SIGTRAN协议详解及MTP2及MTP3详解解析.docx
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SIGTRAN协议详解及MTP2及MTP3详解解析
第5章SIGTRAN协议5-1
5.1概述5-1
5.1.1SIGTRAN功能5-1
5.1.2相关术语5-1
5.1.3协议栈结构5-2
5.1.4在CS中的应用5-2
5.2M2UA协议5-3
5.2.1概述5-3
5.2.2M2UA相关术语5-4
5.2.3M2UA业务5-6
5.2.4M2UA功能5-7
5.2.5M2UA协议栈结构5-9
5.2.6M2UA边界原语5-10
5.2.7M2UA协议的应用5-12
5.2.8M2UA协议消息5-13
5.2.9M2UA基本信令流程5-35
5.3M3UA协议5-36
5.3.1概述5-36
5.3.2M3UA相关术语5-37
5.3.3M3UA业务5-46
5.3.4M3UA功能5-48
5.3.5M3UA协议栈结构5-54
5.3.6M3UA边界原语5-54
5.3.7M3UA协议的应用5-57
5.3.8M3UA协议消息5-60
5.3.9M3UA基本信令流程5-93
5.4IUA协议5-95
5.4.1概述5-95
5.4.2IUA相关术语5-96
5.4.3IUA业务5-96
5.4.4IUA功能5-97
5.4.5IUA协议栈结构5-98
5.4.6IUA边界原语5-98
5.4.7IUA协议的应用5-100
5.4.8IUA协议消息5-100
5.4.9IUA基本信令流程5-115
第5章SIGTRAN协议
5.1概述
5.1.1SIGTRAN功能
SIGTRAN(SignalingTransport,信令传输协议)协议簇是IETF的SIGTRAN工作组制定的七号信令与IP互通规范。
该协议簇支持通过IP网络传输传统电路交换网SCN(SwitchedCircuitNetwork,电路交换网)信令。
该协议栈支持SCN信令协议分层模型定义中的层间标准原语接口,从而保证已有的SCN信令应用可以未经修改地使用,同时利用标准的IP传输协议作为传输底层,通过增加自身的功能来满足SCN信令的特殊传输要求。
注意:
SIGTRAN协议簇只是实现SCN信令的在IP网的适配与传输,不处理用户层信令消息。
SIGTRAN协议簇从功能上可分为两大类:
●第一类是通用信令传输协议。
通用信令传输协议实现七号信令在IP网上高效、可靠的传输,目前采用IETF制定SCTP(StreamControlTransmissionProtocol,流控制传输协议)。
●第二类是七号信令适配协议。
该类协议主要是针对SCN中现有的各种信令协议制定的信令适配协议,包含了M2UA(No.7MTP2-UserAdaptationLayer)、M3UA(No.7MTP3-UserAdaptationLayer)、IUA(ISDNQ.921-UserAdaptationLayer)和V5UA(V5.2-UserAdaptationLayer)。
5.1.2相关术语
1.媒体网关
当媒体流从SCN流向分组网络时,MG终结SCN媒体流,打包媒体数据(如果媒体数据不是基于数据包的形式),并且将打包后的业务传递给分组网络。
当媒体流从分组网络流向SCN时,则执行相反的功能。
2.媒体网关控制器
MGC负责处理MG上的资源的注册和管理,UE具有MGC的功能。
MGC可能具有以下能力:
●根据本地策略来授权资源的使用。
●对于信令传输而言,MGC则终结和发起SCN信令协议(如No.7-ISUP、Q.931等)
3.信令网关(SG,SignalingGateway)
SG是一个信令代理,能够在IP网络边缘接收/发送SCN内部信令。
No.7-Internet网关中的SG功能包括No.7信令的中继、翻译或终结。
SG功能也可能与MG功能共存于MG中。
5.1.3协议栈结构
SIGTRAN协议模型如图5-1所示。
M3UA:
MTP3用户适配层
M2UA:
MTP2用户适配层
IUA:
ISDNQ.921用户适配层
SUA:
SCCP用户适配层
M2PA:
MTP2对等适配层
V5UA:
V5用户适配层
SCTP:
流控制传输协议
IP:
互联网协议
图5-1SIGTRAN协议模型
5.1.4在CS中的应用
CS设备实体(MSCServer和HLR)通过SIGTRAN协议与SG连接,将窄带电路交换网信令(如No.7的ISUP、MAP、CAP等)通过IP网进行传输,SIGTRAN在CS中的应用如图5-2所示。
图5-1SIGTRAN在CS中的应用
SIGTRAN协议应用在信令网关(SG)和MSOFTX3000之间的接口上,实现窄带SCN信令在IP网络中进行传输,其工作原理如下:
电路交换网信令由信令网关(SG)接入,而媒体流(如中继话路)由媒体网关(MGW)接入。
信令网关将窄带信令的层间原语(或直接是窄带信令)打包传递到MSOFTX3000,MSOFTX3000处理信令,通过媒体网关控制协议(H.248)控制媒体网关的承载接续,从而完成电路交换网和分组交换网的互通。
在这个模型中,信令网关和MSOFTX3000之间运行SIGTRAN协议栈。
根据SG位置的不同,MSOFTX3000提供三种方式与SCN信令互通:
●SG内置在MSOFTX3000
MSOFTX3000直接出TDM(TimeDivisionMultiplex)接口与SCN连接,使用MTP进行信令传输,不使用SIGTRAN协议。
●SG内置在MGW
MGW通过内置SG完成SCN信令转换与适配,并打成IP包在IP网传输到MSOFTX3000。
信令传输使用SIGTRAN协议的M2UA、M3UA适配协议。
●独立SG
SG完成SCN信令转换与适配,并打成IP包在IP网传输到MSOFTX3000。
信令传输使用SIGTRAN协议的M3UA适配协议。
5.2M2UA协议
5.2.1概述
M2UA(No.7MTP2-UserAdaptionlayerprotocol,即MTP2用户适配协议)由RFC3331定义,它使用流量控制传输协议(SCTP)或其他合适的传输协议,通过IP传输No.7MTP2层的用户信令消息(即MTP3),该协议可用于信令网关(SG)和媒体网关控制器(MGC)之间的信令传输,如图5-3所示。
图5-1M2UA在系统中的位置
如图5-3所示,SEP(信令端点)窄带信令通过SG(信令网关)接入MGC,M2UA运行在SCTP的上层,是SCTP用户。
SG提供NIF(NodalInterworkingFunction)模块,通过原语实现MTP2与M2UA的互通。
在MGC端,M2UA的上层用户是MTP3。
5.2.2M2UA相关术语
1.应用服务器(AS,ApplicationServer)
ASP是执行特定应用实例的逻辑的实体,代表一定的资源,处理MTP第三层和终接于SG的No.7信令链路上的呼叫处理。
每个AS包含一组应用服务器进程(ASP,ApplicationServerProcess),其中一个或多个ASP能够处理业务。
在实际应用中,可以把一组M2UA链路的集合看作是一个AS。
2.应用服务器进程(ASP,ApplicationServerProcess)
ASP是AS进程的实例。
每个ASP与一个SCTP端点对应,一个ASP可以服务于多个AS。
在M2UA应用中,ASP以主/备用方式工作,只有主用的ASP处理业务。
MSOFTX3000、UMG8900目前只支持一个AS与ASP对应,MGW8010则支持多个ASP与一个AS对应。
3.接口标识符
用于M2UA两端之间的通信,可以使用文本编码或整数编码的方式。
每个接口标识符对应一个实际的物理链路,并只在本地有效。
接口标识符由网关和MGC设备(MSOFTX3000)协商。
图5-1No.7信令链路、接口标识符、AS和ASP之间的关系示例
4.信令网关进程(SGP,SignalingGatewayProcess)
SGP是一个通过M2UA协议与信令链路终端通信的进程实例。
SGP具有主用、备用和负荷分担三种状态。
5.信令运载(Backhaul)
当MG(如MGW8010)内置SG功能,如果信令不在本地处理,则把信令消息从偶联数据流的接口传递到呼叫处理点(即MGC)。
6.层管理
层管理是SG或ASP中的节点功能,它用来处理M2UA层和本地管理实体之间输入和输出。
7.链路关键字(LinkKey)
链路关键字是ASP与SG之间的本地唯一值,用于识别某一特定信令数据链路和该信令链路之间的两个信令终端的一个注册请求。
链路关键字在动态注册时使用。
目前暂不支持动态注册。
8.M2UA链路
M2UA链路为SG和MGC(MSOFTX3000)的ASP之间创建的逻辑连接。
一条M2UA链路包括SG、ASP以及SG和ASP之间的SCTP偶联。
它的状态和ASP状态及SCTP偶联状态对应。
M2UA的网络结构如图5-5所示,引入M2UA链路后,M2UA网络结构可简化为
图5-6所示。
图5-1M2UA的网络结构
图5-2M2UA的简化网络结构
M2UA链路为一个或多个MTP2提供链路通道,用于与它的用户(MTP3)通信。
每个MTP链路通过M2UA接口标识符映射到一个特定的M2UA链路,对应关系需要执行命令进行配置。
这样,来自MTP链路的数据可以通过M2UA链路进行透传。
5.2.3M2UA业务
1.支持MTP2/MTP3间的接口
M2UA对MTP2/MTP3间的接口的支持使得No.7信令网络中和IP域中的MTP2的对等用户实体间的操作可以是无缝的,或者尽量无缝的。
M2UA是通过提供与MTP-2类似的原语来支持MTP2/MTP3间的接口。
2.支持M2UA协议端点与(SG、MGC)与层管理之间的通信
为了方便与SG(MGC)层管理模块之间的通信,M2UA定义了M-ERROR原语来报告由于承载MTP3级产生的错误。
3.支持对SG和MGC间激活偶联的管理
SG的M2UA层应当跟踪所有配置的ASP的状态。
M2UA定义了一组用于M2UA层和层管理之间的原语用来帮助层管理SG和MGC间的偶联。
M2UA层可以根据层管理的指示来建立或释放到对端M2UA阶段的SCTP的偶联。
4.支持对AS和ASP的状态管理
层管理可以通知M2UA层关于AS/ASP的状态(例如:
激活、故障等),这样在两个对等的M2UA层之间交换这些消息,就可以停止到本地M2UA用户的业务。
5.2.4M2UA功能
1.映射功能
在M2UA层必须要维护一张用于接口标识符与SG物理接口之间映射的表。
物理接口可以是V.35接口线路、E1电路/时隙等等。
M2UA层同时还必须维护一张用于接口标识符与SCTP偶联和相关流进行映射的表。
只有当ASP针对某个特定的接口标识符发送了ASPActive消息后,SGP才可以把接口标识符映射成SCTP的偶联和流。
需要指出的是,由于ASP状态的变化,所以这种映射关系是可以动态变化的。
这种映射甚至在有些时候可能会暂时无效,例如,当一个ASP由于故障倒换到另外一个ASP上时。
因此,SGP必须要维护AS/ASP的状态,并且在消息选路到AS/ASP时参考他们的状态。
注意:
只有一个SGP应当为一条信令链路提供信令链路终端业务,因此在一个SG中,在给定的时间中,应用服务器应当仅对一个SGP是激活的。
2.支持对SGP和ASP之间SCTP偶联的管理
为了管理SCTP偶联和SG与MGC之间的业务量,SG的M2UA层需要负责来维护所有配置的ASP的可用性状态,最好是维护远端ASP的激活或去激活状态。
所谓激活的ASP就是当前用于接收SG发送的业务量。
M2UA层可以根据本地层管理的指令,建立到对端M2UA节点的SCTP偶联,这个建立过程可以使用M-SCTP_ESTABLISH原语来实现。
同样的,M2UA层也可以使用M-SCTP_STATUS向本地管理通知底层SCTP的状态。
M2UA可以利用这个原语向本地管理报告本地SCTP偶联释放的原因,确定释放是由本地M2UA发起的,还是由SCTP发起的。
此外,M2UA层还可以使用M-ASPSTATUS或M-AS_STATUS原语向本地管理报告所需的ASP或AS的状态变化,
3.在SGP上对ASP的状态管理
SG的M2UA层必须要维护它支持的ASP的状态,ASP的状态变化可以是由于收到对等层间的消息(ASPM消息)造成的,也可以是由于收到本地SCTP偶联的指示造成的。
在SGP,为了支持故障倒换、倒回程序,应用服务器列表中必须包括所有激活的和未激活的ASP。
当首选和备用的ASP都可用时,对端M2UA协议要求指定当前的哪个ASP是激活的。
一个逻辑AS的中的ASP排序表时刻在SGP中进行跟踪刷新,用来反映出当前激活的应用服务器进程。
同样的M2UA也需要向本地管理通知ASP或AS的状态变化,这个功能的实现需要使用M-ASP_STATUS或M-AS_STATUS
4.对SCTP的流管理
SCTP允许用户在偶联最初建立时规定可以使用的流的数量,从而保证M2UA可以正确地管理这些流,由于SCTP的流具有单向特性,因此M2UA并不知道对端M2UA层的流信息。
同时接口标识符应当在M2UA消息头中。
在M2UA中之所以推荐使用SCTP的流其主要原因是可以使传输和缓存的时延降到最小,从而可以全面改善信令实体单元间的性能和可靠性。
每个No.7信令链路可以使用一个单独的SCTP流,或者是根据信令消息的SLS自动把一条No.7信令链路上的消息分到若干个流上(该方法在国内的No.7信令链路(包括64Kbit/s链路和2Mbit/s高速信令链路)上不推荐使用)。
SCTP偶联中的流“0”不用来传送MTP-2用户适配层消息(MAUP),这是因为M2UA要求SCTP偶联中的流“0”只能用来传送ASP管理消息。
5.与No.7信令网管理无缝的互通
如果当前激活的ASP从激活(ACTIVE)状态迁移出后,则SGP的M2UA层应当向本地层管理传送关于M2UA的用户(MTP3)不可用的指示。
SGP的M2UA采取的动作应当与Q.703建议规定的MTP-2协议的动作一致。
6.流量控制/和拥塞控制
M2UA可以采用不同实施的方式通知来IP网络拥塞门限触发和消除(即:
来自于SCTP的指示)。
M2UA层对收到的这个拥塞指示的处理取决于不同的实施。
但是SG采取的动作应当与MTP规范规定的动作一致,并可以保证No.7信令链路功能(流量控制)可以正确的进行。
7.查询No.7信令链路状态
在从一个ASP故障倒换到另一个ASP后,可能需要ASP上的M2UA去查询当前No.7信令链路的状态,以保证其状态的一致性,SGP的M2UA可以在查询请求的响应中包含当前No.7信令链路的状态的信息(即:
进入业务、退出服务、拥塞状态或LPO/RPO状态)。
8.ASP故障的倒换
为了提供更高呼叫可用性和事务处理能力,M2UA提供了故障倒换、倒回功能。
从No.7信令网进入SGP的所有MTP2用户消息根据消息的接口标识符被分配到一个唯一对应的应用服务器。
M2UA层支持n+k的冗余配置模型(包括:
主备用、负荷分担以及广播方式),其中n是处理业务所需的ASP的最小数量,k个ASP是可用来代替故障或不可用ASP的ASP数量。
注意:
1+1活动/备用冗余是这种模型的子集。
单一的n+0模型也是被支持的子集,这种情况下没有ASP冗余。
9.客户机/服务器模型
SGP和ASP都应该可以支持服务器和客户机的操作,如果两个端点使用了M2UA,则应当进行如下配置:
即一端总是配置为服务器的客户机,另外一端则配置为服务器。
通常的情况SGP被配置为服务器,ASP配置为客户机,这种情况下,ASP应当来启动到SGP的SCTP偶联建立,其中M2UA使用的SCTP的端口号为2094。
5.2.5M2UA协议栈结构
M2UA协议栈如图5-7所示。
图5-1M2UA协议栈
5.2.6M2UA边界原语
1.M2UA和MTP3之间的原语
M2UA和MTP第三功能级之间使用如下原语,使用这些原语后,对于MTP3来讲,M2UA与MTP2是相同的:
DATA、ESTABLISH、RELEASE、STATE、DATARETRIEVAL、DATARETRIEVALCOMPLETE。
2.M2UA和MTP2之间的原语
M2UA和MTP2之间定义了如下原语,这部分原语主要是用于提供SG功能的M2UA端点上:
DATA、ESTABLISH、RELEASE、STATE、DATARETRIEVAL、DATARETRIEVALCOMPLETE。
3.M2UA和SCTP之间的原语
M2UA和SCTP之间的原语请参见“3.4SCTP原语”。
4.M2UA和层管理之间的原语
M2UA协议和M2UA端点的层管理定义了如表5-1所示的原语。
表5-1M2UA同本地管理(LM)的边界原语
原语名
方向
含义
M-SCTPESTABLISHrequest
LM->M2UA
LM请求ASP以建立与SGP的SCTP偶联
M-STCPESTABLISHconfirm
M2UA->LM
ASP向LM确认它已经与SGP建立了SCTP偶联
M-SCTPESTABLISHindication
M2UA->LM
SGP通知层管理,ASP已经建立了SCTP偶联。
M-SCTPRELEASErequest
LM->M2UA
LM请求ASP释放与SGP的SCTP偶联
M-SCTPRELEASEconfirm
M2UA->LM
ASP向层管理,确认它已经释放了与SGP的SCTP偶联。
M-SCTPRELEASEindication
M2UA->LM
SGP通知层管理,ASP已经释放了SCTP偶联。
M-SCTP_RESTARTindication
M2UA->LM
M2UA通知层管理收到了SCTP再启动指示
M-SCTPSTATUSrequest
LM->M2UA
LM请求M2UA报告SCTP偶联的状态
M-SCTPSTATUSconfirm
M2UA->LM
M2UA报告SCTP偶联的状态
M-ASPSTATUSrequest
LM->M2UA
LM请求SGP报告远端ASP的状态
M-ASPSTATUSconfirm
M2UA->LM
SGP报告远端ASP的状态
M-ASSTATUSrequest
LM->M2UA
LM请求SG报告AS的状态
M-AS_STATUSindication
M2UA->LM
SGP报告远端AS的状态
M-NOTIFYindication
M2UA->LM
ASP用来报告已经收到对端的NOTIFY消息
M-ERRORindication
M2UA->LM
ASP或SGP用来报告已经收到对端的ERROR消息
M-ASP_UPrequest
LM->M2UA
LM请求ASP启动运行并向对端SGP发送ASPUP消息
M-ASP_UPconfirm
M2UA->LM
ASP向层管理报告它已经从对端SGP收到了ASPUPAcknowledgement消息
M-ASP_DOWNrequest
LM->M2UA
LM请求ASP停止运行并向对端SGP发送ASPDOWN消息
M-ASP_DOWNconfirm
M2UA->LM
ASP向层管理报告它已经从对端SGP收到了ASPDOWNAcknowledgement消息
M-ASP_ACTIVErequest
LM->M2UA
LM请求ASP向对端SGP发送ASPACTIVE消息
M-ASP_ACTIVEconfirm
M2UA->LM
ASP向层管理报告,它已经从对端SGP收到了ASPACTIVEAcknowledgement消息。
M-ASP_INACTIVErequest
LM->M2UA
LM请求ASP向对端SGP发送ASPINACTIVE消息
M-ASP_INACTIVEconfirm
M2UA->LM
ASP向层管理报告它已经从对端SGP收到了ASPINACTIVEAcknowledgement消息
M-LINK_KEY_REGRequest
LM->M2UA
LM请求ASP用REGREQ消息向SGP注册链路关键字
M-LINK_KEY_REGConfirm
M2UA->LM
ASP向层管理报告已经从SG成功的收到了REGRSP消息
M-LINK_KEY_REGIndication
M2UA->LM
SG向层管理报告已经成功处理了一个来自ASP的REGRSP消息
M-LINK_KEY_DEREGRequest
LM->M2UA
LM请求ASP通过向SG发送DEREGREQ消息注销一个已经注册的链路关键字
M-LINK_KEY_DEREGConfirm
M2UA->LM
ASP向层管理报告它已经成功的从SG收到了DEREGRSP消息
M-LINK_KEY_DEREGIndication
M2UA->LM
SG向层管理报告它已经成功的处理了一个从ASP收到的DEREGREQ消息
5.2.7M2UA协议的应用
在实际应用中,MGW提供了SG功能,组网如图5-8所示。
图5-1M2UA的应用
M2UA可提供如下业务:
●支持MTP2/MTP3接口边界,为PSTN和IP网的MTP2用户提供无缝操作。
●支持SG、MGC之间的管理层通信。
●管理SG、MGC之间SCTP偶联。
SG(内嵌在MGW里)终结MTP2层的消息,MSOFTX3000则终结MTP3及MTP3以上的消息。
也就是说,SG通过IP网络传送MTP3消息到MSOFTX3000进行处理。
M2UA消息封装在SCTP消息的用户数据字段,包含公用消息头、M2UA消息头。
5.2.8M2UA协议消息
1.消息结构
如图5-9所示,M2UA消息结构由公用消息头(CommonHeader)、M2UA消息头(M2UAMessageHeader)和若干个不定长的M2UA消息组成。
图5-1M2UA消息结构示意图
2.公用消息头
公用消息头包括版本(Version)、备用字段(Spare)、消息类别(MessageClass)、消息类型(MessageType)和消息长度(MessageLength)。
消息头部分对于所有信令协议适配层消息都是通用的。
●版本(Version)
M2UA版本,目前所支持的版本编号为00000001,表示1.0版本。
●备用字段(Spare)
备用字段的长度为8比特。
在发送方应当设置为全0,接收方则忽视此字段。
●消息类别(MessageClass)
表5-1消息类别编码表
数值
含义
00
管理消息(IUA/M2UA/M3UA/V5UA)
01
M3UA传送消息
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