信令网关——下一代的信令转接设备

湘南风流人

信令网是具有多种功能的业务支撑网，用来完成电话交换网、ISDN网、智能网、移动网等业务信令的转接功能，因此从运营上的角度来看，信令网的可靠性、安全性和性能至关重要。

　　信令转接设备（STP）需要支持七号信令的消息传送部分(MTP)、信令连接控制部分(SCCP)、维护和管理部分(OMAP)等功能。

一、 技术现状

　　目前网上使用的STP设备主要包括华为、贝尔、北电等几个厂家，信令链路都是基于TDM承载形式的，在本文中暂且称之为第一代STP设备。这一代STP已发展得较为成熟，相关的协议标准对设备的功能及性能已规定得较为完备，设备在网上得到广泛使用，功能开发及设备运行都较为成熟、稳定。

　　从设备的实现来看，除了华为STP设备的核心是基于数据交换平台，其它均是采用传统的电路交换平台为核心。从设备的能力来看，国内设备商华为、上海贝尔的设备在网内得到广泛使用，对国标要求的功能支持程度较好，设备容量都多于1000条，设备运行较为成熟、稳定，是目前组网选择的主流机型。而北电由于内部市场策略的改变，已不再对其STP产品投入新的研发力量，因此其STP产品不能满足国标规定的新功能要求（例如基于Q.703标准的2M高速链路、集中的E1信令检测口及信令计费功能等），设备的容量也过低（最大432条链路），不能很好适应网络发展需求，因此在某些地区已面临退网的可能。

二、 发展趋势

　　随着IP技术的飞速发展及信息化程度的不断提高，人们的生活习惯及通信行为在不断改变，利用IP网实现各种业务（话音、数据及多媒体）及信令本身的承载将是网络发展演进的方向。

　　目前软交换技术是业界公认的网络演进方向，该体系通过IP分组技术使得原来采用独立技术分别组网的PSTN网、数据网及移动网得以真正的融合，通过各种终端接入的用户可以享有统一业务及特征，符合网络演进及用户需求发展的要求，因此它的出现得到业界广泛的关注，随着技术及设备的不断完善和发展，越来越多的运营商对该技术进行了试验及商用。由此可见，网络承载及应用的IP化是一种不可避免的趋势，作为传统网络运营商应当充分考虑现有网络的盈利及发展问题，网络建设应当考虑向下一代网络过渡的可发展性。

　　随着智能网业务和移动业务的发展，原有信令方式中两个信令点之间最大1024kbit/s (64kbit/s*16) 带宽已不能满足业务负荷的需求。中国采用了基于ITU Q.703标准的2Mbit/s高速信令技术来解决这个问题，但相应的STP及SP都要进行技术改造，实现起来并不简单。

　　移动电话产生的单位呼叫信令负荷大于固定电话，对网络产生较大的信令负荷；MSC与HLR之间的寻址要求STP具有较强的GT翻译功能；HLR及SMC等高业务量节点对2M高速信令链存在客观的需求；在3GPP 的 Release 4及5中规定3G网络采用软交换体系进行组网，各网元之间的媒体及信令都基于IP网进行承载。

　　由上述需求可见，届时需要一种采用IP协议进行信令承载的新型设备，该设备必须具有较强的GT寻址功能（我们暂且称IP-STP）、各项功能及性能指标不低于第一代STP，可以顺利地实现现有信令网向下一代网络过渡。

　　软交换体系中SG（信令网关）的出现，证实了基于IP承载技术来解决各节点之间信令传送是可行的，是顺应网络演进需求的一种解决方案。

三、 信令网关技术介绍

　　信令网关 (SG)是No.7信令网与IP网的边缘接收和发送信令消息的信令代理，对信令消息进行中继、翻译或终结处理。其实质就是为了实现PSTN端局与软交换设备的七号信令互通，由其实现信令承载层电路交换（TDM）形式与IP形式的转换功能。

　　1．协议发展状况

　　SG主要接口包括窄带E1接口和宽带以太网接口，支持的协议包括窄带的MTP、SCCP、OMAP等，增加了IP侧的SCTP、M3UA 、M2PA等协议。

　　IETF Sigtran工作组于1999年12月就已经制定了第二版的M2PA Internet Draft，并于2000年10月制定了SCTP的标准RFC2960，比较充分地满足了在IP网络上点到点传送七号信令的应用需求。自2001年起，已有许多厂家支持M2PA，包括NORTEL、CISCO、ALCATEL等。

　　在之后的两年中，IETF Sigtran工作组将重点放在完善M3UA和M2UA，使他们能适应信令网关（即TDM到IP的转换）的应用需求，而这期间M2PA则相对稳定。随着M3UA和M2UA正式成为RFC，Sigtran工作组也正在进行将M2PA升级为RFC的工作。

　　2． 工作方式介绍

　　信令网关设备的组网应用主要分为信令点代理的组网应用（包括电路相关及电路无关的信令应用）和信令转接点组网应用。

（1） 使用代理方式时的信令网关的组网能力

　　在此种工作方式中，信令网关采用M3UA协议，信令网关与所连的IP网中的节点使用相同的信令点码，即IP网中的节点是信令网关的一个高层用户。

　　IP网节点不需要具备MTP3和其下层的窄带协议，只需具有MTP3以上的协议。

　　为了提高网络的可管理性，这种方式的信令网关如果需要为多个IP网节点服务，需要信令网关支持多信令点功能，针对不同的IP网节点分配不同的信令点码。

　　采用这种方式的信令网关，由于信令网关和IP网节点采用同一信令点码，因此不提供经另一信令网关到IP网节点的功能。

　　由于代理的特性，IP网的一个节点只能通过固定的信令网关和NO.7信令网交互，不支持网络级备份。

　　由于信令网关和IP网节点使用同一个信令点，IP网的节点是信令网关节点的一个高层用户，因此从信令网关到IP目的地点通路的状态无法通过合适的NO.7信令消息反馈回NO.7信令网。

　　（2） 使用STP方式的信令网关的组网能力

　　信令网关可具有STP功能，这是目前业界信令网关设备的共同特征。信令网关采用STP方式工作时，要单独占用一个信令点码，从NO.7信令网收到的信令消息可以被转发到IP网内的多个信令点，使用协议可以是M3UA或M2PA。

　　使用M3UA协议的转接方式

　　a． IP网节点（或称信令点）不需要具备MTP3和其下层的窄带协议；

　　b． 信令网关可以为多个具有不同信令点编码的IP网节点服务；

　　c． 由于M3UA本身是一种适配协议，因此转接的消息只能是从信令网关到IP网节点的“一次转接”，消息必须在IP网节点落地，经扩充可实现 “二次转接”，目前各厂家做法不一，运营商应充分考虑网络发展的趋势，制订符合企业特点的企业规范。

　　d． 通过M3UA扩充或M2PA方式可以实现类似NO.7信令网中STP设备配对备份方式，提供良好的网络安全性。

　　M3UA主要选路方式比MTP3（基于DPC选路）增加了CIC、SSN等方式。

　　MTP3在链路故障和路由故障过程中，有一整套的倒换倒回机制，但M3UA协议基本上没有，因此M3UA的连接故障可能造成消息丢失。

　　使用M2PA 协议

　　和M3UA协议不同，M2PA协议是一种对等适配协议，即M2PA和SCTP一起实现MTP2的功能。使用M2PA，相当于更换了NO.7信令的链路层，因此使用M2PA的信令网关组网方式，类似于NO.7信令网中STP设备的方式。

　　a． IP网节点需要具备MTP3协议；

　　b． 这种方式的信令网关可以为多个具有不同信令点编码的IP网节点服务；

　　c． 由于M2PA是对等的适配协议，信令网关通过MTP3层进行信令转接，因此消息可以在IP网进行多次转接。

　　d． 信令网关可以实现类似NO.7信令网中STP设备的冗余备份方式，提供良好的网络安全性；

　　e． 网络的可管理性强。由于使用M2PA，相当于更换了NO.7信令的链路层，因此对信令路由的管理与NO.7信令网中的管理一样。

　　由于MTP3协议中规定有信令网管理功能，并且M2PA协议有比较完备的倒换倒回过程，因此M2PA协议相对于M3UA协议，在信令网关做IP网中的STP设备时具有相当的优势，既保证了承载层带宽增加，具有IP特性的同时，又可以继承窄带信令网安全可靠的特征。由于业界主要考虑将SG用于TDM与IP的信令格式转换，而非主要发展其STP转接功能，因此目前主要应用实例都为M3UA，而M2PA发展相对缓慢。若SG的转接功能要求增强，则相对应加快M2PA协议的完善过程。

四、 设备商的发展动态

　　目前主流STP设备制造商（上海贝尔、北电、西门子、朗讯和华为）基本上都提供信令网关设备，核心交换采用ATM信元或IP包形式，能够满足处理能力和时延的要求。

　　这些SG都能作为传统的STP使用，据说都能满足STP的功能要求，但实际结果如何还有待2003年运营商对这些设备的测试。

　　作为窄带STP有3个重要功能需要强调，一是提供基于Q.703的2M高速信令链路，目前上海贝尔及华为的STP设备、信令网关都具备该功能，其他国外的设备供应商，一般开发的是基于ATM 的2Mbit/s高速信令，不能和中国的2Mbit/s信令对接；二是提供信令集中监测接口，使得维护人员可以通过维护终端的数据配置而灵活地监视信令网上的每一条链路，提取有效信息进行信令网运行质量的分析，从而更好实现全网信令运行情况的监控，进而提供“防欺诈行为”等业务，对实际运营具有较大的意义。信令监测接口目前在上海贝尔和华为的STP均得到应用，效果比较明显；三是提供STP计费功能，以利于在多运营商环境下提供网元出租功能以及准确的流量统计功能。

　　上海贝尔的S12 STP，采用分散式电路交换核心平台，支持1024链路，支持STP的所有功能，在实际网络上使用较多。阿尔卡特的SG采用的是基于PCI的开放平台，继承了S12 STP的基本功能，目前支持1024链，未来支持4096链，支持中国的2M标准，支持中国的信令计费，提供集中信令监测口，链路密度比现在的STP要高。

　　北电的DMS STP，采用的是基于电路交换方式的核心平台，系统的稳定性较好，在我国信令网建设初期使用较多；但不支持中国标准的2Mbit/s接口，不支持中国的信令计费，不提供集中信令监测口，最大信令链只有432条，因此已不太适应今天的网络需求。北电目前提供的综合SG和STP功能的USP，采用基于PCI总线的PowerPC处理器为硬件平台，内部采用ATM 信元交换方式，窄带部分继承了原来STP的功能，采用M3UA/SCTP协议，目前版本的USP支持最多480条满负荷工作的64kbit/s信令链路，最多124条2Mbit/s链路（非国标）或ATM或IP高速信令链路。USP将于2003年第四季度支持1000条满负荷工作的64kb/s信令链路。考虑到USP作为STP应用需要达到的可靠性及安全性要求，并且参照目前七号信令网络的工程配置原则，USP的低速信令接口设计为每个2Mbit/s系统内支持8条满负荷工作的64kbit/s信令链路。

　　华为的STP，采用的核心平台是帧交换方式，最大链路数量为1152条链路，支持STP的所有功能，在实际网络上使用较多。

　　其SG产品有以下两类。

　　一种是独立的SG7000，采用开放的PCI交换平台，在功能特性上兼容了C&C08 STP的所有特性，并且支持大容量信令链（5120链），全分散处理结构，链路接口板密度较高（32链/板），单机架支持1280链，处理能力强，时延小，支持M3UA、M2PA和SCTP，支持符合中国信令网要求的负荷分担功能以及相关的信令计费、屏蔽功能，支持任意负荷组合的多信令点功能，目前在中国的广州、成都、北京使用。

　　另一种是指目前的STP平台支持SIGTRAN功能。华为在1997年推出了数据包交换平台的STP设备，1999年支持2M高速信令链路（ATM 2Mbit/s和703 2Mbit/s均支持），支持1152链。在2001年推出了STP V8版本（PCI平台），支持5120链，处理能力更高，时延更小，目前在海南省电信以及广东移动、江苏移动以及泰国AIS运行，最大运行链路数1850链；这个版本的STP升级软件后可支持SIGTRAN接口（SG功能）。

　　中兴ZXSS10 S100信令网关单模块窄带侧是基于电路交换方式的，信令接入由数字中继单元、数字交换网和信令终端单元共同完成。单模块最大支持64条64K链路和4条2M链路，信令支持中国标准和ITU-T标准，支持信令计费，可以作为传统意义的STP设备参与组网。采用以太网进行模块间连接，S100系统最大支持 16个模块配置。S100在IP侧同时支持M3UA和M2PA协议，不仅可作为软交换系统中信令网关设备运用，也支持在IP网上组建新型信令网的新型STP设备使用。

　　西门子的hiS700既可以作为传统PSTN网STP来应用，同时也可以作为NGN的信令网关来应用，采用的是基于高速的ATM无阻塞平台，设备整体能力为50万MSU/S，10万的GTT/s，每一链路最大负荷都可以达到1erl。在作为传统的STP来应用时，支持1500链路，单板支持127条链路（或4条高速的2Mbit/s），单机柜最大支持1000链路，支持中国规范STP的所有功能，在固定网络和移动网络都有广泛应用。hiS700可以从传统的STP平滑过渡到信令网关，目前支持1500链路，下一版本支持5000链路。支持中国的2Mbit/s标准，支持SIGTRAN（M3UA/SCTP）协议，通过内部实现对信令的监视和跟踪功能，并同时通过外部仪表实现对信令的监测功能。在国外运营商英国电信已有信令网关的实际应用。

五、 发展策略

　　由上可见，采用基于IP承载的下一代STP设备实现网络演进已是必然的趋势。因此对于传统电信运营商应尽早进行相关技术的研究及准备工作。

　　2003年应针对西门子、北电、华为、S1240等厂家的SG进行STP功能的中国标准验证，并完善SG设备规范，明确SG的功能，针对不同功能应采用的协议，并完成协议的规定及补充。

　　2004年继续跟踪技术的发展，若测试结果令人满意，可首先采用SG替代传统STP进行网络建设，此时的SG不需配置IP网卡及Sigtran协议处理功能，完全利用其基于TDM形式的信令转接功能。随着IP网络的QoS及安全问题的逐步解决，逐步增加其IP网卡及Sigtran协议处理功能，通过IP网络实现信令业务的承载；利用IP侧宽带传输能力，为信令网中业务量较大的节点之间提供高速连接，缓解智能网业务及未来移动业务的发展对信令网造成的压力。随着软交换体系的逐步成熟及部署，STP可直接升级提供SG功能，实现网络的平滑演进及资源的充分利用。