3G信令网概述及与传统信令网的互通.doc

邮电规划2003年第5期 信令网3G信令网概述及与传统信令网的互通信息产业部电信规划研究院 任正彦摘 要 3G信令网是3G业务网络的重要支撑网之一。本文着重介绍了基于IP的3G信令网的内部控制信令和它与传统信令网的互通方式。关键词 IP信令 信令网关 互通371 前 言3G信令网是3G业务网络的重要支撑网之一。3G信令分为两种：基于电路交换和基于分组交换。前者与传统2G信令差别不大，只是在协议上有所加强；后者则引入了新的内部控制信令。在两者互通中又运用了信令网关和信令适配等一系列概念。 2 基于电路交换的3G信令 WCDMA(R99)和CDMA2000(Release 0)是目前业界认为较成熟的商用版本，核心网由电路域（CS）和分组域（PS）两部分组成。电路域主要处理传统电路交换型的实时话音、视频业务，分组域处理高速的多媒体数据业务。WCDMA(R99)核心网技术标准是在现有GSM基础上发展的。采用NO.7信令系统，电路域和分组域的呼叫控制信令都是使用ITUT的NO.7信令系统，它以GSM MAP3协议作为上层核心网协议，在功能上比GSM MAP2+有所增强，如支持智能网业务CAMEL Phase 3、定位业务、号码可携业务等。CDMA 2000 (Release 0)是在IS95的基础上发展的。电路域直接采用IS95的电路交换系统，同时增加了分组域处理分组数据业务。电路域的呼叫控制信令使用北美ANSI 的NO.7信令系统，上层核心协议是ANSI-41的MAP协议，分组域的数据呼叫则是基于IETF的SIMPLE IP或MOBILE IP协议，不需NO.7信令控制。3G核心网的信令接口如图1所示。主要的信令接口有： 图1 基于电路交换的信令网结构（1）MSC与MSC间接口：MSC间切换使 用MAP信令，MSC间呼叫使用TUP信令；（2）MSC与HLR间接口/SGSN与HLR间 控制，不负责承载的建立，这就需要新的信令用来分别交换控制和承载的信息。接口：使用MAP信令，负责位置登记、鉴权参数、呼叫时取路由信息和提供漫游号码；（3）MSC与PSTN间的接口：使用ISUP信令，负责PSTN和3G用户间的呼叫；（4）MSC与短消息中心的接口：使用MAP信令，负责移动用户收发短消息；（5）MSC/SSP与SCP间接口：使用CAP(WCDMA)或MAP(CDMA2000)信令，SCP通过此接口控制智能业务的触发和呼叫。3 基于IP的3G信令全IP网络是移动通信的发展趋势。以WCDMA为例，说明基于IP的3G信令结构。WCDMA的 全IP网络标准是R4版本。R4和R99的区别在于：引入软交换的思想，呼叫控制和承载控制分开。MSC分解成了MSC SERVER（控制层）和MGW（承载层）。随着控制层和承载层的分离，需要新的信令系统来支持。因为控制层只负责话务在控制层，主要有两种要求：一是MSCSERVER必须能控制远端MGW。因为MGW和MSC SERVER可以不在一起，甚至可以在不同城市。二是MSC SERVER之间必须能交换信息，以便建立端到端的呼叫。传统的信令系统不能满足上面的要求。以ISUP为例，在一个消息中，总会有一个电路识别编码(CIC)作为参考，用来指示此消息是用于哪一个物理信道。如果传输和控制是分离的，呼叫则独立于传输，ATM或IP没有指定信道，不能使用CIC来指定传输信道。BICC（Bearer Independent Call Control，与呼叫无关的承载控制）和MGCP（Media Gateway Control Protrol，媒体网关控制协议）被用来完成上述的任务。BICC是用在MSC SERVER之间，主要用来交换呼叫建立的信息，MGCP是用在MSC SERVER和MGW之间，主要用来交换承载建立的信息。如图2所示。图2 基于IP的内部控制信令4 信令的互通3G网络向全IP网络的演进是一个循序渐进的过程。未来的3G信令网会在较长的一段时间内，面临着基于电路交换的NO.7信令与基于IP网的信令互通的问题。在互通中使用的一个重要概念就是信令传送（SIGTRAN）。SIGTRAN是在IP网络中传递电路交换网（SCN）中信令协议的堆栈，它支持的标准原语接口不需要对现有的SCN信令应用进行任何修改，从而保证已有的SCN信令应用可以不必修改而直接使用。信令传送利用标准的IP传送协议作为底层传送，并通过增加自身的功能来满足SCN信令传送的要求。SIGTRAN的协议体系图原则上由三个部件组成：（1）No.7信令适配子层：支持特定的原语，例如，管理指示，这些原语是一个特定的SCN信令协议所必需的；（2）通用的信令传送协议SCTP（流控传送协议），支持信令传送所需的通用且可靠的传送功能；（3）标准的IP传送协议目前，SIGTRAN No.7信令适配子层的具体实例有M3UA（MTP-3用户适配协议）、M2UA（MTP-2用户适配协议）、M2PA（MTP-2用户对等适配协议）和SUA（SCCP用户适配协议）。根据No.7信令与IP互通时的不同实现方式，这些适配协议分别有不同的应用场合。M2UA为MTP3提供服务，并使用SCTP提供的业务作为下层可靠的信令公共传送协议。它向MTP3提供的业务与MTP2所提供的业务相同，并且在接口上具有相同的原语。但是由于信令网关不包含MTP3的功能，所以使用M2UA的SG仅充当了一个No.7信令链路与IP连接之间的一个交叉连接设备，见图3。而MTP2用户对等层间的适配层（M2PA）则不同，它允许在任何两个No.7信令点间在IP网络上处理MTP3消息和提供MTP信令网网关功能，因此能够在IP网连接上提供与MTP3协议的无缝操作。而且MTP3层上还可以包含SCCP协议。同样，底层使用SCTP提供的业务作为信令公共传送协议。在这里图3 M2UA的应用使用M2PA的信令网关完成了一个STP的功能，它可以被看作是一个IP SP和具有传统No.7链路SPSTP的组合。使用M2PA的信令网关应当包含MTP3协议，至于是否需要SCCP协议则是任选的。此时SG作为一个独立的信令点存在，并且具有单独的信令点编码。由以上的分析我们也可以看出，使用M2PA的SG相对于使用M2UA的SG具有更强大的功能和灵活性。参见图4。 图4 M2PA的应用当MSC SERVER或IP SCP/HLR不包含MTP3协议层时，就需要使用M3UA进行适配。M3UA和上层用户之间使用的原语同MTP3与上层用户之间使用的原语相同，并且在底层也使用了SCTP所提供的服务。M3UA已经属于网络层协议，所以需要寻址功能，这通过M3UA中的网络地址翻译和映射功能模块来实现，而不是象M2UAM2PA那样仅仅进行简单的链路或接口之间的映射。参见图5。SUA定义了如何在两个信令端点间通过IP来传送SCCP用户消息或第三层网络协议消息，这个协议不仅可通过SG实现No.7信令与IP的互通，还可以实现IP网中两个IP SP之间的互通。所以在这四种适配协议中，SUA协议适用的范围更加广泛，而不仅仅局限在No.7信令和IP互通时使用。参见图6。图5 M3UA的应用图6 SUA的应用综上：M2UA和M2PA相比较，应首选M2PA，这样SG具有更大的智能；它们和M3UA相比较，应该优先选用M3UA，因为此时不必对IP中的节点分配No.7信令点的编码，同时IP网中的节点也不需具有MTP3的功能，这样对IP网中节点的协议栈不必进行太大的改动，SCN和IP相互独立，比较易于营和管理。对于SUA协议，主要是为了方便访问IP数据库，这样不需要再开发SCCP程序，可直接使用SUA功能。当然，SUA的功能也可在M3UA上提供SCCP功能来实现。下面我们将以M3UA为例，说明基于IP的3G信令网和窄带信令网互通的工作原理。在两个信令网之间，引入传输信令网关（T-SG）和漫游信令网关（R-SG）实现信令转换功能。T-SG用于IP网与PSTN网间业务互通，R-SG用于两个移动网络漫游互通。如图7所示。 图7 基于IP的信令和传统信令的互通图8 T-SG工作原理运传输信令网关：它将来自PSTN的窄带NO.7信令消息传递到M3UA,然后根据IP地址，转发给MSC SERVER；同时将来自MSC SERVER的IP承载的M3UA信令消息转换为MTP3消息，再根据DPC转发给PSTN。T-SG并不解释高层呼叫信令，只是在窄带NO.7信令承载方式上进行转换。（下转第41页）（上接第37页）漫游信令网关：具有SCCP功能，但不进行应用层(