基于思科ITP平台,构建下一代SS7传输及应用网络

七号信令系统(SS7 C7)是一组旨在定义移动运营商信令网络中网络设备之间的协议和信息交换的标准。实际上,SS7网络功能可以充当控制所有网络服务和功能的神经中枢。因此,在电信基础设施中没有哪个环节比它更需要网络可管理性、可扩展性和可靠的流量传输。

1:新业务对基于TDM 的SS7传送网络提出新要求

过去,SS7网络包含一系列段外专用连接,它们都是双向的56或者64kbps通道。除了基本的呼叫控制功能以外,SS7网络还负责用户身份验证、消息流量传输和智能网络功能,例如号码便携功能和经过改进的呼叫服务。为用户提供的每项新服务都将给SS7网络带来额外的需求和负载。短消息服务(SMS)是可以在SS7传输网络中作为“重叠”功能提供给用户的服务类型的典型例子。

目前,数据服务在欧洲和亚洲的服务供应商的总收入中所占的比例正在迅速增长。但是,正如运营商们所发现的,数据服务的这种激动人心的增长既有优点,也有缺点。尽管通过服务生成的收入流会对每用户平均收入(ARPU)指标产生正面的影响,但是目前的服务流量已经超过了传统SS7网络的承受能力。SS7网络协议的设计并不能满足关键的ISDN用户端(ISUP)流量和SMS流量的不同的网络需求。全球移动用户的数量已经超过了十亿大关,而相关的SMS流量也出现了大幅度增长。如果不对SS7网络的容量进行进一步扩充,日益增长的数据流量可能会影响传统的网络运营。在这种情况下必须要指出的是,因为时分复用(TDM)网络没有服务质量(QoS)功能,所以必须根据高峰数据流量规划网络容量。这是一种非常不经济的部署方式。

2:IETF信令传输(SIGTRAN)标准的出现

1999年,IETF信令传输(SIGTRAN)工作组正式成立。它的宗旨是为在IP网络上传输移动和公共交换电话网络(PSTN)信令制定相应的标准。对于任何两个SS7节点之间的点对点传输,IETF制定了流控制传输协议(SCTP,RFC 2960)和M2PA。M2PA和SCTP可以为MTP3提供与MTP2相同的、可靠的传输层服务。M2PA和SCTP可以为MTP3提供与MTP2相同的、可靠的传输层服务。与从低速连接向高速连接的移植类似,M2PA、SCTP和IP只是一个简单的第一层和第二层替换。IP连接可以运行在传统的T1或者E1设施上,以及以太网、ATM、光网或者其他IP LAN或广域网介质类型上。

基于SIGTRAN的协议IETF SIGTRAN工作组还为服务终端SS7oIP传输制定了M3UA (RFC 3332)和用于STP(思科STP)的SUA。M3UA 和SUA运行在SCTP上。SCTP可以提供可靠的MSU传输。M3UA和SUA中还为服务终端群集定义了负载平衡和可用性功能。第三代合作计划(3GPP)已经决定采用SIGTRAN作为3G无线通信网络的信令传输标准。

3:运营商的期望

IP对于SS7传输的支持从根本上改变了STP的功能要求和定价模式。越来越多的运营商意识到,他们不应当继续购买不能在第三代移动网络和下一代有线网络架构中提供必要的IP功能的传统STP设备。下一代STP并不仅仅是在传统STP的基础上添加一个以太网接口卡,而是集成化的SS7和IP路由设备,支持IP路由协议、IP WAN介质(例如ATM和光网)、虚拟专用网(VPN)安全(例如IP安全(IPSec)、防火墙)和IP QoS(例如多协议标签交换(MPLS)和IP差分服务)。在下一代信令网络中,TDM连接端接于网络边缘,而IP被用作核心传输机制。IP功能集将变得与执行SS7路由的能力(例如通用标码转换(GTT))一样重要。

与此同时,运营商在多种因素的推动下希望在信令核心中部署IP的高速连接。其一的驱动力量是网络融合。在理想情况下,运营商希望通过用一个统一的网络提供所有用户服务而提高运营效率。随着基于SS7的消息服务的扩展和第三层移动通信(3G)标准对于SS7oIP的需求的日益增长,一个趋势正在变得越来越清晰:将来所有的用户服务都将在一个统一的IP核心网络上提供。通过这样的移植可以显著地提升运营效率。另外一个重要的驱动力是IP核心传输的效率高于TDM连接。IP带宽可以由所有连接共享,而TDM点对点设备只能供两个相邻的节点使用。如果两个节点之间的流量在一段时期内较少,TDM带宽就会被白白浪费掉。IP连接可以用于在IP核心中传输任何类型的信令流量,并利用IP QoS功能,可以确保关键流量的及时传输。

4:思科的下一代信令网络解决方案

思科IP传输点(ITP)技术和产品将为通信行业提供下一代信令传输功能。思科已经在支持IP的HLR、SCP和SMSC方面与SIGTRAN工作组进行了密切的合作。基于思科IP传输点(ITP)部署下一代信令传输基础设施的好处包括:无需改造信令网络现有架构,并可以充分利用客户对于TDM和IP网络基础设施的投资。思科ITP支持纯TDM模式,在使用SS7oIP时,TDM或者IP连接组所采用的SS7路由转换方式都是一样的;客户可以将ITP作为一个纯TDM STP,一个通过采用一些SS7oIP连接组以降低成本的STP,或者一个IP-智能网络网关。从而充分体现了组网的灵活性,并降低网络资本和运营开支。另外,采用基于IP的网络监控和配置有助于提高运营效率。思科的ITP的主要功能和优点:

  • 网络架构费用的减少
  • 高价值和TDM or IP网络的可扩容性,灵活性
  • 集成了IP路由特性,包括支持WAN广域网介质传输和qua
  • ity-of-service (QoS)。
  • 可靠性
  • 支持高速链路传输High Speed Link (HSI)
  • 传统的STP设置,包括global title translation (GTT)和网关扫描。
  • 支持工业标准:M2PA, M3UA, SUA
  • 传统的SS7和 SS7oIP的业界领头人
  • 提供WLAN无线局域网的SIM Subscriber Identity Module的认证授权服务的移动应用网关(MAP GW)
  • 包括SMS 路由服务的多层路由服务的MAP GW

无论是因为用户的增长还是新型服务的推出而提高了对于传输功能的需求,思科ITP都可以提供一个可以最大限度降低资本开支(CapEx)的解决方案。除了思科ITP在被用于补充传统的TDM带宽时所提供的显著的资本和运营开支节约优势以外,思科ITP SS7oIP网络还可以支持强大的流量规划和QoS功能。这种智能化的流量“控制”让运营商可以根据各种流量的需要,识别、分类和隔离SS7和IP流量,并为不同类别的流量提供不同的带宽和延时保障。

另外,每个思科ITP功能集都包含了思科ITP网关屏蔽功能。网关屏蔽是一项传统的STP功能,它让供应商可以对信令流量进行过滤。思科ITP可以通过传统的思科访问列表,提供完整的网关屏蔽功能。访问列表是一组被用于根据一系列MSU参数允许或拒绝流量的规则。访问列表将被用于一个连接组中的输入或输出流量。当某个MSU到达一个输入连接时,它将会被与从所定义的第一条规则开始的每行访问列表进行比较。

思科的ITP的硬件平台

思科的ITP是运行在思科2600XM系列路由器(2650XM & 2651XM), 思科7200系列路由器(7204VXR, 7206VXR), 思科 7301 路由器, 思科 7500 系列路由器 (7507, 7513) 。所有硬件模块都可以使MTP3 和 SCCP路由在 SS7 TDM或IP网络。思科7500系列平台是思科ITP可选的性能最高的平台。思科7500系列在电信,医疗,银行,金融,航空,军事等领域提供了工业系统级的全冗余,高可靠性,高可用性的保障。

思科客户所推崇的是为思科7500系列平台的软硬件的平均无故障时间间隔(MTBF)和平均修复时间(MTTR)的提供保障的高质量服务网络。据客户的统计结果,单思科ITP的可用性可达到六个9或99.9999%,也就是允许每年停机1秒。双机配置的思科ITP的可用性江远远超过六个9或99.9999%。

5:Cisco ITP相关应用方案

思科的ITP客户在全球范围内已超过75家(2003年统计),其应用及解决方案也经过了严格的市场检验,是非常成熟的。思科的IP传输点(ITP)----下一代信令传输网不仅提供了基于SIGTRAN的相应功能,还提出了相应的解决方案。:

  • 完整的传统信令传输点(STP)功能和基于IP的TDM或互联网工程任务组(IETF)标准SS7(SS7oIP)(STP或者MTP2-用户点对点适配层[M2PA]功能集)
  • IP-智能网络网关服务(MTP3-用户适配[M3UA]或SCCP用户适配[SUA]信令网关功能集)
  • 思科ITP可利用SMS offload方式,结合FDA,MLR功能,联合第三方进行信令的高层分析(如短信内容信令层分析过滤)等功能。
  • 远程访问拨号用户服务(RADIUS)到移动应用部分(MAP)网关,以便在无线LAN(WLAN)或者通用通信系统(UMTS)部署(MAP网关+IM身份验证功能集)
  • 智能MAP或者交易功能应用部分(TCAP)等级路由,以便有效地部署服务(MAP网关+多层路由功能集)。

5.1 完整的传统 STP和M2PA功能集

客户可以将ITP作为一个纯TDM STP,一个通过采用一些SS7oIP连接组以降低成本的STP,或者一个IP-智能网络网关。思科ITP支持所有传统的STP功能。可面向传统的SS7传输网络和下一代SS7传输网络思科ITP可以在提供电信级可靠性的同时,提供卓越的性能和成本效益(例如每个低速连接的成本不到1000美元)。

在此应用模式上,对于A型到F型连接,思科ITP可以支持低速的56或者64kbps DS0连接(低速信令连接[LSL])或者高速的1.544或者2.0Mbps非通道化T1/E1连接(高速信令连接[HSL])。SS7协议在一个位于两个相邻节点之间的连接组中最多可以支持16个连接。对于指向核心资源(例如归属位置登记器(HSL)和SMS中心(SMSC))的连接,这种由SS7定义的连接组限制将导致这些设备出现低速连接带宽瓶颈。为了克服这种带宽限制,可以使用一个非通道化的1.5Mbps(美国国家标准化组织[ANSI])或者2.0Mbps(国际电信联盟[ITU])SS7 HSL。一个连接组最多可以包含16个高速连接。从低速连接向高速连接升级时不需要对SS7网络架构进行任何改动。消息传输部分第二层(MTP2)可以为低速连接提供可靠的、连续的消息信号单元(MSU)。HSL可以为提高某个边缘节点的带宽或者汇聚从远程或地区节点到信令核心的低速连接提供一种有效的途径。

上图为我公司为印度尼西亚运营商 SATELINDO连接全国的16MSC的18ITPs结构图。M2PA和SCTP可以为MTP3提供与MTP2相同的、可靠的传输层服务。与从低速连接向高速连接的移植类似,M2PA、SCTP和IP只是一个简单的第一层和第二层替换。IP连接可以运行在传统的T1或者E1设施上,以及以太网、ATM、光网或者其他IP LAN或广域网介质类型上。IP连接仅仅是一个速度很高的连接 -- 不会对转换产生任何影响

5.2 信令网关功能:M3UA (RFC 3332)和SUA功能

思科ITP支持ITPSG功能集。 随着通过SS7网络部署的服务的日益增多,信令终端(SP)所需要的带宽可能会在部署服务时产生大量的成本。此外,每个连接组只能包含16个连接的限制也可能会成为一个重要的限制因素。支持IP的服务节点的类型和它们所关联的业务驱动力包括:

  • SCP计费 -- 一个驱动力是可以提供灵活的预付费和后付费服务选项的融合式计费服务。
  • SCP应用 -- 实例包括铃声服务或者智能化网络应用部分(INAP),或者针对基于移动网络增强逻辑(CAMEL)的智能化网络服务的定制应用。
  • SMSC -- 除了现有的SMS流量增长率以外,用户交互服务(例如电视或者广播SMS投票)可能会产生突发性的SMS流量高峰(例如某个电视节目的最后几分钟),最高可达每秒钟10000个消息。
  • HLR -- 因为大多数用户服务都涉及到HLR,随着服务和用户数量的增长,必须提高HLR的带宽。

下图是为我公司和LOGICA CMG公司合作为WIND公司提供大于16 STP连接及SUA SMS offload功能联合方案。在此方案里我们更好的的结合了M2PA的传输功能和M3UA的信令解析功能。

为WIND公司提供大于16 STP连接及SUA SMS offload功能联合方案

5.3 EAP-SIM 认证的 MAP网关

越来越多的全球移动通信系统(GSM)运营商开始在他们的接入系统中部署WLAN服务。在传统的移动运营商网络中,HLR包含所有用户服务身份验证和授权信息。在WLAN网络中,用户档案都保存在一个RADIUS身份验证、授权和记帐(AAA)服务器中。因此,需要一个IP-智能化网络网关来确保两个身份验证设备之间的协作。作为思科业界领先的WLAN产品系列的一部分,思科提供了思科ITP MAP网关功能。它可以帮助现有的GSM服务供应商将802.11技术全面地集成到他们现有的GSM网络基础设施中。

思科ITP MAP 网关以一种完全透明的方式运行在IP和SS7网络中。不需要对HLR进行任何改动HLR将思科ITP视为一个访问位置登记器(VLR)。被访问的AAA服务器将执行一个标准的AAA代理(转发)功能,并将思科ITP视为一个二级AAA服务器。

5.4 SMS offload方式,结合FDA,MLR功能,联合第三方进行信令的高层分析(如短信内容信令层分析过滤)等功能。

思科ITP在可以在信令层执行MAP网关,结合FDA,MLR功能,联合第三方进行信令的高层分析(如短信内容信令层分析过滤)等功能。其中和法国ferma公司的短信垃圾短信的过滤就是为了监测短信流量、检测并阻止可能的垃圾短信。这不同于在短信中心的信息过滤,而是在信令层对信息过滤,可以防止省外,国外的垃圾短信(由于网络原因,现网是无法对省外,国外的垃圾短信过滤的)。

5.5 智能MAP或者交易功能应用部分(TCAP)等级路由,以便有效地部署服务(MAP网关+多层路由功能集)

新的SMS应用(例如用户交互服务(例如远程投票))对传统的SS7网络基础设施和SMSC服务器提出了更高的要求。这些应用需要根据应用或者服务的类型智能化地将SMS消息发送到它们的目的地。这让运营商可以在不对现有的SMSC进行大规模升级的情况下,在运营商网络中加入新型SMS应用。通常,一个支持IP的新SMSC将会被加入到网络中,以处理所有的投票性SMS流量。这个新的SMSC可以利用Sigtran或者传统连接类型与ITP信令网关通信。利用Sigtran SUA、 M3UA或者M2PA可以降低SMSC的TDM硬件成本,并为SMSC提供几乎没有限制的A型连接带宽,从而可以获得最高的处理速度。在收到SMS移动消息之后,思科ITP会查询SCCP、TCAP、MAP和MAP用户负载,以根据消息的A地址、B地址、目的地SMSC地址、协议标识、运营代码、被叫方地址、主叫方地址或者这些参数的某种组合,制定一个专门定制的路由决策。多层路由表可以表明应当怎样将消息发送到选定的SMSC,以及对于DPC或者被叫方地址(DCPA)GTT的改动。结果包括通过所有支持的连接类型(LSL、HSL、M2PA、M3UA和SUA)发现的目的地。

6:总结

思科在提供路由解决方案方面具有非常丰富的经验,而且致力于为客户的网络基础设施提供支持,让他们的基础设施可以适应下一代网络的需要。思科希望继续利用它的这种背景提供业界目前最具竞争力的SS7传输解决方案。 目前很多无线运营商已经在多种网络中部署了思科的ITP系列产品,其中包括STP扩容、高速连接传输升级,以及将其作为一个SS7oIP基础设施平台 -- 他们可以在此平台上构建他们的下一代SS7网络架构。部署灵活性、高可用性、显著的资本开支(CapEx)和运营开支(OpEx)节约优势,以及对于新出现的SIGTRAN标准的支持,都使得思科ITP解决方案赢得了全球各地的SS7管理人员的信任和支持。

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