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北京邮电大学硕上学位论文s c p 业务运行机制优化的设计与实现 s c p 业务运行机制优化的设计与实现 摘要 智能网( i n ，i n t e l l i g e n tn e t w o r k ) 是在原有通信网的基础上，为 了快速方便地提供新业务而设置的一层叠加网络。s c p ( s e r v i c e c o n t r o lp o i n t ) 网元节点是智能网中的核心网元，提供多种业务的执 行环境，存储业务数据和业务逻辑，针对不同的智能网业务选择和执 行相应的业务逻辑，控制业务交换点等网络实体的动作，从而实现业 务控制的功能。c m i n 0 2 系统是符合e t s ic a m e l 标准和中国移动 通信集团公司c 舢以e l 规范的移动智能网系统，目前已经在我国取得 了大规模商用。 随着智能网体系的不断发展，智能业务的不断更新升级，用户的 不断增长，作为核心网元的s c p 必然需要不断进步。不但要求s c p 要有更多新的功能，同时在性能方面也需要更强大的处理能力。本文 针对现有c m i n 0 2 s c p 业务运行机制中的不足设计并实现了一整套 优化方案，有效提高了s c p 的处理能力。 论文第一章介绍了智能网尤其是g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n s ) 移动智能网的相关概念及体系结构，并介绍了 c m 斟0 2 移动智能网系统。 论文第二章介绍了现有的s c p 业务运行机制，包括软件架构和 业务逻辑执行流程。在此基础上，指出现有业务运行机制存在三个方 面的缺点：系统中存在大量冗余的内部消息，无谓地消耗系统资源； 性能参数缺乏自适应能力，参数值均为固定设置；以及采用多进程负 荷分担工作方式带来的一系列问题。 论文第三章主要是针对系统中存在的大量冗余消息提出了去除 内部消息的方法。首先提出了两个初步想法，之后通过对比分析找到 了更为完善的业务分段轮询方法，并对此业务分段轮询方法进行了详 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室 北京邮电大学硕：t 学位论文s c p 业务运行机制优化的设计与实现 细设计与实现。最后与现有的业务运行机制进行了对比测试，并对测 试数据进行了分析。 论文第四章主要针对固定化的交互性能参数设定问题进行论述。 首先建立了系统的交互模型，并通过分析此模型找出影响整个系统性 能的最主要的性能参数。随后分析了这些主要性能参数的变化对系统 性能的影响，从而提出了根据系统繁忙程度动态设定性能参数的方 法，并论述其实现的关键点，最后进行了简单的测试论证。 论文第五章提出了多线程业务处理方式。首先论述了多线程工作 方式相对于多进程工作方式的优势，并根据系统的结构设计了多线程 方式下的并行工作模型。之后给出了多线程工作方式的总体设计，并 详细叙述了几个关键点的实现方法。最后进行了简单的性能测试。 论文最后对全文进行了总结，指出了文中的不足之处，并对下一 步的工作进行了展望。 关键词：s i b内部驱动消息参数优化多线程 北京t l l l j t l j , 人学叫络与交换技术固家重点实验室 北京邮电大学硕： 学位论文 s c p 业务运行机制优化的设计与实现 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f t h eo p t i m i z a t i o no f s e r v i c em e c h a n i s mi ns c p a b s t r a c t i n t e l l i g e n tn e t w o r k ( i n ) i sa n o v e r l a y n e t w o r ko v e r t e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s ，w h i c he n a b l e sn e ws e r v i c e st ob ep r o v i d e d r a p i d l ya n de f f i c i e n t l y s e r v i c ec o n t r o lp o i n t ( s c p ) i st h ec o r en e t w o r k e n t i t yi ni n ，w h i c hp r o v i d e se x e c u t i n ge n v i r o n m e n tf o rv a r i o u ss e r v i c e l o g i cp r o g r a m s ( s l p s ) ，a n ds t o r e ss e r v i c ed a t aa n ds l p s i tc a ns e l e c t a n de x e c u t ed i f f e r e n ts l p sa c c o r d i n gt od i f f e r e n ti ns e r v i c e s ，a n dc o n t r o l o t h e rn o d e si n c l u d i n gs e r v i c es w i t c h i n gp o i n t ( s s p ) t op e r f o r mt h e f u n c t i o no fs e r v i c ec o n t r 0 1 t h ec m i n 0 2s y s t e mi so n eo ft h em o b i l e i n t e l l i g e n tn e t w o r ks y s t e m s m e e t i n ge t s ic a m e ls t a n d a r d sa n dc m c c c a m e l s p e c i f i c a t i o n s c u r r e n t l y , i th a sb e e na p p l i e dc o m m e r c i a l l yo na l a r g es c a l e t h ea r c h i t e c t u r eo fi ni sd e v e l o p i n g ，a n dt h ei n t e l l i g e n ts e r v i c e sa r e u p d a t i n g ，a n dt h ea m o u n to fu s e ri si n c r e a s i n g s oa st h ec o r en e t w o r k e n t i t y , t h es c pm u s tb ep r o g r e s s i n g i tr e q u i r e st h a tt h es c pm u s th a v e m o r ef u n c t i o n sa n dm o r ep o w e r f u l c a p a b i l i t i e st op r o c e s si n t e l l i g e n t s e r v i c e s a ni n t e g r a t e do p t i m i z a t i o ns c h e m ew h i c hi m p r o v e ss c p s p e r f o r m a n c ei sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e da i m i n gt o t h ed e f e c t so f s e r v i c ep r o c e s si nc m i n 0 2 - s c pi nt h i st h e s i s t h e c o n c e p t s a n da r c h i t e c t u r eo fg l o b a l s y s t e m f o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n s ( g s m ) a sw e l la st h ec m i n 0 2s y s t e ma r ei n t r o d u c e di n 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室 t h r e ed e f e c t so fc u r r e n tm e c h a n i s m o fs e r v i c ep r o c e s sa r ep 0 i n t e d 。u tb a s e d 。nt h es 。脚a r ea r c h i t e c t u r e a n dt h ep r o c e s sn 。wo is e 1 c e l o g i ci nc m i n 0 2 s c p i nt h es e c 。n dc h a p t e r t h ej f i r s t d e f e c ti st h e r ea r e l o t so fr e d u n d a n c yi n n e rm e s s a g e s , t h e s e c 。n do n ei sm ek e yp 耐b ? p a r a m e t e r s a r ef i x 巩a n d t h el a s t o n e 。i st h ep r o b l 锄s o fu s l n g m u l t i o r o c e s s - t h e r - - t h i r dc h a p t e r i sf o c u s e do n h o w t o r e d u c e t h e 础以娜”眦e r 航v i n gm e s s a g e s b a s e d u p 。nt h ec 。m p a r a t i o nb e t w e e nm e 似。州h ? 出 p r e s e 二e da tt h eb e g i i l i l i n g ，ab e t t e rm e t h o d c a l l e ds e i s e g m e n t a t l o n 三0 1 li sp r o m p t e d ，f o l l 。w e db y t h ed e s i g na n “m p l 锄e n f 锄s m e t h o d ， zl a s t ：ac 。n t r a s t i v et e s tb e m e e n m en e wm e t h 。da n d t h ec u r r e n tu s e d o n ei sm a d ea n da n a l y z e d t h ef o n hc h a p t e ri s f o c l i s e do np e r f o r m a n c ep a r a m 阳& a 8 弘? i n t e r c 。m m 眦i c a t i 。nm 。d e l 。f c m i n 0 2 - s c pi sb u i l ta n d 砌y z ，t o n ! 。u tt h ek e yp a r a m e t e r s a 【1 dt h e n ad y n a m i cm e t h 。dt 0c 。n f i g u r e t h e v a l u e 。ft h ek e yp a r a m e t e r sa c c 。r d i n g t ot h es y s t 锄l 。a d i s d r e s e n t e ，d t h ek e yp 。i n t si n 也ei m p l e m e n t a t i 。n 。f t h e m e t h 。da r ei 础峨锄d a s i m d l et e s ti sc a r r i e do n t h ef i 触c h a p t e ri sf o c u s e d o nm u l t i t h r e a d t h ea d v a n t a g e o fu s i n g 删l t i t h r e a di s d i s c u s s e d ，a n dap a r a l l e lp a t t e r nt o g e t 胁w i m1 t s 吼撒 s t m c t u r ei sg i v e n t h e n t h ek e yp c i i n t s i nm ei m p l e m e n t 纰1 眦 d e s c r i b e di nd e t a i l a tl a s tas i m p l e t e s ti se x e c u t e d t h et h e s i si ss u m m 撕z e da n d t h es c p so p t i m i z a t i o ni nt h e 如t u r e w o r ki sp r o s p e c t e di nt h e l a s tp a r t k e yw o r d s ：s i b i n n e rd r i v i n gm e s s a g e i v p a r a n l e t e ro p t i m i z a t i o n m u l t i t h r e a d 北京邮电犬学网络与交换技术国家重点实验室 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果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 关于论文使用授权的说明 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间论文工作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 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期：望型盟丛握zp 日期：趾壁：三：二 北京邮电大学硕士学位论文s c p 业务运行机制优化的设计与实现 j 上- - 一 刖吾 智能网( i n t e l l i g e n t n e t w o r k ，i n ) 是在原有通信网的基础上，为了快速方便 地提供新业务而设置的一层叠加网络。作为智能网中的核心设备，s c p ( s e r v i c e c o n t r o lp o i n t ) 必须适应通信网呼叫多、话务量大的特点。由于其主要功能为执 行业务逻辑对呼叫进行控制，那么如果能对业务运行机制进行合理的优化，必然 可以提高s c p 的呼叫处理能力，更好地挖掘当前网络上的可用资源，使这些资 源得到更充分的利用，服务更多的用户。 在研究生学习期间，作者在本实验室从事的研发工作主要包括： i n m i v 2 0 ( i n t e l l i g e n tn e t w o r km a n a g e m e n ti n t e r f a c e ) 系统中s c pn e ( s e r v i c ec o n t r o lp o i n tn e t w o r ke n t i t y ) 模块的设计与实现，以及运营维 护工作； c m i n 0 2 s c p 系统中后台软件架构的优化，以及s c f 模块性能的优化； 移动智能网业务自动化测试系统的设计与实现； 参与c m i n 0 2 - s c p 系统与o c s ( o n l i n ec h a r g i n gs y s t e m ) 系统融合计费 项目，设计并实现了相关的业务功能块。 以上研发工作均围绕智能网s c p 系统，所做工作包括系统架构的设计与完 善、业务提供平台性能的增强以及维护运营支撑系统的设计和实现。因此，作者 对移动智能网s c p 系统领域的技术和存在的问题有比较深刻的认识。在此基础 上，作者对现有的s c p 业务运行机制提出了优化方案，并完成了优化方案的设 计实现以及大部分测试工作。 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室 北京邮 乜人学硕卜学位论文s c p 业务运行机制优化的设计j 实现 第一章智能网及g s m 移动智能网 1 1 智能网概念 智能网f l 】【2 】是在原有通信网的基础上设置的一层叠加网络，是快速、方便、 经济、灵活、有效地生成和实现各种新业务的体系结构。其目标是为现在、未来 的所有通信网络服务，包括电话网( p s t n ) 、综合业务数字网( i s d n ) 、移动通 信网( g s m ，c d m a 等) 、宽带综合业务数字网( b i s d n ) 、因特网( i n t e m e t ) 等等，不断为各种网络提供满足用户需要的新业务。智能网与现有通信网的关系 如图1 1 所示。 s c p 业务控制点 s d p 业务数据点 口 智能外设 s s p 业务交换点 图1 1 智能网与现有通信网的关系 智能网可按照其所服务的通信网络划分为固定智能网、宽带智能网、移动智 能网等。本论文中研究的智能网主要是移动智能网。 在i t u ti nc s 1 建议中，给出了智能网的概念模型( i nc o n c e p tm o d e l ， i n c m ) ，用于i n 体系结构的设计和描述。i n c m 本身并不是一个体系，它只是 设计和描述智能网体系的一个框架。从原则上讲，i n c m 不但适用于c s 1 ，也 适用于智能网的其它能力集。如图1 2 所示，i n c m 由四个平面组成，每一个平 面分别面向不同的相关人员，概括地表达了由智能网所构成的网络在不同方面所 提供的能力。这四个平面分别为： 1 ) 业务平面( s e r v i c ep l a n e ，s p ) ：从业务用户和业务提供者的角度出发，是 面向业务的视图。每种业务由一个或多个业务特征( s e r v i c ef e a t u r e s ，s f s ) 构 北京邮f 乜人学嘲络与交换技术国家重点实验室 北京邮电大学硕士学位论文 5 c p 业务运行机制优化的设计与实现 成。在i n 的业务平面中把业务细分成业务特征是出于模块化和重用化的考虑。 2 ) 整体功能平面( g l o b a lf u n c t i o n a lp l a n e ，g f p ) ：面向业务的设计者，它将 i n 的结构网络看成一个完整的实体，由与业务无关的构件( s e r v i c ei n d e p e n d e n t b u i l d i n gb l o c k ，s i b ) 构成业务。 3 ) 分布功能平面( d i s t r i b u t e df u n c t i o n a lp l a n e ，d f p ) ：面向智能网的设计与 实现者，它模拟了i n 结构网络的分布式视图。其中的单元称为功能实体( f u n c t i o n e n t i t y ，f e ) ，一个或多个功能实体动作( f u n c t i o ne n t i t y a c t i o n s ，f e a s ) 及功能 实体间的信息流( i n f o r m a t i o nf l o w s ，i f s ) 构成s i b ，提供给业务设计者。 4 ) 物理平面( p h y s i c a lp l a n e ，p h p ) 面向网络运营者和设备提供者，它模拟 i n 结构网络的物理内容，识别可存在于实际i n 结构网中的不同物理实体 ( p h y s i c a le n t i t y ，p e ) 和规程，说明哪个f e 在哪个p e 中实现。 1 2 智能网体系结构 图1 - 2 智能网概念模型 智能网的体系结构如图1 - 3 所示，包括i p ( i n t e l l i g e n tp e r i p h e r a l ，智能外设) 、 s s p ( s e r v i c es w i t c h i n gp o i n t ，业务交换点) 、s c p ( s e r v i c ec o n t r o lp o i n t ，业务 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室 北京邮电人学硕：卜学位论文s c p 业务运行机制优化的设计与实现 控制点) 、s m p ( s e r v i c em a n a g e m e n tp o i n t ，业务管理点) 、s m a p ( s e r v i c e m a n a g e m e n ta c c e s sp o i n t ，业务管理接入点) 、s c e ( s e r v i c ec r e a t i o ne n v i r o n m e n t ， 业务生成环境) 等节点。 图1 3 智能网体系结构 一般地，一项新业务由s c e 生成，经过验证后由s m p 提交给s c p 。业务在 s c p 内执行，业务的一次执行由s c p 与s s p 共同协作完成。i p 提供智能网业务 所需的专用资源。在业务执行的过程中，s c p 控制i p 向用户播放录音通知和收 集拨号数据等。此外，智能网体系结构中还包含s m a p ，向用户提供接入到s m p 、 对智能网业务及节点进行管理的接口。其中，s c p 网元是整个智能网的核心网元， 负责业务逻辑的执行，本文主要围绕s c p 系统进行论述。 i n 结构网中，s c p 与s s p 、i p 通过标准s s 7 互连，完成业务的呼叫控制； s c p 与s m p 可以通过公用数据网( 如x 2 5 ) 或高速局域网( l a n ) 连接，完成 系统的业务管理、网络管理及接入管理的控制。 1 3 智能网特征 智能网技术能够得到i t u t 等标准化组织的大力支持，并在固定网络和移 动网络上成功地实现了商用，主要是由于智能网自身吸收了许多先进的技术和思 想。智能网具有以下决定其成功的特征： 网络交换功能同业务控制功能的分离 传统交换机软件既负责呼叫控制又负责承载控制。在智能网出现以前，开发 新业务的方法是：每增加一种新业务，网络中所有交换机都需要增加相应软件模 北京邮电人学网络与交换技术国家重点实验室 北京邮电大学硕士学位论文 s c p 业务运行机制优化的设计与实现 块。由于交换机数量十分庞大，而且型号各异，交换机的原理、结构、设计方法 和软件都各不相同。因此，每增加一种新业务，必须对网络中所有交换机的软件 进行修改。这样做不但工作量大，而且涉及面广。有些交换机还受到设计上的局 限性限制，仅仅修改软件无法实现新业务；即便是能实现，但由于实现的费用高、 周期长、可靠性差，新业务推广进程非常缓慢。智能网将网络的交换功能和控制 功能分离，把原来位于各个交换机上的业务控制功能集中到新的功能部件( 业务 控制点) 上，而让原有的交换机仅完成基本的交换和业务接入功能，不必为新业 务的引入作任何改动。这样，网络的业务控制功能集中到了业务控制点而不再分 散在各个交换机上，可以快速和方便地加载和修改业务。 方便地生成新的业务的能力 智能网采用了模块化的设计思想，将实现业务的基本功能分成与业务无关的 构件( s i b ) ，如运算、筛选、计费、限制翻译等。s i b 是独立于业务的，可以重 复使用。s i b 的各种不同组合可以组成不同的新业务。s i b 的引入简化了业务的 实现，提高了业务提供和修改的速度。需要生成新的业务时，根据新的业务逻辑， 将已有的s i b 连接，即构成新的业务。将新的业务逻辑和业务数据加载到智能网 设备上，即获得新的业务。另外，在智能网的体系中配有业务生成环境( s c e ) ， 利用s c e 可以方便地开发新的业务。 业务的集中控制和管理 在实现了网络交换功能同业务控制功能的分离后，业务得以集中控制和管 理。业务数据保存在大型集中式数据库中，业务数据得以维护和存储。这种集中 的方式体系结构简单、维护方便，是智能网产品得以迅速应用的重要因素，但这 种集中的方式可能会造成智能网系统性能和可靠性的瓶颈。 1 4g s m 移动智能网 移动智能网技术是随着移动通信系统的发展而发展的。随着第二代移动通信 网的迅猛发展和移动通信业务的迅速增长，用户对移动通信提出了更高的要求， 移动通信运营商之间的竞争也日趋激烈，这使得各移动通信运营商迫切需要推出 移动智能业务，从而刺激了移动智能网的发展。 移动网的标准与智能网的标准侧重点不同，智能网的标准主要为用户提供增 值业务，而移动网络的目标是无论用户在什么位置，是否处于移动当中，均要为 最终用户提供电信业务。二者既有区别又有联系。而智能化、个人化、宽带化是 整个通信发展的方向，移动网与智能网最终应趋于融合。第三代数字移动通信网 是移动通信网发展的方向，而第三代数字移动通信网网络侧的一个重要特征就是 智能网和移动网的综合。但是要实现移动网与智能网的综合还有很长的路要走， 北京邮电大学嗍络与交换技术国家重点实验室5 北京邮电人学硕士学位论文 s c p 业务运行机制优化的设汁与实现 实现移动网与智能网的互连是实现综合的第一步，而且也可以较快地满足市场对 移动增值业务的需求。因此，在第二代移动通信系统中，许多电信厂商和标准化 组织都纷纷推出了移动网与智能网互联的标准或方案，其中应用最广的就是 e t s i 的c a m e l ( c u s t o m i z e da p p l i c a t i o n sf o rm o b i l en e t w o r ke n h a n c e dl o g i c ， 移动网络增强型逻辑的客户化应用) 标准和a n s it i a e i a 的w 玳( w i r e l e s s i n t e l l i g e n tn e t w o r k ，无线智能网) 标准。基于c a m e l 和w i n 标准的移动智能 网产品已在世界范围内得以应用，为运营商带来了巨大的经济利益。 1 5c m i n 0 2 移动智能网系统 c m i n 0 2 移动智能网系统【3 】是北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室 和东信北邮信息技术有限公司开发的具有完全自主知识产权的移动智能网产品。 该系统符合e t s ic a m e l 2 标准以及信息产业部、中国移动通信集团公司制定的 移动智能网协议规范、业务规范和设备规范，能够适应我国移动通信网上设备来 自多个厂家的情况，提供全网漫游的预付费业务及多种移动智能业务。自1 9 9 7 年形成第一个产品版本以来，c m i n 0 2 系统已顺利通过了中国移动通信集团公司 组织的有效性测试、设备测试、业务测试及与多厂商的移动平台的兼容性测试， 并已先后应用于江西移动、安徽移动、天津移动、海南移动、四川移动等十多个 省的移动通信网上，而且已经打入了国际市场。 c m i n 0 2 移动智能网系统根据l t u t 智能网相关建议的思想，除提供e t s i c a m e l 规范所规定的g s m s c f 、g s m s r f 功能实体外，还提供s m f 、s m a f 、 s c e f 等功能实体，其中： g s m s c f ：业务控制功能。包含c a m e l 业务逻辑，用于实现移动智能业 务，与g s m s s f 、g s m s r f 和h l r 之间有接口。随着功能的不断增强，目前又增 加了与o c s 之间的接口。 g s m s r f ：特殊资源功能。提供语音收发、拨号接入等多种特殊资源，它 和g s m s c f 和m s c 之间有接口。 s m f ：业务管理功能。对移动智能网系统及业务进行管理。 s m a f ：业务管理接入功能。对业务管理功能进行接入。 s c e f ：业务生成环境功能。提供新业务的生成环境。 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室 北京邮电大学硕士学位论文 s c p 业务运行机制优化的设计与实现 第二章现有业务运行机制分析 2 1 现有业务运行机制简介 2 1 1c m i n 0 2 s c p 软件架构简介 在移动智能网中，s c p 实现了业务控制功能，是整个移动智能网系统的核心。 它提供了业务逻辑的执行环境，存储业务数据和业务逻辑，可以针对不同的智能 业务选择和执行相应的业务逻辑，控制s s p 的动作，以实现智能业务的执行和 控制。s c p 通过信令网与s s p 相连。s c p 可以通过信令网接入到s d p 的数据中， 也可以直接接入。在目前的实现中，通常s c p 与s d p 合设，一个s c p 中含有 s c f 和s d f 两个功能实体。其中，s c f 实现对智能业务的控制功能；s d f 保存 并管理智能业务的业务数据、用户数据、网络数据和资费数据等，s c f 利用这些 数据实现控制功能。 在c m i n 0 2 - - s c p 中，s c p 的系统进程可以分为两部分：前台进程和后台进 程。s c p 系统的软件结构如图2 一l 所示。 i l l s c p 么0 i i 匝籀曲国囱囱囱 f i f 0 一 s h a r e c r o a t a 一一一$ o c k o t一7 一d a t a b a s e f l j o o e s 8 图2 - 1c m i n 0 2 s c p 系统软件结构 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室 北京邮电大学硕k - 学位论文 s c p 业务运行机制优化的设计与实现 前台进程主要负责直接与外部功能实体交互。包括从外部功能实体接收消 息，对消息作适当处理后转发给后台处理；把从后台收到的消息作适当处理后， 发送给外部功能实体。 后台进程主要负责具体的消息处理，进行业务逻辑的调用执行等。 除了前台和后台的进程之外，c m i n 0 2 s c p 中还包含一些监控与维护工具， 用于监控系统状态和维护系统。 为简便起见，下文中不引起歧义的情况下，“c m i n 0 2 s c p ”均写为“s c p ”。 下面分别对前台进程和后台进程进行详细介绍。 2 1 i i 前台进程 前台进程主要为n 7 s e r v e r ，负责与七号信令网上的各个实体进行交互，包括 s s p 、v c 、h l r 、独立i p 等。在s c p 中，n 7 s e r v e r 直接从七号平台上接收外部 实体发来的t c a p ( t r a n s a c t i o nc a p a b i l i t i e sa p p l i c a t i o np a r t ) 消息【4 】，经过适当处 理，转发给后台进行进一步的处理；同时，从后台接收消息，发往相应的外部实 体。 另外还有一些负责与非七号信令网元通信的进程，也可归为前台进程部分， 包括： 短消息前端进程：与短消息中心( s h o r tm e s s a g es e r v i c ec e n t r e ，s m s c ) 连接，采用扩展了的s m p p 协议进行交互。 s c 接口进程：与运营支撑系统( b u s i n e s so p e r a t i o ns u p p o r ts y s t e m ， b o s s ) 连接，采用m m l 语言交互。 s m p - s m p 与s c p 之间采用内部协议交互，s m p 可以向s c p 发送管理 命令以及一些业务消息。从s c p 侧接口进程的角度来看，s m p 与其它 处于前端的进程地位相同。 随着智能网业务的不断升级，智能网本身的功能也需要加强，并与新的 网元交互，也就需要增加新的接口。如图中的o c s 接口进程负责与在 线计费系统( o c s ) 连接，采用d i a m e t e r 协议进行交互【5 1 。 2 1 1 2 后台进程 如图2 1 所示，后台由包括在图中命名为b e p 的圆矩形内的多个进程组成， 包括： i n i n i t 进程：后台启动进程。它负责创建m a n a g e r 、a l a r m 、s c f _ s y n c 三 个进程，并且随时监视它们的运行状态。如果发现异常，会对它们进行 北京邮电大学网络0 交换技术国家重点实验室 北京邮电大学硕士学位论文s o p 业务运行机制优化的设计与实现 重启。 m a n a g e r 进程：为了充分利用系统资源，处理消息的s c f 进程一般需要 启多个。m a n a g e r 负责创建多个s c f 进程，并且具有以下功能： s c f 进程的管理功能。根据例检消息判断s c f 的状态，如果出 现异常，则将s c f 进程重启。 前台进程的接入功能。m a n a g e r 作为服务器端，接收前台各种进 程的连接。 消息分发功能。在s c f 与前台进程之间的一次对话有多条消息 交互的情况下，保存s c f 进程标识与其所处理对话的对话号的 对应关系，以进行消息的分发。 流量控制功能。根据配置，当流量超过门限阀值时启动流量控制， 损失掉部分呼叫。 负载均衡功能。对于从n 7 s e r v e r 接收到的对话消息，如果是开 始消息，则按负载均衡原则进行分发，否则按照对话号与s c f 进程标识的对应关系分发。 s c f 进程：s c p 软件的主体，负责业务逻辑的解释执行，接收并处理s s p 的操作，完成数据库的访问，并进行自身的管理与统计信息的提供等。 为了提高系统的性能，s c f 采用多进程方式，各个s c f 进程之间通过共 享内存进行通信。后文中的s c f 均指s c f 进程而非业务控制功能。 s c fs y n c ：与s c f 之间通过基于共享内存的消息队列通信，利用s o c k e t 与s m p 侧的s m p s y n c 连接，两者共同完成s c p 与s m p 数据的同步功能。 a l a r m ：负责告警处理。后台的所有进程通过f i f o 与a l a r m 进程通信， 把告警信息发送给a l a r m ，由a l a r m 进程进行统一处理。 2 1 2s c f 进程结构 由上文的叙述可知，s c f 进程在后台各个进程中处于核心地位，同时在整个 s c p 系统中也是处于核心地位，是最终执行业务逻辑的进程。本文对业务运行机 制的优化都是基于该进程进行的。以下着重介绍一下该模块。 s c f 进程的总体对象模型如图2 2 所示。在图中的每个方框代表程序运行中 的一个对象，方框中的文字是对象类的名称。方框之间的连线表示在两个对象之 间有着明确的关系，这种关系一般是指互相调用对方的某些成员函数或者通过消 息队列互相传递消息。s c f 进程主要分为通信模块、任务调度模块、业务逻辑执 行模块，这三个模块在图2 2 中均用虚线圆矩形框进行了标注，框内包含该模块 中主要的类，以下逐一介绍： 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室9 北京邮电人学硕上学位论文 s c p 业务运行机制优化的设计0 实现 i 鬓燃势缀j 图2 2s c f 进程的总体对象模型 通信模块：主要负责对外的消息发送和接收。s c f 进程与不同的功能实体之 间采用不同的通信方式和协议。例如：s c f 和s s f 之间采用基于七号信令的 c a p ( c a m e la p p l i c a t i o np a r t ) 协议进行通信，s c f 和s m f 之间采用基于 t c p i p 的内部协议进行通信。通信模块需要根据消息的源目的地址选择相 应的协议进行消息的接收和发送。 任务调度模块：s c f 进程是一个典型的多任务应用。首先，每个呼叫的处理 过程之间本质上是并发的。除了呼叫处理之外，s c f 进程还要执行若干个其 它任务，它们之间也是并发的。在s c f 进程内部，首先采用非强占轮转执行 的方式，即在主循环中轮流执行每个任务，实现了伪并发的基本多任务调度 机制。在此基础上，又引入了通用自动机的概念，并利用基本多任务调度机 制实现了消息驱动方式的自动机多任务调度机制，从而使s c f 进程上层功能 的实现难度大大降低，该过程将在下文中重点介绍。s c f 进程主要通过四个 对象完成任务调度：一个调度总控对象，三个队列( 自动机队列、消息队列 和定时器队列) 。 业务逻辑执行模块：在s c p 系统中，业务逻辑的执行功能由有限状态自动机 实现。在s c f 中，每个有限状态自动机代表一路呼叫，并在其创建后根据用 户信息选择一个业务逻辑执行，这些加载到s c p 上待选择的业务逻辑是用 s i b 链的形式表示的。 北京邮电人学网络与交换技术国家重点实验室 北京邮电大学硕：l ：学位论文s c p 业务运行机制优化的设计与实现 2 1 3 智能网业务逻辑与s i b 正如第一章介绍，s i b 是与具体业务无关的独立功能块，在智能网的概念模 型中处于整体功能平面。s i b 在实现上是一个单起始状态多终止状态的有限状态 自动机。如果在该s i b 内部还需要接收外部消息，则还要在有限状态自动机中增 加相应的状态。 而智能网业务逻辑就是业务逻辑编写者根据运营商提供的业务规范，通过使 用某种业务逻辑描述语言，将各个s i b 进行串联而成。业务逻辑s i b 链上的所 有s i b 对应的有限状态自动机合并成一个完整的有限状态自动机。对于s i b 链 上相连的两个s i b ，前一个s i b 的出口对应的状态和后一个s i b 入口对应的状态 合并成一个状态。这样由s i b 链就可以构造出对应的业务逻辑的有限状态自动 机。业务逻辑执行模块的对象模型如图2 3 所示。 t s l p 黼 n r o f s e r v i c e e c t s e r v i c e l o g i c ( i ns e r v i c e k e y ) t s l p t d p t a b l e a h c l p l d 鲁d p n u m b e r 喜d p l n s t e p 】 c e k e y s l p s t e p ( ) t sl p s t e p s t e p l d s t p s i b i d n e x t s l p s t e p f 】 - t o d o ( 1 t s l b s s 0 t o d o ( ) t f s m 传m l n s t a n c e e v e n t ( ) t s c s 黼 s i b s t a t e s l p s t e p l d d i s a b l e e d p e v e n t c u r r e n t e r r o r o u t 静态c c 8 数搬 动态c c 8 数锯 - e v e n t ( 1 。i n t e r r e p t ( ) p u t c c b v a l u e ( g e t c c b v a l u e ( ) t s t a r t s s d |it a l g o r i t hm s s d t o o o ( )t o d o ( ) 图2 3 业务逻辑执行模块静态对象模型 北京邮电大学网络与交换技术国家晕点实验室 北京邮电大学硕上学位论文 5 c p 业务运行机制优化的设计与实现 对象模型中主要包括七个类：业务逻辑管理类t s l p m ，业务逻辑类t s l p ， 有限状态机类t f s m ，业务控制自动机类t s c s m ，e d p 事件表类t e d p i a b l e ， 业务逻辑单步骤类t s l p s t e p ，s i b 类t s i b s s d 。其中t s c s m 类为t f s m 类的 子类，负责执行业务逻辑，为简便起见，下文中不引起歧义的情况下，t s c s m 类自动机简称为自动机。 s c f 采用多进程方式，但业务逻辑在各s c f 进程中通过使用共享内存实现 共享，也即类图中的t s l p m 只有唯一实例，且生成在共享内存中。虽然业务逻 辑在各s c f 进程间共享，但是业务逻辑执行过程中涉及的业务数据是每个自动 机单独维护的，在自动机创建并且按照用户信息选择了业务逻辑后，每个自动机 会根据选择的业务逻辑初始化只归自己所有的业务数据，即图中t s c s m 类属性 部分中的c c b 变量。 2 1 4 业务逻辑执行流程 2 1 4 1 消息流 在现有业务运行机制下，业务逻辑在s c f 中的执行采用完全的消息驱动方 式，而这里的消息分为两种：外部消息和内部消息。外部消息是指从s c f 以外 的智能网功能实体获取的消息，其中最主要的就是从七号信令网上接收的c a p 消息。而内部消息指的是s c f 内部自己产生的消息，并且仅在s c f 内部使用， 其中最主要的是内部驱动消息，此消息在s c s m 自动机执行完一个完整的s i b 工作后产生，仅用于s i b 链的驱动。无论是内部消息还是外部消息，在s c f 内 都被统一包装成t m s g 类，并存放在消息队列中。消息流在s c f 进程中的具体 处理过程如图2 4 所示。 s 汀内酃漉) , 3 1 s 的磷。酝叫接收外部功缝寓诈潲慰 一一一s