Next Generation Intelligent Network - Interworking SS7 with VoIP Architecture

智慧網 （IN ,Intelligent Network） 的思想起源於美國。80年代初， AT&T 公司就採用集中資料庫方式提供800號（對方付費）業務和電話記帳卡業務，這是智慧網的雛形。後來，國際電聯 ITU-T 在1992年公佈了 Q.1200 系列建議，即智慧網能力集1 （CS1, Capability Set 1） ，正式命名了智能網一詞。80年代中期，Bellcore開發了第二代IN，稱為高級智慧網 （AIN） ，它把業務邏輯轉移到交換機外部獨立的 SCP (Service Control Point) 上。此後， ITU-T 又完成了 IN CS-2、3 建議的制定，並於上世紀末啟動了 IN CS-4 的研究計畫。在針對移動通信網方面，ETSI於1997年推出了用於 GSM 移動智慧網的 CAMEL1 建議。TIA於1999年4月推出基於CDMA的無線智慧網協議WIN。

世界上其他許多研究機構，如IETF，TINA組織等，在智慧網技術的研究方面也都取得了重大進展。近年來，隨著軟交換技術的出現和網路融合的趨勢，架構在異質網路之上的下一代智慧網(Next Generation Intelligent Network)——面向公眾的、開放的通信業務支撐網路已成為人們關注的焦點。

Signalling System No. 7(SS7) Protocol Suite

在電信系統中，專門用於傳送控制信號的系統稱為信令系統（signaling system），而最常見的信令系統為第七號信令系統（Signaling System Number 7，SS7），它提供電話交換機間控制信號傳送的管道，是電信公司能夠提供像建立電話這樣許多服務的基礎。

SS7 是一種局間信令系統。和其他局間信令系統一樣，SS7 一般不負責用戶終端和局端之間用戶線上面信令的傳輸和處理，只負責局交換機之間、局交換機和其他電信設備之間的信令傳輸和處理。需要注意的是，和其他信令系統一樣，SS7 不負責進行具體語音訊號的傳輸，但是它負責協調各種電信設備，使各種電信設備能夠準確地建立語音鏈路，為用戶提供服務。

SS7 這個協定主要是來控制電話網路當中電路的路徑與訊息傳遞，一般來說，訊號系統最主要提供監控 (supervising)、訊息傳遞 (alerting) 與路由定址 (addressing) 三大功能，在 SS7 通訊協定當中，則包含了下面幾個協定：

• MTP (Message Transfer Part)：提供通話雙方電路連接的基本路由能力，這部份定義了實體層、資料鏈結層與網路層的協定。
• MTP Level 1：提供兩個相鄰節點間傳送信號的承載實體（bearer）的設定，定義電氣與功能特性，例如傳輸速率（bit rate）等。
• MTP Level 2：藉由 MTP1 建立的載送實體，建立相鄰兩個元件間的鏈結（link）以傳送訊息，功能包括錯誤的偵錯與更正。
• MTP Level 3：負責將訊息轉送到下一個節點。
• ISDN (Integrated Services Digital Network)：是利用現有的電話線路來高速傳遞訊息的一種技術，它在現有的線路上可以傳遞數位訊號，達到比數據機較高的傳輸速率，但比專線 (leased line ) 較低的使用花費。
• ISUP (ISDN User Part)：提供通信雙方 ISDN (整合服務數位網路) 連接的能力，利用ISDN 可以傳送語音、資料與文字或是視訊等訊息。ISUP同時支援類比與數據電路交換的連接能力。
• SCCP (Signaling Connection Control Part)：提供通話雙方額外傳送訊息，它提供高層 TCAP 或是 IS-634 的連接服務，同時支援連接導向與非連接導向電路，確保可靠的資料傳輸能力。
• TCAP (Transaction Capabilities Application Part)：它提供與電路無關的額外訊息傳送之能力，主要是交換機之間的資料庫或是路由表等資訊的傳送。
• INAP (Intelligent Network Application Part)：智慧型網路應用部, 也是TCAP 的上層。
• MAP (Mobile Application Part)：是TCAP上層的應用層，處理與行動電話相關的應用服務，如 IS-41 與 GSM MAP 都是屬於這層中的應用協定。
• SCTP（Stream Control Transmission Protocol）：由 SCTP 通訊協定的運作，逐步取代 TCP； SCTP 的產生原本是設計用在多重鏈路的網路上，如 PSTN 上的訊號傳遞，但 SCTP 不只運用在訊號的傳遞上，許多的應用程式也適用，因為吸收許多 TCP 的優點，如壅塞控制（Congestion Control），錯誤偵測（Error Detection），及重傳機制（Retransmission）等功能；此外，SCTP 更進一步的又多加了幾個新的功能，而這些功能在 TCP 上是無法運作的，最主要的兩個功能是多重資料流（Multi-Streaming）和多重定址（Multi-Homing），可說是 TCP 的升級版。
• M3UA(SS7 MTP3-User Adaptation Layer)：其功能就是傳送 CS核心網路 中 MTP 3 User Part 的訊號，如 ISUP 或 SCCP 。基本上， M3UA 的功能就是在 SCN-IP 或 IP-IP 網路間執行 STP(Signaling Transfer Point) 的功能，而其中的SCN即 Switching Core Network。

Components and Links of SS7

SS7 的信號與 voice trunk 分開傳送，在一些專為處理 SS7 信號的網路實體元件間，透過特殊定義的連線傳送，因此就會有所謂 SS7 網路，與傳送聲音的電話網路(ex: 可能是PSTN) 區隔開來。接下來說明 SS7 網路上的基本元件，各個節點(SP, Signaling Point)所代表的含意與功能。

直接相連的兩個 SP 稱為 adjacent，而兩個 adjacent SP 間的連結稱為 signaling link，典型的link 為 64 Kbps 或 56 kbps。為了容量或安全上的理由，兩個相連節點間可能不只一條link，稱為 alinkset。

• SSP (Service Switching Point)：角色就像是交換機，負責電話的建立、終止、連接 Subscriber 間的 Trunk、也負責 Billing，會把 Voice 和 Signaling 分開傳送。
• 在 PSTN 中 SSP 就是一般的電話交換機，例如是 tandem 或 end office，如果在 PCS，則 SSP 就是 MSC 。
• SSP 與用戶端的 CPE 以 Subscriber Lines 相連，接收 CPE 的信號且做出適當的 call processing，所以 SSP 會處理所有收到啟動、繞送、終止電話的工作。
• SSP 是 SS7 訊號傳輸的 Source 與 Destination，當 Signaling 在傳送時，是由 STP(Service Transfer Point) 負責傳送(routing)，有可能經過許多個 STP 之後，才會到達目的地的 SSP 。
• STP (Signal Transfer Point)：一種特殊的交換機，不送 Voice 等使用者資料， STP 利用 SS7 訊息上的位址欄位，將 SS7 的 Signal 轉送，也就是做 routing 的工作。
• 為了 reliability 的需求，STP 都是成對出現， STP 為保護網路上的安全，也會有 screening 的功能。
• 在 SS7 的功能類似 OSI Layer 3 (Network) 。
• 在台灣 STP 直接架在 SSP 上。
• SCP (Service Control Point)：包含相關的 Software & Database 以提供更多的服務，例如 0800 免付費電話 SSP 會詢問 SCP， SCP 找到真正的 Address 並回傳給 SSP， SSP 才開始建立這通電話。
• 在 Mobile Applications ， SCP 可能是 HLR or VLR。
• SCP 接收來自 SSP 的查詢，並回應相關的資訊給 SSP。
• SCP 也會成對來佈署(如同STP pair， for reliability)，實際上不會放在一起，以避免區域上的災難。
• SMS (Service Management System)：IN（Intelligent Network） 的管理機構，完成業務邏輯定義、業務管理、使用者資料管理、業務監測、業務量管理及應用資料管理等任務，與網路中有關業務邏輯節點相連接。
• IP (Intelligent Peripheral)：是一個物理實體，如語音辨識和雙向多頻（DTMF）數字收集等。

Intelligent Network Call Flow

傳統電信網路中電話建立的過程為：

• 語音 (Voice) 部份是經由局用交換機 (CO Switches) 之間的 Trunk 介面傳輸；信令 (Signaling) 部份則是透過 SS7 網路傳遞。
• 如果只是一般的通話，負責通話控制 (Call Control) 的 SS7 ISUP 信令，僅會透過 SS7 網路的信號轉運點 (Signal Transfer Point；STP) ，在發話端交換機 (Originating Switch) 與受話端交換機 (Terminating Switch) 之間傳送。
• 然而，當通話需要智慧型網路服務 (IN Services) 時，則要發送 SS7 TCAP 信令，經由 SS7 網路轉送至提供該服務的服務控制點 (Service Control Point；SCP) ，要求提供該項服務。
• 若是該項服務包括語音播放 (Announcement) 、互動語音回應 (Interactive Voice Response；IVR) ，此時 SCP 就會要求智慧型設備 (Intelligent Peripheral；IP) 播放語音給發話端，同時偵測發話端的按鍵，並將按鍵結果之 DTMF 回傳給 SCP ，用來決定該項服務的進行。

以 080 免付費電話及信用卡開卡為例：

• SCP 含有 Database 或 Software， 可以提供更多的服務， 如 VLR、 HLR 就會與 SCP 結合在一起。
• 為使用 SCP 上的服務， Switch 上要有會使用此服務的功能模組， 這樣的 Switch 稱為 SSP (Service Switching Point) 。
• SSP 將要求的訊息送給 SCP， SCP 會依據得到的資料與權限， 告訴 SSP 應如何處理，而 SSP 送給 SCP 的 TCAP 命令是使用 SCCP connectionless 的服務。
• 當SSP 收到一個使用特殊服務得電話， 例如是得到一個 080 的免付費電話號碼， SSP 並不知道真正的目的地在何處， 此時 SSP 要知道應該向那一個 SCP 提出查詢， 使用 TCAP 協定送給 SCP， 接著 SCP 會查詢資料庫， 資料庫提供處理此電話的指令， 此例中就是將 080 電話號碼轉換成真正的電話號碼， SCP 便可送給 SSP 一個 routable number。
• 如果當 SSP 是得到一個像是信用卡中心開卡服務這樣互動語音系統， SCP 會將處理此電話的指令送回 end office ， 要求 end office 連到 IP， 以獲取 IP 的資訊，而 End office 與 IP 之間是使用 ISND 協定。

SS7 over IP

在說明 SS7 Overview 之後，接下來針對 SS7 如何跟 Internal Protocol 整合做說明，如下圖所示，由 IP Network 的 IP-SCP 取代 PSTN 的 SCP ，STP 將Signaling(INAP/ISUP) 傳到 Signaling Gateway，而由 Signaling Gateway 轉換為 SIGTRAM ，再由 IP-SCP 轉為 SIP 並傳至 SIP Server ，接者由 SIP Server 執行 IN Services 的功能，並將 SIP 傳回 Signaling Gateway 。

• Signaling Gateway 將 SS7 信令轉為 SIGTRAM (SS7 over IP) 。
• 而 IP-SCP + SIP Server 則執行 PSTN 的 SCP (Service Control Point) 的功能來達到整合的目的。
• IN Services 改為在 SIP Server 執行，將帶來更大的彈性，並且可以與 Web 做更緊密的整合。
• 而 NGIN 的架構，比起傳統 IN，也有成本下降的好處。

相關設定可參考：
Intelligent Network
Signaling System No.7 - SS7
GL Announces SIGTRAN (SS7 over IP) Emulation Software
電信網路信令協定
VoIP and SS7
通信原理基礎知識
SS7 over IP整合方案
Wikipedia