SUA协议：SCCP用户消息在No.7信令网与IP网间的互通

王芙蓉 汤云波

华中科技大学电子与信息工程系 武汉 430074

　　摘 要 SIGTRAN是由IETF提出的，在IP网上传输No.7信令的协议栈。SUA是其中为No.7信令系统SCCP层用户消息传递提供适配功能的协议。本文简要介绍了SUA的架构、服务和功能，描述了SUA在信令网关与SCCP的互通流程，并分析和比较了SUA与其他协议。

　　关键词 SUA SIGTRAN SCCP No.7信令系统 IP

　　1 SUA协议技术背景



　　随着软交换技术的应用与推广，传统电信网正朝着与IP网互通的方向发展。其中，最关键的问题是，已经得到广泛使用的No.7信令能够在IP网中高效而可靠的传输。早在1999年，IETF就开始制定基于IP技术的SIGTRAN协议簇，它主要包括No.7信令系统MTP层的适配协议，以提供No.7信令在IP网上的传输能力。目前，IETF又进一步提出了SCCP层的适配协议——SUA（Signalling Connection Control Part User Adaptation Layer，信令连接控制部分用户消息适配层），以提供更强的地址映射和路由功能，以及更简单的管理功能。

　　2 SUA协议体系结构



　　SUA支持在IP网上传输No.7信令SCCP用户消息，例如TCAP消息、RANAP消息等，实现TCAP over IP、RANAP over IP等功能。SUA不仅支持信令网关与IP信令点（如IP地址数据库）间的消息传输，也支持同一IP网中两个信令点间的消息传输。


　　当位于信令网关的SUA收到本网关的SCCP发来的消息时，首先进行地址翻译和地址映射，并通过SCTP偶联选路至目的IP信令点。当SUA收到来自IP网的消息时，则进行地址翻译和地址映射，将消息发送至信令网关的SCCP，并选路至No.7信令点。


　　信令网关可作为端点或中继点与IP信令点协同工作，因而SCCP无连接消息或连接建立消息的选路方式也有所区别。当信令网关作为端点时，消息通过PC（点码）和SSN（子系统编号）选路。若子系统由选路上下文（Routing Context）及SSN标记，从No.7信令点的角度看，则这个SCCP用户位于此信令网关。当信令网关作为中继点时，则需执行GT（全局码）翻译确定消息目的地。SCCP用户的实际位置与No.7信令网无关。GT翻译会生成一组"SCCP实体集"，并由此导出一个AS（Application Server，应用服务器）。根据SCCP被叫用户地址，可对AS选取决定。


　　AS（应用服务器）是一个逻辑实体，由特定的选路关键字（Routing Key）标识。ASP（应用服务器进程）是AS的进程实例，由选路上下文（Routing Context）标识，用于处理与之的通信。AS与ASP间并非映射关系，一个AS包含一组独立的ASP，一个ASP也可为多个AS提供服务。每个ASP都对应一个IP信令点，为SCTP层提供服务。一个信令网关可以视为带有No.7信令网接口的一组AS。

　　3 SUA协议提供的服务



　　（1）SCCP用户消息传输支持


　　SUA支持信令网关与ASP（应用服务器进程）间SCCP用户消息的无缝传输。


　　（2）SCCP协议类别支持


　　SUA可透明支持四类SCCP协议类型：无序的无连接协议类型0，提供顺序控制的无连接协议类型1，面向连接协议类型2和提供流量控制的面向连接协议类型3。


　　（3）本地管理功能


　　SUA能指出SUA协议消息中的错误，并可根据需要通知本地管理和远端信令点。


　　（4）SCCP网管功能交互


　　SUA启用ASP管理消息处理ASP状态，从而实现与SCCP网管功能互通。N-State，N-Pcstate 及N-Coord等原语可在信令网关的SCCP和SUA网管功能中传输，用于在IP网和No.7信令网中触发相应事件。


　　（5）信令网关进程与ASP间管理的支持
SUA提供了处于电路交换网和IP网间的信令网关与ASP间SCCP网管功能的互通。这个功能包括向ASP提供No.7信令点可及、不可及、拥塞的状态指示，以及在信令网关启动对远端No.7端点的查询。


　　（6）中继功能


　　为提升网络的扩展性，SUA中继功能可判定出指向目标SUA端点的下一跳SCTP偶联。下一跳的判定可基于类似No.7信令网中的GT翻译功能，也可由被叫地址的主机名，IP地址或点码提供。SUA可根据需要配置中继功能，从而提高网络的扩展性，可靠性和灵活性。

　　4 SUA协议提供的内部功能



　　为提供寻址和中继功能，SUA采用了一种称为AMF（Address Mapping Function）的地址映射功能。AMF有多种实现方式：在分布模式下可采用本地GT表翻译，在分层模式下可采用DNS，而在集中模式下可采用LDAP目录协议。当收到入口消息时，AMF即被调用。根据选路上下文或选路关键字，AMF将SCCP/SUA入口消息中的地址解析为对应IP网目的地址的SCTP偶联。


　　（1）在信令网关的地址映射


　　一个AS内通常会有一个或多个ASP处于激活状态。但某些情况下，当一个AS内所有ASP均未激活时，信令网关进程则把发往此AS的消息置入缓冲区，并启动定时器，直到有ASP恢复可用。如果定时器超时仍无可用ASP，缓冲区将被清空，并触发相应的返回或拒绝流程。如果没有与消息匹配的地址映射，则通常将消息定向至某个或某组缺省ASP，或者将消息抛弃并报告给管理功能。


　　（2）在ASP的地址映射


　　ASP的地址映射功能可根据目标点码或消息中的其他元素、NO.7信令网状态、信令网关进程状态及选路上下文，为定向至No.7信令网的消息选择特定的信令网关进程。


　　（3）在中继点的地址映射


　　当采用GT、主机名、SSN+点码或SSN+IP地址（非中继点地址）选路时，需要调用中继功能。根据这些信息翻译或解析生成的地址有几种不同形式。


　　·依SSN选路：生成指向目的结点的SCTP偶联ID、SSN，以及可选的选路上下文和/或IP地址；


　　·依GT选路：生成指向下一中继点的SCTP偶联ID、新的GT，以及可选的SSN和/或选路上下文；


　　·依主机名选路：生成指向下一中继点的SCTP偶联ID、新的主机名，以及可选的SSN和/或选路上下文。


　　·若选路信息指示为本地SUA用户，则该点既作为中继点，又作为端点。


　　为避免出现循环路由，SUA延续了No.7信令网中的跳计数器功能。跳计数器在起始端点（No.7信令网结点或IP网结点均可）被设为最大值，之后随中继功能的调用递减。当计数器减至0时，则调用相应的返回或拒绝流程。


　　（4）SCTP流映射


　　SUA信令网关和AS通过维护SCTP与SUA用户的对照表来向SCTP流传输提供映射功能。SUA通常采取无序的0类流传输SUA管理信息，特定情况下也可选用顺序流传输。


　　（5）流量控制


　　当ASP需要临时删除服务中的SCTP偶联或进行测试维护时，本地管理功能可以终止相应SCTP偶联上的通讯，并可将当前SCTP偶联上的通讯转移到另一个偶联上。


　　（6）拥塞管理


　　在ASP中，SUA层用SCCP原语向本地SCCP用户指示拥塞，并以此触发上层响应。若信令网关发现No.7信令消息传输发生阻塞，则向No.7信令起始点发送SCCP拥塞消息。


　　ASP中的SUA也可向对端SUA发出本地拥塞消息。当信令网关收到此消息，确定有端点阻塞，可依照SCCP协议触发拥塞处理流程。

　　5 SUA协议与SCCP协议在信令网关的互通



　　SUA信令网关灵活的路由机制和信令控制是No.7信令网与IP网实现互通的关键。在SUA的作用下，不需要重新设计网络，即可添加或移除网络元素。只要IP带宽充足，即可实现不同信令需求的各项应用。


　　以下列举了SUA与SCCP在信令网关互通时的重要流程。


　　（1）分片与重装


　　当信令消息过长，超出PDU容量时，信令网关或ASP需要执行分片与重装。如果信令网关或ASP无法完成分片与重装，则以适当消息向对端发起错误报告。


　　（2）负载分担支持


　　同一AS中的多个ASP可同时激活，处于负载分担的工作方式。在处理TCAP事务或SCCP连接时，信令网关的负载分担机制还应保证：同一路事务或连接的后续消息与初始消息（如TC_Query，TC_Begin，CR等）所到达的ASP一致。


　　如果根据选路关键字（如DPC或GT）就能唯一识别ASP，则不需考虑负载分担。若AS内的ASP采用共享状态或内部分配机制而无法唯一识别时，信令网关就需要选用顺序传输方式保证消息到达的ASP前后一致。而对于面向连接的SCCP通信，只需要在最初的连接建立消息CR采用负载分担方式，其后续消息即可沿用已建立的连接通路。


　　若以上情况均不满足，则需要在信令网关和ASP中启用一套通用机制来支持负载分担：先建立ASP与AS关联，然后ASP在AS中激活，并向所有与No.7信令网连通的信令网关发送激活消息，每个消息的特定字段都包含由ASP分配的独立标记。信令网关为每个选路关键字都建立一个列表记录向其注册的ASP；之后信令网关就为各选路上下文建立分配表，在有新关联建立及ASP激活时更新。


　　（3）信令网关的选路和消息分发


　　a. TCAP消息


　　若TCAP消息不包含目的或回应TID（事务处理ID）标记，如Query，Begin，Unidirectional，则采用负载分担方式分配ASP。若消息包含TID标记，则由SG对其解析并选取对应的ASP。如果对应ASP不存在且返回选项已激活，则返回错误报告。


　　b. SCCP面向连接消息


　　若SCCP面向连接消息不包含DRN（目的参考编号）标记，如连接建立消息，则采用负载分担方式分配ASP。若消息包含DRN标记，则由SG对其解析并选取对应的ASP。若对应ASP不存在，则丢弃该消息。


　　（4）多信令网关SUA中继


　　每个ASP均会向信令网关进程发送其独立标记。出于系统容错和稳健性的考虑，多个信令网关可协同运行，为ASP提供可选路由。

　　6 SUA协议与其他协议的比较



　　（1）SUA与SCCP+M3UA的比较


　　虽然SUA与SCCP+M3UA均位于SCTP+IP之上，但从SUA的角度来看，它对底层SCTP及IP网络的架构有更直观的了解。


　　从横向来看，SUA简化了No.7信令网各元素繁琐的配置过程，降低了管理维护成本。从纵向比较，SUA只有一层，其管理功能也简单很多，只需要执行SUA的ASP管理；而SCCP+M3UA则需要兼顾SCCP管理和M3UA的ASP管理。


　　SUA拓展了信令的寻址能力，它可以采用IP地址，主机名及DNS等SCCP中没有的方式进行路由寻址，为路由规划和调整提供了更高效、更灵活的机制。此外，SUA原则上并不要求使用No.7信令点码，从而能节省下大量点码资源。


　　（2）SUA与TI-SCCP的比较


　　2002年底，ITU-T通过Q.2220规范制定了一组称为TI-SCCP（Transport Independent Signalling Connection Control Part，传输独立信令连接控制部分）的协议，对Q.711~Q.716规范中定义的SCCP做出修改，使其能运行于多种传输网上。


　　同SUA一样，TI-SCCP利用Q.2150.3规范中定义的SCTP信令传输转换器（STC），也可以直接运行于SCTP之上。但它的寻址能力有限，不支持IP地址、主机名及DNS等扩展寻址方式。


　　此外，TI-SCCP在传输长消息时，需要引入MAP协议共同工作。它无法像SUA，将所有的分片/重装工作交由下层的SCTP完成。而且，MAP协议的引入将引起一系列的适配问题。


　　（3）SUA与No.7信令系统的比较


　　SUA协议针对事务处理消息的传输做出了优化。SUA作为TCAP的承载者，在保持No.7信令全部功能的同时，也使网络稳健性达到运营商级水平。


　　SUA采用公共分组传输承载信令，仅通过简单的操作就能提升网络的带宽和连通性，而不需像No.7信令网E1/T1渠化链路那样重组网络。


　　SUA简化了No.7信令网繁琐的配置过程，更充分的利用了IP路由机制。它采取的分布式应用方式，可根据需求方便的重新配置。


　　SUA还促使设备制造商将以往垂直集成的增值业务推演为水平分布的服务层面。在这一层面上可以集成传统技术（如漫游，号码移植数据库），增值服务（如短消息服务）与下一代网络技术（如SIP，ENUM，LDAP等）。

　　7 结语



　　SUA充分利用分组传输信令的性能，大幅度节省运营成本。它能简化网管过程，并行提供基于IP的DNS路由，增加SCCP路由的灵活性，减少对信令点码的依赖，减少链路和带宽对网络构架的限制。通过以上分析，我们不难看出，在未来增值业务繁多的3G网络和IP智能网中，SUA会得到广泛的应用。
----《中国数据通信》