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北京邮电大学硕士学位论文m 电话网管系统的设计与实现 摘要 i p 电话自从9 0 年代诞生以来经历了高速的发展，对原有的电信语 音业务和电信网络发展都带来了巨大的冲击，同时也起到了巨大的促进 作用。可以说i p 电话的产生和发展见证了电信网从电路交换模式向分组 交换模式的转变，从传统的电信交换网络向i p 化的下一代网络的转变。 与此同时，作为保证电信业务开展的重要支撑系统电信网管体 系也经历了从经典的删理论向n g o s s 理论的演进，从面向维护， 到面向管理，面向经营的综合网管理念的演进。 本文所表述的就是应用网管原理对全球最大i p 电话网络中国联通 i p 电话网进行网络管理建设的一次实践和探索。文章首先介绍了网管的 理论基础体系，i p 电话的主要关键技术和发展历程以及在我国应用的标 准和情况。随后详细描述了应用这些原理，作者及其开发团队针对i p 电话网络特点和基于中国联通公司口电话网管需求的而给出的设计方 案，其中包括了对重点问题的分析，方案的选择比较以及最终设计的框 架和各子系统的结构，接口方式。最后对全文进行了总结，并指出了系 统有待进一步改进和优化的方向。 关键词：电信网络管理i p 电话简单网络管理协议思科网络服务性能引擎 北京邮电大学硕士学位论文i p 电话网管系统的设计与实现 t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fv o i p n e t w o r km a n a g e m e n ts ys t e m a b s t r a c t 、厂o i e s i n c ei t s c o m i n gt ob e i n gi n9 0 s ，h 勰u n d e 唱o n ead r a s t i c d e v e l o p m e n tw h i c hh a sb e e nas i g i l i f i c a n ti m p a c to n ，勰w e l l 勰a “v et o ， b o t l lv o i c es e r v i c ea n dt e l e c o m m l l n i c a t i o nn e 铆o r l ( s f ta n o t h e rw a m 、厂o i p s d e v e l o p m e n tw i t n e s s e st h e1 1 1 i g r a t i o n 台o mc i r c u i ts 谢t c ht op a c k e ts 丽t c h ， 仔o mc l a s s i c a ln e t w o r k st on g no ni p m e a n w h i l e ，a st 1 1 ei m p o n a n ts y s t e ms u p p o n i n gt 0s e r v i c e0 p e r a t i o n t e l e c o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mh a se v o l v e d 丘o mt m nt on g o s s ， 盘o m a i m i n g t om a i n t e n a n c ea n dm a l l a g e m e n tt 0 i n t e g m l 【e dn 酣o r k m a n a g e m e n ta i 商n gt oo p e r a t i o n t h i st h e s i sr 印r e s e n t e dap r a c t i c ea 1 1 de x p l o n gf o rn e m o r km a n a g e m e n t s y s t e mc o n s t m c t i o no nc h i n au n i c o mv o i pn 咖o r k ，t h el a r g e s tv o i pn 咖。出 i ng l o b e ，d m w i n go nn e 铆o r km a n a g e m e n tt h e o r y f i r s t l y ，a ni n t r o d u c t i o no n n 咖o r k sm a n a g e m e n tt h e o 巧w a sm a d e ，i n c l u d i n gm ek e yt e c l m i q u ea n d d e v e l o p m e n ti nv o i pi n c l u d i n g 也es i t u a t i o na 】印l i e di nc h i n a 。1 l l ef o l lo _ 丽n g i st h es p e c i f i cd e s c 订p t i o no nt h es o l u t i o n ，d e v e l o p e db yt 1 1 ea u t h o ra n dh i s t e 锄，t oc h i n au n i c o m 、厂o i pn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m t h e r ea r ea n a l y s i s o fm 勾o ri s s u e s ， c o m p a r i s o nb e “，e e ns o l u t i o n s a sw e l la st h ep r o d u c t a r c h i t e c t u r e ，t 1 1 es u b - s y s t e ms t r u c t u r ea n di n t e r f a c ed e s i g n as u m m a 巧w a s g i v e na tt h ee n do ft h ep a p e rw i t hs o m ei m p r o v e m e n t st ob ed o n ef i r o m a u t h o r sp o i n to fv i e w k e yw o r d s ：t 】m n 、厂o i ps n m p c = n s - p e 北京邮电大学硕士学位论文口电话网管系统的设计与实现 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： 堇至 日期：硼一j 一；l 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： 丕 日期：口疆一；i 导师签名：兹芝名日期：o 墨一；i 卅，l 北京邮电大学硕士学位论文 疋电话网管系统的设计与实现 第一章绪论 1 1 论文背景和意义 随着宽带网络建设和网络接入技术的飞速发展，直接接入用户形式的口电话业 务发展开始加速。口电话迅速发展成为一项热门的新业务，据预计，口电话到 2 0 0 8 年将占全球电信通信量的4 0 。目前，美国、加拿大、日本、韩国、新加坡、 中国以及欧洲一些国家都推出了此项业务。 我国从1 9 9 9 年开始展开口电话长途业务。2 0 0 1 年起，p 电话业务就出现持续 高速发展势头。口电话业务的引入，使我国传统话音业务市场出现了激烈的竞争， 打破了电信话音业务市场由中国电信独家经营的局面。口电话业务在中国高速增 长，预计到2 0 0 7 年底i p 电话通话量达到2 1 0 1 1 亿分钟，收入达到5 2 5 3 亿元人民 币。 从技术发展的趋势来看，m 电话技术的发展趋势是将网络设备的控制部分和媒 体处理部分分离，即呼叫控制和媒体处理分别由独立的物理实体完成，这样网络就 可清晰地分为控制流层面和媒体流层面，这正是软交换技术期望达到的目标。而软 交换技术在口电话领域的应用，将促成整个电信网络向下一代口为基础的架构体 系转变。 随着口电话业务和网络的迅速发展，网络结构越来越复杂，网络维护管理水平 需要不断提高，p 电话网管系统需要不断进行功能拓展，才能适应i p 电话业务和网 络发展的需要。 本文所描述的以全球最大口电话网一中国联通p 电话网一为被管对象的网管 系统的设计和开发无疑是口电话网管建设中一次有益的实践和探索。它实现了口 电话网网管的基本管理功能，为最终过渡到综合网管打下了基础。 1 2 论文期间工作 作者攻读硕士研究生期间，从2 0 0 3 年9 月到2 0 0 6 年4 月，负责中国联通i p 电 话网管的设计、开发和工程实施工作。 时间任务安排如下： 2 0 0 2 0 9 2 0 0 3 0 6 学习基础理论知识，包括移动通信原理、宽带通信网、软件 工程、网管理论等。 2 0 0 3 0 9 2 0 0 3 1 2 针对中国联通电话网管项目展开需求调研和方案分析，参 与c i s c o 所属实验室c n s - p e 测试，完成业务需求书和方案建议书。 2 0 0 4 0 1 2 0 0 4 0 6 主持中国联通m 电话网管的设计和开发工作。 北京邮电大学硕士学位论文 口电话网管系统的设计与实现 2 0 0 4 0 7 2 0 0 4 1 1 在河南，贵州，四川，山西，海南，福建，云南，甘肃，重 庆，湖北，青海联通分公司进行工程安装实施和系统调测工作。 2 0 0 4 1 2 2 6 4 完成系统优化和工程验收 2 0 0 6 5 2 0 0 8 3 收集资料，分析总结实践中的收获并上升为理论，完成硕士论 文的撰写并准备答辩。 1 3 论文组织结构 本论文共分为6 章。 第一章是绪论，介绍论文的背景和现实意义，作者在研究生期间所作的主要工 作，简述论文的篇章组织结构。 第二章是论文的理论基础：电信网管理论体系。介绍了电信网管体系的概念和 结构。 第三章是叙述作者对被管对象p 电话网络的研究工作，包括口电话网络的产 生，演进以及基于不同技术的网络结构和协议。 第四章是介绍作者所负责的中国联通口电话网管的建设背景和功能需求，并对 重点问题做了方案分析。 第五章给出了基于中国联通p 电话现有的网络情况，作者应用网管原理和计算 机技术做出的系统结构设计。 第六章是结束语，对整个论文进行总结，展望未来的基于口技术的网络管理系 统。 2 北京邮电大学硕士学位论文i p 电话网管系统的设计与实现 第二章电信网络管理体系 电信管理网( t e l e o o m m 咖l i c a t i o nm 锄a g 锄e n tn e 帆。咄以下简称删) 是国际 电信联盟( 兀u t ) 1 9 8 6 年提出的，目的是为了解决设备提供商所应用的多个厂家 设备的互连问题，在多个业务提供商之间定义一套标准的接口。而且，删还把原 来仅包括网络和网元的网络管理扩展到业务提供商的业务，成为解决运营、控制、 维护和提供( o a m & p ) 一系列复杂问题的解决方案。本文中作者正是基于n 仆i 的 概念和框架，应用计算机技术实现的对于口电话网络的管理。 2 1t m n 基本理论 2 1 1t m n 的基本概念 删是具有标准结构、标准接口和协议的管理网，实施对整个电信网的操作、 管理和维护。由于n 烈的建立，使整个电信网能够处于统一的操作和管理之下， 提高了网络的运行效率，降低了网络的运行、管理和维护成本，促进了网络技术和 业务的发展。 删也是一个综合的、智能的、标准化的电信管理系统，它一方面能对某一类 网络进行综合管理，包括数据的采集、性能的监视分析，故障的报告定位以及对网 络的控制和保护等；另一方面，它还能对各类电信网实施综合的管理，即首先对各 类型的网络建立专门的网络管理，然后通过综合管理系统对各专门的网络进行系统 管理【1 1 。 2 1 2t m n 的组成 删由操作系统( o s ) 、工作站( w s ) 、数据通信网( d c n ) 和网元( n e ) 组成，如图 2 1 所示。其中操作系统和工作站组成网络管理中心，管理整个电信网。网元是网络 中的通信设备，可以是交换设备、传输设备、交叉连接设备、复用设备、信令设备 等；数据通信网则是提供传输网管数据的通道。 3 北京邮电大学硕士学位论文i p 电话网管系统的设计与实现 图2 一lt m n 的组成 t m n 既是电信支撑网的一种，担负着管理和指挥电信网运行的功能；同时又 是一种独立的网络，即通过一组标准的接口来实现与电信网之间的信息交互。因 此，它对电信网既有一定的依赖性，即t m n 中的数据通信通道往往要借助于电信 网来建立，又有一定程度的重叠。 删还与开放系统互连( o s i ) 的系统管理概念密切相关。这是因为删的通信 协议栈是以o s i 的七层参考模型为基础，所以删是应用o s i 模型的一个典型范 例。此外，删采用了面向对象的设计方法，通过对被管对象的管理来实现对通信 资源的管理，同时它还采用了管理者代理的概念，通过代理来实现对被管对象的管 理。因此，n 删可以看成是应用o s i 系统管理概念来对网络的物理资源，逻辑资源 进行管理的网络。 2 1 3t m n 的功能结构 n 删的功能可划分为功能模块，每一功能模块又是由更小的功能单元来构成 的，这是n 删的功能结构的基本原则。这一原则的目的是简化t m n 的实现，把功 能分布在不同的模块中，功能模块间利用数据通信功能( d c f ) 来传递消息，并由 功能参考点来分割，各模块可以独立实现，降低了t m n 的复杂性，提高了软件的 重用度。n 烈的基本功能块有四种：操作系统功能( o s f ) ，工作站功能( w s f ) ， q 适配功能( q 虹) 和网元功能( n e f ) ，功能参考点分别为q ，f x ，g 和m 。o s f 对管理信息进行处理以实现对电信网的监视、协调和控制【2 1 。删的功能结构如图 2 2 。 4 北京邮电大学硕士学位论文m 电话网管系统的设计与实现 图2 2 删的功能结构 w s f 为用户提供接入到删的手段，其功能包括终端的安全接入和注册、识 别、确认输入输出、支持菜单、窗口和分页等。q 心用来连接盯删实体与非n 心 实体，提供t 参考点与非n 删参考点之间的转换。n e f 表示被管理的功能，同 时也提供管理时所需要的通信和支撑功能。 根据需要，删的功能结构可以灵活地组成不同的物理结构，物理结构由物理 实体组成，物理实体之间为t m n 的标准接口，如图2 3 。 图2 3 删的物理结构 t m n 的基本的物理实体包括操作系统( o s ) ，工作站( w s ) ，q 适配器 ( q a ) ，网元( n e ) 和数据通信网( d c n ) ，它们之间的接口分别为q 3 接口，f 接 口和x 接口。o s 主要完成o s f 功能，同时也可完成q 心功能和w s f 功能。w s 是 完成w s f 功能的系统，即完成删信息模型与人机界面表示形式之间转换的系 统。q a 是连接非t m n 网元和删操作系统之间的设备，完成q 心功能。n e 由 电信设备和一些支撑设备组成，主要完成n e f 功能，也可根据需要完成删中的 5 北京邮电大学硕士学位论文i p 电话网管系统的设计与实现 其他功能，如q a f ，o s f 和w s f 等。当功能模块在不同的物理实体中实现时，功 能模块之间的功能参考点由物理实体之间的相应物理接口替代，如q 3 接口在q 参 考点实现，f 接口在f 参考点实现，x 接口在x 参考点实现。若功能模块在一个物理 实体中实现时，功能模块之间的功能参考点不转化为物理接口。 2 1 4t m ：n 管理的分层模型 户管砂喵务管 事务管理层( b m l ) 业务管理层( s m l ) 网络管理层( 舭) 网元管理层( n e m l ) 网元层( n e l ) 故 障 管 理 配 置 管 理 图2 4 删的管理功能分层模型 性 能 管 理 安 全 管 理 电信网络的种类很多，电信网络的管理非常复杂，对某类电信设备( 如交换 机，交叉连接设备d x c 等) 的管理已经显示了其复杂性，若对整个电信网，甚至只 是对某个本地网作到综合管理都将是一项非常艰巨和非常复杂的任务。t m n 把管理 功能需求分解为不同的层次，每层相对独立，都有各自的o s f 完成特定的管理功 能，层与层之间由q 参考点分割。删的管理层次分为五层，如图2 - 4 ，从低到高 依次为：网元层( n e l ) ，网元管理层( e m l ) ，网络管理层( n m l ) ，业务管理 层( s m l ) 和事务管理层( b m l ) 。其中网元层属于被管理层，其他四层属于管理 目 ，五o ( 1 ) 事务管理层 事务管理层是t m n 的最高功能管理层。这一层的管理通常是有高层管理人员 介入。主要的管理功能包括业务的预测、规划、网络的规划、设计、资源的控制和 效益的核算等。 ( 2 ) 业务管理层 业务管理层的主要功能是满足和协调用户的需求。按照用户的需求来提供业 务，对服务质量进行跟踪以及对服务质量的情况提供报告等。接收从网络管理层来 的信息，与网络管理层、事务管理层以及服务提供者进行交互。 ( 3 ) 网络管理层 6 北京邮电大学硕士学位论文m 电话网管系统的设计与实现 网络管理层的功能包括网络连接的建立、维持和拆除、网络级性能的监视和网 络级故障的发现和定位等。实现对网络的调度和保护，同时和业务管理层进行交 互。 ( 4 ) 网元管理层 网元管理层的功能包括收集和预处理网元的相关数据、在网络管理层和网元层 之间提供网关功能以及对各网元进行控制和协调等。 ( 5 ) 网元层 网元层负责网元本身的基本管理功能。 2 1 5t m n 的管理功能 删规定了五方面的管理功能。 ( 1 ) 性能管理 性能管理提供功能来评价和报告电信设备的状态以及网络或网元的有效性，其 作用是通过收集统计数据以达到监控和校正网络、网元或设备的特性和网络的有效 性，并辅助网络的规划和分析。 一般地说，性能管理又分为性能监测、性能分析和性能控制。性能监测是指通 过对网络中的设备进行测试，来获取关于网络运行状态的各种参数值，监测各种不 同的性能参数。性能分析是指在通信设备采集有关性能参数的基础上，构造性能统 计日志，以便对网络或某一具体的性能进行分析。性能控制是指设置性能参数门限 值，当实际的性能参数超出门限时，进入异常状态，以便采取控制措施。 ( 2 ) 故障管理 故障管理用来监测、隔离和纠正电信网及其环境的非正常运行，故障管理又可 分为故障监测、故障诊断定位和故障恢复。 故障检测是指对网络运行状态进行监视的同时检测出故障信息，或者接收到从 其他管理功能域发来的故障通报后，发出故障告警信息，并通知故障诊断和故障修 复部分进行处理。 故障诊断定位是指先用一备份设备代替故障设备，然后启动故障诊断系统对故 障设备进行测试和分析，以便确定故障的位置和程度，最后启动故障恢复部分排除 故障。 故障恢复是指在确定故障的位置和程度后，启用预先定义的控制命令来排除故 障，这种修复过程适用于对软件故障的处理；对硬件故障，需要维护人员去更换故 障设备中的硬件。 ( 3 ) 配置管理 配置管理是指对网络中的通信设备和设施的变化进行的管理。从网管信息模型 的角度上讲，就是对网络管理对象的创建、修改和删除。 7 北京邮电大学硕士学位论文i p 电话网管系统的设计与实现 一般地说，配置管理应当提供工具完成下列任务： 配置功能：是设备投入运行，但不包括安装。 网元状态和控制功能：根据需要监督和控制网元的某些方面。例如：检查和 改变网元的服务状态( 服务中、停止服务和备用) 并且对网元进行诊断。 网元的安装：支持组成电信网络的设备的安装，包括扩展和削减一个系统， 如一些网元在初始化时要和n 心交换数据，从删的数据库系统中将程 序安装到网元中等。 ( 4 ) 计费管理 计费管理包括测定网络的资源使用情况并计算这种使用应付的费用，也就是收 集计费记录和设置计费参数。 一般地说，计费管理应当提供工具完成以下任务： 计费功能：吓俏中的运营系统( o s ) 从网元中收集计费数据以计算客户应 该缴纳的费用。由于计费数据的重要性，因此计费功能本身要非常有效并具 有冗余数据传输能力。 资费功能：资费是网元中的一组数据，它可能集中在一个智能网中，也可可 能分布在交换机或t m n 的运营系统之中，用来确定使用资源的费用。 ( 5 ) 安全管理 安全管理是指保护网络资源，使网络资源处于安全运行状态。它负责对网络的 使用进行审查，避免无权用户对网络的使用，保护用户信息在网络上传输的安全 等。安全管理一般包括： 接入的安全 查看安全事件信息，包括安全告警 恢复机制 2 1 6t m n 的o s i 管理系统 删采用了o s i 管理系统中的管理者代理模型，根据这个模型，o s i 管理系 统由以下三部分组成，即管理者、代理和被管理对象。如图2 5 所示。 图2 - 5t 删的管理模型 8 北京邮电大学硕士学位论文口电话网管系统的设计与实现 管理者也可看作一个管理进程，它负责发出命令和接收事件报告，代理则根据 管理进程的要求对被管理对象施加管理功能。在管理进程和代理之间传送的信息包 括管理操作和通知。代理不需要知道它接收的管理操作和它发送的通知的具体情 况。 电信网管理系统传送被管理对象的各种不同信息，这些信息可以归纳为： 数据信息 即在管理进程和代理之间传送的数据信息。例如它可以是链路处于运行状态或 处于备用状态的信息等。 控制信息 即为o s i 管理系统中用来改变被管理对象的状态或参数。例如把通信链路从备 用状态改变为激活状态等。 事件信息 即用来通知某一用户已经发生的一个事件。例如，可以是通信链路的状态从备 用改变为激活状态以及这个事件发生的时间。在o s i 管理系统中要完成一个管理操 作，则先由管理者发出操作命令，再由代理对被管理对象完成该项操作，为了能顺 利进行这个过程，代理必须要对被管理对象的名称、属性、参数进行全面的了解， 即从相应的管理信息库( m m ) 中获得上述信息。关于被管对象的信息在m m 中按树 形结构进行存储，以便于查找和搜寻。通过把网络资源抽象成被管对象，并用统一 的信息模型来描述，从而为在网管系统中的互操作创造了必要的条件。 2 2 简单网络管理协议( s n m p ) 简单网络管理协议( s n m p ) 是由h l t e m e t 工程任务组织( h t 锄e te n 百n e 喇n gt a s k f o r c e ) 的研究小组为了解决h l t 锄e t 上的路由器管理问题而提出的，可以在m ， i p x ，a p p l e t 扯，o s i 以及其他用到的传输协议上被使用。它一推出就得到了广泛 的应用和支持，其中包括h p ，s u n 等大公司和厂商。目前s n m p 已成为口网络管理 领域中事实上的工业标准，大多数网络管理系统和平台都基于s m 构建，如肿 o p e i l v i e w 。 作者在设计本文中的i p 电话网管产品时，也参考其他公司的产品，并集成了如 h po p e n v i e w 的部分功能。同时在部分数据的采集中也采用了s p 的方式。 s n m p 采用管理代理的管理模型3 1 ，如图2 6 所示。 9 北京邮电大学硕士学位论文妒电话网管系统的设计与实现 网络管理进程 图2 - 6s n m p 管理模型 网络管理进程 网络管理站( n m s ) 是监视控制代理进程的软件实体，它与代理进程形成一 个共同体。n m s 可以对每个代理的管理信息库( m i b ) 中的特定对象进行读写操作， 即管理相应的网络设备，也可以将每个代理中有关的管理信息存储在自己的本地数 据库中。 m i b 信息为网管中被管的资源，而网络管理中的资源是以对象表示的，每个对 象表示被管资源的某一方面的属性，这些对象形成了m i b 库。每个m i b 变量记录 了相连的网络状态，通信量的统计数据，发生差错的次数的内容。网络管理者正是 通过对m m 库的存取访问来实现网管功能。 网络管理站的m m 中含有本共同体中所有代理m m 的主清单。通常网络管理 站将自己的m i b 和额外的管理信息存储在本地的数据库中。网络管理应用程序将网 络管理站收集的数据转换成网络管理用户可用的信息，应用程序对代理进行轮询、 进行s e t 和g e t 请求，以及处理接收到的陷阱报文。 代理进程 代理进程是被管网络设备中用来处理卧删p 协议的软件实体。它从所在共同体 中的n m s 接收s c t 和g 烈报文进行解码，如果请求合法就进行处理，并向n m s 发出 响应报文。在预先定义的事件发生时，代理进程会主动向n m s 发送陷阱报文进行 报告。代理进程利用操作支持程序以提取和设置它所控制的各个m m 对象。 1 0 北京邮电大学硕士学位论文口电话网管系统的设计与实现 代理进程的m i b 包括它所关心的所有变量的集合。包括什么变量取决于所在的 被管网络设备的功能和所要管理的资源。 管理协议 即s 旧，它工作在o s i 模型的应用层，定义了管理进程与代理进程间的通信 方法。 图2 7 t c p 佃协议族参考模型中的s m 旧 在t c p 口协议族中，选用了简单的u d p 作为甜瓜伊的底层传输协议，参见图 2 7 。每个咖报文必须能在单个切”报文中传送。n m s 和a g e n t 在熟知的u d p 端口1 6 l 接收除陷阱之外的s n 报文，而在u d p 端口1 6 2 接收陷阱s 舯报 文。 北京邮电大学硕士学位论文口电话网管系统的设计与实现 第三章i p 电话技术简介 口电话最早是作为一种h n 锄e t 上的联机应用出现的，那时只要通话双方拥有 同样的客户端应用软件就可以在i n t 锄e t 上进行实时通话。最早推出这种客户端软件 的是以色列的v 0 c a l t c c 公司，他们在1 9 9 5 年2 月推出m c 锄n e tp h o n e ，可以说是现 在口电话的雏形。我国从1 9 9 9 年开始引入p 电话业务，到2 0 0 0 年底，其业务量 就增长至3 0 7 4 9 2 万分钟【4 】。到目前为止，各个运营商均发展了大量的口电话用户， 成长速度十分惊人。 作者在电话网管产品的研发中，研究了i p 电话的相关规范，参考多个厂商 包括c l 绷l t ，e c i 和c i s c 0 公司等的m 电话产品。这些对m 电话产品和业务流程的 研究成果成为了网管产品开发的业务基础。 3 1i p 电话相关标准协议介绍 h 3 2 3 、m g c p 、h 2 4 8 和s p 均为在分组网络上实现话音、多媒体等通信业务 的实现协议，其中h 3 2 3 出现较早、定义比较完全，其结构为集中对等结构，但成 本高，且没有拥塞控制机制。后来，随着网络开放需求的增加，提出了将h 3 2 3 网 关分解的解决方案，即呼叫控制与媒体处理相分离，其中呼叫处理部分由软交换或 媒体网关控制器实现，媒体处理部分由智能终端或媒体网关实现。m g c p 和h 2 4 8 则为这两者之间的通信协议。m g c p 和h 2 4 8 仍保留了通信的集中控制理念，为典 型的主从模式协议，呼叫控制设备集中控制终端或网关的行为，终端或网关几乎没 有什么主动性。而s i p 的出现则基于计算机世界的客户服务器理念，终端具有较高 的智能性，网络只是为其提供路由、认证等业务。s m 非常类似1 1 1 t e m e t 其它协议， 适合应用在i i l t e n l c t 且具备支持用户定位、终端能力检测、多播等能力，并被指定为 3 g 的控制协议，具有很大发展前景。 3 1 1 h 3 2 3 协议 h 3 2 3 协议是由i t u t 第1 6 研究组1 9 9 6 年提出的。当时研究h 3 2 3 协议的初衷 是希望该协议用于多媒体会议系统，但实际它却在口电话领域得到广泛应用。在我 国使用的电话系统基本上都是采用h 3 2 3 协议的第二版。 h 3 2 3 是一个框架性协议，它是由h 2 2 5 、h 2 4 5 、h 2 3 5 、h 4 5 0 和h 3 4 l 等一 系列协议组成的，参见图3 1 。 1 2 北京邮电大学硕士学位论文 m 电话网管系统的设计与实现 h 2 2 5 oh 2 4 5t 1 2 0 t c pu d p 口 图3 lh 3 2 3 协议栈 其中： h 3 2 3 ：基于分组的多媒体通信系统 h 2 2 5 o ：分组多媒体通信系统的呼叫信令协议和媒体分组化 h 2 4 5 ：多媒体通信的控制协议 g 7 11 ：话音频率的脉冲编码调制 g 7 2 3 1 ：多媒体通信5 3 6 3 k b i t s 双速率语音编码器 g 7 2 9 ：采用共轭结构代数码线形预测极力的8 k b i t ，s 语音编码 g 7 2 9 a ：低复杂度c s a c e l p8 k b i 洮语音编码 h 3 2 3 为基于网络的通信系统定义了四个主要的组件：终端( t e 肌i n a l ) 、网关 ( g a t e w a y ) 、网守( g a t e k e 印哪、多点控制单元( m u l t i p o i n tc o n 仃d lu i l i t ) 【5 】： h 3 2 3 终端是网络的端点，它可以与其他终端、网关或多点控制单元进行实时 双向通信，从而完成两个终端之间的控制、指示、音频、动态视频图像或数据信息 的交换这样一个通信过程。 h 3 2 3 网关是网络中的一个端点，它完成分组网上的h 3 2 3 终端与电路交换网上 的玎u 终端之间以及h 3 2 3 网关之间的实时双向通信。 多点控制单元一般具有多点处理器( m p ) 和多点控制器( m c ) 两个功能块， m p 提供音频、视频的集中处理，m c 提供参加多点会议的多个成员之间的控制，还 提供与所有终端间的能力协商并负责管理会议资源。 h 3 2 3 网守是网络上的一个h 3 2 3 实体，它为h 3 2 3 终端、网关和m c u 提供地 址转换、控制接入和带宽管理等功能。在一个网络中可以存在相互通信的多个网 守。 1 3 北京邮电大学硕士学位论文 口电话网管系统的设计与实现 3 1 2m g c p 协议 m g c p ( 媒体网关控制协议) 是由h t 咖e t 协议设备控制规范i p d c s ( i i l t e n l e t p r o t o c o ld e “c o n 仃0 ls p 鲥f i c a t i o n ) 与简单网关控制协议s g c p ( s i i l l p l eg a t e w a y c o n 臼r o lp r o t o c 0 1 ) 融合而成的。 m o c p 的目的是将呼叫控制操作从网关中提出来，将网关进行分解，使在一个 分布式系统中起内部协议的作用，而在系统之外呈现为单个的i p 电话网关。实际 上，是为所有介于p s t n 和口网之间的各种网关所定义的协议标准。 m g c p 把网关逻辑地划分成三个部分，如图3 2 所示： s s 7 媒体流 图3 - 2m g c p 协议组成 媒体网关控制器( m g c ，m e d i ag a t e w a yc o n t r o i i e r ) ：媒体网关控制器 主要对媒体网关和呼叫进行控制。 信令网关( s g ，s i g n a i i n gg a t e w a y ) ：信令网关主要负责连接s s 7 网 络，在p s t n 信令和包信令之间提供中介。 媒体网关( m g ，m e d i ag a t e w a y ) ：媒体网关主要提供p s t n 和i p 之间 的媒体映射和编码转换功能 3 1 3h 2 4 8 协议 h 2 4 8 协议也叫m e g a c 0 协议是软交换设备或m g c 与m g 之间的一种媒体网关 控制协议，它是一项作为i t u t 与i e t f 合作结果的新标准。它不涉及口电话的体 系结构，只涉及网关分解问题，因而不仅可以用于h 3 2 3 电话系统，也可以用于 s 口的m 电话系统。 h 2 4 8 协议与m g c p 协议非常类似，并可以支持更多类型的接入技术和终端的 移动性。除此之外，h 2 4 8 最显著之处在于比m g c p 所允许的规模更大，并且通过 增加许多p a c k a g e 的定义来对协议的功能进行扩展，因而h 2 4 8 比m g c p 更具灵活 性，已逐渐取代m g c p 发展为媒体网关控制协议的标准。 1 4 北京邮电大学硕士学位论文口电话网管系统的设计与实现 3 1 4s i p 协议 s l p ( 起始会话协议) 是i e t f 提出的在m 网络上进行多媒体通信的应用层控制 协议，详细内容可参见i e t fl 心c2 5 4 3 。利用s 口可实现会话的发起、建立和释 放，并支持单播、组播和移动性。 s 口网络采用i n t 锄e t 的客户机服务器工作方式，网络结构如图3 3 所示。 图3 3s 口网络结构 s 口网络包含两类组件：网络服务器( n 咖o d 【s e r v 神和用户代理( u s e r a g t ) 。 网络服务器主要为用户代理提供注册、认证、鉴权、路由等服务，分为 代理服务器( p r o x ys e r v c r ) 、重定向服务器( r e d 曲c ts e f v 哪等。 用户代理又可分为用户代理客户端( u a c ) 和用户代理服务器端 ( u a s ) ，其中u a c 负责发起s m 呼叫请求，u a s 负责对呼叫请求做 出响应。 一次正常接续的流程是： u a c 向网络服务器( p f o x y 或r e 缸e c t ) 发出呼叫请求； 网络服务器( p f o x y 或r e d i r e c t ) 通过名字查找，用户定位，最终找到被 叫u a s ； 被叫u a s 响应用户请求( 拒绝或接受请求) ，该响应沿原路返回； 主叫u a c 收到响应后，接通被叫或者终止这次呼叫请求。 3 2i p 电话网总体框架 i p 电话网总体框架主要由电话网关、i p 承载网、p 电话网管理层面和电路交 换网接入部分组成，示意图如图3 _ 4 所示。 1 5 北京邮电大学硕士学位论文m 电话网管系统的设计与实现 p s t n i s d n gsm i p 电话网的管理层面 i p 电话 网关 i p 网 i p 电话 网关 p s t n i s d n gsm 图3 _ 4 口电话网总体框架 其中： 口电话网关：其主要功能是完成对来自p s t n 的语音业务流的编解码功 能，并将压缩编码后的语音业务流打成包，通过口承载网传给目的网 关。它跨接在电路交换网和网之间，负责电路交换和分组交换间的 相互转换。 m 承载网络：用于传送口电话的承载网，可以是公网，也可以是专 网。 m 电话网的管理层面：主要由网守和用户数据库、结算系统组成，负 责用户的接入认证、地址解析、计费和结算等工作。 传统电路交换网的接入部分：包括电话网，i s d n 和数字移动通信网， 它们构成了p 电话的主要接入部分。 3 3i p 电话网体系结构 在我国，口电话网的建设一般采用两级体系结构，即顶级网守和一级网守，在 业务量大的地区可根据需要再增加第三级结构，即二级网守，如图3 5 所示。 1 6 北京邮电大学硕士学位论文m 电话网管系统的设计与实现 图3 - 5 口电话的网络体系结构 顶级网守的主要职责包括： ( 1 ) 管理属于该运营商的所有一级网守，如增加或删除某个网守，监测所有 网守是否正常，接受并处理来自本区域内所有一级网守的请求。 ( 2 ) 负责一级网守间的地址解析和认证。 ( 3 ) 负责不同运营商m 电话网之间的互通和地址交换。 ( 4 ) 负责与国际呼叫的建立与拆除。 一级网守主要负责管理该一级网守所管辖的全部二级网守间的地址解 析。 二级网守所管辖范围成为一个区域( d o m a i l l ) ，二级网守主要负责所属 区域内用户的地址解析和认证，防止非法用户的接入和非法网关的登 记：负责向所属网关提供路由信息，包括被叫网关的端口信息等。 1 7 北京邮电大学硕士学位论文口电话网管系统的设计与实现 第四章中国联通i p 电话网络管理系统的需求分析和方案设计 4 1 系统建设背景 4 1 1 中国联通i p 电话网络现状 中国联通p 电话网络1 9 9 9 年6 月投入运营以来，经过了一期工程、二期工程 和三期工程的建设，到2 0 0 1 年底三期工程结束后，中国联通口电话业务网已覆盖 中国3 2 5 个城市，网关的e l 端口规模达到1 4 2 5 5 个，成为目前全世界最大的口电 话网络【们。 中国联通m 电话网络由3 个业务网组成：由c i s c 0 设备组成的核心业务网、增 值业务网( ) n 业务网) 和由3 c o m 设备组成的g s m 业务网，整个网络采用了分 级分域的结构，其中核心业务网由国家顶级关守、省际关守和省内关守三级组成， g s m 业务网和增值业务网由国家顶级关守和省际关守两级组成。前置机作为整个网 络的接口网关，提供话务控制，号码分析及转换等功能，电话业务由路由器组成的 口网络进行路由，整个网络承载在a t m 网络之上。 整个网络由网关、关守、路由器、局域网交换机、前置机及相应的业务支撑系 统组成，网关设备的供货厂家有c i s c 0 公司和3 c o m 公司，关守设备的供货厂家有 c i s c 0 公司、n e t s p e a l 【公司和3 c o m 公司，前置交换机的供货厂家有华为公司、中兴 公司和大唐公司，路由器和以太网交换机设备的供货厂家为c i s c 0 公司。计费系统 分别由m i n d 、东软、d i 西t a l c o m 和亚信公司提供，设备管理系统分别由供货厂家提 供。 目前所有的业务支撑系统都是由供货厂商分别提供的，其中一次拨号业务的本 地用户计费系统在省分公司进行设置，由前置机厂商提供；只有少数省分公司建设 了省内的前置机设备管理系统，二次拨号业务、，n 业务由全国中心统一计费认 证，设备管理系统也集中在全国中心，分别由c i s c 0 公司3 c o m 公司提供。 作者作为主要的研究开发人员，主持了1 1 个省c i s c 0 口电话设备网管的设计开 发工作。 中国联通i p 电话网络结构如图4 _ l 所示： 1 8 北京邮电大学硕士学位论文口电话网管系统的设计与实现 企业同 络用户 i p a n i 承载网 图4 _ l 中国联通口电话网络现状示意图 4 1 2 网管系统建设的必要性和原则 中国联通的p 电话网络建成以来，网络规模的不断扩大，设备数量急剧增加， 但是网络管理相对滞后。c i s c 0 公司和3 c o m 公司提供的专业网管系统不能对电信级 的运营提供有力的支持和保障，不利于全网的业务管理和运行维护。p 电话业务的 发展速度很快，因此作者认为中国联通需要一套完善、有效的综合网管系统，提供 网络监控和性能分析工具，使管理人员能及时掌握口电话网的运行状态和业务的详 细统计数据，为故障排除、网络资源调整和容量规划提供依据。 根据中国联通总部网管建设的要求和通信网管建设的内在规律和中国联通网络 的实际情况，在中国联通m 电话网管系统建设的过程中，制定了以下原则： 应按照1 1 r u t 电信管理网( n 删) 的概念和方法统一规划和建设，以保证网管 系统建设的经济合理性、可靠性。同时要充分考虑中国联通的实际情况和管理体 制，从实际出发，分步实施、分期建设，尽快建成网管系统，支持网络的高效运 行。 网管系统具有集中式、分布式、分级等多种结构，每种结构适合不同的网络。 中国联通口电话网络不仅规模很大，网上的设备众多，而且采用的是以省为单位的 分级结构，因此采用分级结构来建设网管系统能够同网络的结构保持一致，便于管 理。初步考虑采用全国和省分公司两级网管结构，这样既能对设备进行有效的管 理，也使整个网管系统具有健壮的结构和良好的扩展性。 中国联通电话网管建设的最终目标是实现所有相关设备( 包括各厂商的网 关、关守、路由器、局域网交换机和前置机) 的综合网管，这样可以最大程度的提 1 9 置一e fl ， 啪帆一前置交换机 阱，、，撅一，ill吲一，、，溉对 0 一 呵一 v 一 冒信m 一 通 册也 一 事 l上卅 一_ = 触叁i 协 册显协号 北京邮电大学硕士学位论文m 电话网管系统的设计与实现 高网管效率。但由于中国联通p 电话网络发展很快，业务量也很大，采用综合网管 的的实现难度较大，建设周期也比较长，对i p 电话业务的管理和统计影响较大，因 此采取分阶段建设的原则。第一阶段先建设前置机的综合网管，口电话设备和路由 器设备的网管分别由c i s c 0 公司和3 c o m 公司根据要求对原有系统进行升级和完 善，达到中国联通公司对业务和管理的要求。第二阶段再进行所有设备综合网管的 建设。 作者根据多年的网管建设经验，认为以上中国联通制定的口电话网管建设的分 级建设、分布实施的原则