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【何人（公司）所著】：中國電信股份有限公司北京研究院 邢燕霞
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【文件原名】：SIGTRAN在信令網(wǎng)中的應(yīng)用
【摘要或目錄】：本文主要分析了SIGTRAN技術(shù)中的M3UA協(xié)議和M2PA協(xié)議在信令網(wǎng)中的應(yīng)用，闡述了這兩種協(xié)議的主要特點、使用場合和存在的問題，并提出了IP信令網(wǎng)的組網(wǎng)方案。

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1．引言
SIGTRAN是IETF為了實現(xiàn)信令在IP上承載提出的協(xié)議體系，從不同的應(yīng)用情況出發(fā)，提出了多種適配層的協(xié)議，包括M3UA、M2PA、M2UA和SUA，而底層協(xié)議棧都是SCTP/IP，為高層信令提供校驗、重傳等服務(wù)，盡量減少底層IP網(wǎng)絡(luò)對于高層信令的影響。在移動領(lǐng)域，用的最多的是M3UA協(xié)議。3GPP在R4版本提出了信令基于IP承載的方案，移動性管理協(xié)議MAP、智能網(wǎng)協(xié)議CAP以及呼叫相關(guān)的局間信令BICC都可以基于IP承載，3GPP的建議是基于M3UA/SCTP/IP進(jìn)行承載。
在2G電路交換網(wǎng)路中，MAP、CAP、ISUP等協(xié)議都基于MTP3/MTP2/MTP1的承載方式，在實際組網(wǎng)時，這些信令是通過STP（信令轉(zhuǎn)接點）組成的信令網(wǎng)絡(luò)傳送的，相應(yīng)的信令點和信令轉(zhuǎn)接點需要支持MTP協(xié)議。在R4版本中，BICC協(xié)議取代了ISUP協(xié)議，MAP、CAP和BICC協(xié)議基于IP承載以后，是否需要一個STP組成的IP信令網(wǎng)以及信令網(wǎng)應(yīng)采用SIGTRAN哪種協(xié)議成了一個焦點問題。
2．信令網(wǎng)的需求
眾所周知，在移動網(wǎng)絡(luò)中，大部分的信令業(yè)務(wù)都是MAP和CAP信令，這兩種呼叫無關(guān)的信令主要完成移動用戶的位置更新、路由查詢和智能網(wǎng)業(yè)務(wù)相關(guān)操作等。從協(xié)議棧看，不論MAP和CAP采用TDM、ATM或IP承載，SCCP層都是必須的，也就是說MAP信令和CAP信令需要SCCP的GT尋址功能來實現(xiàn)路由查詢。在2G網(wǎng)絡(luò)中，信令網(wǎng)中STP的一個主要功能就是進(jìn)行GT翻譯和消息轉(zhuǎn)發(fā)。在3GPP R4網(wǎng)絡(luò)中，基于SCCP層的尋址方式?jīng)]有改變，STP的GT翻譯和消息轉(zhuǎn)發(fā)功能仍然是必須的，即仍然需要信令網(wǎng)進(jìn)行MAP和CAP的承載和轉(zhuǎn)發(fā)。
BICC是ITU-T的規(guī)范，ITU-T規(guī)定的BICC在IP上承載的方式為SCTP/IP，所以BICC協(xié)議通過IP承載有兩種方式，當(dāng)采用3GPP建議的M3UA/SCTP/IP承載時，可以通過信令網(wǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，因為M3UA中包含了目的信令點信息；當(dāng)BICC直接承載在SCTP上時，無法通過信令網(wǎng)承載。R4核心網(wǎng)中MSC Server和MGW之間的H.248協(xié)議也很重要，但是與MAP和CAP的應(yīng)用場景不同，采用MAP協(xié)議和CAP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)實體在邏輯上是需要網(wǎng)狀連接。H.248協(xié)議屬于點到點的協(xié)議，不存在路由和尋址問題，MSC Server上已經(jīng)配置了MGW的地址信息，因此無需信令網(wǎng)進(jìn)行路由查詢；此外和BICC協(xié)議類似，如果H.248協(xié)議直接承載在SCTP上，也無法實現(xiàn)通過IP信令網(wǎng)的承載。
總的來看，在組建大規(guī)模R4網(wǎng)絡(luò)時，需要一個信令網(wǎng)提供信令路由和轉(zhuǎn)發(fā)功能，這個信令網(wǎng)可以是傳統(tǒng)的No.7網(wǎng)絡(luò)，這里不再討論，也可以是基于IP的信令網(wǎng)。IP信令網(wǎng)主要采用SIGTRAN技術(shù)實現(xiàn)MAP和CAP協(xié)議的承載，而BICC協(xié)議和H.248協(xié)議則不需要IP信令網(wǎng)承載。在使用SIGTRAN的情況下，STP從原來基于TDM承載變成了基于IP承載，下面將主要分析SIGTRAN中的M3UA和M2PA在信令網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。
3．M3UA的特點和應(yīng)用
由于3GPP規(guī)定了MAP、CAP和BICC都可以基于M3UA承載，所以很自然的一種方案是STP之間以及STP和信令點之間都采用M3UA協(xié)議，但是這種方案存在一些問題。從IETF定義的M3UA規(guī)范RFC3332可以看出，M3UA是一種用戶適配層協(xié)議，主要職責(zé)是完成層間原語的適配，使得MTP3的上層應(yīng)用，如SCCP無需任何改變，還象底層是MTP3一樣通信，從這個角度來說，MAP和CAP采用M3UA承載是非常合適的。但是M3UA作為STP之間的通信協(xié)議就不合適了， RFC3332規(guī)定的M3UA的主要功能包括：
（1）信令點碼表示：M3UA保留了信令點碼的識別方式，可以通過信令點碼尋址。
（2）選路上下文和路由關(guān)鍵字：M3UA不僅支持基于點碼的尋址方式，還包括與SIO和CIC的組和尋址方式。
（3）NO.7 和 M3UA 互通：M3UA協(xié)議支持和NO.7網(wǎng)絡(luò)的互通，并可以將部分信令管理消息映射成IP網(wǎng)路中的消息送到IP網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。
（4）冗余模型：包括了SG（信令網(wǎng)關(guān)）冗余方案和應(yīng)用服務(wù)器的冗余方案。
（5）擁塞管理:當(dāng)發(fā)生擁塞時，應(yīng)可以向本地的高層和對等層發(fā)出擁塞指示，以便作出相應(yīng)的處理。
（6）流量控制：M3UA可以控制在新的SCTP偶聯(lián)上開始的業(yè)務(wù)量。
（7）SCTP 流映射: 是指M3UA可以完成上層信令到SCTP流的映射，M3UA可以把信令業(yè)務(wù)分配到不同的流中，對于有順序要求的信令應(yīng)分配到相同的流中。
（8）客戶端／服務(wù)器模型:SG和IP節(jié)點之間采用客戶端／服務(wù)器模型工作，當(dāng)采用M3UA協(xié)議的IP節(jié)點間直接通信時，也采用這種模型工作。
可見，M3UA保留了信令點碼的方式，并規(guī)定了SG使用M3UA時如何實現(xiàn)傳統(tǒng)NO.7網(wǎng)絡(luò)和IP SP的互通。如果比較M3UA協(xié)議和MTP3協(xié)議，會發(fā)現(xiàn)從協(xié)議的出發(fā)點到協(xié)議的具體內(nèi)容都不相同。M3UA規(guī)定的所有操作都是用在IPSP和SG之間，并沒有規(guī)定任何SG之間的操作，如果將其用于STP，那么STP之間的操作將沒有依據(jù)。所以雖然M3UA繼承了MTP3的層間原語，很好地實現(xiàn)了層間的適配，但是在協(xié)議功能和應(yīng)用的場合等方面與MTP3存在很大差異。
從M3UA的功能可以看出，M3UA具有信令網(wǎng)管的互通功能，這與MTP3的信令網(wǎng)管功能完全不同。M3UA的網(wǎng)管互通功能的主要目的是在IP網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)NO.7網(wǎng)絡(luò)的邊緣處（即SG上）實現(xiàn)信令網(wǎng)管消息的映射，從而實現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)NO.7網(wǎng)絡(luò)的互通，在IP網(wǎng)絡(luò)側(cè)主要使用M3UA定義的DUNA、DAVA等消息。MTP3的網(wǎng)管功能包括信令業(yè)務(wù)管理、信令路由管理和信令鏈路管理，其中包括了一系列倒換倒回、路由重選等機(jī)制和相關(guān)的信令消息，包括COO、COA、TFP、TFA等若干消息，這些消息不僅用在SP和STP之間，也應(yīng)用在STP之間�？梢哉f這套機(jī)制保證了整個信令網(wǎng)的可靠性，而M3UA協(xié)議正是缺少這些機(jī)制。當(dāng)節(jié)點之間的M3UA連接發(fā)生故障時，由于M3UA不具有倒換倒回機(jī)制，會造成消息丟失。所以從協(xié)議本身看，M3UA的設(shè)計初衷是應(yīng)用在SG中，實現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)和NO.7網(wǎng)絡(luò)的互通，如果應(yīng)用在STP之間，在功能上還有欠缺。
有些觀點認(rèn)為，M3UA的下一層協(xié)議SCTP可以實現(xiàn)類似MTP3的功能從而保證整個網(wǎng)絡(luò)的可靠性。應(yīng)該說二者是不同層面的問題，SCTP用于保證鏈路的可靠性，而MTP3的機(jī)制則是用于保證整個網(wǎng)絡(luò)的可靠性。SCTP的Multihoming機(jī)制通過在兩個IP端點上使用多IP地址，來保證IP網(wǎng)絡(luò)上的兩個節(jié)點之間的通信充分可靠，這種可靠性不能等同于移動網(wǎng)絡(luò)的兩個信令點之間的可靠通信，因為在移動網(wǎng)絡(luò)中，任意兩個信令點之間的通信可能要經(jīng)過多個STP轉(zhuǎn)發(fā)。在傳統(tǒng)NO.7網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)某個節(jié)點發(fā)生故障時，相鄰的節(jié)點會通過倒換操作，將原來發(fā)往故障節(jié)點的鏈路上的消息倒換到與其他節(jié)點之間的鏈路上，從而確保業(yè)務(wù)的連續(xù)性。對于SCTP而言，其Multihoming機(jī)制只能實現(xiàn)兩個節(jié)點之間的相同偶聯(lián)的不同路徑之間的業(yè)務(wù)切換，無法將業(yè)務(wù)切換到其他偶聯(lián)上，所以當(dāng)某個節(jié)點故障時導(dǎo)致節(jié)點間的偶聯(lián)發(fā)生故障時，SCTP協(xié)議不能保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性，會有消息丟失。
關(guān)于M3UA用在STP之間，IETF也曾經(jīng)有過一個規(guī)范專門規(guī)定SG之間的采用M3UA時的各種操作和相應(yīng)的機(jī)制，而且其機(jī)制很大程度上是希望延用MTP3的機(jī)制，但是在R4版本提出之前，固網(wǎng)和采用電路交換的移動網(wǎng)沒有這樣的需求，而且IETF已經(jīng)定義了M2PA協(xié)議，所以最終沒有成為IETF規(guī)范。
4．M2PA的特點和應(yīng)用
M2PA是一個對等適配層協(xié)議，它的主要特點是保留了MTP3的功能，而將底層的TDM鏈路替換為IP鏈路。這樣既保留了MTP3的所有功能，又解決了傳統(tǒng)NO.7的帶寬問題。TDM信令網(wǎng)可以采用64K鏈路和2M鏈路組網(wǎng)，信令帶寬受限于物理帶寬；IP信令網(wǎng)的信令帶寬理論上是不受限制的。M2PA協(xié)議的主要功能包括：
（1）支持MTP3和MTP2之間的原語：對于MTP3來說就象底層仍然是MTP2一樣，其發(fā)送的原語沒有變換，而M2PA向MTP3發(fā)送的原語也和MTP2向MTP3發(fā)送的原語相同。
（2）MTP2的功能：包括數(shù)據(jù)的恢復(fù)，以支持倒換過程；向MTP3報告鏈路狀態(tài)的改變；處理機(jī)故障過程等。
（3）No.7和IP實體的映射：對于每個M2PA鏈路，M2PA層必須保存No.7鏈路到它的SCTP偶聯(lián)和相應(yīng)的IP目的地的對應(yīng)表。
（4）SCTP流管理：M2PA層應(yīng)保證每個偶聯(lián)中的流的合理管理。
（5）支持IP節(jié)點上保留No.7網(wǎng)絡(luò)中MTP3功能：允許M2PA的上MTP3保留No.7網(wǎng)絡(luò)的消息處理和信令網(wǎng)管功能。
從M2PA協(xié)議的功能可以看出，它是一個對等的適配層協(xié)議，完全可以作為IP信令網(wǎng)的主要通信協(xié)議，包括STP之間以及STP和信令點之間。這樣整個信令網(wǎng)的上層功能就和傳統(tǒng)的No.7網(wǎng)絡(luò)完全相同，略有不同的是在IP信令網(wǎng)中，故障的檢測和業(yè)務(wù)倒換的時延會比No.7網(wǎng)絡(luò)稍長。在No.7網(wǎng)絡(luò)上，MTP2層負(fù)責(zé)故障的檢測。對于某個TDM鏈路，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送時，可以靠數(shù)據(jù)的傳送證明鏈路的正常工作，沒有數(shù)據(jù)傳輸時，應(yīng)發(fā)送空數(shù)據(jù)證明鏈路的正常工作，如果接收方收不到任何數(shù)據(jù)，通過一定的判斷機(jī)制可以判斷為鏈路故障，這個時延很小，一般為毫秒級。在IP承載時，SCTP負(fù)責(zé)故障的檢測，采用重傳超時的機(jī)制來發(fā)現(xiàn)故障。SCTP采用應(yīng)答機(jī)制通知對端收到信息，如果發(fā)送端收不到對端的應(yīng)答消息，發(fā)送端會進(jìn)行重傳，重傳的時間間隔越來越長，當(dāng)重傳超過預(yù)設(shè)的次數(shù)，則認(rèn)為偶聯(lián)（鏈路）故障，這個時延比TDM檢測時延要長，一般為秒級。當(dāng)然，這個時延也可以通過調(diào)整SCTP定時器縮小，但是一般認(rèn)為由于IP網(wǎng)絡(luò)是一個共享網(wǎng)絡(luò)，其時延受到各種因素的影響會大于TDM網(wǎng)絡(luò)的時延，如果將定時器調(diào)得太短，會造成業(yè)務(wù)的頻繁倒換，影響整個網(wǎng)絡(luò)的效率。當(dāng)發(fā)現(xiàn)鏈路出現(xiàn)故障后，要進(jìn)行業(yè)務(wù)倒換。在No.7網(wǎng)絡(luò)中，MTP2檢測到故障后，將對未成功發(fā)送的消息進(jìn)行回收，并在MTP3指定的新的鏈路上發(fā)送。在IP信令網(wǎng)中，這個過程是類似的，不同的是IP鏈路上的業(yè)務(wù)量一般較大而故障檢測時延較長，為了不丟失消息，M2PA的消息緩存區(qū)應(yīng)比較大才能實現(xiàn)所有消息的成功倒換，但是即使倒換成功，由于整個過程的時延較長，對于某些高層應(yīng)用來說可能已經(jīng)超時�？偟膩砜�，IP信令網(wǎng)中，從鏈路發(fā)生故障到業(yè)務(wù)成功倒換的時延會大于No.7網(wǎng)絡(luò)的時延。
從應(yīng)用和組網(wǎng)的角度看，當(dāng)MAP、CAP基于M3UA承載時，由于M3UA不具有網(wǎng)管功能，使得信令網(wǎng)的管理不能到達(dá)信令點設(shè)備，只能用于采用M2PA的STP之間。如果信令點（MSC Server、HLR、SCP、SGSN等）的MAP、CAP等也采用M2PA協(xié)議，就可以實現(xiàn)全網(wǎng)的MTP3功能，這樣既實現(xiàn)了承載IP化，又避免了使用M3UA時不具備信令網(wǎng)管功能的問題。但是3GPP并沒有對使用M2PA提出建議，因此在R4的產(chǎn)品實現(xiàn)上并沒有任何廠商支持這種方案。
5．IP信令網(wǎng)組網(wǎng)方案
從上面的分析可以看出，M3UA協(xié)議更適宜應(yīng)用在信令網(wǎng)關(guān)，而M2PA協(xié)議的適用范圍更廣泛，既可以用于信令網(wǎng)關(guān)也可以用于信令網(wǎng)上的STP。由于3GPP建議的R4信令的承載主要是采用M3UA協(xié)議，即MSC Server、HLR、SCP等都不支持M2PA協(xié)議。因此在組建IP信令網(wǎng)時，單純采用M3UA協(xié)議或M2PA協(xié)議在現(xiàn)階段都是不可行的，目前比較可行的方案是在STP之間采用M2PA協(xié)議，在信令點和STP之間采用M3UA協(xié)議。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上看，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，IP信令網(wǎng)也可以分級，這和No.7網(wǎng)絡(luò)沒有差別。
這種IP信令網(wǎng)方案與傳統(tǒng)的No.7網(wǎng)絡(luò)相比，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在三個方面，首先是信令帶寬非常充足，理論上任何兩個節(jié)點之間的帶寬都沒有限制。其次是設(shè)備上的接口數(shù)量大大減少，這將給運維帶來方便。第三，這種方案符合技術(shù)發(fā)展趨勢，可擴(kuò)展性好。但是這種方案也有弱點，主要體現(xiàn)在以下三個方面，首先是網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性方面，前面提到由于IP鏈路的故障檢測和恢復(fù)的時延較大，而且M3UA不存在倒換倒回機(jī)制，所以會產(chǎn)生呼損。其次是由于IP鏈路上的業(yè)務(wù)量較大，當(dāng)發(fā)生故障時影響較大。第三是當(dāng)前采用這種方案存在一定風(fēng)險，這種風(fēng)險來源于IP信令網(wǎng)沒有大規(guī)模商用經(jīng)驗、M2PA規(guī)范還沒有正式發(fā)布、IP信令網(wǎng)的故障跟蹤和再現(xiàn)比較困難等。
到目前為止，還沒有一個全I(xiàn)P的信令網(wǎng)絡(luò)投入運營，目前SIGTRAN的主要應(yīng)用是在固網(wǎng)軟交換中的信令網(wǎng)關(guān)上的應(yīng)用，在信令網(wǎng)中的應(yīng)用一般采用TDM和IP混合的方案，典型的應(yīng)用是在STP之間采用M2PA協(xié)議，STP和信令點之間的接入鏈路采用64K或2M的TDM鏈路；也有的應(yīng)用方式是在STP之間采用No.7技術(shù)，在接入鏈路上采用IP，這種應(yīng)用一般是在現(xiàn)有的No.7網(wǎng)絡(luò)上的演進(jìn)方案，總之都是部分IP承載的解決方案。
6．結(jié)束語
從技術(shù)上看，承載IP化是網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢，其中也包括信令的IP化。目前采用全I(xiàn)P的方式組建信令網(wǎng)絡(luò)還存在上面提到的一些問題，這些問題還沒有規(guī)范的解決方案。由于信令業(yè)務(wù)要求高可靠性和高穩(wěn)定性，所以在目前的IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的前提下運營一個IP信令網(wǎng)還需要不斷的研究和摸索。