（计算机科学与技术专业论文）面向融合的业务平台中多协议接入框架的设计与实现.pdf

面向融合的业务i l 台中多协议接入框架的设计j 实现 面向融合的业务平台中 多协议接入框架的设计与实现 摘要 i t u t 对下一代网络的定义包含如下的概念，n g n 应该是分组 的网络；能够提供包括电信业务在内的多种业务；具有q o s 能力； 实现业务功能和底层传送协议的分离；实现用户对业务使用的一致性 和普适性。因此下一代网络必然是融合的网络。 在未来的网络中，业务平台在中小型业务的提供领域将仍然具有 其灵活多变的优势。然而，在以需求为驱动的下一代网络中，原有业 务平台很难提供具有数据，图像在内的多媒体业务。单一的七号信令 的接入方式严重束缚了业务平台在多领域的应用与发展。因此，在下 一代网络中，业务平台应该是面向融合网络的业务平台，能够提供包 括语音在内的数据，图像等多媒体信息。 多种媒体数据的提供从底层角度要求多种协议的接入能力。尽管 通过对原有七号信令接入方式的改造，可以实现其它协议的接入，但 是针对每种协议开发单独的接入系统无疑会极大的增加整个接入系 统的开发工作量和复杂度。同时也为整个接入系统的维护提出新的难 题。因此，针对此问题，本文提出了统一的接入框架系统，来实现对 不同协议的接入能力。由框架系统提供公共的能力，不同接入模块提 供其特有的检测与处理功能，从而实现对不同的协议提供接入。这可 以大大降低整个接入系统的开发复杂度和维护难度。之后，本文通过 此框架系统在业务平台接入系统中的多种应用和完整的测试，验证了 框架的稳定性和可用性。最后，为框架系统的扩展进行了分析和展望。 关键字：下一代网络，业务平台，多协议接入，设计模式 北京邮电大学网络与交换技术圈家重点实验室 t h ed e s i g na n di m p l e m e n l 陷l t i o no f t h e m u l t i p r o t o c o la c c e s s i n g a r c h i t e c t u r e i nt h es e r v i c ep l a t f o r mo f o r i e n t e d i n t e g r a t i o nn e t w o r k a b s t r a c t t h ed e f i n i t i o no fn g no fi t u ti n c l u d e ss u c h c o n c e p t s ：n g ni sap a c k e t b a s e d n e t w o r k ；i tc a np r o v i d em u l t i s e r v i c e si n c l u d i n gc o m m o nt e l e c o m m u n i c a t i o ns e r v i c e s ： i th a sq o sa b i l i t y ；t h es e r v i c er e l a t e df u n c t i o n sa n dt h eu n d e r l y i n gl f a i s p o f l r e l a t d t e c h n o l o g i e sa r et o t a l l ys e p a r a t e d ；i ts u p p o r t sg e n e r a l i z e dm o b i l i t yw h i c hw i l la l l o w c o n s i s t e n ta n du b i q u i t o u sp r o v i s i o no fs e r v i c e st o u s e r s 。s ot h en e x tg e 珏e f a t i o 魏 n e t w o r ks h o u l db es y n c r e t i cn e t w o r k t h es e r v i c ep l a t f o r ms t i l lh a st h ea d v a n t a g e st op r o v i d em e d i u m 1 i t t l e 。s i z e d s e r v i c e sf l e x i b l yi nt b ef u t u r en e t w o r k b u ti ti s s t i l lh a r dt op r o v i d em u l t i 。m e d i a s e r v i c e sw h i c hi n c l u d ed a t aa n d i m a g ec o m m u n i c a t i o n s t h ea p p l i c a t i o na n d d e v e l o p m e n to ft h es e r v i c ep l a t f o r mw a sh a r d l yt i e db yt h eu n i t a r ys i g n a ls y s t e m s e v e na c c e s s i n ga b i l i t y s ot h es e r v i c ep l a t f o r ms h o u l dp r o v i d em u l t i 。m e d i as e r v i c e s i nt h ef u t u r en e t w o r k t h e u n d e r l y i n ga c c e s s i n ga b i l i t yt om u l t i p r o t o c o l si sn e e d e db yt h em u l t i m e d i a s e r v i c e s 。t h ea c c e s s i n ga b i l i t yt oo t h e r p r o t o c o l sc a nb ea c h i e v e db yr e b u i l d i 建鏊o u r s i g n a ls y s t e ms e v e na c c e s s i n gs y s t e m b u tt h ew o r k l o a da n d c o m p l e x i t yo ft h ew h o l e a c c e s s i n gs y s t e mw e r ed r a m a t i c a l l yi n c r e a s e db yr e b u i l d i n gm eo l ds y s t e mt of i te v e r y n e wp r o t o c 0 1 i ti sa l s oh a r dt om a i n t a i ns u c ha b i gs y s t e m s ot h ea r c h i t e c t u r eo ft h e a c c e s s i n gs y s t e mw a sp r o p o s e dt os o l v et h e s ep r o b l e m s b y p r o v i d i n go n e a r c h i t e c t u r et os u p p l yc o m m o na b i l i t i e s ，t h ea d d i n go fe a c hp r o t o c o lb e c o m e se a s y a n de f f i c i e n t t h e nt h ea r c h i t e c t u r ew a sp r o v e dt o b es t a b l ea n de f f i c i e n ti nt h e a p p l i c a t i o no ft h ea r c h i t e c t u r ei nt h ea c c e s s i n gs y s t e m a tl a s t ，t h ee x p a n d 。ft h e a r c h i t e c t u r ew a sa n a l y z e da n do p e n e d u p k e yw o r d ：n g n ，s e r v i c ep l a t f o r m ，m u l t i p r o t o c o la c c e s s i n g ，d e s i g np a t t e r n j 索瞎l 毡大学燃终j i 交换技术嚣家垂点实验窀 l 豪郎1 1 1 人学颤| ：论义巍两碰合麴渣务1 f 蠹孛多捺滚接入梃絮熬蹬计j 实躐 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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采，也不包含为获得j 艺京邮电大学或其他教育机 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 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资籽若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 壅! 垒lh 期_ 迎z ，羔，! 星 关于论文使用授权的谎明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期闻论文工l 乍的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅； 学校可以公布学位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、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注 j 匕京邮l 乜人学潮络j 交换技术溷家重点实验室 北京邮电人学硕i j 论义 面向融合的业务i f 台中多协议接入框架的没计j 实现 1 。 研究背景 第一章前言 随着互联网技术的发展，互联网的共享理念和运蒋模式无疑给电信网络带 来较大的冲击。s k y p e 等网络电话的流行给运营商语音通信业务带来较大的影 响。下一代的网络将是互联网和电信网相融合的网络。在下一代网络中，业务呈 现出灵活多变，个性化，多样化等特征。下一代网络的技术基础：软交换技术以 及宽带分组传输技术为业务，呼叫控制及承载相分离提供了保证。业务与呼叫控 制，承载觞分离必灵活高效的提供个性化，多样化，定铡优的监务提供了保证。 随着业务层第三方接口的出现，如p a r l a y a p i 接口的出现，未来业务的搭建变 褥更加的灵活和简单。可以遇见，针对个人的随需所变的韭务将会出现。进一步 展望，个人采用d i y 方式“制作”的业务甚至也有可能出现。业务的提供者和 消费者的界限燎变的模糊。而这一切将来自于将业务和底层控制承载相分离的结 果。 在现阶段，业务呈现出多样化，多媒体的趋势。用户不再满足单纯语音的 交互，数据鲎务，图像鳖务变的越来越流行。对于数据业务，溺户将习蛾于采焉 手持终端设备接入网络，接收发送电子邮件，磁盘文件等数据信息。对于图像业 务，视频电话，视频会议等将交的非常普及。不同媒体之闽的交叉业务也将变的 流行。如用户可以通过语音系统接收电子邮件等。技术的不断变革将使人们不断 的接近通信的终极强标：那就是任何人，在任何时间，任何地点，可以采用任何 媒体和别人通信。因此，需求驱动的下一代网络，将是对传统电信网络的一次重 大变革。 1 2 研究内容 监务平台是在智能瓣中快速提供堑务的一种方式。具有灵活多交等特征。 由于其业务采用计算机控制，因此能够快速高效的构建出新的业务，是中小型业 务的主要的构建方式。在面向融合的下一代网络中，业务平台依然具有灵活多变 的特征。与业务建模环境及业务生成环境相搭配的业务平台，在业务的提供上， 将依然具有其简单，高效等优势。随着用户对多种媒体通信的需求，对于业务平 台，就转变为对多种协议接入能力上的需求。原来的单纯的对七号信令的支持变 的不足。通过对原来七号信令接入系统的改造，可以实现对新的接入协议的支持。 餐是针对每种薪的接入协议开发薪的系统，将极大靛增加整个接入系统的歼发工 憩索瞎 毽太掌溜终5 ；交羧技寒霞家鬟点实验室 1 北京邮l b 人学硕l ：论文 断向融合的业务、r 命中多协没接入框架的设汁j 实现 作量和复杂度。同时也为整个接入系统的维护带柬新的难题。对此问题，本文提 出了一个多协议接入框架，来实现对不同协议的接入能力的支持。其主要的思路 是由多协议接入框架提供公共的处理能力，针对不同的协议，开发其处理模块， 向框架注册，由框架调用。由于大量的同类质的功能由框架提供，协议相关的模 块开发的工作量极大的降低。从而使毅的协议的添老爨变的简单藤赢效。同时，也 极大的降低了整个接入系统的开发工作量和复杂度。以及整个系统同后的维护难 度。 1 3 论文的结构安排 本文主要围绕面向融合的监务平台的多协议接入框架的提出，设计和实现。 论文的具体结构安排如下： 第一章介绍论文麴研究背景翻研究内容，以及论文的安排结构。 第二章主蒙介绍面向融合的业务平台的演进和发展方向。 第三章提出瑟向融合的业务平台的多协议接入框架的需求与分析。 第四章具体展开介绍多协议接入框架的设计。包括主要采用的核心技术和 核心模块的设计。最后还对多协议接入框架的整体结构进行了分析。 第五章则详细介绍了各种其体的接入模块的设计，其中包括主要的五个模 块的设计。分别为：七号信令接入模块，会话发起协议接入模块，p a r l a y a p i 接臣接入模块，业务平台接西接入模块，命令行接躁接入模块。 第六章介绍多协议接入框架在业务平台整个接入系统中的应用情况，以及 一些具体的测试翻测试数据。 第七章是对多协议接入框架的迸一步的思考。 第八章是对全文的总结。 最后是参考文献和致谢。 北京邮l 乜人学嘲络! j 交换技术固窳重点实验室 2 北京邮电人学硕l ：论文面向融合的业务、f ，台中多协议接入框架的设计j 实现 第二章面向融合的业务平台的演进和发展方向 2 1 引言 在传统交换网络中发展起来的智能网，在业务的提供领域具有快速，高效， 简单，灵活等特点。因此很多新兴的业务采用业务平台的方式快速的提供业务， 占领市场。而业务平台的演进过程正体现出网络的融合。从单纯的七号信令的支 持，到多种通信协议的支持；从单纯的语音业务的提供，到数据及多媒体业务的 提供；业务平台的发展符合并适应了下一代网络发展的趋势。 2 2 面向融合的业务平台的网络结构 2 2 1 业务平台的分层策略 智能业务平台采用分层的策略，将业务的控制和承载相分离。从逻辑的角 度讲，可以分为下面三个层次：业务创建层，业务控制层，接入控制层。其中接 入控制层又可分为接入层和承载层。 图2 - 1 业务平台的分层结构 其中业务创建层主要是业务的建模环境和业务的生成环境。在业务建模领 域，业务平台可采用多种建模技术，如：采用脚本，可视控件等方式辅助用户建 模。用户不需要理解复杂的电信网络相关的技术，就能够快速有效的搭建出电信 级别的业务。从而使业务的创建变得简单而高效。在模型建立完毕之后，需要采 用一定的业务生成技术，从模型提取需要的信息，生成可以直接在业务运行环境 北京邮电大学网络，j 交换技术国家莺点实验室 3 北京邮i 乜人学倾l j 论文面向融合的业务、1 ，俞中多协 义接入框架的设汁j 实现 上运行的配置文件，脚本，代码等信息。 业务控制层主要指业务的运行环境。通常运行在高性能的工作站上。业务 在由业务建模和生成环境生成之后，通常以配置文件，脚本，或代码的形式存在。 在加载到业务运行环境之后，由运行环境执行。因此，业务运行环境相当于一个 容器，提供业务的加载，运行，暂停，清除等功麓。同时也负责提供鼷络资源的 分配，监视等其他辅助的功能。 接入控制层又分为接入层和承载层。 接入层向控制层提供具体的接入能力。如传统交换网络中的七号信令，基 于l p 网络的会话发起协议，甚至包括统一的电信缴接豳p a r l a ya p i 等。因此 按入层要负责底层资源的管理，相关协议接口的编解码转换等功能。接入层就像 一座桥梁，连接着业务和具体的物理网络。 承载层主要包括各种用于承载信号酶物理设备。如p s t n 圈定电话网络， 移动网络，以i p 协议为基础的i n t e r n e t 互联网络等。承载层作为最底层将上 层的信息转化为电路上的信号进行传输。 除了以上提出的主要的层次之外，一个完整的业务平台还应该包括业务管 理，数据库数握存储等功能。 2 2 2 业务平台的构成节点 从模块系统的角度讲，业务平台主要由下面的节点构成：业务生成节点， 业务运行节点，业务管理节点，数据库节点，接入节点。 业务生成节点负责业务的建模和具体业务的生成。业务运行节点提供业务 的运行环境。业务镣理节点负责对业务状态的管理，数据的存储，系统状态的监 视等，可以包含数据库节点。接入节点为业务运行节点提供多种的接入方式。从 而使业务可以使用更多的方式联系到它们的用户。 一个典型的业务平台的物理结构如下图所示： 藏寨8 t ie g 大学隧终j i 交换皴术国家重点实验室4 北京邮i 乜人学颀i ：论文面向融合的业务平台中多协议接入框架的设计j 实现 多终端同时管理 多种接入方式 图2 - 2 业务平台的物理结构 2 3 面向融合的业务平台的发展方向 目前，业务平台一般采用脚本或建模的方式开发业务，由业务生成环境生 成业务，由业务运行环境加载业务并运行。这对于初级的用户来说，完全可以快 速高效的开发出需要的业务。但是对于高级用户来讲，提供一个开放的a p i 接 口，无疑可以极大的提高用户业务开发的灵活度。对于特别复杂的业务，由a p i 接口直接开发的业务的效率将要远高于由业务建模生成的业务的效率。 参考p a r l a ya p i 接口的策略，业务平台也可以将其接口开放出来。从技 术角度讲可以采用c o r b a 或w e bs e r v i c e 等方式。开放接口对一个平台本身 的质量以及平台的使用价值都具有重要的意义。 另外，随着接入方式的增多，将有更多的协议被加入到平台的接入系统中 来。平台的使用范围也将更加的广泛。 北京邮i u 大学嘲络，j 交换技术困家重点实验室 5 北京邮i u 人学硕l ：论义面向融合的业务、i t 台中多协i 义接入框架的黻计j 实现 第三章多协议接入框架的需求与分析 3 1 业务平台的接入需求 面向融合的业务平台的一个重要的特征是对多种接入方式提供了支持。随 着接入方式的增多，整个接入系统需要对各种不同的接入提供支持。原有的接入 系统在七号信令的基础上丌发。因此接入系统的设计存在两种不同的方案：一是 在原有接入系统的基础上( 原有接入系统仅提供七号信令的接入方式) ，参考原 有接入系统的设计，为新的接入开发新的，单独的系统。二是为各种接入丌发接 入模块，并将各种不同的接入模块统一在一个框架下。 3 2 两种方案的比较 采用第一种方案的优点是： 1 ) 为单独的接入方式提供单独的接入系统，那么系统的设计可以参考以 前比较成熟的设计，具有较小的设计风险。 2 ) 不同的接入采用不同的系统，系统的设计灵活度较高，可以根据不同 接入的特点对系统进行优化。 3 ) 系统的本身的设计与开发复杂度不会太高。 与优点相比，这种方案的缺点是非常突出的： 1 ) 为不同的接入开发不同的系统，设计与开发的工作量和整体的复杂度 较高。存在一定的重复劳动。很多功能被重复开发。 2 ) 随着接入方式的增多，这种方案渐渐的变得不可接受。由于所有的接 入系统都要和业务运行环境交互，和业务运行环境间的接口的更改和升级将导致 所有的接入系统都需要重新修改，重新调试。而在业务平台的发展过程中，接入 系统和业务运行环境之间的接口的更改和升级是非常频繁的。在接入方式超过三 个以上时，这种方案基本不可行。 3 ) 与开发工作量成正比的是维护的代价也会相应增加。这将极大的提高 整个业务平台的开发和维护成本。 采用第二种方案的优点是： 1 ) 采用一个统一的框架将极大的降低整个接入系统的开发工作量和整体 复杂度。 2 )可以很好的适应接入系统和业务运行环境之问接口不断更改，升级的 要求。只需要修改框架中的平台接口模块部分便可。 3 ) 维护起来相对的简单和容易。 北京邮电人学网络l j 交换技术困家重点实验室 6 北京邮l 乜人学硕i ? 论文面向融合的业务、r 俞中多协 义接入框架的设汁j 实现 采用第二种方案的缺点： 1 ) 需要设计一个通用的多协议接入框架，设计的风险较大。 2 ) 系统本身相比单独的接入系统，复杂度要离很多。这对于系统昀编写 和调试都是一个挑战。 在综合分析了两种设计方案之后，决定采焉第二种方案来实现对多种接方 式的支持。 3 。3 不同接入方式的公析 对不同接入方式进行分析，可以使我们理解各种接入的本质，从而提取其 共同点，设计一个统一的处理模型来处理各种不同的接入。 对于七号信令的接入方式，有以下的理解。接入系统一般采用数字语音板 卡的方式操 乍七号信令，对于七号信令的更一般的操作则宙数字语音叛卡静开发 包通过函数的方式予以封装提供。因此大部分的开发是基于数字语音板卡的丌发 工具包s d k 进行的。接入系统接收韭务运行环境的消息，分析消息，发反馈消 息或调用s d k 函数，对数字板卡发送操作命令。接入系统捆描板卡p c m 通道 状态，发现板卡消息，将消息编码上报给业务运行环境。如图： 图3 - 1 七号信令接入方式分析 对于基于i p 网络的会话发起协议的接入，有以下的理解。会话发起协议， 即s i p 协议是基于撙网络的会话控制协议。其载体通常采用t c p 或u d p 协议。 因此对会话发起协议的支持需要提供s i p 协议栈。这里采用的是o s i p 开源协议 栈。接入系统接收业务运行环境的平台消息，向业务运行环境发送反馈消息或将 消息转换编码为s i p 消息，由o s i p 协议栈发送出去。接入系统轮询o s i p 协议栈 状态，当发现有新的上报消息后，将消息解码并转换为平台消息上报业务运行环 北京郎电人学网络j 交换技术禺家重点实验室 7 j 京邮l 珏大学蛾l ：论文瑟黝融合懿蝗务套中多捡 义接入捱繁瓣波诗j 实现 境。如下图所示： 图3 - 2 会话发起协议接入方式分析 j e 京邮电人学删络与交换技术国家簸点实验室 8 北京邮l b 人学硕i ：论文面向融合的业务甲台中多协议接入框粲的设计与实现 4 1 引言 第四章多协议接入框架的设计 多协议接入框架的设计，取决于对不同协议接入的本质的理解。在这罩， 需要抽象出各种接入当中相同的部分，分离不同接入的特质。采用一种统一的处 理模型来处理所有的接入方式。目静需要支持的接入方式主要有固定电话网络的 七号信令，基于i p 网络的会话发起协议，以及整个电信网络的第三方接网 p a r l a y a p i 接网。 4 2 多协议接入框架应具有的功能 通过上一章的分析可知，接入系统的主要功能是具体协议和平台消息之间 鲍编码转换以及对底层协议会话的管理。国接入系统屏蔽摔下层复杂的协议细 节，通过统一的平台消息接口，向业务运行环境提供基础业务能力。因此作为两 种网络之间的桥梁，接入系统起着适配节点及网关的功能。如下图所示： 图4 - 1 接入系统的功能分析 从消息的处理流程角度讲，所有的外部系统对于接入系统来讲，都是平等 的。接入系统需要实现对外部其他系统的消息探测，消息编解码，消息发送的功 能，以及为这些功能服务的资源和会话管理。 从上蘧可以看出，任何接入系统都需要对底层资源的会话管理等功能。如 果将这些公共的部分提耿出来，这部分功能可以被所有的接入系统重用。对于不 同的外部系统，如果熄其功能分别进行抽象，主要为消息的探测模块和消息的处 北京邮 媳入学嬲终i i 交换技术嗣家鬟点实验室 9 j | ：京邮l 瞧人学硬l ：论义 囊向融合豹渡务、| ，螽孛多挽泼接入框架的敬汁l 实蠼 理模块。各个外部系统向接入系统注册其功能，由接入系统在需要的时候调用其 处理功能。这样就形成了多协议接入框架的最初的思路。 4 。3 多协议接入框架的设计 4 3 1 事件的多路分离策略 事件的多路分离策略在操作系统的设计中有着广泛的应用。大多数的操作 系统都会提供一个或多个事件多路分离的函数。如：p o l l o 函数，由s y s t e mv u n i x 提供。w a i t f o r m u l t i p l e o b j e c t s 0 遁i 数，由w i n 3 2 提供。s e l e c t o i 函数，大多数操作 系统均有提供。 这些函数主要用来在i o 句柄上，对事件源进行多路分离。举例如下： 在事件驱动的网络应用程序中，s e l e c t ( ) 隧j 数常被用来确定l o 操作可以在哪 些句柄上进行。同时不会阻塞那些发起这次调用的程序的线程。函数可以检查到 哪些旬柄处于“读”，“写 或“异常”的状态，从箍向调用者通知“活动和“非 活动 的旬柄的情况。 回想接入系统中，各个模块提供的消息探测功能，在幽框架总体调用后， 实现的便是事件的多路分离。因此，框架主要使耀了事件的多路分离策略。 4 3 2r e a c t o r 设计模式 r e a c t o r 又称反应器，是一种常用于服务器设计的典型的设计模式。反 应器模式主要用来处理由一个或多个用户并发的传递给应用的服务请求。应用的 每令服务可国一个或多个方法构成，并由一个单独的事件处理器代表。事件处理 器负责分派服务所特有的请求。 r e a c t o r 模式在a c e 中获得了十分典型和成功的应用。a c e 中提出了应 粥了r e a c t o r 模式的r e a c t o r 框架。反应器框架具有如下的特性： 1 ) 具有统一的o o 多路分离和分派接墨。通过对底层多路分离函数的封 装，a c e 提供了a c ee v e n th a n d l e r 类来创建具体事件的处理器。同时， 将它们登记到a c er e a c t o r 框架。 2 ) 使事件的处理器分派自动化。当a c er e a c t o r 管理的处理器上有活 动发生时，反应器自动调用预登谴的具体事件的处理器。 3 ) 增加复用。反应器模式的多路分离和分派机制可以被许多的网络应用 所复用。 北京邮电大学蚓络! j 交换技术网家重点实验室 1 0 j b 京邮电人学硕j j 论文 面向融合的业务- f 衍中多协议接入框架的设计j 实现 4 ) 改善可移植性。反应器框架的多路分离s j l $ 0 由a c ee v e n th a n d l e r 实现与底鼷的多路分离函数的隔离。很大的改善了框架的可移植性。 多协议接入框架参考了反应器的设计模式，继承了反应器模式的优点。接 入系统中的各个模块需要向接入框架注册其消息探测和消息处理功能函数，创建 攀件的处理器。宙框架监控处理器的状态，当处理器上有活动发生时，框架自动 的调用预注册的具体事件的处理器。因此，在消息的处理流程和处理策略上，多 协议接入框架具有反应器模式的特征。 4 3 。3 多态机制 多态机制是面向对象语言所具有的一种机制，我们平常所讨论的多态，大 多是指编程语言级别的多态概念。多态实际上是指一种表现多种形态的簏力。从 语言的角度讲，就是语言根据对象类型的不同以不同的方式处理之，特别是重载 方法和继承类这种形式的能力。 从本质的角度讲，多态就是一种泛型。泛型是指将对象的类型进行泛化的 能力。从褥使类型就像参数一样变的灵活多变。 多态在现代软件设计领域有着极为广泛的应用。只是应用的形式和名称掩 盏了多态作为根基的本质。比如：现在的软件设计大量使用的框架，模式就是将 软件开发的一些共性进行抽象，从藤提出普遍适用的软件结构。无论是框架还是 模式，都有一些共同的特点，那就是采用x m l 来配置对象，并且大量的使用接 隧。使用接口的原露就是因为需要抽象，需要将未煞的对象在已知的框架中表现。 而实现接网所使用的反射技术，主要就是一种晚期绑定的技术。而这个技术的表 现就是多态的特征。 在多协议接入框架的设计中，多态机制也被大量的应用。面对多种不同的 接入方式，多种不同的协议类型，需要对协议使用的功能集进行分类。在这之后， 就可以定义一个针对协议的接口集。这样，针对不同种类协议的开发变得规范起 来，开发的思路也变的十分的清晰，那就是根据协议接口集的定义完成这些接口 的功能。 而上层的会话管理层的功能也非常需要这样的一个接口集，从而使其开发 只需要针对接墨集进行便可。不需要因为有不同协议的增加丽改变。 因此，针对不同的协议接入，提取出一个协议抽象层，协议抽象层的目的 就是对提供一个统一的协议接口集。这里称之为协议操作接口。在实现上，采用 个虚拟类来组织这个协议抽象层。利用多念机制实现晚绑定功能。从而可以在 程序运行之后，根据配置或操作的不同，选择不同的协议接口集柬处理消息。显 然，针对不同的接入模块，每个模块都应有一个协议类来实现协议操 乍接口集。 麓京瞧电夭学隧终交换皴零墨家鬟东实验室 l l 北京邮i u 人学侦i j 论义 面向融合的业务j r 台中多协 义接入框架的设计j 实现 而这些类应该从协议抽象层的抽象类继承而来。 4 3 4 多协议接入框架的组成 在参考了r e a c t o r 设计模式之后，接入框架的核心便是反应器，即事件 消息处理的核心部件。接入框架需要为每一个接入模块生成其相应的处理器，以 便能在探测到消息之后，调用相应的处理器来处理。 同时，对于每种接入模块，其处理功能具有很大的相似性。都需要采用有 限状态自动机的机制来实现对会话状态的保持。而消息队列，超时机制等功能更 是每种接入模块所必备的结构和功能。因此，提供自动机模块来处理这些公共的 操作。而不同的协议的功能集采用一个协议抽象层来进行管理。 从而，接入框架主要由下面几个部分组成： 1 ) 反应器模块，负责消息流的分派及处理。 2 )自动机模块，负责自动机机制的提供和消息队列，超时机制等功能。 3 ) 协议抽象层，对协议的功能接口集进行抽象，实现协议操作接口。 除此之外，接入框架还包括其他一些公用的模块。 4 3 5 反应器模块的设计 通过前面的分析，我们可以将接入系统中不同模块的消息的处理采用如下 的方式组织： 对于不同接入模块，需要提供： 1 ) 模块的初始化功能。 2 ) 模块消息探测功能。 3 ) 模块消息处理功能。 然后模块需要向接入框架注册，在注册的过程中，这三种功能被登记在接 入框架中。之后，接入框架为每个模块生成其相应的处理器单元。 目前，接入系统内的接入模块主要有以下几种：七号信令接入模块，会话 发起协议接入模块，p a r l a y a p i 接口接入模块，业务平台接口接入模块，命令 行接口接入模块。 接入模块与接入框架的交互流程主要为： 首先，每一个接入模块都将它们的模块初始化功能句柄，模块的消息探测 功能句柄，模块的消息处理功能句柄向接入框架注册。接入框架对这些句柄进行 登记。 然后接入框架为每一个接入模块生成其相应的处理器。处理器可以直接调 北京邮l 【1 人学网络与交换技术围家重点实验室 1 2 北京邮l 【1 人学碱 ：论文 面向融合的业务甲台中多协议接入框架的设汁i 实现 用接入模块的消息处理句柄，对具体的消息进行处理。 之后接入框架鏖动，这时，对各个处理器的事件的监视开始。 在框架监测到处理器上有活动发生时，便调用处理器的处理句柄，对事件 进行处理。 接入框架的处理流程圈如下图所示： 驾4 - 2 接入概寨戆处理流程霉 反应器的逻辑结构图如下： 七号信令lls i p 接入lip a r l a y 接il 业务平台接ll 命令行接 接入摸决l | 模块处理| | 墨接入模块| | e l 接入模块| | e l 接入模 处理器 fi 器 ll 处理器 ll处理器li 块处理器 反应器：事件多路分离部件 图4 - 3 反应器的逻辑结构图 j 艺京郏l 廷犬学瓣络j j 交换按零霹家蕈点实验室 1 3 北京邮i u 人学顾f ：论文面向融合的业务、卜台中多协议接入框架的设计j 实现 4 3 6 自动机模块的设计 对于各个接入模块的消息处理功能，不需要每次都单独的完整开发。接入 框架同时也提供了自动机模块来对接入模块收到的消息进行处理。 当接入模块收到消息之后，调用自动机模块的消息处理接口，将消息投递 到消息队列中。消息队列维护着整个接入系统接收和要发送的消息。 对于消息的格式，在接入系统的内部进行了转换。对于任何类型的消息， 经过转换模块转换为统一的格式。由于接入系统面临多种多样的协议消息格式， 如：平台消息采用x m l 语言进行描述；s i p 消息采用固定格式的字符串进行描 述；七号信令的消息更多的是一些二进制的信息。因此，在内部转换为统一的格 式有利于降低消息处理的复杂度。也有利于各种类型消息之问的相互转换。 自动机模块也负责对协议会话的管理。对于每个会话实例，自动机模块生 成一个自动机对象来维护会话的状态。在会话结束之后，自动机对象被析构或放 入对象池中，等待下一次的使用。 与此同时，自动机模块维护着一个处理线程，负责对消息队列中的消息进 行处理。在取出消息队列中的消息之后，分析消息的来源和消息对应的自动机对 象，然后调用自动机对象的处理句柄对消息进行处理。主要的处理动作是根据消 息的内容生成新的反馈，或调用协议操作接口进行新的动作。 在以往的接入系统的设计中，超时机制是作为一个单独的模块而存在。其 基本的思路是维护一个单独的超时队列，然后每单位时间对整个队列进行扫描， 进行减一操作。当操作数为零时，触发超时事件。 在自动机模块的设计中，针对自动机对象，加入了超时属性。从而在对自 动机对象状态的扫描过程中，同时实现了自动机对象的超时，十分简单的实现了 对超时机制的提供。 在加入一个新的接入模块时，主要需要做的工作是完成自动机模块的处理 句柄，对消息进行处理。处理主要分为两种类型： 一是对接收到的消息进行反馈。这时可以利用平台接口的编解码模块生成 消息，利用网络接口模块发送反馈消息。这部分的工作量非常的小。 二是针对不同的协议，发送操作命令。这也是主要的工作量部分。这个地 方也是自动机模块和协议抽象层的接口部分。在这里，自动机模块只要直接调用 协议抽象层中的协议操作接口就可以，不需要知道下面具体是什么协议，也没有 必要知道下面是什么协议。对于新的协议的添加，主要的工作是在协议抽象层下 的工作。协议抽象层既是一个隔离上层会话管理和下层底层资源的缓冲层，又是 对接口功能集的规范。 北京邮i u 人学网络j 交换技术国家重点实验空 1 4 北京邮l 乜人学颀i ：论文面向融合的业务、i 台中多协议接入框架的设计j 实现 自动机模块的结构如下图所示： 消息投递及 转换模块 毒 i消息队列 i r i 动桃“ ll 券篆萋 j l 一 狲议擒象瑶 自动机对象队列 4 3 7 协议抽象层的设计 图4 - 4 自动积模块的逻辑结构 协议抽象层从实现的爱度讲主要是采用了一个虚拟类对协议操作接翻进彳亍 了抽象，而具体协议的添加便是对这个虚拟类的继承和实现。 协议抽象层的结构懿下阉赝示： 4 - 5 协议抽象层的结构 丽具体的接入模块的协议操作命令接口的实现细节比较复杂，放在了单独 的一章里进行描述。见下一章：各种接入模块的设计。 i 襄索郯 毪犬学溺终；交换援零霹家蓑点寰验室 1 5 北京邮l u 人学顾i ：论义面向融合的业务、i 台中多协议接入框架的设计j 实现 4 3 8 其他公用模块的设计 除了以上介绍的反应器模块和自动机模块，接入框架还包括一些常用的功 能模块的实现。主要为：网络接口模块，同志模块，配置管理模块，平台消息编 解码模块，状态监视模块等。 1 ) 网络接口模块。主要实现基于i p t c p 协议的通信能力。接入系统和业 务运行环境之间的接口采用t c p 协议。网络接口模块提供s o c k e t 网络连接， 对数据添加传送头，对数据进行校验。并提供网络异常情况下的自动重新连接等 功能。 2 ) 同志模块。提供对整个接入系统w a r i n g 和e r r o r 级别的同志打印， 查询等功能。 3 ) 配置管理模块。提供对接入系统的配置管理功能。用户可以通过配置 文件对接入系统的各种参数进行配置。 4 ) 平台消息编解码模块。由于任何协议的接入，都需要和业务运行环境 交互，因此对平台消息的编解码被作为一个通用的模块，放入了接入框架中。本 模块提供对平台消息的编解码功能。主要实现平台的x m l 语言描述的消息和接 入系统内部格式消息之问的转换。正由于采用了接入系统内部格式消息，平台消 息不需要向所有的协议消息进行转化，从而降低了平台消息编解码模块的开发难 度。 5 ) 状态监视模块。提供接入系统内部各个模块的状态信息。主要包括消 息队列的长度，各个自动机对象的状态信息，以及机器的c p u ，内存使用率等 信息。 4 3 9 多协议接入框架的整体结构 综上所述，多协议接入框架主要由反应器模块，自动机模块，其他的一些 公共模块，以及抽象协议层组成。同时一个完整的接入系统还包括各种具体的接 入模块。多协议接入框架的整体结构流程图如下： 北京邮l 乜人学网络与交换技术国家重点实验室 1 6 北京邮i u 人学硕i ：论义面向融合的业务、f 台中多协议接入框架的设计，j 实现 之乡 反戍器：事件多路分离部件 一 。太。 七号信令 s i p 接入 p a r l a y 接业务平台接命令行接 接入模块模块处理口接入模块口接入模块 口接入模 处理器器处理器处理器块处理器 弋过多一 消息投递及 转换模块 上 状态监消息队列 视模块 jk 1r 自动机对象业务运 l 行环境 一) 协议抽象层 自动机对象队列 、 七号信令接s i p 接入模p a r l a y 接 入模块协议块协议操作入模块协议 操作接口接口操作接口 图4 - 6 多协议接入框架的整体结构流程图 在检测到事件之后，事件多路分离部件将事件分离到不同处理器处理。处 理器通过消息投递与转换模块将消息投递到消息队列中。然后消息被取出并发送 给相应的自动机对象进行处理。自动机对象调用业务平台接口接入模块的处理句 柄或其他接入模块的协议抽象层接口处理句柄处理消息。上图反映了消息处理的 完整的流程，也是一条消息的整个生命周期。 下面是多协议接入框架整体结构的模块图： 北京邮也人学叫络j 交换技术围家晕点实验室 1 7 北京| | i i j l u 人学硕i ：论文面向融合的业务i ，台中多协议接入框架的改汁j 实现 接入系统 多协议接入框架 网络接口模块 反应器模块 日忐模块 自动机模块 配置管理模块 。协议抽象层i i 编解码模块 l ； 状态监视模块 介 电多 接入模块 七号信令接入模块 业务平台接口接入模块 s i p 接入模块命令行接口接入模块 p a r l a y 接口接入模块 图4 - 7 多协议接入框架的整体结构模块图 4 4 多协议接入框架的意义 多协议接入框架从架构的层次上解决了面对多种协议及接口的情况下，接 北京邮i 也人学网络与交换技术困家重点实验室 1 8 匏哀邮l 乜大学顿l ：论文殛肉融合的妲务、f 蠢中多协波接入框架姻设计1 j 实现 入系统的设计方案。对于任何协议的增添，框架保持不变，只是添加具体的接入 模块。更具体的讲，只是添加接入模块的三个主要功能部件：模块靛襁始化功熊 部件，模块的消息探测功能部件，模块的消息处理功能部件。 在接入框架启动时，在为具体的接入协议生成其处理器之后，会调用接入 模块的初始化功能部件，对接入协议进行初始化。初始化过程中所使用的参数主 要是通过配置管理模块从配置文件中读取。 框架的事件多路分离部件对事件的监测主要采用的是模块本身提供的消息 探测功能。并辅助以操作系统提供的事件多路分离函数，对i o 进行监测。主要 原因是不同协议的事件类型及层次不同。因此监测所采取的手段也不冈。对于特 定的协议，需要接入模块提供特定的消息探测功能。 当框架发现处理器上有活动发生时，会自动的调用处理器的处理句柄。而 这个处理的操作实际上是要考虑很多因素，包括会话实例的管理，消息的管理， 再细节一些还包括状态的维护，超时概制，消息编解码等等。因此这聚处理器的 处理旬柄调用的实际上是国动机模块的消息投递及转化模块。出整个囱动机模块 来对会话实例的管理，消息的管理等提供支持。从而大大降低单个接入模块的开 发难度，同时也减少了重复丌发的内容。 焉以上的掰个部分：反应器的事件派送和螽动褫的处理构成了整个接入框 架的核心。这也是任何一个接入模块如果要单独开发，必须要重新开发的部分。 与此同时大量的辅助性的功能也被包含在了接入框架之中，如网络接口模块，同 志模块，配置管理模块，平台消息编解码模块等。这样，一种新的协议接入的开 发工作量降低到不到原来麴四分之一。这正体现了接入框架的真征的意义所在。 北京i f | f f u 人学网络0 交换披术国家驻点实验室 1 9 裁寨睡 毡久学颤l ：论交囊囊融合熬媲务、乎蠹孛多协议接入框黎翰殴诗i 实现 5 ，l 引言 第五章各种接入模块的设计 各种其体熬搂入模块和上屡接入框架核心的接露主要集中在色动机模块秘 协议抽象层的协议操作命令接口上。各种接入模块的底层协议冬隧，操作流程不 同，所处的逻辑层次也不同。为了规范各个接入模块的丌发，从而方便的和自动 枫模块交互，协议撼象层定义了个统一静诱议操作命令接溺。任何新的接入方 式都必须豁合接岛对功能熬定义。所以任俺蓊的接入模块的_ 开发都是黧绕对这个 协议操作命令接口展开。 通过这种方式，接入框架实现了所需底层功能的功能集的划分。从而定义 了接入系统耩麓提供的功麓集。然焉这个功缝集邈是在不断的被扩展的。从当初 最为基本的呼曩q 控制类功能集，到后来的会议类功能集，到消息类功宾皂集和多媒 体会议类功能集，这种自上而下的功能集的添加没有对接入框架产生彳壬何影响。 接入框架不需要徽任何的修改就熊够适应功能的不断扩充。这也证明了接入框架 的扩震性和灵活性。 在具体接入模块对功能集的实现中，采用了o o 思想及多态机制。因此， 协议抽象层的协议操作命令接口类是以纯虚类的形式提供的。具体的接