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JP4248749B2 - 電気通信システムにおけるシグナリング - Google Patents

電気通信システムにおけるシグナリング Download PDF

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  • Exchange Systems With Centralized Control (AREA)

Description

【0001】
(発明の分野)
本発明は電気通信システムにおけるシグナリングに関するものであって、詳細には、必ずしもそれに限定するものではないが、公衆地上移動電話網における信号データの送信に関する。
【0002】
(発明の背景)
電気通信システムでは、システム要素またはノード間で情報を交換するために、信号機器および信号チャンネルが必要である。特に、このノード間のシグナリングによって、いわゆる“回路交換された”接続において電話またはデータの呼をセットアップまたは解放する時に何を実行すべきかをノードに対して指示する。シグナリングはまた、システムおよび個々の加入者に関する情報を交信するためにもしばしば使用される。
【0003】
最近の電気通信システムは今や共通チャンネル信号(CCS)を広く利用しており、それによって信号情報は、実際のユーザ情報(例えば、音声またはデータ)を運ぶために使用されるチャンネルからは切り離された1または複数の専用信号チャンネル上を送信される。CCSの重要な特徴は、既存の多様な電気通信網、例えば、公衆電話交換網(PSTN)、ディジタル統合サービス網(ISDN)、および公衆地上移動電話網(PLMN)、の他に、B−ISDN等の異なるプロトコルをサポートするネットワークの相互稼動性を大幅に拡張する提案段階の未来のプロトコルにおいて同じシグナリングでサービスをサポートできることである。
【0004】
従来、支配的なCCSは、Q.700から始まるITU−T(国際電気通信連合−技術)勧告に定義される信号システム第7号(SS7)として知られている。SS7は、時分割多元接続(TDMA)E.1またはT.1送信フォーマットのフレーム当たり1タイム・スロットを占有するパケット交換網である(ユーザの音声またはデータ情報用には他のタイム・スロットが利用可能である)。個々の信号メッセージ・パケット(メッセージ信号ユニットまたはMSUと呼ぶ)には対応する個別通話が付随する。単一の電話呼には比較的少量の信号情報しか付随しないので、2つのネットワーク・ノード間で数千もの通話に関するすべての信号を単一のSS7チャンネルが処理できる。SS7ネットワーク中のMSUが取る経路は、付随する通話が確立されたものと同一でもよいし、異なっていてもよいことを注意しておく。
【0005】
既に述べたように、SS7(その他のCCSシステムと一緒に)は、複数の異なる電気通信網(例えば、PSTN、ISDN、PLMN)をサポートできる。信号処理に関しては、SS7はメッセージ転送部(MTP)を含んでおり、それは信号ネットワーク上での信号情報の物理的転送(MTP第1層)、メッセージ・フォーマット化、エラー検出および修正等(MTP第2層)、およびメッセージ経路指定(MTP第3層)を処理する。SS7はまた、ユーザ部および応用部を含み、それらはいくつかの“ユーザ”(すなわち、ISDNユーザ部、電話ユーザ部、移動電話応用部等)が同じ信号ネットワーク中で信号を送ることを許可する。
【0006】
図1は、PLMNと、ISDN、PSTN、および他のPLMNなどの“外部”ネットワークとのインタフェースを提供するゲートウエイ移動通信交換局(GMSC)1を有するPLMN(GSM)を示している。PLMNに登録された移動局(MS)の一例が参照符号2で示されている。このPLMN中には複数の例示ノードが示されており、それらには:GMSC1;移動通信交換局(MSC)3;基地局コントローラ(BSC)4;基地トランシーバ局(BTS)5;インテリジェント・ネットワーク・ノード(IN)6;ビジター・ロケーション・レジスタ(VLR)7;ホーム・ロケーション・レジスタ(HLR)8;認証局(AUC)9;および機器識別レジスタ(EIR)10が含まれる。PLMNについてのこれ以上の詳細について、および電気通信網のその他の事項については、スウェーデン国ルンド市スツデントリテラツール(Studentlitteratur)社発行の“電気通信の理解(Understanding Telecommunications)”の第1&2巻(ISBN 91−44−00214−9)に記述されている。
【0007】
図1は上で詳細について述べたネットワーク・ノード間で信号のやり取りを行うために用いられる各種信号インタフェースを示している。これらのインタフェースには:GMSC1と外部ネットワークとの間のISUP/TUPインタフェース;MSC3とインテリジェント・ネットワーク(IN)ノードとの間に用いられるINAPインタフェース;MSC/GMSC1,3とPLMN固有のノード(VLR、HLR、AUC、EIR)6−10との間に用いられるMAPインタフェース;MSC3とBSC4との間に用いられるBSSMAP;およびBSC4とBTS5との間に用いられるAbisインタフェースが含まれる。従来は、これらのインタフェースはすべて、MTP層の上に位置する、SS7ネットワークのユーザ部および応用部として機能していた。結果のプロトコル・スタックを図2に示す。
【0008】
応用部とネットワーク信号サービスとの間の標準的および共通インタフェースとともに、特定の機能およびプロトコルを備えるINAPおよびMAP(これも信号ネットワーク上でのコネクションレス型通信に依存するOMAPのようなその他特定の応用部も)を提供するために、これらの応用部とMTPとの間にトランザクション能力応用部(TCAPまたはTC)が挿入された。更に、信号接続を制御するために、TCAPとMTPとの間に信号接続および制御部(SCCP)が挿入された。SCCPはまた、信号ネットワーク上でのコネクション型、および/またはコネクションレス型通信に依存し、TCAPのサービスを利用しないその他特定の応用部(SCCPユーザと呼ぶ、例えばBSSMAP)によっても利用される。
【0009】
SS7は電気通信網の“可視性エリア(visibility area)”を通って信号データを配送するために、目的地コード(DPC)として知られるアドレスを利用する。可視性エリアは典型的にはネットワークそれ自身であり、そのネットワークと他のオペレータの制御下にある“外部”ネットワークとの間のインタフェースを含めたものである。DPCはMSUのヘッダに置かれ、MSUの受信に応じてネットワーク信号ノード(SP)によって検査されてその目的地への途中においてMSUの次のホップを決定する。いわゆるサブシステム番号(SSN)が、特殊応用部へデータを転送するためにSS7によって用いられるが(下記参照)、これもMSUに含まれている。
【0010】
図2を参照すると、SCCP層の上にある各種の応用部間での経路決定はいわゆる“グローバル名称”を用いて実現される。グローバル名称は(特に)PLMNでダイヤルされた番号、あるいは動き回っている移動局(図1に示す特別な例について)の番号を含む。SCCPは、グローバル名称を分析し、それをDPCへ、またオプションとして、SS7ネットワーク中の次の、あるいは最後の信号ノードを指定するサブシステム番号(SSN)へ変換するために必要なネットワークおよび経路指定のすべての情報を含む。
【0011】
SS7ネットワークでは、可視性エリア内でのDPCアロケーションに何らかの変化があれば、オペレータはネットワークの各SPに存在するDPCデータベース(あるいはルーチング・テーブル)を更新することを要求される。しかし、このことはネットワークの保守に多大なオーバーヘッドを加えることになる。SS7の専従性は、導入および保守(ハードウエアおよびソフトウエアの両面で)を一般的に高価なものとし、将来性のある新しいテレコム・オペレータにとって重大な障壁となっている。更に、SS7ネットワークがE.1/T.1送信プロトコルのTDMAフレーム上でバンド幅を占有するため(時間フレーム当たり1スロット)、実際のユーザの通話データに利用できるバンド幅が制約される。従来の信号アーキテクチャの更に別の欠点は、SS7ネットワークの相互稼動性がMTP物理層の専従性のために限られることである。
【0012】
(本発明の概要)
本発明の1つの目的は、既存の電気通信信号システムの上述の欠点を克服ないしは少なくとも和らげることである。
【0013】
本発明の第1の態様に従えば、電気通信網中の一対の応用部間で信号情報を送信する方法が提供される。本方法は、
前記応用部の第1のものにおいて、前記応用部の第2のものに関するアドレス情報を含む前記信号情報を発生する工程、
もし必要ならば前記信号情報をセグメント化し、更に1または複数のSCCPメッセージの形にカプセル化するように構成された信号接続制御部(SCCP)へ、前記信号情報を渡す工程、
前記カプセル化された信号情報を、SCCPから、前記アドレス情報に関連するIPアドレスおよびポート番号を決定するように構成されたアダプテーション層へ渡す工程、
前記信号情報と前記IPアドレスおよびポート番号をインターネット・プロトコル(IP)部へ渡して、IPネットワーク上で前記信号情報を1または複数のIPデータグラム中の前記IPアドレスへ送信する工程、
前記IPアドレスに関連する目的地において、前記ポート番号で指定されるアダプテーション層において、前記信号情報をカプセルから取り出す工程、および
前記カプセルから取り出した信号情報を第2のユーザ部へ配送する工程、
を含む。
【0014】
信号情報を送信するのにIPに基づくネットワークを利用することによって、従来の信号インフラストラクチャの(これはまだ部分的に利用されているものの)必要性は減少する。IPに基づくネットワークは柔軟性を増大させ(例えば、ネットワークのルータは自己更新できるルーチング・テーブルを有する)、稼動、保守、および技術的なコストを従来の電気通信信号ネットワークと比べて削減する。
【0015】
本発明の方法は特に公衆地上移動電話網(PLMN)に対して適用可能である。そこでは、応用部の前記対は、例えば、PLMNのそれぞれ対応する信号ノードに存在するピア(peer)な移動通信応用部(MAP)またはインテリジェント・ネットワーク応用部(INAP)でありうる。
【0016】
本発明の特定の実施の形態では、SCCPは前記アドレス情報(例えば、グローバル名称)と関連する目的ノード・コード(DPC)との間の、更にオプションとしてサブシステム番号(SSN)との間の変換を実行する。この場合に、IPアドレスおよびポート番号は、グローバル名称から直接的ではなく、DPCを用いてアダプテーション層において決定される。しかし、他の実施の形態では、IPアドレスおよびポート番号はアダプテーション層においてグローバル名称から直接に得られる。
【0017】
好ましくは、アダプテーション層は、IPアドレスに基づくネットワーク上での信号接続の状態を監視し、これについてSCCPに報告を行うように構成されている。
【0018】
好ましくは、信号情報はアダプテーション層からUDPまたはTCPカプセル化層を経由してIP部へ渡される。更に詳細には、アダプテーション層は、信号およびアドレス情報を、UDPまたはTCP層が更に処理するのに適した形にカプセル化するように構成されている。
【0019】
第1の応用部において生成される信号情報はトランザクション能力応用部を経由してSCCPへ送られよう。あるいは、応用部は情報をSCCPへ直接渡す。SCCPの機能は、それのルーチングおよびカプセル化機能に加えて、信号チャンネル上でのコネクションレス型およびコネクション型の両通信を容易にすることであることを指摘しておく。
【0020】
本発明の第2の態様に従えば、電気通信網中で一対の応用部間で信号情報を送信するための装置が提供される。本装置は、
前記応用部の第1のものにおいて、前記応用部の第2のものに関するアドレス情報を含む前記信号情報を発生するための発生手段、
前記信号情報を受信し、もし必要ならば前記信号情報を区分化し、更に前記情報を1または複数のSCCPメッセージの形にカプセル化するように構成された信号接続制御部(SCCP)、
前記カプセル化された信号情報を受信して、前記アドレス情報に関するIPアドレスおよびポート番号を決定するように構成されたアダプテーション層、
前記信号情報と前記IPアドレスおよびポート番号を受信し、IPネットワーク上で1または複数のIPデータグラム中の前記目的IPアドレスへの信号情報の送信を処理するためのインターネット・プロトコル(IP)部、
前記ポート番号で指定され、前記IPアドレスに関する目的地において、前記信号情報をカプセルから取り出すためのアダプテーション層、および
前記信号情報を第2のユーザ部へ配送するためのルーチング手段、
を含む。
【0021】
本発明の第3の態様に従えば、電気通信網の共通チャンネル信号(CCS)ネットワークからインターネット・プロトコル(IP)に基づくネットワークへ、信号情報を結合するためのゲートウエイ・ノードが提供される。本ゲートウエイ・ノードは、
前記CCSネットワーク上で信号情報を受信するように構成されたメッセージ転送部(MTP)、
前記CCSネットワーク上で信号接続を制御しながら、前記MTPから前記信号情報を受信するように構成された信号接続制御部(SCCP)、
前記SCCPから1または複数のSCCPメッセージの形で前記信号情報を受信して、前記SCCPメッセージ(単数または複数)中に含まれるグローバル名称または目的ポート・コード(DPC)に関するIPアドレスおよびポート番号を決定し、IPに基づくネットワーク上での接続を制御するように構成されたアダプテーション層、
前記アダプテーション層から前記信号情報と前記IPアドレスおよびポート番号を受信して、前記IPに基づくネットワーク上でIPデータグラムの形での前記信号情報の送信を処理するIP層、
を含む。
【0022】
(特定実施の形態の詳細な説明)
GSM PLMNの信号ノードおよび信号インタフェースに関しては既に図1および2を参照しながら上で述べた。図3はGSM PLMNの各種ノードを示しており、そこでは本説明の便宜上、それらのノードの各々が従来の構成を有する応用部(例えば、MAP、INAP)を含むことを想定しているため、何らかの他のノードにあるピアな応用部へ信号情報を送信するためにSS7によってサポートを受けることができる。特にMSC3a、3bおよびGMSC1について考えると、これらのノードは信号情報の通信のために従来のSS7ネットワーク11へつながれている。
【0023】
INノード6、VLR7、HLR8、AUC9、およびEIR10を含むインテリジェント・ネットワークおよび移動電話網に固有のノードは、それぞれ、SS7を介してピア・ツー・ピア通信用に同様に構築された応用部(および、特にMAPおよびINAP)を有する。しかし、これらのノードはそれぞれ、それらがIPネットワーク12を介して信号情報を交信することを許可する付加的なインタフェースを含んでいる。SS7につながれたノードおよびIPネットワークにつながれたノードの相互作用を可能とするために、2つの信号ネットワーク11、12はゲートウエイ・ノード13によってつながれている。
【0024】
図4は、IPネットワーク12へつながれたノード(ノード1)、ゲートウエイ・ノード13(ノード2)、およびSS7ネットワーク11へつながれたノード(ノード3)に存在するプロトコル層を模式的に示している。図示の層のうちで、INAP/MAP、TCAP、SCCP、TCP/UDP、IP、物理層、およびMTPは構造的には本質的に従来のものであるため、詳細には説明しない。むしろ、読者はスウェーデン国ルンド市スツデントリテラツール(Studentlitteratur)社発行の“電気通信の理解(Understanding Telecommunications)”の第1&2巻(ISBN 91−44−00214−9)および信号システム第7号(SS7)を定義するQ.700から始まるITU−T(国際電気通信連合−技術)勧告に含まれる文献を参照すべきである。ここでの議論は主としてTCP/IPおよび物理層でMTPを置き換えることを可能にし、従ってピアなSCCPがIPネットワーク12上で通信できるようにするアダプテーション層に関するものである。
【0025】
既に上で述べたように、MSUは、各MSUに付加された目的ノード・コード(DPC)を用いて、SS7ネットワーク中で信号ノードへ経路指定される。1つの信号ノードにおいて、メッセージは、これもMSUへ付加されたサブシステム番号(SSN)に基づいて特定の応用(例えば、HLR、VLR等)へ向けられる。他方、IPネットワーク中のデータグラムは、IPアドレスに基づいて目的マシンへ、更にIPポート番号に基づいて特別なマシン上で動作する応用へ向けられる。アダプテーション層の主な機能は、従って、DPCをIPアドレスおよびポート番号へ変換することであり、このプロセスはDPCおよびIPアドレス/ポート番号に付随するデータベースを用いて実行される。逆方向の変換、すなわちIPアドレス/ポート番号からDPCへの変換は通常は必要ではなく、それはMSUがどのような場合でも、DPC(あるいはそれからDPCを決定できるグローバル名称)を含むからであることを指摘しておく。
【0026】
ノード1では、ノード3へ送信すべき信号データに対して、アダプテーション層はSCCP層から受信するメッセージ“基本命令”中に含まれるDPC/SSNに関するIPアドレスおよびポート番号を決定する(この基本命令はSCCPメッセージと呼ばれる)。アダプテーション層は次に、この情報をTCP(あるいはUDP)層へ渡す前に、この基本命令をTCP(またはUDP層)が受け入れられるフォーマットにカプセル化する。アダプテーション層の別の機能は2つの交信を行うピアな応用部間の接続状態を監視することである。例えば、もしこれらの応用間の通信が切断されて再確立できなければ、アダプテーション層はこのことをSCCPへ報告しよう。理解されるであろうように、アダプテーション層はMTPのそれと同じようにSCCPと交信する。
【0027】
TCP(またはUDP)層による処理の後で、メッセージはIP層へ渡される。この主たる機能はIPネットワーク上でのデータグラムの経路指定を処理することである。
【0028】
IPネットワーク12上を送信されるメッセージは次のような構造を有する。
【0029】
Figure 0004248749
【0030】
ここでSIOはサービス情報オクテットである(これは特定の状況では省略されよう)。
【0031】
ゲートウエイ・ノード13(図4のノード2)では、アダプテーション層がTCP−UDP/IP層とSCCPとの間に挿入される。アダプテーション層はここでも、DPCとIPアドレス/ポート番号との間の変換について配慮する。このように、IPネットワーク12上で受信される信号データグラムに対して、アダプテーション層はメッセージをカプセルから取り出してそれを以降の処理のためにSCCPへ渡す。
【0032】
SS7ネットワーク11上での送信のために、SCCPは基本命令をMTPへ渡し、それは既知のやり方で送信を処理する。同様に、受信ノード(ノード3)におけるプロトコル層は従来のSS7構造に対応する。
【0033】
当業者には理解されるであろうように、本発明のスコープから外れることなく上述の実施の形態に対して各種の修正を施すことができる。例えば、図3に示すネットワーク・ノードの接続性を変更して、MSCおよび/またはGMSCをIPネットワークへつないだままで、特定のIN/PLMNノードがSS7ネットワークへつながれるようにしてもよい。更に、ノードがSS7ネットワークとIPネットワークの両方につながれて、1つのネットワークが他方のネットワークのバックアップを提供する場合もある。更に、すべてのノードを2つまたはそれ以上のSS7ネットワークへつないで、IPに基づくネットワークおよび複数のSS7/IPゲートウエイ・ノードを介してそれらのネットワークを一緒につなぐことが可能である。
【0034】
上述の実施の形態に対する別の修正では、処理連鎖からTCAPが省かれて、例えば、ユーザ応用がTCAPのサービスを要求しない。この場合には、IPネットワーク上を送信されるメッセージは以下に与える構造を有する。
【0035】
Figure 0004248749

【図面の簡単な説明】
本発明をより良く理解するために、またそれをどのように実施するかを示すために、ここで一例として添付図面を参照する。
【図1】 GSMネットワークを、そこで使用されている信号プロトコルと一緒に模式的に示す。
【図2】 図1のネットワークのSS7プロトコルの信号処理層を模式的に示す。
【図3】 電気通信網において信号情報を送信するためのTCP/IPネットワークの利用を模式的に示す。
【図4】 図3の電気通信網のノードに存在する信号プロトコル層を示す。

Claims (7)

  1. 電気通信網中の第1及び第2の応用部間で信号情報を送信する方法であって、
    前記第1の応用部において、前記第2の応用部に関するアドレス情報を含む前記信号情報を発生する工程、
    もし必要ならば前記信号情報を区分化し、更に1または複数のSCCPメッセージの形にカプセル化するように構成された信号接続制御部(SCCP)へ前記信号情報を渡す工程、
    前記カプセル化された信号情報を、SCCPから、前記アドレス情報に関連するIPアドレスおよびポート番号を決定するように構成された第1のアダプテーション層へ渡す工程、
    前記カプセル化された信号情報と前記IPアドレスおよびポート番号をインターネット・プロトコル(IP)部へ渡して、前記カプセル化された信号情報をIPネットワーク上で1または複数のIPデータグラム中の前記IPアドレスへ送信する工程、
    IPアドレスに関連する目的地において、前記ポート番号で指定される第2のアダプテーション層において、前記信号情報をカプセルから取り出す工程、および
    前記カプセルから取り出した信号情報を第2の応用部へ配送する工程、
    を含む方法。
  2. 請求項1記載の方法であって、前記第1及び第2応用部が公衆地上移動電話網(PLMN)の対応する信号ノードに存在するピアな移動通信応用部(MAP)またはインテリジェント・ネットワーク応用部(INAP)である方法。
  3. 請求項1または2記載の方法であって、前記第1のアダプテーション層において、前記アドレス情報中に含まれる目的ノード・コード(DPC)からIPアドレスおよびポート番号を決定する工程を含む方法。
  4. 請求項1または2記載の方法であって、前記第1のアダプテーション層において、前記アドレス情報中に含まれるグローバル名称から直接的にIPアドレスおよびポート番号を得る工程を含む方法。
  5. 請求項1記載の方法であって、少なくとも前記第1及び第2のアダプテーション層の一方から、IPに基づくネットワーク上の信号接続の状態を監視する工程と、それをSCCPへ報告する工程を含む方法。
  6. 請求項1記載の方法であって、前記第1のアダプテーション層において、前記信号情報および前記アドレス情報を、前記第1のアダプテーション層とIP部との間に挿入されたUDP/TCP層によって処理するのに適した形に前記信号およびアドレス情報をカプセル化する工程を含む方法。
  7. 電気通信網中で第1及び第2の応用部間で信号情報を送信するための装置であって、
    前記第1の応用部において、前記第2の応用部に関するアドレス情報を含む前記信号情報を発生するための発生手段、
    前記信号情報を受信し、もし必要ならば前記信号情報を区分化し、更に前記信号情報を1または複数のSCCPメッセージの形にカプセル化するように構成された信号接続制御部(SCCP)、
    前記カプセル化された信号情報をSCCPから受信して、前記アドレス情報に関するIPアドレスおよびポート番号を決定するように構成された第1のアダプテーション層、
    前記信号情報と前記IPアドレスおよびポート番号を受信して、IPネットワーク上で1または複数のIPデータグラム中の前記IPアドレスへの信号情報の送信をするためのインターネット・プロトコル(IP)部、
    前記ポート番号で指定され、IPアドレスに関する目的地にあって、前記信号情報をカプセルから取り出すように構成された第2のアダプテーション層、および
    前記カプセルから取り出された信号情報を第2の応用へ配送するための手段、
    を含む装置。
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