基于7号信令接入网与光纤网络数据库的智能网冗余备份平面构建研究

来源:用户上传      作者: 黄创

　　[摘要] 随着国内智能网技术的迅速发展和IVR语音业务平台的广泛应用，基于单平面的智能网系统已经无法满足业务的发展和规划以及业务处理平台的容灾能力。该文主要研究智能网系统冗余备份平面构建，包括对7号信令网络结构以及容灾备份手段、采用光纤网络的数据库服务结构以及容灾备份手段等智能网核心技术的重点研究和分析，提出智能网体系结构的改进及智能网发展趋势建议。 　　[关键词] 智能业务控制 光纤网络 容灾备份 7号信令网络 数据库 　　 　　 　　0 引言 　　智能网体系至今已经发展了十几年，采用了集中的实时数据库、成熟的7号信令系统、标准的接口（可升级、并提供多种协议支持的接口），能够做到快速、方便、灵活、经济、有效地生成各种新业务，为通信用户提供了多种形式的通信服务。伴随着网络发展，智能网作为一个相对成熟的业务平台，仍将提供主要的传统交换网语音业务、数据业务，智能网目前已开发对于软交换网络、3G网络的接口支持，从而更好地为其提供服务，实现从提供传统通信用户业务到提供软交换用户业务、3G用户业务的完整过渡。而在IVR业务快速发展的今天，对智能网平台扩展性、冗余性、接口协议扩展性的需求也越来越重要。 　　基于上述分析，研究实现智能网的互备冗余，从而提高IVR语音等智能网业务的承载能力，增强系统的可扩展性与接口多样化，将会是一个很有意义的课题。 　　本文从智能网系统的平面构建，包括对具有双平台冗余能力的7号信令网络、基于SAN网络数据库服务等智能网核心技术的重点研究和分析，提出智能网体系结构的改进以及智能网发展趋势的建议。 　　1 智能网七号信令系统 　　七号信令又称为公共信道信令。其功能为：以时分方式在一条高速数据链路上传送一群话路信令的信令方式。七号信令主要用于局间通信，而智能网作为在原有通信网络基础上设置的一种附加网络，智能网的七号信令用于传递各种类型的控制信令消息，不负责话路通信。智能网通过可编程的业务逻辑，使用七号信令来实现通信网络各种语音业务的业务功能。下面主要介绍智能网七号信令的层次模型结构以及七号信令各层的基本工作原理、智能网七号信令的设备物理连接与配置过程，以及构建双平台智能网七号信令应急备份、业务疏通的方案等。 　　1.1 智能网七号信令模型与OSI参考模型对比 　　通过研究智能网的七号信令物理结构，可以发现7号信令与OSI的队员关系：智能网七号信令分为6层，这些层的定义和ISO定义OSI 7层参考模型的对应类似但不紧密： 　　1.1.1 MTP层 　　MTP层又分为MTP1、MTP2、MTP3三层。最底的一层是MTP1，相当于OSI的物理层，表现为电气的物理特性，与ISO第一层一致。MTP1上层为MTP 2层，该层为在链路上传送的消息提供了准确、安全的点到点传输，MTP2提供了流量控制、消息顺序确认及检错功能。当信令链路上发生错误时，若干消息会被重新传送，MTP2层相当于OSI的二层：数据链路层。MTP3层在7号信令网中为消息的传送提供路由功能。当有链路发生故障，MTP3会将故障链路上的流量转移到其他链路上，在网络中发生拥塞时MTP3也会控制流量。MTP3相当于OSI模型中的网络层。 　　1.1.2 SCCP层 　　SCCP 在MTP3层之上提供了面向连接及无连接的网络业务及global title translation (GTT) 功能。 　　1.1.3 TCAP层 　　TCAP为应用层提供了电路无关性消息的传送机制，它使用了SCCP的面向无连接业务。SSP(传统电话交换网)及SCP（智能网）之间的查询及响应都使用了TCAP消息。TCAP层的核心是提供了服务原语。TCAP的服务原语分为两类：对话原语和成分原语。对话原语是用于对话的管理，使用TCAP传送消息，首先要开始一个对话，然后维持这个对话，最后结束这个对话，这些都需要TCAP的对话原语。 　　1.1.4 INAP层 　　INAP层负责智能网IVR、ACC（记账卡）等业务的业务逻辑构建，智能网和交换网要交换一些信息来完成一个业务流程，这些信息流程的不同，就形成了不同的智能网业务。实际上这些信息的集合就是INAP的内容。 　　1.2 智能网七号信令工作原理与冗余备份设计介绍 　　1.2.1 七号信令通信过程与原理 　　在智能网的七号信令模型中，整个智能业务的业务功能以及业务逻辑由INAP层定义以及构建，INAP利用TCAP的原语（对话原语、成分原语）进行封装、将定制好的INAP消息送至SCCP层，SCCP层在TCAP消息上封装上SSN号送至MTP3层，MTP123层根据配置好的信令链路路由表，将封装的消息（MSU）在指定的链路上传送数据封包到指定的SSP或者SCP。 　　1.2.2 冗余备份设计介绍 　　根据七号信令的通信过程特点，并在保证通信链路冗余的情况下，对七号信令链路物理连接进行了设计：最上层的是信令处理服务器，采用双机互备机制，即：日常处理信令的时候由双机共同分担，一旦A机故障，B机发现故障存在后，将A机的消息接管过来处理直至A机故障恢复。双机之间走TCP/IP网络，并由2条直连的心跳线构成。由软件实现双机的心跳测试和切换。 　　位于第二层的是4块信令单元，每块信令单元均由可扩充的多块信令板卡组成，信令单元的功能是负责信令板卡与信令处理服务器的通信，同时还负责对信令板卡状态的监控工作。信令板卡为七号信令系统的核心，它负责整个七号信令系统数据包的传送、数据链路的分配管理以及链路通信故障时的流量控制，其实由信令板卡构成的信令单元可以看成是台路由器设备（三层交换机）。 　　位于第三层的是E1链路群，每块信令板卡提供多个E1口，共计提供多条E1链路，考虑到链路之间的冗余备份，每个E1一般开放4个时隙，每个时隙负责信令收发，每个时隙速率为64K。 　　位于第四层的是DDF配线架，该设备用于E1链路的分组交换，该设备将每条E1链路转化成4个slot（时隙），根据链路需求的安排，将1条E1链路打散给不同SSP使用。 　　综上所述，智能网的七号信令硬件设备的分工与七号信令模型分层一致，当信令消息至SSP节点发出，通过DDF配线架走指定的E1链路到信令板卡，信令板卡将接收的电气信号转化为数据封包，并送至信令服务器，信令服务器将数据封包进行解封处理，之后将INAP消息送至SCP的业务处理机，SCP的业务处理机根据送上来的不同类型的INAP消息进行业务的鉴权或业务流程处理，之后将处理好的INAP消息打包再由配置好的E1通路返回给SSP，完成业务的交互。 　　1.3 智能网七号信令的链路分配设计机制与拥塞控制（冗余设计）对比 　　1.3.1 智能网七号信令的链路分配设计机制 　　智能网SCP与交换网SSP的连接采用准直连的方式，消息的交互通过STP点转发，STP点分为LSTP和HSTP两种类型，LSTP点负责短距离的消息传输，HSTP负责长距离的消息传输。由SCP发出的消息包通过LSTP负责转发给SSP， SCP共开放2的n次方条到LSTP的链路，LSTP根据不同的地域划分，为保证链路的冗余性，每地区配置2个LSTP。每个地区根据期初业务量的大小来规划和确定分配的链路数量。为保障链路的负荷压力平均，对应某一地区的2个LSTP点配置的链路数应当一致。 　　1.3.2 链路拥塞（冗余机制）设计机制对比　　传统的智能网链路拥塞机制采用开直达链的方式，即：SCP与各地市的LSTP局直接对开链路，也就是1条E1的所有时隙都开给1个LSTP，这样对应不同地区（每地区2条E1，分别接2个LSTP）。本次链路设计采用时隙打散的原则，即：1条E1的时隙分别开1个不同地市的LSTP。 　　本次链路设计的原则较传统的拥塞设计机制的改进为：地区LSTP与SCP间的E1链路出现物理损坏后，由于将1条E1的64K链路的时隙打散分配，地市的LSTP与SCP间的64K链路不会全部瘫痪，保证单条E1链路出现物理损坏不会影响整个地区的业务消息传输,避免了链路雪崩效应，本次的链路设计较传统的直连方式需要新增加一套DDF配线架，用来将E1链时隙打散。而传统的直连方式，一旦出现1个LSTP的E1链路物理故障，会导致整个LSTP与智能网的通信链路断开，继而该地市所有的业务压力全部转向另外一个LSTP点，如果该地区目前处于呼叫高峰期，另1个LSTP点需要承受平时2倍的业务呼叫压力，一旦恶性呼叫持续增加（恶性呼叫：由于E1故障，用户无法正常使用智能业务，从而更多的进行呼叫尝试），剩余的1个LSTP通信将可能产生劣化，最终导致链路的雪崩。 　　2 基于光纤网络的数据库服务 　　智能网的数据库服务部分，即SDF功能，由三部分系统构建：（1）提供数据库服务的软件系统，安装在2台独立的计算机服务器上，为保证数据库服务不中断，这2台独立的服务器配置为cluster（服务器集群，通过集群软件，智能控制数据库服务的切换）。（2）采用SAN（Storage Area Network）网络的数据库磁阵硬件系统（SAN最基本的层次定义为互连存储设备和服务器的专用光纤通道网络。它在这些设备之间提供端到端的通讯，并允许多台服务器独立地访问同一个存储设备，所以SAN又被称之为光纤网络）。（3）磁阵管理系统，负责磁盘的物理划分、磁阵的启动、停止、切换等等。 　　2.1 基于SDF功能的数据库服务 　　2.1.1 SDF功能介绍 　　SDF负责对业务逻辑中涉及的数据的存储、管理和接入。SDF能够处理SMF发来的命令，同时也能处理SCF发来的请求。SCF和SDF之间采用TCP/IP网络通讯，SCF启动时会建立数据库（SDF）的session连接，之后保持连接，一旦SCF上智能业务发生调用，业务执行产生的SQL语句会通过连接的session送到SDF数据库上执行，并根据SDF的返回结果进行业务的下一步执行操作。SDF实际上就是2台计算机服务器，上面运行着大型的关系数据库，1台为主用数据库，1台为备用数据库，通过cluster软件管理，保证2台服务器的数据库实例在发生故障时（主用服务器宕机、数据库异常等情况）无缝切换，保障用户数据不因为软件故障而产生错误。 　　2.1.2 SCF与SDF关系 　　为说明数据库的服务提供方式，以下介绍SCF和SDF之间的关系，以及SCF管理SDF的方式： 　　整套智能网系统共有可配置个数的SCF（服务控制单元）应用可以运行业务，每个SCF通过配置文件可以支持到最多1000个FSM（自动机），也就是说每个SCF进程可以支持1000个SCF线程（自动机），每个SCF在启动时会建立到SDF的session连接。而通过图形化的管理界面，可以看到数据库操作的繁忙度，可以这么理解：一旦一个正在处理业务的自动机需要执行SQL时，通过到SDF建立的session连接进行通讯，并建立一个fifo排队机制，排队的情况就可以通过图形化的管理界面来观察数据库的并发情况，如果并发数达到设计容量要求，一旦再有新的线程发起，sql操作将不再执行。此外，通过图形管理界面可以看到SCF应用还拥有管理业务分发均衡的manager进程，该进程的作用为：根据配置的SCF序列，将SAF送来的呼叫数据顺序平均地分发给SCF处理，这样保证每个SCF的处理线程基本数量一致，不会由于一个SCF线程达到满负荷，而其他SCF线程未满，从而造成系统的瓶颈，所以Manager进程的作用是最合理最大化地利用和管理SCF进程。此外，SCF应用还有SYNC进程：用于管理数据同步、话单传送进程，当智能网的话单存放在SMF节点（管理节点）的时候有效，业务执行的话单sql将由SCF通过SYNC进程送给SMF节点。最后，也是最重要的是SCF应用的ININIT进程，该进程用于监控SYNC和MANAGER进程，在这2个发生异常退出时，ininit进程通过守护的配置表来重新启动异常退出的SYNC和MANAGER以及SCF进程。 　　2.2 采用SAN（Storage Area Network）网络的数据库磁阵硬件系统 　　采用SAN网络的硬件结构描述:位于硬件最上层的是磁带机和安装了openview的磁阵管理服务器，磁带机用于数据库数据或是数据库操作系统的定期归档备份，openview则是HP提供的一款用于管理SAN磁阵网络的软件，安装该软件的服务器设备称为磁阵管理服务器。第二层是数据库服务器，也就是上节文章中提及的安装了大型关系数据库软件和cluster软件的计算机服务器。第三层就是SAN交换机，2台SAN交换机起到承上启下作用：通过光纤设备连接2台数据库服务器，同时连接到openview管理服务器；通过光纤设备连接光纤控制器的作用。第四层为光纤控制器设备，例如HP的EVA3000系列设备。光纤控制器通过raid卡连接到第五层的磁盘整理，光纤控制器是整个SAN网络的核心控制组件，负责控制整个磁阵的运行和故障时的切换，通过openview软件可以直接管理光纤控制器（EVA系列设备）。最后一层就是数据交换机，用于2台数据库服务器之间的心跳通信，以及cluster软件的运行需要。 　　2.3 基于SAN网络的智能网数据库（SDF）冗余架构以及与传统智能网的比较 　　本次智能网数据库的冗余设计与传统的冗余设计方式差异不大，但硬件组成采用SAN网络，与传统的SCSI架构有明显差异。 　　本次设计的智能网数据库硬件部分采用数据库应用与磁阵管理分离的模式，与传统的智能网构建相同。数据库应用采用双机主备方式，使用cluster软件进行管理（集群软件）。一旦发生数据库应用服务的异常，cluster就会将数据库应用服务切换到备机启动，保证数据库的运行不中断。磁阵管理模式与传统智能网构建则不同，本次设计采用光纤网络替代了传统的SCSI连接方式。每台数据库服务器均配置2套光纤卡，分别连接到2台光纤交换机上，一旦一块光纤卡故障，另外一块光纤卡可以迅速接管，一旦1台光纤交换机故障，与另一台光纤交换机连接的线路就能保证数据传输不中断。2台光纤交换机均有1条光纤连接到管理设备的光纤卡，用于管理。每台光纤交换机上4条光纤分别连接到下层的2台EVA设备上，2台EVA设备通过4条光纤分别连接到磁阵1和磁阵2，形成了光纤网络磁阵。 　　传统的智能网只是采用SCSI将2台数据库服务器分别接到磁阵上，虽然也采用冗余的SCSI卡方式，但由于没有灵活的可设置的EVA的管理模块，只有通过数据库服务器上的管理软件进行磁盘的管理，既占用了一部分数据库服务器的资源，又无法定制磁盘的管理。采用光纤的网络，传输速率大大高于采用SCSI线的传输方式，大大提高了数据库的读写速度，提升了数据库语句的执行效率。 　　3 展望 　　3.1 智能网七号信令的总结与未来展望 　　智能网七号信令系统的链路分配遵循业务的发展情况，根据业务的模型和链路负荷的计算公式，得出对应地区SSP所需的链路数量。七号信令系统采用同路不同线的方式（即将物理链路的进行人为的逻辑划分）来保障链路的冗灾，SSP和SCP间采用链路群的方式保障业务忙时的消息疏通；七号信令系统采用双信令处理主机，主机之间采用程序监控双机心跳消息包，双机的七号信令系统消息处理应用程序完全互备，来确保业务的正常运行以及故障时候的应急备份。 　　采用E1的方式进行7号信令的消息传输是目前智能网通信方式的主流，经过几年的发展，目前新的采用IP方式（IP-siptran）来封装7号信令的（INAP）消息协议的传输模式已经悄然崛起。有理由相信，在经过越来越多的IT平台的实践，百兆带宽、千兆带宽的消息传输模式最终将代替传统的2兆链路（E1）的通信传输方式。 　　3.2 光纤网络的数据库架构未来展望 　　本次介绍的光纤网络数据库架构为现阶段主流的数据库框架，随着光纤配套设备的普及化以及光纤交换机固件系统的不断完善，光纤网络的技术已经逐步成熟。而在不远的将来，随着光纤的技术不断进步，更高的传输速率，更远的传输距离，可以让数据库的存储方式不再仅仅是本地化，而是可以通过高速的光网络，将数据的变化实时备份到异地的存储介质，大大保证用户的数据安全性，也增加了数据库数据调用的灵活性。 　　 　　参考文献： 　　[1] 孙芹芝. 智能网业务控制点负载均衡技术及其仿真[D]. 大连: 大连理工大学, 2002 . 　　[2] 傅家祥. 中国7号信令及在GSM移动通信系统中信令系统的演进[J]. 贵州工业大学学报: 自然科学版, 2001, (2):1-4. 　　[3] 汪小燕,王非,莫益军. 基于计算机网络的程控交换教学实验系统[J]. 电气电子教学学报, 2001, (6): 81-84. 　　[4] 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