ATM用户网络接口信令协议（Q.2931）技术原理

　　1引言

　　当今世界已跨入信息时代，一方面，整个社会的运行（包括科技、经济、环保、生活方式等）受信息的影响明显增大；另一方面，整个社会的信息量正以20万倍于人口增长的速率超速膨胀。

　　正是由于如此多的人以及人们生活如此多的方面都受到信息技术的深刻影响，通信技术对我们来说至关重要。如今人们对通信技术的新要求，就是在现有通信网的基础上实现通信的数字化、综合化、宽带化、智能化、个人化，使人们所需的语音、文本、图形、图像等多媒体信息能在同一网上进行自由的传输且所付出的代价在人们的承受范围内。正是在这种背景下，B－ISDN应运而生。

　　B－ISDN（Broadhand Integrated Services Digital Network）宽带综合业务数字网，它所采用的传输技术有多种，像FR（帧中继）、ATM（异步转移模式）等。ATM被CCITT（现为ITU－T）于1990年1月在日内瓦会议上确定为B－ISDN的最终转移模式。ATM之所以能被选中，是由于ATM网是通过单一的传输媒体、传输语音、数据、视频和图像的能力是时分多路复用（TDM－Time Division Multiplex）和分组交换网（PSN）无法比拟的，并且它还具有低成本、高宽带和高服务质量保证等优点，是对传统交换方式的革命。

　　随着ATM技术的提出，它内部各环节的规范也相继出台，本文所谈到的Q.2931便是ITU－T的SG11组在1995年2月7日所提出的，且被WTSC（the World Telecommunication Standardization Conference）通过为二号数字用户信令（DSS2）用户网络接口（UNI）的第三层规范，它是以N－ISDN用户网络接（UNI）DSS1协议Q.931为基础的。

　　2 Q.2931及其功能

　　2.1Q.2931协议

　　它定义在用户网络接口上建立、维持和释放网络连接的过程及在此过程中所使用的各种消息。它是在N－ISDN用户网络接口DSS1协议Q.931基础上发展起来的，并根据 B－ISDN业务的特点，对Q.931进行了补充和改进。值得说明的是，在Q.2931引入了虚通道连接标识（Virtual Path Connection Identifier，简称VPCI）这个量，它与VPI（Virtual Path Identifier）的区别是VPCI标识的是一个虚通道连接，而VPI标识的是一个虚通道链路。引入它的原因是由于在B－ISDN中，用户可能通过VP／VC交叉连接网络与局域交换相连接，VP交叉连接是通过管理面来控制的，而不是通过信令来控制的，一个信令端点只知道它自己的VPI，而不知道其它信令端点的VPI，因此，需要在用户和局域交换之间引入一个唯一的VPCI。

　　2.2用户网络接口处信令协议的体系结构

　　用户网络接口处体系结构与B－ISDN 协议参考模型相对应。不管是信令还是用户信息，都按信元格式在物理层帧结构中传输。其中 SAAL（SignallingATM Adapter Layer）是信令ATM适配层，主要是对各种信令消息进行适配，处理成信元格式。位于SAAL上面的高层正是Q.293，它定义了用户网络接口上建立、维持和释放网络连接的过程。Q.2931与对等层间的通信是通过消息来实现的，而它与本地的上、下层之间的通信通过原语来完成。由于Q.2931仅仅支持点对点信令方式，至于点对多点的信令方式要使用Q.2971协议。

　　这里所谈到的信令在控制面之间传递，而ATM用户信息是在用户面之间传递。在点对点信令方式中，用户侧只存在唯一的信令端点，信令端点通过一条永久建立的信令虚通路（SVC）来连接，利用这个SVC（VCI=5）可以为用户提供建立呼叫，释放呼叫功能。

　　2.3 Q.2931功能

　　Q.2931层，它定义了在UNI上建立、维持和释放网络连接的过程。Q.2931又称为二号数字用户信令协议（DSS2）。

　　Q.2931的基本功能如下：

　　（1）支持实时的SVC连接；

　　（2）支持点对点的SVC连接；

　　（3）支持对称和非对称的宽带连接；

　　（4）支持单连接呼叫；

　　（5）支持基本信令功能；

　　（6）支持A类、C类和X类业务；

　　A类业务：面向连接，恒定比特率且有端到端定时要求；

　　C类业务：面向连接，可变比特率但没有端到端定时要求；

　　X类业务：面向连接ATM传输业务，其中的业务类型和定时要求均由用户自定义。

　　（7）支持VPI／VCI的协商；

　　（8）所有的信令消息在指定的带外通路上传输；

　　每个VPCI中的VCI=5被保留给点对点信令使用。在这里元信令及广播信令虚通路不支持。

　　（9）支持差错恢复；

　　（10）用公共UNI寻址方式唯一标识ATM的端点；

　　（11）支持端到瑞兼容性参数的识别；

　　在每一个连接中，下列指定的端到瑞参数均要进行兼容性检验：

　　Ⅰ．AAL类型（像1类型、3／4类型、5类型）；

　　Ⅱ．协议服用的方法和AAL参数；

　　Ⅲ．网络层上的协议。

　　（12）支持与N－ISDN信令互通和提供N－ISDN业务；

　　（13）支持前向兼容性。

　　3 Q.2931如何实现呼叫／连接过程

　　3.1消息格式

　　用户网络接口上的呼叫控制都是通过消息的传递来实现。Q.2931中每个消息的定义都包含下列内容：

　　a．消息方向（用户到网络、网络到用户或双向）；

　　b．消息有效范围（局部、接入、双重或全局）；

　　C．构成消息的信息单元。

　　每条消息均由9B的公共信息单元和可变长度信息单元组成。

　　a．协议鉴别语（Protocol Discriminator），它用于将用户和网络呼叫控制信息与本建议范围内的其它消息相区别；也用于将本建议的消息与其它ITU标准及其它标准的OSI网络层协议单元相区别。

　　b. 呼叫参考，标识本地用户网络接口上的呼叫；

　　c.消息类型，标识正在发送的消息的功能；

　　d.消息长度，标识消息内容的长度，它不包括“协议鉴别语”、“呼叫参考”、“稍息类型”及消息长度本身的八比特组；

　　e可变长度信息单元，常见的可变长度的信息单元有：AAL参数，ATM业务流描述符，宽带承载性能，被叫方号码，生叫方号码，连接标识，端到瑞传送时延，业务质量参数，呼叫状态，原因等。

　　3.2呼叫控制消息中类及其作用

　　UNI两侧的信令实体通过消息来实现对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

　　过程 消息名称 范围 作用

　　呼叫建立 SETUP Global 启动呼叫建立过程,它体现网络向用户提供的业务能力

　　CALL PROCEEDING Local 向对端指示呼叫建立请求正在处理

　　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 指示发消息方已拆除VC,并将释放VC和呼叫参考,要求收方拆除VC

　　RELEASE COM Local 指示发消息方已释放VC和呼叫参考

　　与N-ISDN互通 INFORMATION Global 为呼叫建立提供附加信息

　　PROGRESS Local 在互通是用于指示呼叫的进展情况

　　其他 STATUS Local 汇报差错状况或响应状态请求消息

　　STATUS ENQUIRY Local 请求对端的状态

　　RESTART Local 是指定的虚通路返回到空闲状态下

　　TESTART ACKNOWLEDGE Local 向发送RESTART消息端表明,所指定的虚通路已返回到空闲状态

　　3.3呼叫／连接控制过程

　　利用上面定义的各种信令消息的通信，就可以实现对呼叫/连接的控制。不过更安全，更方便的话，应加上定时器和呼叫／连接控制中的状态量。

　　定时器：为了避免一端发这一个消息后，陷入等待死循环而设署的。若不这样，发送消息的那端就一直等待，并且网络资源也一直被占用，从而会增大网络的负荷，严重的情况下会导致系统崩溃。所以说应采取措施来制止此类事情发生；如采用定时器，发送消息端在发消息的问时就启动相应的定时器。在定时器超时前，若收到相应的响应，便停止定时器。若在定时器超时，仍没收到消息的响应，可进行重发消息和重启定时器或释放网络资源，并返回到空态。

　　状态：针对主、被叫及网络因受到不同消息而设置不同状态，当收到一消息就有可能进行状态转移，从而推动整个呼叫／连接控制过程。

　　对UNI用户侧而言，有以下几种状态：

　　U0：零状态；U1：呼叫起始；U3：呼出进程；U4：呼叫递交；

　　U6：呼叫呈现；U7：呼叫接收；U8：连接请求；U9：呼入进程；

　　U10：运行；U2：重叠发送；U25：重叠接收；U11：释放请求；

　　U12：释放指示。

　　其中：U2、U25用于与互通相关的呼叫。

　　有关网络侧状态与次类同，在此不再赘述。

　　3.3.1呼叫建立过程

　　主叫用户若有呼叫请求需要建立连接时，便由发端接口信令实体的用户侧发送一个建立消息SETUP请求建立连接，并启动定时器T303，同时状态迁移到U1态。若在定时器超时前仍没收到网络的任何响应，便重发SETUP消息和重启定时器T303。若再超时，主叫便释放这次呼叫请求，这时主叫用户也由U1态变到U0态。

　　用户侧发送的SETUP消息中包括ATM业务量描述符，宽带承载能力，宽带高低层信息，QOS参数，被叫用户号码和连接标识等信息单元。网络侧收到SETUP消息后，便进行信息单元检查以判断网络资源能否满足用户的要求。若可以接受的话，则向被叫用户所在的网络接口转发SETUP消息，同时向主叫用户发送响应消息CALL PROCEEDING以指示呼叫正在处理，并进行相应的状态转换。

　　若主叫用户收到CALL PROCEEDING消息，便停止T303，并启动T310定时器，等待被叫方的消息，同时状态由U1转到U3。若在T310超时时仍没有收到任何消息，主叫便清除这次呼叫，其状态迁移到U0。

　　网络在检查资源可用后，便发送一个SETUP消息指示呼叫已到达该用户网络接口，同时启动定时器T303，并进入相应的状态。如果网络在定时器第一次超时时未收到响应信息，则应重发SETUP消息和重启定时器T303。若两次超时，网络便要清除掉这次呼叫。

　　被叫用户在收到SETUP消息后，便进行地址及兼容性检查，若不兼容，便释放次呼叫并向主叫发送RELEASE消息；若满足的话，向网络发送CALL PROCEEDING消息，其状态由U0迁移到U6。

　　在接收到一个被叫地址处的用户已启动用户振铃指示时，网络应通过主叫地址的用户网络接日回送ALERTING消息，并进入相应的状态，当用户收到ALERTING消息时，用户便开始内部振铃指示，并停止T310，进入U4态，同时启动T301定时器；当接收一个已经接受的呼叫指示时，网络应通过UNI发送CONNECT消息给主叫并进入U10态。

　　CONNECT消息向主叫指示通过网络的连接已经建立，并停止可能的本地振铃指示，主叫用户在接受到CONNECT消息时，应停止定时器，停止任何用户产生振铃指示，连接到用户平面虚通路，发送CONNECT ACKNOWLEDGE消息给网络已响应CONNECT消息，同时进入U10态。

　　在此过程中，主叫，网络和被叫之间有可能进行参数协商，像用户峰值速率，传输时延，如果这些参数不能达到一致，本次呼叫将被清除；如果发送消息的格式。长度和信息单元发生错误，或者不符合一致性要求，都将清除呼叫并释放连接。

　　3.3.2呼叫释放过程

　　在正常的情况下，主、被叫双方通信结束后，由用户或网络发送RELEASE消息来启动呼叫清除。其中例外的是在响应SETUP消息时，用户或网络可以通过发送RELEASE COM－PLETE消息作为第一个响应消息来拒绝该呼叫／连接，释放呼叫参考，并进入零状态。

　　a．由用户启动清除

　　正常情况下，用户发送RELEASE消息，启动定时器T308，拆除虚通路，并进入释放请求状态。

　　当接收到RELEASE消息时，网络应进入释放请求状态。该消息促使网络拆除虚通路，并向远端用户启动清除网络连接的程序。一旦用于该呼叫的虚通路被拆除，网络应向用户发送RELEASE COMPLETE消息，释放呼叫参考和虚通路，并进入零状态。

　　当定时器T308第一次超时，用户应向网络重新发送RE－LEASE消息，使用包含第一个RELEASE消息中的原因号码，重新启动定时器T308。若定时器T308第二次超时，用户应把虚通路置于维护状态，同时释放呼叫参考，并返回零状态。

　　当接收到RELEASE COMPLETE消息时，用户应停止定时器T308，同时释放虚通路和呼叫参考，并进入零状态。

　　b.由网络启动清除

　　正常情况下，网络发送RELEASE消息，启动定时器T308，拆除虚通路，并进入释放请求状态。

　　当接收到RELEASE消息时，用户应进入释放指示状态。一旦用于该呼叫的虚通路被拆除，用户应向网络发送RE－LEASE COMPLETE消息，释放呼叫参考和虚通路，并返回零状态。

　　当接收到RELEASE COMPLETE消息，网络应停止走时器T308，同时释放呼叫参考和虚通路，并进入零状态。

　　若定时器T308超时，其处理办法与由用户启动清除处理一样。

　　3.3.3重新启动

　　重新启动程序用于将虚通道中的一个或所有虚通路，或被信令虚通路控制的所有虚通路返回到空闲状态。当接口一端不响应另一侧的呼叫控制消息时或者产生故障时，通常调用此程序，也可能用于局部故障，维护操作或误操作而调用该程序。

　　若在呼叫／连接过程中，想知道对方的状态可发送STA－TUS ENQUIRY消息来请求，对方在接收到此消息后，会返回STATUS消息，在其中携带它的状态。

　　3.3.4正常的呼叫／连接控制的处理过程

　　用户网络接口信令为一次呼叫请求建立相应的SVC连接。

　　主叫方首先向网络发送建立消息，网络接收到后判断能否满足这次请求，如果能够就向被叫方发送建立消息，并向生叫用户回送呼叫过程消息；被叫方收到建立消息后进行一致性检验处理，确定能接受后便向网络发送报铃消息，网络收到后再向主叫用户转发振铃消息。

　　当网络收到被叫方发出的连接消息后就建立起网络中呼叫所使用的连接消息，主叫方收到连接消息后便建立了相应的VC连接，再向网络回送连接证实消息、这样主、被叫之间端与端的连接就建立起来。一旦通信结束，主叫发出释放消息给网络，同时拆除虚通路；此时网络在接受到释放消息后，立刻进行虚通路拆除，向用户发送释放完毕消息，并释放呼叫参考和虚通路；而被叫用户接收到网络发来的释放完毕消息后，便释放虚通路和呼叫参考。

　　整个通信过程结束。

　　4结束语

　　通过上述过程，Q.2931便完成通信双方的连接建立超持和释放的全过程。值得说明的是Q.2931仅仅支持点对点的连接的控制过程，至于点对多点和广播方式还得请读者参考有关Q.2971建议的书籍。点对点信令方式及点对多点的信令方式的访问配置问题请参阅ITU－T的Q.2010建议。