ATM用戶網絡接口信令協議（Q.2931）技術原理

2019-11-03 10:12:03

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ATM用戶網絡接口信令協議（Q.2931）技術原理（張西剛）摘要：本文論述了ATM用戶網絡接口信令協議Q.2931的基本組成部分及其功能，并詳細描述了利用Q.2931協議實現在用戶網絡接口上建立、維持和釋放網絡連接的過程。關鍵詞：協議用戶網絡接口消息1引言當今世界已跨入信息時代，一方面，整個社會的運行（包括科技、經濟、環保、生活方式等）受信息的影響明顯增大；另一方面，整個社會的信息量正以20萬倍于人口增長的速率超速膨脹。正是由于如此多的人以及人們生活如此多的方面都受到信息技術的深刻影響，通信技術對我們來說至關重要。如今人們對通信技術的新要求，就是在現有通信網的基礎上實現通信的數字化、綜合化、寬帶化、智能化、個人化，使人們所需的語音、文本、圖形、圖像等多媒體信息能在同一網上進行自由的傳輸且所付出的代價在人們的承受范圍內。正是在這種背景下，B－ISDN應運而生。 B－ISDN（Broadhand Integrated Services Digital Network）寬帶綜合業務數字網，它所采用的傳輸技術有多種，像FR（幀中繼）、ATM（異步轉移模式）等。ATM被CCITT（現為ITU－T）于1990年1月在日內瓦會議上確定為B－ISDN的最終轉移模式。ATM之所以能被選中，是由于ATM網是通過單一的傳輸媒體、傳輸語音、數據、視頻和圖像的能力是時分多路復用（TDM－Time Division Multiplex）和分組交換網（PSN）無法比擬的，并且它還具有低成本、高寬帶和高服務質量保證等優點，是對傳統交換方式的革命。隨著ATM技術的提出，它內部各環節的規范也相繼出臺，本文所談到的Q.2931便是ITU－T的SG11組在1995年2月7日所提出的，且被WTSC（the World Telecommunication Standardization Conference）通過為二號數字用戶信令（DSS2）用戶網絡接口（UNI）的第三層規范，它是以N－ISDN用戶網絡接（UNI）DSS1協議Q.931為基礎的。2 Q.2931及其功能2.1Q.2931協議它定義在用戶網絡接口上建立、維持和釋放網絡連接的過程及在此過程中所使用的各種消息。它是在N－ISDN用戶網絡接口DSS1協議Q.931基礎上發展起來的，并根據 B－ISDN業務的特點，對Q.931進行了補充和改進。值得說明的是，在Q.2931引入了虛通道連接標識（Virtual Path Connection Identifier，簡稱VPCI）這個量，它與VPI（Virtual Path Identifier）的區別是VPCI標識的是一個虛通道連接，而VPI標識的是一個虛通道鏈路。引入它的原因是由于在B－ISDN中，用戶可能通過VP／VC交叉連接網絡與局域交換相連接，VP交叉連接是通過管理面來控制的，而不是通過信令來控制的，一個信令端點只知道它自己的VPI，而不知道其它信令端點的VPI，因此，需要在用戶和局域交換之間引入一個唯一的VPCI。2.2用戶網絡接口處信令協議的體系結構用戶網絡接口處體系結構與B－ISDN 協議參考模型相對應。不管是信令還是用戶信息，都按信元格式在物理層幀結構中傳輸。其中 SAAL（SignallingATM Adapter Layer）是信令ATM適配層，主要是對各種信令消息進行適配，處理成信元格式。位于SAAL上面的高層正是Q.293，它定義了用戶網絡接口上建立、維持和釋放網絡連接的過程。Q.2931與對等層間的通信是通過消息來實現的，而它與本地的上、下層之間的通信通過原語來完成。由于Q.2931僅僅支持點對點信令方式，至于點對多點的信令方式要使用Q.2971協議。這里所談到的信令在控制面之間傳遞，而ATM用戶信息是在用戶面之間傳遞。在點對點信令方式中，用戶側只存在唯一的信令端點，信令端點通過一條永久建立的信令虛通路（SVC）來連接，利用這個SVC（VCI=5）可以為用戶提供建立呼叫，釋放呼叫功能。2.3 Q.2931功能 Q.2931層，它定義了在UNI上建立、維持和釋放網絡連接的過程。Q.2931又稱為二號數字用戶信令協議（DSS2）。 Q.2931的基本功能如下：（1）支持實時的SVC連接；（2）支持點對點的SVC連接；（3）支持對稱和非對稱的寬帶連接；（4）支持單連接呼叫；（5）支持基本信令功能；（6）支持A類、C類和X類業務； A類業務：面向連接，恒定比特率且有端到端定時要求； C類業務：面向連接，可變比特率但沒有端到端定時要求； X類業務：面向連接ATM傳輸業務，其中的業務類型和定時要求均由用戶自定義。（7）支持VPI／VCI的協商；（8）所有的信令消息在指定的帶外通路上傳輸；每個VPCI中的VCI=5被保留給點對點信令使用。在這里元信令及廣播信令虛通路不支持。（9）支持差錯恢復；（10）用公共UNI尋址方式唯一標識ATM的端點；（11）支持端到瑞兼容性參數的識別；在每一個連接中，下列指定的端到瑞參數均要進行兼容性檢驗： Ⅰ．AAL類型（像1類型、3／4類型、5類型）； Ⅱ．協議服用的方法和AAL參數； Ⅲ．網絡層上的協議。（12）支持與N－ISDN信令互通和提供N－ISDN業務；（13）支持前向兼容性。3 Q.2931如何實現呼叫／連接過程3.1消息格式用戶網絡接口上的呼叫控制都是通過消息的傳遞來實現。Q.2931中每個消息的定義都包含下列內容： a．消息方向（用戶到網絡、網絡到用戶或雙向）； b．消息有效范圍（局部、接入、雙重或全局）； C．構成消息的信息單元。每條消息均由9B的公共信息單元和可變長度信息單元組成。 a．協議鑒別語（PRotocol Discriminator），它用于將用戶和網絡呼叫控制信息與本建議范圍內的其它消息相區別；也用于將本建議的消息與其它ITU標準及其它標準的OSI網絡層協議單元相區別。 b. 呼叫參考，標識本地用戶網絡接口上的呼叫； c.消息類型，標識正在發送的消息的功能； d.消息長度，標識消息內容的長度，它不包括“協議鑒別語”、“呼叫參考”、“稍息類型”及消息長度本身的八比特組； e可變長度信息單元，常見的可變長度的信息單元有：AAL參數，ATM業務流描述符，寬帶承載性能，被叫方號碼，生叫方號碼，連接標識，端到瑞傳送時延，業務質量參數，呼叫狀態，原因等。3.2呼叫控制消息中類及其作用 UNI兩側的信令實體通過消息來實現對SVC的控制。主要的呼叫控制信息如表1所示。

表1 Q.2931的主叫呼叫控制消息

過程	消息名稱	范圍	作用
呼叫建立	SETUP	Global	啟動呼叫建立過程,它體現網絡向用戶提供的業務能力
	CALL PROCEEDING	Local	向對端指示呼叫建立請求正在處理
	CONNECT	Global	向主叫指示被叫同意接受呼叫
	CONNECT ACKNOWLEDGE	Local	呼叫建立完成
呼叫清除	RELEASE	Global	指示發消息方已拆除VC,并將釋放VC和呼叫參考,要求收方拆除VC
呼叫清除	RELEASE COM	Local	指示發消息方已釋放VC和呼叫參考
與N-ISDN互通	INFORMATION	Global	為呼叫建立提供附加信息
與N-ISDN互通	PROGRESS	Local	在互通是用于指示呼叫的進展情況
其他	STATUS	Local	匯報差錯狀況或響應狀態請求消息
	STATUS ENQUIRY	Local	請求對端的狀態
	RESTART	Local	是指定的虛通路返回到空閑狀態下
	TESTART ACKNOWLEDGE	Local	向發送RESTART消息端表明,所指定的虛通路已返回到空閑狀態

33.呼叫／連接控制過程利用上面定義的各種信令消息的通信，就可以實現對呼叫/連接的控制。不過更安全，更方便的話，應加上定時器和呼叫／連接控制中的狀態量。定時器：為了避免一端發這一個消息后，陷入等待死循環而設署的。若不這樣，發送消息的那端就一直等待，并且網絡資源也一直被占用，從而會增大網絡的負荷，嚴重的情況下會導致系統崩潰。所以說應采取措施來制止此類事情發生；如采用定時器，發送消息端在發消息的問時就啟動相應的定時器。在定時器超時前，若收到相應的響應，便停止定時器。若在定時器超時，仍沒收到消息的響應，可進行重發消息和重啟定時器或釋放網絡資源，并返回到空態。狀態：針對主、被叫及網絡因受到不同消息而設置不同狀態，當收到一消息就有可能進行狀態轉移，從而推動整個呼叫／連接控制過程。對UNI用戶側而言，有以下幾種狀態： U0：零狀態；U1：呼叫起始；U3：呼出進程；U4：呼叫遞交； U6：呼叫呈現；U7：呼叫接收；U8：連接請求；U9：呼入進程； U10：運行；U2：重疊發送；U25：重疊接收；U11：釋放請求；U12：釋放指示。其中：U2、U25用于與互通相關的呼叫。有關網絡側狀態與次類同，在此不再贅述。3.3.1呼叫建立過程主叫用戶若有呼叫請求需要建立連接時，便由發端接口信令實體的用戶側發送一個建立消息SETUP請求建立連接，并啟動定時器T303，同時狀態遷移到U1態。若在定時器超時前仍沒收到網絡的任何響應，便重發SETUP消息和重啟定時器T303。若再超時，主叫便釋放這次呼叫請求，這時主叫用戶也由U1態變到U0態。用戶側發送的SETUP消息中包括ATM業務量描述符，寬帶承載能力，寬帶高低層信息，QOS參數，被叫用戶號碼和連接標識等信息單元。網絡側收到SETUP消息后，便進行信息單元檢查以判斷網絡資源能否滿足用戶的要求。若可以接受的話，則向被叫用戶所在的網絡接口轉發SETUP消息，同時向主叫用戶發送響應消息CALL PROCEEDING以指示呼叫正在處理，并進行相應的狀態轉換。若主叫用戶收到CALL PROCEEDING消息，便停止T303，并啟動T310定時器，等待被叫方的消息，同時狀態由U1轉到U3。若在T310超時時仍沒有收到任何消息，主叫便清除這次呼叫，其狀態遷移到U0。網絡在檢查資源可用后，便發送一個SETUP消息指示呼叫已到達該用戶網絡接口，同時啟動定時器T303，并進入相應的狀態。如果網絡在定時器第一次超時時未收到響應信息，則應重發SETUP消息和重啟定時器T303。若兩次超時，網絡便要清除掉這次呼叫。被叫用戶在收到SETUP消息后，便進行地址及兼容性檢查，若不兼容，便釋放次呼叫并向主叫發送RELEASE消息；若滿足的話，向網絡發送CALL PROCEEDING消息，其狀態由U0遷移到U6。在接收到一個被叫地址處的用戶已啟動用戶振鈴指示時，網絡應通過主叫地址的用戶網絡接日回送ALERTING消息，并進入相應的狀態，當用戶收到ALERTING消息時，用戶便開始內部振鈴指示，并停止T310，進入U4態，同時啟動T301定時器；當接收一個已經接受的呼叫指示時，網絡應通過UNI發送CONNECT消息給主叫并進入U10態。 CONNECT消息向主叫指示通過網絡的連接已經建立，并停止可能的本地振鈴指示，主叫用戶在接受到CONNECT消息時，應停止定時器，停止任何用戶產生振鈴指示，連接到用戶平面虛通路，發送CONNECT ACKNOWLEDGE消息給網絡已響應CONNECT消息，同時進入U10態。在此過程中，主叫，網絡和被叫之間有可能進行參數協商，像用戶峰值速率，傳輸時延，如果這些參數不能達到一致，本次呼叫將被清除；如果發送消息的格式。長度和信息單元發生錯誤，或者不符合一致性要求，都將清除呼叫并釋放連接。3.3.2呼叫釋放過程在正常的情況下，主、被叫雙方通信結束后，由用戶或網絡發送RELEASE消息來啟動呼叫清除。其中例外的是在響應SETUP消息時，用戶或網絡可以通過發送RELEASE COM－PLETE消息作為第一個響應消息來拒絕該呼叫／連接，釋放呼叫參考，并進入零狀態。 a．由用戶啟動清除正常情況下，用戶發送RELEASE消息，啟動定時器T308，拆除虛通路，并進入釋放請求狀態。當接收到RELEASE消息時，網絡應進入釋放請求狀態。該消息促使網絡拆除虛通路，并向遠端用戶啟動清除網絡連接的程序。一旦用于該呼叫的虛通路被拆除，網絡應向用戶發送RELEASE COMPLETE消息，釋放呼叫參考和虛通路，并進入零狀態。當定時器T308第一次超時，用戶應向網絡重新發送RE－LEASE消息，使用包含第一個RELEASE消息中的原因號碼，重新啟動定時器T308。若定時器T308第二次超時，用戶應把虛通路置于維護狀態，同時釋放呼叫參考，并返回零狀態。當接收到RELEASE COMPLETE消息時，用戶應停止定時器T308，同時釋放虛通路和呼叫參考，并進入零狀態。 b.由網絡啟動清除正常情況下，網絡發送RELEASE消息，啟動定時器T308，拆除虛通路，并進入釋放請求狀態。當接收到RELEASE消息時，用戶應進入釋放指示狀態。一旦用于該呼叫的虛通路被拆除，用戶應向網絡發送RE－LEASE COMPLETE消息，釋放呼叫參考和虛通路，并返回零狀態。當接收到RELEASE COMPLETE消息，網絡應停止走時器T308，同時釋放呼叫參考和虛通路，并進入零狀態。若定時器T308超時，其處理辦法與由用戶啟動清除處理一樣。3.3.3重新啟動重新啟動程序用于將虛通道中的一個或所有虛通路，或被信令虛通路控制的所有虛通路返回到空閑狀態。當接口一端不響應另一側的呼叫控制消息時或者產生故障時，通常調用此程序，也可能用于局部故障，維護操作或誤操作而調用該程序。若在呼叫／連接過程中，想知道對方的狀態可發送STA－TUS ENQUIRY消息來請求，對方在接收到此消息后，會返回STATUS消息，在其中攜帶它的狀態。3.3.4正常的呼叫／連接控制的處理過程用戶網絡接口信令為一次呼叫請求建立相應的SVC連接。主叫方首先向網絡發送建立消息，網絡接收到后判斷能否滿足這次請求，如果能夠就向被叫方發送建立消息，并向生叫用戶回送呼叫過程消息；被叫方收到建立消息后進行一致性檢驗處理，確定能接受后便向網絡發送報鈴消息，網絡收到后再向主叫用戶轉發振鈴消息。當網絡收到被叫方發出的連接消息后就建立起網絡中呼叫所使用的連接消息，主叫方收到連接消息后便建立了相應的VC連接，再向網絡回送連接證實消息、這樣主、被叫之間端與端的連接就建立起來。一旦通信結束，主叫發出釋放消息給網絡，同時拆除虛通路；此時網絡在接受到釋放消息后，立刻進行虛通路拆除，向用戶發送釋放完畢消息，并釋放呼叫參考和虛通路；而被叫用戶接收到網絡發來的釋放完畢消息后，便釋放虛通路和呼叫參考。整個通信過程結束。4結束語通過上述過程，Q.2931便完成通信雙方的連接建立超持和釋放的全過程。值得說明的是Q.2931僅僅支持點對點的連接的控制過程，至于點對多點和廣播方式還得請讀者參考有關Q.2971建議的書籍。點對點信令方式及點對多點的信令方式的訪問配置問題請參閱ITU－T的Q.2010建議。

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