七号信令网关及凌华解决方案

1. 网络的演进

现有的通信网络可分为传统的电路交换网和分组数据网。电路交换网包括固定电话网和移动网，它提供传统的话音和传真的业务。中国的电话用户发展迅速，截至2003年2月，中国固定电话用户为2.21亿，移动电话用户为2.16亿。在今后几年内，传统电话业务仍将是电信市场的主业。稳步发展以电路交换为基础的电话业务，尤其是移动电话业务无疑是中国电信市场发展的主要任务。


但近来，以IP为基础的分组数据网发展迅速。随着经济信息化进程的加速，数据通信，特别是IP业务将会成为电信市场新的增长点。大力发展以IP技术和装备为主导的新的数据通信网是新时期通信网的标志性工作。


不同的网将按各自的最佳方向独立演进，融合发展。最终形成一个统一的融合的主要是以IP为基础的分组化网。如图1所示。然而，从传统的电路交换网到分组化网将是一个长期的渐进过渡过程，因而在今后20年甚至更长的时间两种网络将共存。


2. SS7信令网关

随着传统电话的普及率的不断提高，传统电话话务量达到了一个相对饱和的程度。为了推动其进一步增长，电信运营商不断推出各种各样的补充业务和智能业务，例如：常用的补充业务有主叫号码显示、呼叫前转、呼叫等待等，智能业务有预付费、被叫集中付费、VPN、智能公话等。这些业务都要使用比普通电话更多的SS7，因此目前电话话务量的略微增长就会引起7号信令的大大增加。移动通信的迅速发展对SS7的需求要比固定电话更多。它每次呼叫所需的信令量是固定电话的七倍。大量的短消息，多媒体短消息、移动智能业务、以及个人业务环境等应用又使SS7不断增长。运营商们都希望以最小的成本面对这样的增长。减少投资、减少电路交换网络的建设、提高IP网络的利用率是他们共同的愿望，选用IP来传输SS7是最经济的一条途径。


在语音业务和数据业务融合的过程中，以电路交换为基础的网络和以分组交换为基础的网络之间的通信势必要求信令能够互通，两个全球最大的网络将长期共存，信令互通的潜力将是巨大的。更重要的是下一代的网络是以IP为基础的，无论是软交换体系结构还是第三代移动通信系统都采用基于IP的分组交换网络，因此信令网关是必不可少的。


另外在分布广阔的接入网中，利用普遍存在的IP网络来传输接入信令，如DSS1和V5.2，也有很大的市场需求。


信令网关的作用就是完成两个不同网络之间用于控制的信息的相互转换，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。信令网关是在两个网络的边界接收和发送信令的代理，是两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。


目前使用最广泛的两个网络一个是电话交换网络，其中包括固定电话网和移动电话网，另一个是IP网络，包括Internet，Intranet和Extranet。


在电话交换网络中，常用的信令如下图所示：


图中MAP，CAP，RANAP，BSSAP为移动通信系统使用的信令；ISUP，TUP，INAP为固定网使用的信令；DSS1和V5.2为接入网使用的信令。


在"IP为王"（EveryThing Over IP）的时代发展潮流中，人们为通过IP传输电话信令开展了大量的研究开发工作，IETF为此定义了一系列技术建议书，作出了很大的贡献。


在九十年代末，IETF成立了信令传输（SIGTRAN）工作组来解决分组形式的电话信令在IP网络上传输，确定电话信令的功能和性能要求，实现在IP网络节点之间传输如SS7 ISUP，TUP和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构架如下图所示：



图中粉红色部分为SIGTRAN的协议栈，在它们之上的是对应的电话信令协议。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，用户数据的捆绑和分段，阻塞和流量控制，防止"拒绝服务"和"伪装"的攻击等功能。另一层是用户适配层，图中由SUA、M3UA、M2UA、M2PA、IUA和V5UA五个适配模块所组成，它们分别来满足各种电话信令协议适配的要求。


电话网中的一个信令节点与IP网中的一个信令节点不能直接相连，它们之间的相互通信需要依靠一个叫做信令网关（Signalling Gateway，SG）的中间设备来进行。从IP网络的角度来看，这个信令网关有时也叫作应用服务器通信设备，因为在UAL中常把上述的IP信令节点叫做应用服务器（Application Server, AS）。通过信令网关实现两网信令互通的通用结构如下图所示：


由于前面所述的原因，一般来讲信令网关总是位于电话网络和IP网络之间，完成以SS7为主的传统电话信令与SIGTRAN的IP电话信令之间消息的相互转换，支持高层信令协议（SigProt）的互通。从电话网的角度来看，由于这信令网关主要完成SS7信令的处理所以常把它叫做七号信令网关。当信令网关与其他网络设备集成时，其中有一侧的接口将成为内部接口。例如在上图中，如果信令网关与左边的信令端点（SEP）设备集成时其左侧的TTSP接口将成为内部接口，同样与ISEP集成时其右侧的IP电话信令接口成为内部接口。

3. 应用举例

在下面的例子中将说明信令网关有很广的应用。每个网络的例子是一种可能的实现方案之一，实际的网络按不同的具体需有不同的配备。

1) 软交换固定网络
在本例子中的设备有：媒体网关控制器（MGC）、应用服务器（AS）、中继网关(TG)、接入网关（AG）、信令网关（SG）和媒体服务器（MS），如下图所示。


本例中的媒体网关控制器（MGC）终结所有的信令，包括直接传输的和通过IP的信令，完成如一个SIP电话向PSTN网络发送信号之类的信令互通，还对打到VoIP网络的呼叫进行鉴权和选择路由，并提供计费信息。这个MGC还通过SIP/SIP-T，H.323或Q.BICC与其他的MGC通信。


应用服务器（AS）为各种应用提供业务逻辑，例如语音邮件。


接入网关（AG）用于IP网络与有线或无线接入网络之间的接口。它是媒体网关和接入信令网关集成在一起的设备。它一方面在MGC的控制下完成信号编码并通过IP把它们传送给中继网关。另一方面通过SIGTRAN向MGC传送信令，这里SIGTRAN的UAL包括IUA、V5UA和M3UA。前二个适配模块分别用于传输DSS1和V5.2接入信令，后者用于传输无线接入网的信令。


2) WCDMA 3G移动通信网络

下图的例子表示了WCDMA电路交换域（CS）的结构。本例使用了基于IP的核心网络，并在图中加上了媒体服务器（Media Server）。媒体服务器在MSC-Server的控制下可以提供简单的通知服务，在应用服务器的控制下可以提供增殖服务，如语音短信、会议电话等。



在这个例子中媒体和信令网关（Media & Signalling Gateway）、移动交换中心网关服务器（GMSC Server）、拜访位置寄存器（VLR）、归宿位置寄存器（HLR）都集成了信令网关的功能，它们分别起到无线接入网的信令网关和漫游信令网关的作用。独立设置的信令网关（Signalling Gateway）完成传输信令网关的作用。


4. 使用的产品

在信令网关设备中，需使用包括平台、接口资源板、CPU主板、以及协议软件，通常实现双机主备配置时，可使用HA软件。

1) 平台

根据信令网关系统的不同实现方式，采用不同的平台。

PICMG 2.16 Blade System
例如:ADLINK cPSB-1400,cPSB-800,cPSB-880 系列
CompactPCI with H.110 System
Intel x86 base:ADLINK cPCIS-6400(4U),cPCIS-3330(9U)系列
Sun UltraSPARC base:ADLINK cSP-4501(4U),cSP-9801(9U)系列
2) 接口板

SS7信令板（资源板）。
NMS TX-TX3220C 系列
Interphase iSPAN 4539
东进 (DonJin) D607C/1207C
Intel SIU and Septel cP series.
3) CPU板

可负责高层协议的处理（MTP3以上协议），以及实现SS7网管。

4) 协议软件

可实现以下协议：MTP2、MTP3、SCCP、Q.921、LAPV5、M2UA、M2PA、M3UA、SUA、V5UA、IUA、SCTP、IP等。

5) HA软件

Sun Solaris OS :Netra HA Suite软件
Carrier Grade Linux:UpSuite HA 软件。

5. 实现案例 :cSP-4501/4U 5 Slot UltraSPARC CompactPCI System



本案例实现的是3G SGSN信令网关。

1) 硬件配置

cSP-4501 + cPCI-8602 + iSPAN 4539.。

cSP-4501
-4U高度，19’, 1个系统槽，4个外设槽，2+1个冗余电源(500W+250W)。64bit/66MHz CompactPCI总线。支持H.110 CT总线。
-Sun UltraSPARC CPU:64-bit UltraSPARC IIi 440Mhz RISC CPU with 2MB L2 cache双 LAN,10/100MB 自适应。单槽。
cPCI-8602
6U cPCI 双64-bit PMC承载板。
iSPAN 4539 PMC T1/E1/J1通讯控制器
Motorola PowerQUICC II（MPC8260）CPU, 32bit/33MHz(最高到66M) cPCI bridge,最高支持4个E1/T1/J1。
2) 软件配置

OS
Sun SPARC Solaris
协议软件
InterPhase：MTP2
Trillium：MTP3、SCTP、M3UA

6. 带给客户的好处

采用凌华科技 cSP-4501 UltraSPARC CompactPCI平台,搭配Interphase iSPAN 4539通讯控制卡,不但可享受高可靠度广为通讯业界采用Sun Solaris操作系统的高稳定性,同时Interphase提供多样化协议软件开发包支持,可加快研发速度快速上市.在凌华电信及高可靠度的cSP-4501平台开发更可搭配 Sun Netra HA软件使得七号信令网关可以轻易实现系统冗余(HA).轻易将信令网关及成为高可靠度实现在新一代电信网络如3G SGSN快速建置需求.