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组建电信级信令网关

2/14/2005来源:电信网络人气:7314

  分组技术(包括VOip、VoATM、和VoFR)正在迅速崛起,并有望成为利用公共基础设施提供融合话音、视频和数据服务的核心技术。电路交换将随时间逐渐向分组基础设施转移,在此期间,用户不断要求在这些发散型网络上无缝地连接。

  信令网关是连接电路交换网和分组交换网的设备,要是用户已部署廉价的IP网络,信令网关就可让运营商在传统的PSTN(公共交换电话网络)用户与VOP(分组话音)用户间提供通信服务。因而,了解硬件和软件结构以及有关信令网关的难题是至关重要的,有助于下一代集合网络高密度、电信级支持的实现。

  运营商要保护在PSTN电路基础设施中投入的大量资金。这一要求可用在传统PSTN与下一代分组基础设施间工作的网关来解决。宽带宽和永久性连接支持多种新型和下一代服务,当然,这些服务只有通过所有应用使用的公共通信协议的标准化才能实现。分组协议所选择的IP,是启用下一代VOIP网络的核心技术。

  IP电话技术基于整合了IP与传统电话网络的网关结构。IP电话可让附带IP的通信设备(如目前的个人电脑,未来的蜂窝电话、和启用的IP的PBX电话系统)用户和模拟PSTN用户进行通信。公用的和普及的IP分组基础设施可为提供服务的运营商和客户节省大量的实际支出。尤为重要的是,公用IP基础设施可让编程人员为互联网行业开发多种解决方案,以便快速地创建和部署创新的服务,例如包括统一的话音信息,让用户从一个系统以及从网络中任意的接入点搜集话音、传真和电子邮件信片刻 。其它新兴的服务,诸如文本至语音和语音至文本,将极大地简化用户的日常活动。

  在IP技术大规模部署前,仍存在某些难题。特别是,该项技术必须证明,同用户认可的,使用了几十年的目前PSTN一样,具有极高的利用率、高可靠性、低端于端延时,以及低停机时间。同等重要的是,IP电话可连接至PSTN,到达老式电话终端。IP电话应和目前的电话网络一样,四通八达,连接各个国家成千上万的已具有众多PSTN技术设备的用户,这不是个简单的任务,但只要供应商朝共同的目标努力,并采用开放的、标准基技术,这个任务一定能够完成。

  PSTN与分组网络

  当普通的家庭用户拨一个电话号码时,SSP(服务交换点)进行服务,即用户线路读取已拨的数字,通过信令网络发出呼叫建立信息。这个SS7网络在物理上是与承载话音业务的网络分开的。SS7信令网络的核心是STP(信令传输点),它在SSP间路由SS7信息。如果是一个远程用户,在接收到呼叫后返回一个响应。这些信息则从SS7传输至所要求的遍布在网络各处的交换机以建立话音电路。

  IP电话结构体系将几个主要话音交换组件分成在IP网络通信的客户/服务器关系。这些组件是MGC(媒体网关控制器)、SG(信令网关)和MG(媒体网关)。

  与传统的PSTN以话音为中心不同,新型IP结构设计成能处理所有业务----音频和视频以及话音和数据。VoIP网络的“大脑”是完成信令功能的MGC。MGC对需要建立连接的信令作出响应,并控制MG(MEGACO一类网关控制协议)来实现这些连接。

  MG是实现媒体映射功能的VoIP网络智能推理型单元。顾名思义,MG是由MGC控制的,MG具有2个职能。将多种表示最终用户话音、视频和数据的数字格式转换为通过基础设施传送的IP包,以及在用户的各种数字格式间进行翻译

  SG实现桥接传统PSTN控制网络与下一代IP网络控制单元所需的信令变换功能。由于传统电话与IP网络之间的原有界线开始变得模糊不清,这种信令网关也就显得愈发重要的。

  SG端接SS7与IP接口,将SS7信息转换为通过IP网络传输的IP包,以此来桥接不兼容的PSTN和IP信令系统。SG负责将SS7信息路由至相应的IP端点,诸如MGC、增强的服务平台或远程信令网关。

  SG互连传统PSTN信令端点与VOIP信令端点,因而有可能开发与现有PSTN智能网络应用互动的新应用。近期最有价值的好处之一是通过可管理的、专用IP骨干网传输SS7信息。取消单独的SS7网络将大大降低总的运行成本。

  打算进入网关市场的生产厂商会发现良好的收益潜力。据预测,整个信令平台设备市场将从1998年的120亿美元增长至2003年的270亿美元以上,其中VOIP网关部分,1998年是零,2003年预测将达到37亿美元,占整个市场的14%。

  设计要求

  为了符合电信级服务规范,SG应满足4个关键的要求:

  IP电话网络必须达到传统电话网络同样的高利用率(HA)标准,SG一类子系统应设计成典型PSTN具有的“5个9”(99.999%)级利用率。换句话说,系统在一年中的故障时间不得大于5分钟。

  SG需要高性能的平台来降低设备成本,减少硬件占用面积。当SS7业务量急剧上升时,真正的可扩充性能够立即实现。

  SG需要接口PSTN和IP两种网络的健壮的协议栈,如SS7和Sigtran(信令传输),应基于高效、高性能代码,应支持各个国家的产品打入全球市场。这些协议栈应具有内置的故障恢复机构。

  SG需要一个全面的管理系统,包括非实时组件(如解决故障、配置、财务、和安全管理的单元管理系统)和实时组件(如堆栈管理和服务可用性管理)。服务可用性管理用来监测整个系统,对故障组件执行故障恢复程序。

  系统的结构体系

  系统的核心是高性能、HA平台。平台顶部是协议栈和相应的栈管理程序。右边的服务可用性管理组件负载整个网关系统的连续运行,甚至在发生故障和软件更新的场合。

  高性能、HA平台的关键要素可归结如下:

  *平台应基于开放的标准,来支持应用的可移植性。

  *运营商需要标准化、Compact PCI基、故障可恢复的平台,包括冗余的电源、冷却装置。

  *CPU、I/O卡、以及可管理的热交换支持。

  *机箱内所有处理器间优先选用宽带宽、双交换Ethernet连接,而不用传统的PCI总线。

  *平台可用性管理为系统组件提供故障管理以确保这些故障的快速恢复。

  *平台可用性管理解决方案应基于开放的标准,以保证商用Compact PCI硬件供应商间软件的可移植性。这就是要求使用提供标准HA支持的操作系统

  标准对实现HA平台尤为重要。下一代网络用的HA平台需要复杂的软件。目前在Compact PCI硬件上的专用实施方案基本上将OEM锁定在单个供应商HA解决方案。开放标准基HA有利于OEM将应用从一种供应商平台移植至另一种平台。

  高性能平台支持SG系统的可扩充性,它的重要性将随时间的推移日益显露出来。业内分析人士预测,SS7业务将随新服务的普及而急剧的增长,SS7业务已占运营商约10%的收益,这种趋势还在扩大。预期无线用户数量的快速增长将进一步提供SS7的业务量。

  目前SG解决方案的扩充能力远远不能满足增长的需要。与之相反,高性能解决方案可以真正减少占用面积,节省运营商宝贵的,高昂的厂房空间。

  HA平台可配置可扩充解决方案所需的功能强大的组件。组件包括高性能CPU、高密度I/O卡、宽带宽Ethernet交换机。这些组件可让SG平台处理大量的SS7业务。

  软件结构体系

  SG要求与话音和IP网络接口的协议栈。SS7栈用来与现有PSTN接口。IETF(Internet Engineering Task Force)制定的Sigtran族协议是通过IP基网络传输话音信令业务的标准接口。交互工作功能将SS7信息变换为IP包并将它们路由至对应的目的地,从而将SS7和IP网络桥接在一起。   SS7和Sigtran栈以及交互工作功能一起提供SG的路由转换功能。栈管理功能监测栈组件的健康状况,保持有关的状态信息,以便在故障下恢复处理器间的组件。服务可用性管理组件监测整个系统,包括栈和硬件平台。

  服务可用性管理功能提供实时系统故障恢复程序,以保证SG应用是永远可用的。单元管理系统提供和运营商的运行支持系统接口的非实时系统管理的功能。

  这是一个全分布式系统结构体系,其中每个网关是一个自成系统的实体,包括全部软件栈,让生产厂家构建单槽网关的机箱。对用户来说,主要优点是易于扩充和N+1网关备用结构(指在故障事件下可起用一个备份处理器的冗余系统)。

  服务提供商可在按需的基础上插入新的网关,以最少量的重新配置来适应用户数的增长。虽然这是一种高度市场化的解决方案,增加了分配协议层软件的复杂性。然而,这些复杂性可用现成的软件加以解决。

  冗余系统控制器结构体系。I/O卡运行N+1冗余结构中的较低层SS7栈。冗余系统控制器运行高层SS7栈以及和IP网络接口的Sigtran栈。该结构降低了软件的复杂性,是一个较缺乏扩充性的解决方案。使用这种体系结构,当业务量超过平台容量时,需要增加一个新平台。

  服务提供商的部署方案

  服务提供商通常要部署多少个信令网关?十分显然,SG是一种新兴的设备,网络运营商正在关注各种结构体系的衍生产品。重要的是要看到,不仅在有线网络中正在部署SG,而且在无线网络中也在部署SG。因此,每种网络采用的典型结构体系是各不相同的。VOIP网关部署的数量取决于网络提供商的服务类型。

  服务提供商采用的一种部署方案出于替代STP组件的初衷。该方案可让SS7信息路由至IP网络或传统的SS7网络,让下一代软交换机和IP基础设施上的其它软交换机以及SS7网络上当前一代PSTN交换机进行通信。

  结语

  SG填补了目前的电路交换网络和分组交换网络间的空白,这项新兴技术对会聚型网络是至关重要的。行业分析人士指出,VoIP网关市场是巨大的,快速增长的。因而他们郑重地建议,任何一家想利用目前先进的智能网络技术(基于SS7协议栈应用的标准接口)来开发智能网络应用的供应商应在下一代装备中认真考虑SG技术。

  另一个值得重申的观点是,HA和高性能平台对构建可扩充的和可靠的SG解决方案是至关重要的。运营商们日益强调,可扩充性是至关重要的。事实上,面对迅猛增长的网络,无限的可扩充性是绝对必要的。即便这样,IP网络应保持与目前传统电话网络相同的高水平可用性。   此外,通信行业持续地需要选择供应商的平台和可移植的解决方案。可移植性对标准基(利用硬件、协议栈和管理)解决方案是必不可少的,以方便多个供应商间的整合。

  十分显然,信令网关和VoIP技术将受到更大的重视,并在实际中广泛使用。可以预见,随着行业定制的分组交换网络的增加,在未来3至5年内,这些新兴的技术将得到进一步发展。

摘自《电子产品世界》2001.10