摘要

IP信令网为创新技术，并有多种协议标准，业界仍未有大规模部署的先例。针对中国移动网络的庞大规模和特殊需求，并考虑到建网，维护，数据管理等因素，建议运营商在部署IP信令网采用分层结构，网元 – STP 间采用3GPP建议的M3UA/SCTP协议以提高兼容性，STP – STP 间采用M2PA/SCTP协议以提高网络的可靠性。

移动网对信令网技术要求

随着移动网的高速发展，移动网所产生的信令量也随着用户数量日益增长。

移动网的业务也是日新月异，从早期支持基本无线通话，到短信业务的普及，到后来发展出移动智能网(CAMEL)，移动分组域(GPRS)和软交换的业务和技术。同时移动网的信令协议也由原来支持基本语音通话ISUP协议和移动管理MAP协议，发展出移动智能网CAP，移动分组域GPRS MAP和软交换BICC等协议。

信令量随着用户数量和业务发展高速增长，同时整个移动网正向着分组化演进，作为业务支撑网的七号信令网的传输承载技术也应与时俱进。传统的SS7信令链路传输速率为64kbps，物理上采用E1上的时隙承载，在两个信令点之间可支持最多16个链路，16个64kbps链路提供大概1Mbps的带宽，成为HLR, SMSC, SCP, STP等高信令负荷节点的瓶颈。为了满足移动网日益增加的信令流量要求，SS7信令链路的速率从原来的64kbps升级为2Mbps，物理上采用整条E1承载。

IP信令网的技术优势

SS7信令链路的速率从64kbps升级到2Mbps，基本解决了目前对SS7传输的带宽需求。配合未来业务发展和网络融合，出现了SIGTRAN技术。SIGTRAN技术使SS7的传输承载从TDM过渡为IP，相比传统SS7技术有以下优势

·与IP网络融合

向IP融合是网络发展的大趋势，移动网的分组域，R4电路域以至未来的IMS业务均采用IP为传输技术。因此，信令网从TDM过渡为IP，将进一步减少TDM传输资源，统一网络传输技术和结构。

·配合业务和平台发展趋势

SS7在可以预见的未来仍将为移动通信的重要协议。目前很多移动业务通过SS7接口查询用户或移动信息。业务平台以服务器为主，一般都具备IP接口。采用基于IP信令技术，将降低业务开发与移动网整合的成本。

·进一步提升容量，降低传输成本

目前2M 高速信令链路可以提供足够容量，并为未来扩容提供一定空间。随着用户上升，使用率提高和新业务的发展，信令量将会持续增长。IP信令网采用以太网接口，进一步提升信令传输能力。同时信令承载在IP网，将降低信令网的传输成本

SIGTRAN标准

SIGTRAN是在IP网络中传递SS7信令的协议。它支持的标准原语接口不需要对现有的SS7信令应用部分进行任何修改。信令传送利用标准的IP传送协议作为低层传送。并通过增加自身的功能来满足SS7信令的传送要求。

· SIGTRAN的协议结构 (RFC 2719）

SIGTRAN的协议结构包括3个组件：

· 标准的IP传送协议

· 通用的信令传输协议SCTP：由IETF新制定的传输协议，用来保障IP信令传送的可靠性

·No.7信令适配子层：用来支持特定的原语，保证同七号信令高层的交互。IETF定义了M2UA、M2PA、M3UA和SUA适配子层，

SIGTRAN的协议结构如下图所示：

 

由于UDP不可靠，不提供顺序控制和连接确认，而TCP为单数据流，且不提供多个IP连接，安全方面也受到限制，因此在SIGTRAN中使用的通用信令传送协议是SCTP(流控制传输协议)，用以替代TCP、UDP协议。SCTP通过多归属(Multi-Homing)和重选路由机制保证信令消息的可靠传送，同时SCTP采用多数据流机制(Multi-Streaming)改善了信令传送的实时性，特别是在长时延链路上防止信令拥塞。

·SCTP (RFC 2960)

SCTP完成如下功能：

·偶联的启动和拆除：由SCTP用户发起的初始化请求，采用COOKIE机制防止安全攻击

·多数据流的顺序传送：在偶联初始化时设定所支持流的数量，并在多个流上保证用户消息的顺序递送

·用户数据分段：根据通路的MTU的限制，进行用户数据的分段

·证实功能：提供差错控制功能保证数据的可靠传送

·数据块绑定：将多个用户的消息复用到一个SCTP的数据块中

·路径管理：提供多归属的机制，提供网络级的可靠性，并提供相关的安全性保证(重选路由)

SCTP的功能结构如下图所示：

 

·M2PA 和M2UA

使用M2PA协议允许在任何两个No.7信令点之间，在IP网络上处理MTP-3的消息和提供MTP信令网网管功能，M2PA支持如下功能和应用：

·支持MTP3/MTP2原语

·支持MTP2 的功能

·完成NO.7 信令链路和IP实体的映射

·SCTP 流管理

·允许MTP3的功能保留，提供基于IP连接的MTP3协议的无缝操作

·用来在两个信令点之间提供基于IP的高速信令链路。

·可以用来在IP网上组织NO.7信令网

M2UA被定义为基于SCTP/IP传输，传送MTP2用户部分(MTP3)的适配协议，M2UA支持如下功能：

·映射功能

·流量控制/拥塞

·SCTP流管理

·无缝的No.7网络管理互通

·管理阻断/解除阻断

·激活的偶联控制

M2PA和M2UA的比较：

 

M2PA具有自己的信令点编码和自己的上层协议诸如MTP3和SCCP，可以支持信令转接和GTT功能，因而可以作为IP STP的协议。M2UA是MTP2的延伸，没有自己的信令点编码，适用于RANAP、ISUP等接入信令，利用SIGTRAN (M2UA/SCTP/IP协议)进行转发，提高组网的灵活性，并降低信令的传输成本。

采用M2PA/M2UA与传统SS7信令网的互通结构如下图所示：

 

·M3UA和 SUA

M3UA被定义为基于SCTP/IP传输，用于传送MTP3用户部分的适配协议(SCCP/ISUP)， M3UA提供的业务和应用方式：

·支持传递MTP3-用户消息

·与MTP3网络管理功能的互通

·支持SG(Signaling Gateway)和ASP间SCTP偶联的管理

·支持到多个SG连接的管理

·SG直接调用M3UA传送用户信令

·SG调用M3UA进行SCCP 信令传送（SG有SCCP功能）

·MTP3管理消息的传送

·M3UA适用于IPSP－IPSP(IP Signaling Point)间的应用，是一种落地协议

M3UA可以用于SG与应用服务器(MSC Serve、IP HLR以及IP SCP)之间或者应用服务器之间，传送MTP3的用户部分，3GPP把M3UA作为IP SP(MSC-S、IP HLR、IP SCP)需要支持的SIGTRAN协议。IETF/3GPP定义的采用M3UA与传统SS7信令网的互通结构如下图所示：

 

SUA被定义为基于SCTP/IP传输，传送SCCP用户部分 (RANAP/MAP/CAP) 的适配协议， SUA提供的业务如下：

·支持对SCCP用户部分的消息的传送

·支持SCCP无连接业务

·支持SCCP面向连接的业务

·支持SCCP用户协议的对等层间的无缝操作

采用SUA与传统SS7信令网的互通结构如下图所示：

 

M3UA和SUA的比较：

 

IP信令网的发展策略

·IP信令网是否需要分层？采用何种SIGTRAN协议？

  以基于R4的IP信令网为例，平面网和分级网的比较如下图所示：

 

在网络建设初期，以每省15个网元作估算(MSC Server 5台, SGSN / HLR / SCP / SMSC / VMS 各2台)，全国将达500个节点，如果采用平面网，每个节点的MAP/CAP信令路由能力要求为：

·SCTP偶联数量：为了保证一定的信令传送可靠性，每个网络节点的所支持的SCTP偶联数量应大于1000

·SCCP寻址能力：每个网络节点需具备SCCP寻址能力，并维护寻址路由表。整个信令网需要维护25万个寻址路由。

就中国任何一个移动运营商的网络规模而言，如果采用网状平面规划，信令路由的规划和维护将是困难的，因此需要在IP信令网中引入完成SCCP GT翻译功能的节点，例如：具有SCCP 中继功能的信令网关SRP(SCCP Relay Point)或IP STP。

中国运营商的网络规模同样决定了需要在网络中引入汇接层(TMSC或CMN)，原因是MSC/MSC Server所能支持的呼叫路由能力是有限的，平面组网将极大的限制了网络的扩展性。在具有汇接层的网络中MSC/ MSC Server所需支持的呼叫路由和信令路由的数量将大大减少，其好处是可以减少MSC/ MSC Server的 信令链路组和SCTP偶联的数量，网络具有更好的扩展性并有利于管理和维护。

我们建议IP信令网应该采用分层结构。对于省际的MAP/CAP信令采用GT寻址方式，IP STP提供GTT功能；对于省内的MAP/CAP信令以及BICC/ISUP信令采用目的地信令点编码寻址方式，在网络建设初期可以采用直联方式，但需要保留通过IP STP转接的准直联能力，为将来网络规模的扩充做好准备。

在上图中IP SP的接入协议采用了M3UA，而IP信令网的核心(IP STP/SG间)采用了M2PA协议，就这个问题将这两个协议进行比较：

 

·IP信令网的组织方式

M3UA无疑是3GPP建议采用的SIGTRAN协议， M3UA能同时支持目前所有的移动网络协议， 包括BICC、ISUP、MAP、CAP。但是M3UA是一种落地协议，主要是针对SG应用设计的，只能进行一跳的信令转接，或者是IP SP间的点到点协议，适合作为IP SP的边缘接入协议。基于M2PA的IP信令链路，通过MTP3提供基于链路的信令网管理功能，支持信令链路的故障倒换功能，在网络管理、安全冗余等方面具有优势，更适合作为IP STP间的SIGTRAN协议。

信令承载在IP上是未来信令网的发展方向，因此应该发展端到端的IP信令传输网络，在当前的技术条件下我们认为边缘接入采用M3UA，核心采用M2PA是一种可行的方案，IP信令网的组织形式如下图所示：

 

基于上述分析，移动 IP信令网应采用分层结构，IP STP间的首选协议为MTP3/M2PA/SCTP/IP，IP SP与IP STP的首选协议为M3UA/SCTP/IP，其主要原因在于：

·引入IP STP完成GTT和信令转接功能，IP信令网具有良好的可扩展性和可维护性

·MSC Server、IP HLR、IP SCP等IP SP采用M3UA接入IP信令网，满足3GPP标准的要求

·IP STP间使用M2PA，在IP信令网中保留MTP3功能可以继承原有的信令网管理和维护体制，同时利用了基于IP的信令传送，降低了信令消息的传送成本

信令网为移动网络中的重要组成部分。构建新一代信令网用以满足用户数量的增长和业务革新的需要。信令网的建设必须考虑可操作性，可扩展性，信令路由以及网络冗余。采用SIGTRAN技术构建新一代IP信令网，将简化信令网结构，提高信令容量，降低信令传输成本，并有利于向融合的全IP网络演进。