（计算机应用技术专业论文）移动通信中prbt业务的研究与实现.pdf

y5 8 5 2 1 5 北京交通大学硕士研究生学位论文 摘要 我国移动通信网络规模的不断扩大和通讯技术的不断成熟， 我国的 移动通信用户发展极为迅速，国内通信市场的竞争也越来越激烈。 提供 更加优质的服务， 满足用户各种各样的需要， 已 成为各个电 信运营商吸 引用户的一个重要的先决条件。 随着移动通信用户的发展以及市场的繁 荣， 各种新的电信业务层出不穷。这里提到的p r b t业务也是一种崭新 的电信业务。 本文在对整个业务背景进行分析基础上，提出了实现 p r b t业务提 供的系统方案，并给出具体的设计与实现。讨论的内容主要包括: ( d对移动通信 g s m网络以及 n 0 . 7信令系统进行了深入的学习和 讨论。着重分析了g s m网络 i s u p电话呼叫处理流程。 ( 2 )提出p r b t 业务的概念以及解决如何在g s m 网络上实现p r b t 业 务提供。 ( 3 ) p r b t系统业务提供部分的总体设计以 及各个任务模块的设计 与实现。 ( 4 )根据负载均衡的理论设计并实现了 系统负荷分担和冗余， 解决 了系统大业务量请求的快速响应。 ( 5 )提出了一套解决多个应用模块间通信的消息路由 解决方案。 目前该系统已经在河南移动通信公司中得到正式的应用，系统用户 在短时间内 达到了4 0 万， 运行稳定、可靠。在为电 信运营商带来丰厚 利润的同时， 也产生了巨 大的 社 会 效 益。 另 外， 本论文对于g s m 网络参考， n 0 . 7 信令系统的研究，工 s u p 用户电 话呼叫流程，系统冗余与负荷分担 以及消息系统的设计与实现都有一定的借鉴意义。 未 经 作 者、 导 帅 问 惫 _ 勿 全 文 公 布 北京交通大学硕士研究生学位论文 关键字: p r b t , 彩铃、 g s m 网络、 七号信令系统、 工 s u p 、 消息系统、 负荷分担 北京交通大学硕士研究生学位论文 abs tract w i t h t h e c o n t i n u o u s e x p a n s i o n o f o u r c o u n t r y s m o b i l e t e l e c o m n e t w o r k a n d t h e g r o w i n g u p o f t h e m o b i l e t e c h n o l o g y , t h e n u m b e r o f m o b i l e p h o n e u s e r s e x p a n d s v e r y r a p i d l y , a n d t h e c o m p e t i t i o n o n t h e t e l e c o m m a r k e t h a s b e c o m e e v e r m o r e i n t e n s e . p r o v i d i n g h i g h - q u a l i t y s e r v i c e f o r u s e r s a n d m e e t i n g t h e i r v a r i o u s k i n d s o f n e e d s h a v e b e c o m e a n i m p o r t a n t a s p e c t f o r t e l e c o m c o m p a n i e s t o a t t r a c t m o r e u s e r s . t h e i n c r e a s e o f u s e r s a n d t h e f l o u r i s h o f t e l e c o m m a r k e t r e s u l t i n t h e a d v e n t o f d i f f e r e n t k i n d s o f s e r v i c e s a m o n g w h i c h p r b t s e r v i c e i s t h i s t h e s i s a n a l y s e s t h e b a c k g r o u n d i n w h i c h t h e p r b t s e r v i c e c o m e s i n t o b e i n g , a n d o n t h e b a s i s g i v e s a n u m b e r o f w a y s t o c a r r y o u t t h i s s y s t e m s c h e m e p r o v i d i n g t h i s s e r v i c e . t h i s e s s a y a l s o f o c u s e s o n h o w t o d e s i g n a n d r e a l i z e t h e p ut s e r v i c e . t h e c o n t p a 5 a r a f o l l o w s : ) i n - d e p t h s t u d y i n g a n d u n d e r s t a n u i n g o f t h e g s m a n d t h e s s 7 , e s p e c i a l l y c o n c e r n i n g t h e c a l l c o n t r o l o n g s m . 2 ) p u t t i n g f o r w a r d t h e c o n c e p t o f t h e p ut s e r v i c e a n d s h o w i n g h o w t o p r o v i d e t h e p r b t s e r v i c e o n t h e g s m . 3 ) d i s c u s s i n g h o w t o d e s i g n o f t h e p r b t s y s t e m a s a w h o l e a n d h o w t o r e a l i z e e a c h t a s k m o d u l e i n t h e p r b t s y s t e m . 4 ) a c c o r d i n g t o t h e t h e o r y o f l o a d b a l a n c i n g b e t w e e n m a c h i n e s , p u t t i n g f o r w a r d a w a y t o b a l a n c e t h e l o a d b e t w e e n m a c h i n e s a n d r e a l i z i n g t h e r e d u n d a n c e o f t h e s y s t e m a s w e l l a s s o l v i n g t h e p r o b l e m o f q u i c k r e s p o n s e t o u s e r s r e q u e s t . 5 ) g i v i n g a m e s s a g e r o u t e m e t h o d t o r e a l i z i n g t h e c o m m u n i c a t i o n s b e t w e e n t a s k m o d u l e s . a t p r e s e n t , t h i s p r b t s e r v i c e b a s e d o n t h e s e m e t h o d s d i s c u s s e d i n t h i s e s s a y h a s b e e n p r o v i d e d f o r t h e u s e r s i n h e n a n p r o v i n c e . t h e n u m b e r o f u s e r s h a s g a i n e d a n i n c r e a s e o f m o r e t h a n 4 0 0 0 0 0 . b e s i d e s t h e p ut s e r v i c e i s a p r o f i t a b l e b u s i n e s s w h i c h p r o d u c e s g r e a t b e n e f i t s i n m a n y a s p e c t s i n s o c i e t y . a l s o , t h i s e s s a y r e f e r s t o t h e s t u d y i n g o f g s m n e t w o r k , t h e r e s e a r c h o f 北京交通大学硕士研究生学位论文 s s 7 , t h e d e v e l o p m e n t o f t h e i s u p c a l l c o n t r o l , t h e r e d u n d a n c e o f t h e s y s t e m a n d t h e d e s i g n o f s y s t e m w h i c h i s b a s e d o n m e s s a g e . k e y w o r d s : p r b t , c o l o r f u l r i n g , g s m , s s 7 , i s u p , m e s s a g e s y s t e m , 北京交通大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 . 1 p r b t 业务描述 p r b t ( p e r s o n a l r i n g b a c k t o n e ， 个性化回铃音) 业务是面向 移动通 信终端用户的一项电信增值业务， 也被称为个性化回铃音替换业务。 它 于2 0 0 2年诞生于韩国，随后迅速蔓延到全世界的多个国家，发展极其 迅速。 考虑到业务推广方面的需要， 现在国内 将此项业务统称为彩铃业 务。 从电话的发明到今天，己经经历了一百多年。从人工到自 动、从模 拟到数字、 从固定到移动，电 话通信技术和业务在许多方面都发生了很 大的变化， 但是一百多年来有一个方面没有发生过多大变化， 那就是电 话回铃音。尽管各国或各地区之间略有差别，但基本上都是 “ 嘟. ， . 嘟. . 嘟. ， 二 j ”的单音。p r b t业务就是要改变这种千篇一律的声音， 使之个性化， 每个人可以 根据自己的喜好进行定制， 使电话呼叫发起方 ( 主叫) 可以听到丰富多彩的、新颖的、 个性化的回铃音。 一个典型的p ut 业务使用范例如图1 - 1 所示。 2 .用户b 呼叫用户人 1 . 用户人 将回铃音改为， 新年 好，恭喜发财， 请稍候， 用户e用户a 3 ，用户b 听到的是 1 1 新年 好，者 沁 喜 发财， 谕稍候， 而不 是原来的回 铃音 a.如 果 用户人 接听，系统停止播 放音乐 5 . 用户 a , b 进行交谈 图1 - 1 p r b t 业务使用范例 北京交通大学硕士研究生学位论文 假设用户a是 p r b t业务用户，当他申 请了 此项业务后，将他的回 铃音音乐改为 “ 新年好，恭喜发财，请稍候” ，之后如果用户b给他打 电 话， 当a 用户的通信设备正在振铃而等待用户接听时， 用户b 此时将 不再听到传统的“ 嘟 . 嘟， 二 嘟卜 二 ” 的单音， 而是用户a 设置的“ 新年好， 恭喜发财， 请稍候” 。由以上的分析， 我们还能看出， p r b t 业务是一项 面向被叫用户的业务，他所定制的个性化的回铃音是为主叫用户定制， 而他自己 在进行普通呼叫时不能听到该音乐。 互 1 . 2 p r b t业务提出的背景及意义 随着移动通信技术的不断发展、 成熟以及我国移动通信网络规模的 不断扩大， 我国的移动通信用户发展极为迅速，目 前已经达到2 . 7 6 亿， 超过美国成为世界上移动用户最多的国家， 也超过固定电 话用户， 成为 人们日 常生活中最常用的通信手段。 伴随着我国移动通信市场的高速发 展， 国内的电信运营己 经由以前的中国移动独家经营变成了多个运营商 同时共存，随着即将下发 3 g运营牌照，电 信市场的竞争将会越来越激 烈， 各个运营商为了提高自身的竞争力， 培养更多的用户，也在积极的 投入到各种新的电信业务的开发上来。 同时， 当今的社会是一个强调个 性化的社会， 用户总是希望任何的服务都能带有自己的特点， 这就为各 种新的电信业务的发展提供了最好的土壤。于是，p r b t业务也就应运 而生了。 p r b t 业务的提出和实现具有以下几个方面的意义: 1 、适应市场需求，促进了移动通信业务的发展。 2 、对电信运营商而言，提高了自身的竞争力，有利于在激烈的竞 争中抢占用户市场。 北京交通大学硕士研究生学位论文 3 、 对最终用户而言， p r b t 业务体现了当 今社会个性化需求的一面， 丰富了用户的生活。 4 、围 绕着p r b t 业务， 将会出 现一大批制作和提供回 铃音铃音资源 的网站和公司，繁荣国内的电信市场。 引. 3 p r b t业务国内外发展情况 p r b t 业务是一项崭新的电 信增值业务。 韩国 在2 0 0 2 年4 月首次在 移动通信网 上开始尝试推出 该项增值业务。 此业务一经推出 后， 立刻受 到广大移动用户的青睐，用户数量高速增长。 此项业务在韩国的发展引起了全世界的关注， 许多运营公司和设备 制造公司到韩国参观了解情况， 并且制订了各自 对此项业务的开展和研 究开发计划。国内于2 0 0 2 年底开 始研究和开发p r b t 业务， 2 0 0 3 年4 月，开始在全国多个省移动公司推出 试验局进行现网测试， 2 0 0 3年 6 月后， 开始了 面向 全国的正式商用推广。 到目 前为止， 基本上全国每个 省的中国移动公司，联通公司都建立了自 己的p r b t 业务平台，面向普 通用户开通， 正式投入商用。 相信在不久的将来， 此项业务必将会在全 国不断的发展、壮大。 1 .4 论文贡献及组织 县 1 .4 . 1论文的主要贡献 论文的主要贡献如下: 1 、在理解g s m 网洛结构的基l 4 :上， 分析g s m 网络上的话音呼叫 流程， 首次提v j 并解决了如河 对现有g s m 网 络以 及话音呼叫 北京交通大学硕士研究生学位论文 流程进行一定改造，在g s m网 络上提供p r b t 业务。 讨论了p r b t 业务的运行模式， 根据p ut 业务的特点， 建立 了p r b t 系统建设的整体框架， 设计了 系统各个程序模块之 间的功能接口，并给出了系统的具体实现。 根据p r b t业务的特点，设计了一套系统负荷分担以及系统 冗余的机制， 实现了系统大话务量下的呼叫请求快速响应和 系统的高可靠性。 设计并实现了一套消息路由机制， 保证了系统各个程序模块 之间消息的正确可靠传递。 消息网关的设计与实现， 大大提 高了系统的可靠性、灵活性与易扩充性。 肛. 4 . 1论文的组织 论文的组织结构如下: 第一章，介绍了 p r b t业务，同时，对论文工作的目的、意义以及 论文的主要贡献进行了阐述。 第二章， 介绍了g s m 网络的基本结构，网络的基本现状。较为详细 的介绍了n 0 . 7 信令网络以及n 0 , 7 信令协议族。 第三章，详细的分析了n o了 信令协议中的工 s u p 协议，详细的分析 了用户话音呼叫业务流程以及各个交换机之间的信令配合。 给出了在现 有的网络基础上实现 p ut业务提供的几种可能的方案，并分析它们各 自的优缺点。 第四章， 给出了p r b t 系统平台的总体设计，整体框架，软件结构， 并详细的分析了系统中负荷分担和系统冗余的设计，最后讨论了 p r b t 系统中的消息路由 机制的设计。 第五章， 给出了p r b t 系统信令接入模块、 p ut 系统消息网关、 p r e 丁 北京交通大学硕士研究生学位论文 系统正常呼叫流程控制模块、p ut系统用户数据库查询模块、p ut系 统中继资源控制模块的设计与实现。 在论文的最后，对系统的整体运行情况做出必要的检验和总结，提 出系统有待于进一步解决的问题以及系统发展的方向。 北京交通大学硕士研究生学位论文 第二章g s m移动通信网介绍 g s m 系统是欧洲国家为了创造一个统一的、完整的泛欧蜂窝移动 通信系统， 联合了欧洲二十多个国家的电信运营部门、 研究所和生产厂 家组成的标准化委员会设计的。 它从理论上的提出到实际的应用经历了 一个很长的过程，从1 9 8 2 年开始提出，到1 9 9 2 年欧洲各大g s m运营 商开始商业服务，整整经历了十年时间。 尽管g s m发展目 标最初是定位欧洲范围内的，由 于 g s m系统的 开放性设计，使得各个通信设备制造商生产的g s m设备具有良 好的相 互兼容性，不仅同一运营商的网络可以使用多个厂商的设备共同组网， 遵循g s m标准的不同 运营商的网络也可以互联互通。 这些优点得到了 世界的认同，从1 9 9 0 年起， g s m开始向欧洲以外的国家和地区扩展， 其发展速度十分迅速，目 前采用g s m标准的移动通信网络已经遍布全 世界，成为普及范围最广，用户数量最多的移动通信网。 怪 2 . 1 g s m系统的特点及组成 g s m 系统是一种蜂窝小区系统， 其主要特点有三个: 无线频率复 用，越区自 动切换，信道分配和小区分裂。 g s m 系统也是一个复杂的 通信系统，由许多单元组成。 一般分为三个相对独立的部分， 即移动终 端子系统 ( ms ) ，基站子系统 ( b s s ) 和网络子系统 ( n s s ) 。其系统结 构见图2 - l o 北京交通大学硕士研究生学位论文 无线接 口a 接 口 a b i s 接口 m s 不二二二二毛p st n 一巨 l r p sp d n 川 一 i a u c 1sd n 鉴 朴玉 自 plm n n o . 7信令系统 ns s 5-5 b-b 图2 - 1 g s m系统框图 在 g s m 网上还配有短信息业务中心 ( s c ) ，即可开放点对点的短 信息业务， 类似数字寻呼业务， 实现全国联网， 又可开放广播式公共信 息业务。 另外配有语音信箱， 可开放语音留言业务， 当移动被叫客户暂 时不能接通时，可接到语音信箱留言，提高网络接通率。 芬 2 . 1 . 1移 动 终 端 子 系 统 移动终端子系统是g s m网络中用户使用的设备，也是用户和网络 连接的唯一设备。它主要包括以下基本功能:以无线方式接入g s m移 动网络， 完成各种控制功能; 支持各种基本业务和补充业务;间断接收 和间断发送: 语音编码和解码: 适配用户数据和无限信道的速率; 提示 呼叫过程。 移动终端子系统主要由 两部分组成: 移动台 m s ) 和客户识 别卡 ( s i m ) . 移动台是一个适配于网络的机器，它可完成话音编码、信道编码、 北京交通大学硕士研究生学位论文 信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。 s i m卡类似于我们现在所用的i c卡，也称作智能卡，存有认证客 户身份所需的所有信息， 并能执行一些与安全保密有关的重要信息， 以 防止非法客户进入网路。s i im卡还存储与网络和客户有关的管理数据， 只有插入 s i m后移动台才能接入进网。 笋. 1 .2 基站子系统 基站子系统 b s s通过无线接口直接与移动台相连，负责完成无线 发送接收和无线资源管理，与网络子系统( n s s ) 中的移动交换中心 ( ms c )相连，由msc进行控制，实现移动用户与n s s 之间的通信。 它由基站收发信台 ( b t s )和基站控制器 ( b s c )组成。每个蜂窝小区 由凡个b t s 控制， b t s 通过无线接口 与移动台相连。 几个b t s 可由一 个 b s c管理。 b s c :具有对一个或多个 b t s进行控制的功能，它主要负责无线 网络资源的管理、小区配置数据管理、 功率控制、定位和切换等， 是一 个很强的业务控制点。 b t s :无线接口 设备，它完全由b s c控制， 主要负责无线传输， 完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。 那. l 3 网 络子系统 网络子系统 ( n s s )主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、 安全性管理所需的数据库功能。 网络子系统 ( n s s )由六个主要组成单元:移动业务交换中心 ( ms c ) 、 访问用户位置寄存器 ( v l r ) 、 归属用户位置寄存器 ( h l r ) , 北京交通大学硕士研究生学位论文 鉴权中 心 ( a u c ) 、移动设备识别器 ( e i r ) 和操作维护中心( o m c ) a ms c是g s m系统的核心， 它控制一个或多个b s s ， 是对位于它所 覆盖区域中的移动台 进行控制和完成话路交换的功能实体， 也是移动通 信系统与其它公用通信网之间的接口。 它可完成网络接口、 公共信道信 令系统和计费等功能， 还可完成b s s , m s c之间的切换和辅助性的无 线资源管理、移动性管理等。 另外，为了建立至移动台的呼叫路由， 每 个msc还应能完成入口m s c ( g m s c ) 的功能，即查询位置信息的功 育 琶 。 v l r可视为一个动态用户数据库，它存储着进入其控制区内己登 记的移动用户 ( 统称为拜访用户) 来话、 去话呼叫所需检索的 信息， 例 如客户的号码， 所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数， 并从 h l r处获取必要的数据为己登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要 条件。 h l r是g s m的中央数据库，存储遮盖h l r控制区内的所有移动 用户注册信息的相关数据， 每个移动用户都应在其归属位置寄存器 ( h l r ) 注册登记， 用户的信息主要分为两类: 一是用户相关的属性参 数， 这一类参数中包含了用户的自 身属性以 及用户与网络运营商的各种 业务签约信息; 二是有关用户目 前所处位置的信息，以 便建立至移动台 的呼叫路由，例如ms c , v l r地址等。当移动台位置改变时，h l r相 应进行更新， 并且向msc提供移动台当前所在的msc地区的信息( 动 态数据) ，使被叫用户能够被立即找到。 a u c是g s m系统的安全中心， 用于产生为确定移动客户的身份和 对呼叫保密所需鉴权、 加密的三参数( 随机号码r a n d ， 符合响应s r e s , 密钥k c ) 。它采取了一系列措施对用户鉴权、 对无线接口上的话音、数 据信号信息加密。 北京交通大学硕士研究生学位论文 e i r也是一个数据库， 存储有关移动台设备参数， 如移动设备的国 际移动设备识别码( i me i ) ， 完成对移动设备的 识别、 监视、 闭 锁等功能， 防止非法移动台的使用，保证注册用户的安全。 o mc的主要任务是对g s m系统进行集中管理和监控。 通过它实现 对g s m网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。 昼 2 . 2我国g s m数字移动通信网简介 我国 g s m 数字移动通信网是采用独立网号方式来组网的。它与 p s t n . i s d n以 及模拟p l mn之间的关系见图2 - 2 所示。 g s m 户 l s d n is d n其它p l m n 图2 - 2 g s m网 络与其它网 络间的关系 在 g s m 网络中设有g ms c ，它负责完成与其它的网络之间的网 络接口， 当g s m网络与其它网络产生关系时， 统一由g ms c进行处理。 北京交通大学硕士研究生学位论文 解.2 . 1 全国g s m移动通信网的网 络结构 全国g s m移动电 话网按大区设立一级汇接中心、省内设立二级汇 接中心、 移动业务本地网设立端局构成三级网络结构， 组成了一个完全 独立的数字移动通信网路。 而模拟移动通信网络结构是与p s t n网混合 方式来组建的， 它在省内建立二级汇接中心， 在移动业务本地网内建端 局， 无一级汇接中心， 省际间的通信是借助于p s t n网的长途电话网来 实现， 当然为实现省际间的自 动漫游， 模拟移动电话网必须建立自己的 全国信令网。 另外， 模拟移动通信网是采用p s t n网的端局号方式接入， 可以说模拟移动通信网是p s t n网的一部分，而 g s m数字移动通信网 与 p s t n网相重叠。当然，公用电话网还有它的国际出口 局，而 g s m 数字移动通信网却无国际出口 局， 国际间的通信仍然还需借助于公用电 话网的国际局。 妙.2 .2 省内g s m移动通信网的网络结构 省内g s m移动通信网由 省内的各移动业务本地网构成，省内设若 干 个 移 动 业 务 汇 接 中 心 ( 即 二 级 汇 接 中 心 )， 汇 接 中 心 之 间 和 网 球 网 结 构 ， 汇接中心与移动端局之间成星状网。 根据业务量的大小， 二级汇接中心 可以是 单 独设置的 汇 接中 心 ( 即 不带客户， 全有至基站接口 ， 只 作汇接 )， 也可兼作移动 端局( 与基 站相 连，可带客 户) 。 省内g s m移 动通信网中 一般设置二三个移动汇接局， 每个移动端局至少应与省内两个二级汇接 中 心相连， 如图2 - 3 所示。 任意两个移动交换局之间 若有较大业务量时， 可建立话音专线。 北京交通大学硕士研究生学位论文 图2 - 3省内g s m移动通信网络结构示意图 朴.2 .3 移动业务本地网的网络结构 全国可划分为若干个移动业务本地网， 划分的原则是长途区号为2 位或3 位的地区为一个移动业务本地网。 每个移动业务本地网中应设立 一个h l r ( 必要时 可增设h l r , h l r 可以是有物理实体的， 也可是虚拟 的，即几 个移动业务本地网公用同一个物理实体h l r , h l r内部划分 成若干个区域， 每个移动业务本地网 用一个区域，由 一个业务终端来管 理) 和 一个或若干个移动业务交换中 心( m s c ) ，还可以 几 个移动业务本 地网 共用一个ms c . 在移动业务本地网中，每个msc与局所在地的长途局相连，并与 局所在地的市话汇接局相连。在长途多局制地区，msc应与该地区的 高级长途局相连。在没有市话汇接局或话务量足够大的情况下，msc 亦可与本地市话端局相连。当一个 msc覆盖几个长途编号区时，该 msc亦可和这几个长途编号区的市话汇接局和长途局相连。 北京交通大学硕士研究生学位论文 每个ms c均为数字移动通信网的入口 局，入口 局具有为移动终端 的呼叫询问呼叫路由的功能和为呼叫选路至它们终端的目的地一被叫 移动台的功能。 芍 2 . 3 七号信令网 建立任何一个通信网的目的是为用户传递包括话音信息和非话音 信息在内的各种信息。 为了做到这一点， 就必须使通信网中的各种设备 协调动作， 因此， 各设备之间必须相互交流各设备状态的监视和控制信 息，以说明各自的运行情况， 提出对相关设备的接续要求， 从而使各设 备协调运行。 在交换设备之间相互交换的 “ 信息” 必须遵守一定的协议 和规约， 这些协议和规约称为信令。 在移动通信网的网络结构中， 互相连接各个实体的网络链路可以分 为两种:一种是连接各个 ms c ，用来承载用户通话时话音的链路，这 些链路与ms c一起构成一个基于电路交换的网络，称为话务网;另外 一些链路则是连接ms c , h l r和v l r等实体， 在这些实体之间传送与 用户业务相关的控制信息 ( 即信令) ，这些链路也与其所连接的实体构 成了一个网络， 这个网络就是七号信令网，以下将对七号信令网做一个 基本的介绍。 2 .3 . 1 n o . 7 信令系统的发展和特点 最初的信令是采用信令和话音在同一条话路中传送的方式进行的， 这种方式称为随路信令， 我国采用的随路信令系统被称为中国i 号信令 系统。 但是由于随路信令系统传送速度慢， 信息容量小， 在通话期间即 不能传送信令， 也不能满足现代通信网对信令系统的要求， 于是随着程 北京交通大学硕士研究生学位论文 控交换技术的发展，出现了公共信道信令技术。 公共信道信令技术的基 本特征是将通话信道与信令信道分离， 以时分方式在一条单独的高速数 据链路上以信令消息单元的形式集中传送若干话路的信令信息， 通常用 于局间。 这些信令消息实质上是通信网中 控制处理机之间通信的数据分 组。 最早的公共信道信令系统是c c i t t于1 9 6 8 年提出的n o .6 信令系 统，主要用于模拟电话网。1 9 8 0 年 c c i t t通过了n o . 7 信令系统技术 规程 ( 1 9 8 0年黄皮书建议) ，提出了n o . 7 信令系统的总体结构及消息 传递部分 ( mt p ) 、电话用户部分 ( t u p )及数据用户部分 ( d u p )的 相关建议。 1 9 8 4 年通过了n o .7 信令系统的红皮书建议， 提出了信令连 接控制部分 ( s c c p ) 、综合业务数字网用户部分 ( i s u p )的相关建议。 1 9 8 8 年形成了n o .7 信令系统蓝皮书建议， 提出了事务处理能力应用部 分 ( t c a p ) 和n o . 7 信令系统测试规范。 我国从8 0 年到开始研究和应 用n o . 7 信令系统。 从1 9 8 0 年到1 9 9 5 年之间， 经过1 0 多年的 研究与探 索，发布了一系列的符合中国国情的技术规范。这些技术规范的提出， 为我国的n o .7 信令系统的开发和建设奠定了基础。 n o . 7信令系统是一种国际性的标准化的通用公共信道信令系统， 其基本特点是: ( 1 )最适合由数字程控交换机和数字传输设备所组成的综合 数字网。 ( 2 )能满足现在和将来传送呼叫控制、遥控、维护管理信令 以 及处理机之间事务处理信息的要求。 ( 3 )提供了使信令按正确的顺序传送又不致丢失或重复的可 靠方法。 北京交通大学硕士研究生学位论文 2 .3 .2 信令网的基本组成部件 n o .7 信令网的 基本 组成 部 件有 信 令点( s p : s i g n a l p o in t ) 、 信 令转 接点 ( s t p : s i g n a l t r a n s f e r p o i n t ) 和信令链路 ( s l : s i g n a l l in k ) . 信令点是处理信令消息的节点， 产生消息的信令点为该消息的起源 点， 消息到达的信令点为该消息的目的地节点。 任意两个信令点， 如果 他们的对应用户部分之间由直接通信的可能性， 就成这两个信令点之间 存在信令关系。 具有信令转发功能， 能将信令消息从一条信令链路转送到另一条信 令链路的信令节点称为信令转接点。 信令转接点分为综合型和独立型两种。综合性 s t ?是除了具有消 息传递部分 ( mt p )和信令连接控制部分 ( s c c p )的功能外，还具有 用户部分 ( 如t u p , i s u p , i n a p等)功能的信令转接点设备， 独立型 s t p是只具有m t p 和s c c p 功能的信令转接点设备。 在两个信令点之间传送信令消息的链路称为信令链路。 直接连接两 个信令点的一束信令链路构成一个信令链路组。 由 一个信令链路组直接 连接的两个信令点称为邻近信令点。 圣 2 . 3 .3 我国n o . 7 信令网络 我国的n o . 7 信令网由高级信令转接点 ( h s t p ) 、低级信令转接点 ( l s t p ) 和信令点 ( s p ) 三级组成。 采用备份冗余度的措施来保证整 个信令网的高度可靠性。 北京交通大学硕士研究生学位论文 第一级h s t p 采用a , b两个平面，平面内各个h s t p网状相连， 在 a和b平面间成对的h s t p 相连。 第二级l s t p 至少要分别连至a , b平 面内成对的h s t p , 每个s p 至少连至两个s t p ( h s t p 或l s t p ) 。 我国 三 级信令网的结构如图2 一所示: 图2 一我国n o . 7 信令网络 在每一个省、 直辖市、自 治区分别设主信令区， 在主信令区中设置 一对 h s t ? ，在一个地区或一个地级市设置一个分信令区，设置一对 l s t p 。 第一级h s t p 负责转接它所汇接的第二级l s t p 和第三级s p的 信令消息。h s t p采用独立方式的信令转接点设备。第二级l s t p负责 转接它所汇接的第三级 s p的信令消息。第三级 s p是信令网中传送各 种信令消息的源点或目的地点，他们负责进行各种信令消息的实际处 理 。 北京交通大学硕士研究生学位论文 互 2 . 4 n o . 7 信令协议族 芬 2 . 4 . 1 分层通信体系结构的思想 n o . 7信令系统是一个专用的计算机通信系统，用来在通信网中的 各种控制设备之间传送各种与电路有关或与电路无关的控制信息。 实现 计算机之间的相互通信， 要解决很多复杂的问题。 在计算机通信系统的 设计中，普遍采用了分层通信体系结构的思想。 分层通信体系结构的基本思想是: ( 1 )将通信的功能划分为若干层次，每一个层次只完成一部 分功能且可以单独进行开发和测试。 ( 2 )每一层只和其直接相邻的两个层次打交道，它利用下一 层所提供的服务，并且向高一层提供本层所能完成的功 能。 ( 3 )每一层是独立的，各层都可以 采用最适合本层的技术来 实现，当某层因为技术的原因发生变化时，只要接口关 系保持不变，则其他各层均不受影响。 芍 2 . 4 . 2 n o . 7 信令协议层次结构 n o . 7 信令系统从一开始就是按照分层结构的思想设计的， 但n o . 7 信令系统在发展初期， 主要是考虑在数字电话网和采用电路交换方式的 数据通信网中传送各种控制信息，所以 c c i t t在 8 0年代提出的有关 n o .7信令系统技术规范的黄皮书建议中对 n o . 7信令系统的分层方法 没有和o s i 七层模型取得一致， 对n o .7 信令系统只提出了四个功能级 北京交通大学硕士研究生学位论文 的要求。 但随着综合业务数字网 ( i s d n ) 和智能网的发展， 不仅需要传送 与电 路接续有关的 信息， 而且需要传送与电 路无关的 端到端的信息， 原 来的四级结构已不能满足要求。 因此在后来的发展之中， c c i t t 做了大 量的努力，使n o . 7 信令系统的分层结构尽量向o s i 的七层模型靠近。 针对移动通信网中不同的应用，国际电信联盟 i t u ( i n t e r n a t i o n a l t e l e c o m m u n i c a t i o n u n i o n )在七号信令网的不同的层次上，定义了多个 协议， 共同组成一个七号信令协议族。 这些协议的层次结构如图2 - 5 所 不 : hlr vl r 图2 - 5 n o . 7 信令协议结构 h l r :本地位置寄存器 i s u p : i s d n用户部分 m t p :消息传递部分 北京交通大学硕士研究生学位论文 s c c p :信令连接控制部分 t u p :电话用户部分 n a p :智能网应用部分 ma p :移动通信应用部分 o ma p :操作维护应用部分 t c a p :事务处理能力应用部分 v l r :访问位置寄存器 mt p第一级也称为信令数据链路功能级， 是n o . 7 信令系统功能分 级结构中最低功能级， 该功能级定义了信令数据链路的物理、 电气和功 能特性， 确定了信令终端设备与数据链路的连接方法。 信令数据链路用 于传送信令业务的二进制比 特流，可以有数字和模拟两种类型的链路， 分别用于数字环境和模拟环境。 mt p第二级称为信令链路功能级， 它与信令数据链路功能级配合， 共同保证在直联的两个信令点之间， 提供可靠的传送信号消息的信令链 路，即保证信令消息的传送质量满足规定的指标。 mt p第三级称为信令网 功能级，它原则上定义了 信令网内 信息传 递的功能和过程， 是所有信令链路共用的。 信令网功能级分为信令消息 处理和信令网管理两部分。 信令消息处理功能的作用是引导信令消息到 达适当的信令链路或用户部分; 信令网管理功能的作用是在预先确定的 有关信令网状态数据和信息的基础上，控制消息路由或信令网的结构， 以便在信令网出 现故障时可以 控制重新组织网络结构， 保存或恢复正常 的消息传递能力。 电话用户部分是n o .7 信令系统的第四功能级，它定义了用于电话 呼叫接续所需的各类局间信令。 由上面的讨论可以看出，由消息传递部分 ( mt p ) 和电话用户部分 北京交通大学硕士研究生学位论文 c t u p ) 组成的四级信令网络，能够有效地完成电 路相关的接续控制信 息的传输，是数字电话网理想的信令系统。 i s u p是在电话用户部分( t u p ) 的基础上扩展而成的。i s u p提供 i s d n网中的信令功能， 以支持基本的承载业务和附加的承载业务。 i s u p 除了能够完成t u p的全部功能外，还具有其他的功能。 i s u p 主要用户 局间信令配合， 国内得局间信令部分正逐渐从t u p 过渡到i s u p , p r b t 业务系统中的局间信令配合也采用i s u p实现， 对于i s u p的详细讨论， 请参看第三章。 s c c p在n o . 7 信令方式的四级结构中，是用户部分之一，属第四 功能级，同时为 mt p提供附加功能，以便通过n o .7信令网，在电信 网中的交换局和交换局、 交换局和专用中心 ( 如业务控制点) 之间传递 与电路相关和非电路相关的信令信息和其他类型的信息， 建立无连接和 面向连接的网络业务。 t c a p . ma p . i n a p . o ma p等四个部分是在s c c p 之上的用户部 分， 它们利用s c p p和mt p 提供的消息传输系统在g s m网络的各个不 同的实体之间传递消息， 为用户提供各种数据业务。由于p r b t主要涉 及的是话音业务，这里不再对这几层协议进行讨论。 北京交通大学硕士研究生学位论文 第三章在g s m网络上实现p r b t 业 务 p r b t是一项电信话音增值业务，p r b t系统平台的主要工作是与 g s m 网络中的现有交换机配合，完成用户话音业务提供，实现个性化 回铃音替换操作。 在上面一章中， 我们简单介绍了g s m网络以及n o . 7 号信令网。 在这一章中， 我们将这种讨论g s m网 上的 话音呼叫 业务， 以及如何在 g s m 网络上实现 p r b t 业务。 互 3 . 1 i s u p协议介绍 如前所述， 一个通信网要完成信息的传送， 需要网中的各个通信设 备相互配合， 交流自身设备状态的监视和控制信息， 说明各自 的运行情 况， 提出对相关设备的接续要求， 从而使各设备之间协调运行。 这种监 视和控制信息在g s m通信网中就是信令消息。 g s m 网 络的一个主要的 功能就是为用户提供话音业务。 为了向 用 户提供这种话音业务，传递用户的话音信息，g s m 网中的各个交换机 之间也需要传递信令消息， 交换自身的运行状态， 提出对对端交换机的 接续要求， 相互配合， 共同完成用户通话话路的搭建以及协调在用户通 话的各个阶段与其他相关交换机的信令配合。 在n o . 7 信令协议族中，mt p 1 、 mt p 2 , mt p 3 分别对应于 o r七 层协议中的物理层、 数据链路层和网络层。 他们共同提供一个可靠的消 息传递系统，保证两个信令 点对用户部分之间的信令消息的可靠传递， 即不发生丢失、 错序和重叠。 但是它只负责消息的可靠传递，而消息内 北京交通大学硕士研究生学位论文 容的检查和解释由产生该消息的各个用户部分负责进行。g s m 网络中 的话音业务主要由t u p / i s u p两层协议来承担。t u p( 电话用户部分) 是n o .7 信令方式的第四功能级中最先得到应用的用户部分。它主要规 定了 有关电话呼叫的建立和释放的信令程序及实现这些程序的消息和 消息编码， 并能够支持部分用户补充业务。 它定义了用于电话接续所需 的各类局间信令。 i s u p协议是在 t u p的基础上发展而来的，它除了能够完成 t u p 的全部功能外， 还具有对不同承载业务选择电路提供信令支持、 与用户 一网络接口的d信道信令配合工作以及支持端到端的信令等t u p所不 具备的功能。我国的n o .7号信令网的电话呼叫接续部分正由t u p向 i s u p过渡，因此，我们在本系统的讨论中，所有涉及到局间信令的配 合，都采用 i s u p 信令协议。 对于基本话音承载业务，i s u p的功能是建立、监视和拆除 i s d n 网中各交换机之间6 4 k b i t j s 的电路连接。 为了完成这种功能， i s u i ， 统一 定义许多的i s u p信令消息以及i s u p信令消息中所需要使用到的消息 参数。 3 . 1 . 1 i s u p 消息的结构 i s u p消息其实就是按照一定的规则