【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 何在 IP 的基礎(chǔ)上更多的承載傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)上的業(yè)務(wù)并且滿(mǎn)足質(zhì)量要求，已經(jīng)成為眾多研究性機(jī)構(gòu)以及設(shè)備制造廠商競(jìng)相追逐的目標(biāo)。尤其面對(duì)電路交換網(wǎng)中廣泛使用的 SS7，如何使它能夠在 IP 上有效傳輸，并且保證它具備類(lèi)似在電路交換網(wǎng)中傳送的質(zhì)量要求，成為電路交換網(wǎng)和分組交換網(wǎng)互通的一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。為此，標(biāo)準(zhǔn)化 組織 IETF（ Inter Engineering Task Force）制訂了信令傳輸協(xié)議 SIGTRAN（ Signaling Transport）標(biāo)準(zhǔn)，用于在 IP 網(wǎng)絡(luò)中傳輸傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)的 SS7 消息，滿(mǎn)足七號(hào)信令系統(tǒng)與 IP 互通的要求。 5 二、 VOIP 技術(shù) （一） VoIP 定義 VoIP 即 Voice Over IP，是把話(huà)音或傳真轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，然后與數(shù)據(jù)一起共享同一個(gè) IP 網(wǎng)絡(luò)（ Inter 互聯(lián)網(wǎng)）。 由于話(huà)音和傳真在 Inter 上免費(fèi)搭乘了 “ 順風(fēng)車(chē) ” ，所以點(diǎn)對(duì)點(diǎn) (網(wǎng)關(guān) 網(wǎng)關(guān) )國(guó)際或國(guó)內(nèi)長(zhǎng) 途通訊是完全免費(fèi)的。 IP 網(wǎng)絡(luò)可以是 Inter、 IPLC(國(guó)際專(zhuān)線 )、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等，只要是采用 IP 協(xié)議 ( Inter Protocol ) 就可以了。 VoIP 系統(tǒng)就是把傳統(tǒng)的電話(huà)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)組合搭配在一起。 （二）基本原理及其應(yīng)用 1995 年以色列 Vocal Tec 公司所推出的 Inter Phone，不但是 VoIP 網(wǎng)絡(luò)電話(huà)的開(kāi)端，也揭開(kāi)了電信 IP 化的序幕。人們從此不但可以享受到更便宜、甚至完全免費(fèi)的通話(huà)及多媒體增值服務(wù)，電信業(yè)的服務(wù)內(nèi)容及面貌也為之劇變。 1． 實(shí)現(xiàn)形式 一開(kāi)始的網(wǎng)絡(luò)電話(huà)是 以軟件的形式呈現(xiàn)，同時(shí)僅限于 PC to PC 間的通話(huà)，換句話(huà)說(shuō)，人們只要分別在兩端不同的 PC 上，安裝網(wǎng)絡(luò)電話(huà)軟件，即可經(jīng)由 IP 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對(duì)話(huà)。隨著寬頻普及與相關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)電話(huà)也由單純 PC to PC 的通話(huà)形式，發(fā)展出 IP to PSTN（公共開(kāi)關(guān)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)）、 PSTN to IP、 PSTN to PSTN 及 IP to IP 等各種形式，當(dāng)然他們的共通點(diǎn)，就是以 IP 網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介，如此一來(lái)，電信業(yè)長(zhǎng)久以 PSTN 電路交換網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介的慣例及獨(dú)占性也逐漸被打破。 2． VoIP 的原理 VoIP： Voice over IP，又稱(chēng) IP 電話(huà)，指的是在 IP 網(wǎng)絡(luò)上傳輸語(yǔ)音信號(hào)。由字面意義，可以直譯為透過(guò) IP 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼Z(yǔ)音訊號(hào)或影像訊號(hào)，所以 VoIP 就是一種可以在 IP 網(wǎng)絡(luò)上互傳模擬音訊或視訊的一種技術(shù) [5]。 簡(jiǎn)單地說(shuō)，它是由一連串的轉(zhuǎn)碼、編碼、壓縮、打包等程序，好讓該語(yǔ)音數(shù)據(jù)可以在 IP 網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)侥康亩耍? 然后再經(jīng)由相反的程序，還原成原來(lái)的語(yǔ)音訊號(hào)以供接聽(tīng)者接收。 3．在電路域軟交換移動(dòng)通信網(wǎng)中實(shí)施 VoIP 改造的必要性 分 組交換是在報(bào)文交換和線路交換基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)。分組交換采用兩種不同的 方法來(lái)管理被傳輸?shù)姆纸M流：數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路。 數(shù)據(jù)報(bào)（ Datagram) 是面向無(wú)連接的數(shù)據(jù)傳輸 ， 工作過(guò)程類(lèi)似于報(bào)文交換。采用數(shù)據(jù)報(bào)方式傳輸時(shí)，被傳輸?shù)姆纸M稱(chēng)為數(shù)據(jù)報(bào)。當(dāng)一對(duì)站點(diǎn)之間需要傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，由于 6 每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)均被獨(dú)立地傳輸和路由，因此在網(wǎng)絡(luò)中可能會(huì)走不同的路徑，具有不同的時(shí)間延遲，按序發(fā)送的多個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)可能以不同的順序達(dá)到終點(diǎn)。因此為了支持?jǐn)?shù)據(jù)報(bào)的傳輸，站點(diǎn)必須具有存儲(chǔ)和重新排序的能力。 9999 虛電路（ Virtual Circuit)是面向連接的數(shù)據(jù)傳輸，工作過(guò)程類(lèi)似于線路交換，不同之處在于此時(shí)的電 路是虛擬的。采用虛電路方式傳輸時(shí)，物理媒體被理解為由多個(gè)子信道（稱(chēng)之為邏輯信道 LC）組成，子信道的串接形成虛電路（ VC），利用不同的虛電路來(lái)支持不同的用戶(hù)數(shù)據(jù)的傳輸。由于虛電路的建立和釋放需要占用一定的時(shí)間，因此虛電路方式不適合站點(diǎn)之間具有頻繁連接和交換短小數(shù)據(jù)的應(yīng)用。 電路交換 技術(shù)主要適用于傳送和話(huà)音相關(guān)的業(yè)務(wù)，這種 網(wǎng)絡(luò)交換 方式對(duì)于 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 而言，有著很大的局限性。 分組交換 比 電路交換 的電路利用率高，但 時(shí)延 較大。 Inter 網(wǎng)絡(luò)主要用來(lái)傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，伴隨著 Inter 的巨大成功，已使 IP 技術(shù) 成為未來(lái) 信息網(wǎng)絡(luò) 的支柱技術(shù)，基于 TCP/IP 的 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 不僅成為傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的主導(dǎo)技術(shù)，而且傳統(tǒng)的 電信運(yùn)營(yíng)商 開(kāi)始嘗試使用 IP 技術(shù) 來(lái)傳送話(huà)音業(yè)務(wù)?，F(xiàn)在傳統(tǒng)的 電信運(yùn)營(yíng)商 一般都組建了自己的 IP 網(wǎng)絡(luò) ，除了在 IP 網(wǎng)絡(luò) 上提供目前利潤(rùn)相對(duì)較低的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之外，運(yùn)營(yíng)商希望能夠充分利用現(xiàn)有資源向用戶(hù)提供豐富的業(yè)務(wù)，最主要的是話(huà)音業(yè)務(wù)，目前話(huà)音業(yè)務(wù)仍然屬于運(yùn)營(yíng)上最主要的收入來(lái)源，最早出現(xiàn)的在 分組網(wǎng) 上傳送語(yǔ)音業(yè)務(wù)的應(yīng)用就是 IP 電話(huà)技術(shù)。 IP 電話(huà) 技術(shù)目前已經(jīng)成為人們比較熟悉的業(yè)務(wù)，主要采用 系列協(xié)議，但 的有些缺點(diǎn)也很明顯。在 專(zhuān)用網(wǎng) 內(nèi)實(shí)現(xiàn) PCtoPC 的呼叫是沒(méi)有問(wèn)題的，但要提供全國(guó)性業(yè)務(wù)及 PSTNtoPSTN 連接則必 須依賴(lài) NNI 接口。其次， 網(wǎng)絡(luò)中使用的是集中式的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)要同時(shí)處理媒體流和信令流，在處理能力上也限制 了 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 [6]。 而且， 協(xié)議的 可擴(kuò)展性 較差，并且為了在 網(wǎng)絡(luò)提供類(lèi)似在 電路交換網(wǎng)絡(luò) 上向用戶(hù)提供的業(yè)務(wù)，許多廠家都對(duì) 協(xié)議進(jìn)行了擴(kuò)展，所以不同廠家的 設(shè)備之間的互聯(lián)也是一個(gè) 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展 所面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。 但是 IP 電話(huà)的成功應(yīng)用和相當(dāng)程度的市場(chǎng)份額讓人們看到業(yè)務(wù)融合的曙光，人們逐漸認(rèn)識(shí)在分組網(wǎng)上可以傳送話(huà)音業(yè)務(wù)，并且可以達(dá)到較為理想的通信效果。并且分組交換具有很多潛在的性能優(yōu)點(diǎn)，一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是高效利用傳輸通道的通信能力，尤其是對(duì) 突發(fā)傳輸 更是如此。另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是 統(tǒng)計(jì)復(fù)用 ，這樣呼叫阻塞是所需平均帶寬，而不是 峰值帶寬 的函數(shù)。因此在傳輸控制，計(jì)費(fèi)等方面的可以更靈活。正因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)， 因特網(wǎng) 語(yǔ)音應(yīng)用，尤其是 IP 電話(huà)，已經(jīng)成為 “ 三網(wǎng)合一 ” 大潮中最引人注目的應(yīng)用之一。 7 隨著 IP 電話(huà)技術(shù)的發(fā)展， 通信業(yè) 內(nèi)基本上達(dá)成了未來(lái) 電信網(wǎng)絡(luò) 的核心將采用分組交換技術(shù)的共識(shí)，并且在這種共識(shí)之下，針對(duì)目前 IP 電話(huà)技術(shù)所存在的缺點(diǎn)從技術(shù)角度進(jìn)行了改進(jìn)，首先是將網(wǎng)關(guān) 呼叫控制 和媒體交換的功能相分離，并最終提出了 軟交換 的概念。 軟交換技術(shù) 雖然仍然采用分組網(wǎng)絡(luò)作為承載網(wǎng)絡(luò)，但是從技術(shù)角度來(lái)講， 軟交換技術(shù) 仍然可以看作是交換技術(shù)發(fā)展的又一個(gè) 里程碑 。傳統(tǒng)的電路交換和 分組交換網(wǎng)絡(luò) 在每個(gè) 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上都集中了太多的智能，在 電路交換網(wǎng) 絡(luò)中， 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 不僅要負(fù)責(zé) 呼叫控制 ，處理所有和呼叫相關(guān)的信息，同時(shí)還需要負(fù)責(zé)進(jìn)行話(huà)音通路的建立，同時(shí)，在電路 交換網(wǎng) 絡(luò)中，許多業(yè)務(wù)都需要在 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 上配置相關(guān)的 業(yè)務(wù)邏輯 ，目前許多業(yè)務(wù)都需要在端局上作數(shù)據(jù)，這樣也制約了業(yè)務(wù)的及時(shí)提供。 IP 技術(shù)的廣泛使用，移動(dòng)軟交換網(wǎng)絡(luò)的 VOIP 改造，促使移動(dòng)軟交換 網(wǎng)絡(luò)中的 核心網(wǎng)信令系統(tǒng)也必須進(jìn)行相應(yīng)的傳輸方式的改變， VOIP 在電路域的移動(dòng)軟交換中的引入主要利用的是它的信道利用率高的特點(diǎn)，可以極大節(jié)省網(wǎng)絡(luò)中耗資巨大的傳輸承載資源，同時(shí)又能夠方便與日益普及的數(shù)據(jù) 因特 網(wǎng)絡(luò)互通 [7]。 SIGTRAN 正是大家一致公認(rèn)并采納的在移動(dòng)軟交換電路域核心網(wǎng)中基于 IP 傳輸方式的信令傳輸解決 方案。 第三節(jié) 信令傳輸系統(tǒng)（ SIGTRAN）概述 信令傳輸協(xié)議（ Signaling Transport， SIGTRAN）協(xié)議棧支持通過(guò) IP 網(wǎng)絡(luò)傳輸傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)（ Switched Circuit Network， SCN）信令。該協(xié)議棧支持 SCN 信令協(xié)議分層模型定義中的層間標(biāo)準(zhǔn)原語(yǔ)接口，從而保證已有的 SCN 信令應(yīng)用可以不經(jīng)任何修改地使用，同時(shí)利用標(biāo)準(zhǔn)的 IP 傳輸協(xié)議作為傳輸承載，通過(guò)增加自身的功能來(lái)滿(mǎn)足 SCN 信令的特殊傳輸要求。 SIGTRAN 協(xié)議棧有兩個(gè)主要功能：適配和傳輸。因此 SIGTRAN 協(xié)議棧 包含兩層協(xié)議：傳輸協(xié)議和適配協(xié)議。其中，傳輸協(xié)議為流控制傳輸協(xié)議（ Stream Control Transmission Protocol， SCTP），引入 SCTP 作為傳輸 層 協(xié)議的目的是為了保證信令可靠傳輸。 第四節(jié) 前言小結(jié) 本前言介紹了當(dāng)前移動(dòng)通信， NGN 網(wǎng)絡(luò)和 VOIP 技術(shù)發(fā)展的概況和發(fā)展 方向以及本論文討論中心 SIGTRAN 協(xié)議的介紹。這也是本論文討論 SIGTRAN 和 IP 的意義所在。 8 第二章 七號(hào)信令協(xié)議 第一節(jié) 七號(hào)信令的功能實(shí)現(xiàn)模塊 七號(hào)信令系統(tǒng)的總體目標(biāo)是提供一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化 通用信令系統(tǒng)，它的通用性決定了整個(gè)系統(tǒng)必然包含許多不同應(yīng)用的功能，而且結(jié)構(gòu)上應(yīng)該易于未來(lái)應(yīng)用功能的靈活擴(kuò)展。因此，七號(hào)信令區(qū)別于其他任何系統(tǒng)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是采用了模塊化的功能結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)系統(tǒng)框架內(nèi)多種應(yīng)用并存的靈活性 [8]。 對(duì)應(yīng)于每一種應(yīng)用，僅用到系統(tǒng)的一個(gè)子集。七號(hào)信令系統(tǒng) SS7 的功能模塊，見(jiàn)圖 圖 SS7 的功能模塊 各個(gè)功能模塊的定義如下： ① 消息傳遞部分 MTP（ MESSAGE TRANSFER PART）： MTP 的主要功能是提供一個(gè)可靠的傳遞 系統(tǒng)，保證兩個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞的信令消息無(wú)差錯(cuò)，不丟失，不錯(cuò)序，不重復(fù)。 ② 信令連接控制部分 SCCP（ SIGNALLING CONNECTION CONTROL PART）： SCCP的主要功能是與 MTP 相結(jié)合，為 MTP 提供附加功能，以便通過(guò)七號(hào)信令網(wǎng)在信令網(wǎng)中的交換局與交換局、交換局與專(zhuān)用中心之間傳遞電路相關(guān)和非電路相關(guān)的信令信息和其他類(lèi)型的信息，建立無(wú)連接和面向連接的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù) [9]。 9 ③ 電話(huà)用戶(hù)部分 TUP（ TELEPHONIC USER PART）： TUP 規(guī)定了電話(huà)業(yè)務(wù)中呼叫控制所需的信令程序以及實(shí)現(xiàn)這些信令程序所需的消息和消息格式。 ④ ISDN 用戶(hù)部分 ISUP（ ISDN USER PART）： ISU 定義了綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN(Integrated Service Data Network）中電路交換業(yè)務(wù)控制，包括話(huà)音業(yè)務(wù)（如電話(huà)）和非話(huà)音業(yè)務(wù)（如電路交換數(shù)據(jù)通信）控制所必需的信令消息、功能和過(guò)程。 ⑤ 基站子系統(tǒng)應(yīng)用部分 BSSAP（ BASE STATION SUBSYSTEM APPLICATION PART）：BSSAP 用于移動(dòng)通信網(wǎng)中的 A 接口，負(fù)責(zé)移動(dòng)交換局（ MSC）和基站（ BSC）之間的信息傳遞。 ⑥ 事務(wù)處理能力應(yīng)用部分 TCAP（ TRANSACTION CAPABILITY APPLICATION PART）： TCAP 的主要功能是進(jìn)一步增強(qiáng)傳送節(jié)點(diǎn)至節(jié)點(diǎn)消息及傳送與接續(xù)無(wú)關(guān)信息的能力。 ⑦ 智能網(wǎng)應(yīng)用部分 INAP（ INTELLIGENT NETWORK APPLICATION PART）： INAP負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)交換點(diǎn) SSP(Service Switching Point)和業(yè)務(wù)控制點(diǎn) SCP(Service Control Point）之間的信息傳遞，用于智能網(wǎng)業(yè)務(wù)。 ⑧ 移動(dòng)應(yīng)用部分 MAP（ MOBILE APPLICATION PART）： MAP 主要用于移動(dòng)通信網(wǎng)中的 C 接口，負(fù)責(zé)移動(dòng)交換局 MSC(Mobile Switching Center）和歸屬位置 寄存 器 HLR（ Home Location Register）之間的信息傳遞。 第二節(jié) 消息傳遞部分（ MTP） 按照標(biāo)準(zhǔn)的 SS7 信令系統(tǒng)的定義， SS7 信系統(tǒng)的公共運(yùn)載系統(tǒng)是消息傳遞部分 (MTP)?；?MTP 的 SS7 信令承載如圖 所示。 圖 SS7 信令承載 消息傳遞部分（ MTP）構(gòu)成 SS7 信令系統(tǒng)的第 3 功能級(jí)，是 SS7 信令系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)核心。圖 是信息傳遞部分 MTP 的功能方框圖 [10]。 10 圖 MTP 功能方框圖 一、第一級(jí)（ MTP1） 第一級(jí)信令數(shù)據(jù)鏈路功能定義了信令數(shù)據(jù)鏈路的物理、電氣和功能特性，確定與數(shù)據(jù)鏈路的連接方法。信令數(shù)據(jù)鏈路傳遞信號(hào)的雙向數(shù)據(jù)通路，在數(shù)字信令數(shù)據(jù)鏈路中，一般采用 64K bit/s 的標(biāo)準(zhǔn)速率。 現(xiàn)在， 2M bit/s 的高速率信令鏈路也已經(jīng)應(yīng)用在信令負(fù)荷比較高的局向之間。 二、第二級(jí)（ MTP2） 第二級(jí)信令數(shù)據(jù)功能規(guī)定了把消息信號(hào)傳送到數(shù)據(jù)鏈路的功能和程序，它包括信號(hào)單元分界、信號(hào)單元的定位、差錯(cuò)檢測(cè)、差錯(cuò)校正、初始定位和處理機(jī)故障處理。第二級(jí)流量控制和信令鏈路差錯(cuò)率監(jiān)視等功能，它與第一級(jí)共同保證在兩個(gè)直連的信令點(diǎn)之間提供一條可靠的傳送消息的信令鏈路。 信令鏈路控制功能 MTP2 符合 OSI 第二層數(shù)據(jù)鏈路層要求，保證信令兩端的信號(hào)可靠傳送。在這一功能級(jí)中將信號(hào)劃分為信號(hào)單元，它將第 3 級(jí)送來(lái)的信號(hào)消息 轉(zhuǎn)變成不同長(zhǎng)度的信號(hào)單元。 圖 消息信號(hào)單元 MSU 從圖 可知：信 號(hào)單元除包括信令消息之外，還包括使信令鏈路正常工作的控制信息。 其各個(gè)字段的功能體現(xiàn)了 MTP2 的功能。其實(shí)現(xiàn)方法如下。 信號(hào)單元定界與定位功能：由標(biāo)志碼 F 來(lái)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)信號(hào)單元的開(kāi)始和結(jié)束都有標(biāo)志碼，它用于兩個(gè)長(zhǎng)度可變