IP电信网中的业务体系结构

1 引言

　　上世纪末，在以Web为标志的IP技术的推动下，电信网经历了有史以来最深刻的变革，IP电信网已无可争议地成为通信网演进的主导方向。各国投入大量的资金，建设面向下一代网络的基础设施，全球电信业规模高速增长。但是，由于种种因素的制约，巨额的投入远未获得预期的收益，致使西方发达国家电信业本世纪出现严重的萎缩。其中一个重要的原因，就是新型网络缺乏符合用户需要，具有市场效益的新型业务。因此，目前工业界和学术界都十分重视网络业务的开发和部署，其技术关键就是要有一个适应IP网络环境和应用特点的业务体系结构。

　　IP电信网业务体系结构有3个基本要求：

　　(1)开放性

　　业务的定义、生成和部署独立于下层网络，具有跨网络平台的可移植性，可由独立于网络运营商的第3方开发和提供，易于用户按照自己的要求定制个性化业务。

　　(2)分布性

　　业务控制将由传统电信网的集中式控制模式转换为分布式控制模式，支持业务控制功能和网络控制功能交互的位置透明性。

　　(3)融合性

　　应能灵活提供综合多种网络能力的融合业务，特别是话音/数据融合业务将是IP电信网业务的重点。

　　实现上述要求后，将使网络运营商节省大量的业务开发和维护投资，有效地提升网络价值；将使第3方业务开发商和运营商获得全新的市场空间和公平的竞争环境，具有快速推出新业务的能力；同时将使用户充分享用下一代网络的个性化信息服务。

　　围绕上述目标，电信界和计算机界经过多年的努力，逐步形成了以面向对象的API(应用编程接口)技术为核心的跨网络的融合业务体系结构。

　　2 基于API的开放式业务结构[1]

　　90年代初，电信界成功地推出了快速提供增值业务的智能网体系结构，其核心就是将业务功能从交换机中剥离，实现业务控制和呼叫控制的分离。当电信网向IP方向演进时，首先想到的就是将智能网的控制结构延伸到IP网络。由于电路交换网和IP分组网的差异仅在于底层传送机制的不同，对于应用层来说，两者实现同一业务时的业务逻辑应该是相同的，因此可以用同样的SCP(业务控制点)和同样的INAP(智能网应用部分)协议进行控制。具体来说，可以单独设置IP SCP或者共享原有智能网的SCP，后者要求INAP协议在IP网络中透明传送，为此设立了信令网关。此外，由于智能网业务是基于SSP(业务交换点)的有限状态机触发的，而IP网络并不保留状态信息，因此在IP电信网的软交换机、网关控制器以及H.323网守中都引入了呼叫状态机，以支持智能网业务控制结构。

　　上述演进方式固然简单，但是带有电路交换网固有的先天不足。首先，其最大的问题是，由于7号信令的专用性和INAP的复杂性，智能网仍然是一个封闭式网络，分离的SCP仍然属于网络运营商管辖，因此，用户只能在网络运营商提供的业务范围之内选择自己所需的业务；其次，智能网触发机制基于传统呼叫模型，因此只适合于电路/会话连接型业务，并不能支持IP网络环境下的融合业务；另外，虽然智能网采用SIB(业务独立构件)重用技术实现业务的快速创建，但是SIB本身并不是面向对象的，难以实现分布式控制和有效的软件重用。于是，人们进一步提出了基于DOT(分布对象技术)和API的开放式业务体系结构。众所周知，DOT采用抽象对象模型定义可重用的基本构件，通过DPE(分布式处理环境)远程对象调用机制实现分布网络计算，其自成体系的对象封装、统一的接口定义和公共的系统服务提供了对象位置的透明性，屏蔽了底层网络的实现细节，使得电信网的功能和资源以规格化的对象形式开放给业务层使用，业务层设计无需知道下面复杂的网络控制协议。这样，使业务层完全独立于网络层和呼叫/会话层，成为单纯的计算机软件控制平台。当然，为了确保不同设计者开发的业务逻辑在不同网络和运营域的互操作性，上述抽象对象模型必须统一定义，这就是标准化的API。目前，为信息业界广为采用的就是由Parlay集团定义的Parlay API，典型的DPE技术包括CORBA(公共对象请求代理结构)、DCOM(分布组件对象模型)和RMI(远程方法调用)。

图1 业务体系结构的演进

　　图1通过比较的方式示出上述业务结构的特点。图1(a)为传统智能网结构。其中，SSP和SCP之间的C接口属于网络内部接口，两者均为网络提供商的设备。端用户只有一个唯一和网络提供商的接口??B接口，因此只能在网络提供商指定的业务范围内选择其业务。图1(b)为基于API分布式业务结构。其中，接口C是开放式接口，接口上方的业务层归属独立于网络提供商的第3方业务提供商，其位置一般在网络边缘，顺从网络智能外移的演进趋势。端用户除了和网络提供商的接口外，还有与业务提供商的接口??A接口，通过此接口用户可定制或修改业务，业务提供商可以快速提供用户所需的个性化业务。

　　3 软交换网络的Parlay业务结构[2]

　　作为下一代交换网络发展方向的软交换网络采用Parlay API构造其业务体系结构，如图2所示。

　　其中，由业务运营商提供的第3方业务平台装载各种业务逻辑，与数据库配合完成对业务的控制，相当于分布式的SCP。应用服务器平台装载各种业务能力服务器，每一种服务器对应一类Parlay API。例如，图中CC负责呼叫的建立、选路、监视和释放，这里的呼叫可以是普通呼叫、会议呼叫或者多媒体形式的呼叫；UI负责用户交互，相当于传统智能网中的智能外设；GM负责各类媒体信息的处理。业务逻辑通过内嵌的Parlay API函数调用应用服务器中相应的业务能力，后者再指令下层网络的控制实体，完成所需的网络动作。例如，CC将通过和SSW(软交换机)的交互完成呼叫连接建立或释放，UI和GM可通过控制软交换网络中的MS(媒体服务器)完成所需的功能。业务能力的定义独立于下层网络，当该业务能力要求由某类网络完成时，应用服务器就将该业务能力指令映射为相应的网络接口协议，例如SIP协议或H.323协议。通过这样的机制，复杂的下层网络协议将对第3方业务提供者完全屏蔽，业务开发者只要组合调用API函数，就可以灵活地构造各种跨不同网络平台的增值业务，每一种业务可能会用到多个API业务能力。

　　从Parlay API的角度看，第3方业务提供平台为API的客户端，应用服务器是API的服务器端。从下层网络的角度看，应用服务器平台将Parlay API指令映射为对应的网络协议，因此又称其为Parlay网关，该网关设备通常由网络运营商提供。为了支持分布式业务提供环境，第3方业务提供平台和应用服务器平台之间一般通过CORBA中间件通信。

　　Parlay框架接口负责对第3方业务运营商的认证和鉴权，根据业务接口的要求搜索和选择相应的基本业务能力，同时还提供负载管理、故障管理、操作维护管理以及业务预定等功能，以确保第3方开发的业务有控制地、安全而可靠地在各类网络平台中运用。框架接口还有一项重要的功能，就是允许应用服务器平台接入第3方提供的基本业务能力。考虑到API和底层网络标准可能的更新，框架接口提供了业务注册API，第3方开发的增补业务功能可以通过该 API加入，从而使应用服务器平台具有良好的可扩展性。

　　原则上说，Parlay API可以通过应用服务器平台与任何下层网络交互，也就是说，业务层可经由统一的中间平台控制各类网络，包括各种传统电信交换网(GSTN)。例如在图2中，软交换网络也可通过此统一的结构和智能网互通，其过程是：软交换机满足触发条件后，经应用服务器平台向第3方业务逻辑发送业务请求，业务逻辑再通过API命令应用服务器向智能网SCP发出请求。此时，应用服务器平台是一个完全的Parlay网关，有些厂商的确就是这样设计应用服务器平台的。另一种和智能网交互的方法是，软交换机触发后，直接经由信令网关向SCP发出业务请求，不需要通过应用服务器中介控制。这种方法在Parlay API部署之前已经标准化，因此许多厂商仍然采用这种机制实现软交换网络和传统电信网的业务互通。

图2 软交换网络的业务体系结构

　　在上述体系结构中，按照业务实现的不同方式，可将软交换网络中的业务划分为4类：

　　(1)基本业务

　　即最基本的呼叫/会话连接控制业务，由软交换机自身完成。它是最简单的业务，也是其他业务的基础。

　　(2)补充业务

　　指的是原来GSTN中已定义的附加业务，如呼叫前转、呼叫等待、呼叫筛选、定时唤醒等，这些业务同样也要向IP终端用户提供。其实现同样只需要用到软交换机自身的功能，但是需内置数据库设定用户业务特性和权限。

　　(3)智能网业务

　　指的是借助传统智能网向软交换网络用户提供的增值业务。如前所述，这类业务一般要求软交换机通过信令网关和智能网的SCP交互。信令网关完成底层传送协议的适配转换，INAP协议消息在软交换机和SCP之间透明传送。

　　(4)开放式业务

　　指的是通过Parlay API开放式业务结构，由第3方提供的增值业务。它充分体现了软交换网络的潜在价值。目前市场十分感兴趣的就是涉及话音通信和Internet的网络融合业务。

　　4 3G网络的OSA/Parlay业务结构[3]

　　和第2代移动通信网络(2G)相比，3G核心网络的特点是引入了分组交换，相应地在业务上支持Internet、VoIP(IP话音)和IP多媒体业务。3GPP标准中的核心网分为电路交换(CS)和分组交换(PS)两部分。CS域的网元及接口和GSM核心网几乎相同，仍基于传统的TDM(时分复用)技术，但引入媒体网关功能(MGF)，以支持VoIP或VoATM。PS域基于TCP/IP协议，其基本网元为支持分组交换的SGSN(GPRS服务支持节点)和支持与其他分组网络互通的GGSN(GPRS网关支持节点)。两个域共用用户归属服务器(HSS)。

　　为了向移动用户有效地提供基于IP技术的综合业务，3GPP核心网专门定义了一个IP多媒体子系统(IMS)，见图3中方框内，它包含了3G网络的业务体系结构。

图3 3G网络的业务体系结构

　　IMS采用SIP作为基础协议。其中，CSCF称为呼叫/会话控制功能，是网络控制的核心网元。在3G网络中定义了3类CSCF：作为移动用户接入IMS的SIP代理服务器??P-CSCF、运营域的入口SIP代理服务器??I-CSCF以及实际处理具体呼叫/会话的S-CSCF，后者的主要功能包括地址解析、呼叫/会话控制和增值业务触发，其地位相当于软交换机。HSS存放用户信息、业务信息、本域S-CSCF位置信息以及其他一些重要的原始信息。媒体网关功能(MGF)和媒体网关控制功能(MGCF)的作用和CS域中的对应网元一样，也是提供RTP流和PCM流的适配变换，支持IMS和GSTN的互通。媒体资源功能(MRF)和媒体资源控制功能(MRCF)的地位则相当于软交换网络中的媒体服务器(MS)，提供会话中的媒体流处理功能。其他网元与S-CSCF一起构成3G网络的业务体系结构。与软交换网络类似，按照实现方式的不同，也可以将3G支持的业务分为4类：

　　(1)基本业务

　　就是最基本的呼叫/会话连接控制业务，由S-CSCF直接处理，无需其他服务器介入。SIP控制消息经由P-CSCF和/或I-CSCF终接至S-CSCF。

　　(2)传统移动智能网业务

　　即CAMEL(客户化应用移动增强逻辑)业务。此时，S-CSCF将业务请求发往IM-SSF，然后由CSE(CAMEL业务环境)控制业务的执行。IM-SSF和CSE之间的接口协议为CAP(CAMEL用户部分)。

　　(3)网络运营商提供的增值业务

　　此时，S-CSCF将业务请求发往SIP应用服务器，该服务器可以在原籍网络，也可以在访问网络中，其中装载有业务控制逻辑，同时还包括处理多种业务交互的功能模块。

　　(4)第3方提供的增值业务

　　此时，S-CSCF将业务请求送往开放式业务结构(OSA)业务能力服务器(SCS)，再由后者送交远端的OSA应用服务器控制处理。两者之间的OSA API也采用Parlay。前者相当于软交换网络中的Parlay网关，后者相当于Parlay客户端。正因为如此，3GPP称其为OSA/Parlay业务体系结构。

　　S-CSCF收到SIP消息，经分析并查询HSS后，确定是否应触发至应用服务器的请求，并由HSS告之应送往哪一个应用服务器。S-CSCF和HSS之间的接口称为Cx，是3GPP定义的专用接口。S-CSCF至IM-SSF、SIP应用服务器和OSA SCS之间的接口相同，都采用SIP协议，称为ISC(IMS业务控制)接口。各业务服务器至HSS的接口称为Sh，主要用于检索业务数据和用户文档。

　　由于业务体系结构上的一致性，目前Parlay集团、3GPP和ETSI(欧洲电信标准化协会)三大组织已经联手制订标准，下一版本的Parlar4.0和ETSI API以及3GPP OSA将要统一。

　　5 智能终端业务环境

　　上述业务结构的开放式接口都位于网络单元之间，业务触发源于网络控制单元或应用服务器本身。随着通信终端智能化程度的提高以及个性化业务需求的增长，有必要在终端和应用服务器之间直接开设业务接口，使用户可以自由地按需调用业务。这样，通信终端的功能将大为丰富，对于移动手机而言，犹如一台可以随意移动的联网的掌上计算机。正是基于这样的考虑，3GPP定义了移动台执行环境(MExE)标准[4]，具有该标准规定能力的手机可以直接向网络运营商或第3方提供的MExE服务器发起业务请求，享用除一般通话以外的各种增值业务，特别是各类Internet业务。

　　MExE业务接入有以下4种典型的方式：

　　(1)手机发出请求，业务在远端MExE服务器上配备和执行，服务器可向终端发送业务相关内容信息。

　　(2)业务仍然在远端服务器上配备和执行，但是手机可以请求将操作该业务的程序下载到终端，供用户在手机上使用。例如下载Web浏览程序浏览网页，下载Email程序收发电子邮件，下载播放程序收听音乐等。

　　(3)业务本身将从服务器下载到终端，用户安装、配置和激活后，将直接在手机上运行，不再依赖于远端服务器。例如电子游戏。

　　(4)MExE手机和另一MExE手机相互间直接提供、接收或进行交互业务，此类业务也无需远端服务器介入。例如手机之间进行交互式游戏 、共享某些信息等图4表示MExE业务环境的一般结构。其中，远端业务服务器可以位于CS域、PS域、IMS域或Internet中，MExE终端可通过固定、移动、无绳以及蓝牙等任何适合的网络协议接入，由此请求基于话音、数据和多媒体的各种增值业务。

图4 MexE业务环境一般结构

　　MExE包含一些关于网络控制、QoS、Java应用等的API，利用这些API可以方便地开发MExE执行程序。为了便于标准化，3GPP还定义了4类MExE移动台，对每一类规定了最低限度要求。

　　除此以外，3GPP还制订了用户识别模块(SIM)卡上的业务应用接口，称之为USAT/SAT[5]，即UMTS或GSM手机SIM卡上的应用工具。开发者基于已定义的SIM卡API 编写工具程序，利用这些工具就能自动向手机发送指令，进行相应的操作。

　　6 结束语

　　基于ODT和API的开放式结构已被业界接受为下一代IP电信网业务体系架构的基础，特别是 Parlay API受到了广泛重视和应用。然而，Parlay本身还需要完善，尚需解决业务创建和业务合理部署的问题，特别是要确保良好的可扩展性和合理的响应速度，另外对于日益复杂的家庭网络的业务结构及其广域接入也必须高度重视，以实现端到端的全程业务提供。所有这些问题都必须深入研究解决，才能真正建立大规模运行网络上的业务体系结构。

　　参考文献：

　　[1] Menelaos K. Parlay-based Service Engineering in a Converged Internet-PSTN Environment [J]. Computer Networks, 2001, 35(1): 565?578.
　　[2] 糜正琨. 开放式业务结构和API技术[J]. 中兴通讯技术, 2002, 8(s0): 33?36.
　　[3] 3GPP TS23.228 V5.6.0. IP Multimedia Subsystem (IMS): Stage 2 [S].
　　[4] 3GPP TS22.057 V5.4.0. Mobile Execution Environment Service Description: Stage 1 [S].
　　[5] 3GPP TS22.038 V5.2.0. USIM/SIM Application Toolkit (USAT/SAT) Service Description: Stage 1 [S].

[摘要] 文章首先阐述了下一代IP电信网业务结构的基本要求，然后通过和传统智能网的比较，分析了基于API的开放式业务结构的技术特点，接着详细介绍了软交换网络的业务体系结构和3G网络的OSA/Parlay业务结构，最后简要说明了智能终端的业务接口并指出了其进一步的研究课题。

[关键词] IP电信网；业务体系结构；应用编程接口；分布对象技术

[Abstract] Following a statement of the fundamental requirements of service architecture of the next generation IP telecom network, an analysis is given to the technical features of API-based service architecture through a comparison with traditional IN. Detailed introduction is then devoted to the service architecture of softswitch networks and OSA/Parlay service architecture of 3G networks. Finally a brief description is directed to the service interface of intelligent terminals and some further study issues are pointed out.

[Keywords] IP telecom network; Service architecture; Application programming interface; Distributed object technology