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正文內(nèi)容

畢業(yè)論文:移動軟交換網(wǎng)絡(luò)中的sigtran及其實現(xiàn)(編輯修改稿)

2025-07-02 04:58 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 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)并且滿足質(zhì)量要求,已經(jīng)成為眾多研究性機構(gòu)以及設(shè)備制造廠商競相追逐的目標。尤其面對電路交換網(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)互通的一個迫切需要解決的問題。為此,標準化 組織 IETF( Inter Engineering Task Force)制訂了信令傳輸協(xié)議 SIGTRAN( Signaling Transport)標準,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,滿足七號信令系統(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 IP 網(wǎng)絡(luò)( Inter 互聯(lián)網(wǎng))。 由于話音和傳真在 Inter 上免費搭乘了 “ 順風車 ” ,所以點對點 (網(wǎng)關(guān) 網(wǎng)關(guān) )國際或國內(nèi)長 途通訊是完全免費的。 IP 網(wǎng)絡(luò)可以是 Inter、 IPLC(國際專線 )、無線網(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)電話的開端,也揭開了電信 IP 化的序幕。人們從此不但可以享受到更便宜、甚至完全免費的通話及多媒體增值服務(wù),電信業(yè)的服務(wù)內(nèi)容及面貌也為之劇變。 1. 實現(xiàn)形式 一開始的網(wǎng)絡(luò)電話是 以軟件的形式呈現(xiàn),同時僅限于 PC to PC 間的通話,換句話說,人們只要分別在兩端不同的 PC 上,安裝網(wǎng)絡(luò)電話軟件,即可經(jīng)由 IP 網(wǎng)絡(luò)進行對話。隨著寬頻普及與相關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的演進,網(wǎng)絡(luò)電話也由單純 PC to PC 的通話形式,發(fā)展出 IP to PSTN(公共開關(guān)電話網(wǎng)絡(luò))、 PSTN to IP、 PSTN to PSTN 及 IP to IP 等各種形式,當然他們的共通點,就是以 IP 網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介,如此一來,電信業(yè)長久以 PSTN 電路交換網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介的慣例及獨占性也逐漸被打破。 2. VoIP 的原理 VoIP: Voice over IP,又稱 IP 電話,指的是在 IP 網(wǎng)絡(luò)上傳輸語音信號。由字面意義,可以直譯為透過 IP 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼Z音訊號或影像訊號,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]。 簡單地說,它是由一連串的轉(zhuǎn)碼、編碼、壓縮、打包等程序,好讓該語音數(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,還原成原來的語音訊號以供接聽者接收。 3.在電路域軟交換移動通信網(wǎng)中實施 VoIP 改造的必要性 分 組交換是在報文交換和線路交換基礎(chǔ)上發(fā)展起來的技術(shù),結(jié)合了兩者的優(yōu)點。分組交換采用兩種不同的 方法來管理被傳輸?shù)姆纸M流:數(shù)據(jù)報和虛電路。 數(shù)據(jù)報( Datagram) 是面向無連接的數(shù)據(jù)傳輸 , 工作過程類似于報文交換。采用數(shù)據(jù)報方式傳輸時,被傳輸?shù)姆纸M稱為數(shù)據(jù)報。當一對站點之間需要傳輸多個數(shù)據(jù)報時,由于 6 每個數(shù)據(jù)報均被獨立地傳輸和路由,因此在網(wǎng)絡(luò)中可能會走不同的路徑,具有不同的時間延遲,按序發(fā)送的多個數(shù)據(jù)報可能以不同的順序達到終點。因此為了支持數(shù)據(jù)報的傳輸,站點必須具有存儲和重新排序的能力。 9999 虛電路( Virtual Circuit)是面向連接的數(shù)據(jù)傳輸,工作過程類似于線路交換,不同之處在于此時的電 路是虛擬的。采用虛電路方式傳輸時,物理媒體被理解為由多個子信道(稱之為邏輯信道 LC)組成,子信道的串接形成虛電路( VC),利用不同的虛電路來支持不同的用戶數(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間,因此虛電路方式不適合站點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音相關(guān)的業(yè)務(wù),這種 網(wǎng)絡(luò)交換 方式對于 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 時延 較大。 Inter 網(wǎng)絡(luò)主要用來傳送數(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 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 電信運營商 開始嘗試使用 IP 技術(shù) 來傳送話音業(yè)務(wù)。現(xiàn)在傳統(tǒng)的 電信運營商 一般都組建了自己的 IP 網(wǎng)絡(luò) ,除了在 IP 網(wǎng)絡(luò) 上提供目前利潤相對較低的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之外,運營商希望能夠充分利用現(xiàn)有資源向用戶提供豐富的業(yè)務(wù),最主要的是話音業(yè)務(wù),目前話音業(yè)務(wù)仍然屬于運營上最主要的收入來源,最早出現(xiàn)的在 分組網(wǎng) 上傳送語音業(yè)務(wù)的應(yīng)用就是 IP 電話技術(shù)。 IP 電話 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 的有些缺點也很明顯。在 專用網(wǎng) 內(nèi)實現(xiàn) PCtoPC 的呼叫是沒有問題的,但要提供全國性業(yè)務(wù)及 PSTNtoPSTN 連接則必 須依賴 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 可擴展性 較差,并且為了在 網(wǎng)絡(luò)提供類似在 電路交換網(wǎng)絡(luò) 上向用戶提供的業(yè)務(wù),許多廠家都對 協(xié)議進行了擴展,所以不同廠家的 設(shè)備之間的互聯(lián)也是一個 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展 所面臨的一個重要問題。 但是 IP 電話的成功應(yīng)用和相當程度的市場份額讓人們看到業(yè)務(wù)融合的曙光,人們逐漸認識在分組網(wǎng)上可以傳送話音業(yè)務(wù),并且可以達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,一個優(yōu)點是高效利用傳輸通道的通信能力,尤其是對 突發(fā)傳輸 更是如此。另外一個優(yōu)點是 統(tǒng)計復(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,計費等方面的可以更靈活。正因為這些優(yōu)點, 因特網(wǎng) 語音應(yīng)用,尤其是 IP 電話,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 電話技術(shù)的發(fā)展, 通信業(yè) 內(nèi)基本上達成了未來 電信網(wǎng)絡(luò) 的核心將采用分組交換技術(shù)的共識,并且在這種共識之下,針對目前 IP 電話技術(shù)所存在的缺點從技術(shù)角度進行了改進,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 里程碑 。傳統(tǒng)的電路交換和 分組交換網(wǎng)絡(luò) 在每個 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點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 不僅要負責 呼叫控制 ,處理所有和呼叫相關(guān)的信息,同時還需要負責進行話音通路的建立,同時,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 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)的及時提供。 IP 技術(shù)的廣泛使用,移動軟交換網(wǎng)絡(luò)的 VOIP 改造,促使移動軟交換 網(wǎng)絡(luò)中的 核心網(wǎng)信令系統(tǒng)也必須進行相應(yīng)的傳輸方式的改變, VOIP 在電路域的移動軟交換中的引入主要利用的是它的信道利用率高的特點,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 正是大家一致公認并采納的在移動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 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準原語接口,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,同時利用標準的 IP 傳輸協(xié)議作為傳輸承載,通過增加自身的功能來滿足 SCN 信令的特殊傳輸要求。 SIGTRAN 協(xié)議棧有兩個主要功能: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) 本前言介紹了當前移動通信, 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 七號信令協(xié)議 第一節(jié) 七號信令的功能實現(xiàn)模塊 七號信令系統(tǒng)的總體目標是提供一個國際標準化 通用信令系統(tǒng),它的通用性決定了整個系統(tǒng)必然包含許多不同應(yīng)用的功能,而且結(jié)構(gòu)上應(yīng)該易于未來應(yīng)用功能的靈活擴展。因此,七號信令區(qū)別于其他任何系統(tǒng)的一個重要特點就是采用了模塊化的功能結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了在一個系統(tǒng)框架內(nèi)多種應(yīng)用并存的靈活性 [8]。 對應(yīng)于每一種應(yīng)用,僅用到系統(tǒng)的一個子集。七號信令系統(tǒng) SS7 的功能模塊,見圖 圖 SS7 的功能模塊 各個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可靠的傳遞 系統(tǒng),保證兩個節(jié)點傳遞的信令消息無差錯,不丟失,不錯序,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,以便通過七號信令網(wǎng)在信令網(wǎng)中的交換局與交換局、交換局與專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型的信息,建立無連接和面向連接的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù) [9]。 9 ③ 電話用戶部分 TUP( TELEPHONIC USER PART): TUP 規(guī)定了電話業(yè)務(wù)中呼叫控制所需的信令程序以及實現(xiàn)這些信令程序所需的消息和消息格式。 ④ ISDN 用戶部分 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,包括話音業(yè)務(wù)(如電話)和非話音業(yè)務(wù)(如電路交換數(shù)據(jù)通信)控制所必需的信令消息、功能和過程。 ⑤ 基站子系統(tǒng)應(yīng)用部分 BSSAP( BASE STATION SUBSYSTEM APPLICATION PART):BSSAP 用于移動通信網(wǎng)中的 A 接口,負責移動交換局( 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 的主要功能是進一步增強傳送節(jié)點至節(jié)點消息及傳送與接續(xù)無關(guān)信息的能力。 ⑦ 智能網(wǎng)應(yīng)用部分 INAP( INTELLIGENT NETWORK APPLICATION PART): INAP負責業(yè)務(wù)交換點 SSP(Service Switching Point)和業(yè)務(wù)控制點 SCP(Service Control Point)之間的信息傳遞,用于智能網(wǎng)業(yè)務(wù)。 ⑧ 移動應(yīng)用部分 MAP( MOBILE APPLICATION PART): MAP 主要用于移動通信網(wǎng)中的 C 接口,負責移動交換局 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) 按照標準的 SS7 信令系統(tǒng)的定義, SS7 信系統(tǒng)的公共運載系統(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,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( MTP1) 第一級信令數(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 的標準速率。 現(xiàn)在, 2M bit/s 的高速率信令鏈路也已經(jīng)應(yīng)用在信令負荷比較高的局向之間。 二、第二級( MTP2) 第二級信令數(shù)據(jù)功能規(guī)定了把消息信號傳送到數(shù)據(jù)鏈路的功能和程序,它包括信號單元分界、信號單元的定位、差錯檢測、差錯校正、初始定位和處理機故障處理。第二級流量控制和信令鏈路差錯率監(jiān)視等功能,它與第一級共同保證在兩個直連的信令點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可靠傳送。在這一功能級中將信號劃分為信號單元,它將第 3 級送來的信號消息 轉(zhuǎn)變成不同長度的信號單元。 圖 消息信號單元 MSU 從圖 可知:信 號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。 其各個字段的功能體現(xiàn)了 MTP2 的功能。其實現(xiàn)方法如下。 信號單元定界與定位功能:由標志碼 F 來實現(xiàn)。每個信號單元的開始和結(jié)束都有標志碼,它用于兩個長度可變
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