《1 前言》
1 前言
随着国内电信技术的蓬勃发展, 尤其是移动通信业务和智能网业务的飞速增长, 作为国内电信网络中枢神经的No.7信令网络的流量激增, 部分信令流量较高的地区, 两信令点之间16条64 kb/s的No.7信令链路已全部开满。而两个信令点之间的信令链路数由于受4 b信令链路选择码/信令链路编码的限制最多不能超过16条, 无法再通过新扩链路来提高其间的信令负荷能力。因而, 采用2 Mb/s 高速No.7信令链路替代传统的 64 kb/s No.7信令链路, 来解决两信令点之间的负荷瓶颈问题, 已成为必然趋势
2 Mb/s信令链路占用整个E1接口 (0时隙除外) 作为一个信令数据链路, 将信令链路的速率从64 kb/s提高到接近2 Mb/s, 链路带宽的增加、容量的扩大解决了日趋快速增长的电信业务、智能网、移动和数据业务等给No.7信令网带来的负担, 满足了我国No.7信令网进一步发展的要求。
目前国内协议类仪表, 基本上都是协议监测分析仪表, 大多数针对PCM帧结构中某一个或某几个时隙中的信令内容进行协议分析。而2 Mb/s高速信令链路占用整个2 Mb/s链路来传送信息。因此, 目前的协议分析仪无法满足电信部门的测试要求。把2 Mb/s链路上的全部信息提取出来进行处理的协议分析仪, 是分析类仪表的发展趋势。研发2 Mb/s高速信令多协议分析仪, 即为满足2 Mb/s高速信令测试的要求。为此, 采用MPC860高档微处理器和最新的通信芯片, 以良好的系统稳定性来保证协议分析仪性能, 为设备厂家设计生产设备服务, 为电信运营部门日常设备维护服务, 为我国通信信息业的进一步发展提供测试条件。
《2 64 kb/s速率与2 Mb/s高速信令》
2 64 kb/s速率与2 Mb/s高速信令
《2.1No.7信令系统特点及应用》
2.1No.7信令系统特点及应用
No.7信令是采用与话路分离的公共信令方式, 透明地传送各种用户 (交换局) 所需的业务信令和其他形式的信息, 满足特种业务网和多种业务网的需要。No.7信令系统的基本特点:a.最适合于由存储程序控制的交换局组成的数字通信网;b.满足目前和未来通信网交换各种信令消息和其他信息的要求 (如电话和ISDN呼叫控制、管理维护信令) ;c.保证正确的信令传递顺序, 无丢失和顺序颠倒;d.可用于国际网和国内网。
No.7信令正被广泛地应用于以下方面:a. 电话网的局间信令;b. 电路交换数据网的局间信令;c. ISDN的局间信令;d. 各种运行、管理和维护中心的信息传递业务;e. 交换局和业务控制点之间传递各种数据信息;f. PABX的应用。
《2.2No.7信令系统结构》
2.2No.7信令系统结构
No.7信令系统的总体目标是提供国际标准化的通用信令系统。通用性要求决定它应采用易于扩展的系统结构。No.7信令系统采用了功能级结构, 分为消息传递部分 (MTP) 和用户部分 (UP) (见图1) 。消息传递部分又分为信令数据链路功能级 (第一级) 、信令链路功能级 (第二级) 和信令网功能级 (第三级) 。消息传递部分的主要功能, 是作为一个消息传递系统为正在通信的用户功能之间提供信令消息的可靠传递。用户部分是指使用消息传递部分传送能力的功能实体, 每个用户部分都包括其特有的用户功能或与其相关的功能。用户部分主要包括电话用户部分 (TUP) 、数据用户部分 (DUP) 和ISDN用户部分 (ISUP) 。
《2.364 kb/s信令链路基本的消息格式》
2.364 kb/s信令链路基本的消息格式
CCITT No.7信令方式采用不等长的单个信令单元传送各种信息消息。每个信令单元包含由 MTP处理的必备部分 (7个8 b位组) , 它主要由MTP处理控制消息的传递 (见图2) 。No.7信令系统有3种信令单元:消息信令单元 (MSU) 、链路状态信令单元 (LSSU) 和填充单元 (FISU) 。
《2.42 Mb/s 高速信令链路的产生》
2.42 Mb/s 高速信令链路的产生
No.7信令网作为现代通信网络的神经枢纽, 在通信网中发挥着支撑网的作用。我国的No.7信令网过去主要承担TUP信令业务。近年来, 移动和智能网业务在我国高速增长, 这类业务普遍需要大量的数据传送, 都以No.7信令网作为支撑网络, 造成No.7信令网负荷猛增。同时, 各类新兴业务, 如IP, ATM等, 都在蓬勃发展, 近期都有与No.7信令网互通的要求。随着这类业务的快速增长, No.7信令网的负荷量将越来越大。这些都对No.7信令网的负荷能力提出了更高的要求, 以适应不断增长的业务量和日趋激烈的市场竞争。
No.7信令网由于其本身的限制未能充分利用传输资源。这个限制主要来自两个方面:
1) 信令速率 一条No.7链路的信令数据链路取自具有32个时隙的E1接口 (0时隙除外) 的任一时隙, 信令速率为64 kb/s。
2) 信令链路数 4 b的SLC/SLS 决定了两信令点之间最多只能有16条No.7信令链路。
要从根本上提高No.7信令网的负荷能力, 应当从它本身的两个限制入手。要消除第二个限制, 即16条信令链路的限制, 则需要扩展SLC/SLS的位数, 而这几位是在L3或L4以上层中产生的, 如若修改, 势必引起L3和L4中大量模块的改动, 开发成本高昂。如果能够消除第一个限制, 即大幅提高信令速率, 这种变化将局限于L1和L2层, 对于L3及以上各层几乎没有任何影响, 引入2 Mb/s高速No.7信令链路带来的所有修正均限制在MTP低层, 链路性能的提高对于各级用户层完全透明, 无需任何用户程序或数据上的改动, 对现有交换机的升级十分方便, 交换机改造成本低廉, 而且风险较小。ITU-T 规范中也为这种方法保留了相关建议。
ITU-T在Q.703的附录A中提供了一种占用整个E1接口作为一个信令数据链路的方法。物理链路的电气性能与普通E1接口相同, 并且保持原PCM帧结构中告警和同步信道的功能, 对传输网络无特殊要求, 可以直接利用现有的传输资源。这意味着可以将No.7信令链路的基本速率从64 kb/s提高到接近2 Mb/s。
《2.52 Mb/s 高速信令链路结构》
2.52 Mb/s 高速信令链路结构
新的No.7信令链路协议对原64 kb/s链路协议的修正仅限于以下3点:
1) 信令数据链路 a.保留原CH0的同步和校准功能; b. 原CH1～CH31合并为一个31×64 kb/s的No.7信令数据链路时隙 (见图3) 。
2) 信令单元格式 a. FSN/BSN从7 b扩展到12 b;b.LI从6 b扩展到9 b;c.某些在SIF中包含FSN/BSN的MTP信令单元 (如C00) , 其SIF部分的格式相应改变 (见图4) 。
3) 误码检测, 采用Errored Interval Monitor方法: a. 如果某一时间段内收到一个或几个错误的信令单元, 或者失去标志, 则这时间段标记为错误的时间段 (EI) ; b. 如果这时间段是EI, 则以固定的速度Ue增加计数器; c. 如果这时间段不是EI, 则以固定的速度De减少计数器, 直至0; d. 如果计数器超过门限值Te, 则认为误码率过高。
《2.62 Mb/s高速信令链路基本的消息格式》
2.62 Mb/s高速信令链路基本的消息格式
高速链路信令单元格式在顺序数字和长度指示域中有变化:
1) 标志F 开始标志指示一个信号单元的开始。通常也是前面信令单元的结束标志。结束标志显示一个信号单元的结束。标志的位元模式是 01111110 (7E) 。
2) 顺序数字 向前顺序数字是它承载的信令单元的顺序数字。向后顺序数字是被证实的一个信号单元的顺序数字。向前顺序数字和向后的顺序数字是从 0～4095 的周期顺序的二进制代码数字。
3) 长度指示LI 被用来显示长度指示8 b (LI) 后面8 b的个数, 并且进行位检查。长度指示是9 b在0～272范围的二进制代码。如上面指定, LI在发送结束时被强制设置为正确的值。
4) 8 b服务信息SIO 被划分成服务指示和子服务域。服务指示被用来与特别用户部分联系的信令信息, 并且仅仅在消息信令单元存在。
《2.7高速信令链路的优势》
2.7高速信令链路的优势
2 Mb/s高速信令链路的优势是明显的, 集中体现在两个方面:
1) 单条链路的负荷能力大大提高 由于信令速率即带宽提高为31×64 kb/s, 理论上1条2 Mb/s链路可以相当于31条普通的64 kb/s链路的负荷。考虑到网上存在的限制, 实际运行的2 Mb/s链路将难以达到这一性能, 但仍将成倍地提高单条链路的负荷能力。
2) 链路性能的提高对于各级用户层完全透明 无需任何程序或数据上的改动, 所有的修正均限制在MTP低层, 对现有交换机的升级十分方便, 而且风险较小。
2 Mb/s高速信令链路在No.7信令网中的应用前景十分广阔。从长远看, 所有的No.7信令链路需要时均可替换成2 Mb/s高速信令链路。最终以2 Mb/s高速No.7信令链路构建而成的No.7信令骨干网, 将从根本上解决No.7信令网负荷能力的问题。然而2 Mb/s高速信令链路毕竟与传统的No.7信令链路有很大不同, 如果上网运行, 也将与64 kb/s链路长期共存。
《3 信令处理模块设计》
3 信令处理模块设计
《3.1处理器MPC860部分结构与功能》
3.1处理器MPC860部分结构与功能
Power PC嵌入式处理器的内核是一种基于RISC (精简指令集计算) 结构的微处理器, 因此具有代码执行效率高的特点
《3.2实时操作系统简介》
3.2实时操作系统简介
实时操作系统是保证在一定时间限制内完成特定功能的操作系统。它要求在规定的时间内完成某种操作。通常, 实时操作系统必须具有的特征:a.多任务, b.有线程优先级, c.多种中断级别。
嵌入式操作系统经常需要实时操作系统, 内核要满足实时操作系统的要求, 但其他部件, 如设备驱动程序也是需要的。因此, 一个实时操作系统常比内核大。嵌入式实时操作系统是多任务、多线程的。它带有较好的软件开发工具, 包括编辑器、调试器、编译器等。附带的调试器可用来开发多种CPU环境的嵌入式系统软件和应用软件。
NUCLEUS+实时多任务操作系统 (ATI 公司产品)
1) 提供源代码 NUCLEUS+ 提供注释严格的C源级代码给每一个用户。这样, 用户能够深入地了解底层内核的运作方式, 并可根据自己的特殊要求删减或改动系统软件, 这对软件的规范化管理及系统软件的测试都有极大的帮助。
2) 性价比高 NUCLEUS+由于采用了先进的微内核技术, 因而在优先级安排、任务调度、任务切换等各个方面都有相当大的优势。
3) 易学易用 NUCLEUS+能够结合SDS以及ATI自己的多任务调试器, 组成功能强大的集成开发环境, 配合相应的编译器和动态联结库以及各类底层驱动软件, 用户可以轻松地进行实时操作系统的开发和调试。
4) 功能模块丰富 NUCLEUS+除提供功能强大的内核操作系统外, 还提供种类丰富的功能模块。例如用于通讯系统的局域和广域网络模块, 支持图形应用的实时化Windows模块, 支持Internet网的Web产品模块、PC机实时BIOS模块、图形化用户接口以及应用软件性能分析模块等。
《3.3信令处理模块硬件总体方案》
3.3信令处理模块硬件总体方案
多协议分析仪是由PC机与2 Mb/s高速信令处理模块组成的。其中, 2 Mb/s高速信令处理模块完成底层的数据采集, 经过必要的处理, 通过PCI总线传入PC机, 由PC机进行具体协议的译码、显示、统计、分析等处理。2 Mb/s高速信令处理模块总体分为5个主要部分 (见图6) :E1线路接口部分;交换部分;嵌入式处理器部分;存储器部分;PCI桥接部分。
2 Mb/s高速信令处理模块做成PCI总线接口卡形式, 插入PC机机箱。在工作过程中, E1线路接口部分从线路上提取到要监测的时隙的数据, 经交换部分交换, 由嵌入式处理器部分的串型通信控制器的HDLC处理, 组成数据单元。嵌入式处理器对数据单元再次处理, 加入头标记、时标等。存入存储器部分, 经PCI桥接部分传入PC机, 由PC机进行高层协议的处理。PC机根据相应的通信协议, 送入命令、参数和数据, 经PCI桥接部分送入嵌入式处理器部分, 嵌入式处理器根据PC机的指令完成传输数据和控制的任务。
1) E1线路接口 E1线路接口通过无源变压器以高阻形式跨接到线路上, 将2 Mb/s线路上的信号引到接口卡。这部分电路主要完成PCM帧结构的处理, 包括码形变换、时钟提取以及帧同步信号产生等。E1线路接口受嵌入式处理器的控制
2) 嵌入式处理器 嵌入式处理器采用MOTOROLA公司的32 b产品MPC860, 其主要优点:具有通讯处理单元, 具有时隙分配器 (TSA) , 具有并行接口, 4个串行通讯控制器 (SCC) ——HDLC/SDLC。 嵌入式处理器部分功能是要完成对各部分的初始化, 包括E1线路接口部分的初始化。嵌入式处理器中的HDLC要根据协议对数据进行处理, 对时隙数据进行提取或插入、查错、去掉或加入帧头。对E1线路接口部分传送的数据单元再次处理, 包括加入单元起始标志, 加入时标, 并向PC机发送, 把PC机传送的数据和控制命令传向E1线路接口部分, 并控制其执行。
3) 交换部分 E1线路接口部分连接8条线路, 每条线路可能使用1～31个时隙不定, 而嵌入式处理器部分的HDLC只能同时处理64个时隙, 因此需要使用交换芯片, 把8条输入线路上的时隙交换到2条输出线路上
4) 存储器 存储器部分使用了FLASH, SDRAM两种存储芯片, FLASH主要作为嵌入式处理器部分的程序源代码的存储
5) PCI桥接 PCI桥接部分连接PC机与嵌入式处理器部分, 完成数据和控制命令的交换。PC机主要对传送的数据进行高层协议的处理, 并对监测系统提供命令和参数。PCI桥接部分允许PC机和嵌入式处理器分别读取SDRAM的数据, 方便了数据的交换
《3.4通信处理模块的设计》
3.4通信处理模块的设计
MPC860作为通信用嵌入式处理器的优势在于内部结合了通信处理模块, 可以处理E1/T1, ISDN, ETHERNET, ATM等多种协议标准。在实际设计中, 使用通信处理模块作为E1协议的处理。
MPC860的串型接口 (SI) 为每个单独的SCC和SMC提供了2种与外部的连接方式: 通过2个独立的时分复用 (TDM) 接口, 或者通过非复用串行接口 (NMSI) 中专门的管脚。选用TDM方式时, 时隙分配器 (TSA) 负责将接收到的数据帧中编程指定的部分, 从TDM管脚路由送到目的SCC或SMC, 由目的SCC和SMC按照实际的协议来处理这些收到的数据。
为了处理E1/T1等PCM结构码流的信号, MPC860内部通信处理模块包含了2个时隙分配器 (TSA) 。其对应的外部管脚组包括了处理PCM结构码流需要的帧定位信号、时钟同步信号、接收信号、发送信号。每个时隙分配器对应一个E1的32个时隙的PCM帧结构。1片MPC860芯片可以同时处理2个2 Mb/s速率的E1链路, 共64个时隙的内容
在处理E1链路的N · 64 kb/s具有独立HDLC结构的时隙时, 需要用到MPC860的多通道控制器的功能。多通道控制器的功能是指, 在串型接口存储器 (SIRAM) 中根据需要选取了一些特定的时隙, 由串型通信控制器 (SCCx) 进行处理。SCCx给每一个选中的时隙分配一个逻辑通道, 在每个逻辑通道中按照HDLC结构处理时隙的信号, 将时隙中每个HDLC结构中的消息自动提取出来, 存入外存中预先设置好的存储区队列。这样, 一个SCCx可以同时处理32个独立时隙, 而且, 这些时隙的HDLC控制器的处理是在初始化后由硬件完成的, 节省了软件开销 (见图7) 。
在处理E1链路的2 Mb/s高速信令具有HDLC结构的时隙时, 需要用到MPC860的单通道控制器的功能。单通道控制器的功能是指, 在串型接口存储器 (SIRAM) 中根据需要选取了第1到第31时隙, 由串型通信控制器 (SCCx) 进行处理。SCCx给这31个时隙分配一个逻辑通道, 在这个逻辑通道中按照HDLC结构处理信号, 将这个HDLC结构中的消息自动提取出来, 存入外存中的预先设置好的存储区队列。这样, 一个SCCx可以处理2 Mb/s高速信令的协议 (见图8) 。
《3.5信令处理模块软件总体方案》
3.5信令处理模块软件总体方案
信令处理模块的软件部分主要负责嵌入式处理器的正确运行, 以及外围芯片的初始化工作。信令处理模块的软件使用了前面介绍的实时操作系统NUCLEUS+。使用实时操作系统创建一个处理任务, 在任务中调用其他软件各模块。各程序的相互关系如图9所示。
《4 信令处理模块性能分析》
4 信令处理模块性能分析
《4.1串型通信控制器处理能力分析》
4.1串型通信控制器处理能力分析
串型通信控制器在不同模式下的最大处理能力是不同的, 在25 MHz的系统时钟下, SCC在HDLC模式时 (最小帧为64个字节) 最大处理速度是11 Mb/s FD;SCC在QMC模式时最大处理速度是2.1 Mb/s FD;在50 MHz的系统时钟下, 它的处理能力会加倍。
当N·64 kb/s信令方式时, 串型通信控制器的处理能力为
CPM利用率=N·64 (kb/s) /2×2.1 (Mb/s) 。
当N=64, 即同时有64个64 kb/s的信令时隙到达时,
CPM利用率 = 64×64 (kb/s) / 2×2.1 (Mb/s) = 0.975<1。
因此, 在系统时钟50 MHz时, 理论上MPC860可以在SCC的QMC模式下同时处理64个64 kb/s的信令时隙。
当2 Mb/s信令方式时, 串型通信控制器处理能力为
CPM利用率 =N2 (Mb/s) /2 × (8 Mb/s) 。
当N=8, 即同时有8个2 Mb/s信令到达时,
CPM利用率=8×2 (Mb/s) /2×8 (Mb/s) =1。
因此, 在系统时钟50 MHz时, 理论上MPC860可以在SCC的HDLC模式下同时处理7个2 Mb/s的信令。
《4.2软件性能分析》
4.2软件性能分析
在系统时钟50 MHz时, MPC860可以处理66×106条指令, 即每秒6 600万条指令。
在SCC的QMC模式下, 一个时隙每秒中接收64×1 024 = 65 536个字节的数据。假设一个字节数据的存储需要4条指令, 又根据硬件设计结构, 一个字节传送到PC机需要读写4次, 那么一个字节传送到PC机需要16条指令, 一个时隙的数据传送到PC机需要16×65 536 =105万条指令, 在没有附加数据传送的情况下, MPC860可以处理6 600/105=62个时隙。
实际上向PC机传送的数据需要附加12个字节的信息。而且MPC860还要响应中断的开销, 这是主要的系统资源的占用, 几乎与接收链路数据的开销相等。因此, 在系统时钟50 MHz时, MPC860在SCC的QMC模式下实际处理的时隙的个数应小于等于32个。
在SCC的HDLC模式下, 由于没有多通道的处理过程, CPM的负担明显减轻。而且, 每2 Mb/s时才响应一次中断, MPC860的开销主要在2 Mb/s信令数据的接收上。因此, 在系统时钟50 MHz时, MPC860在SCC的HDLC模式下可以同时处理2个2 Mb/s信令的链路。
《5 结语》
5 结语
目前, 我国No.7信令网中多数采用64 kb/s速率的信令链路。随着智能网、移动通信等新业务引入, 使得信令网中的信令链路的业务量负荷不断增加, 难以满足数据库性质的信令业务传输带宽的需求, 使用高速信令链路能较好地解决这一矛盾。高速信令处理模块是2 Mb/s高速信令协议分析仪的重要组成部分, 这种高速信令协议分析仪能够将2 Mb/s链路上的全部信息提取出来进行处理, 满足2 Mb/s高速信令的测试要求, 也可以满足No.7信令、IP、ATM等大量传送信息的要求。不但可进行No.7信令、V5.1/ V5.2接口协议、综合业务数字网 (ISDN) 等协议测试, 还将适应数字移动通信等各种协议规程的发展需要。
京公网安备 11010502051620号
