基于CORBA技术的分布式智能网.doc

CORBA技术在分布式智能网中的应用 (华北电力大学 计算机系，保定，071003)摘 要: 随着新业务需求的增加以及涉及智能业务的呼叫在电信业务中所占的比重不断增大,传统的集中式智能网在处理能力上的瓶颈将越来越突出。本文分析了现有智能网体系结构在分布式计算方面存在的缺陷,给出了一个基于CORBA技术实现未来的分布式IN系统结构的全局视图,并着重讨论了将智能网与CORBA技术结合的若干关键问题。关键词: 智能网；CORBA ；分布式 电信领域正朝着开放的计算环境方向发展,采用由对象管理组织OMG(ObjectManagementGroup)制订的分布式对象技术,如公共对象请求代理结构CORBA(CommonObjectRequestBrokerArchitecture)1建立适合电信领域的可扩展的、分布的、跨越多个平台的系统,目前正成为一种趋势。 OMG还为CORBA在电信领域的进一步推广专门成立了电信技术组。CORBA技术也是一个非常适合实现增值电信网络的基础架构。基于CORBA技术的分布式智能网的研究已成为目前下一代智能网研究的一个重要发展方向。国内外许多通信厂商和研究机构,如Lucent、Alcatel和HP等一些跨国电信公司,都在和OMG一起积极开展CORBA在智能网中的应用研究23,并提出了一些初步的解决办法。 一、技术概述 CORBA是一个用于在分布式异构环境下实现可重用、可移植、可交互的面向对象软件系统的规范。其重点在于对象间的互操作规范,以及对象对运行过程的支持。CORBA的核心思想是采用标准的接口定义语言(OMGIDL)将软件接口与软件实现相分离。采用ORB(对象请求代理)实现异构环境下对象透明地发送请求和接收响应的基本机制。CORBA以面向对象方法为基础,将Client、Server模式作为基本处理机制,为分布式环境中各类网络互相访问、协同工作提供了一个一致的服务平台。但它又不同于普通的Client、Server模式,一个客户可以透明地向一个服务对象发出请求,并且不需要知道这个服务对象在网络中的位置,及其编程语言和操作系统等。CORBA的这一特征为在分布环境中异类系统应用的互操作提供了保证。由于ORB屏蔽了底层细节,使开发基于对象的大型应用系统的过程大幅度地简化。 CORBA技术非常适合电信领域,有两方面的原因:一是CORBA的技术特点,如采用先进的软件总线和面向对象技术,容易实现与遗留系统的集成,符合标准的处理流程,系统的开放性适应新技术的发展;二是电信领域的需求特点,即超强的分布式处理需求,这正是CORBA的优势所在。二、传统智能网在分布计算方面的不足 智能网的基本思想是将电信网络的交换功能与控制功能分离。交换机仅完成基本的交换和业务接入功能,而把原来位于各个交换机的业务控制功能集中到了业务控制点上SCP(高性能可靠性计算机),从而实现了业务由智能网集中提供。在智能网建设初期,由于需支持的增值业务还很少,基本上可以满足用户需求。但随着对新业务需求的增加,涉及智能业务的呼叫在电信业务中所占的比重也将不断增加。同时,提供个人化业务的需要预计也将汇入到对高性能智能网系统的需求中。特别是象号码携带这样一类的业务,对业务控制点处理能力的冲击很大,会出现SIP成为业务的瓶颈和SIP扩展性能差阻碍增加业务量的矛盾。针对集中式控制的弊端,我们需要寻求一种分布式的智能网服务结构。于是,将CORBA技术引入智能网便自然地成为研究热点。三、CORBA在智能网中的引入 CORBA技术在智能网功能实体中的引入,以及最终在交换系统中的引入,将使分布式网络智能逐步代替“传统的”集中式的智能网功能实体3。图1从全局基础上描述了CORBA在智能网中应用的技术视图。图1 图1中，网络智能层包含业务控制和业务管理实体,以及独立智能外设和业务节点,它们在数量上相对较少。交换传输层包括智能网的业务交换点以及大量的传统交换机,它们保证用户信息和用户数据的传输沿着呼叫建立的连接进行。交换传输网可以覆盖多种传统电信网,如移动系统、老式简单电话系统(POTS)、综合业务数字网(ISDN)、宽带网络等。无论是在网络智能层还是在传输层,相应的智能网功能实体都可以在基于CORBA技术的中间件层之上以一种分布式方式实现,或者说通过一组经由分布式中间件层交互的应用和数据服务器实现。因此基于CORBA技术的中间件层(图中以MW表示)构成了分布式智能网的基础。但是,分布式中间件需要增强CORBA标准,使之适应电信系统,尤其是适应智能网的需求。针对智能网的特殊需求,CORBA技术在智能网中的应用存在很多特殊的问题,尤其需要重点解决若干关键问题4。1.对平台的性能要求对CORBA平台的性能要求主要包括两方面:实时性和高可用性。所有的基于分布式处理技术的电信应用研究都是基于这样一个假设:分布式处理平台能够满足实时性能。这是一个允许在智能网环境中使用分布式处理的基本条件。智能网业务可以预见的需求增长和快速的响应时间对基于CORBA的分布处理环境提出了非常苛刻的要求。因此为了满足处理智能网呼叫的需要,CORBA平台本身需要的处理时间应能够忽略不计。它还应能用于不同的硬件和软件配置,使之能够处理交换机每秒钟送上来的上千条并发请求。另一方面,实现智能网功能实体分布式配置的前提是要求系统能够提供高可用性和容错能力,以保证它们具有和现在的智能网系统同样的健壮性。分布式智能网系统理想的解决方案是使用通用的计算节点,这有助于降低智能网系统的代价。因此高可用性解决方案应当由CORBA中间件提供,CORBA平台应被设计成容错系统。2.与传统智能网系统的集成在智能网中,作为业务交换点的传统程控交换机在很长一段时间内还不可能实现CORBA化,因此基于CORBA技术的分布式智能网体系结构,主要集中于实现IN控制功能实体的CORBA化。由此而产生的一个一般问题是,现有的基于SS7信令系统的传统智能网节点和已CORBA化的智能网节点之间如何实现互通。这实际上可归结为如何实现SS7与CORBA的互通。实现该能力的功能实体,称为CORBASS7网关。CORBASS7网关实际上是一个应用层的网关对象,对CORBA侧的对象提供CORBAIDL接口,同时对另一侧的信令网提供SS7接口。这就使得传统的SSP仍采用SS7INAP与其它功能实体通信,而CORBA化的实体采用IDL接口调用来进行通信,网关两侧的实体均不用了解对方是传统的节点还是已CORBA化的节点。在传统智能网结构中,SCP与SSP之间通过INAP进行通信。INAP利用SS7的TCAP协议在一个事务处理中传递多个INAP操作,而TCAP则基于OSI的远程操作服务单元协议ROSE(RemoteOperationServiceElement),后者是一个广泛用于通信领域的面向请求响应的通信协议。因此,CORBASS7网关的设计有三种选择:基于INAP协议,基于TCAP协议,或者基于ROSE协议。选择基于不同的协议,网关的设计复杂性将差别很大,同时网关的通用性也大不一样。如果CORBASS7网关的设计基于INAP层,则它的功能局限于实现INAP操作与CORBA操作之间的转换,这将是一个针对智能网的专用网关。但需要注意的是,ITU-T的INAP在具体应用中有许多变种。 相比之下,基于ROSE的网关是一个相当通用的网关,因为ROSE广泛应用于通信领域,一个CORBAROSE网关将不仅仅能用于INAP、TCAP消息与CORBAIDL接口间的转换,还能用于其它基于ROSE的协议与CORBAIDL接口间的转换,但这也将是最复杂的网关。CORBASS7网关,无论是基于INAP、TCAP还是ROSE,都必须具有的最基本功能是实现SS7协议与CORBAIDL间的转换。从整体上说,这一过程包含两方面:实现SS7协议的ASN.1描述与IDL接口定义方式之间的静态互译(语法翻译);在语法翻译的基础上,实现协议功能的动态处理(语义翻译)。这两步转换都需要满足智能网严格的性能需求,任何效率不高的地方都会影响到整体性能。除此之外,网关还可以有选择地实现一些增强的功能,如负载均衡以及直接将每一个INAP消息送到对应的服务对象等。 3.SS7信令网作为核心传输网 当所有的智能网功能实体成为分布式的CORBA节点时,一个必须要解决的重要问题是如何提供这些分离的CORBA节点(即所谓的CORBA孤岛)之间的通信。一个很自然的选择是将SS7网络构造成DPE(分布处理环境)通信架构下的核心传输网,利用现有的SS7信令系统进行CORBA节点之间的通信。这种策略的主要优势是可以保护网络运营商对现有SS7信令网的巨额投资,并且可以充分利用SS7网络的高可靠性和高性能。OMG针对CORBA节点之间的通信所定义的标准协议,称为通用ORB间协议(GIOP)。GIOP可以在多种传输协议上实现,但是它要求这些传输协议满足一些具体的要求。例如,传输协议必须面向连接,保持消息发送的顺序;必须提供具有流控机制的可靠传输,指示发送错误;必须没有消息长度的限制等。 在SS7上实现GIOP是可能的,但它不象在TCPIP上实现GIOP那样简单。从目前的研究来看,在SS7上实现GIOP主要有两种方法:一种是基于SCCP,另一种是基于TCAP。在第一种实现方法中,由于SCCP定义了从无连接到面向连接的多种网络服务类,如果SCCP提供面向连接服务,则只需对GIOP做很少的修改就可使之在SS7网络中传输。但遗憾的是,大多数现有SS7网络只提供SCCP无连接服务,这将导致GIOP消息传递可能失序,以及网络服务数据单元的大小受限的问题。 在第二种实现方法中,GIOP作为一个子层位于TCAP之上,GIOP消息由远端过程调用(RPC)携带,数据表示语法使用ASN.1。与前一种方法相比,这种方法需要对GIOP作更大的改动,特别是需要使用ASN.1作为通用数据表示语法。但是如果未来SS7协议栈引入新的传输层,则GIOP可以立即利用新的传输层所带来的优势。除此之外,第二种方法也存在上面提到的问题,因为SCCP无连接服务支持当前TCAP。而且,TCAP提供的功能可能已经包含在CORBA中,这种多余的重叠可能降低效率和破坏性能。 4.基于CORBA平台的业务开发 支持快速业务创建的机制是电信运营商的基本需求。新的分布式智能网系统需要保证的一个主要特征是更高层次的可编程性。就这一点来说,重要的是要有支持创建基于CORBA技术的分布式业务的工具和机制。可以通过定义支持开发分布式应用的应用构造环境(ASE)来提供。 在智能层引入分布式处理平台,使业务逻辑可以在业务构件的基础上构造。后者对应于分布式CORBA对象。这种基于构件的方法通过联编已有的构件,灵活地合成新的业务。业务构件的合成可以在设计时装配(静态合成),或者在执行时装配(动态合成)。采用静态合成,生成的业务依赖于软件结构, 这种软件结构中个体的组件不必是可标识的模块;采用动态合成,产生的业务则是一个由已存在的软件模块组成的一个集合。静态合成可以由应用构造环境直接完成。动态合成则需要定义一个范式(Paradigm),来保证不同的构件在运行时刻的动态交互。 智能网的计算模型基于事件触发(EventTrigger)式,业务逻辑通过BCSM中的检测点表示的事件触发,因而非常适合于支持动态业务合成。彼此不了解的构件之间可以通过产生和响应事件,相互协作。事件(由网络或业务构件产生)可以被彼此独立的业务构件检测到;构件可以自动处理事件并产生其它的“增值”事件,这些事件又被其它的业务构件消耗。这种方式定义构件之间的交互模式,并不需要构件之间的相互了解。 此外,在分布式业务开发中,需要关注的另一个重要思想是由智能网标准定义的业务属性的概念。业务属性是用户可以观察到的业务的一个功能成分。在基于构件的业务构造方法中,一个业务属性不必对应于一个唯一的构件,而是可以对应于一组分布在多个节点上的构件(最终映射为CORBA对象),这些构件可能跨越多个管理域。同样地,它们使用基于事件的模式以便彼此之间,以及与智能网呼叫进行交互。 四、基于CORBA的分布式智能网结构 到目前为止,基于CORBA的分布式智能网结构还没有得到广泛认可的可遵循的规范。国际上一些研究机构和大的电信厂商都在进行相应的研究,并从各自的角度提出了不同的方案。从整体上来看,基于CORBA技术的分布式智能网应由一个个CORBA对象构成。这些对象提供不同的或者是相同的服务。需要时对象之间可调用各自提供的服务,合作完成对智能业务的控制。对象的位置是相互透明的。 因此,在设计基于CORBA的分布式智能网结构时,需要考虑的最关键问题是智能网结构的分布式对象模型。对象粒度的确定是该对象模型的重要因素之一。在单个运营商的控制范围内,可以根据具体的情况进行不同粒度的功能分布。最大粒度的分布方案是将SCP、SDP和SMS分别作为独立功能实体分别分布,在不同的物理节点上,相互之间通过CORBA机制相互协作;中粒度的分布方案是实现业务逻辑的分布,将业务逻辑分布到不同的物理节点上,每个节点负责一部分业务逻辑的执行,通过一定的算法进行相应的业务部署和负载均衡;最小粒度的分布方案是以组成业务属性的构件为单位进行分布,各个构件相互协作完成各种不同的业务功能。最