SIP和ISUP協(xié)議互通的研究
凌 穎, 鈕穎彬, 李 青
（中國電信集團上海研究與開(kāi)發(fā)中心, 上海 200122）
摘 要：本文是基于軟交換（SoftSwitch）技術(shù)的發(fā)展而提出的，從網(wǎng)絡(luò )融合的角度分析了SIP和ISUP互通單元（IWU,即Interworking Unit ）的結構模型，著(zhù)重介紹了IWU上實(shí)現SIP和ISUP互通的原則和機制，為實(shí)現PSTN向軟交換網(wǎng)絡(luò )的平滑過(guò)渡提供了可行的解決方案。
關(guān)鍵詞：軟交換；SIP;ISUP;IWU
Research on Interworking between SIP and ISUP Protocol
LING Ying，NIU Ying-bin，LI Qing
（Shanghai Research and Development Center of China Telecom Group，Shanghai 200122,China）
Abstract: Based on the rapid development of technology on softswitch, the interworking unit architecture model about SIP and ISUP protocol are analysed from the point of view of the integrating network. The principle of realization Interworking Unit(IWU) and its mechanism are explained which provides an effective solution for the PSTN network to evolve into softswitch network smoothly.
Keywords: Soft switch; SIP; ISUP; IWU
一、前言
隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步和用戶(hù)要求的不斷提高，能夠提供高質(zhì)量語(yǔ)音、數據和視頻等多媒體業(yè)務(wù)的軟交換網(wǎng)絡(luò )體系結構正逐步成為電信網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的熱點(diǎn)。但從目前來(lái)看，尤其是對于中國市場(chǎng)，原有電話(huà)網(wǎng)的發(fā)展還有很大潛力，還有很多用戶(hù)可以挖掘，因此電路交換技術(shù)還將繼續得到應用和發(fā)展，電信運營(yíng)商也將極力保護現有電話(huà)網(wǎng)絡(luò )的投資，并希望技術(shù)能夠平滑過(guò)渡，從而將會(huì )呈現出不同技術(shù)長(cháng)期并存的局面，所以對新舊兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )融合互通問(wèn)題的研究具有現實(shí)性、迫切性。
SIP協(xié)議是目前VoIP領(lǐng)域中主流控制協(xié)議之一，它以其簡(jiǎn)單、高效、易于擴充等優(yōu)勢展現出強大的生命力；ISUP是NO.7信令系統的用戶(hù)部分中的一種，它為支持ISDN中話(huà)音和非話(huà)音用途的基本承載業(yè)務(wù)和補充業(yè)務(wù)提供所需的信號功能，是在電話(huà)用戶(hù)部分（TUP）的基礎上擴展而成的，屬于交換機之間的控制信令。我們對ISUP與SIP協(xié)議互通的研究對于軟交換技術(shù)的實(shí)際應用具有重要的價(jià)值。
二、IWU在網(wǎng)絡(luò )中的位置
本節定義了ISUP協(xié)議與SIP/SDP協(xié)議之間互通單元（IWU，即Interworking Unit）上的結構模型，并詳細介紹了IWU的實(shí)現機制。圖1指出了IWU在網(wǎng)絡(luò )中的具體位置。
IWU是一個(gè)能夠完成兩種協(xié)議之間融合互通的功能模塊，它可以獨立設置，也可與ISUP交換機合設。為了描述方便起見(jiàn)，我們將IWU從對外的接口上分成I-IWU（Incoming Interworking Unit）和O-IWU（Outgoing Interworking Unit）兩個(gè)部分。其中I-IWU負責傳遞從SIP網(wǎng)域到ISUP網(wǎng)域的呼叫，O-IWU負責傳遞從ISUP網(wǎng)域到SIP網(wǎng)域的呼叫。IWU與SIP網(wǎng)域的接口屬于NNI（Network-to-Network Interface）接口。與IWU相連的鄰接SIP節點(diǎn)（ASN，即Adjacent SIP Node）是可靠的網(wǎng)絡(luò )實(shí)體，而非用戶(hù)實(shí)體。如果NNI接口支持SIP-I，則遠端的SIP用戶(hù)代理必須能夠處理ISUP消息。
三、IWU的結構模型
IWU的體系結構模型如圖2所示，主要包括3個(gè)模塊：呼叫業(yè)務(wù)功能模塊（CSF，即Call Service Function）、承載控制功能模塊（BCF，即Bearer Control Function）和媒體映射/交換功能模塊（MMSF，即Media Mapping/Switching Function)。
CSF主要功能是向對等實(shí)體發(fā)送呼叫控制信令、管理呼叫狀態(tài)、訪(fǎng)問(wèn)業(yè)務(wù)控制實(shí)體以及發(fā)起資源請求等；
BCF的功能與SDP承載控制信息的處理和映射有關(guān)，主要包括接入控制和媒體資源獲取的功能；
MMSF功能提供兩種承載之間的可控互連功能，并能隨意將載體從一種工藝和適配/編碼技術(shù)轉換成另外一種，比如實(shí)現ISUP(Q.761-764)與SDP/SIP之間媒體格式的相互轉換。
四、IWU實(shí)現協(xié)議互通的機制
1. 基本原則
在SIP接口上，IWU作為用戶(hù)代理（User Agent，簡(jiǎn)稱(chēng)UA）支持IETF的有關(guān)SIP和SDP協(xié)議標準中的定義；在ISUP接口上，IWU支持ISUP標準Q.761至Q.764中相關(guān)的定義。
IWU必須能夠識別呼叫、對話(huà)以及相關(guān)的呼叫控制，因此它必須在SIP對話(huà)和ISUP呼叫/承載控制實(shí)例之間建立一對一的關(guān)系，這樣才能保證同一呼叫的相關(guān)信令之間的互通。
2. ISUP消息的封裝與映射
（1） SIP消息結構簡(jiǎn)介
SIP消息有請求和響應2種類(lèi)型，每個(gè)消息包含3個(gè)元素：請求行/狀態(tài)行、頭域、消息體。RFC 3261中定義的SIP消息頭域包括Via、From、To、Call-ID、CSeq、Contact、Content-Type、Content-Length、Max-Forwards、Proxy-Authenticate等在內共有44個(gè)，并且這些頭域的數目是可擴展的。SIP消息的Content-Type域指示攜帶的消息體的媒體類(lèi)型，Content-Length域用十進(jìn)制方式表示出消息體的字節數。SIP消息中可攜帶多種類(lèi)型的消息體，比如文本格式的SDP消息體，或二進(jìn)制格式的ISUP消息體等。
（2）ISUP消息的封裝
為了維護端到端的業(yè)務(wù)，在SIP網(wǎng)絡(luò )中透明地傳送ISUP消息被認為是重要的。IWU提供了將ISUP消息以MIME（Multi-Purpose Internet Mail Extensions，即多功能Internet郵件擴展）格式封裝在SIP消息體中的功能。比如可以將ISUP消息封裝在下面的SIP消息體中，在SIP網(wǎng)絡(luò )中透明轉發(fā)：
1) INVITE消息；
2) 183 Session Progress臨時(shí)響應（如果該響應是SIP的第一個(gè)后向消息）；
3) 200 OK消息；
4) 任何情況下的INFO消息。
但CANCEL消息體中不能攜帶任何消息體，也有些ISUP消息是不能封裝在SIP消息體中的，因為這些消息涉及的程序只與呼叫的ISUP側有關(guān)，典型的情況就是與ISUP線(xiàn)路維護有關(guān)的消息。如果IWU接收到封裝在SIP消息體中的這些消息時(shí)，則丟棄。另外，分段的ISUP消息本身也是不能封裝在SIP消息體中的，而是由I-IWU（ISUP側接口）將分段的部分重新裝配成原始的ISUP消息，然后再行封裝。
（3） ISUP消息的映射
對于ISUP與SIP消息的映射主要包括以下2種情況：
1) SIP到ISUP消息映射的情況：如果IWU接收到的SIP消息體中攜帶了MIME格式封裝的ISUP消息，則IWU從其中提取ISUP消息。由于SIP網(wǎng)絡(luò )中的業(yè)務(wù)調用可能會(huì )引起SIP頭域和ISUP參數之間的沖突，所以IWU要維護ISUP參數和SIP頭域之間的一致性（關(guān)于是用SIP頭域覆蓋ISUP參數還是ISUP參數覆蓋SIP頭域的合并原則，將取決于相關(guān)的應用/業(yè)務(wù)情況）。如果SIP消息體中沒(méi)有封裝ISUP消息，則IWU調用相關(guān)的ISUP程序，利用SIP頭域和SDP消息體合成恰當的ISUP消息的參數。
為了保持網(wǎng)絡(luò )的完整性和不同網(wǎng)絡(luò )間可能存在的欺詐行為，SIP狀態(tài)碼和ISUP釋放原因值映射堅持下面的原則：映射只使用Q.850建議中描述的原因值，該原因值在ISUP/DSS1應用中同時(shí)也都有定義。子域的位置應該包括超出互通節點(diǎn)值的網(wǎng)絡(luò )，國際交換機采用Q.767編碼結構。
2) ISUP到SIP消息映射的情況：IWU接收到ISUP消息后，根據接收到的消息類(lèi)型，按照本地策略將ISUP消息中的參數進(jìn)行格式轉換生成SIP消息中對應的頭域值。比如Request-URI，From，To等，并以MIME格式將ISUP消息封裝在恰當SIP消息的消息體中。
3. 消息映射舉例
下面我們以O-IWU（ISUP側的接口）接收到ISUP的IAM消息為例介紹一下生成SIP的INVITE消息的詳細過(guò)程。
O-IWU從ISUP網(wǎng)絡(luò )接收到IAM消息后執行對應ISUP程序對IAM（初始地址消息）消息進(jìn)行處理，將其映射為INVITE消息，并選擇到SIP網(wǎng)域中的呼叫路由。之后，O-IWU從本地配置中確定在SIP側是否使用“成組發(fā)送”地址機制。
1) 如果使用“成組發(fā)送”地址機制，則O-IWU將按照下面①~④的標準確定地址結束信號，并調用恰當的SIP信令程序。
地址結束信令由以下標準確定：
① 接收到ST信號，或者
② 接收到的號碼個(gè)數達到國家級撥號方案中的最大數，或者
③ 分析被叫方號碼，指出將呼叫路由到被叫方所需的號碼個(gè)數，或者
④ 在已經(jīng)獲得了路由所需的最少號碼個(gè)數后，又接收到一個(gè)最新的地址消息之后4~6 s。
2) 如果使用“重疊發(fā)送”地址機制，則O-IWU將：
① 啟動(dòng)定時(shí)器Toiw3（4~6 s）
② 調用恰當的去向SIP信令程序，并且
③ 按規定處理后繼的SAM（后繼地址消息）消息。
在滿(mǎn)足預處理條件的SIP網(wǎng)絡(luò )中，O-IWU在確認完成預處理之后再發(fā)送INVITE消息。如果來(lái)向IAM消息的“連接性質(zhì)表示語(yǔ)”參數中的“導通檢驗表示語(yǔ)”設置成“在該電路上需要導通檢驗”或“在前一電路上完成導通檢驗”， O-IWU將配合前導電路完成導通檢驗。
O-IWU將從呼叫建立的上下關(guān)系中映射出INVITE的兩個(gè)主要的URI，一個(gè)代表會(huì )話(huà)的發(fā)起者，一個(gè)代表它的目的地。前者用來(lái)生成From域 ，后者用于產(chǎn)生To域和Request-URI域。
O-IWU將IAM消息中的CPN（被叫用戶(hù)號碼）參數讀取出來(lái)，將其從ISUP格式翻譯成目的方的“tel URL”用于生成INVITE消息的Request-URI，或者先用“電話(huà)號碼映射（Telephone Number Mapping，ENUM）”將其解析成URI。
ISUP格式到“tel URL”的翻譯過(guò)程如下：當IAM消息的NPI（連接性質(zhì)表示語(yǔ)）參數指示電話(huà)號碼采用E.164格式時(shí)，具體的翻譯過(guò)程應視CPN參數的NoA（地址性質(zhì)表示語(yǔ)）字段的值而定。如果NoA指示該號碼是一個(gè)“國際號碼”，則將轉換后的電話(huà)號碼直接附加在“tel：+”字符串之后；如果NoA的值是“國內號碼”，則必須在提交給“tel URL”的電話(huà)號碼上加國家代碼的前綴。如果執行該轉換的O-IWU與若干個(gè)交換機相連，這些交換機又歸屬于不同的國家，則應根據發(fā)端交換機和中繼群來(lái)選擇合適的國家代碼。如果NoA的值是“用戶(hù)號碼”，為了采用國際化的電話(huà)號碼表示格式，需要添加國家代碼和編號計劃中其它必需的部分（例如區域代碼和城市代碼）。只有在NoA使用了“國家或網(wǎng)絡(luò )-特定的”值的情況下，“tel URL”中才不包含“＋”符號，此時(shí)O-IWU只是復制電話(huà)號碼數字。如果使用SIP URI地址格式，則需要添加“user＝phone”參數。
ISUP還有一些附加的參數需要在翻譯完成后添加到“tel URI”之后。如果IWU支持基于載波的路由，則必須檢查IAM消息中是否存在TNS（轉接網(wǎng)選擇）參數，如果這些值有效，則O-IWU從給出的參數中提取CIC（承載網(wǎng)絡(luò )識別碼）值并加以分析，最后將攜帶CIC值的“cic＝”參數添加到目的URL之后。 如果CIC沒(méi)有指明IWU所屬的網(wǎng)絡(luò )，為保持與本地策略的一致性，也應添加“cic＝”參數。 創(chuàng )建“cic＝”參數時(shí)，必須以已使用的國家代碼或隱含在CPN中的國家代碼作為前綴。所以CIC如果是“5062”，在中國就寫(xiě)成“+86-5062”。
如果O-IWU支持基于號碼攜帶的路由，則需要察看其它的一些域。為了正確地映射FCI（前向呼叫表示語(yǔ)），如果“號碼翻譯”位指示在PSTN中已經(jīng)執行過(guò)本地號碼攜帶汲取的操作，則在“tel URL”之后附加一個(gè)“npdi＝yes”參數。如果IAM中存在GDP（通用數字參數）參數，則應該將CPN的內容（位置路由號碼－LRN）從ISUP格式翻譯過(guò)來(lái)并拷貝到“rn＝”域中，并且也要將該域附加在“tel URL”之后。GDP參數本身也要從ISUP格式翻譯過(guò)來(lái)用以生成“tel URL”的主電話(huà)號碼。
在有些國家級編號方案中，LRN和被撥出的號碼都存儲在CPN參數中，這種情況下，應該將它們分離出來(lái)，分別存儲到“tel URL”的不同域中。注意：LRN必須是國家級的，所以“rn＝”域之前不能有前導符號“＋”。
大多數情況下，最終產(chǎn)生的目的方的“tel URL”可以同時(shí)被O-IWU用于To和Request-URI域。但是如果IAM中出現OCN（原被叫號碼）參數，則應該將OCN參數從ISUP格式翻譯過(guò)來(lái)用來(lái)產(chǎn)生To域，因此Request-URI和To域是有區別的。
From頭域的構造有賴(lài)于CIN（主叫用戶(hù)號碼）參數。如果CIN參數無(wú)效，則O-IWU產(chǎn)生一個(gè)只包含主機名的虛擬的SIP URI(比如：“sip:gw.sipcarrier.com”)來(lái)構造From頭域。在轉換CIN參數時(shí)，必須考慮兩個(gè)附加的信息字段：限制地址提供表示語(yǔ)（PrI）和鑒別表示語(yǔ)（ScI）。如果PrI置為“限制提供”，則O-IWU創(chuàng )建一個(gè)特殊的SIP URI（省去主叫用戶(hù)的身份）傳送給遠端，其中“display-name”和“username”為“Anonymous”，例如：From: Anonymous <sip:anonymous@anonymous.invalid>。如果允許傳送主叫用戶(hù)的名字（例如ANSI中的通用名字參數），則通常該信息用于構成“From”字段的“display-name”部分。
IAM消息中的TMR(傳輸媒介要求)和USI(用戶(hù)業(yè)務(wù)信息)參數指示出了用戶(hù)要求的承載業(yè)務(wù)特征，這些編碼將被O-IWU映射到SDP消息體中對應的媒體描述行中。
最后IAM消息以MIME格式封裝在INVITE消息的消息體中，這時(shí)INVITE消息攜帶了2個(gè)消息體。
我們用圖3簡(jiǎn)單說(shuō)明一下映射與封裝的過(guò)程。
五、流程舉例
圖4列舉了一個(gè)從ISUP到SIP方向的基本呼叫建立成功時(shí)的消息序列圖，從中我們可以看出PSTN和SIP網(wǎng)絡(luò )是如何在IWU的協(xié)調下實(shí)現無(wú)縫互通的。O-IWU發(fā)送的INVITE消息中要求SIP網(wǎng)絡(luò )對本次會(huì )話(huà)進(jìn)行資源預留，SIP網(wǎng)絡(luò )返回183響應表示同意。雙方進(jìn)入資源預留過(guò)程。SIP網(wǎng)絡(luò )完成資源預留，并從收到的UPDATE消息中確認O-IWU也已完成資源預留后，指示SIP用戶(hù)振鈴。O-IWU接收到“180 Ringing”消息后將其映射為ACM消息發(fā)送到ISUP網(wǎng)絡(luò )，指示ISUP用戶(hù)振鈴。在接收到最終的200 OK響應消息后，O-IWU將其映射成ANM消息，并向SIP網(wǎng)絡(luò )返回ACK消息。至此，呼叫建立過(guò)程完畢。
六、結束語(yǔ)
實(shí)現傳統電信網(wǎng)絡(luò )向軟交換網(wǎng)絡(luò )的平滑過(guò)渡是目前電信技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)熱點(diǎn)。本文通過(guò)詳細介紹IWU的結構模型以及它的實(shí)現原則與機制，為SIP網(wǎng)絡(luò )與PSTN網(wǎng)絡(luò )的互連互通提供了可行的解決方案。當然，現實(shí)中還有很多問(wèn)題需要考慮，要實(shí)現兩種協(xié)議的完全互通還會(huì )涉及到多種因素，比如安全性、計費等方面。我們相信，不久的將來(lái)，有關(guān)這SIP和ISUP互通的研究將會(huì )更加成熟和完善，這將極大地加快軟交換技術(shù)向實(shí)用化方向發(fā)展的步伐。
參考文獻
［1］RFC3261， SIP: Session Initiation Protocol［S］
［2］RFC3312， Integration of Resource Management and Session Initiation Protocol (SIP)［S］.
［3］ITU-T Recommendation Q.761, Signalling System No. 7 - ISDN User Part, functional description［S］.
［4］ITU-T Recommendation Q.763, Signalling System No. 7 - ISDN User Part formats and codes［S］.
［5］ITU-T Recommendation Q.764, Signalling System No. 7 - ISDN User Part Signalling procedures［s］.
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