背景技术
为了能够从传统的电话网平滑过渡到下一代网络(NGN)，互联网工程
任务组(IETF)制定了一套信令传递(SIGTRAN)协议架构，用以将传统
电话网中各种信令消息适配到IP网中。所谓适配，是指将原先针对电路交换
网特点的信令部分剥除，将内部层间接口和信令消息重新封装为适合在IP
网传递的信令协议包。针对于不同的信令的特点，需要使用不同的适配协议，
使得这些信令消息得以在IP网中进行传递。信令数据及命令包在转成相应的
适配协议包后，再利用可靠传输协议(如流控制传输协议SCTP)协议传递
到IP网中的目的地。
在下一代网关关于传统信令网向IP网过渡的网络架构中主要包含了信
令网关(SG)和媒体控制器(MGC)或软交换(SS)。SG的作用是将在传
统信令网中传递的信令适配到IP包中在IP网中传递；MGC或SS的作用则
是处理这些信令。
随着英特网的高速发展，以及电信网等通信网也逐渐向基于IP的下一带
网络过渡。地址资源已经越来越不能满足需求，为解决这个问题，大量的私
有网络成为英特网的补充。这些私网对内部的设备均分配了自己的IP地址，
这些分配了内部地址的设备互通时使用的是内部地址，而在访问公网设备
时，则需要经过地址转换将内部地址转换为合法的公网地址进行访问。在下
一代网络的发展过程中，由于网络设备的分散性，我们也面临着信令网关
(SG)和软交换(SS)或媒体网关控制器(MGC)分别处于私网和公网中，
甚至处于不同的私网中。
目前所用的地址转换方法主要有网络地址替换(NAT)和网络端口映射
两种方法。
网络地址替换的原理是将有限的公网地址集中在网络边界的NAT服务
器上，对于所有流出网络的IP包均需要在NAT服务器上将IP包头中的私有
的源地址替换成合法的公网地址，从而使之可以正常地在公网中传递，同时
需要在NAT服务器上记录这对地址的映射关系。对于从公网进入私网的IP
包，则需要从NAT服务器上记录下的地址映射关系中找出相应的关系将目
的地地址替换成相应的私网地址，从而使之可以完成在私网中的传递。
端口映射的方法则只是适用于基于TCP或UDP等IP传输协议的应用，
其原理是将出私网的TCP或UDP协议中的源端口，在网络边界上的端口映
射服务器上转换为新的源端口，同时将IP源地址更换为公网地址，该方式可
以实现使用很少量地址为这个网络提供访问公网的服务。
上述两种方式的共同缺陷在于必须从私网首先有IP包发到公网，在网络
边界上的转换服务器产生地址转换关系后，然后才能实现公网数据包向私网
的传递。而在公网设备向私网设备主动建链时，由于在网络边界上尚未产生
出地址或端口映射关系，因此无法成功地发到目的地。
此外，信令网关和MGC分别在公网和私网中，采用流控制传输协议
(SCTP)作为底层传输协议时，地址转换存在一定的问题。
首先由于流控制传输协议支持多地址连接，在建立连接消息和应答消息
中均包含着本端设备的可用地址列表。因此在使用网络地址替换时，需要能
够解析SCTP数据包，进而对可用地址列表中的每个可用地址进行转换，如
果一个SG有几个地址参与传递信令，在网络地址转换服务器上就需要分配
几个地址，如果私网中有多个SG时，公网地址资源需求将会比较大。而在
使用端口映射的方式时，多地址工作根本无法支持。这是由于一个SCTP连
接只有一个端口，无法为每个地址分配一个映射端口，因此一个SCTP连接
只能有一个地址参与连接。
进一步地，在私网中的信令设备向处于公网的信令设备建立SCTP连接
时，由于无法确定所使用的公网地址，在公网的信令设备上的SCTP服务器
端就无法配置对端的地址，不能在收到连接建立消息时根据地址判断其合法
性。这样公网设备就会有被端口扫描的危险，从而会降低系统的安全性。
进一步地，在使用网络地址替换等技术将消息在公网和私网中传递时，
公网中的信令设备需要知道私网中的所有的IP信令设备及信令端点的拓扑。
需要配置与众多的处于私网的信令设备之间的信令传递及冗余关系。在存储
和运算上都需要花费较大的开销。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电信信令消息穿越私网边界传
递的系统及方法，公网和私网设备均可以主动建链，并有确定的对端地址，
同时也支持设备的多地址连接。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电信信令消息穿越私网边界
传递的系统，包括位于不同IP网络的多个IP信令设备，其特征在于，还包
括跨越不同网络的IP信令网关，所述IP信令网关配有不同网络的IP地址，
并具有至少两个由对称的协议栈组成的分属不同网络的IP信令网关处理进
程，各自通过可靠传输协议与同一网络中的IP信令设备上的处理进程建立连
接，用于完成与IP信令设备间的用户适配协议消息的发送、接收处理和与内
部信令层间接口的转换，所述IP信令网关配置了信令消息和相连IP信令设
备上处理进程的处理关系，所述IP信令设备也配置了信令消息和相连IP信
令网关处理进程的处理关系。
上述系统可具有以下特点：所述每个协议栈包括互联网协议层、流控制
传输协议或传输控制协议层以及用户适配协议层。当两侧网络的参数不同
时，所述IP信令网关上需设置至少一个网络接口函数，用于将一侧IP信令
网关处理进程通过层间接口交上来的用户层消息和接口参数映射为另一侧
的配置值，再通过同样的接口交到所述另一侧的IP信令网关处理进程。
上述系统可具有以下特点：所述IP信令网关处理进程的用户适配协议层
上设置了动态的消息分发表，记录了静态配置和用户适配协议激活情况，所
述静态配置包含应用服务器标识或端口标识的定义，以及应用服务器标识或
端口标识与IP信令设备上处理进程的处理关系表，所述激活情况则指示当前
哪些IP信令设备上的处理进程可以进行信令的处理。
上述系统可具有以下特点：所述IP信令设备是软交换装置、媒体网关控
制器、信令网关或IP信令端点中的一种或几种。
上述系统可具有以下特点：所述IP信令网关上具有多套由两个对应的
IP信令网关处理进程及一个网络接口函数组成的独立的协议架构，用于传递
不同种类的信令。
上述系统可具有以下特点：所述IP信令网关同时跨在三个或三个以上的
IP网络上，配有每个网络的IP地址，每个网络侧至少有一个IP信令网关处
理进程通过可靠传输协议与同一网络中IP信令设备上的处理进程建立可靠
连接。
上述系统可具有以下特点：所述不同网络的边界同时设有多个冗余备份
的IP信令网关，每个IP信令网关上的各IP信令网关处理进程同时也与同一
网络的其他IP信令网关上的IP信令网关处理进程建立可靠连接。
上述系统可具有以下特点：所述系统包括一个公网和多个私网，在每个
私网和公网的边界处设置一个或一个以上的IP信令网关，各个IP私网中的
IP信令设备通过可靠传输协议与本网边界的IP信令网关上该网络侧的IP信
令网关处理进程建立可靠连接，同时各个IP信令网关属于同一网络的IP信
令网关处理进程之间也建立可靠连接。
本发明还提供了一种电信信令消息穿越私网边界传递的方法，应用于在
不同网络边界处设置有IP信令网关的系统中，包括以下步骤：
(a)IP信令网关与不同网络中的IP信令设备分别建立可靠连接；
(b)IP信令网关上的各个处理进程与同一网络的IP信令设备上的处理
进程分别建立信令适配传递通道；
(c)IP信令设备发送用户适配协议包到IP信令网关，源地址和目的地
址为同一网络的有效IP地址；
(d)接收一侧的IP信令网关处理进程中将信令消息转成相应的内部接
口交给另一侧的IP信令网关处理进程，将层间接口再重新封装为基于IP的
用户适配协议包；
(e)所述另一侧的IP信令网关处理进程将用户适配协议包发送到IP信
令设备，源地址和目的地址为同一网络的有效IP地址。
上述方法可具有以下特点：所述步骤(d)中，先将用户层消息和接口
参数映射为对应的另一侧网络的配置值，再通过相同的内部接口交给另一侧
的IP信令网关处理进程。
上述方法可具有以下特点：所述步骤(b)中，IP信令网关和IP信令设
备上的处理进程之间通过相应用户适配协议中规定的应用服务器状态管理
消息和应用服务器业务管理消息建立可靠控制协议连接。
上述方法可具有以下特点：所述步骤(b)和(e)中，是根据信令消息
的应用服务器标识或端口标识与处理进程的处理关系确定信令消息的传递
路由。
上述方法可具有以下特点：所述步骤(d)之后，完成封装的IP信令网
关处理进程先将用户适配协议包发往另一个IP信令网关进行信令消息的转
换和重新封装，再执行步骤(e)，或者进行更多次的两个IP信令网关之间
的传递和处理，再执行步骤(e)。
上述方法可具有以下特点：所述步骤(a)中，还在多个IP信令网关的
位于同一网络侧的IP信令网关处理进程间建立可靠传输协议连接，并在步骤
(b)中，通过应用服务器状态管理消息和业务管理消息建立IP信令网关之
间的冗余备份关系。
由上可知，本发明采用了IP信令网关在私网边界上中继信令的传递，公
网设备只与IPSG的公网侧建立连接，私网设备也只与IPSG的私网侧建立连
接，通过IPSG将消息的重新封装再分发，形成了一条从公网信令设备到私
网信令设备的信令通道。这种分段建立连接的方法克服了公网设备无法向私
网设备直接发起建立连接的缺陷，并可充分利用IP信令网关的地址资源，在
不同网络内分别建立多地址的SCTP连接，提高连接可靠性。
进一步地，在私网设备和公网设备中，如果需要配置对端地址，对端地
址均为IPSG在该网络侧的地址，不存在不确定性，从而提高系统的可靠性。
此外，本发明系统IP信令网关两侧的信令消息路由分发和冗余策略被分割开
来，两端的设备分别与IPSG之间建立信令分发及冗余策略，一方面屏蔽了
不同网络设备的存在，另一方面提高了组网的灵活性，降低了信令分发机制
的复杂性。还可利用IP信令网关的冗余，分别对两侧的信令传递提供冗余手
段，从提高信令传递的可靠性和组网灵活性。
具体实施方式
如图1所示，本实施例的系统包括位于IP网络A的信令网关(SG)1、
位于IP网络B中的软交换设备(SS)2，以及在网络边界上设置的跨越不同
网络的IP信令网关(IPSG)3。IP网络A和IP网络B分别是Ipv4私网和Ipv6
公网。图中的SS也可能是媒体网关控制器(MGC)，SS和SG也可能是IP
信令端点(IPSEP)等其它IP信令设备，且设备数量也没有限制。
IPSG与两个网络均直接相连，并配有两个网络的有效IP地址，与该IPSG
相连的SG和SS/MGC上分别配置了该IPSG在同一网络的IP地址。SG和
SS之间需要穿越不同网络的边界传递封装在用户适配协议中的电信信令消
息，而IPSG的作用就是将一个网络中传递的封装在IP包中的信令消息重新
封装和分发，使之能够进入另一个IP网络进行传递。
如图2所示，本实施例IPSG上的协议架构由对称的两个协议栈和一个
网络接口函数(NIF)组成。每个协议栈由IP(互联网协议)层、SCTP(流
控制传输协议)层及UAL(用户适配协议层)组成。其中SCTP协议是IETF
在IP网中传递信令中推荐使用的底层可靠传输协议，用于保证IPSG与两端
信令之间传递信令消息的可靠性，但是，也可以采用传输控制协议(TCP)
或其他可靠传输协议。用户适配层(UAL)根据传递的信令种类不同可选择
不同的用户适配协议，主要用于信令消息和内部层间接口的转换，以及信令
消息分发过程中的路由控制。我们将IPSG上的这样一组协议组成的，完成
用户适配协议消息发送、接收的处理(如封装、拆封、流量控制等)及与内
部信令层间接口(DATA REQ)之间的转换的处理进程实例称为IP信令网
关处理进程(IPSGP)。
如图所示，两个IPSGP分别与位于不同IP网络的SS上的应用服务器进
程(ASP)和SG上的信令网关处理进程(SGP)之间建立SCTP连接，作为
信令在IP网中传递的通道，SS、IPSG和SG之间的信令传递是由各自的ASP、
IPSGP和SGP实际完成的。另外，对于IP信令端点(IPSEP)来说，IPSGP
则是与其上的IP信令处理进程(IPSP)建立SCTP连接。
可以看出，本实施例的系统中，公网设备只与IPSG公网侧建立连接，
私网设备也只与IPSG私网侧建立连接，建立连接时完成传送消息的IP地址
选择，通过IPSG将消息重新封装后再分发。这种分段建立连接的方式无需
进行公网和私网间地址的替换，因而克服了公网设备无法向私网设备直接发
起建立连接的缺陷。另外，IPSG和其它IP信令设备的多地址实现基于其底
层的可靠传输协议SCTP就可以完成。而IP信令设备的对端地址均为IPSG
在该网络侧的地址，不存在不确定性，从而提高了系统的安全性。
本实施例还在两个协议栈上设置了一个网络接口函数(NIF)，用于将
从一侧IPSGP通过层间接口交上来的用户层信息，如应用服务器标识(AS
标识)，以及接口中的一些参数值映射成为另一侧配置的值，通过同样的接
口交到另一侧的IPSGP重新封装成相应的用户适配协议IP包发出。
为了实现信令消息从SG到SS传递的路由，在SG上需要配置应用服务
器(AS，逻辑服务器，指部分业务的总和)与同一网络上的IPSGP的处理
关系，即信令消息的分发策略。在SG收到信令侧的消息时，根据信令的一
些特征值，如信令点码，电路标识，接口标识等，确定该消息属于那个AS，
然后根据配置的分发策略发送到相应的IPSG。在该IPSGP上则需要配置AS
与ASP的处理关系，以便根据信令消息的AS标识查找目前可以为该AS工
作的ASP，进而根据ASP最终确定应发送到哪个SS或MGC。这样从电信
网来的信令消息在SG上和IPSG上进行了两次分发。
另一方面，为了实现信令消息从SS到SG传递的路由，在SS上也配置
了信令消息与同一网络上的IPSGP的处理关系，用于确定其从SS到IPSG
的传递路由，而在该IPSGP上也需配置信令消息与SGP的处理关系，以确
定信令消息从IPSG到SG的传递路由。
IPSG上对上述处理关系的配置是通过两个IPSGP的用户适配协议层上
动态的消息分发表来实现的。分发表用于信令消息分发的管理，内容包括静
态配置、用户适配协议激活情况以及信令处理方式。其中，静态配置主要包
含AS的定义，AS与ASP列表(配置在与SS同侧的IPSGP上)或者AS与
SGP列表(配置在与SG同侧的IPSGP上)的处理关系表，以及相应的策略
权重；激活情况则指示当前哪些ASP或SGP是激活的，可以进行信令的处
理；信令处理方式表示ASP是采用何种方式激活信令处理的，例如是负荷分
担还是取代模式。
由于IPSG分别与两侧的信令设备建立了用户适配协议层的连接，因此
两侧的信令消息路由分发和冗余策略就被分割开来。两端的设备分别与IPSG
之间建立信令分发及冗余策略。这样一方面屏蔽了不同网络设备的存在，另
一方面提高了组网的灵活性，降低了信令分发机制的复杂性。此外利用IPSG
的冗余，可以分别对两侧的信令传递提供冗余手段，从而可以提高信令传递
的可靠性和组网灵活性。
基于以上系统，以SS和SG之间信令传递为例，电信网信令穿越私网边
界传递的协议流程如图3所示，包括以下步骤：
步骤101，软交换设备SS 204和IPSG 205上同一网络侧的IPSGP 201
建立SCTP连接；
步骤102，SS 204向IPSGP 201发用户适配协议中的UP消息；(UP消
息是本实施例用户适配协议中规定的应用服务器状态管理消息，用于建立信
令适配传递通道)
步骤103，IPSG 205向SS 204回应UP ACK消息；
步骤104，SG 203和IPSG 205在同一网络侧的处理进程IPSGP 200建
立SCTP连接；
步骤105，IPSGP 200向SG 203发用户适配协议中的UP消息；
步骤106，SG 203向IPSGP 200回应UP ACK消息；
步骤107，SS 204向IPSGP 201发送ACTIVE消息，并携带AS标识，
指示发出消息的ASP可以提供该业务的服务；(ACTIVE消息是本实施例用
户适配协议中规定的应用服务器业务管理消息，用于激活信令适配传递通
道)
步骤108，IPSGP 201在收到SS 204发来的ACTIVE消息后，将其转换
为层间接口，由NIF将AS标识映射为IPSGP 200一侧对应的值，向IPSGP 200
指示相应的服务可以激活；
步骤109，IPSGP 200将信令层间接口再封装为相应的ACTIVE消息，
发到SG 203；
步骤110，SG 203向IPSGP 200回应ACTIVE ACK消息；
步骤111，IPSGP 200在收到SG 203发回来的ACTIVE ACK后，修改
该IPSGP上的消息分发表，激活该AS相关SGP列表中的SGP(即发送
ACTIVE ACK的SGP)，将AS标识映射为IPSGP 201一侧对应的值，向IPSGP
201指示相应的服务激活确认；
步骤112，IPSGP 201收到IPSGP 200来的确认指示后，修改该IPSGP
上的消息分发表，激活所述AS相关ASP列表中的ASP(即发送ACTIVE的
ASP)，同时产生ACTIVE ACK消息发回到SS 204；
通过以上步骤就建立起了SS和SG之间的信令适配传递通道。当SS向
SG发送IP协议包时，按以下流程进行：
步骤113，SS 204向IPSGP 201发送封装在协议包中的信令消息(如：
Data Request消息)，此时IP包中目的地址为IPSG 205该网络侧的地址，源
地址为SS 204的地址；
步骤114，IPSGP 201将该消息翻译成层间接口交到网络接口函数NIF
202；
步骤115，NIF 202将接口中的参数映射为IPSGP 200上配置的值，进而
通过同样的层间接口交到IPSGP 200；
步骤116，IPSGP 200将层间接口翻译成封装在协议包中的信令消息
(Data Request消息)发到SG 203，此时IP包中目的地址为SG 203的地址，
源地址则为IPSG 205在该网络侧的地址；
另一方面，当SG 203向SS 204发送协议包时，按以下流程进行：
步骤117，SG 203向IPSGP 200发送封装在协议包中的信令消息(如：
Data Indication消息)，此时IP包中目的地址为IPSG 205该网络侧的地址，
源地址为SG 203的地址；
步骤118，IPSGP 200将该消息翻译成层间接口交到网络接口函数NIF
202；
步骤119，NIF 202将接口中的参数映射为IPSGP 201上配置的值，进而
通过同样的层间接口交到IPSGP 201；
步骤120，IPSGP 201将层间接口翻译成封装在协议包中的信令消息
(Data Indication消息)发送到SS 204，此时IP包中目的地址为SS 204的地
址，源地址则为IPSG 205在该网络侧的地址。
采用不同的用户适配协议时，用于建立传递通道的消息可能不同，但处
理流程是一样的。例如，IPSGP 201接收到SS发来的INACTIVE消息(去
激活消息)，也是将INACTIVE消息中的AS标识映射成为另一侧的AS标
识，由IPSGP 200产生INACTIVE消息发出，等待SG返回INACTIVE ACK
消息后，再将该INACTIVE ACK消息中的AS标识映射成为SS侧的AS标
识，进而产生INACTIVE ACK消息发至SS，同时还需要更改两个IPSGP上
的消息分发表。
在某些信令适配协议中没有提出应用服务器(AS)的概念，而只是简单
地使用端口作为区分不同应用，这时，流程中的AS标识可采用端口标识。
基于本发明的基本方案，可以进行很多的变换，例如：
一个IPSG可以同时作为不同信令(如七号信令、数字用户一号信令、
V5信令、信令连接控制部分等)跨越私网边界的设备。对于每种信令的传
递建立一套独立的协议架构，即两个IPSGP和一个NIF，在同一侧的采用不
同种类信令适配协议的IPSGP分别与对应的IP信令设备相连，这样，IPSG
同时可以传递不同种类的信令。
一个IPSG还可以同时跨在多个IP网络上，配有每个网络的IP地址，
每个网络侧的IPSGP分别通过SCTP协议与同一网络中的IP信令设备建立
可靠连接，以同时完成两个以上网络的IP信令设备之间信令消息的跨网传
递。
系统中可以有多个互相备份冗余的IPSG，这时，一个IPSG两端的IPSGP
要同时和其他IPSG上同一网络的IPSGP建立SCTP连接，并通过应用服务
器状态管理消息(ASPSM)和应用服务器业务管理消息(ASPTM)建立IPSG
之间的冗余备份关系，对需要穿越私网边界的信令消息进行负荷分担或其他
方式的冗余备份。
系统中包含一个公网和两个以上的私网时，则在每个私网和公网的边界
处设置一个或一个以上的IPSG，各个IP私网中的IP信令设备通过可靠传输
协议与本网边界处的IPSG上该网络侧的IPSGP建立可靠连接，同时各个IP
信令网关属于同一网络的IPSGP之间也建立可靠连接。这样就可以实现信令
消息穿越公网在两个互不相连的私网之间传递。
存在更多的不同网络时，可以在各个网络边界处设置一个或一个以上的
IPSG，分别与所跨的两个网络的IP信令设备建立SCTP连接，各IPSG之间
以级联的方式建立SCTP连接，实现信令穿越多个网络的传递。