ＩＰ電信網中的業務體系結構

摘要：

文章闡述了下一代IP電信網業務結構的基本要求，通過與傳統智能網的比較，分析了基于API的開放式業務結構的技術特點，并詳細介紹了軟交換網絡的業務體系結構和3G網絡的OSA/Parlay業務結構，最后簡要說明了智能終端的業務接口，指出其進一步的研究課題。

關鍵詞：

IP電信網；業務體系結構；應用編程接口；分布對象技術

Abstract:

FollowingastatementofthefundamentalrequirementsofservicearchitectureofthenextgenerationIPtelecomnetwork，ananalysisisgiventothetechnicalfeaturesofAPI-basedservicearchitecturethroughacomparisonwithtraditionalIN.DetailedintroductionisthendevotedtotheservicearchitectureofsoftswitchnetworksandOSA/Parlayservicearchitectureof3Gnetworks.Finallyabriefdescriptionisdirectedtotheserviceinterfaceofintelligentterminalsandsomefurtherstudyissuesarepointedout.

Keywords:

IPtelecomnetwork;Servicearchitecture;Applicationprogramminginterface;Distributedobjecttechnology

上世紀末，在以Web為標志的IP技術的推動下，電信網經歷了有史以來最深刻的變革，IP電信網已無可爭議地成為通信網演進的主導方向。各國投入大量的資金建設面向下一代網絡的基礎設施，全球電信業規模高速增長。但是，由于種種因素的制約，巨額的投入遠未獲得預期的收益，致使西方發達國家電信業本世紀初出現嚴重的萎縮。其中一個重要的原因，就是新型網絡缺乏符合用戶需要、具有市場效益的新型業務。因此，目前通信產業界和學術界都十分重視網絡業務的開發和部署，其技術關鍵就是要有一個適應IP網絡環境和應用特點的業務體系結構。

IP電信網業務體系結構有3個基本要求：

(1)開放性

業務的定義、生成和部署獨立于下層網絡，具有跨網絡平臺的可移植性，可由獨立于網絡運營商的第3方開發和提供，易于用戶按照自己的要求定制個性化業務。

(2)分布性

業務控制將由傳統電信網的集中式控制模式轉換為分布式控制模式，支持業務控制功能和網絡控制功能交互的位置透明性。

(3)融合性

應能靈活提供綜合多種網絡能力的融合業務，特別是話音/數據融合業務將是IP電信網業務發展的重點。

實現上述要求后，將使網絡運營商節省大量的業務開發和維護投資，有效地提升網絡價值；將使第3方業務開發商和運營商獲得全新的市場空間和公平的競爭環境，具有快速推出新業務的能力；同時將使用戶充分享用下一代網絡的個性化信息服務。

圍繞上述目標，電信界和計算機界經過多年的努力，逐步形成了以面向對象的API(應用編程接口)技術為核心的跨網絡的融合業務體系結構。

1、基于API的開放式業務結構^[1]

90年代初，電信界成功地推出了快速提供增值業務的智能網體系結構，其核心就是將業務功能從交換機中剝離，實現業務控制和呼叫控制的分離。當電信網向IP方向演進時，首先想到的就是將智能網的控制結構延伸到IP網絡。由于電路交換網和IP分組網的差異僅在于底層傳送機制的不同，對于應用層來說，兩者實現同一業務時的業務邏輯應該是相同的，因此可以用同樣的SCP(業務控制點)和同樣的INAP(智能網應用部分)協議進行控制。具體來說，可以單獨設置IPSCP或者共享原有智能網的SCP，后者要求INAP協議在IP網絡中透明傳送，為此設立了信令網關。此外，由于智能網業務是基于SSP(業務交換點)的有限狀態機觸發的，而IP網絡并不保留狀態信息，因此在IP電信網的軟交換機、網關控制器中都引入了呼叫狀態機，以支持智能網業務控制結構。

上述演進方式固然簡單，但是帶有電路交換網固有的先天不足。首先，其最大的問題是，由于7號信令的專用性和INAP的復雜性，智能網仍然是一個封閉式網絡，分離的SCP仍然屬于網絡運營商管轄，因此，用戶只能在網絡運營商提供的業務范圍之內選擇自己所需的業務；其次，智能網觸發機制基于傳統呼叫模型，因此只適合于電路/會話連接型業務，并不能支持IP網絡環境下的融合業務；另外，雖然智能網采用SIB(業務獨立構件)重用技術實現業務的快速創建，但是SIB本身并不是面向對象的，難以實現分布式控制和有效的軟件重用。

于是，人們進一步提出了基于DOT(分布對象技術)和API的開放式業務體系結構。眾所周知，DOT采用抽象對象模型定義可重用的基本構件，通過DPE(分布式處理環境)遠程對象調用機制實現分布網絡計算，其自成體系的對象封裝、統一的接口定義和公共的系統服務提供了對象位置的透明性，屏蔽了底層網絡的實現細節，使得電信網的功能和資源以規格化的對象形式開放給業務層使用，業務層設計無需知道下面復雜的網絡控制協議。這樣，使業務層完全獨立于網絡層和呼叫/會話層，成為單純的計算機軟件控制平臺。當然，為了確保不同設計者開發的業務邏輯在不同網絡和運營域的互操作性，上述抽象對象模型必須統一定義，這就是標準化的API。目前，為信息業界廣為采用的就是由Parlay集團定義的ParlayAPI，典型的DPE技術包括CORBA(公共對象請求代理結構)、DCOM(分布組件對象模型)和RMI(遠程方法調用)。

圖1通過比較的方式示出上述業務結構的特點。圖1(a)為傳統智能網結構。其中，SSP和SCP之間的C接口屬于網絡內部接口，兩者均為網絡提供商的設備。端用戶只有一個唯一和網絡提供商的接口——B接口，因此只能在網絡提供商指定的業務范圍內選擇其業務。圖1(b)為基于API開放式業務結構。其中，接口C是開放式接口，接口上方的業務層歸屬獨立于網絡提供商的第3方業務提供商，其位置一般在網絡邊緣，順從網絡智能外移的演進趨勢。端用戶除了和網絡提供商的接口外，還有與業務提供商的接口——A接口，通過此接口用戶可定制或修改業務，業務提供商可以據此快速提供用戶所需的個性化業務。

2、軟交換網絡的Parlay業務結構^[2]

作為下一代交換網絡發展方向的軟交換網絡采用ParlayAPI構造其業務體系結構，如圖2所示。

其中，由業務運營商提供的第3方業務平臺裝載各種業務邏輯，與數據庫配合完成對業務的控制，相當于分布式的SCP。應用服務器平臺裝載各種業務能力服務器，每一種服務器對應一類ParlayAPI。例如，圖中CC負責呼叫的建立、選路、監視和釋放，這里的呼叫可以是普通呼叫、會議呼叫或者多媒體形式的呼叫；UI負責用戶交互，相當于傳統智能網中的智能外設；GM負責各類媒體信息的處理。業務邏輯通過內嵌的ParlayAPI函數調用應用服務器中相應的業務能力，后者再指令下層網絡的控制實體，完成所需的網絡動作。例如，CC將通過和SSW(軟交換機)的交互完成呼叫連接建立或釋放，UI和GM可通過控制軟交換網絡中的MS(媒體服務器)完成所需的功能。業務能力的定義獨立于下層網絡，當該業務能力要求由某類網絡完成時，應用服務器就將該業務能力指令映射為相應的網絡接口協議，例如SIP協議或H.323協議。通過這樣的機制，復雜的下層網絡協議將對第3方業務提供者完全屏蔽，業務開發者只要組合調用API函數，就可以靈活地構造各種跨不同網絡的增值業務，每一種業務可能會用到多個API業務能力。

從ParlayAPI的角度看，第3方業務提供平臺為API的客戶端，應用服務器是API的服務器端。從下層網絡的角度看，應用服務器平臺將ParlayAPI指令映射為對應的網絡協議，因此又稱其為Parlay網關，該網關設備通常由網絡運營商提供。為了支持分布式業務提供環境，第3方業務提供平臺和應用服務器平臺之間一般通過CORBA中間件通信。Parlay框架接口負責對第3方業務運營商的認證和鑒權，根據業務接口的要求搜索和選擇相應的基本業務能力，同時還提供負載管理、故障管理、操作維護管理以及業務預定等功能，以確保第3方開發的業務有控制地、安全而可靠地在各類網絡平臺中運用。框架接口還有一項重要的功能，就是允許應用服務器平臺接入第3方提供的基本業務能力。考慮到API和底層網絡標準可能的更新，框架接口提供了業務注冊API，第3方開發的增補業務功能可以通過該API加入，從而使應用服務器平臺具有良好的可擴展性。

原則上說，ParlayAPI可以通過應用服務器平臺與任何下層網絡交互，也就是說，業務層可經由統一的中間平臺控制各類網絡，包括各種傳統電信交換網(GSTN)。例如在圖2中，軟交換網絡也可通過此統一的結構和智能網互通，其過程是：軟交換機滿足觸發條件后，經應用服務器平臺向第3方業務邏輯發送業務請求，業務邏輯再通過API命令應用服務器向智能網SCP發出請求。此時，應用服務器平臺是一個完全的Parlay網關，有些廠商的確就是這樣設計應用服務器平臺的。另一種和智能網交互的方法是，軟交換機觸發后，直接經由信令網關向SCP發出業務請求，不需要通過應用服務器中介控制。這種方法在ParlayAPI部署之前已經標準化，因此許多廠商仍然采用這種機制實現軟交換網絡和傳統電信網的業務互通。

在上述體系結構中，按照業務實現的不同方式，可將軟交換網絡中的業務劃分為4類：

(1)基本業務

就是最基本的呼叫/會話連接控制業務，由軟交換機自身完成。它是最簡單的業務，也是其他業務的基礎。

(2)補充業務

指的是原來GSTN中已定義的附加業務，如呼叫前轉、呼叫等待、呼叫篩選、定時喚醒等，這些業務同樣也要向IP終端用戶提供。其實現同樣只需要用到軟交換機自身的功能，但是需內置數據庫設定用戶業務特性和權限。

(3)智能網業務

指的是借助傳統智能網向軟交換網絡用戶提供的增值業務。如前所述，這類業務一般要求軟交換機通過信令網關和智能網的SCP交互。信令網關完成底層傳送協議的適配轉換，INAP協議消息在軟交換機和SCP之間透明傳送。

(4)開放式業務

指的是通過ParlayAPI開放式業務結構，由第3方提供的增值業務。它充分體現了軟交換網絡的潛在價值。目前市場十分感興趣的就是涉及話音通信和Internet的網絡融合業務。

3、3G網絡的OSA/Parlay業務結構^[3]

和第2代移動通信網絡(2G)相比，3G核心網絡的特點是引入了分組交換，相應地在業務上支持Internet、VoIP(IP話音)和IP多媒體業務。3GPP標準中的核心網分為電路交換(CS)和分組交換(PS)兩部分。CS域的網元及接口和GSM核心網幾乎相同，仍然基于傳統的TDM(時分復用)技術，但引入媒體網關功能(MGF)，以支持VoIP或VoATM。PS域基于TCP/IP協議，其基本網元為支持分組交換的SGSN(GPRS服務支持節點)和支持與其他分組網絡互通的GGSN(GPRS網關支持節點)。兩個域共用用戶歸屬服務器(HSS)。

為了向移動用戶有效地提供基于IP技術的綜合業務，3GPP核心網專門定義了一個IP多媒體子系統(IMS)（見圖3），它包含了3G網絡的業務體系結構。

IMS采用SIP作為基礎協議。其中，CSCF稱為呼叫/會話控制功能，是網絡控制的核心網元。在3G網絡中定義了3類CSCF：作為移動用戶接入IMS的SIP代理服務器——P-CSCF、運營域的入口SIP代理服務器——I-CSCF以及實際處理具體呼叫/會話的S-CSCF，后者的主要功能包括地址解析、呼叫/會話控制和增值業務觸發，其地位相當于軟交換機。HSS存放用戶信息、業務信息、本域S-CSCF位置信息以及其他一些重要的原始信息。媒體網關功能(MGF)和媒體網關控制功能(MGCF)的作用和CS域中的對應網元一樣，也是提供RTP流和PCM流的適配變換，支持IMS和GSTN的互通。媒體資源功能(MRF)和媒體資源控制功能(MRCF)的地位則相當于軟交換網絡中的媒體服務器(MS)，提供會話中的媒體流處理功能。

其他網元與S-CSCF一起構成3G網絡的業務體系結構。與軟交換網絡類似，按照實現方式的不同，也可以將3G支持的業務分為4類：

(1)基本業務

就是最基本的呼叫/會話連接控制業務，由S-CSCF直接處理，無需其他服務器介入。SIP控制消息經由P-CSCF和/或I-CSCF終接至S-CSCF。

(2)傳統移動智能網業務

即CAMEL(客戶化應用移動增強邏輯)業務。此時，S-CSCF將業務請求發往IM-SSF，然后由CSE(CAMEL業務環境)控制業務的執行。IM-SSF和CSE之間的接口協議為CAP(CAMEL用戶部分)。

(3)網絡運營商提供的增值業務

此時，S-CSCF將業務請求發往SIP應用服務器，該服務器可以在原籍網絡，也可以在訪問網絡中，其中裝載有業務控制邏輯，同時還包括處理多種業務交互的功能模塊。

(4)第3方提供的增值業務

此時，S-CSCF將業務請求送往開放式業務結構(OSA)業務能力服務器(SCS)，再由后者送交遠端的OSA應用服務器控制處理。兩者之間的OSAAPI也采用Parlay。前者相當于軟交換網絡中的Parlay網關，后者相當于Parlay客戶端。因此，3GPP稱其為OSA/Parlay業務體系結構。

S-CSCF收到SIP消息，經分析并查詢HSS后，確定是否應觸發至應用服務器的請求，并由HSS告之應送往哪一個應用服務器。S-CSCF和HSS之間的接口稱為Cx，是3GPP定義的專用接口。S-CSCF至IM-SSF、SIP應用服務器和OSASCS之間的接口相同，都采用SIP協議，稱為ISC(IMS業務控制)接口。各業務服務器至HSS的接口稱為Sh，主要用于檢索業務數據和用戶文檔。

因業務體系結構的一致性，目前Parlay集團、3GPP和ETSI(歐洲電信標準化協會)三大組織已聯手制訂標準，下一版本的Parlar4.0和ETSIAPI以及3GPPOSA將要統一。

4、智能終端業務環境

上述業務結構的開放式接口都位于網絡單元之間，業務觸發源于網絡控制單元或應用服務器本身。隨著通信終端智能化程度的提高以及個性化業務需求的增長，有必要在終端和應用服務器之間直接開設業務接口，使用戶可以自由地按需調用業務。這樣，通信終端的功能將大為豐富，對于移動手機而言，猶如一臺可以隨意移動的聯網的掌上計算機。正是基于這樣的考慮，3GPP定義了移動臺執行環境(MExE)標準^[4]，具有該標準能力的手機可以直接向網絡運營商或第3方提供的MExE服務器發起業務請求，享用除一般通話以外的各種增值業務，特別是各類Internet業務。

MExE業務接入有以下4種典型的方式：

(1)手機發出請求，業務在遠端MExE服務器上配備和執行，服務器可向終端發送業務相關內容信息。

(2)業務仍然在遠端服務器上配備和執行，但是手機可以請求將操作該業務的應用程序下載到終端，供用戶在手機上使用。例如下載Web瀏覽程序瀏覽網頁，下載Email程序收發電子郵件，下載播放程序收聽音樂等。

(3)業務本身將從服務器下載到終端，用戶安裝、配置和激活后，將直接在手機上運行，不再依賴于遠端服務器。例如電子游戲。

(4)MExE手機和另一MExE手機相互間直接提供、接收或進行交互業務，此類業務也無需遠端服務器介入。例如手機之間進行交互式游戲、共享某些信息等。其中，遠端業務服務器可以位于CS域、PS域、IMS域或Internet中，MExE終端可通過固定、移動、無繩、藍牙等任何適合的網絡協議接入，由此請求基于話音、數據、多媒體的各種增值業務。

MExE包含一些關于網絡控制、QoS、Java應用等的API，利用這些API可以方便地開發MExE執行程序。為了便于標準化，3GPP還定義了4類MExE移動臺，對每一類規定了最低限度要求。除此以外，3GPP還制訂了用戶識別模塊(SIM)卡上的業務應用接口，稱之為USAT/SAT^[5]，即UMTS或GSM手機SIM卡上的應用工具。開發者基于已定義的SIM卡API編寫工具程序，利用這些工具就能自動向手機發送指令，進行相應的操作。

5、結束語

基于ODT和API的開放式結構已被業界接受為下一代IP電信網業務體系架構的基礎，特別是ParlayAPI受到了廣泛重視和應用。然而，Parlay本身還需要完善，尚需解決業務創建和業務合理部署的問題，特別是要確保良好的可擴展性和合理的響應速度，另外對于日益復雜的家庭網絡的業務結構及其廣域接入也必須高度重視，以實現端到端的全程業務提供。所有這些問題都必須深入研究解決，才能真正建立大規模運行網絡上的業務體系結構。□

參考文獻：

[1]MenelaosK.Parlay-BasedServiceEngineeringinaConverged

Internet-PSTNEnvironment[J].ComputerNetworks，2001，35(1):565—578.

[2]糜正琨.開放式業務結構和API技術[J].中興通訊技術，2002，8(S0):33—36.

[3]3GPPTS23.228V5.6.0，IPMultimediaSubsystem(IMS):Stage2[S].

[4]3GPPTS22.057V5.4.0，MobileExecutionEnvironmentServiceDescription:Stage1[S].

[5]3GPPTS22.038V5.2.0，USIM/SIMApplicationToolkit(USAT/SAT)ServiceDescription:Stage1[S].

收稿日期：2002-11-18

作者簡介：

糜正琨，南京郵電學院通信工程系教授，博士生導師，ITU-T中國專家組成員。研究方向為寬帶通信網理論和技術。近期研究領域包括IN/IP互通、基于移動代理的可編程智能網以及軟交換技術。