（通信与信息系统专业论文）基于isdn和x25多业务终端承载系统的研究和实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 近几年来，随着互联网的迅猛发展，人们已经能在办公室或者家中享受到 i n t e m e t 的信息服务，但由于网络接入点的限制，对于用户随时随地的信息需求尚无 法满足。基于此现状华中科技大学电信系和武汉精伦电子有限公司在i c 卡公用 电话的基础上，合作开发了具有语音业务、浏览网页、收发e m a i l 等多种功能的多 业务信息终端。课题组承担了信息终端软件系统中的核心部分i s d n 信令和承载通 道子系统的设计与实现。本文是对子系统中i s d n 协议栈物理层和x 2 5 虚电路承载 i p 数据设计和实现的总结。 文章首先概述了i s d n 的产生背景、主要特点、发展情况和应用优势，并简单 介绍了本文的研究内容。接着综合国内外相关的文献资料，介绍了i s d n 和x 2 5 相关协议，并重点分析了物理层激活去激活过程和d 通道i s d n 虚电路承载业务。 在此基础上，提出了子系统总体设计方案，并进行了分析说明。然后进入到本文的 重点：i s d n 协议栈物理层和x 2 5 虚电路承载i p 数据的设计与实现。 fi s d n 协议栈物理层是整个协议栈的基础，其方案包括以下几个方面：( 1 ) 按 照i s d n b r i c k _ s 软件包的结构和规范设计的物理层框架；( 2 ) 使用有限状态机 实现物理层链路管理；( 3 ) p p p 数据经过i s d n 协议栈物理层的传输：( 4 ) 物理层 与驱动程序的接口。? - - x 2 5 虚电路承载i p 数据是把x 2 5 虚电路作为i p 数据传输的隧道，通过隧道 技术实现的。具体来说，在m 层和x 2 5 分组层之间引入了x 2 5 网络接口程序x p 来负责隧道技术的实现，包括以下几个方面：( 1 ) x 2 5 虚电路的通信过程，包 括虚电路的建立，数据传输和虚电路的拆除；( 2 ) x p 作为t c p i p 网络设备，和 t c p i p 之间的接口通信的实现；( 3 ) i p 包缓冲区和x 2 5 数据原语间消息格式的转 换。 最后论述了i s d n 协议栈物理层和x p 的测试方案和测试过程，并对测试结果 进行了评价。 【关键词】综合业务数字网，分组交换网，虚电路，隧道技术 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t l lt h ed e v e l o p m e n to fi n t e r n e ti nr e c e n ty e a r s ，p e o p l ec a r l _ e n j o yt h ei n f o r m a t i o n s e r v i c ei nt h eo f f i c eo ra th o m e b e c a u s eo f t h er e s t r i c t i o no f a c c e s sp l a c e s 。i ti su n a b l et o m e e tt h e r e q u i r e m e n t o fa c q u i r i n gi n f o r m a t i o nw h e n e v e ra n dw h e r e v e r s oe i d e p a r t m e n to fh u s tc o o p e r a t e sw i t hw u h a l lj i n g l u n e l e c t r o n i ci n c i nd e v e l o p i n g t h em u l t i s e r v i c ei n _ f o r m a t i o nt e r m i n a l ，w h i c hc a l lp r o v i d em o r es e r v i c e ss u c ha sv o i c e ， w e b ，e m a i l ，e t c w ea r ei nc h a r g eo f t h es y s t e mo fi s d n s i g n a l i n ga n db e a r e rc h a n n e l a n di ti st h ec o r eo ft h ei n f o r m a t i o nt e r m i n a l ss o f t w a r e t l l i st h e s i sd i s c u s s e st h e p h y s i c a ll a y e ro fi s d np r o t o c o ls t a c ka n dt h eb e a r e rs e r v i c eo fi pp a c k e t sv i ax 2 5 v i r t u a lc i r c u i t t 1 1 i st h e s i s f i r s t l y s u n m m r i z e st h e i s d n i n c l u d i n gt h eb a c k g r o u n d i t sm a i n c h a r a c t e r i s t i c t h eg r o w t ha n dt h ea d v a n t a g e si np r a c t i c e r e f e r e n c i n gan u m b e ro f d o c u m e n t s ，i ti n t r o d u c e sas e r i e so fp r o t o c o l sa b o u ti s d na n dx 2 5 ，e s p e c i a l l yt h e a c t i v a t i o n d e a c t i v a t i o np r o c e d u r ea n dt h eb e a r e rs e r v i c ev i ai s d nv i r t u a lc i r c u i t b a s e d o nt h ea b o v e ，w ep r e s e n tt h es y s t e ms c h e m ea n dt h e ne n t e rt h ee m p h a s e s ：t h ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o n o f t h e p l a y s i c a ll a y e ra n d t h eb e a l rs e r v i c eo f i p p a c k e t s t h ep h y s i c a l l a y e ri s t h eb a s eo fe n t i r ei s d np r o t o c o ls t a c k i ti n c l u d e st h e f o l l o w i n gp a r t s ：f 1 ) t h e f r a m e w o r ko ft h e p h y s i c a ll a y e r w h i c hc o n f n , m st ot h e i s d n b r i c k ss o f t w a r ek i t ；( 2 ) t h ef s mo ft h ep h y s i c a ll a y e r ；( 3 ) t h ed a t at r a m s f e ro f p p pf t a l n et h r o u g ht h ep h y s i c a ll a y e r ；( 4 ) t h ei n t e r f a c eb e t w e e nt h ep h y s i c a ll a y e ra n d t h eh a r d w a r ed r i v e r t h eb e a r e rs e r v i c eo f 口p a c k e t si sr e a l i z e db yt h er l n n e lt e c h n i q u e w h i c ht r e a t s x 2 5v i r t u a lc i t e u i ta st h et u n n e lo fi pd a t at r a n s f e ni nf a c t t h en e t w o r ki n t e r f a c e p r o g r a m ( x p ) p e r f o r m st h et u n n e lb e t w e e n t h ei pl a y e ra n dx 2 5p a c k e tl a y e nx pc a nb e d i v i d e di n t os e v e r a lp a r t s ：( 1 ) t h ec o m m u n i c a t i o np r o c e d u r eo fx 2 5v i r t u a lc i t e u i t i n c l u d i n gt h ee s t a b l i s h m e n tp h a s e ，t h ed a t at r a n s f e rp h a s ea n d t h ec l e a r i n gp h a s e ；( 2 ) t h e i n t e r f a c eb e t w e e nx pa n dt c p ，m ；( 3 ) 也ef o r m a tc o n v e r s i o nb e t w e e nt h ei pb u f f e r s t r u c t u r ea n dt h em e s s a g es t r u c t u r e a tl a s t , w ed i s c u s st h et e s to ft h ep h y s i c a ll a y e ra n dx p , w h i c h i n c l u d i n gt h et e s t s c h e m e sa n dt e s tp r o c e d u r e s ，a n dg i v et h er e s u l t s k e y w o r d ：i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ( i s d n ) ，p a c k e t - s w i t c h i n gn e t w o r k ， v i r t u a lc i r c u i t ，t h et u n n e l t e c h n i q u e i i 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 随着信息技术特别是以i n t e m e t 为代表的数字化信息网络技术的迅猛发展，早 期的按照各种电信业务需求建立起来的电话网，电路交换网和分组交换网等专门的 通信网已经不能满足信息传递和处理的要求。由于每种通信网都是按照某种专门业 务设计的，传输速率和特性都不相同，专网之间都相对独立，网间通信只能靠网关 ( g a t e w a y ) 设备，这种用专门的网络提供不同业务的组网方式使得用户线利用率低， 业务扩展能力差，管理不便。为了克服上述的缺点，必须改变网络间的隔离状况， 用一个单一的网络提供各种不同的业务，实现完全的开放系统互联和通信。综合业 务数字网i s d n ( i n t e g r a t e d s e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ) 就是满足这样业务需求的一种 网络【l 】。【3 】o i s d n 提出于1 9 6 7 年，但直至1 9 8 0 年才有明确的定义。国际电话电报咨询委 员会c c r r t 定义i s d n 为：“i s d n 是以提供了端到端的数字连接的综合数字电话网 i d n 为基础发展而成的通信网，用以支持包括话音及非话在内的多种业务，用户通 过一组有限的标准多用途的用户一网络接口接入网内1 4 j j 。从定义中可以看出i s d n 具有如下特性： ( 1 )数字化的传输 i s d n 是一个数字化网络，在网络中，一切信号都以数字形式进行传输和交换。 在用户侧，把各种数据通过终端设备转换成数字信号，通过用户一网络接口送入到 网络进行传输和交换。i s d n 在用户网络接口上专门定义了一个信令通道一d 通道， 它用于用户和网络之间传送信令。 ( 2 )多种综合的业务 由于i s d n 实现了端对端的数字连接，所以能够支持包括话音、数据、文本和 图像等各种综合业务。从理论上来说，只要满足速率要求的业务都可以在i s d n 中 实现。 ( 3 )标准多用途的入网接口 多用途是指入网接口对各种业务是通用的，不同的业务和终端可以经过同一个 接口接入到i s d n 。多用途的接口使得i s d n 中的所有业务都可以使用同一个编号 计划，把号码分配给一个用户一网络接口，各种终端通过这个接口接入网内，实现 不同的业务。 自从7 0 年代中期i s d n 标准化过程开始以来，发达国家就在i s o n 的设备、软 华中科技大学硕士学位论文 件开发和其它方面进行了大量的投资。到了8 0 年代，世界上很多国家的i s d n 有了 明显进展，法国于1 9 8 7 年开始将i s d n 投入商用，紧跟着，美国、德国和日本也纷 纷开通了i s d n 业务”1 。有资料显示：到2 0 0 0 年为止，世界上基本接入的用户数达 2 0 0 0 万个，一次群接入端口数也达到了6 0 万个。 我国从“七五”开始对 s d n 关键技术进行攻关，“八五”进一步开展了i s d n 实用 化装各的研制，于1 9 9 5 1 9 9 6 年取得突破性进展，先后完成i s d n 成套设备的研制 并进行了现场试验。到目前为止，国内主要通信设备制造商华为、中兴、金鹏等研 制的国产程控数字交换机均己具有i s d n 功能：用户一网络终端设备( n t i ) 、终端适 配器( t a ) 、多功能用户终端、i s d n 路由器等也已陆续实现国产化。 目前定义的i s d n 有两种，一种是窄带i s d n ，以6 4 k b i “s 通道为基本交换单 位，面向电路交换：另外一种是宽带i s d n ，支持很高的数据传输速度，面向分组 交换，目前支持宽带i s d n 的主要技术是异步传输模式( 删) 技术。窄带i s d n 包括两种接口：基本速率接口b r i ( b a s i c r a t e i n t e r f a c e ) 和一次群速率接口( p r i m a r y r a t ei n t e r f a c e ) 。b r j 由两条6 4 k b i “s 双工的b 通道和一条1 6 k b i t s 双工的d 通道组 成，也称为2 b + d 结构：p r i 由3 0 条或者2 3 条6 4 k b i t s 双工的b 通道和一条6 4 k b i t s 双工的d 通道组成( 中国和欧洲采用3 0 b + d ，北美和日本采用2 3 b + d ) 。b r i 可 以满足大部分单个用户的需要，用户可以通过单一的物理接口同时进行话音和数据 通信，目前电话网中的大部分用户线可以用作基本速率接口。本文如不特别指出， i s d n 和n i s d n 均是指的b i u 。 近年来随着i n t e r n e t 的迅速发展，人们又提出了一些新的宽带接入方案，如： a d s l 、c a b l em o d e m 、以太网等，n - i s d n 面临着激烈的竞争，但应该看到n - i s d n 作 为一种成熟的技术还是有其优势的。，一，： ( 1 ) 费用低廉 目前电信网的用户端是以铜缆为基础的，n - i s d n 充分利用现有的铜线资源，并 进一步提高了电信网络的利用率，初期投资费用很少，运营公司只要实现对原有交 换机的i s d n 改造。而c a b l e m o d e m 、以太网都要对现有的用户端进行改造，成本偏 高。同时，对用户而言，n - i s d n 与普通电话同等收费，甚至更低； ( 2 ) 性能稳定 n - i s d n 的b r i 接口为用户提供双向的1 2 8 k b p s 数字连接，传输质量受到静电和 噪音的影响非常小，能适应已铺设的大部分双绞线，且传输距离最远可达7 公里。 与采用共享传输方式的c a b l em o d e m 技术，n - i s d n 的安全性和可靠性更有保障。 ( 3 ) 使用灵活 用户从一个入网接口，使用一个号码，就可以得到所需的各种通信服务，这些 2 华中科技大学硕士学位论文 业务可以适应不同的通信要求。i s d n 利用1 2 8 k p b s 的带宽能提供多种多媒体服务， 如：i n t e r n e t 接入、可视电话、远程教育等，特别适合家庭用户和中小企业用户的 通信业务的需要。 ( 4 ) 技术成熟 经过三十多年技术的发展，i s d n 已经具有有了一套完整的、通用的体系。随着 i s d n 的标准化进程的发展，各种网络和终端产品都已经非常的成熟，不同厂商的产 品兼容性很好。技术的成熟使得i s d n 已经度过了技术革新和网络转变的过渡时期， 不再需要额外的投资。 ( 5 ) 便携性好 i s d n 的终端可以在通信过程中暂停正在进行的通信，然后在需要时再恢复通 信。这一性能给用户带来了很大的方便，用户可以在通信暂停后将终端移至其它的 房间，插入插座后再恢复通信。 武汉精伦电子有限公司的多业务信息终端是在传统的单业务i c 卡公用电话的 基础上，根据社会发展和用户需求而开发出来的除了普通语音业务外，还具有浏览 网页、收发e m m l 、电子缴费等多种功能的数据通信终端。信息终端( 以下均把多 业务信息终端简称为信息终端) 采用i s d n 协议栈作为信令和数据的承载通道，并 引入x 2 5 传输协议，使其能够在d 通道上实现低速的数据传输功能。 信息终端项目由精伦电子和华中科技大学电信系课题组共同承担，课题组负责 i s d n 信令及承载通道子系统部分的设计与开发任务。本人参与了软件系统的总体 方案设计，并具体负责i s d n 协议栈物理层和x 2 5 虚电路承载i p 数据的设计与实 现，这篇论文就是对研究和开发过程的一个总结。 华中科技大学硕士学位论文 2i s d n 和x 2 5 协议分析 协议又叫规程，是两个或多个通信实体在相互通信时必须遵循的一系列规则。 信息终端作为一种支持i s d n 和x 2 5 网络的多功能数据终端，也要遵循相关的i s d n 和x 2 5 协议。本章将在i s d n 协议的结构模型的基础上，介绍i s d n 用户一网络接 口协议和x 2 5 协议，并针对i s d n 协议栈物理层和x 2 5 虚电路承载i p 数据这两部 分内容，重点分析物理层激活去激活规程以及d 通道i s d n 虚电路承载业务。 2 1 i s o n 协议的结构模型 i s d n 是以o s i 七层参考模型为样本来建立通信的环境，在很大程度上也可以归 结到o s i 七层模型的结构框架，但是，在i s d n 中有一些特殊的要求很难用0 s i 模 型描述，例如： ( 1 ) i s d n 中存在多个相互关联的协议，例如d 通道的信令协议用来控制b 通 道连接的建立和拆线： ( 2 ) i s d n 的一次呼叫允许多种类型的信息同时存在，例如语音、数据、图像 和控制信号等； ( 3 ) i s d n 中会有多重连接，例如会议电话呼叫。 由于以上原因，c c i t t ( i 3 2 0 建议) 在0 s i 模型的基础上专门为i s d n 协议设 计了一个三维的结构模型“，如图2 - 1 所示。 这个模型表示一个 - s d n 终端或网络节点所包含的全部协议。模型由三个平面组 成，分别对应着三种不同类型的信息： ( 1 ) 控制平面c ：是关于控制信令的协议，共分七层，它覆盖了所有对呼叫和 网络性能的控制； ( 2 ) 用户平面u ：是关于用户信息的协议，也分七层，它覆盖了在用户信息传， 送的通道上实行数据交换的全部规则； ( 3 ) 管理平面m ：不分层，是关于终端或网络节点内部操作功能的规则。 c 平面和u 平面都可以通过原语和管理平面m 进行通信，由m 平面中的管理实 体来协调c 和u 之间的动作，而c 和u 之间不直接通信。 4 华中科技大学硕士学位论文 图2 - ii s d n 协议结构模型 2 2 i s d n 用户一网络接口协议 i s d n 协议分为三部分：用户一网络接口通信协议、网络内部通信协议和用户一 用户通信协议。这三种协议的应用范围不同：用户一网络接口协议在用户终端设备 和网络间通信时使用：网络内部通信协议在i s d n 交换机之间通信时使用；用户一 用户通信协议是i s d n 网络上用户间通信使用的协议，它与i s d n 网络本身无关。由 于本文研究的是i s d n 终端系统，所以重点介绍i s d n 用户一网络接口协议。 i s d n 中“接口”的概念和o s i 的有所不同。o s i 中的接口是指层与层之间的界 面，但对于i s d n 来说，接口是指用户设备与电信部门网络设备之间的界面。从0 $ i 的观点来看，i s d n 的接口相当于o s i 的下三层对等实体之间的协议，这就是 s d n 用户网络接口协议。根据o s i 参考模型，i s d n 用户一网络接口协议的三层分别是： 第一层物理层，包括基本速率接口和一次群速率接口；第二层数据链路层；第三层 网络层。用户网络接口协议结构如图2 - 2 所示1 o o “。 华中科技大学硕士学位论文 应用层 袭示层 端到端 用户信令 会话层 运输层 呼叫控制 x 2 5x 2 5 网络层待研究 q 9 3 i 分组层分组层 数据链路层 l a p d ( o 9 2 i ) l a p b 物理层i 4 3 0 i 4 3 l 信令 分组遥测电路交换租用电路 分组交换 d 通道 b 通道 2 2 1 物理层 图2 - 2i s d n 用户一网络接口协议结构 在物理层上，因为b 通道和d 通道复用在同一个物理传输媒体上，所以这两种 通道使用相同的协议：i 4 3 0 和i 4 3 1 ，分别对应b r i 和p r i 的物理层协议。 i 4 3 0 协议定义了基本入口s t 参考点的参考配置、信号在线路上的编码方式、 帧结构、传输时的同步原理、多个终端对d 通道竞争的裁决方法、激活和去激活的 方法、物理特性以及接口上的供电方式。 物理层要为数据链路层提供服务，其主要内容如下： ( 1 ) 提供传输能力，即b 通道、d 通道的连接和相关的定时与同步功能： ( 2 ) 提供激活去激活功能，使终端设备和网络设备能够根据数据通讯的需要 进行激活去激活的操作； ( 3 ) 提供d 通道的接入能力，使终端设备在按顺序而又满足d 通道信令系统性 能要求的前提下获得接入d 通道的公共资源； ( 4 ) 提供维护功能，使用户能够进行相应的维护测试； ( 5 ) 提供物理层的状态指示。 6 华中科技大学硕士学位论文 2 2 2 数据链路层 d 通道的数据链路层协议是l a p d ( l i n ka c c e s s p r o t o c o l - - dc h a n n e l ) ，即d 通道的链路接入协议。这是一种新的数据链路层标准，专为i s d n 的d 通道设计， 它包含在i 4 4 0 i 4 4 1 ( 即q 9 2 0 q 9 2 1 ) 建议中，定义了用户一网络接口上第2 层 实体经过d 通道交换信息的规则。 l a p d 的主要功能如下： ( 1 ) 在d 通道上提供一个或多个数据连接； ( 2 ) 以帧为单位传送控制信息及用户信息，能够进行帧的分界和定位； ( 3 ) 进行顺序控制，即保持通过数据链路层连接的各帧发送和接收顺序； ( 4 ) 检测数据链路连接上的传输差错、格式差错和操作差错，并进行恢复；如 不能恢复，则通知管理实体； ( 5 ) 流量控制。 对于b 通道而言，用作电路交换和租用电路时，2 7 层协议对与i s d n 网络是 透明的，可以使用任意一种由通信双方约定的通信协议；用作分组交换时，数据链 路层采用x 2 5 第2 层协议l a p b 。 2 2 3 网络层 d 通道上的网络层协议和其传送的信息种类有关：呼叫控制协议是i 4 5 0 和 i 4 5 1 ( 即q 9 3 0 和q 9 3 1 ) ：分组数据使用x 2 5 分组层协议：还有一些其它协议待 研究。 i 4 5 0 和i 4 5 1 中规定了b 通道上连接的建立过程以及d 通道提供用户一用户 信令业务的过程，需要完成以下功能： ( 1 ) 和数据链路层进行通信； ( 2 ) 处理同层通信的网络层消息，完成呼叫处理工作； ( 3 ) 进行资源管理： ( 4 ) 提供基本业务和补充业务性能。 与数据链路层相似，b 通道用作电路交换和租用电路时，2 7 层协议对与i s d n 网络是透明的，可以使用任意一种由通信双方约定的通信协议；用作分组交换时， 网络层采用x 2 5 分组层( 第3 层) 协议。 2 2 4 屡间通信1 1 i s d n 用户一网络接口协议是按照通信协议分层的结构组成的，层与层之间采 7 华中科技大学硕士学位论文 用原语的方式进行信息交换。根据i s d n 协议结构模型，把协议层与管理实体的通 信也纳入到层间通信的范畴。 在分层协议中，原语运用抽象的方法来表示层间信息的控制和交换，通常使用 下列四种类型的原语： 一请求( r e q u e s t ) 一指示( i n d i c a t i o n ) 一响应( r e s p o n s e ) 一确认( c o n f i r m ) 图2 3 描述了这几种原语类型及作用序列。 三：三 图2 - 3 层问通信原语及其作用序列 r e q u e s t 原语用于高层或管理实体请求低层提供服务。例如：当第( n + i ) 层请求 第n 层建立链路时，就向第n 层发送相关的r e q u e s t 原语。 i n d i c a t i o n 原语用于低层向高层或管理实体指示与服务有关的信息。例如：当 第n 层收到对方同层r e q o e s t 原语相关的信息时，就向第( n + i ) 层发送相关的 i n d i c a t i o n 原语。 r e s p o n s e 原语用于高层或管理实体向低层证实收到了低层送出的i n d i c a t i o n 原语。例如：当管理实体收到第n 层的表示差错的i n d i c a t i o n 原语后，向第n 层 发送相关的r e s p o n s e 原语。 c o n f i r m 原语用于低层向高层或管理实体确认已经完成了所请求的事件。例如： 当第n 层收到对方同层送出的与r e s p o n s e 原语相关信息时，就向第( n + 1 ) 层发送相 华中科技大学硕士学位论文 关的c o n f i r m 原语。 2 3x 2 5 协议【 x 2 5 及其相关协议是由c c i t t 于1 9 7 4 年提出的，它是全球范围内对于公共分 组交换网的标准访问协议，定义了数据终端设备( d t e ) 和数据电路端接设备( d c e ) 之间交互的细节，如图2 _ 4 所示。x 2 5 只是一个对公用分组交换网接口的规格说明， 独立于分组交换网的内部结构。所以“x 2 5 网”只是表明该网络与网络外部数据终 端设备d t e 的接口是遵循x 2 5 标准而已【3 4 】。 x 2 警口d t e 图2 - 4x 2 5 虚电路及接口 x 2 5 协议为用户( d t e ) 和分组交换网( d c e ) 之间建立对话和交换数据提供 的规程包括数据传输通路的建立、保持和拆除，数据传输的差错控制和流量控制， 防止网络发生阻塞，确保用户数据通过网络的安全，向用户提供尽可能多而且方便 的服务。 按照o s i 的参考模型，c c i t t 的x 2 5 协议为分组交换网定义了三层模型，如 图2 5 所示【2 引。x 2 5 的三层协议为d t e 和d t e 之间的高程通信协议提供了可靠的 基础，这三层是：物理层，数据链路层和分组层。x 2 5 的各层在功能上互相独立， 相邻层之间通过界面联系。每一层接收来自下一层的服务，同时向高一层提供服务。 接口的对等层之间的通信是通过对等层间的规程来实现的。规程提供了必要的方 法，控制和协调对等层间的信息交换。采用x 2 5 接口规程，用户就能在d t e 和 9 华中科技大学硕士学位论文 d c e 之间使用一条物理链路同时建立多个虚呼叫( v c ) ，这些逻辑连接( 虚呼叫) 中每一条都在利用x 2 5 分组层中定义的一条虚电路。这三层间的接口都是相互独 立的，第一层和第二层都可以被具有相同功能的协议代替，分组层对x 2 5 接口是 唯一的，它的替换将产生不同的接口。 一一鱼辱婴婆堂卿塑+ 图2 - 5x 2 5 协议的分层结构 在i s d n 用户一网络接口协议中，网络层引入了x _ 2 5 协议的分组层作为分组呼 叫控制协议，数据链路层上，d 通道采用l a p d ，b 通道采用l a p b ，可以实现分 组交换业务。 2 4 激活去激活规程分析n 1 3 对于物理层来说，激活去激活规程是n - i s d n 基本速率接口所特有的。去激活 是指使工作状态的系统转入到低功耗状态。在低功耗状态，除了少数控制电路外， 1 0 t 汹上 华中科技大学硕士学位论文 其余电路将停止供电，以降低功耗和延长系统的使用寿命：激活是指使处于低功耗 状态的系统转入工作状态，系统加电并运转。在i 4 3 0 中规定了使用一系列控制信 号在s t 接口完成激活去激活的过程，在表2 一l 中列出了这些控制信号。 表2 - 1 激活去激活的控制信号 f n t - ) t et e n t i n f o o ：无信号i n f 0 0 ：无信号 i n f 0 1 ：周期性信号，速率 是1 9 2 k b i t s ，由正“0 ”、 负“0 ”和6 个“l ”组 i n f 0 2 ：有帧结构，b i m 道、d 通道、e 和a 比特全为0 j n f 0 3 ：传送用户数 据的信号序列 i n f 0 4 ： 传送用户数据的 信号序列，a 比特为“l ” 由于物理层是为数据链路层服务的，所以激活去激活规程受到数据链路层的控 制。在i s d n 中，t e 和n t 的物理层和数据链路层之间的原语包括： p h a r ( a c t ir a t er e q u e s t ) 激活请求 p h a i ( a c t i v a t ei n d i c a t i o n ) 激活指示 p h d i ( d e a c t i r a t ei n d i c a t i o n ) 去激活指示 物理层的激活去激活还受到管理实体的控制，物理层和管理实体之间的原语包 括： 船h a i ( a c t i v a t er e q u e s t ) 激活请求 睁h d r ( d e a c t i r a t er e q u e s t ) 去激活请求 m p h d i ( d e a c t i r a t ei n d i c a t i o n ) 去激活指示 m p h e i ( e r r o ri n d i c a t i o n ) 错误指示 激活去激活规程如图2 - 6 所示。 华中科技大学硕士学位论文 当t e 和n t 处于去激活状态时，互相发送i n f 0 0 。在这个状态下，t e 和n t 中都 有一个信号检测器在监视线路上是否有信号到来。 由t e 发起激活的过程如图2 - 6 ( a ) 所示。当t e 物理层收到链路层原语p h - - a r n tt en t 淼嚣嚣蒜管理实体实体实体 5 耳失阡 。少 j i n f o o 叫 p h a r ， 叫墨_ t i n f 0 2 巡， p h a i p h - a i i n f 0 4 m p h - a l m p h a i ( a ) t e 发起激活 t i n f 0 0 世鬯- p h - a r t 少 、i n f 0 3 _p h - a i 。p h - a i= 兰一 m p h a i 1 m p h - a i 通信进行中 m p h d r 、 p h - d i- 坚妒 i n f 0 0 p h - d i m p h - o i - 图2 - 6 激活去激活过程 ( b ) n t 发起激活和去激活 时，马上发出i n f 0 1 ，开始激活过程。接着依次是n t 发送i n f 0 2 ，t e 收到i n f 0 2 完 成帧同步后发送i n f 0 3 ，n t 收到i n f 0 3 完成帧同步后发送i n f 0 4 。同时，n t 分别向 链路层和管体实体发送原语p h a i 和m p h a i ，指示s t 接口已经激活。当t e 收 到i n f 0 4 后，也分别向链路层和管体实体发送原语p h a i 和m p h a i 。t e 和n t 此 时都处于激活状态，可以进行数据传输。 由n t 发起激活去激活的过程如2 6 ( b ) 所示。当n t 的物理层收到链路层原语 p h a r ，马上发出i n f 0 2 ，此后的过程与由t e 发起激活t e 收到i n f 0 2 的过程完全 相同。当用户一网络接口无呼叫时，由n t 发起去激活过程：n t 管理实体向物理层 发送原语 i p h d r ，物理层收到后，向n t 链路层发送p h d i ，并向t e 发送i n f 0 0 。 t e 收到i n f 0 0 向n t 返回i n f 0 0 ，并分别向t e 链路层和管理实体发送p h d i 和m p h - - d i ，进入去激活状态。 2 华中科技大学硕士学位论文 2 4d 通道上的虚电路承载业务研究 对于通信数据量不大的两个i s d n 分组终端来说，它们可以在d 通道上建立虚电 路，实现虚电路上承载数据的功能。在x 3 1 建议中，d 通道上的i s d n 虚电路业务 是建立在x 2 5 分组层( 第三层) 协议之上，通过在i s d n 内部引入分组处理器p h ( p a c k e th a n d l e ) 来实现的1 。 d 通道上建立虚电路的过程如图2 7 所示。 i s 矾网络 厂 t e ( i s d nv c ) m em e t e ( i s d nv c ) 翟 捌 鲁 冒 p hp h il ii s a b m e ( p x ) ii 。 u a ( p ，x ) i i t ( p ，x ) x 2 5 呼叫请求 u l ( s g t e i ) s e t u p d 信道 。 s a b m e ( s y ) u a ( s y ) 。 i ( s y ) s e t u pa c k ，d 信道 t ( s y ) e r e l e a s e 憾y ) r e l e a s ec 0 t e l e t e s a b m e ( p y ) 。 i 。 u a ( p ，y ) j ( p y ) x 2 5 呼叫到来 i ( p x ) x 2 5 呼叫证实 i ( p t y ) x 2 5 呼叫接受 、 、 p 羲据传辅仑 n li y il ii m e ：主交换机( ) 地址段内容 p h ；分组处理器 信息段内容 图2 - 7d 通道上虚电路的建立过程 稚 擅 奋 妲 捌 胃 华中科技大学硕士学位论文 在主叫侧，t e 的第3 层通过d 通道直接和p h 的第3 层建立链路，t e 送出的l a p d 帧s a b m e 中的地址为( p ，x ) ，p 表示业务接入点是p h ( s a p i = 1 6 ) ，x 是t e 的t e i 值。数据链路建立后t e 的第3 层可以直接把x 2 5 分组呼叫请求( c a l lr e q u e s t ) 送到p h 的第3 层，由p h 来建立虚电路。 在被叫侧，由于被叫用户的总线上可能有多个终端，p h 不能直接和被叫终端建 立数据链路，需要借助主交换机的呼叫处理实体。主交换机的呼叫处理实体根据p h 的要求利用广播链路( s ，g t e i ) 向被叫用户发送s e t u p 消息，被叫用户总线上的 终端收到s e t u p 后进行兼容性检查。t e 通过检查后应答呼叫，先和主交换机的的呼 叫处理实体建立数据链路，然后送q 9 3 1 消息s e t u pa c k ，表示同意在d 通道上建 立虚电路。呼叫处理实体把t e 的应答情况通知给p h ，p h 和t e 就可以直接对话。 主交换机的呼叫处理部分完成了联系任务后，给t e 发送释放消息r e l e a s e ，请求拆 除数据链路，t e 送回r e l e a s ec 嗍p l e t e 。 在呼叫处理实体释放链路的同时，p h 和被叫t e 通过s a b m e 和u a 建立数据链路， p h 就可以和t e 的第3 层可以直接通过x 2 5 分组进行对话。先是x 2 5 分组呼叫的 到来( i n c o m i n gc a l l ) 和呼叫接受( c a l la c c e p t e d ) ，建立到被叫t e 的虚呼叫。 t e 的认可响应转送到主叫侧，变成x 2 5 分组呼叫证实( c a l lc o m f i r m a t i o n ) ，到 此主叫t e 到被叫t e 的虚电路已经建立。 虚电路建立后，通信的双方就可以根据约定的协议在d 通道的虚电路上传送 x 2 5 分组数据。 4 华中科技大学硕士学位论文 3 系统方案设计 在信息终端的软件系统中，i s d n 信令及承载通道子系统是其核心部分，信息终 端的所有通信业务都必须通过该子系统来完成。本章将在分析信息终端特点和业务 需求的基础上，提出子系统的设计方案，并对子系统采用的i s d n 商用软件包i s d n - - b r i c k s 的组成结构和通信机制进行了研究。 3 1 概述 3 1 1 信息终端及其接入方式 信息终端除支持普通语音业务外，还支持网页浏览、电子邮件、用户缴费等数 据业务，采用i s d n 协议栈作为信令和数据的承载通道，并在i s d n 网络信令层引 入x 2 5 分组层协议作为虚电路控制信令协议，实现i s d n 在d 通道上虚电路承载 i p 数据业务。对于数据业务来说，信息终端的接入i n t e m e t 方式如图3 - l 所示。 图3 - 1 信息终端接入i n t e r n e t 信息终端通过 s d n 用户一网络接口接入到i s d n 网络，它把n t l 设备集成在 终端内部，通过u 参考点接口直接和i s d n 网络相连。对于p p p 拨号上网业务，i s d n 服务提供者要通过远程用户接入设备把i s d n 网络和i n t e m e t 相连，信息终端通过 i s d n 网络拨号，就可以接入到i n t e m e t ：对于x 2 5 承载i p 数据的业务，i s d n 服 务提供者通过支持x 2 5 协议的路由器把i s d n 网络和i n t e m e t 相连，信息终端就可 华中科技大学硕士学位论文 接入到i n t e m e t 。 3 1 2i s d n 信令及承载通道 信息终端的软件系统可分为两大部分：面向用户的应用部分和面向信令接续及 话音数据传输的 s d n 信令及承载通道部分。应用部分提供给用户良好的操作界面 和快捷的使用方法： s d n 信令及承载通道子系统提供i s d n 用户一网络接口的协议 栈功能和x 2 5 相关协议栈功能，为面向用户的应用部分提供信令及承载能力。 i s d n 信令及承载通道子系统构成i s d n 体系结构中的用户一网络接口，支持 s d n 参考模型中的u 接口、s t 接口及2 b + d 通道的相应模块。它通过双绞线直接 与i s d n 交换机相接，完成信令和数据的交换和传输，实现包括n t i 在内的i s d nb r i 接口中的t e l 功能。 根据信息终端的设计要求，子系统的设计必须满足以下需求： ( 1 ) 支持i s d n 的基本语音通信业务：作为主叫呼出、作为被叫呼入、免费 和特服通话呼出。支持这些功能的信令通道为d 通道，话音通道为b 通 道，但话音勿需经c p u 处理； ( 2 ) 支持p p p 拨号上网业务：能够浏览网页和收发e m a i l 。支持的信令通道 为d 通道，数据通道为b 通道： ( 3 ) 支持d 通道虚电路承载业务：能够在d 通道上承载低速数据业务，例 如收发e m a i l ，认证业务等。支持的信令通道为d 通道，数据通道为d 通道。 为此，该子系统设计必须包括支持上述业务需求的控制平面和用户平面协议 栈、呼叫处理层以及相应物理层接口的驱动程序。控制平面协议栈包括数据链路层、 网络信令层及呼叫控制层等接续相关的协议：用户平面协议栈包括x 2 5 分组层协 议，p p p 协议等。下层通过物理层接口驱动程序与i s d n 交换机通信。 信息终端将运行于中国电信网，系统必