的功能【3 。0 1 ， 增强网关功能的灵活性、可扩展性和高效性。 我们知道，在传统电信网络中，呼叫控制功能是与业务结合在 一起的，不同的业务所需要的呼叫控制功能也不同。而软交换则与 业务无关，这要求它提供的呼叫控制功能能完成对各种业务的基本 呼叫控制。通过把呼叫控制和业务交换分离到不同平面，提供强大 的软件a p i 接口，软交换可以将底层的传输服务与控制信令协议绑 定，实现业务应用层中一种服务到另一种服务的平滑过渡，弗可快 速地将新的业务引入到现有的平台上 1 1 - 16 1 。图1 2 给出了基于软交 换的分层网络体系结构。 图1 2软交换网络体系结构 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 由图1 2 可见，软交换网络体系结构分为四层，自下而上分别是 接入层、核心承载层、控制层和应用层。与传统电信网络体系结构 相比，最大的不同就是把呼叫的控制和业务的生成从媒体层中分离 出来。最下面的接入层主要实现异构网络到核心传输网以及异构网 络之间的互连互通，集中业务数据量，并将其通过路由选择传送到 目的地。在接入层上面，是软交换的核心承载层，它不仅完成业务 数据的集中承载传输，而且还要负责上面的控制层与下面的接入层 间控制信息的传输。在核心承载层之上的控制层用于决定呼叫的建 立、接续和交换，将呼叫控制与媒体业务相分离，理解应用层生成 的业务请求，通知核心承载层网络单元如何处理业务流。最后，最 上面的应用层则决定提供和生成哪些业务，并通知控制层做出相应 的处理 17 - 2 3 。 在这样一个层次化的结构下，软交换通过标准接口对一个基本 呼叫进行控制。它既需要支持传统p s t n 网络的应用，例如接续普通 电话，又需要支持包交换网络应用，而这些应用大多是面向无连接 的、分散控制体系的。就目前而言，软交换需要支持传统电话应用 ( 包括7 号信令系统、中国一号信令等) ，还需要支持基于软交换环 境的h 3 2 3 和s i pv o i p 系统l 2 4 - 2 7 。这些系统各自由不同的呼叫信令 和呼叫控制实体组成，所以软交换作为n g n 的控制核心，必须替代 它们原来的呼叫控制实体，由一个统一的呼叫控制层来实现。这样， 在这种层次化的软交换架构下开发网关软件，也需要符合层次化的 思想。 圈1 3网关软件结构示意圈 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 图1 - 3 所示为符合该层次结构的网关软件体系结构，其中： 1 1 协议接入和适配层完成不同协议的接入，对协议消息进行一 定语法和语义的处理转换成内部a p ii ，实现与上层呼叫控 制的交互。这部分包括所有的中继类型信令，包括n o 7 、p r i 、 n o 1 、h 3 2 3 、s i p 等。 2 、通用呼叫控制和资源管理完成对呼叫的处理和控制，是整个 系统的核心。它可以完成通用呼叫控制、媒体控制、应用程 序的事件触发等功能，依据下层的内部a p ii 传递上来的媒 体消息和信令消息，并根据应用程序的指示执行相应的操 作。 3 ) 应用程序是实现网关中各种业务的软件实体，通过内部a p i i i 与下层的媒体控制和通用呼叫控制层进行交互，实现对呼 叫和媒体的控制。应用程序不必关心具体信令，协议的细节， 只需要通过a p ii i 操作相关的数据结构即可。 由此可见，定义内部a p i 就成为实现软交换网关软件的关键问 题之一。目前国内外的通信设备厂商，如爱立信、朗讯、西门子、 阿尔卡特、北电、思科、华为、中兴、u t 斯达康等已陆续推出了自 己的软交换解决方案，部分已经投入商用，但其软件内部实现的细 节都属于相应公司的技术机密。 1 2 论文解决的问题以及组织结构 要使网关软件符合软交换的思想，实现信令协议和呼叫控制的 分离以及应用的协议无关性，需要实现如图1 - 3 所示的两个内部 a p i 。作者在x x 公司实习期间，作为语音网关中心的成员，参与了 网关软件的实现工作。作者所在的小组，主要负责实现图1 3 所示两 个内部a p i 中的一个，即实现协议的接入和适配。 在软交换技术提出以前，i p 电话网关软件结构中，每一种协议 信令由与其对应的呼叫控制实体来处理，这些实体与协议信令具有 相关性，是一一对应的关系。因此，每开发一种新的协议栈都需重 新开发与其相对应的呼叫控制实体。而通过仔细研究不同协议的呼 叫控制过程，我们可以发现，这些呼叫控制是类似的，其本质上都 是一个实现接续的过程。 如果设计出一个与大部分接入层协议信令都能兼容的核心信 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 令，用对这一核心信令的通用呼叫控制实体来代替过去与协议栈相 关的呼叫控制实体，那么新协议栈的开发就变得非常简单了，软件 的层饮也更加分明。在开发新协议栈时，只需在协议栈的基础上增 加一个从新协议到核心信令和从核心信令到新协议的适配层。 因此，论文的重点放在核心信令的设计实现上。由于这里的核 心信令需要兼容主要的软交换接入层协议( 诸如h 3 2 3 、p r i 、n o 7 、 n o 1 等) ，使其能够比较方便地实现两者之间的相互转换。因此，在 设计和实现核心信令的过程中，研究和兼顾上述几种信令的关系， 是很必要也很重要的。作为项目组的成员之一，作者全程参与了核 心信令前期的学习和研究工作，中期的定义和设计，以及后期的实 现和测试。主要包括：深入学习中国一号信令，从一个基本呼叫的 实现流程的角度上比较中国一号信令与其它几种接入层协议的异 同，抽象出其呼叫的基本框架；从中国一号信令接口方面考虑，研 究核心信令与中国一号信令的配合过程和兼容性，根据中国一号信 令适配的需要提出对核心信令的要求，配合项目组其他成员从其他 几种接入层协议考虑，共同完成核心信令的具体内容；为了实现核 心信令与中国一号信令之间的适配转换，作者使用t o r n a d o 开发环境 开发了基于核心信令交换的中国一号信令模块( 关于中国一号信令 的介绍请参见2 1 3 ) ，并完成该模块的测试工作。考虑到将来需要提 高软件性能，适应大容量设备应用的需要，在本文的最后，作者对 整个软件实现分布式、负载均衡等问题提出了一些思考。 本文按如下方式组织： 第一章绪论，介绍了i p 电话体系、下一代网络、软交换的基本 概念及主要技术要点，软交换对软件体系结构提出的要求，论文的 基本结构以及主要的工作。 第二章首先介绍了几种主流的接入层协议信令h 3 2 3 、s i p 、 n o 7 、n o 1 ，然后对其进行总结，比较它们之间的异同，制定出了 一套核心信令，用于作为上述各种协议的公共接口，使其在软件体 系中作为中间层，为上层通用呼叫控制模块提供统一的底层协议访 问接口( a p i ) 。 第三章详细描述了核心信令与h 3 2 3 、s i p 、n o 7 、n o 1 的配合 过程，以及核心信令实现呼叫转移、呼叫保持、呼叫等待、会议呼 叫等补充业务的流程。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第四章给出了基于核心信令的中国一号信令模块的详细设计及 测试过程。通过介绍在t o r n a d o 开发环境下，利用核心信令，开发具 体协议栈的过程( 以中国一号信令为例) ，说明核心信令的应用情况。 第五章中，对软件运行于分布式环境下提出了一些思考。 最后总结了全文，并提出了未来的工作方向。 1 3 开发工具与环境简介 x x 公司的整个网关软件是在t o r n a d o 集成开发环境下进行开发 的，中国一号信令模块作为其中的一部分( 属于协议接入适配层) ， 也需要在此环境下进行开发。t o r n a d o 是进行嵌入式产品开发常用的 开发调试环境，它支持v x w o r k s 实时操作系统。下面对v x w o r k s 操 作系统及t o r n a d o 开发环境作一简单介绍。 v x w o r k s 是一种嵌入式实时操作系统。嵌入式系统一般指非p c 系统，包括硬件和软件两部分。硬。件包括处理器、存储器及外设器 件和i o 端口等。软件部分就包括操作系统软件和应用程序编程。 v x w o r k s 就是这里的操作系统软件，它支持3 2 位的c p u ，包括i n t e l 公司的x 8 6 、m o t o r o l a 公司的6 8 k 和p o w e r p c 、m i p s 、a r m 、i n t e l 公司的i 9 6 0 、h i t a c h i 公司的s h 。用户根据需要设计电路板，通过电 路板上的c p u 来实现“智能”。这块电路板通常没有软件的自开发能 力，所以需要一台通用机来辅助开发，这台通用机可以是p c 或工作 站。我们称辅助软件开发的通用机为宿主机( h o s t ) ，用户自己开发的 电路板为目标机( t a r g e t ) 。宿主机上要有一个集成开发环境( i d e ) 来辅 助我们的软件开发，这套集成开发环境可以运行在w i n d o w s 9 5 n t 或 u n i x 下，包括交叉编译器( c r o s sc o m p i l e r ) 和交叉调试器( c r o s s d e b u g g e r ) 。所谓交叉编译器就是在宿主机上编译生成可以在目标机 上运行的代码i m a g e ，交叉调试器就是通过宿主机和目标机之间的 某种耦合方式实现前后台调试。在我们的开发环境下，宿主机上的 这套集成开发环境为t o r n a d o ，编译生成的目标机上的可执行代码 i m a g e 为v x w o r k s ( 如图1 4 所示) 。在系统安装的时候，集成调试 环境和v x w o r k s 的原材料( 一些o b j 文件) 都安装到宿主机上，编 译生成的i m a g e 在目标机上运行，其内包含操作系统。 t o r n a d od e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t t a r g e ts y s t e m ( p c ) a p p l i c a t i o n w i n d s h 、p c r 0 8 s r i n d ! 竺l v x w o r k s e d i t o r b r o w s e r t a r g e t w i n d c o n f i g a g e n t 图1 - 4t o r n a d o 交互主机工具 下面分别介绍这两部分内容。 1 3 1v x w o r k s 概述 实时多任务操作系统是能在确定的时间内执行其功能，并对外 部的异步事件作出响应的计算机系统。多任务环境允许一个实时应 用作为一系列独立任务来运行，各任务有各自的线程和系统资源。 v x w o r k s 就是一种专门为嵌入式系统设计开发的实时操作系统，它 提供多处理器间和任务间高效的信号灯、消息队列、管道、网络透 明的套接字。为了获得最快速可靠的中断响应，v x w o r k s 系统的中 断服务程序i s r 有自己的上下文。 v x w o r k s 包括进程管理、存储管理、设备管理、文件系统管理、 网络协议及系统应用等部分，占用很小的存储空间，支持高度裁减， 保证系统能以较高的效率运行。其体系结构如图1 - 5 所示 2 8 1 【2 9 1 。 独立硬件的软件 应用开发工具 i o 系统v x w o r k s 库 t c p d +十 文件系统w j n d 内核 it i l0依赖硬件的软件 、 l s c s l 驱动板级支持包b s p网络驱动 li十十i 十十 i il i+ 硬件+ i+ l s c s 啦制器串口控制器时钟定时器以太网控制器 l 图1 5v x w o r k s 体系结构 v x w o r k s 操作系统的基本构成模块包括以下部分： _ 高效的实时内核w i n d ：w i n d 内核包括基于优先级的抢占式 多任务调度机制、任务间的同步和进程间的通讯机制以及中 断处理、看门狗和内存管理机制。不仅提供多种信号量支持 任务间同步和互斥的机制，而且提供消息队列、管道、套接 字和信号等机制支持进程问通信。 i o 系统：v x w o r k s 提供了快速灵活的与a n s ic 兼容的i o 系统，包括u n i x 标准的缓冲i o 和p o s i x 标准的异步i o 。 还包括多个驱动程序( 包括网络驱动、管道驱动、r a m 盘 驱动、s c s i 驱动、磁盘驱动、显示驱动、键盘驱动、并口驱 动等) 。 _ 文件系统：v x w o r k s 提供了快速文件系统适合于实时系统应 用。它拥有多种支持使用块设备的本地文件系统。这些设备 都使用一个标准接口，从而使得文件系统能够灵活地在设备 驱动程序上移植。 一板级支持包b s p ( b o a r ds u p p o r tp a c k a g e ) ：板级支持包对各 种板的硬件功能提供了统一的软件接口，它包括硬件初始 化、中断的产生和处理、硬件时钟和计时器管理、局域和总 线内存地址映射、内存分配等等。每个板级支持包括一个 r o m 启动( b o o tr o m ) 或其他启动机制。 网络设施与产品 一虚拟内存与共享内存：v x w o r k s 的v x v m i 为带有m m u ( m e m o r ym a p p i n gu n i t ) 的目标板提供了虚拟内存机制。 v x m p 提供了共享信号量、消息队列和不同处理器之间的共 享内存区域。 _ 目标代理( t a r g e ta g e n t ) ：目标代码遵循w d b ( w i n dd e b u g ) 协议，允许目标机与主机上的t o r n a d o 开发工具相连。如图 1 ，6 所示，目标代理是以v x w o r k s 的一个任务的形式运行。 t o r n a d o 目标服务器向目标代理发送调试请求。调试请求通 常决定目标代理对系统中其他任务的控制和处理。默认状态 下，目标服务器与目标代理通过网络进行通信，用户也可以 改变通信方式。 主机目标机( v x w o r k s ) i目标代理 通讯驱动器。 目标服务器 用户任务1用户任务2 一 _ 网络( e t h e m e t 、s l i p 等) 田1 - 6目标代理与目标服务器交互式工作示意 _ 实用库和基于目标机的工具 1 3 2t o r n a d o 介绍 嵌入式软件开发是一种比较复杂的劳动，操作系统性能再好， 仅仅依靠人工编程调试，很难发挥它的功能，要设计出可靠、高效 西赢交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 的嵌入式系统，必须要有与之相应的开发工具。t o r n a d o 就是为开发 v x w o r k s 应用系统提供的集成开发环境。t o r n a d o 中包含的工程管理 软件，可以将用户自己的代码与v x w o r k s 的核心有效地组合起来； 原型仿真器可以让程序员在不用目标机的情况下，直接开发系统原 型，作出系统评估；功能强大的调试器可以提供任务级和系统级的 调试模式，进行多目标机的联调：优化分析工具可以帮助程序员从 多种方式真正地观察、跟踪系统的运行，排除错误，优化性能。 t o r n a d o 集成环境提供了高效明晰的图形化的实时应用开发平 台，它包括一套完整的面向嵌入式系统的开发和调测工具，采用主 机一目标机交叉开发模型。应用程序在主机的w i n d o w s 环境下编译 链接生成可执行文件，下载到目标机，通过主机上的目标服务器与 目标机上的目标代理程序的通信完成对应用程序的调测、分析。它 主要曲以下几部分组成： _ v x w o r k s ，高性能的实时操作系统； 应用编译工具； 交互开发工具。 关于t o r n a d o 的详细使用方法，可以参考文【3 0 】、【3 1 】、 3 2 或 登录网站：h ! 姬；旦堕塑：型坠q 融下载相应说明文档。 第2 章核心信令设计 核心信令的制定，需要兼顾主要的软交换接入层协议( h 3 2 3 、 s i p 、n o ，7 、n o ，1 等) ，要能够比较方便地实现两者之间的相互转换。 因此，深入学习主要的接入层协议，研究它们的特点，是必不可少 的。本章首先总结了几种主要的软交换接入层协议的特点，比较它 们之间的异同，重点放在一个基本呼叫的实现流程上。然后，在此 基础上，介绍了核心信令的具体内容。 2 1 主要的软交换接入层协议 为了实现协议信令的接入和适配，核心信令需要支持现有大多 数软交换协议信令。更需包括主流接入层协议( h 3 2 3 、s i p 、n o 7 、 n o 1 、p r i 等) 3 3 】【34 1 。现对这几种协议作一简单介绍，以从中总结 规律。 2 1 1h 3 2 3 协议 h 3 2 3 协议本是i t u t 第1 6 研究组为多媒体会议系统而提出的， 后来被广泛应用于i p 电话系统中，因而它涉及的范围要远比i p 电话 宽 3 5 1 。对于i p 电话来说，实际上不只用了h 3 2 3 协议，而是使用了 一系列协议，其中有用于控制的h 2 4 5 ，用于建立连接的h 2 2 5 ，用 于大型会议的h 3 3 2 ，用于补充业务的h 4 5 0 1 、h 4 5 0 2 和h 4 5 0 3 等。只有h 3 2 3 协议是“总体技术要求”，因而通常把这种方式的i p 电话称为h 3 2 3i p 电话。图2 - 1 所示为呼叫建立的协议栈。 图2 1h 3 2 3 呼叫建立的协议栈 亘直至堕盔兰受主塑塞生兰篁迨窒釜! 兰夏 h 3 2 3 呼叫建立过程涉及到三种信令：r a s ( r e g i s t r a t i o n 、 a d m i s s i o n 、s t a t u s ) 信令，h 2 2 5 ，0 呼叫信令 3 6 1 和h 2 4 5 控制信令3 ”。 在图2 - 2 中，描述了h 3 2 3 中有网守参与的快速呼叫的建立过程。 a r q ( 2 )。 a c f ( 3 ) s e t lp ( 4 ) c a l lp r o c d i r l g ( 5 )认m ( 6 ) 。 、 。回铃音( 8 ) a k t ( 8 )a c m ( 7 ) ，拨通( 1 c o l i n ：e t ( 9 )，a n m ( 9 ) 启动计费f 1 1 ) 。 图2 - 2 快速呼叫建立过程 在s e t u p 和a l e r t i n g 消息中带有h 2 4 5 的通道信息，网关间不需 要进行h 2 4 5 的消息连接。( 在描述呼叫流程过程中，被叫网关与 p s t n 的接口信令均以i s u p 为例。) 非快速呼叫建立流程与快速连接的呼叫流程类似，只是在网关a 发出的s e t u p 消息里，没有h 2 4 5 消息，网关b 向网关a 发出的c a l l p r o c e e d i n g 消息里带有h 2 4 5 的端口消息。网关a 在收到c a l l p r o c e e d i n g 消息后，首先与网关b 进行能力交换；网关a 与网关b 之间进行主从决定处理流程；网关a 与网关b 之间进行逻辑通道打 开处理。 2 1 2s i p 协议 s i p 协议提出了另一套i p 电话体系结构，是一个与h 3 2 3 并列 的协议3 8 】【39 1 。一个s i p 系统主要由两部分组成：用户代理和网络服 务器。用户代理有用户代理客户机( u a c ) 和用户代理服务器( u a s ) ， 其中用户代理客户机用于发起呼叫，用户代理服务器用于响应呼叫。 网络服务器也有两类，分别是代理服务器( p r o x y ) 和重定位服务器 ( r e d i r e c t ) 。代理服务器本身不对用户请求进行响应，只是转发用户 的中继器，然后将自身地址加入该消息的路径头部分，以保证将响 应按原路返回并防止环路的发生。重定位服务器收到用户请求后， 若判定自身不是目的地址，则向用户响应下一个应访问服务器的地 址，而不是转发请求报文”o 4 ”。 一次正常接续的流程是： 1 ) u a c 向网络服务器发出呼叫请求： 2 、网络服务器通过名字查找，用户定位，最终找到被叫u a s ： 3 ) 被叫u a s 响应用户请求( 拒绝或接受请求) ，该响应沿原路 返回； 4 1 主叫u a c 收到响应后，接通被叫或者终止这次呼叫请求。 s i p 协议主要有六类消息，分别是i n v i t e 、b y e 、o p t i o n s 、 a c k 、r e o i s t e r 和c a n c e l 消息。 i n v i t e ：i n v i t e 消息用于发起呼叫请求。其消息头包含主、 被叫地址信息，呼叫主题和呼叫优先级等信息；数据区是关于会话 媒体的信息，可由会话描述协议s d p 来实现( 与h 2 4 5 协议具有类 似功能) 。 b y e ：表示会话结束。 o p t i o n s ：用于询问被叫端的能力信息。 a c k ：对己收到的消息进行确认。 r e g i s t e r ：用于用户向s i p 服务器传送位置信息或地址信息。 c a n c e l ：取消当前请求，但不能中止已建立的连接。 基于s i p 的呼叫常用的响应有：l x x 、2 x x 和4 x x 。具体解释 如下： - 1 x x 是呼叫进展响应，表示请求已收到，正在处理中。其中 1 0 0 表示正在试呼中；18 0 是接收到i n v i t e ，要向用户振铃 时发送：1 8 1 表示呼叫正在前转；l8 3 表示呼叫进展。 _ 2 0 0 表示请求已经成功。如果请求是i n v i t e 就表示用户已 应答呼叫；如果请求是b y e ，则表示呼叫己释放。 4 x x 是由于请求语法错误或无法完成的请求而产生的响应。 其中4 0 4 表示被叫用户号码不存在；4 8 0 表示用户久叫不应： 4 8 4 表示地址不全；4 8 6 表示用户忙；4 8 7 表示由于b y e 或 c a n c e l 请求而终结请求。 图2 - 3 所示是s i p 的一次正常呼叫的流程。 2 1 3n o 1 信令 图2 - 3 信令流程图 中国一号( n o 1 ) 信令是一种随路信令( 在所接续话路的对应 位置传递局间所需的占线、应答、拆线等监视信号，在对应话路中 传递选择信号) ，它是在i t s 3 r 2 信令标准基础上略作修改专门适合 中国大陆的局问信令系统。按功能可分为两类：监视信号( 线路信 号) 和选择信号( 路由信号或记发器信号) 。 监视信号也叫线路信号，主要用来监视和改变线路上的呼叫状 态和条件，以控制接续的进行。监视信号的主要功能包括：主叫摘 机( 占线) 、被叫应答、被叫挂机( 后向拆线) 和主叫挂机( 前向拆 线) 四种情况的识别检测。 选择信号也叫路由信号或记发器信号，是传送电话号码和控制 接续的信号。它和呼叫建立过程有关，是由主叫用户送出的被叫用 亘直窑鋈盔堂塑塑塞皇堂丝整塞蔓! i 夏 户地址信息以及一些使交换动作顺利进行的信号，如请求发号和号 码位序控制等。 2 1 3 1 线路信令 多数的应用中都使用数字型线路信号，线路信号在p c m 3 0 路系 统的第1 6 时隙，即t s l 6 作为信号时隙。由于一个t s l 6 时隙只有8 个比特，为保证一定的信号量，采用4 个比特的编码，因此一个t s l 6 时隙只能为两个话路提供线路信号。为此，提出一个复帧的概念， 即由1 6 个子帧( 每子帧为1 2 5 u s ，含3 2 个时隙，即t s 0 - t s 3 1 ) 组成 一个复帧。这样，一个复帧就有1 6 个t s l 6 。其中第一个t s l 6 的前4 个比特用作复帧同步，后4 个比特暂时没安排用途或用作复帧失步 对告，其余的15 个t s l 6 就分别用作1 3 0 个话路的线路信号，具体 帧结构如图2 4 所示。 k 一复帧= 1 6 子帧一 t s o f t s lit s 2 i t s 3lt s 4 i ”it s l 5t s l 6 i “ it s 3 0 it s 3 l 同步而闽1 1 5 1 i ! l ! i ! i ! i ! l ! l ! 偶数帧俨o ，f 2 卜卜一帧同步码叫 u 奇数帧伊1 ，f 3 帧同步对告 固定发1 表明是奇数帧 令时隙 o io lo l0 i1l 1l1 ll f o 复帧同步叫七一复帧失步对告 a i b ic id la 1 5 b lc i d lf 1 m 三目f 2 ；1 7 路 ! b lc i d lf 1 5 图2 4p c m3 0 1 3 2 系统帧结构 中国一号信令采用数字型线路信号，分为前向和后向信号。前 向信号采用a f 和b f 两位码表示，后向信号采用a b 和b b 两位码表 示，各信号的基本含义如下1 4 2 ： a f 码表示发话交换局状态的前向信号，a f = 0 为摘机占用状态， a f = l 为挂机拆线状态。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 b f 码表示故障状态的前向信号，b f = 0 为正常状态，b f = l 为故障 状态。 a b 码表示被叫用户挂机状态的后向信号，a b = 0 为被叫摘机状 态，a b = l 为被叫挂机( 后向拆线) 状态。 b b 码表示受话局状态的后向信号，b b = 0 为示闲状态，b b = l 为 占用或闭塞状态。 数字型线路信号p c m 线路上的信令编码如表2 - 1 所示。 表2 - 1p c m 线路上的信令编码 信令编码 电路状态前向后向 a fb fa b b b 空闲释放1o 10 占用 001 0 占用确认 00l1 应答 oool 后向拆线 o ol1 01 前向拆线 10或 1l 闭塞 101 l 2 1 3 2 记发器信令 记发器信号全称为多频记发器( m f c ) 信号，分前向和后向两 种，采用1 2 0 h z 婷差级频。前向信号采用1 3 8 0 1 9 8 0 h z 高频群，按 六中取二编码，最多可组成15 种信号。后向信号采用7 8 0 1 1 4 0 h z 低频群，按四中取二编码，最多可组成6 种信号【4 3 1 。 亘壹童通本学硕士研究生学位论文第1 7 页 各类记发器信号的基本含义如表2 - 2 所示。 表2 - 2 记发器信号基本含义 前向信号后向信号 组别名称基本含义容量组别名称基本含义容量 k a主叫用户类别1 0 1 5 k c长途接续类别5 收码状态 i 长市市内接aa 信号 和接续状 6 k e5态的回控 续类别 证实 数字信号数字1 0 1 0 i i 发端呼叫业务被叫用户 k d6bb 信号6 类别状态 前向i 组信号由接续控制信号和数字信号组成。其中k a 信号是 发端市话局向发端长话局前向发送的主叫类别信号，k a 信号提供本 次接续的计费种类、用户等级和通信业务类别三种信息。k c 信号是 长话局间前向发送的接续控制信号。k e 信号是终端长话局向终端市 话局以及市话局间前向传送的接续控制信号。前向i 组中的“1 0 ” 数字信号用来表示主叫用户号码、被叫区号和被叫用户号码。此外， 发端市话局向发端长话局发送的“15 ”信号表示主叫用户号码终了。 后向a 组信号是前向i 组信号的互控信号，起控制和证实前向i 组信号的作用。其中a 1 、a 2 、a e 信号是发码位次控制信号，控制前 向数字信号的发码位次。a 3 是转至b 组信号的控制信号。a 。信号是 接续尚未到达被叫之前遇忙致使呼叫失败的信号。a 5 信号是接续尚 未到达被叫之前，接续遇到空号( 区号空号或局号空号) 的信号。 具体说来，a l 表示发下一位；a 2 表示由第一位发起；a 3 表示转至b 信号：a 4 表示机键拥塞；a 5 表示空号；a 6 表示发k a 和主叫用户号 码。 前向i i 组信号( k d ) 是发端业务性质信号。后向b 组信号( k b ) 是表示被叫用户状态的信号，起证实i i 组信号和控制接续的作用。 前向i i 组信号和后向b 组信号的内容和排列如表2 - 3 所示。 表2 - 3前向i | 组信号和后向b 组信号的内容和排列 前向i i 组信号( k d )后向b 组信号( k b ) k dk b 信号内容 编k d 信号内容k b 长途接续或测试接市内接续时