七号信令和智能网的新应用.docx
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七号信令和智能网的新应用
一．概述
对大多数通信设备开发商来说，七号信令系统（以下又简称SS7）仍然是相当重要的领域，其中开发增强业务平台、VoIP网关、中心局交换平台和其它一些由电话公司网内运营商开发的平台。
这主要是由于七号信令协议在全球范围内得到非常广泛的应用，用于电话网络的呼叫控制和支持智能网业务。
随着电信运营商间的竞争越来越激烈，电话公司利用七号信令和智能网的先进性开发出不同于竞争对手的新业务，为公司带来新的收入。
开放系统能够带来巨大的硬件和软件市场，七号信令和智能网与开放系统相结合，使得业务提供商能够快速地把新业务推向市场，为其带来巨大的收益。
本文对七号信令协议和智能网进行了回顾，并描述了七号信令和智能网在众多领域里的应用，和NMS通信公司在这些领域提供的支持。
二．技术回顾
1.SS7回顾
SS7是公共信道信令协议，主要用于电话网内的呼叫处理，同时也是智能网的基石。
SS7是用于电话网的基本数据通信协议，完成包括呼叫建立、呼叫选路和提供各种业务，比如：
800号电话（免费电话）重选路由，还有：
无线漫游、主叫识别和CLASS（自定义本地信令业务）功能。
由于SS7网是独立于话音／媒体流电路网的数据网，可以做到完全的冗余备份，因此，SS7对电话网络的管理比以前的技术（随路信令）更快、更可靠和更先进。
SS7最早设计于二十世纪七十年代中期，那时的主要功能是在PSTN（公共电话交换网）的交换机之间及其与数据库之间传递呼叫控制信息。
后来，SS7才得到更高层次的应用，包括象ISDN那样的新技术的开发。
SS7取代了基于SS6的最早的公共信道局间信令系统，SS7比那些系统具有多个重要的优点，包括具有更高的速度等。
SS7在AT&T被称作CCS7，在欧洲被叫作C7，在ANSI标准中被名为SS＃7，虽然叫法不一样，但是大部分的七号信令元素是相同的，在具体应用中也会有一些重要的区域性变化。
■呼叫接续
在任一个电话系统中，都要规定一些固定的信令机制来实现呼叫的建立和释放。
最初，象POTS（普通旧电话业务）那样的电话系统都是用带内信令来传递信息。
带内信令是指信号的频率在话音频率范围之内（0.3~3.4kHz），比如：
DTMF信号就属于带内信号。
带内信号是在话音通道内传递的。
相反，SS7使用一个完全独立于话音网的数据网来传递信令，这样可以大大提高电话网络的利用率。
比如，在呼叫发起但未建立完成之前，不需要分配话音电路，这使得传递的信令数据只和呼叫有关而和电路无关，为在交换机之间、交换机和其它网络之间高效、可靠地传递信息提供了可能。
同时也支持更高级的应用，如：
主叫识别、无线漫游和800号业务。
如下图1，显示出了带内信令和SS7在呼叫接续上的区别。
图1带内信令和SS7信令示例
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2.智能网回顾
智能网是指在电话网内实现智能化高级功能的体系结构。
在美国就是指高级智能网（AIN）。
在智能网中以SS7信令作为基础的数据通信协议。
近年来，智能网越来越受到重视，这是由于用户提出了更多更细的要求，也是规范化的需要，比如在美国，不但强行引入了竞争，同时也要求系统提供更多更先进的功能，象号码可携带（LNP）功能，LNP功能允许用户在更换运营商时仍然使用原来的电话号码。
智能网使得PSTN运营商在不用改造原有中心交换机的情况下，可以提供一系列更加标准化的业务，同时也能提供更新更强大的业务，如：
800号重选路由、LNP和唯一号码／跟随业务。
选择SS7作为智能网基础协议的主要原因：
一是SS7具有很高的可靠性；二是SS7可以达到很高的速度，以传送大量的呼叫控制信息。
下面以800号转换业务这一简单智能业务说明这个观点。
在800号转换业务中，本地中心交换机也就是业务交换点（SSP），被设置成能检测所有需要智能网特别处理的呼叫，当检测到800号呼叫时，交换机就初始化智能网触发功能，产生一个触发事件，并通过SS7网络向远端数据库系统发出一个消息。
这时，这个数据库系统是作为一个业务控制点（SCP）出现的。
这一消息用于SSP向SCP请求怎样去处理呼叫。
运行在SCP内的SLP（业务逻辑程序）根据出现的触发点和呼叫的特性，决定对应的操作，并把操作的命令发回到SSP，SSP根据这一命令去完成呼叫的接续。
即使以上这一业务流程描述得较简单，我们仍能从中看出：
整个处理过程必须非常快，并且保证是很可靠的。
如果处理太慢，使用这一业务的用户就会感觉到明显的延迟；如果通信不可靠，呼叫就会中继或出现错误的接续。
通过这个例子，还说明了智能网使用的是一个集中的数据库，而不是保存在各个本地交换机中的多个数据表，这样在业务或业务的号码需要改变时，只要修改SCP中的业务流程或数据库，而不用修改多个交换机中的数据表或程序，便于维护管理。
智能网的主要实体（图2所示）包括：
□业务交换点（SSP）――这一信令点是信令消息的源产生点或终结点，具体是本地中心局或交换机。
□业务控制点（SCP）――这一信令点一般就是数据库，比如在有线网中的线性信息数据库（LIDB）或无线网中的HLR／VLR（归属位置登记器／拜访位置登记器）。
运行在SCP中的程序决定呼叫处理的流程，又叫作业务逻辑程序（SLP）。
□信令转接点（STP）――这一信令点是七号信令数据包进行交换、选择路由的地方。
整个七号信令网是由STP连接起来的。
□智能外设（IPe）――这些智能网元素一般提供帮助和用户交互的媒体业务，如播放提示操作、录音或传真存贮。
□业务节点（SN）――业务节点合并了IPe和SCP的功能，使得呼叫可以在一个SN内完全处理，无需向外部的SCP请求信息。
比如，语音信箱平台一般都是以业务节点的形式实现的。
□附件――这些智能网元素通过中心局交换机提供用户业务功能。
（注：
附件没有得到广泛应用）。
图2智能网实体例子
3.SS7协议回顾
SS7协议是非常结构化和层次化的协议，如图３所示。
协议定义了OSI七层结构中所有的关键层，从代表物理层的消息传递部分第一层，到几个应用层。
每个应用层设计用于一种指定的应用，包括呼叫控制、无线移动和智能网业务。
图3SS7协议栈
■SS7协议软件层
1）MTP（消息传递部分）第一至三层：
这些层提供物理层、数据链路层和网络层等低层的全部功能。
它们提供信令转接点（STP）的功能，支持拥塞控制，消息识别、分发及路由寻找。
2）ISUP（综合业务数字网用户部分）：
这一层是ISDN网中网络侧协议，用于提供ISDN话音、数据、文本和图像业务所需的信令功能。
需要特别提出的是，ISUP提供用于模拟和数字电路切换的呼叫控制功能，使得ISDN能同时承载话音和数据业务。
3）SCCP（信令连接控制部分）：
SCCP位于MTP之上，为MTP提供附加功能，以便通过SS7信令网在信令点之间传递电路相关和非电路相关的消息，提供两类无连接业务和两类面向连接的业务。
无连接业务是指在两个应用实体间，不需要建立逻辑连接就可以传递信令数据。
面向连接的业务在数据传递之前应用实体之间必须先建立连接，可以是一般性的连接，也可以是逻辑连接。
SCCP以全局码（GT）的形式扩展SS7协议的寻址能力和路由能力，这些扩展基于被叫号码的寻址信息。
4）TCAP（事务处理应用部分）：
TCAP允许应用调用远端信令点的一个或多个操作，并返回操作的结果。
比如：
数据库访问或远端调用处理命令等。
使用SCCP无连接业务（基本的或有序的），TCAP在两个用户应用之间提供事务处理对话。
使用TCAP的主要应用有：
·800号路由寻找功能。
·自动信用卡呼叫，在呼叫卡认证时要查询线性信息数据库（LIDB）。
·本地号码携带业务（LNP）。
·无线移动应用。
5）TUP（电话用户部分）：
这一层为国内国际电话呼叫控制提供信令功能。
TUP没有得到广泛的应用，只有中国及少数的亚洲、欧洲和拉丁美洲国家在使用，并且有逐渐被ISUP取代的趋势。
然而，在使用它的地区，TUP是PSTN连接国内国际电话时相当重要的协议。
6）高层应用部分：
这一层是非常专门化的，每种协议都设计成用于特定的应用。
包括以下协议：
·GSMMAP（GSM移动应用部分）：
这一层为GSM无线系统之间提供系统间连接，它是
作为GSM标准的一部分开发的。
·IS－41：
这一层类似于GSMMAP，也是用于无线系统间连接的，主要应用于北美的
无线网络。
比如在美国的模拟AMPS和TDMA蜂窝系统间提供连接。
·IS－634：
这一层为AMPS蜂窝网络的移动交换中心（MSC）和基站间通信提供接口。
·INAP（智能网应用部分）：
这一层运行于TCAP之上，提供类似于MAP的功能，但它
是用于固网的。
INAP主要是欧洲的标准，是欧洲电信标准化组织（ETSI）开发的，
它是CS－1，CS－2智能网功能集的一部分。
CS－1和CS－2等同于AIN。
虽然AIN和
CS规范相类似，并且都能通过SS7来实现各种功能，如呼叫路由寻找，但还是有一
些不同的地方，这正是各种标准组织工作的汇合点。
·1129／1129＋／1129A：
这些协议为SCP和IPe间提供直接连接，是Bellcore1129
和AIN0.2标准的变种。
在某些场合，不需要用SS7直接连接SCP和IPe，但在另一
些场合中却需要。
在SS7网络中，允许任何的SCP利用SS7作为基础协议和任何的
IPe直接通信。
当使用SS7协议时，1129应用层一般运行在TCAP之上。
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三．七号信令可靠性
SS7提供消息传递以实现正确无误的业务功能，如呼叫建立。
因此，SS7被设计成能达到相当高的可靠性。
可靠性来自链路的多样性和冗余备份。
图4说明了一个简单SS7网络的标准例子，着重说明了一些内建的可靠性特征，比如链路的网状配置，这样使得网络中的每个信令点间都有冗余备份的链路，从而提高了整个网络的可靠性。
在进行网络设计时，要设计2－3个方向的链路，两个方向的链路被称作一个访问链路对。
链路对中的每条链路使用不同的物理线路连接到不同的网络接口，使它们之间具有相互备份的功能。
多条链路最好不要使用相同的建筑物、载波系统、电缆或者支撑架。
在图4中，从STP出发，可以有3个方向的链路，这些由4个对角链路（D链路）构成的链路通过不同的路由连接到网络接口相互形成备份。
和A链路一样，这些链路也不能共用一条物理线路或通信基础设施。
图4SS7网络结构
SS7网络的设计一般都留有充足的冗余容量。
在美国，SS7网络的设计通常是各链路的流量不能超过容量的40％。
这种情况下，若某条链路出现故障而中断，即使所有的负荷都流向剩下的完好的链路，这些链路仍未达到满容。
在美国，一般用56kbps的链路来连接SS7网络，但在欧洲，一般用E1中继的一个时隙（64kbps）来承载SS7的流量。
在一些欧洲国家里，剩下的29个E1时隙是不用的，这样可以避免由于流量而出现的任何风险。
从这种例子可以更清晰的说明可靠性对于SS7网络来说是多么的重要。
对SS7网络的接入是严格受到运营商的控制的，这是为了保持网络的完整性。
最初，只有电话公司才能够接入到SS7网络。
然而，这种情况已经开始改变，特别是在美国，由于各种类型的业务提供商在不断增加，包括从主要LECs（本地交换运营商）和IXCs（长途交换运营商）到无线运营商，甚至更小的运营商，他们都需要接入到SS7网络。
另外，集团用户运营的大的呼叫中心也被允许接入到SS7网络，以和IXCs配合提高操作的效率和实现新的业务。
将来有希望在全球任一个角落都可以接入到SS7网络。
■单信令点编码冗余备份
运营级系统要求有非常高的可靠性，一般要达到99.999%的可用性。
对大多系统的严格要求是：
SS7连接中，出现单信令点故障时，系统能自动避开故障点，保持连接的畅通。
一般设计时要考虑的故障包括：
·SS7链路故障；
·各种SS7接口板故障；
·主系统故障，包括硬件故障，如电源中断或火灾，和软件故障，如操作系统故障或
应用程序问题。
只有SS7链路出现故障时，SS7协议才有相应的规则去处理故障，对其它故障的处理必须在设计SS7平台和整个系统结构时予以考虑。
还有一个普遍的要求是：
软件的升级过程中不能影响整个系统的运行。
能达到以上要求的一个解决方案是：
使用两个主机箱，在每个主机箱里插有SS7接口板，用于支持一条或多条SS7链路。
让两个主机都使用一个SS7地址，也就是共用一个信令点编码，这样远端的交换机或STP就会认为这两个主机是一个完整的系统。
这样，这两个主机组成的系统就能在其中一个出现故障时仍能正常工作。
系统开发商也有用其它方法来实现冗余结构的，其中包括单节点和多节点实现方式。
在图5所示的系统中，SS7由两台同时工作的主机组成，每个主机上有两条SS7链路，所有连接都使用同一个信令编码。
两个主机中的SS7链路都处于连接状态，MTP2处于运行状态，其中一个主机的MTP3和ISUP处于主用运行状态，而另一个主机的MTP3和ISUP处于备用状态。
主用机箱的MTP3和ISUP处理所有两个主机上链路中的SS7消息流，并把对应的呼叫状态信息通知备份主机。
主用系统和备用系统间用快速以太网相连，用于两个系统互相跟踪对方的状态。
当主用系统出现故障时，备用系统接过控制权，并用备份的呼叫状态信息数据刷新所有的呼叫状态。
SS7具有板卡级或机箱级的故障自动处理机制，当主系统出现故障时，主系统上的链路就会中断连接，远端交换机（SSP）检测这些链路已中断连接，就把所有的SS7流量都转移到备用系统的链路上。
因此会造成一些SS7传输能力的下降，直到故障系统恢复为止。
如果设计系统时每条链路只利用其传输能力的40％或更少，则系统的运行不会出现任何问题。
在这个例子中，不管主机箱支不支持热插拨都使整个系统具有很高的可靠性。
热插拨使得在一个正在运行系统中的板卡可以增加、拨下或更换。
在这个例子的系统中，若增加热插拨功能，可以使得在硬件出现故障或升级时快速地更换板卡。
图5SS7单信令点冗余结构
四．七号信令新应用
虽然SS7技术可以应用在广泛的潜在领域，但是目前只在几个专属领域得到了应用：
电话网、基于运营商的应用及其基础设施，还有基于大企业的应用及其基础设施。
下表列出了一些SS7的应用。
应用领域
SS7适用性
应用实例
增强业务
最适用于网络（基于中心交换系统）的应用；企业应用适用性较差。
·声讯台
·唯一号码／电话跟随业务
·无线预付费平台
VoIP网关
很适用于网络（运营级）应用
·VoIP到PSTN的网间连接（呼叫控制）
无线网络
很适用
·移动性应用（如支持GSMMAP）
·用于MSC的呼叫控制：
建立、拆线等。
业务控制点
很适用
·无线网中的VLR／HLR服务器
高级智能网／智能网
绝对必要
·LNP（本地号码可携带）
·800号路由寻找
·增强智能网业务
呼叫中心
中等适用
·大容量呼叫中心
SS7交换和网关
适用
·SS7微型STP
·SS7／MF网关
·通过数据网传输SS7
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1．增强业务
增强业务的范围很广，包括：
声讯、传真消息，单一号码／电话跟随业务，以及运营商为用户提供的预付费业务等。
增强业务在各运营商中得到广泛应用的主要原因是能为他们带来重要的收入来源，并使得运营商更有自己的特色。
增强业务一般由和中心交换局相连的平台提供。
这些平台可以是配置成业务点的系统提供，也可以作为智能外设提供，两种情况下都是使用SS7作为在中心交换局和业务点或外设之间的呼叫控制协议。
图6所示为一个运营级的声讯平台，这是个面向公众的开放结构增强业务平台。
系统由多台计算机（或叫节点）组成，节点间通过以太网相连接以提供冗余功能，这是一个很规范、具有很高可靠性的系统。
在这一例子中，两个SS7节点用于为应用提供信令，而其它几个媒体节点用于提供和PSTN间的通道连接和呼叫处理功能，包括所有和用户的音频或声音对话，以及信息播放。
每个媒体节点一般使用有一定数量的线路和DSP资源的板卡，比如NMSAG系列4E1板，用于几百甚至几千个同时发生的混合媒体（声音、传真等）呼叫。
利用容错磁盘服务器作存贮介质，向媒体节点提供语音邮件消息检索功能。
那两个SS7节点是以冗余方式配置的，共享相同的信令点编码，为所有的媒体节点提供呼叫控制。
图中所示的所有SS7链路采用单信令点编码冗余方式备份，即使其中一个 SS7节点出现故障，信令系统仍能继续为呼入提供不中断的语音信箱访问。
这个信息系统的升级扩容非常方便，只要增加媒体节点就可以轻易扩大系统容量。
由于很少会出现两个信令点同时崩溃的可能，使得这种结构具有很高的可靠性。
图6增强业务系统运营级结构例子
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2．VoIP网关
由于通过IP网传送话音市场的迅速增长，我们有必要对许多设备供应商都在推出的VoIP网关作一个介绍。
VoIP网关用于连接电话网（就是基于电路的PSTN）和基于数据包的IP网，使得呼叫能通过IP网络无缝地连接到PSTN电话。
最初，网关只支持比较少的呼叫，一般只支持单个的T1或E1，最多只能支持几百个话音电路。
这种早期的网关一般使用ISDN协议或随路信令协议连接到PSTN。
然而随着基于IP话音应用的迅速成长，并被各运营商所采用，网关容量逐渐得到了扩大，能够支持多达数千个呼叫。
网关规模的扩大和运营级网关的要求，使得SS7成为连接IP网关和PSTN必须采用的信令协议。
图7SS7支持的VoIP网关
IP网关一般连接到PSTN的中心局交换机，并用ISUP信令来提供呼叫控制。
在很多情况下，任何PSTN的呼叫功能很明显都要跨越网络来实现，比如主叫号码信息显示，主叫号码要从PSTN经网关进入IP网，再经网关送达另一端的PSTN用户。
1）VoIP标准的进展
VoIP团体对SS7的兴趣持续升温，主要原因是：
要让基于包的VoIP网络接入到到处存在的电话业务，就必须连接到基于电路交换的PSTN，而PSTN网是用SS7作为信令机制的，所以VoIP网关只能支持SS7，别无选择。
VoIP的标准在持续发展，有一个明显的趋势是网关中的媒体（话音、传真等）和信令分离处理（请看图8）。
另外，虽然提议了各种各样的信令方式，但到目前为止，似乎SS7或它的变种在形成VoIP标准时起到了比较重要的作用。
现在正急待解决的两个关键问题是：
通过IP网传送SS7，以及连接PSTN电路和包网络。
图8VoIP网络中的媒体、信令网关分解图
2）通过IP网传递SS7
就是两个PSTN网络之间通过IP网络连接起来，PSTN网络间的SS7信令信息通过IP网透明地传送到对方。
这样做的目的是：
不管呼叫是通过基于电路的PSTN还是通过VoIP网络，都能向用户提供相同的随时随地的接入和业务功能集。
另外，通过IP网传递SS7所需要的基础传输设备成本明显要比传送传统SS7所需要的基础传输设备低得多。
（参考图9）
3）连接PSTN电路和包交换网
当VoIP网络需要处理或者产生象在PSTN和VoIP间建立呼叫连接那样的SS7信息时，决定如何去处理这些SS7信令信息就是这个问题包含的内容。
这个问题的一个例子是：
源自于PSTN的一个呼叫要到达VoIP网内的一个设备，这时，两个网络固然使用不同的信令，但不管使用哪个网络用户仍能访问到同样的功能和业务，就和以前访问纯PSTN业务一样。
在以上这两个问题领域，NMS公司都积极参与到各标准化和工业化组织中，并在其中处于领导者的地位，包括IETF和INForum的相关工作组。
图9IP网上的SS7
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3．无线网络应用
除了空中接口，在无线系统的设计中支持无线用户的移动性是主要的挑战。
无线系统对信令的要求明显要比实现类似功能的地上有线系统要苛刻得多。
结果使得无线网络必须组合更先进更全面的信令控制系统。
即使移动单元在它的归属网络中，系统也要随时跟踪它的位置，因为呼入、认证和传递功能需要知道它当前所处的位置。
系统运营商提供给用户的移动等级有越来越复杂的趋势，这就要求在系统间必须应用复杂的信令才足以支持漫游、登记和路由寻找等功能。
这就是无线系统普遍选择SS7作为信令协议的原因。
图10SS7支持的无线漫游
SS7也广泛用作无线网和PSTN的接口信令，以及在不断增加的无线网络子系统之间。
在GSM系统中，SS7还被用作基站控制中心（BSC）和移动交换中心（MSC）之间的信令。
如图10所示，每个系统管理它自己的HLR（归属位置登记器）和VLR（拜访位置登记器）数据库。
一个用户的全部资料由其归属系统的单个HLR管理，外来拜访的用户资料由系统的VLR管理。
当一个用户旅行到达另外一个服务区并想发出一个呼叫时，被访系统先会作一个确认登记（当移动单元第一次开机），确认该用户为异地拜访用户，并用SS7和该用户的归属系统进行对话，在它的VLR为这个拜访移动单元作临时登记。
同时，归属系统修改它的HLR对应这个用户的资料，使得呼叫这个用户时把呼叫转移到该被访系统。
还有别的SS7在无线基础设施应用的重要例子，如图11所示，说明了在BSC和MSC间用T1／E1传递的SS7是如何支持IS－634的，IS－634是MSC到共用800M无线通信基站的接口协议。
图11800M系统中SS7桥接BS和MSC
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4．业务控制点／VLR／HLR应用
业务控制点是决定呼叫如何处理的智能网要素，它利用TCAP协议提供传输和必要的（低级）应用程序指示。
对SCP的性能要求会随着应用的不同有相当大的变化，有些SCP系统会有很大的规模，比如主运营商的800号转换数据库。
有些会很小，并且使用在非常专业的应用，比如，在一个分布式无线网络中象无线办公环境（在一个建筑物内）那样的VLR／HLR。
但是，在每一种情况下，SCP都必须连接到SS7网络，并且通过网络提供数据库和业务控制程序。
对SCP的另一点重要要求是把业务编程或业务设计环境集中。
图12画出了一个SCP利用TCAP连接到智能网的概念模型。
图12业务控制点（SCP）
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5．本地号码可携带（LNP）
这里说的LNP是指无线网的移动号码
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