基于7號信令接入網(wǎng)與光纖網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的智能網(wǎng)冗余備份平面構(gòu)建研究

福建郵科通信技術(shù)有限公司 黃 創(chuàng)

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基于7號信令接入網(wǎng)與光纖網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的智能網(wǎng)冗余備份平面構(gòu)建研究

福建郵科通信技術(shù)有限公司 黃 創(chuàng)

隨著國內(nèi)智能網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展和IVR語音業(yè)務平臺的廣泛應用，基于單平面的智能網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足業(yè)務的發(fā)展和規(guī)劃以及業(yè)務處理平臺的容災能力。該文主要研究智能網(wǎng)系統(tǒng)冗余備份平面構(gòu)建，包括對7號信令網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)以及容災備份手段、采用光纖網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)庫服務結(jié)構(gòu)以及容災備份手段等智能網(wǎng)核心技術(shù)的重點研究和分析，提出智能網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的改進及智能網(wǎng)發(fā)展趨勢建議。

智能業(yè)務控制 光纖網(wǎng)絡 容災備份 7號信令網(wǎng)絡 數(shù)據(jù)庫

0 引言

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

基于上述分析，研究實現(xiàn)智能網(wǎng)的互備冗余，從而提高IVR語音等智能網(wǎng)業(yè)務的承載能力，增強系統(tǒng)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(wǎng)系統(tǒng)的平面構(gòu)建，包括對具有雙平臺冗余能力的7號信令網(wǎng)絡、基于SAN網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫服務等智能網(wǎng)核心技術(shù)的重點研究和分析，提出智能網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的改進以及智能網(wǎng)發(fā)展趨勢的建議。

1 智能網(wǎng)七號信令系統(tǒng)

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(shù)據(jù)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(wǎng)作為在原有通信網(wǎng)絡基礎上設置的一種附加網(wǎng)絡，智能網(wǎng)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(wǎng)通過可編程的業(yè)務邏輯，使用七號信令來實現(xiàn)通信網(wǎng)絡各種語音業(yè)務的業(yè)務功能。下面主要介紹智能網(wǎng)七號信令的層次模型結(jié)構(gòu)以及七號信令各層的基本工作原理、智能網(wǎng)七號信令的設備物理連接與配置過程，以及構(gòu)建雙平臺智能網(wǎng)七號信令應急備份、業(yè)務疏通的方案等。

1.1 智能網(wǎng)七號信令模型與OSI參考模型對比

通過研究智能網(wǎng)的七號信令物理結(jié)構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)7號信令與OSI的隊員關(guān)系：智能網(wǎng)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(xiàn)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(fā)生錯誤時，若干消息會被重新傳送，MTP2層相當于OSI的二層：數(shù)據(jù)鏈路層。MTP3層在7號信令網(wǎng)中為消息的傳送提供路由功能。當有鏈路發(fā)生故障，MTP3會將故障鏈路上的流量轉(zhuǎn)移到其他鏈路上，在網(wǎng)絡中發(fā)生擁塞時MTP3也會控制流量。MTP3相當于OSI模型中的網(wǎng)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(wǎng)絡業(yè)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(guān)性消息的傳送機制，它使用了SCCP的面向無連接業(yè)務。SSP(傳統(tǒng)電話交換網(wǎng))及SCP（智能網(wǎng)）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(jié)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(wǎng)IVR、ACC（記賬卡）等業(yè)務的業(yè)務邏輯構(gòu)建，智能網(wǎng)和交換網(wǎng)要交換一些信息來完成一個業(yè)務流程，這些信息流程的不同，就形成了不同的智能網(wǎng)業(yè)務。實際上這些信息的集合就是INAP的內(nèi)容。

1.2 智能網(wǎng)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(wǎng)的七號信令模型中，整個智能業(yè)務的業(yè)務功能以及業(yè)務邏輯由INAP層定義以及構(gòu)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(jù)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(shù)據(jù)封包到指定的SSP或者SCP。

1.2.2冗余備份設計介紹

根據(jù)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(fā)現(xiàn)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(wǎng)絡，并由2條直連的心跳線構(gòu)成。由軟件實現(xiàn)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(tài)的監(jiān)控工作。信令板卡為七號信令系統(tǒng)的核心，它負責整個七號信令系統(tǒng)數(shù)據(jù)包的傳送、數(shù)據(jù)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(gòu)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(fā)，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(zhuǎn)化成4個slot（時隙），根據(jù)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(wǎng)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(jié)點發(fā)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(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)封包，并送至信令服務器，信令服務器將數(shù)據(jù)封包進行解封處理，之后將INAP消息送至SCP的業(yè)務處理機，SCP的業(yè)務處理機根據(jù)送上來的不同類型的INAP消息進行業(yè)務的鑒權(quán)或業(yè)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(yè)務的交互。

1.3 智能網(wǎng)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(wǎng)七號信令的鏈路分配設計機制

智能網(wǎng)SCP與交換網(wǎng)SSP的連接采用準直連的方式，消息的交互通過STP點轉(zhuǎn)發(fā)，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(fā)出的消息包通過LSTP負責轉(zhuǎn)發(fā)給SSP， SCP共開放2的n次方條到LSTP的鏈路，LSTP根據(jù)不同的地域劃分，為保證鏈路的冗余性，每地區(qū)配置2個LSTP。每個地區(qū)根據(jù)期初業(yè)務量的大小來規(guī)劃和確定分配的鏈路數(shù)量。為保障鏈路的負荷壓力平均，對應某一地區(qū)的2個LSTP點配置的鏈路數(shù)應當一致。

1.3.2鏈路擁塞（冗余機制）設計機制對比

傳統(tǒng)的智能網(wǎng)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(qū)（每地區(qū)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(tǒng)的擁塞設計機制的改進為：地區(qū)LSTP與SCP間的E1鏈路出現(xiàn)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(xiàn)物理損壞不會影響整個地區(qū)的業(yè)務消息傳輸,避免了鏈路雪崩效應，本次的鏈路設計較傳統(tǒng)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(tǒng)的直連方式，一旦出現(xiàn)1個LSTP的E1鏈路物理故障，會導致整個LSTP與智能網(wǎng)的通信鏈路斷開，繼而該地市所有的業(yè)務壓力全部轉(zhuǎn)向另外一個LSTP點，如果該地區(qū)目前處于呼叫高峰期，另1個LSTP點需要承受平時2倍的業(yè)務呼叫壓力，一旦惡性呼叫持續(xù)增加（惡性呼叫：由于E1故障，用戶無法正常使用智能業(yè)務，從而更多的進行呼叫嘗試），剩余的1個LSTP通信將可能產(chǎn)生劣化，最終導致鏈路的雪崩。

2 基于光纖網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)庫服務

智能網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫服務部分，即SDF功能，由三部分系統(tǒng)構(gòu)建：（1）提供數(shù)據(jù)庫服務的軟件系統(tǒng)，安裝在2臺獨立的計算機服務器上，為保證數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫服務的切換）。（2）采用SAN（Storage Area Network）網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)庫磁陣硬件系統(tǒng)（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(wǎng)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(wǎng)絡）。（3）磁陣管理系統(tǒng)，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(shù)據(jù)庫服務

2.1.1 SDF功能介紹

SDF負責對業(yè)務邏輯中涉及的數(shù)據(jù)的存儲、管理和接入。SDF能夠處理SMF發(fā)來的命令，同時也能處理SCF發(fā)來的請求。SCF和SDF之間采用TCP/IP網(wǎng)絡通訊，SCF啟動時會建立數(shù)據(jù)庫（SDF）的session連接，之后保持連接，一旦SCF上智能業(yè)務發(fā)生調(diào)用，業(yè)務執(zhí)行產(chǎn)生的SQL語句會通過連接的session送到SDF數(shù)據(jù)庫上執(zhí)行，并根據(jù)SDF的返回結(jié)果進行業(yè)務的下一步執(zhí)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(guān)系數(shù)據(jù)庫，1臺為主用數(shù)據(jù)庫，1臺為備用數(shù)據(jù)庫，通過cluster軟件管理，保證2臺服務器的數(shù)據(jù)庫實例在發(fā)生故障時（主用服務器宕機、數(shù)據(jù)庫異常等情況）無縫切換，保障用戶數(shù)據(jù)不因為軟件故障而產(chǎn)生錯誤。

2.1.2 SCF與SDF關(guān)系

為說明數(shù)據(jù)庫的服務提供方式，以下介紹SCF和SDF之間的關(guān)系，以及SCF管理SDF的方式：

整套智能網(wǎng)系統(tǒng)共有可配置個數(shù)的SCF（服務控制單元）應用可以運行業(yè)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(shù)據(jù)庫操作的繁忙度，可以這么理解：一旦一個正在處理業(yè)務的自動機需要執(zhí)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(shù)據(jù)庫的并發(fā)情況，如果并發(fā)數(shù)達到設計容量要求，一旦再有新的線程發(fā)起，sql操作將不再執(zhí)行。此外，通過圖形管理界面可以看到SCF應用還擁有管理業(yè)務分發(fā)均衡的manager進程，該進程的作用為：根據(jù)配置的SCF序列，將SAF送來的呼叫數(shù)據(jù)順序平均地分發(fā)給SCF處理，這樣保證每個SCF的處理線程基本數(shù)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(tǒng)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(shù)據(jù)同步、話單傳送進程，當智能網(wǎng)的話單存放在SMF節(jié)點（管理節(jié)點）的時候有效，業(yè)務執(zhí)行的話單sql將由SCF通過SYNC進程送給SMF節(jié)點。最后，也是最重要的是SCF應用的ININIT進程，該進程用于監(jiān)控SYNC和MANAGER進程，在這2個發(fā)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(wǎng)絡的數(shù)據(jù)庫磁陣硬件系統(tǒng)

采用SAN網(wǎng)絡的硬件結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)或是數(shù)據(jù)庫操作系統(tǒng)的定期歸檔備份，openview則是HP提供的一款用于管理SAN磁陣網(wǎng)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(shù)據(jù)庫服務器，也就是上節(jié)文章中提及的安裝了大型關(guān)系數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(wǎng)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(shù)據(jù)交換機，用于2臺數(shù)據(jù)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(wǎng)絡的智能網(wǎng)數(shù)據(jù)庫（SDF）冗余架構(gòu)以及與傳統(tǒng)智能網(wǎng)的比較

本次智能網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的冗余設計與傳統(tǒng)的冗余設計方式差異不大，但硬件組成采用SAN網(wǎng)絡，與傳統(tǒng)的SCSI架構(gòu)有明顯差異。

本次設計的智能網(wǎng)數(shù)據(jù)庫硬件部分采用數(shù)據(jù)庫應用與磁陣管理分離的模式，與傳統(tǒng)的智能網(wǎng)構(gòu)建相同。數(shù)據(jù)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(fā)生數(shù)據(jù)庫應用服務的異常，cluster就會將數(shù)據(jù)庫應用服務切換到備機啟動，保證數(shù)據(jù)庫的運行不中斷。磁陣管理模式與傳統(tǒng)智能網(wǎng)構(gòu)建則不同，本次設計采用光纖網(wǎng)絡替代了傳統(tǒng)的SCSI連接方式。每臺數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(wǎng)絡磁陣。

傳統(tǒng)的智能網(wǎng)只是采用SCSI將2臺數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫服務器的資源，又無法定制磁盤的管理。采用光纖的網(wǎng)絡，傳輸速率大大高于采用SCSI線的傳輸方式，大大提高了數(shù)據(jù)庫的讀寫速度，提升了數(shù)據(jù)庫語句的執(zhí)行效率。

3 展望

3.1 智能網(wǎng)七號信令的總結(jié)與未來展望

智能網(wǎng)七號信令系統(tǒng)的鏈路分配遵循業(yè)務的發(fā)展情況，根據(jù)業(yè)務的模型和鏈路負荷的計算公式，得出對應地區(qū)SSP所需的鏈路數(shù)量。七號信令系統(tǒng)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(yè)務忙時的消息疏通；七號信令系統(tǒng)采用雙信令處理主機，主機之間采用程序監(jiān)控雙機心跳消息包，雙機的七號信令系統(tǒng)消息處理應用程序完全互備，來確保業(yè)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(wǎng)通信方式的主流，經(jīng)過幾年的發(fā)展，目前新的采用IP方式（IP-siptran）來封裝7號信令的（INAP）消息協(xié)議的傳輸模式已經(jīng)悄然崛起。有理由相信，在經(jīng)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?zhèn)鹘y(tǒng)的2兆鏈路（E1）的通信傳輸方式。

3.2 光纖網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)庫架構(gòu)未來展望

本次介紹的光纖網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫架構(gòu)為現(xiàn)階段主流的數(shù)據(jù)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(tǒng)的不斷完善，光纖網(wǎng)絡的技術(shù)已經(jīng)逐步成熟。而在不遠的將來，隨著光纖的技術(shù)不斷進步，更高的傳輸速率，更遠的傳輸距離，可以讓數(shù)據(jù)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(wǎng)絡，將數(shù)據(jù)的變化實時備份到異地的存儲介質(zhì)，大大保證用戶的數(shù)據(jù)安全性，也增加了數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)調(diào)用的靈活性。

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