（通信与信息系统专业论文）ngn网络inap协议监测技术的研究与开发.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 电信运营商面对异常激烈的市场竞争，必然要对现有的通信网络进行优化， 以提高网络服务质量从而争夺客户资源。网络测试仪能实时准确地分析通信网络 的信令信息，及时发现网络故障，从而能够优化配置网络资源、提高通信服务质 量。在n g n ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k s ) 网络体系下，智能网( i n ) 由于其开放 式的结构，交换和控制功能相分离的机制，能够快速、灵活、经济、有效地生成 和实现新业务。作为拓展增值业务的窗口，智能网的测试已成为通信网络测试领 域一个必不可少的研究主题。 论文以n g n 网络测试仪表的开发为背景，在全面分析i n a p ( i n t e l l i g e n tn e t w o r k a p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 协议的基础上，完成了对i n a p ；濒u 试模块的设计，提出了a s n 1 描述的i n a p 协议数据组单元b e r 编码规则解码方案，研究了c d r ( c a l ld e t a i l r e c o r d ) 的方法和途径。 论文着重阐述了i n a p 解码模块，c d r 合成模块的设计和实现。其中详细描述 了b e r ( b a s i ce n c o d i n gr u l e s ) 编码数据结构分析，软件整体模块的继承和构建，软 件数据采集算法，c d r 合成中i n a p 同t c a p 协议关联的分析以及c d r 处理过程。 其后也介绍了对网络测试仪整体功能至关重要的多协议关联的实现。本文遵循 i t u t 电信软件开发规范，软件模块设计中采用了分层次模型和模块化设计，使得 整个软件具有良好的可移植性和可扩展性。论文最后还对i n a p 测试模块的实际运 行效果进行了演示，并对该分析仪的市场前景、推广价值和进一步开发的设想等 方面进行了探讨。目前n g n 网络测试仪已在全国主要省市完成测试，并在1 5 个省 市形成规模销售。 关键词：下一代网络，智能网应用规程，基本编码规则，协议数据组，呼叫详细 记录 重庆邮电大学硕士论文摘要 a b s t r a c t b e c a u s eo ft h ee x t r e m e l yf i e r c ec o m p e t i t i o ni nt h em a r k e t ，i ti sn e c e s s a r yf o r t e l e c o ms e r v i c ep r o v i d e r st o o p t i m i z et h ee x i s t i n g c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r ka n d e n h a n c ei t sq o si no r d e rt os c r a m b l ef o rs u b s c r i b e r s n e t w o r kt e s t e rc a l ld e t e c t t h e n e t w o r km a l f u n c t i o nb e t i m e sb yi n s t a n t l yc a p t u r i n ga n da n a l y z i n gt h e s i g n a l i n g m e s s a g e s ，w h i c hc a nm a k eb e s tu s eo ft h ee x i s t i n gn e t w o r kr e s o u r c e sa n de n h a n c et h e q o s i nn g n ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k s ) s y s t e m ，b e c a u s eo ft h eo p e na r c h i t e c t u r e ， i n t e l l i g e n tn e t w o r kh a sb e e nb e c o m i n gan e ws y s t e mt h a tc a np r o v i d en e ws e r v i c ef a s t ， f l e x i b l e l y , e c o n o m i c a l l ya n de f f e c t i v e l y a saw i n d o wf o rp r o v i d i n gn e ws e r v i c e ，t h e i n t e l l i g e n tn e t w o r kt e s t i n g i sb e c o m i n ga l li n d i s p e n s a b l e t o p i co fr e s e a r c h i n c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k t e s t i n g b a s e do nt h eb a c k g r o u n do ft h ed e v e l o p m e n to ft h en g n t e s t i n g ，t h i sd i s s e r t a t i o n a c c o m p l i s h e si n a pd e s i g no nb a s i co fc o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so fl n a pp r o t o c o l ，b r i n g s t h es c h e m eo fd e c o d i n gi n a p ( i n t e l l i g e n tn e t w o r ka p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) p d uw h i c hi s p a c k e dw i t hb e r ( b a s i ce n c o d er u l e ) r u l e si na s n 1d e s c r i p t i o na n ds t u d i e sw a y sa n d m e a n so fi n a pc d r ( c a l ld e t a i lr e c o r d ) p r o c e s s i n g t h i sr e s e a r c ho fi n a pp r o t o c o li sc o n c e r n e da b o u td e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f i n a pd e c o d i n gm o d u l ea n dc d rm o d u l e ，i n c l u d i n gd e t a i l e dd e s c r i p t i o no ft h ed a t a s t r u c t u r ea n a l y s i so ft h eb e r , t h es u c c e s s i o na n db u i l d i n go ft h eo v e r a l lm o d u l e s ，t h e a l g o r i t h m so fd a t aa c q u i s i t i o na l g o r i t h m s ，a sw e l la st h ea n a l y s i so ft h ec o r r e l a t i o n b e t w e e ni n a pa n dt c a pi nt h ei n t e g r a t i o no fc d ra n dt h ep r o c e s s i n go fc d r t h e p a p e ra l s oi n t r o d u c e sm u l t i - p r o t o c o lc o r r e l a t i o n ，w h i c hi sc r u c i a lt ot h eo v e r a l lf u n c t i o n o ft e s t e r i tf o l l o w si t u - tt e l e c o ms o f t w a r ed e v e l o p m e n tc r i t e r i o n ，t h em o d u l ea d o p t s h i e r a r c h i c a lm o d e la n dm o d u l a rd e s i g n ，w h i c hm a k e st h es o f t w a r em o d u l ei np o s s e s s i o n o fg o o dp o r t a b i l i t ya n ds c a l a b i l i t y a tl a s t ，t h ep a p e ra l s os h o w st h et e s t e rr u n n i n gi n p r a c t i c a l ，p r e s e n t st h em a r k e to u t l o o k ，t h ep r o s p e c to fa p p l i c a t i o no ft h et e s t e ra n d s u g g e s t sf u r t h e rr e s e a r c hd i r e c t i o n sf o rt h et e s t e r n o w , t h en g n t e s t e rh a sb e e nt e s t e d i i la l lo ft h ec o u n t r y , a n dt h es e l li sv e r yg o o di nf i r e e np r o v i n c e sa n dc i t i e s k e yw o r d s ：n g n ，i n a p ，b e r ，p d u ，c d r 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 飞速发展的数据网已经对p s t n 、p l m n 业务形成分流，并将逐渐成为承载话 音业务的基石，运营商已经积累了丰富的v o i p 运营经验，但h 3 2 3 v o l p 只满足分组 语音的基本需求，缺乏丰富的业务功能。在这一背景下，基于软交换技术的n g n ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ，下一代通信网络) 由于技术的先进性、开放的网络接 口，以及能够为第三方方便地提供应用业务，引起运营商和设备开发商的极大兴 趣。下一代网络( n g n ) 是一个基于i p 的全新通信网络，可以承载语音、数据、多媒 体等种类丰富的业务。它是建立在单一的包交换网络基础上，应用软交换技术、 各种应用服务器及媒体网关技术建立起来的一种分布式的、电信级的、端到端的 统一网络。n g n 汇聚了固定、移动、宽带等多种网络，致力于和p s t n ( 公共交换 电话网) 及移动网的完美互通【i j 。 同时，n g n 提供了一个开放式的体系架构，便于新业务的快速开发和部署。 面对不断增长的用户需求，如何在n g n 业务平台上加载类似智能业务这样的新型 增值业务，是运营商面对的一项重要课题。当前，电信网正在向数字化、智能化、 综合化和个人化的方向发展【2 】，传统的电信业务已经无法满足人们的需要。人们对 通信需求的提高，要求电信网为用户提供更多、更方便的业务，如被叫集中付费 业务、记帐卡呼叫业务、统一消息、统一号码等。 智能网1 9 9 2 年应c c i t t 标准化而生，主要解决传统电话系统提供新业务的问 题。智能网的核心思想是交换功能和业务控制功能分离。它在原有通信网的基础 上设置一层叠加网络，是一种快速、方便、经济、灵活、有效生成和实现各种新 业务的体系结构。 由于引入了智能网的概念，使电话网从单纯地传递信息和交换信息，逐步向 存储和处理信息的智能化方向发展。借助于n o 7 信令网和大型集中式数据库的支 持，智能网的最大特点是将网络的交换功能和控制功能相分离，把网络中各网元 的网络智能集中到新的功能部件由中小型计算机组成的智能网业务控制点 上，而原有的交换机仅完成基本的接续功能。移动智能网能快速、方便、灵活、 经济、有效地生成和实现各种新业务。 随着我国移动通信事业的迅猛发展，通信用户数迅速增加，各运营商的通信 网络也都已具有一定规模。但是，网络的质量却远远没有跟上网络规模的发展， 重庆邮电大学硕士论文 如何满足日益增长的业务需要，提高网络质量及运行状况已成为运营商日益关注 的问题。如何通过技术手段对网络进行调整，使其达到最佳运行状态，使资源获 得最佳利用，是通信服务中的重要方面，也是网络优化受到通信网络运营商重视 的原因。 n g n 作为一项新型的技术，它在带来利润的同时，也对维护工作提出了更高 的挑战，需要有专业的测试仪表为n g n 网络运营商和设备生产商提供准确、有效、 易用、满足实际需要的测试手段，适用于n g n 网络的日常运营维护、故障定位排 除，网络设备运行状态分析，业务开通的配合测试，以及n g n 相关设备研制开发 的协议、性能和一致性测试等。 通信测试仪表作为尖端的高技术产品直接反映了一个国家的通信技术水平， 世界通信强国都具有很强的通信测试仪表的研发能力和全球推广能力。据相关公 司的统计，目前全球通信测试仪器年销售额已达5 0 亿美元，并正在以两位数的速 度增长。其中移动通信、数据传输、无线传输及光纤网络测试产品增长最为迅速。 当前我国的网络维护主要有两种手段，仪表测试和基于交换机的网管系统， 伴随我国通信业的发展，我国通信测试仪表市场规模业逐年扩大。通信测试仪表 与通信技术、计算机及软件技术、网络技术、集成技术的发展息息相关，近些年 来国内通信测试仪表的技术走向主要表现为计算机化、综合化、智能化和网络化。 在此市场前景下，针对上述情况研制和开发出具有国际先进技术水准的、高 性价比的、拥有自主知识产权的n g n 网络测试监视仪表已迫在眉睫。 1 2 选题背景 重庆邮电大学通信网与测试技术重点实验室在网络测试仪开发方面积累了丰 富的经验，曾经成功开发出七号信令分析仪，并顺利的通过重庆市科委的鉴定。 该分析仪以其操作简便、界面友好、统计准确、测试便利、代码精练而获得市场 好评。然而，随着n g n 网络建设的加快，七号信令分析仪已经不能满足市场的需 要，n g n 网络测试仪表的研发工作迫在眉睫。 基于这一现状，通过了大量的调研工作，重邮东电公司( 以重庆邮电大学通 信网与测试技术重点实验室为技术支撑) 应国家高技术发展( 8 6 3 ) 计划重大项目 “t d s c d m a 网络测试仪”( 编号：2 0 0 5 a a l 2 3 7 8 0 ) 的要求，以及信产部电子发展 基金，科技部中小型企业创新基金( 0 5 c 2 6 2 1 5 1 1 1 4 0 5 ，0 6 c 2 6 2 2 5 1 1 1 7 5 9 ) 的支持， 承担了8 6 3 项目“t d s c d m a 网络测试仪的开发”。由于产业化的需求，本人所在项 目小组承担了本8 6 3 项目子项目：n g n 网络测试技术的研究与开发工作。该项 目是重庆市科委的重点攻关项目，从2 0 0 6 年即已启动，根据i t u t 和i e t f 的相关协 2 第一章绪论 议标准研制而成，致力于为n g n 网络运营商和设备生产商提供准确、有效、易用 的测试手段，适用于n g n 网络及各种原有通信网络的日常运营维护、故障定位排 除、网络设备运行状态分析、业务开通测试等。目前，经过重邮东电所有成员的 集体努力，n g n 网络测试仪所规划的绝大部分功能已经实现，并且已经面向国内 通信市场，被国内四大通信运营商所采用，取得了极大的经济效益和社会效益。 1 3n g n 技术介绍 1 3 1n g n 背景及现状 近年来，我国电信网络发展迅速，取得了巨大成绩，综合通信能力明显增强。 但是，随着产业界的融合趋势，电话网、计算机网、有线电视网趋于融合，网络 面临的压力越来越大。网络面临着负荷在不断增大，业务需求也趋于多样化，运 营商必须提供越来越多的多媒体业务才能吸引住用户，而这些新型的多样性业务， 是目前p s t n 、p l m n 网络所难以提供的。 与此同时，飞速发展的数据网已经对p s t n 、p l m n 业务形成分流，并将逐渐 成为承载话音业务的基石，运营商已经积累了丰富的v o i p 运营经验，但h 3 2 3v o i p 只满足分组话音的基本需求，缺乏丰富的业务功能。 在这一发展背景下，基于软交换技术的n g n 网络应运而生。n g n 又称为下一 代网络，是电信史上的一块里程碑，它属于一种综合、开放的网络构架，提供话 音、数据和多媒体等业务。 n g n 可在统一的分组网络上融合通信、信息、电子商务和交易等业务，满足 多样化、个性化业务需求，在继承的基础上实现与各种业务网络( p s t n i s d n 、 p l m n 、i n 、i n t e m e t ) 之间的互通，在全网内快速提供新的语音、数据、图像融 合业务【j j 。 具体来说，n g n 网络有以下特点： l 开放分布式网络结构。 采用软交换技术，将传统交换机的功能模块分离为独立网络部件，各部件按 相应功能进行划分，独立发展。采用业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离 技术，实现开放分布式网络结构，使业务独立于网络。通过开放式协议和接口， 可灵活、快速地提供业务，个人用户可自己定义业务特征，而不必关心承载业务 的网络形式和终端类型。 2高速分组化核心承载。 核心承载网采用高速包交换网络，可实现电信网、计算机网和有线电视网三 重庆邮电大学硕士论文 网融合，同时支持语音、数据、视频等业务。 3 独立的网络控制层。 网络控制层即软交换，采用独立开放的计算机平台，将呼叫控制从媒体网关 中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制和信令 互通，使业务提供者可自由结合承载业务与控制协议，提供开放的a p i 接口，从而 可使第三方快速、灵活、有效地实现业务提供。 4网络互通和网络设备网关化。 通过接入媒体网关、中继媒体网关和信令网关等网关，可实现与p s t n 、p l m n 、 i n 、i n t e m e t 等网络的互通，有效地继承原有网络的业务。 5 多样化接入方式。 普通用户可通过智能分组话音终端、多媒体终端接入，通过接入媒体网关、 综合接入设备( i a d ) 来满足用户的语音、数据和视频业务的共存需求。 从目前网络向n g n 网络的过度，可采用分布建设策略。s o f t s w i t c h 是一种发展 中的新技术，从标准到体系结构都在发展中逐步成熟。大部分运营商在n g n 的发 展策略上采取了分步建设方式，降低网络风险，积累网络运营经验。建设初期先 建立一个小规模商用实验网，采用单域组网结构，总容量在5 1 0 万端口左右。使用 少量软交换设备和分布式网关在全网或部分地区开展小规模实验运营，进行网络 业务验证，积累网络运营经验。软交换设备对各城市进行逻辑划分成不同的域， 支持所有城市的终端接入，域内i p 电话的网内呼叫，由交换机完成呼叫处理，在网 内完成一次呼叫的建立、通话、拆线全过程。当需要与p s t n 实现互通时，则每个 城市的有关中继网关必须与本地p s t n 网互联。 第二步在商用实验网的基础上，采用分域处理话务呼叫控制方法，将全国分成 多个域，每个域内设立软交换设备和分布式网关，分地域全网开展规模运营，每 个区域有一套或多套软交换设备提供网络业务，负责维护域内路由数据。 第三步在前两个阶段网络运营取得成功的基础上，结合软交换技术，充分利 用运营商网络资源，实现基于软交换技术的n g n 网络规模建设，最终形成n g n 网 络。 在n g n 的建设过程中，实现与原有网络的互通方式包括： n g n 与p s n 叭s d n g s m c d m a 的互通 n g n 与p s t n 电路交换网以及与核心网为电路交换的移动通信网( g s m 、 c d m a ) 的互通，均可通过中继网关t m g 完成。 n g n 与七号信令网的互通 n g n 与七号信令网的互通通过信令网关s g 完成。 软交换网络与现有智能网的互通 4 第一章绪论 当软交换网络内的用户使用智能网业务时，如卡号业务，必须实现与智能网 的互通，关键在于卡号数据；而对于8 0 0 号业务，则必须实现p s t n i s d n 用户与软 交换网络用户统一使用。 实现方式有两种：一种是通过t m g 中继媒体网关与p s t n 进行话路互通，在 p s t n 接入智能网，对软交换系统没有要求；另一种是软交换设备直接接入智能网， 这种方式对软交换系统提出较高要求，但在网络资源占用、时延等方面具有优势。 1 3 2n g n 与智能网 n g n 是一种业务驱动型网络，它必须能提供、产生、开发和管理各种类型、 各种媒体的业务。它承载了原有p s t n 网络的基本业务和补充业务，同时向用户提 供大量的不同带宽，不同速率、不同质量的数据业务和多媒体业务。n g n 在业务 提供方面还应能增加业务的客户化功能，允许用户客户化他们自己的业务。同时 n g n 还应提供与业务相关的a p i 接口，以便于生成、提供和管理业务。 从网络结构和用户、运营商需求的角度来看，对下一代网络所提供的业务有 如下几个方面的要求：多媒体、开放性、客户化、多用户、继承性、智能终端等。 n g n 体系中的终端是多种多样的，并具有一定智能性，n g n 业务可以适应并 充分利用各种终端的智能性，与网络业务结合起来，为用户提供更加智能化的业 务。n g n 网络中终端的形态比较多，包括普通模拟话机、p c p h o n c 、e p h o n e 、s i p p h o n c 等。随着技术的不断创新，各种智能终端将越来越多，用户的选择余地也越来越 大，业务的提供、管理、配置也越来越方便。 业务类型 n g n 为用户提供语音、数据、多媒体等各种形式的业务。这些业务具有丰富 多彩的业务特征，不仅能够将话音、图像、视频结合在一起，还能够结合目前互 联网上广泛使用的w e b 技术，向用户提供各种各样的特色业务。可以说，网络的 开放和融合带来业务的百花齐放，综合分析n g n 的业务应用，可以分为基本业务、 补充业务、多媒体增值业务、智能网业务等几种类型，这些类型之间互有融合， 并不是完全独立的。 目前业务提供方式 目前电信网所提供的业务多种多样，同时随着业务的种类以及业务负责程度 的不同，所提供的方式也不同，因此业务提供的方式也经历了一个逐步演进的阶 段。 目前业务提供的方式大概可以分为如下几种【4 】。 利用基础网络设备提供业务。 5 重庆邮电大学硕士论文 利用本地业务平台提供业务。 利用智能网方式提供业务。 与i c p 结合提供业务。 利用基础网络设备提供的业务应该都是比较简单的业务，业务功能比较单一， 但是随着人们对业务需求的日益增加，业务的复杂程度也在不断地提高，如果仍 然由传统的交换机等来提供这些复杂的业务，则需要对基础网络进行很大的改造， 因此人们就想到应该有一个集中的数据库来处理这些复杂的业务，同时在业务用 户不是很多、用户不漫游的情况下只要在本地网内建设一个综合的平台就可以提 供业务，此种方式比较典型的业务就是2 0 0 号电话卡业务。 此方式的最大特点就是平台集呼叫接续和业务处理于一身，此种方式的优点 是节约成本，同时适合开放本地业务，缺点是此平台既要接续呼叫又要处理业务 逻辑，能力受到很大的影响，同时如果用户漫游到外地，则需要不同平台的互联， 因此不适合提供全国性的业务。 本地业务平台应该是智能网的前身，同时所提到的问题利用智能网都可以解 决，在这种情况下智能网应运而生。智能网的概念是将呼叫控制和接续分离，将 业务逻辑和呼叫的控制从交换机中分离出来，具有集中的业务逻辑点、集中的数 据库、集中的业务管理点、集中的业务生成环境。智能网是一个为各种电信网络 服务的网络，即可以为各种电信网络提供业务，包括p s t n 、n i s d n 、g s m 、c d m a 等网络，同时智能网也可以为i n t e m e t 提供一些智能业务，例如p i n t 业务等。 在各种业务提供方式中，智能网提供业务是一个比较重要的方式，它为用户 提供了方便，同时也为运营商创造了丰厚的利润。 智能网业务 n g n 还要能够提供现有智能网所提供的各种业务和业务特征。例如3 0 0 等卡类 业务、8 0 0 业务、v p n 业务、号码携带、通用个人通信、电话投票、大众呼叫、号 码携带等现有的智能网业务。智能网还有很多新的能力特征，如呼叫等待、呼叫 保持、呼叫恢复、呼叫专业等多用户处理特征、用户鉴权、呼叫反复、用户登记、 安全应答、提供主叫用户名称、网间互通业务标识、灵活的发端( 呼叫) 鉴权、 灵活的终端( 呼叫) 鉴权、提供存储消息、预定接收者身份的提供、网间互通业 务轮廓的询问等。在将来的业务发展中，n g n 会随着用户和市场的需要继续提供 这些智能网业务特征。 n g n 提供的智能网业务包括被叫集中付费业务、记帐卡呼叫业务、虚拟专用 网业务、通用个人通信业务、大众呼叫业务、电话投票业务、广域集中用户交换 业务、号码携带业务等。 智能网提供业务的方式 第一章绪论 目前网络中复杂的话音业务主要是利用智能网来提供的，固定智能网提供的 业务包括卡类业务、8 0 0 、虚拟专用网等业务，移动智能网主要提供预付费业务、 虚拟专用网业务，综合智能网的特点是利用一个s c p 平台为所有网络的用户提供同 一种业务。 智能网是一个能够快速灵活地提供、生成和管理新业务的体系。智能网利用 集中的业务逻辑和集中的数据库对业务进行集中控制。智能网不是一个独立的网 络，它必须依附于基础网络，目前对智能网的研究主要基于3 种基础网络：固定网、 g s m 网和c d m a 网。例如固定智能网要利用现有的固定网的交换机，移动智能网 则要利用现有的移动网络的m s c v l r 和h l r ，一个从用户发起的智能网呼叫首先 要由基础网络的具有业务交换功能的交换机( s s p ) 来触发，然后通过七号信令网 将呼叫信息发给业务控制点( s c p ) ，s c p 根据业务逻辑执行的结果对呼叫进行接 续或指示录音通知设备交互设备与用户进行交互。 1 3 3n g n 网络测试仪功能与监测技术 从发展趋势来说，采用软交换技术进行组网已经成为运营商必然的选择，而 新的技术也必然会带来一些新的问题，其中包括如何分析网络业务状况，如何了 解设备是否符合入网规范，如何分析网络的互连互通能力，业务开通能力是否满 足发展要求，业务q o s 是否满足要求，如何快速进行网络故障判断，网络规划是否 符合业务发展状况等【5 j 。 不解决上述问题，运营商无法详细了解自己的业务运营状况，必然会对业务 发展造成影响；无法了解业务的q o s 状况，无法拿出令人信服的q o s 报告，必然会 导致大量客户的流失；采用了不符合规范的设备，会导致业务无法顺利开通，运 营成本大幅增加；不了解业务开通能力是否满足发展要求，会导致资源的浪费， 不能适应瞬息万变的市场需求；对业务故障不能快速判断，会导致网络出现大规 模的故障，影响运营商在用户心目中的形象，导致市场竞争力的下降；不能进行 客观的网络业务规划，会导致网络资源结构不合理。总之，不解决这些问题，n g n 网络运营商就无法面对越来越激烈的市场竞争，无法适应不断变化的市场需求， 甚至会在残酷的竞争中被淘汰。 目前国内多个运营商都已使用软交换技术进行试验，n g n 网络的大规模商用 已为时不远。而采用可靠的n g n 网络测试仪可以大幅度降低n g n 网络运营成本， 最大限度的避免运营风险，并且可以为运营商的n g n 网络规划、业务发展以及设 备运维提供大量客观、翔实的数据。我们研发的n g n 测试仪表可以为运营商提供 全方位的测试解决方案，满足运营商关于设备与业务的测试要求，可以全面降低 重庆邮电大学硕士论文 n g n 运营商的运维成本，提高维护效率，从而提高n g n 运营商的整体竞争力。 其支持n g n 相关协议与各种原有传统通信网络信令协议的监测，支持呼叫记 录( c d r ) 和呼叫的各种参数统计，支持底层传输协议的q o s i 贝! j 试，其功能满足以 下要求： 协议解析( 解码) ：协议分析为用户提供监测范围内链路消息的实时监测， 包括s i p 、h 2 4 8 、h 3 2 3 、m g c p 、b i c c 、s i g t r a n 、n o 7 信令、a 接口、v 5 2 接 口、m a p 、i n a p 等协议。支持按照协议栈层次结构方式显示协议解码结果，并可 对离散的消息进行分类统计。仪表还支持用户设置灵活的过滤条件，并可保存设 置条件。 呼叫详细记录( c d r ) ：呼叫详细记录提供对某一呼叫完整信令过程的显 示，从而协助用户分析网络实体之间信令配合问题或网络异常。 业务统计及分析：业务统计及分析是为了掌握业务分布和业务发展情况， 包括从业务类型、局向中继群、号码、时间等角度的分析。可以为业务发展规划 提供决策依据。 网络异常分析：网络异常分析包括呼叫流程分析、呼损统计分析、语音链 路质量分析等。 网络分析和优化：侧重于对网络和业务运行质量的分析，包括网络接通率 统计、应答率统计、呼叫接通时长统计、话务统计等。 协议仿真：提供s i p 协议仿真。 1 4 论文工作内容 在n g n 网络测试仪的开发过程中，我承担了i n a p ，s i g t r a n ，c a p 部分的开 发工作，本论文主要对1 n a p 部分的研究开发工作进行论述。 1 5 论文组织与结构 本论文的组织结构如下： 第一章介绍了本论文的研究背景和研究工作。并介绍了n g n 网络结构，n g n 网络测试，1 n a p 协议等相关知识。 第二章主要介绍了智能网，i n a p 协议，以及七号信令系统中的t c a p 同i n a p 的配合。 第三章主要介绍了网络测试仪的总体设计方案及部分关键技术的应用。 第四章详细阐述了i n a p 测试模块的研究以及具体实现方案和实现过程，是本 第一章绪论 文的重点。 第五章介绍了n g n 测试仪i n a p 测试部分实际运行效果。 第六章对本文进行了总结。 1 6 本章小结 本章首先概述了本论文项目的选题背景，接着介绍了n g n 网络和n g n 网络 测试仪的相关情况，并对论文的主要内容和组织结构进行了阐述。 9 重庆邮电大学硕士论文 第二章i n a p 与七号信令 2 1 智能网简介 第二章智能网及i n a p 协议研究 2 1 1 智能网体系结构 智能网是一个网络体系，它为了增强通信网的智能化程度而在现有的网络上 设置一些特殊的网络单元( 新的硬件设备或新的软件功能) ，使得网络能够方便， 快速的提供新的业务来满足用户的需求。 智能网从产生到现在已经有了很大的发展，他容纳了越来越多的新技术，按 照能力集分为c s l ，c s 2 ，c s 3 ，c s 4 等几个阶段。智能网一般由业务交换点( s s p ) 、 业务控制点( s c p ) 、智能外设( i p ) 、业务管理系统( s m s ) 、业务生成环境( s c e ) 等几部分组成，他的大体结构如图2 1 所示： 图2 1 ：c s i 智能网系统结构图 简单的说c s l 智能网系统的运行方式如下： 业务提供者用s c e ( 业务创建环境) 开发业务，将业务逻辑通过s m p ( 业 务管理点) 加载至t j s c p ( 业务控制点) ，将业务用户管理程序安装至s m a p ( 业务 管理接入点) 。 重庆邮电大学硕士论文 业务运营者通过s m a p 设置业务用户数据，将用户数据加载到s m p ，s c p 。 业务用户通过话机拨打智能业务，端局分析业务接入码，将呼叫路由至s s p ( 业务交换点) ，s s p 通过7 号信令网( s c c p 厂r c a p ) 将业务触发事件报告给s c p ， s c p 根据业务流程和业务用户的数据控伟t j s s p 或i p ( 智能外设) 为用户提供这个业 务的服务 6 1 。 2 1 2i n a p 协议 智能网是一个分布式系统。它通过智能网结点中的各功能实体( f e ) 之间互相 传递消息来协调完成任务。智能网运行过程中，s c p 和s s p ，i p 要交换一些信息来 完成一个业务流程，这些信息流程的不同，就形成了不同的业务。实际上这些信 息的集合就是i n a p 的内容。这些信息一般主要包括： s s p 将业务触发信息报告给s c p ； s c p 请求s s p 设置一些事件检测点( 如挂机，忙等) ； s c p 控带i j s s p 或i p 播放提示音或通过d t m f 收号； s c p 向s s p 设置一些计费控制信息； s c p 控f l ；i j s s p 连接某个被叫号码； s s p 向s c p 报告一些检测出的事件( 如挂机、忙等) ： s s p 向s c p 报告计费的结果。 i t u t 将智能网各功能实体之间的消息做一些总结归纳，形成一组与业务无关 的操作，并用一种高层通信协议的形式加以规范定义，即为智能网应用协议，称 为i n a p ( i m e l l i g e m n e t w o r k a p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 。所谓i n a p “与业务无关”就是这 些操作可以实现所有的业务，也就是说，业务的改变只需要改变操作的流程和操 作的参数值，而不需要增加操作或改变操作的参数结构。 有了i n a p ，新增加一个业务就变得很简单了，网上众多的s s p 只需要设置一下 业务触发数据( 主要是业务接入码和业务关键字的对应关系) ，s c p 的工作是描述 一个业务流程通过i n a p 来控f l ；u s s p 或i p 。 智能网系统中的各个设备往往是各个不同的厂家提供的，i n a p 定义的精确和 无二义性就变得非常重要。目前i n a p 的语法的定义使用的是a s n 1 ( 抽象文法记 法一) 。a s n 1 是描述应用层协议最常用的一种工具。 在智能网的规范中i n a p 是最重要的一部分，i n a p 以o s i 为基础，定义了 s a c f m a c f 规则、各功能实体间的操作和差错、各功能实体发送和接收i n a p 操 作时必须遵守的操作程序以及所使用的低层业务等，即采用某种信息模型来描述 实体之间通信的交互规则。 第二章i n a p 与七号信令 i t u t 的q 1 2 1 8 定义 c s l i n a p 的国际标准。中国信息产业部传输所根据中国 电信网络的具体情况，抽取q 1 2 1 8 的一个子集，对有关计费的操作参数做了细化， 形成了中国智能网应用协议，a o c i n a p 国标c s l 部分( 以下简称c 一玳a p ) 。c - i n a p 支持以下4 个功能实体间的接口程序： 业务交换功能( s s f ) ； 业务控制功能( s c f ) ； 业务数据功能( s d f ) ； 专用资源功能( s i 江) ； c i n a p 包含了2 7 个操作，它们分为2 0 个a s e ( 应用服务单元，每个应用服务 单元包含一个操作，或者功能相关的几个操作) 。c i n a p 规定了7 种应用上下文， 每种应用上下文对应一组i n a p a s e 的集合，以及它们的一种使用方式。 o s i 的第七层为应用层，提供上层应用所需的通信支持，并从下层的表示层获 得服务。对等的应用层间的通信协议称为应用协议，例如智能网应用协议( 即 i n a p ) 。i s o 9 5 4 5 定义了应用层结构( a p p l i c a t i o nl a y e rs t r u c t u r e ，a l s ) ，该结构主 要包括应用进程、应用实体、应用服务对象、应用服务单元、控制功能等部分。 一个应用进程( a p p l i c a t i o np r o c e s s ，a p ) 通常是指所有的与一个应用有关的资 源，用于完成特定的信息处理活动。 在概念上，应用进程分为通信对象和非通信对象，其中的通信对象称为应用实 体( a e ) 。一个应用进程可包括一个或多个应用实体。 i n a p 的协议结构中一个物理实体可以与其他的物理实体进行单个交互或多个 协调交互。 实体单个交换中，s a c f 提供了使用a s e s 的协调控制功能，包括a s e s 所支持 的操作顺序。s a o 表示s a c f 】j i i 上与其他物理实体进行单个交互时所用的一些 a s e s 。 实体多个协调交换中，m a c f 提供了对多个s a o 的协调控制功能，其中每一个 s a o 与远端物理实体的s a o 交互。 c i n a p 共定义y 2 0 个a s e ，它们属于专用的a s e ，此外，还有七号信令提供 的公用t c a p a s e 。前者是后者的用户，后者为前者提供服务。 2 2n o 7 中的t c a p 协议 i n a p 作为t c a p 的上层用户，工作机制同t c a p 有着密切联系，首先我们对七 号信令中的t c a p 做一些了解。 n o 7 信令系统由消息传递部分( m t p ) 和多个不同的用户部分p ) 组成。n o 7 信 1 3 重庆邮电大学硕士论文 令系统按规程可划分为多个功能模块，包括消息传递部分( m t p ) 、电话用户部分 ( t o p ) 、i s d n 用户部分( i s u p ) 、信令连接控制部分( s c c p ) 、事务处理能力部分 ( t a c p ，简称t c ) 、应用实体( a e ) 和应用业务单元( a s e ) 。如图2 2 所示。 图2 2n o n 应用中n o 7 功能结构 m t p 的主要功能是作为一个消息传递系统，为用户部分提供信令信息的可靠 传递，并且它是传递信令消息的公共传递系统。消息传递部分又可分为数据链路 功能( 第一功能级) ，信令链路功能( 第二功能级) 和信令网功能( 第三功能级) 。用户 功能由t u p 、i s u p 和s c c p 组成，s c c p 又具有它的用户，包括i s u p 和t c a p 等。 m t p 和s c c p 是t a c p 的网络层业务提供者。 n o 7 信令系统的网络主要实体是信令点s p 和信令转接点s t p ，它们同信令链路 共同组成交叉重叠的多路由网络结构。 t u p 和i s u p 都是用来传递电路相关消息的，但随着电信网络和电信业务的发 展，越来越多的应用需要在网络节点之间传送与电路无关的消息。如在交换节点 和控制节点之间传送的地址翻译信息、用户数据信息等，这些电路无关的信息与 呼叫控制相对独立。因此，需要一种新的协议过程和消息结构与具体应用无关， 用来专门处理此类消息，这就是七号信令系统中的事务处理能力( t r a n s a c t i o n c a p a b i l i t i e s ，简称t c ，也称t c a p ) 协议1 7 j 。 t c 由两部分组成：事务能力应用部分( t c a p ) 和中间服务部分( i s p ) 。t c a p 对应于o s l 的第7 层，i s p 贝j j 提供第4 6 层功能【引。 二 为了向所有应用业务提供统一的支持，t c a p 将不同节点之间的信息交互抽象 为一个关于“操作”的过程，即起始节点调用( i n v o k e ) 一个操作，远端节点应先请 求执行该操作，并可能向始节点回送操作执行结果。为了实现对操作和对话的控 制，t c a p 又划分为两个子层：事务子层( t s l ) 和成分子层( c s l ) 。t s l 主要进 行事务管理，提供事务处理功能；c s l 主要进行操作管理，提供对话处理和成分处 1 4 第二章i n a p 与七号信令 理功能。 t c a p 对应于o s l 分层结构中的高层，t c 用户即为各种应用，例如运行维护应 用( o m a p ) 、移动应用( m a p ) 、闭合用户群( c u g ) 和被叫集中付费( 8 0 0 号业 务) 等，这些应用有一个共同特点，就是交换机需要与网络中的数据库联系，t c 为它们之间提供信息请求和响应的能力。m t p 和s c c p 是t c 网路层业务的提供者， s c c p 支持t c 有两种方式，即无连接型和面向连接型 9 1 。t c 利用s c c p 传送信息， 当传送的信息量小而实时性要求较高时，采用无连接方式；当传送信息量大而无 实时性要求时，采用面向连接方式。 图2 3t c a p 消息单元结构 t c a p 消息不象t u p 、i s u p 作为一种独立的信号消息单元，它只是s c c p 消息 中一种特殊的类型，或者可以说它是按照s c c p 消息格式来封装的。因此，它的下 层消息格式仍采用的是s c c p 格式，t c a p 一般位于必备可变长部分，而且是封装 在s c c p 的数据参数里面。 图2 3 即是封装在s c c p 数据参数中的t c a p 消息结构，其中，对话部分信息单 元是任选的，在实测数据中我们发现所有的t c a p 消息都没有该部分，因此这里不 对对话部分信息单元具体讨论。t c a p 采用这种立体式的消