软交换系统七号信令设计

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。

2.3 信令网关软件结构

信令网关在电路侧使用E1方式实现电路的七号信令，在IP侧使用SIGTRAN协议簇实现IP网络的七号信令。信令网关软件结构如图4所示。

图4 信令网关软件结构

由上图可知，信令网关只实现对MTP3的信令适配，对于MTP3之上的应用层协议，则进行透明传输。

2.4 呼叫流程实现

依据图3和图4的软件结构，典型呼叫流程如图5、图6所示。

图5 入局侧呼叫流程

图6 出局侧呼叫流程

3 结束语

基于以上分析，通过与信令网关采用SCTP/M3UA互联、与软交换系统采用SIP-I信令互联，圆满实现了和PSTN/PLMN的七号信令的互联互通。

按照以上方案设计并实现的软交换交换平台和信令网关在工信部电信研究院泰尔实验室进行了七号信令的相关测试，并全部通过了包括SCTP、M3UA和ISUP共180项的测试内容。

在实际应用中，软交换通信系统和主流软交换设备通过SIP-I信令进行互联互通，并且和电路交换机采用中国ISUP进行局间互联，运行稳定、工作可靠，取得了良好的效果。

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