信令网的演进

湘南风流人

信令网络的技术体制自然与未来网络演进的趋势是息息相关的，我们只有对未来网络的发展演进有了深刻、透彻的认识，才可能制定合适的信令技术体制。运营商特别是新型运营商如何看待7号信令网，是否还要建设传统电信庞大的7号信令网呢？如果要建设传统的7号信令网,它的规模又该如何控制？至关重要的是我们的基本目标是要保证网络的互通互联、推动业务的开展。只有明确了7号信令网对于现有业务的作用和意义，才能提出真正具备指导意义的发展策略。

一、今天的挑战——业务融合

　　融合技术使得电信业务提供商们可以不断采用创新方式来实现话音和数据应用的融合，这势必提高生产率又同时节约对基础设施的投资。由于电路交换网络承载数据通信量，而数据网络承载语音话务量，两种网络的区别趋于模糊，在传统的语音网络和基于IP的传输网络之间交叉传送的语音和数据流量每天几乎成指数级地增长。电路交换网络与数据分组网络的融合是必然的趋势。传统的电路交换技术将逐步转向分组技术，终将形成统一的IP核心网。

　　未来的电信网是基于IP网络的，未来的电信信令系统是基于软交换的。但是，我们并不认为7号信令网现在就可以为IP网所取代，电路交换网络依旧在发展，而且由于7号信令具备信令速度快，具有提供大量信令的潜力，具有改变和增加信令的灵活性，便于开放新业务，在通话时可以随意处理信令，成本低，特别是ISDN和智能网等新型网络和业务的发展，大量的业务包含传统的业务融合的业务对7号信令网提出了更大的需求。而且，当前IP网还做不到电路交换网络的高QoS 的特性，IP网的信令如Sigtran的标准化工作依旧在进行之中。作为电信业务的运营商而言，在当今7号信令网和IP网共存的状况下所面临的挑战，是既要实现电信业务的融合，又要保证电信业务高可靠性的特点。因而在未来相当长的时间内电信运营商需要同时支持两种网络，以解决两网之间的互通以及语音数据业务及应用之间的互操作性。

　　目前两个领域的发展使得两种网络的业务之间相互融合。互联网接入使用的激增，使得大量用户通过电路交换网接入到数据网络上；VoIP的迅速发展，也使得数据网络运营商可以进入语音市场；数据网络通过VPN使得许多客户和用户组以虚拟的方式利用电路交换网的基础设施。　　融合的业务在网络之间延伸和增长，而业务的应用及平台要求通过SS7信令访问信息和网络，因而SS7网络框架上传送信息的需求在持续增长，信令的传送由传统SS7分组网向数据网络中延伸，传统信令网与数据网络的信令互通需求日益强烈。同时基于数据网络的终端用户需要类似于传统电路交换网中高质量、高可靠性、高度灵活的语音和数据应用。

　　信令网的演进是平滑演进。对于运营商而言信令网的演进问题具有十分重要的意义。首先，网络演进中的每个阶段要具备对传统电信业务的兼容性和与传统电信业务网络的互通性；另外演进的每个阶段要具备迅速提供新型业务的能力，给电信运营商直接带来收益。

　　Softswitch作为下一代网络的核心，是目前新兴运营商快速进入话音市场的重要手段，也对传统电信网的演变起到重要作用。为实现网络互通，在较长的一段时间内还需要同智能网、PINT、GK/SSP等配合。

　　当前对于新兴运营商来说，对信令最大的需求是可以实现I P网侧访问或者说和SS7网络进行互通。这就是7号信令网关产生的根本原因，信令网关产生的另外一个原因是由于目前的SS7作为一种局间信令，是通过专用的中继信令链路实现其呼叫控制等信令功能，而在无连接型数据网络中不具备其信令传送的环境和条件，通过在电路交换网络与数据分组网络增加信令网关，可以实现传统的SS7信令应用部分不作任何修改地在无连接的数据网络中传送，而且数据网络中的应用平台也可以通过信令网关无缝地访问传统的SS7网络，为网络业务的融合提供了有效的保障。

二、电路交换里的信令

　　IP语音网络和传统电信PSTN互联互通的信令方式主要有：1号信令、7号信令，另外还有一种是7号信令的ISDN-PRI接口。

　　1号信令：又称为多频互控信令或随路信令。随路信令是指信令和话音在同一条话路中传送的信令方式。在我国使用的1号信令系统称为中国1号信令系统，是国内PSTN网最早普遍使用的信令。

　　PRI协议：PRI（Primary Rate Interface 基群速率接口）。此接口协议提供30个承载信道（B信道）和1个信令信道（D信道）又称30B＋D，接口速率为2Mbit/s，用于用户交换机PBX或接入服务器的接入中继。与ISDN网络直连，可以为ISDN用户提供语音和数据的传送。

　　7号信令：又称为公共信道信令。即以时分方式在一条高速数据链路上传送一群话路信令的信令方式，通常用于局间。在我国使用的7号信令系统称为中国7号信令系统。SS7网是一个带外数据通信网，它叠加在运营者的交换网之上，是支撑网的重要组成部分。在固定电话网或ISDN网局间，完成本地、长途和国际的自动、半自动电话接续；在移动网内的交换局间提供本地、长途和国际电话呼叫业务，以及相关的移动业务，如短信等业务；为固定网和移动网提供智能网业务和其他增值业务；提供对运行管理和维护信息的传递和采集。

　　7号信令网大致由以下几部分组成,信令点是SS7信令网中处理控制消息的节点，产生消息的信令点为该消息的源信令点，接收消息的信令点为该消息的目的信令点。有以下三类信令点：

　　Service Switching Point(SSP) 业务交换点是信令消息的产生或终结点，实质上就是本地交换系统（或交换中心CO），它发起呼叫或接收呼入。Signal Transfer Point(STP)完成路由器的功能，查看由SSP发来的消息，然后通过网络把每一个消息交换到合适的地方。STP把其它信令点和网络连接在一起组成更大的网络。Service Control Point(SCP) 是典型的访问数据库服务器，SCP是智能网业务的控制中心，负责业务逻辑的执行，提供呼叫处理功能，接收SSP送来的查询信息和查询数据库，验证后向SSP发出呼叫处理指令，接收SSP产生的话单并进行相应的处理。

　　在7号信令网中，ISUP信令（ISDN USER PART）消息是用来建立管理释放中心局话音交换机之间的话音中继电路的，提供话音和非话业务所需的信息交换，用以支持基本的承载业务和补充业务，例如：ISUP信令消息可以承载主叫ID, 主叫方的电话号码，用户名等。TCAP信令(Transaction Capabilities Application Part)消息 用以支持电话业务，如免费电话，本地号码可携带，卡业务，移动漫游以及认证业务。TCAP主要包括移动应用部分(MAP)和运营、维护和管理部分(OMAP)。MAP规定移动业务中漫游和频道越局转接等程序，OMAP仅提供MTP路由正式测试和SCCP路由正式测试程序。

三、IP网中的信令

　　IP电话的发展，使得运营商的数据网络可以通过电话网关传送语音业务，来占据语音业务的部分市场。然而其语音市场占有率较为有限，为获得更大的市场占有率，支持大量的电话业务、智能业务和移动电话业务，则会面临着电话网以前所遇到的问题，即是否需要建立覆盖全网的信令网？显然，重新建立一套SS7信令网络，对于数据网络的运营商来说代价是巨大的。

　　信令网关的出现，是解决数据网络的语音业务问题良好的转折点。信令网关可以实现不作任何更改的SCN网络信令无缝地在IP网络中传送，因而通过信令网关可以在IP网络中组建起IP信令网。数据网络的运营商可以通过自己已有的数据网络处理语音、数据、信令等话务，避免了建立和维护多个网络的大量资金投入，操作、管理和维护的费用相应减少，同时有利于运营商快速地抢占语音业务的市场。

　　在IP网中，信令消息的传递是通过下面几个主要的功能实体得以传递的。 媒体网关，信令网关以及媒体网关控制器(软交换)——这几个功能实体在物理上可以是单独的或者合并的实体。

　　媒体网关：媒体网关将终结PSTN的局间话音中继,同时把话音包分组压缩并发送到IP网中，对于IP侧发起的呼叫，媒体网关将从事其反操作。对于ISDN呼叫，则需要有媒体网关控制器来进行呼叫处理，处理从媒体网关发来的Q931信令。

　　媒体网关控制器(软交换)：媒体网关控制器负责处理媒体网关资源管理和注册。一个媒体网关控制器通过信令网关和PSTN侧交换ISUP消息。 提供支持多种信令协议(包括H.248、H.323、SIP*、SCTP 、ISUP+、INAP+、 RADIUS、SNMP)的接口，实现PSTN网和IP网/ATM网间的信令互通和不同网关的互操作。处理实时业务：包含话音和数据业务量视频和多媒体业务，提供各种增值业务和补充业务的能力。通过不同的逻辑与媒体层的网关交互，对网关设备完成融合网络中的呼叫控制，会话的建立，修改和拆除过程以及媒体流的连接控制。提供网守功能，即接入认证与授权、地址解析和带宽管理功能。操作维护功能，主要包括业务统计和告警等，计费功能,应具有采集详细话单的功能。

　　信令网关：信令网关具有信令转接功能，主要完成PSTN/ISDN侧的7号信令与IP网侧信令的转换，支持ISUP/TUP。传统的信令网与承载网络逻辑上是分离的，但物理上仍然要依靠承载网络来传输信令。而信令网关能够分析这些传统信令，并通过流控传输协议SCTP（SCTP是基于IP协议专门用于传输信令的一种半有序且可靠的协议）转接给业务控制层。信令网关可支持A-Link 和F-Link，根据网络情况灵活组网。

四、Sigtran 协议

　　Sigtran协议对7号信令消息如何在IP网上实现可靠的传输作了明确的规范，支持的标准原语接口不需要对现有的SCN信令应用进行任何修改，从而保证已有的SCN信令应用可以不必修改而直接使用。信令传送利用标准的IP传送协议作为底层传送，并通过增加自身的功能来满足SCN信令传送的要求。Sigtran 体系明确了两大功能模块，通用的信令传送协议模块和用以模仿底层协议的适配模块。Sigtran No.7信令适配子层的具体实例有M3UA（MTP-3用户适配协议）、M2UA（MTP-2用户适配协议）、M2PA（MTP-2用户对等适配协议）和SUA（SCCP用户适配协议）。根据No.7信令与IP互通时的不同实现方式，这些适配协议分别有不同的应用场合。IP网和No.7信令在哪个层面上互通，将决定信令网关的具体特性，如使用M2UA的信令网关仅充当了一个No.7信令链路与IP连接之间的一个交叉连接设备，而M2PA的信令网关完成了一个STP的功能，它可以被看作是一个IP SP和具有传统No.7链路SP/STP的组合。使用M2PA的信令网关应当包含MTP3协议，至于是否需要SCCP协议则是任选的。此时SG作为一个独立的信令点存在，并且具有单独的信令点编码。

五、名称和功能

　　IUA：ISDN Q.921用户适配层协议。

　　M2UA：MTP第二级用户的适配层协议，该协议允许信令网关向对等的IP SP传送。MTP3消息，对SS7信令网和IP网提供无缝的网管互通功能。

　　M2PA：MTP第二级用户的对等适配层协议，该协议允许信令网关向IP SP处理传送MTP3的消息，并提供MTP信令网网管功能。

　　M3UA：MTP第三级用户的适配层协议，该协议允许信令网关向媒体网关控制器或IP数据库传送MTP3的用户信息（如ISUP/SCCP消息），对SS7信令网和IP网提供无缝的网管互通功能。

　　SUA：SCCP用户的适配层协议，它的主要功能是适配传送SCCP的用户信息给IP数据库，提供SCCP的网管互通功能。

　　SCTP：流控制传输协议，是一个面向连接的传输层协议，它在对等的SCTP用户之间提供可靠的面向用户消息的传输服务。相对于TCP等其它传输协议来说，它传输时延小，可避免某些大数据引起的阻塞，有更高的传输效率和可靠性，有更高的重发效率，具有更好的安全性。

　　Sigtran协议提供所有支持SS7 over IP的功能特性。

六 、SS7 over IP 在性能上的考虑

　　实现SS7 over IP 在IP 网上传递SS7 消息，当然必须满足严格的ITU 规定的SS7/C7 标准。如ITU 规定ISUP Initial Address Message (IAM)端对端呼叫建立延迟不能超过150毫秒。当然用户的期望会更加的苛刻，所以VoIP网必须提高性能，才能符合用户和ITU二者的要求。

七、SS7 over IP安全需求

　　当信令的传递是在一个专网内实现的话，其安全的要求只能说是运营商自身的事未必来得那么迫切，而一旦信令是在公网上进行传递的话，就必须要有电信级的严格的安全保证。目前在IP网上已经有众多的安全机制，在这方面，Sigtran协议本身并没有去新定义一种保密的机制，Sigtran借用了IPSEC ( RFC2401)来保证信令在IP网上传递的可靠性和安全性。

　　为保证在IP网中可靠的传递信令消息，IETF提出了流控制传输协议。SCTP是对TCP的一种替代，但它也同时支持原来TCP更高层次上的协议，并能够提供PSTN上的信令，按照目前7号信令网上对可靠性和误码率等的要求生成数据包透明地传输。SCTP能够做到以下几点：用户数据无误码、不需重发、数据段的大小与通道传输单元的大小保持一致，在多个流中保证用户消息的顺序性，对于个别用户的消息到达的顺序还可以进行一定的选择，用户消息可以复用到SCTP数据报中等，该协议具备完备的拥塞避免特性。通过在SCTP endpoint之间建立一个“关联”Association，一侧向另一侧提交地址列表，这些地址列表标识了如何收发SCTP包。流控制传输协议能够处理每个关联中的若干个用户数据报流，并且为每个流中的用户数据报提供有序传送。

　　No.7信令网在电路交换通信网中起到了极其重要的作用，但是随着网络的演进，IP为核心的趋势已经是势不可挡，各种新技术层出不穷，SIP、PINT、SPIRIT、ENUM、TRIP都是我们所关心的，新一代电信网络将综合PSTN、Internet二者最优的网络特性。如同PSTN那样，新一代电信网络必须具备有效的、可靠的手段来处理实时的数据。因而，新一代电信网络也需要采用分层的体系结构、端对端的信令基础构架，以提供实时的控制功能，提供对传输层以及更高层的高级业务层的管理功能。如同Internet那样，新一代电信网络将基于业界标准接口、非私有标准的系统和开放型的体系结构，并且系统之间必须具备彻底的连接互通性。新一代电信网络应更加重视如何实现IP网和 PSTN智能网的互通，如何在IP网上提供更加灵活丰富的智能业务。可见在很长一段时间之内，7号信令网必定还将存在，运营商在保证网络的互通互联、推动业务的开展的前提下应积极研究信令网络的演进。