（物理电子学专业论文）软交换电信网络中megaco协议容错与高可用性的设计与实现.pdf

塑坚查兰堡主兰垡堡苎 论文摘要 基于i p a t m 技术的软交换网络体系，能够满足语音，数据，多媒体等多种 业务统一传输的要求，能够提供灵活地支持各种新增值业务的强大功能，并正在 成为下一代网络的主要选择。 ， l 任何大型电信系统，都对系统的容错及高可用性( f t h a ，f a u l t t o l e r a n c e h i 曲a v a i l a b i l i t y ) 提出极高要求。对于以软件为特征的，由大量协议 族构成的软交换网络体系，其软硬件组件，尤其是软件模块的f t h a 的设计与 实现具有重大的现实意义。1 c 在本文中，论述了软交换网络体系的主要构架及其堑垄洪网蟹中的豳苯分解 问题，并对将要实现f t h a 设计的w a c o s 网关上的一个软交换核心协议一 m e g a c o 网关控制协议进行了详细阐述。 在详细分析了当前主要的h a 技术及一种典型软交换设备一w a c o s 网关中 h a 体系实现的基础上，结合t r i l l i u m 公司m e g a c o 协议栈产品及其h a 的实 现特点，本文提出了基于p s f ( p r o t o c 0 1 s p e c i f i c f u n c t i o n ) 信息刷新机制的温备 一 份( w a r m s t a n d b y ) 的h a 设计方案。 在本文提供的h a 方案中，将p s f 模块划分核心控制，状态刷新，系统代理 等子模块，并定义了清晰的函数接口和关键的数据结构，设计了相关的信息刷新 流程，完成了所有函数原语的分解与实现。 最后，本文在仿真的目标机环境下，针对m e g a c o 的f t h a 的主要实现要 求，设计了通用的基于p s f 机制的h a 测试平台及较为全面的测试用例，并得 到较为理想的结果。 ：本文工作的主要意义在于提供了一种基于p s f 信息刷新机制的h a 方案，在 此基础上实现了m e g a c o 的系统容错功能，完成了t r i l l i u m 的m e g a c o 协议 栈这种典型的分布式大型电信软件与w a c o s 网关h a 管理模块的集成。这种 h a 实现方案，具有独立于协议栈或软件应用模块自身的通用结构，可以成为类 似协议栈或电信软件的h a 设计的借鉴。 塑坚查兰堡主兰堡笙兰 a b s t r a c t t h es o f ts w i t c hn e t w o r k a r c h i t e c t u r e w h i c hi sb a s e do ni p 觚m t e c l m o l o g y , c a n s a r i s r yt h er e q u i r e m e n tt h a tm u l t i p l es e r v i c e si n c l u d i n gv o i c e ，d a t a ，m u l t i m e d i a ，e t c ： a n dc a nb e e a s y t o p r o v i d e t h e p o w e r f u lc a p a b i l i t y t o s u p p o r t v a r i o u sn e w v a l u e a d d i n gs e r v i c e s os o f ts w i t c ht e c h n o l o g yi s b e c o m i n gt h em a i nc h o i c eo f n g nm e x tg e n e r a t i o n n e t w o r k s ) ， a n yc r i t i c a lt e l e c o ms y s t e mw o u l dg i v eah i g h e s tr e q u i r e m e n tt ot h ef t ，h a ( f a u l tt o l e r a n c e h i g ha v a i l a b i l i t y ) i tm e a n ss 0m u c ht ot h ef t h ai m p l e m e n t a t i o n o ft h eh a r d w a r e s o f t w a r ec o m p o n e n t s 一e s p e c i a l l yt ot h el a t t e r i nt h es o f ts w i t c h n e t w o r ka r c h i t e c t u r e ，w h i c hc o n s i s t so f l o t o f p r o t o c o l sa n d i si m p l e m e n t e d m a i n l yb y s o f t w a r e i nt h i sd i s s e r t a t i o n t h ed e t a i l sa b o u ts o f ts w i t c hn e t w o r k a r c h i t e c t u r ea r e i n t r o d u c e d ，a n dt h ed e c o m p o s i t i o no fg a t e w a yi nt h es o f ts w i t c hn e t w o r ki sd e s c r i b e d i nf u r t h e r t h e nw ed e m o n s t r a t em e g a c 0 p r o t o c 0 1 w h i c hi s as o f ts w i t c hc o r e p r o t o c o lr u n n i n go nw a c o s a c c e s sg a t e w a ya n dn e e daf t h ai m p l e m e n t a t i o n i n d e t a i l s b a s e do nt h ed e t a i l e da n a l y s i so nt h ec u r r e n tm a i nh a t e c h n o l o g i e sa n dt h eh a a r c h i t e c t u r ei n ，a c o sg a t e w a y , w h i c hi sa t y p i c a ls o f ts w i t c hn e t w o r kd e v i c e a n d c o n s i d e r e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft r i l l i u m si m p l e m e n t a t i o no fh aa n dp r o t o c o l s ，t h e d i s s e r t a t i o n p r e s e n t s a w a r l t l s t a n d b y h a d e s i g n b a s e do np s fr p r o t o c 0 1 s p e c i f i c f u n c t i o n li n f o r m a t i o nu p d a t em e c h a n i s m i nt h i sh a d e s i g n t h ep s fm o d u l ei s d i v i d e di n t ot h r e es u b m o d u l e si n c l u d i n g t h ec o r ec o n t r o ls u b m o d u l e t h es t a t e u p d a t e s u b m o d u l ea n dt h e s y s t e ma g e n t s u b m o d u l e t h e na l lt h ei n t e r f a c ef u n c t i o n sa r ew e l id e f i n e da n dt h ec r i t i c a id a t a s t r u c t u r ei s g i v e n f i n a l l yt h ef l o wo fr e l a t e ds t a t ei n f o r m a t i o nu p d a t ep r o c e d u r ei s d e s i g n e da n d a l it h ef u n c t i o np r i m i t i v e sa r ed e f i n e da n d i m p l e m e n t e d a tt h ee n do ft h i sd i s s e r t a t i o n a g e n e r a l h at e s t p l a t f o r m u s e df o rp s f m e c h a n i s ma n dac l u s t e ro fc o n s i d e r a t et e s tc a s e s ，w h i c ha r es p e c i f i ct om e g a c 0 f t h a ，a r eg i v e na n de x e c u t e di nas i m u l a t i o ne n v i r o n m e n t t h et e s tr e s u l ti s f a i r l y s u c c e s s f u l t h em a j o rm e a n i n gp r o v i d e di nt h i st h e s i si st h a ti tp r o v i d e sah a d e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o nb a s e do np s fi n f o r m a t i o nu p d a t em e c h a n i s m ，a n di m p l e m e n tt h e f a u l tt o l e r a n c ef u n c t i o no fm e g a c o p r o t o c o ls t a c k ，c o m p l e t e t h e i n t e g r a t i o no f t r i l l i u m sm e g a c o p r o d u c t ，w h i c hi s at y p i c a ld i s t r i b u t e dt e l e c o ms o f t w a r e ，a n d w a c o sh a m a n a g e r t h eh ad e s i g nh a sag e n e r a lf r a m e w o r k t h a ti si n d e p e n d e n t f r o mt h ea c t u a lp r o t o c o is t a c ko ro t h e rt e l e c o ma p p l i c a t i o ns o f t w a r em o d u l e ，a n dc a n g i v ear e f e r e n c et ot h eh ad e s i g no f r e l a t e dp r o t o c o la n dt e l e c o ms o f t w a r ep r o d u c ta s w e l l 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 软交换网络演进的背景“1 目前电信业务发展迅猛，其特点是： ( l ) 数据业务快速发展，将占用未来网络的主要带宽资源，话音业务则退 居其次。数据业务的特点主要是：突发性，速率可变和传输速率高。 ( 2 ) 未来的语音，数据，多媒体等各种业务要求运行在统一的核心网上。 ( 3 ) 电信运营商竞争的新格局需要灵活，及时地提供各种新增值业务以适 应市场需要。 在以上几方面，基于i p a t m 技术的分组交换数据网较之传统的p s t n 语音网， 有明显的优势： 基于t d m 的p s t n 话音网，虽然可以提供6 4 k b i t s 的信道，但业务和控制都 由交换机来完成。这种技术具有优良语音的品质，但对新业务的提供需要较长的 周期，面对激烈市场的竞争显得力不从心。 基于i p a t m 的分组交换数据网资源利用率高，适合各种类型信息的传输， 承载与业务、控制相分离，并且具有网络标准的开放性。 因而基于t d m 的p s t n 话音网必将和分组交换数据网融合“1 ，形成可以传递 话音和数据等综合业务的新一代网络。 1 1 1 下一代网络的技术要求。3 下代网络( n g n ，n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k s ) 具有可以提供包括话音， 数据和多媒体等各种业务的综合开放的网络构架，有以下特征。 ( 1 ) 下一代网络体系采用开放的网络构架体系，其特点如下： 将传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件，各个部件可以按相 应的功能划分各自独立发展。部件间的协议接口基于相应的标准。部件 化使得原有的电信网络逐步走向开放，运营商可以根据业务的需要自由 浙江大学硕士学位论文 组合各种功能产品来组建网络。 异构网的互通。 ( 2 ) 下一代网络是业务驱动的网络 业务与呼叫控制分离。 呼叫与承载分离。 部件间协议接口的标准化可以实现各种 其功能特点是 分离的目标是使业务真正独立于网络，实现灵活有效的业务提供。 用户可以自行配置和定义业务特征，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。 ( 3 ) 下一代网络是基于统一协议的基于分组的网络。 现有的信息网络，无论是电信网、计算机网和有线电视网不可能以 其中某网络为基础平台作为信息基础设施，而i p 协议使得各种以i p 为基础的业务都能实现互通，作为统一的为三大网都能接受的协议，它从 技术上三网融合奠定坚实的基础。 1 2 下一代网络的核心一软交换技术概述“”。1 软交换网络是一种电信多业务网络。它能在一个网络基础设施上向用户提供 多种不同的电信业务处理能力，包括传统的与接口相关的电信业务和未来的开放 的电信智能业务。它可以实现多种传统的电信业务网络和i n t e r n e t 网业务互联， 使这些不同业务网络的用户可以相互通信。 同时，软交换网络支持业务的可扩充性，可维护性，终端的移动性和用户的 移动性，可作为实现未来智能化的个人多媒体通信的基础。 1 2 1 软交换网络的总体特征 软交换网络作为一个开放的网络。它不仅遵从is0 开放系统互联的体系结 构，而且它的功能结构，控制结构，网络终端和网络管理都是开放的。 软交换网络作为一个动态的网络。由于网络智能与网络承载的分离，网络设 备功能的专一化，网络本身的结构支持动态改变，这包含核心网络的结构和接入 网络的结构。软交换网络对结构的改变是自适应的，这对电信网络和电信业务的 建设，扩容，升级，经营，管理，和运维，都是十分有利的 浙江大学硕士学位论文 软交换网络的主要设备包括i p 核心网，i p 接入网，服务器群，各类网关， i p 汇接交换网关，未来智能终端，传统业务终端，移动接入网络，移动接入设 备等设备。 ( 1 ) 软交换网络中核心网的结构特征： 软交换网络的核心网是一个高速宽带多业务的r p 网，具有大容量，可以支 持多媒体和多种业务。由于超过8 0 的流量都将由核心网来承担，所以核心网络 的流量较大且流量的统计具有平稳性。核心网络功能单一，仅实现网络的传输交 换功能，而与电信业务和应用业务的实现无关。由于这种业务无关性，核心网络 的结构具有灵活的可扩展性和开放性。 ( 2 ) 软交换网络中接入网的结构特征： 传统的接入网络的范围是从业务核心网到终端设备，因此，传统接入网络与 电信业务是相关的。未来的接入网和未来的核心网络一样，其传输网是高速宽带 多业务的i p 网络，而且与核心网具有相同的功能层次结构，与承载的电信业务 是无关。 其次，大部分的网络智能由接入网上的服务器来提供，因此接入网在智能上 较核心网络更复杂。由于服务器群的存在，接入网的智能更多体现在多业务的接 入适配上，而非网络信令的处理，随着网络的进一步发展，这种趋势将越来越明 显。 与核心网不同的是，宽带接入网对终端的边缘即末端接入系统是多态的。即 多种多样的接入手段并存，既包括大量的传统的与业务相关的接入技术，也包括 新的接入技术，如3g 移动终端。但是，无论是哪种接入方式，都需要末端接入 系统与网络终端在物理层和数据链路层上匹配。 在未来网络中，宽带的接入网与传统的接入网也将并存。即传统的网络末端 接入可以通过未来的接入网进入核心网，也可以通过传统的接入网进入核心网。 1 2 2 软交换网络体系的层次划分 根据国际软交换组织i s c 的定义，软交换体系由四个功能平面组成：传输 交换平面，控制平面，应用平面，数据平面，。如图1 所示 图1 - 1i s c ( i n t e r n a t i o n a ls o f t s w i t c hc o n s o r t i u m ) 的软交换体系参考结构功能层次 传输交换平面 传输交换功能平面包括物理信令处理、端口适配、逻辑端口管理和交换功 能等几部分，可以视为交换网的物理资源控制管理部分，( 包括各种物理终端， 传输设备的数据链路层信令，如p c m ，l a p v 5 ，l a p d ，p p p ，f d d i ，s d h ，七号信令网 的m t p l ，m t p 2 等。交换功能指的是网络层的数据报文的寻址、寻径和交换和传 输) 。传输交换功能平面主要实现0 s i 七层模型的传输层、网络层、链路层和物 理层功能，提供业务无关的大容量、高效自治的高速透明数据传输网功能。 控制功能平面 控制功能平面包括信令处理、设备控制、网守功能、连接处理等功能模块。 主要完成各种业务的基本呼叫控制功能，包括为完成呼叫而进行的呼叫信令处理 流程和相应的设备控制。控制功能平面上完成的呼叫具有业务无关性。呼叫信令 处理包括t u p ，i s u p 等传统电信网信令和h 3 2 3 ，s i p 等i p 网信令协议。 应用功能平面 业务功能平面分成业务逻辑层和电信业务层。业务逻辑层相当与智能网中的 功能平面，它包含了各种网络电信业务的功能模块和组成方式。它们形成供用户 使用的电信业务功能的业务元素( s i b ) 以及业务逻辑( sl ) 。电信业务层 浙江大学硕士学位论文 则实现将业务功能元素按照组成逻辑提供给网络的各层次的控制功能、网络管理 功能和业务提供功能使用。 数据功能平面 数据功能平面给网络提供数据库和数据仓库功能，存储管理各种用户数据、 业务数据、管理数据。 管理平面 软交换网络的管理平面负责上述四个平面设备的管理和控制。与传统的电信 网管系统如t m n 有很大的不同。 在软交换网络中，网络管理网与通信网是合一的，无需另建一个管理网。 网络的设备管理，网络管理，和业务管理都建立在操作支持系统o s s ( o p e r a t i o n s u p p o r t i n gs y s t e m ) 之上，是由数据通信业务和i n t e r n e t 业务支持的一组应用。 由于0ss 是作为网络的电信业务设计的，其上的网络和用户管理也是网络的应 用。新的管理功能容易开发，网络的流量控制和故障恢复都可以自动执行。更多 的网管功能只需要增加相应的服务器实现，从而使网管体系大大简化。 1 2 3 软交换网络的对外接口 作为一个开放的实体，软交换服务器与外部的接口采用开放的协议。图2 显 示了软交换设备与外部的一些接口。 媒体网关与软交换间的接口一用于软交换对媒体网关的承载控制资源控 制及管理。此接口可使用媒体网关控制协议( m g c p ) ，i n t e r n e t 设备控制 协议( i p d c ) 或h 2 4 8 m e g a c o 协议。 信令网关与软交换间的接口一用于传递软交换和信令网关间的信令信息。 此接口可使用信令控制传输协议( s c t p ) 或其它类似协议。 软交换间的接口一实现不同软交换间的交互。此接口可使用s i p t ，或 h 3 2 3 协议。 软交换与应用业务层之间的接口一提供访问各种数据库，三方应用平台 塑望查兰堡主兰堡堡茎 各种功能服务器等的接口，实现对各种增值业务，管理业务和三方应用的 支持。如： 。软交换与应用服务器间的接口一此接口可使用s i p 协议或a p i 如 p a r l a y ，提供对三方应用和各种增值业务的支持功能。 。软交换与策略服务器间的接e l 一实现对网络设备的工作进行动态干 预，此接口可使用c o p s 协议。 。软交换与网关中心间的接口一实现网络管理，此接口使用s n m p 协 议。 0 软交换与智能网的s c p 之间的接口一实现对现有智能网业务的支 持，此接口可使用i n a p 协议。 图2 软交换设备的对外接口 1 2 4 软交换协议介绍 软交换设备要能够实现信令转换( 即能实现用一种信令建立呼叫，用另一种 信令结束呼叫) ，至少能够支持s s 7 、i s u p 、s i p 、 l 3 2 3 和m g c p ，s c t p 等各 浙江大学硕士学位论文 种传统电信i 办议和l p 网络信令协议。同时，软交换产品要尽可能与多种设备互 操作，尤其是i p 网关、网络接入服务器、综合接入设备等，能支持4 、5 类交换 机特性。 有关软交换的标准、协议是网络融合的关键。现在包括设备制造商、业务提 供者在内的业界都在为标准制定工作而努力，希望各种综合业务引入到数据网 中，并实现与传统网络的顺利融合。 当前的标准工作主要涉及：互操作性：媒体控制协议( 如m g c p 、h 2 4 8 ) ， 软交换机之间的通信( 如s i p ) ，扩展业务平台的协议p a r l a y 和a p i ；符合国际 电话连接标准；安全标准：利用软交换传送高级业务等方面。相关的标准主要有 h 3 2 3 、m g c p m e g a c o h 2 4 8 、s i p 等，信令传输标准有s c t p , 实时业务相关 的有r t r r t s p 等。以下是软交换相关协议的简要介绍。 h 3 2 3 9 1 作为多媒体组网标准的h 3 2 3 应用比较广泛，它是i p 网关终端在分组网上 传送话音和多媒体业务所使用的核心协议，包括点到点、点到多点会议、呼叫控 制、多媒体管理、带宽管理、l a n 与其他网络的接口等。 h 3 2 3 协议中关于长途呼叫建立时间等问题还有待解决。h 3 2 3 没有关于n n i 接口的定义，没有拥塞控制机制。另外，h 3 2 3 是集中式对等结构，多个平台运 行多个软件，硬软件升级不容易。 s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 1 。1 s i p ( s e s s i o r li n i t i a t i o np r o t o c o l ，会话发起协议) 是由i e t f ( i n t e r n e t 工程任务组) 提出的i p 电话信令协议，被用于发起会话，它能控制多个参与 者参加的多媒体会话的建立和终结，并能动态调整和修改会话属性，如会话带 宽要求、传输的媒体类型( 语音、视频和数据等) 、媒体的编解码格式、对组播 和单播的支持等。 s i p 在设计上充分考虑了对其他协议的扩展适应性，采用模块化方式，实现 简单，增加新业务及扩展协议容易，不会引起互操作问题，也不受基础协议与结 构的限制。 s i p 支持多种地址描述和寻址。具有强大的用户定位功能。它独立于低层协 议，一般使用u d p 等无连接的协议，而采用自己的应用层可靠性机制来保证消 浙江大学硕士学位论文 息的可靠传输。 s i p 主要是为i n t e r n e t 网上的多媒体会议电视服务的，用于建立i n t e r n e t = 三机之间的会话( s e s s i o n ) 。它可用于建立软交换网络上各种设备之间的呼叫。 h 3 2 3v ss i p h 3 2 3 和s i p 设计之初都是作为多媒体通信的应用层控制( 信令) 协议，目 前般用于i p 电话。 它们能实现的信令功能基本相同，也都利用r t p 作为媒体传输的协议。但两 者的设计风格截然不同，这是由于其推出的两大阵营( 电信领域与i n t e r n e t 领域) 都想沿袭自己的传统。h 3 2 3 是由国际电联提出来的，它企图把i p 电话 当作是众所周知的传统电话，只是传输方式由电路交换变成了分组交换。而s i p 侧重于将i p 电话作为i n t e r n e t 上的一个应用，较其他应用( 如f t p ，e - m a i1 等) 增加了信令和q o s 的要求。 h 3 2 3 推出较早，协议发展得比较成熟：由于其采用的是传统的实现电话信 令的模式，便于与现有的电话网互通，但相对复杂得多。s i p 借鉴了其他 i n t e r n e t 标准和协议的设计思想，具有语法表示简单，会话建立时间短，功能 扩展方便，具有适应于下一代电信网络体系的分布式结构等突出的优点 s c t p s c t p ( s t r e a mc o n t r o lt r a n s p o r tp r o t o c o l ，流控制传输协议) 协议，与u d p ， t c p 协议处于网络同一层次，它被特别地设计用来保证网络侧信令的可靠传输。 实际上，随着i p 网向多业务网的发展，尤其是近年来v o i p 的发展，在i p 网中传递信令消息成为必然。而在传统i p 网中不能提供类似m t p 3 和a t m 这种高 质量的传输业务。 为此，i e t f 信令传输工作组( s i g t r a n ) 定义和完善了s c t p 协议。该协议使 得信令消息在一个基于i p 的公共分组交换网上完成交换，流量控制和差错控制 被端到端地执行，这样，利用s c t p ，用户平面和控制平面上的业务流都能在单 一的i p 网上传输。 s c t p 发展了u d p 和t c p 两种协议的长处。它一方面增强了u d p 业务并提供数 据报的可靠传输；另一方面，s c t p 的协议行为类似于t c p 并试图克服t c p 的某 浙江大学硕士学位论文 些局限。实际上，s c t p 是可靠数据报传输协议，它运行于提供不可靠传递的分 组网络上，如i p 网。它向用户提供i p 网信令的可靠传输和安全性。 r t p r t c p “ r t p ( r e a 卜t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 是用于i n t e r n e t 上针对多媒体数据 流的一种传输协议。r t p 被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作，其目的 是提供时间信息和实现流同步。r t p 通常使用u d p 来传送数据，但r t p 也可以在 t c p 或a t m 等其他协议之上工作。当应用程序开始一个r t p 会话时将使用两个端 口：一个给r t p ，一个给r t c p 。r t p 本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的 传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠r t c p 提供这些服务。通常r t p 算法并不作为一个独立的网络层来实现，而是作为应用程序代码的一部分。实时 传输控制协议r t c p 。r t c p ( r e a l t i m et r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 和r t p 一 起提供流量控制和拥塞控制服务。在r t p 会话期间，各参与者周期性地传送r t c p 包。r t c p 包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料， 因此，服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。 r t p 和r t c p 配合使用，它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化， 因而特别适合传送网上的实时数据。 ! g a c o 瑚g c p n 2 4 8 m e g a c o m g c p h 2 4 8 协议的具体内容，请见第二章描述。 1 2 5 软交换服务器的主要功能 在软交换网络中，s o f t s w i t c h c a l ls e r v e r 的主要功能有 提供支持多种信令协议( 包括h 2 4 8 ，h 3 2 3 ，s i p * ，s c t p 、i s u p + 、i n a p + 、 r a d i u s 、s n m p ) 的接口，实现p s t n 网和i p a t m 网间的信令互通和不同网 关的互操作。 s o f t s w i t e h c a l ls e r v e r 主要处理实时业务：第一阶段是话音，以后也 将处理视频和多媒体业务。虽然数据业务量增长很快，但目前话音业务的 9 浙江大学硕士学位论文 收益仍是数据业务的好几倍，所以，从经济角度来看，s o f t s w i t c h c a l l s e r v e r 首先应能支持话音业务。但在网络融合的过程中势必会出现新的 应用，所以s o f t s w jt c h c a l ls e r v e r 还应该具有利用新的网络服务设施 提供各种增值业务和补充业务的能力。 提供可编程，逻辑化控制的开放的a p i 协议，实现与外部应用平台的互通。 通过不同的逻辑与媒体层的网关交互，对网关设备或i p a t m 网的核心设 备进行控制，完成融合网络中的呼叫控制，会话的建立，修改和拆除过程 以及媒体流的连接控制。 提供网守功能，即接入认证与授权、地址解析和带宽管理功能。 操作维护功能，主要包括业务统计和告警等 计费功能，应具有采集详细话单的功能。 1 3 软交换网络对f t 卧的要求。1 实际上，和任何大型电信设备一样，软交换网络对设备的f t h a ( f a u l t t o l e r a n c e h i g ha v a i l a b i l i t y ，容错及高可用性) 也提出了极高的要求。 f t h a 是贯穿现代大型电信系统的一个基本设计思想。其目的是通过软件和 硬件系统的冗余与容错性设计来获得高的系统可用性和低的无故障平均工作时 间( m t t f ) 。 在现代电信网中，网元一般要求具有9 9 9 9 9 的可用性按此要求，一台交换 机每年脱离服务的时间不得超过5 分钟。 软交换技术的核心竞争力主要在软件方面，它使得软交换设备即可以作为独 立的n g n 网络部件，分布在网络的各处，为所有媒体提供基本业务和补充业务， 也可以与其它的增强业务节点结合，形成新的产品形态。软交换的灵活性，使 得它可以应用在各个领域：但也正是这种灵活性对网络组件提出的高可靠性要 求，使得软件的f t h a 实现在具有软交换网络体系中具有特殊的重要意义。 塑兰查兰堡主兰些笙兰 i 4 本论文工作的目的 w a c o s 多协议多业务综合接入网关是u t s l a r c o m 通信公司提供的一种典型 的软交换设备，它提供了p h s ，i s d n ，p p p 等多种接入手段，并实现了 s i p m g c p m e g a c o h 3 2 3 s c t p r t p r t c p 等主要的软交换协议族。它具有灵活的 系统结构设计，可以根据不同的业务需求进行网元组件的灵活组合以满足需 要。 在w a c o s 系统中，m e g a c o 协议栈实现源自t r i l l i u m 公司的提供的软件 产品，这是一种典型而成熟的大型分布式电信软件，在结构设计上，对未来可 能的h a 要求已作了一定考虑。同时，在w a c o s 网关中，已存在系统级的h a 管 理功能模块，它对网关中各软硬件模块进行可靠性管理。本论文的主要目的， 是在充分理解w a c o s 网关的h a 管理模块实现的基础上，分析常用的f t h a 技 术并选取在实现成本上合适的一种，针对m e g a c o 协议栈的实现特点，对其f t h a 方案进行设计，实现及其测试，完成m e g a c o 协议栈到w a c o s 网关的h a 管理系 统的集成，使m e g a c o 协议栈网元模块具有容错能力。 在实现m e a g c o 的h a 方案的设计过程中，由于t r i l l i u m 公司产品在业界的 影响，本文希望在实现使m e g a c o 协议栈具有容错能力这一基本目的的基础上， 试图完成一种尽可能独立于协议栈本身的通用的h a 实现机制的模块化设计， 并给出与这一设计相适应的通用测试平台和特定测试用例组。对于其它 t r i l l i u m 协议软件到w a c o s 网关h a 系统的集成，可以作为参照设计蓝本，缩 短研发周期。对于其它电信软件的h a 实现，也具有尽可能广泛的借鉴意义。 1 5 本论文的主要内容 本论文共由五章组成： 第一章是绪论，简单的介绍了下一代网络演进的背景，并对下一代网络的 核心软交换网络体系的总体特征，层次划分，对外接口，主要协议及其网络 设备进行了总体介绍。 第二章介绍了软交换网络中的网关分解问题，并对相关协议一m e g a c o 协议的 内容进行了详细论述。 第三章介绍了当前的主要几种h a 技术并进行了比较，在此基础上，详细分 析了w a c o s 网关中的f t h a 设计与实现，最后，对w a c o s 网关的体系结构进行 了简要介绍，这一章的论述设计了m e g a c o 协议h a 实现的平台。 塑垩查兰婴主堂堡堡苎 第四章分析了t r i l l i u m 公司的m e g a c o 协议栈的实现特点，提出基于p s f ( p r o t o c o ls p e c i f i cf u n c t i o n ) 信息刷新机制的m e g a c o 的f t h a 设计，完成 模块划分，接k 1 定义，流程图的设计及其实现。 第五章设计了m e g a c o f t h a 的通用测试平台及其不同情况下的测试用例， 介绍了相关的测试结果，作出整个设计进行总结性分析并得到有益的结论。 浙江大学硕士学位论文 第二章软交换体系中网关的分解及m e g a c o 协议 2 1 软交换网络体系中网关的分解。 2 1 1 软交换网络体系中基本概念“”“”“7 “1 ” 对于软交换网络体系，及其相关的网关分解问题，涉及到以下概念 软交换设备( s o f t s w i t c h ) 是电路交换网向分组网演进的核心设备，也是下一代电信网络的核心设 备之一，它独立于底层承载协议，主要完成呼叫控制，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，并可以向用户提供现有 电路交换机机所能提供的所有业务及多样化的第三方业务。 i p 电话( i pt e l e p h o n y ) 在i p 网上传送的具有一定服务质量的语音业务。 信令网关( s i g n a l i n gg a t e w a y ) 连接七号信令网与i p 网的设备，主要完成p s t n i s d n 侧的七号信令与 i p 网侧信令的转换功能。 网守( g a t e k e e p e r ) h 3 2 3 体系的一部分，它提供呼q 地址解析，接入认证，带宽管理，呼叫控 制等功能 业务控制网关( s e r v i c ec o n t r o lg a t e w a yf u n c t i o n ) ： 在智能网与i p 网的业务控制层之间实现互通，为基于i p 的网络提供到 业务控制功能的接入 应用服务器( a p p l i c a t i o ns e r v e r ) 应用服务器负责各种增值业务和智能业务的逻辑的产生和管理，并且还 提供各种开放的a p i ，为第三方业务的开发提供创作平台。应用服务器是 一个独立的组件，与控制层的软交换无关，从而实现了业务与呼叫控制的 分离，有利于新业务的引入。 塑竖查堂堡主兰垡堡兰 媒体服务器( m e d i as e r v e r ) 。 提供特殊业务( 如i v r 、会议、传真) 的资源平台，处理与媒体网关间 的承载接口。 媒体网关( m e d i ag a t e w a y ) 媒体网关将一种网络中所要求的媒体格式转换成另一种网络中所要求 的媒体格式。例如，媒体网关能够在电路交换网的承载信道与分组网的媒 体流之间进行转换：可以处理音频，视频或者r 1 2 0 ，也可以具备处理这三 者任意组合的能力：能够进行全双工的媒体翻译，可以演示视频，音频消 息，实现其他的i v r ( i n t e r a c t i r ev o i c er e s p o n s e ，交互式语音响应) ，也 可以进行媒体会议等。 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 ) 媒体网关控制器位于h 3 2 3 体系结构中，负责对与媒体网关中的媒体 通道的连接控制相关的呼叫状态部分进行控制。 电路交换网( s w i t c h e dc i r c u i tn e t w o r k ) 电路交换网s c n 指包括p l m n ( p u b l i cl a n dm o b i l en e t w o r k s ) ，p s t n s ( 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 s ) 在s c n 中所使用的信令协议的例 子包括q 9 3 1 ，s s 7m t pl e v e l3 ，s s 7a p p l i c a t i o n u s e rp a r t s 等等 环回( b a c k h a u l ) 环回指的是从相关数据流接口( 例如m g c 上s g 功能函数) 回到呼口q 处 理点的信令传输。 信令传输机制( s i g n a l i n gt r a n s p o r t ，s i g ) 信令传输特指的是在i p 网络上进行s c n 信令协议传输的一个协议栈。 它用i p 网络上被传输的未经修改的s c n 信令应用来支持各种接e l 的原 语：并且用一些经特殊设计用于满足s c n 信令传输要求的功能来完善处 于下层的标准i p 传输协议，如s c t p 等。 以下是分布式网关模型里与信令传输相关的物理实体的定义： 媒体网关单元( m e d i ag a t e w a yu n i t ，m g u ) m g u 是容纳m g ( m e d i ag a t e w a y ，媒体网关) 功能块的物理实体。它 1 4 浙江大学硕_ 上学位论文 还可以包含其他功能模块。例如与处理设备相关信令的s g 模块。 媒体网关控制单元( m e d i ag a t e w a yc o n t r o lu n i t ，m g c u ) m g c u 是包含n g c ( m e d i ag a t e w a yc o n t r o ll e r ，媒体网关控制器) 功能的物理实体。 信令网关单元( s i g n a l i n gg a t e w a yu n i t ，s g u ) s g u 是包含s g 功能的物理实体。 信令中止点( s i g n a l i n ge n dp o i n t ，s e p ) 这是一个s s 7 网络内信令消息的源节点或终止节点。例如，中央交 换机( c e n t r a lo f f i c es w i t c h ) 。 信令转接点( s i g n a lt r a n s f e rp o i n t ，s t p ) 这是一个s s 7 网络内基于信令消息在网络中目的地址而对它们进行 路由的( 中间) 节点。 2 1 2 网关分解的基本功能模型 在软交换体系中，定义了通常意义上的网关功能模型，它被分离为信令网关 ( s g ) ，媒体网关( m g ) ，媒体网关控制器( m g c ) 等功能模块。此模型可通过一系列 不同的方法实现，比如让不同的模块功能在不同的设备上实现，或者让所有功能 在单个设备上实现。在不同功能实体之间物理分离所在的地方，可以使用可靠的 i p 信令传输机制来确保电路交换网s c n 信令信息按照所要求的功能与性能在功 能实体之间传送。下图展示了在这种网关功能模型中各功能实体的关系 主 主 f “揣：翟”卜一c o n d i ag t r o a “e t e w ，”f s t e a “广i _ 。! ”厂l m e d 十_ 一m e mga t e 。a y k 坠竺竺一m e d i ag a l e 。a y l 二： 1、，一f，。、。j 图2 - 1 网关功能分解模型 浙江大学硕士学位论文 2 i 3 网关分解的实现实例 下面图2 - 2 给出了v o i p 中，v o i c eo v e ra t m ，n e t