软交换系统七号信令设计

2012-07-31陈少军

无线电通信技术 2012年2期

陈少军

(河北远东哈里斯通信有限公司，河北石家庄050200)

0 引言

由于在电路交换网络中，多种通信信令同时并存，所以软交换系统必须支持目前得到大规模应用的主流信令，并实现各种信令的互联互通。在目前公众交换电话网/公众陆地移动电话网(PSTN/PLMN)网络中，七号信令是应用最广泛的信令，所以，软交换系统必须具备支持七号信令的能力。

1 软交换系统

软交换是下一代网络的控制功能实体，为下一代网络(NGN)有实时性要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。软交换至少应具备以下3个基本特点:

①集成分组网世界和电路交换网世界;

②具备汇接局和端局能力;

③呼叫控制与媒体层和业务层分离。

软交换实现了传统程控交换机的呼叫控制功能，但传统的呼叫控制功能是和业务结合在一起的，不同业务所需要的呼叫控制功能不同，这要求软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。软交换的设计思想是:呼叫和承载分离，业务和呼叫分离。

1.1 软交换体系结构

软交换技术将电话交换机的业务接入模块独立成为一个物理实体，称为媒体网关，媒体网关完成数据格式和协议的转换，将接入的所有媒体信息流均转换为采用互联网协议(IP)的数据包在软交换网络中传送。根据媒体网关接入的用户及业务不同，媒体网关可以细分为中继媒体网关、信令网关和接入网关。软交换系统的体系结构如图1所示。

图1 软交换系统分层结构

中继媒体网关(TG):位于下一代网络(NGN)的边缘接入层，连接PSTN和NGN网络，实现IP包转时分复用模式(TDM)的功能。

信令网关(SG):用于完成与PSTN/PLMN电话交换机的信令连接，将电话交换机采用的基于TDM电路的七号信令信息转换为IP包。

TG和SG共同完成了软交换网与采用TDM电路交换的 PSTN/PLMN电话网的连接，将 PSTN/PLMN网中的普通电话用户及其业务接入到了软交换网中。

接入网关(AG):用于直接将普通电话用户接入到软交换网中。

1.2 信令网关

在软交换系统中，通过信令网关实现和PSTN/PLMN的七号信令(SS7)接入。信令网关的作用就是完成2个不同网络之间用于控制信息的相互转换，以实现一个网络中的控制信息能够在另一个网络中延续传输。信令网关是2个网络间的信令关口，对信令消息进行翻译、中继或终结处理。信令网关可以独立设置，也可以与其他网关综合设置，来处理与接入线路或中继线路有关的信令。

信令网关采用SIGTRAN协议簇来解决分组形式的电话信令在IP网络上传输，实现在IP网络节点之间传输如七号信令系统/综合业务用户部分(SS7/ISUP)，电话用户部分(TUP)和数字一号信令系统(DSS1)之类的信令。SIGTRAN构架是在流控传输协议(SCTP)上加一个用户适配层(UAL)。用户适配层是由多个适配模块所组成。它们分别为上层现有的电话用户/应用提供原来的原语接口(如管理指示、数据操作等原语)，并把上层特定信令协议打包在SCTP上传输。SCTP基于标准的互联网协议(IPv4、IPv6)之上。

SIGTRAN的协议栈分为2层:一层是SCTP，它提供多个流的、可靠的数据传输;另一层是用户适配层，适配层协议包括:信令连接控制部分(SCCP)用户的适配层协议(SUA)、消息传递部分(MTP)第3级用户的适配层协议(M3UA)、MTP第2级用户的适配层协议(M2UA)、MTP第2级用户的对等适配层协议(M2PA)、综合业务数字网络(ISDN)Q.931用户适配层协议(IUA)和V5.2用户适配层协议(V5UA)，它们分别来满足各种电话信令协议适配的要求。

在软交换系统中，使用M3UA/SCTP和信令网关互联，从而将PSTN/PLMN中的七号信令接入到软交换系统。

1.3 SIP-I

1.3.1 IETF 的 SIP-T 协议

SIP-T(SIP for Telephones)由IETFMMUSIC工作组的RFC3372所定义，整个协议族包括RFC3372、RFC2976、RFC3204及RFC3398等。它采用端到端的研究方法建立了SIP与ISUP互通时的3种互通模型，即:呼叫由 PSTN用户发起，经 SIP网络由PSTN用户终结;呼叫由SIP用户发起，由PSTN用户终结;呼叫由PSTN用户发起，由SIP用户终结。

SIP-T为SIP与ISUP的互通提出了2种方法，即封装和映射，分别由RFC3204和RFC3398所定义。但SIP-T只关注于基本呼叫的互通，对补充业务则基本上没有涉及。

1.3.2 ITU-T 的 SIP-I协议

SIP-I(SIP with Encapsulated ISUP)协议族包括ITU-TSG11 工作组的 TRQ.2815 和 Q.1912.5。前者定义了SIP与与承载无关的呼叫控制协议(BICC)和ISUP互通时的技术需求，包括互通接口模型、互通单元IWU所应支持的协议能力集及互通接口的安全模型等。后者根据IWU在SIP侧的网络和网络接口(NNI)上所需支持的不同协议能力配置集，详细定义了第3代合作伙伴项目(3GPP)SIP与BICC/ISUP的互通、一般情况下SIP与BICC/ISUP的互通及SIP带有ISUP消息封装时与BICC/ISUP的互通等。

SIP-I协议族重用了许多IETF的标准和草案，内容不仅涵盖了基本呼叫的互通，还包括了BICC/ISUP补充业务的互通。

1.3.3 SIP-T 与 SIP-I的比较

SIP-T和SIP-I的区别如表1所示。

表1 SIP-T和SIP-I的区别

通过表1的对比分析，显然SIP-I协议族的内容远远比SIP-T的内容要丰富。尤为重要的是，SIP-I协议族具有ITU-T标准固有的清晰准确和详细具体，可操作性非常强;并且 3GPP已经采用Q.61912.5作为 IP多媒体系统(IMS)与 PSTN/PLMN互通的最终标准。所以，软交换 SIP域与PSTN的互通应该遵循ITU-T的SIP-I协议族。

2 软交换七号信令

基于软交换体系的分层结构、TG/SG的功能，软交换系统实现七号信令必须采用互联互通结构。

2.1 互联互通结构

由软交换体系结构可以得到以下结论:软交换七号信令的互联互通不仅包括软交换与PSTN/PLMN的互通，还包括软交换网络之间的互通。七号信令互联互通如图2所示。

图2 通信系统互联互通示意图

2.2 软交换设备七号信令软件结构

软交换设备支持SIGTRAN协议簇及七号信令应用层协议(ISUP、CTUP和SCCP等)。除此之外，软交换设备必须支持SIP-I协议，实现软交换设备之间七号信令在IP网络的传输。软交换设备七号信令软交换结构如图3所示。

图3 软交换设备七号信令软件结构

软交换设备收到从IP网络上传送的七号信令协议后，通过 SIGTRAN协议簇将应用层数据(ISUP、TUP等)提取出来，并上报到SS7应用层协议模块进行解析和处理。解析完成后，通过协议转换模块将七号信令格式的数据转换成SIP协议应用层识别的数据格式，并通过SIP协议栈进行SIP协议数据的编码和封装，经过IP网络层传送到另一台软交换设备，从而实现软交换设备内部及设备之间的七号信令处理和传输。

协议转换层在进行七号信令到SIP信令的数据格式转换时，必须采用SIP-I协议，将七号信令应用层数据进行封装和透传，才能保证协议翻译的完整性。

协议转换层和SS7协议应用层、SIP协议应用层之间必须提供统一消息接口结构，以保证协议之间的互联互通。同时，协议转换层必须具备呼叫控制和处理功能，判断呼叫是本地呼叫还是出局呼叫。当呼叫为出局呼叫时，还必须进行路由分析及是否支持SIP-I的判断，以决定是否透传七号信令消息体。