华为软交换SoftX3000体系结构分析.doc

华为软交换SoftX3000体系结构分析摘要：本文对softx3000的系统结构、工作原理、单板功能、信令流程进行了全面阐述，对软交换与传统交换机的体系结构做了比较，并对各单板之间的通信机制，以及业务单板的信令处理路径进行了深入分析。关键词：华为软交换；softx3000；体系结构；信令路径本文对softx3000的系统结构、工作原理、单板功能、信令流程进行了全面阐述和深入分析，以期对从事软交换维护的同行有所帮助，起到抛砖引玉的作用。一、 softx3000系统结构（一）硬件构成softx3000硬件体系结构可分为业务处理子系统、维护管理子系统、环境监控子系统三个部分。业务处理子系统（又称为“主机”或“前台”），是softx3000的核心部分，由osta机框和连接设备构成，主要完成业务处理、资源管理等功能。维护管理子系统（又称为“后台”），由bam、应急工作站、ws、igwb和连接设备构成，主要完成操作维护、话单管理等功能。环境监控子系统包括每个业务处理框的电源监控模块、风扇监控模块和每个机柜的配电框监控模块，主要用于保证softx3000正常的工作环境。softx3000硬件平台由一个基本机柜和最多4个扩展机柜组成。最少配置时，为一个机柜，由bam、igwb和一个0号osta机框组成。最大配置时，为5个机柜，共有18个osta机框。在实际应用中，系统的容量由osta机框的数量来决定，可根据需要在1到18框之间灵活配置，完全满足平滑扩容的需要。最小配置只需要一个osta机框，由fccu、ifmi、cdbi和msgi各一对单板构成。每对fccu的处理能力是400k bhca。最大配置时，可配置40对fccu单板，系统的处理能力达16m bhca。softx3000的物理构成和连接关系结构如图1-1所示。（二）逻辑结构softx3000硬件逻辑结构由5个模块组成，即接口模块、系统支撑模块、信令底层处理模块、业务处理模块和操作维护模块。接口模块提供各类物理接口以满足系统组网的需求，包括窄带接口单元e1、接口板epii；宽带接口单元ip转发板ifmi、ifmi后插接口板bfii和时钟单元ckii。系统支撑模块实现程序和数据的加载、设备管理和维护及板间通讯等功能，包括系统管理板smui、系统管理板后插接口板siui、热插拔控制单元hsci等几个部分。信令底层处理模块提供信令协议处理功能，包括fcsu的mtp2处理单元、宽带信令协议处理单元bsgi和多媒体信令处理单元msgi板。业务处理模块由呼叫控制单元fccu、呼叫控制及信令处理单元fcsu和数据库单元cdbi构成。操作维护模块由bam、ws、igwb计费网关、lan switch和应急工作站等设备构成，负责整个系统的管理、维护以及话单的处理。核心lan switch具有实现多框间设备互联的功能。二、 软交换与传统交换机结构比较传统交换机由处理机系统、交换网络、用户和中继线接口模块、信令处理模块、操作维护子系统等组成。整个交换机是一个有机的整体，各模块之间用复杂的、结构各异的内部总线连接，模块之间使用内部协议通信。交换机使用复杂的专用操作系统，除了具备呼叫处理功能，还要有强大的自维护功能。整个交换机是一个复杂的多处理机系统。软交换是以承载网为核心，基于tcp/ip协议通信的分布式交换机。它把一个结构复杂的交换机分解为多个功能独立的部件，部件间以tcp/ip协议通信，简化了设备结构，是一个部件化的通信网络。软交换的基本功能是处理信令协议，强调的是部件间的标准化通信。软交换的各个部件（如softx3000和umg8900）可以部署在不同的机房或者不同的城市，只要ip网络是通达的。理论上，softx3000的两个osta机框都可以部署在两地，而不影响软交换的功能。softx3000以osta机框为基本的管理和运行单元，机框之间用网线连接，以tcp/ip协议通信。只要用ping命令就可检测出机框之间的通信是否正常。sg、shlr、mrs、umg等部件的连线也很简单。而传统交换机的机架之间连线很复杂，机架内部的机框之间连线则更复杂。softx3000的所有单板中，除了接口板和alui、ckii等硬性单板外，所有的业务单板都配置ip地址，单板之间通过以太网总线进行tcp/ip通信。因此，完全可以用一台功能和性能相同的计算机或服务器代替一块单板、一个osta机框、甚至softx3000来完成等效的功能。软交换的各部件和softx3000各单板之间的通信相当于一个协同工作的计算机网络，每个部件或单板都可以视为一台计算机。事实上，软交换就是在internet的voip基础上发展起来的。三、 softx3000内部通信（一）osta机框总线softx3000由一个或多个osta机框组成，osta机框之间用lan switch互连，以tcp/ip协议通信。每个osta机框包括了共享资源总线、以太网总线、h.110总线和串口总线四种类型的系统总线，从而实现了单板通信、程序和数据加载、告警上报等softx3000的所有功能。如图3-1所示。共享资源总线的速率是2g bit/s，每个osta机框有2条。共享资源总线是smui板用于对本框所有可加载单板（ifmi/bsgi/fccu/fcsu/cdbi/mrca/msgi）进行加载、管理和维护的总线。以太网总线是osta机框中的mrca、fcsu、fccu、bsgi、msgi、ifmi、smui、cdbi单板之间的业务通信通道，也是与其他osta机框之间的业务通信通道。每个机框有2条以太网总线。h.110总线提供4096时隙的交换能力。h.110总线主要用作框内基准时钟的传输通道，以及完成fcsu主、备板业务倒换的功能。每个机框包括一条h.110总线。串口总线是smui用于对业务处理框内不挂在共享资源总线上的单板进行管理，此类单板包括ckii、epii、alui。串口总线波特率为38.4kbit/s。四种总线中，仅以太网总线用于业务、信令数据的传送，其他三种总线用于管理、维护、加载、告警上报和计费数据传送等功能。（二）单板间通信每块可加载的单板都分配一个模块号。不同类型的单板，其模块号范围不同，如smui单板从2-21，fccu单板从22-101。bam的模块号固定为0，igwb的模块号固定为1。每个模块都被分配两个平面的ip地址172.20.200.模块号、172.30.200.模块号。比如，模块号为22的fccu的ip地址为172.20.200.22和172.30.200.22，bam的ip地址为172.20.200.0和172.30.200.0。配置两个网段是为了增加通信的可靠性。单板的ip地址由smui根据单板的模块号设定，单板的mac地址也由smui设定，如172.20.200.22的mac地址为00e0fc:002016。备用侧单板没有ip地址。两机框的单板通信路径为：单板ahsci板lan switchhsci板单板b。各单板间的通信状态，可以用dsp comm命令进行查询。如命令“dsp comm: fn=2， sn=6， comt=cpci”。四、softx3000的信令处理过程（一）信令功能softx3000的功能，就是处理各种信令协议。有软交换互通协议sip、h.323，媒体控制协议h.248、mgcp，以及用sigtran承载的传统信令isup、inap、dss1、v5等。softx3000的硬件单板类型较少，其中业务单板有ifmi、fccu/fcsu、cdbi、msgi、msgi、mcra，其余的单板都是为了完成维护管理、加载、告警、接口、时钟、供电和环境监视等辅助功能。ifmi单板完成一级ip包转发和负荷分担功能，将不同的协议信令转发给msgi和msgi单板处理；bsgi和msgi完成二级信令处理和并分发给fccu单板；cdbi存储配置数据，用于信令转发时的单板定位； fccu完成呼叫处理功能，包括呼叫号码和路由分析、计费、信令处理等功能；mcra是内语音板，独立完成放音功能。softx3000单板协议栈如图4-1所示。图4-1 softx3000单板协议栈（二）信令处理路径softx3000配置一对或多对ifmi板，每对ifmi配置一个ip地址，代表softx3000对外发送和接收信令。接收信令路径为上行路径，为bpiiifmibsgi/msgi fccu/fcsu，发送信令路径为下行路径，为fccu/fcsu bsgi/msgiifmibpii。1.m3ua承载的isup信令上行路径（1）ifmi板处理mac消息后，根据ip协议类型、本地ip地址、本地sctp端口号、对端ip地址、对端sctp端口号，通过以太网总线将消息分发到指定的bsgi进行处理。（2）bsgi进行ip、sctp和m3ua消息处理后，根据ni、opc、dpc、cic分发到负责处理该cic的fccu/fcsu板。2.m3ua承载的isup信令下行路径（1）fccu/fcsu根据处理m3ua链路的bsgi模块号，通过以太网总线将消息发送到bsgi板进行处理。（2）bsgi进行m3ua、sctp消息处理后，根据ip报文的源ip地址确定ifmi板，并通过以太网总线将对应的消息包分发到指定的ifmi板进行处理。3.h.248/mgcp信令上行路径（1）ifmi板处理mac消息后，根据bsgi功能配置和负荷分担的原则，通过以太网总线将消息分发到bsgi进行处理。（2）bsgi按不同的消息类型，或者根据transaction id分发到所属的fccu/fcsu，或者将消息转发给cdbi，cdbi查询终结点tid归属的fccu/fcsu模块号并将消息转发给该模块。4.h.248/mgcp信令下行路径（1）对于同一个呼叫的第一个消息，fccu/fcsu会按照负荷分担的原则选择一块bsgi，并会将同一呼叫的后续消息都分发到该bsgi板处理。（2）bsgi板进行mgcp/h.248编解码和udp消息处理后，根据udp包中携带源ip地址与ifmi ip地址进行比较，选择ip地址系统的ifmi板进行分发。5.sip信令上行路径（1） ifmi板处理mac消息后，判断udp消息的目的端口。如果目的端口是sip本地端口，ifmi则根据sip本地端口与msgi模块号对应的关系进行消息一级分发。如果目的端口是sip服务端口，ifmi则依据负荷分担的原将消息分发到任意一块可以处理sip协议的msgi。（2）如果是sip用户呼叫或非呼叫类型的消息，msgi向cdbi查询sip用户标识（用户名或e.164号码）与fccu/fcsu对应关系，并分发到该fccu/fcsu。如果是sip中继呼叫，msgi根据负荷分担的原则将消息分发到任意一块fccu/fcsu板处理，并在本板数据库记录call id与fccu/fcsu模块的对应关系，根据call id将同一呼叫的后续呼叫消息分发送同一块fccu/fcsu板。6.sip信令下行路径（1）fccu/fcsu根据负荷分担的原则将消息分发到可以处理sip协议的msgi板，并在本板的数据库上记录对应的msgi模块号，同一呼叫的其他下发消息将直接按照记录进行下发。（2）msgi进行