基于7號信令接入網與光纖網絡數據庫的智能網冗余備份平面構建研究

福建郵科通信技術有限公司 黃 創

?

基于7號信令接入網與光纖網絡數據庫的智能網冗余備份平面構建研究

福建郵科通信技術有限公司 黃 創

隨著國內智能網技術的迅速發展和IVR語音業務平臺的廣泛應用，基于單平面的智能網系統已經無法滿足業務的發展和規劃以及業務處理平臺的容災能力。該文主要研究智能網系統冗余備份平面構建，包括對7號信令網絡結構以及容災備份手段、采用光纖網絡的數據庫服務結構以及容災備份手段等智能網核心技術的重點研究和分析，提出智能網體系結構的改進及智能網發展趨勢建議。

智能業務控制 光纖網絡 容災備份 7號信令網絡 數據庫

0 引言

智能網體系至今已經發展了十幾年，采用了集中的實時數據庫、成熟的7號信令系統、標準的接口（可升級、并提供多種協議支持的接口），能夠做到快速、方便、靈活、經濟、有效地生成各種新業務，為通信用戶提供了多種形式的通信服務。伴隨著網絡發展，智能網作為一個相對成熟的業務平臺，仍將提供主要的傳統交換網語音業務、數據業務，智能網目前已開發對于軟交換網絡、3G網絡的接口支持，從而更好地為其提供服務，實現從提供傳統通信用戶業務到提供軟交換用戶業務、3G用戶業務的完整過渡。而在IVR業務快速發展的今天，對智能網平臺擴展性、冗余性、接口協議擴展性的需求也越來越重要。

基于上述分析，研究實現智能網的互備冗余，從而提高IVR語音等智能網業務的承載能力，增強系統的可擴展性與接口多樣化，將會是一個很有意義的課題。

本文從智能網系統的平面構建，包括對具有雙平臺冗余能力的7號信令網絡、基于SAN網絡數據庫服務等智能網核心技術的重點研究和分析，提出智能網體系結構的改進以及智能網發展趨勢的建議。

1 智能網七號信令系統

七號信令又稱為公共信道信令。其功能為：以時分方式在一條高速數據鏈路上傳送一群話路信令的信令方式。七號信令主要用于局間通信，而智能網作為在原有通信網絡基礎上設置的一種附加網絡，智能網的七號信令用于傳遞各種類型的控制信令消息，不負責話路通信。智能網通過可編程的業務邏輯，使用七號信令來實現通信網絡各種語音業務的業務功能。下面主要介紹智能網七號信令的層次模型結構以及七號信令各層的基本工作原理、智能網七號信令的設備物理連接與配置過程，以及構建雙平臺智能網七號信令應急備份、業務疏通的方案等。

1.1 智能網七號信令模型與OSI參考模型對比

通過研究智能網的七號信令物理結構，可以發現7號信令與OSI的隊員關系：智能網七號信令分為6層，這些層的定義和ISO定義OSI 7層參考模型的對應類似但不緊密：

1.1.1 MTP層

MTP層又分為MTP1、MTP2、MTP3三層。最底的一層是MTP1，相當于OSI的物理層，表現為電氣的物理特性，與ISO第一層一致。MTP1上層為MTP 2層，該層為在鏈路上傳送的消息提供了準確、安全的點到點傳輸，MTP2提供了流量控制、消息順序確認及檢錯功能。當信令鏈路上發生錯誤時，若干消息會被重新傳送，MTP2層相當于OSI的二層：數據鏈路層。MTP3層在7號信令網中為消息的傳送提供路由功能。當有鏈路發生故障，MTP3會將故障鏈路上的流量轉移到其他鏈路上，在網絡中發生擁塞時MTP3也會控制流量。MTP3相當于OSI模型中的網絡層。

1.1.2 SCCP層

SCCP 在MTP3層之上提供了面向連接及無連接的網絡業務及global title translation (GTT) 功能。

1.1.3 TCAP層

TCAP為應用層提供了電路無關性消息的傳送機制，它使用了SCCP的面向無連接業務。SSP(傳統電話交換網)及SCP（智能網）之間的查詢及響應都使用了TCAP消息。TCAP層的核心是提供了服務原語。TCAP的服務原語分為兩類：對話原語和成分原語。對話原語是用于對話的管理，使用TCAP傳送消息，首先要開始一個對話，然后維持這個對話，最后結束這個對話，這些都需要TCAP的對話原語。

1.1.4 INAP層

INAP層負責智能網IVR、ACC（記賬卡）等業務的業務邏輯構建，智能網和交換網要交換一些信息來完成一個業務流程，這些信息流程的不同，就形成了不同的智能網業務。實際上這些信息的集合就是INAP的內容。

1.2 智能網七號信令工作原理與冗余備份設計介紹

1.2.1七號信令通信過程與原理

在智能網的七號信令模型中，整個智能業務的業務功能以及業務邏輯由INAP層定義以及構建，INAP利用TCAP的原語（對話原語、成分原語）進行封裝、將定制好的INAP消息送至SCCP層，SCCP層在TCAP消息上封裝上SSN號送至MTP3層，MTP123層根據配置好的信令鏈路路由表，將封裝的消息（MSU）在指定的鏈路上傳送數據封包到指定的SSP或者SCP。

1.2.2冗余備份設計介紹

根據七號信令的通信過程特點，并在保證通信鏈路冗余的情況下，對七號信令鏈路物理連接進行了設計：最上層的是信令處理服務器，采用雙機互備機制，即：日常處理信令的時候由雙機共同分擔，一旦A機故障，B機發現故障存在后，將A機的消息接管過來處理直至A機故障恢復。雙機之間走TCP/IP網絡，并由2條直連的心跳線構成。由軟件實現雙機的心跳測試和切換。

位于第二層的是4塊信令單元，每塊信令單元均由可擴充的多塊信令板卡組成，信令單元的功能是負責信令板卡與信令處理服務器的通信，同時還負責對信令板卡狀態的監控工作。信令板卡為七號信令系統的核心，它負責整個七號信令系統數據包的傳送、數據鏈路的分配管理以及鏈路通信故障時的流量控制，其實由信令板卡構成的信令單元可以看成是臺路由器設備（三層交換機）。

位于第三層的是E1鏈路群，每塊信令板卡提供多個E1口，共計提供多條E1鏈路，考慮到鏈路之間的冗余備份，每個E1一般開放4個時隙，每個時隙負責信令收發，每個時隙速率為64K。

位于第四層的是DDF配線架，該設備用于E1鏈路的分組交換，該設備將每條E1鏈路轉化成4個slot（時隙），根據鏈路需求的安排，將1條E1鏈路打散給不同SSP使用。

綜上所述，智能網的七號信令硬件設備的分工與七號信令模型分層一致，當信令消息至SSP節點發出，通過DDF配線架走指定的E1鏈路到信令板卡，信令板卡將接收的電氣信號轉化為數據封包，并送至信令服務器，信令服務器將數據封包進行解封處理，之后將INAP消息送至SCP的業務處理機，SCP的業務處理機根據送上來的不同類型的INAP消息進行業務的鑒權或業務流程處理，之后將處理好的INAP消息打包再由配置好的E1通路返回給SSP，完成業務的交互。

1.3 智能網七號信令的鏈路分配設計機制與擁塞控制（冗余設計）對比

1.3.1智能網七號信令的鏈路分配設計機制

智能網SCP與交換網SSP的連接采用準直連的方式，消息的交互通過STP點轉發，STP點分為LSTP和HSTP兩種類型，LSTP點負責短距離的消息傳輸，HSTP負責長距離的消息傳輸。由SCP發出的消息包通過LSTP負責轉發給SSP， SCP共開放2的n次方條到LSTP的鏈路，LSTP根據不同的地域劃分，為保證鏈路的冗余性，每地區配置2個LSTP。每個地區根據期初業務量的大小來規劃和確定分配的鏈路數量。為保障鏈路的負荷壓力平均，對應某一地區的2個LSTP點配置的鏈路數應當一致。

1.3.2鏈路擁塞（冗余機制）設計機制對比

傳統的智能網鏈路擁塞機制采用開直達鏈的方式，即：SCP與各地市的LSTP局直接對開鏈路，也就是1條E1的所有時隙都開給1個LSTP，這樣對應不同地區（每地區2條E1，分別接2個LSTP）。本次鏈路設計采用時隙打散的原則，即：1條E1的時隙分別開1個不同地市的LSTP。

本次鏈路設計的原則較傳統的擁塞設計機制的改進為：地區LSTP與SCP間的E1鏈路出現物理損壞后，由于將1條E1的64K鏈路的時隙打散分配，地市的LSTP與SCP間的64K鏈路不會全部癱瘓，保證單條E1鏈路出現物理損壞不會影響整個地區的業務消息傳輸,避免了鏈路雪崩效應，本次的鏈路設計較傳統的直連方式需要新增加一套DDF配線架，用來將E1鏈時隙打散。而傳統的直連方式，一旦出現1個LSTP的E1鏈路物理故障，會導致整個LSTP與智能網的通信鏈路斷開，繼而該地市所有的業務壓力全部轉向另外一個LSTP點，如果該地區目前處于呼叫高峰期，另1個LSTP點需要承受平時2倍的業務呼叫壓力，一旦惡性呼叫持續增加（惡性呼叫：由于E1故障，用戶無法正常使用智能業務，從而更多的進行呼叫嘗試），剩余的1個LSTP通信將可能產生劣化，最終導致鏈路的雪崩。

2 基于光纖網絡的數據庫服務

智能網的數據庫服務部分，即SDF功能，由三部分系統構建：（1）提供數據庫服務的軟件系統，安裝在2臺獨立的計算機服務器上，為保證數據庫服務不中斷，這2臺獨立的服務器配置為cluster（服務器集群，通過集群軟件，智能控制數據庫服務的切換）。（2）采用SAN（Storage Area Network）網絡的數據庫磁陣硬件系統（SAN最基本的層次定義為互連存儲設備和服務器的專用光纖通道網絡。它在這些設備之間提供端到端的通訊，并允許多臺服務器獨立地訪問同一個存儲設備，所以SAN又被稱之為光纖網絡）。（3）磁陣管理系統，負責磁盤的物理劃分、磁陣的啟動、停止、切換等等。

2.1 基于SDF功能的數據庫服務

2.1.1 SDF功能介紹

SDF負責對業務邏輯中涉及的數據的存儲、管理和接入。SDF能夠處理SMF發來的命令，同時也能處理SCF發來的請求。SCF和SDF之間采用TCP/IP網絡通訊，SCF啟動時會建立數據庫（SDF）的session連接，之后保持連接，一旦SCF上智能業務發生調用，業務執行產生的SQL語句會通過連接的session送到SDF數據庫上執行，并根據SDF的返回結果進行業務的下一步執行操作。SDF實際上就是2臺計算機服務器，上面運行著大型的關系數據庫，1臺為主用數據庫，1臺為備用數據庫，通過cluster軟件管理，保證2臺服務器的數據庫實例在發生故障時（主用服務器宕機、數據庫異常等情況）無縫切換，保障用戶數據不因為軟件故障而產生錯誤。

2.1.2 SCF與SDF關系

為說明數據庫的服務提供方式，以下介紹SCF和SDF之間的關系，以及SCF管理SDF的方式：

整套智能網系統共有可配置個數的SCF（服務控制單元）應用可以運行業務，每個SCF通過配置文件可以支持到最多1000個FSM（自動機），也就是說每個SCF進程可以支持1000個SCF線程（自動機），每個SCF在啟動時會建立到SDF的session連接。而通過圖形化的管理界面，可以看到數據庫操作的繁忙度，可以這么理解：一旦一個正在處理業務的自動機需要執行SQL時，通過到SDF建立的session連接進行通訊，并建立一個fifo排隊機制，排隊的情況就可以通過圖形化的管理界面來觀察數據庫的并發情況，如果并發數達到設計容量要求，一旦再有新的線程發起，sql操作將不再執行。此外，通過圖形管理界面可以看到SCF應用還擁有管理業務分發均衡的manager進程，該進程的作用為：根據配置的SCF序列，將SAF送來的呼叫數據順序平均地分發給SCF處理，這樣保證每個SCF的處理線程基本數量一致，不會由于一個SCF線程達到滿負荷，而其他SCF線程未滿，從而造成系統的瓶頸，所以Manager進程的作用是最合理最大化地利用和管理SCF進程。此外，SCF應用還有SYNC進程：用于管理數據同步、話單傳送進程，當智能網的話單存放在SMF節點（管理節點）的時候有效，業務執行的話單sql將由SCF通過SYNC進程送給SMF節點。最后，也是最重要的是SCF應用的ININIT進程，該進程用于監控SYNC和MANAGER進程，在這2個發生異常退出時，ininit進程通過守護的配置表來重新啟動異常退出的SYNC和MANAGER以及SCF進程。

2.2 采用SAN（Storage Area Network）網絡的數據庫磁陣硬件系統

采用SAN網絡的硬件結構描述:位于硬件最上層的是磁帶機和安裝了openview的磁陣管理服務器，磁帶機用于數據庫數據或是數據庫操作系統的定期歸檔備份，openview則是HP提供的一款用于管理SAN磁陣網絡的軟件，安裝該軟件的服務器設備稱為磁陣管理服務器。第二層是數據庫服務器，也就是上節文章中提及的安裝了大型關系數據庫軟件和cluster軟件的計算機服務器。第三層就是SAN交換機，2臺SAN交換機起到承上啟下作用：通過光纖設備連接2臺數據庫服務器，同時連接到openview管理服務器；通過光纖設備連接光纖控制器的作用。第四層為光纖控制器設備，例如HP的EVA3000系列設備。光纖控制器通過raid卡連接到第五層的磁盤整理，光纖控制器是整個SAN網絡的核心控制組件，負責控制整個磁陣的運行和故障時的切換，通過openview軟件可以直接管理光纖控制器（EVA系列設備）。最后一層就是數據交換機，用于2臺數據庫服務器之間的心跳通信，以及cluster軟件的運行需要。

2.3 基于SAN網絡的智能網數據庫（SDF）冗余架構以及與傳統智能網的比較

本次智能網數據庫的冗余設計與傳統的冗余設計方式差異不大，但硬件組成采用SAN網絡，與傳統的SCSI架構有明顯差異。

本次設計的智能網數據庫硬件部分采用數據庫應用與磁陣管理分離的模式，與傳統的智能網構建相同。數據庫應用采用雙機主備方式，使用cluster軟件進行管理（集群軟件）。一旦發生數據庫應用服務的異常，cluster就會將數據庫應用服務切換到備機啟動，保證數據庫的運行不中斷。磁陣管理模式與傳統智能網構建則不同，本次設計采用光纖網絡替代了傳統的SCSI連接方式。每臺數據庫服務器均配置2套光纖卡，分別連接到2臺光纖交換機上，一旦一塊光纖卡故障，另外一塊光纖卡可以迅速接管，一旦1臺光纖交換機故障，與另一臺光纖交換機連接的線路就能保證數據傳輸不中斷。2臺光纖交換機均有1條光纖連接到管理設備的光纖卡，用于管理。每臺光纖交換機上4條光纖分別連接到下層的2臺EVA設備上，2臺EVA設備通過4條光纖分別連接到磁陣1和磁陣2，形成了光纖網絡磁陣。

傳統的智能網只是采用SCSI將2臺數據庫服務器分別接到磁陣上，雖然也采用冗余的SCSI卡方式，但由于沒有靈活的可設置的EVA的管理模塊，只有通過數據庫服務器上的管理軟件進行磁盤的管理，既占用了一部分數據庫服務器的資源，又無法定制磁盤的管理。采用光纖的網絡，傳輸速率大大高于采用SCSI線的傳輸方式，大大提高了數據庫的讀寫速度，提升了數據庫語句的執行效率。

3 展望

3.1 智能網七號信令的總結與未來展望

智能網七號信令系統的鏈路分配遵循業務的發展情況，根據業務的模型和鏈路負荷的計算公式，得出對應地區SSP所需的鏈路數量。七號信令系統采用同路不同線的方式（即將物理鏈路的進行人為的邏輯劃分）來保障鏈路的冗災，SSP和SCP間采用鏈路群的方式保障業務忙時的消息疏通；七號信令系統采用雙信令處理主機，主機之間采用程序監控雙機心跳消息包，雙機的七號信令系統消息處理應用程序完全互備，來確保業務的正常運行以及故障時候的應急備份。

采用E1的方式進行7號信令的消息傳輸是目前智能網通信方式的主流，經過幾年的發展，目前新的采用IP方式（IP-siptran）來封裝7號信令的（INAP）消息協議的傳輸模式已經悄然崛起。有理由相信，在經過越來越多的IT平臺的實踐，百兆帶寬、千兆帶寬的消息傳輸模式最終將代替傳統的2兆鏈路（E1）的通信傳輸方式。

3.2 光纖網絡的數據庫架構未來展望

本次介紹的光纖網絡數據庫架構為現階段主流的數據庫框架，隨著光纖配套設備的普及化以及光纖交換機固件系統的不斷完善，光纖網絡的技術已經逐步成熟。而在不遠的將來，隨著光纖的技術不斷進步，更高的傳輸速率，更遠的傳輸距離，可以讓數據庫的存儲方式不再僅僅是本地化，而是可以通過高速的光網絡，將數據的變化實時備份到異地的存儲介質，大大保證用戶的數據安全性，也增加了數據庫數據調用的靈活性。

[1] 孫芹芝. 智能網業務控制點負載均衡技術及其仿真[D]. 大連: 大連理工大學, 2002 .

[2] 傅家祥. 中國7號信令及在GSM移動通信系統中信令系統的演進[J]. 貴州工業大學學報: 自然科學版, 2001, (2):1-4.

[3] 汪小燕,王非,莫益軍. 基于計算機網絡的程控交換教學實驗系統[J]. 電氣電子教學學報, 2001, (6): 81-84.

[4] 周向臣,柯熙政. 無線光接入網的體系結構研究[J]. 光通信技術, 2005, (10): 46-48.