毕业论文：移动软交换网络中的sigtran及其实现(编辑修改稿)

毕业论文：移动软交换网络中的sigtran及其实现(编辑修改稿)内容摘要：

何在 IP 的基础上更多的承载传统电路交换网上的业务并且满足质量要求，已经成为众多研究性机构以及设备制造厂商竞相追逐的目标。 尤其面对电路交换网中广泛使用的 SS7，如何使它能够在 IP 上有效传输，并且保证它具备类似在电路交换网中传送的质量要求，成为电路交换网和分组交换网互通的一个迫切需要解决的问题。 为此，标准化 组织 IETF（ Inter Engineering Task Force）制订了信令传输协议 SIGTRAN（ Signaling Transport）标准，用于在 IP 网络中传输传统的电信网络的 SS7 消息，满足七号信令系统与 IP 互通的要求。 5 二、 VOIP 技术 （一） VoIP 定义 VoIP 即 Voice Over IP，是把话音或传真转换成数据，然后与数据一起共享同一个 IP 网络（ Inter 互联网）。 由于话音和传真在 Inter 上免费搭乘了 “ 顺风车 ” ，所以点对点 (网关 网关 )国际或国内长 途通讯是完全免费的。 IP 网络可以是 Inter、 IPLC(国际专线 )、无线网络等，只要是采用 IP 协议 ( Inter Protocol ) 就可以了。 VoIP 系统就是把传统的电话网与互联网组合搭配在一起。 （二）基本原理及其应用 1995 年以色列 Vocal Tec 公司所推出的 Inter Phone，不但是 VoIP 网络电话的开端，也揭开了电信 IP 化的序幕。 人们从此不但可以享受到更便宜、甚至完全免费的通话及多媒体增值服务，电信业的服务内容及面貌也为之剧变。 1． 实现形式 一开始的网络电话是 以软件的形式呈现，同时仅限于 PC to PC 间的通话，换句话说，人们只要分别在两端不同的 PC 上，安装网络电话软件，即可经由 IP 网络进行对话。 随着宽频普及与相关网络技术的演进，网络电话也由单纯 PC to PC 的通话形式，发展出 IP to PSTN（公共开关电话网络）、 PSTN to IP、 PSTN to PSTN 及 IP to IP 等各种形式，当然他们的共通点，就是以 IP 网络为传输媒介，如此一来，电信业长久以 PSTN 电路交换网网络为传输媒介的惯例及独占性也逐渐被打破。 2． VoIP 的原理 VoIP： Voice over IP，又称 IP 电话，指的是在 IP 网络上传输语音信号。 由字面意义，可以直译为透过 IP 网络传输的语音讯号或影像讯号，所以 VoIP 就是一种可以在 IP 网络上互传模拟音讯或视讯的一种技术 [5]。 简单地说，它是由一连串的转码、编码、压缩、打包等程序，好让该语音数据可以在 IP 网络上传输到目的端， 然后再经由相反的程序，还原成原来的语音讯号以供接听者接收。 3．在电路域软交换移动通信网中实施 VoIP 改造的必要性 分 组交换是在报文交换和线路交换基础上发展起来的技术，结合了两者的优点。 分组交换采用两种不同的 方法来管理被传输的分组流：数据报和虚电路。 数据报（ Datagram) 是面向无连接的数据传输 ， 工作过程类似于报文交换。 采用数据报方式传输时，被传输的分组称为数据报。 当一对站点之间需要传输多个数据报时，由于 6 每个数据报均被独立地传输和路由，因此在网络中可能会走不同的路径，具有不同的时间延迟，按序发送的多个数据报可能以不同的顺序达到终点。 因此为了支持数据报的传输，站点必须具有存储和重新排序的能力。 9999 虚电路（ Virtual Circuit)是面向连接的数据传输，工作过程类似于线路交换，不同之处在于此时的电 路是虚拟的。 采用虚电路方式传输时，物理媒体被理解为由多个子信道（称之为逻辑信道 LC）组成，子信道的串接形成虚电路（ VC），利用不同的虚电路来支持不同的用户数据的传输。 由于虚电路的建立和释放需要占用一定的时间，因此虚电路方式不适合站点之间具有频繁连接和交换短小数据的应用。 电路交换 技术主要适用于传送和话音相关的业务，这种 网络交换 方式对于 数据业务 而言，有着很大的局限性。 分组交换 比 电路交换 的电路利用率高，但 时延 较大。 Inter 网络主要用来传送数据业务，伴随着 Inter 的巨大成功，已使 IP 技术 成为未来 信息网络 的支柱技术，基于 TCP/IP 的 网络技术 不仅成为传送数据业务的主导技术，而且传统的 电信运营商 开始尝试使用 IP 技术 来传送话音业务。 现在传统的 电信运营商 一般都组建了自己的 IP 网络 ，除了在 IP 网络 上提供目前利润相对较低的数据业务之外，运营商希望能够充分利用现有资源向用户提供丰富的业务，最主要的是话音业务，目前话音业务仍然属于运营上最主要的收入来源，最早出现的在 分组网 上传送语音业务的应用就是 IP 电话技术。 IP 电话 技术目前已经成为人们比较熟悉的业务，主要采用 系列协议，但 的有些缺点也很明显。 在 专用网 内实现 PCtoPC 的呼叫是没有问题的，但要提供全国性业务及 PSTNtoPSTN 连接则必 须依赖 NNI 接口。 其次， 网络中使用的是集中式的网关，网关要同时处理媒体流和信令流，在处理能力上也限制 了 网络的发展 [6]。 而且， 协议的 可扩展性 较差，并且为了在 网络提供类似在 电路交换网络 上向用户提供的业务，许多厂家都对 协议进行了扩展，所以不同厂家的 设备之间的互联也是一个 网络发展 所面临的一个重要问题。 但是 IP 电话的成功应用和相当程度的市场份额让人们看到业务融合的曙光，人们逐渐认识在分组网上可以传送话音业务，并且可以达到较为理想的通信效果。 并且分组交换具有很多潜在的性能优点，一个优点是高效利用传输通道的通信能力，尤其是对 突发传输 更是如此。 另外一个优点是 统计复用 ，这样呼叫阻塞是所需平均带宽，而不是 峰值带宽 的函数。 因此在传输控制，计费等方面的可以更灵活。 正因为这些优点， 因特网 语音应用，尤其是 IP 电话，已经成为 “ 三网合一 ” 大潮中最引人注目的应用之一。 7 随着 IP 电话技术的发展， 通信业 内基本上达成了未来 电信网络 的核心将采用分组交换技术的共识，并且在这种共识之下，针对目前 IP 电话技术所存在的缺点从技术角度进行了改进，首先是将网关 呼叫控制 和媒体交换的功能相分离，并最终提出了 软交换 的概念。 软交换技术 虽然仍然采用分组网络作为承载网络，但是从技术角度来讲， 软交换技术 仍然可以看作是交换技术发展的又一个 里程碑。 传统的电路交换和 分组交换网络 在每个 网络节点上都集中了太多的智能，在 电路交换网 络中， 网络节点 不仅要负责 呼叫控制 ，处理所有和呼叫相关的信息，同时还需要负责进行话音通路的建立，同时，在电路 交换网 络中，许多业务都需要在 网络节点 上配置相关的 业务逻辑 ，目前许多业务都需要在端局上作数据，这样也制约了业务的及时提供。 IP 技术的广泛使用，移动软交换网络的 VOIP 改造，促使移动软交换 网络中的 核心网信令系统也必须进行相应的传输方式的改变， VOIP 在电路域的移动软交换中的引入主要利用的是它的信道利用率高的特点，可以极大节省网络中耗资巨大的传输承载资源，同时又能够方便与日益普及的数据 因特 网络互通 [7]。 SIGTRAN 正是大家一致公认并采纳的在移动软交换电路域核心网中基于 IP 传输方式的信令传输解决 方案。 第三节 信令传输系统（ SIGTRAN）概述 信令传输协议（ Signaling Transport， SIGTRAN）协议栈支持通过 IP 网络传输传统电路交换网（ Switched Circuit Network， SCN）信令。 该协议栈支持 SCN 信令协议分层模型定义中的层间标准原语接口，从而保证已有的 SCN 信令应用可以不经任何修改地使用，同时利用标准的 IP 传输协议作为传输承载，通过增加自身的功能来满足 SCN 信令的特殊传输要求。 SIGTRAN 协议栈有两个主要功能：适配和传输。 因此 SIGTRAN 协议栈 包含两层协议：传输协议和适配协议。 其中，传输协议为流控制传输协议（ Stream Control Transmission Protocol， SCTP），引入 SCTP 作为传输 层 协议的目的是为了保证信令可靠传输。 第四节 前言小结 本前言介绍了当前移动通信， NGN 网络和 VOIP 技术发展的概况和发展 方向以及本论文讨论中心 SIGTRAN 协议的介绍。 这也是本论文讨论 SIGTRAN 和 IP 的意义所在。 8 第二章 七号信令协议 第一节 七号信令的功能实现模块 七号信令系统的总体目标是提供一个国际标准化 通用信令系统，它的通用性决定了整个系统必然包含许多不同应用的功能，而且结构上应该易于未来应用功能的灵活扩展。 因此，七号信令区别于其他任何系统的一个重要特点就是采用了模块化的功能结构，实现了在一个系统框架内多种应用并存的灵活性 [8]。 对应于每一种应用，仅用到系统的一个子集。 七号信令系统 SS7 的功能模块，见图 图 SS7 的功能模块 各个功能模块的定义如下： ① 消息传递部分 MTP（ MESSAGE TRANSFER PART）： MTP 的主要功能是提供一个可靠的传递 系统，保证两个节点传递的信令消息无差错，不丢失，不错序，不重复。 ② 信令连接控制部分 SCCP（ SIGNALLING CONNECTION CONTROL PART）： SCCP的主要功能是与 MTP 相结合，为 MTP 提供附加功能，以便通过七号信令网在信令网中的交换局与交换局、交换局与专用中心之间传递电路相关和非电路相关的信令信息和其他类型的信息，建立无连接和面向连接的网络业务 [9]。 9 ③ 电话用户部分 TUP（ TELEPHONIC USER PART）： TUP 规定了电话业务中呼叫控制所需的信令程序以及实现这些信令程序所需的消息和消息格式。 ④ ISDN 用户部分 ISUP（ ISDN USER PART）： ISU 定义了综合业务数字网ISDN(Integrated Service Data Network）中电路交换业务控制，包括话音业务（如电话）和非话音业务（如电路交换数据通信）控制所必需的信令消息、功能和过程。 ⑤ 基站子系统应用部分 BSSAP（ BASE STATION SUBSYSTEM APPLICATION PART）：BSSAP 用于移动通信网中的 A 接口，负责移动交换局（ MSC）和基站（ BSC）之间的信息传递。 ⑥ 事务处理能力应用部分 TCAP（ TRANSACTION CAPABILITY APPLICATION PART）： TCAP 的主要功能是进一步增强传送节点至节点消息及传送与接续无关信息的能力。 ⑦ 智能网应用部分 INAP（ INTELLIGENT NETWORK APPLICATION PART）： INAP负责业务交换点 SSP(Service Switching Point)和业务控制点 SCP(Service Control Point）之间的信息传递，用于智能网业务。 ⑧ 移动应用部分 MAP（ MOBILE APPLICATION PART）： MAP 主要用于移动通信网中的 C 接口，负责移动交换局 MSC(Mobile Switching Center）和归属位置 寄存 器 HLR（ Home Location Register）之间的信息传递。 第二节 消息传递部分（ MTP） 按照标准的 SS7 信令系统的定义， SS7 信系统的公共运载系统是消息传递部分 (MTP)。 基于 MTP 的 SS7 信令承载如图 所示。 图 SS7 信令承载 消息传递部分（ MTP）构成 SS7 信令系统的第 3 功能级，是 SS7 信令系统的网络核心。 图 是信息传递部分 MTP 的功能方框图 [10]。 10 图 MTP 功能方框图 一、第一级（ MTP1） 第一级信令数据链路功能定义了信令数据链路的物理、电气和功能特性，确定与数据链路的连接方法。 信令数据链路传递信号的双向数据通路，在数字信令数据链路中，一般采用 64K bit/s 的标准速率。 现在， 2M bit/s 的高速率信令链路也已经应用在信令负荷比较高的局向之间。 二、第二级（ MTP2） 第二级信令数据功能规定了把消息信号传送到数据链路的功能和程序，它包括信号单元分界、信号单元的定位、差错检测、差错校正、初始定位和处理机故障处理。 第二级流量控制和信令链路差错率监视等功能，它与第一级共同保证在两个直连的信令点之间提供一条可靠的传送消息的信令链路。 信令链路控制功能 MTP2 符合 OSI 第二层数据链路层要求，保证信令两端的信号可靠传送。 在这一功能级中将信号划分为信号单元，它将第 3 级送来的信号消息 转变成不同长度的信号单元。 图 消息信号单元 MSU 从图 可知：信 号单元除包括信令消息之外，还包括使信令链路正常工作的控制信息。 其各个字段的功能体现了 MTP2 的功能。 其实现方法如下。 信号单元定界与定位功能：由标志码 F 来实现。 每个信号单元的开始和结束都有标志码，它用于两个长度可变。