1.6 支撑网

一个完整的通信网除了有以传递电话和数据信息为主的业务网外，还需要有若干个用以保障业务网正常运行、增强网络功能、提高服务质量的支撑网络。支撑网包括信令网、同步网和管理网。通过支撑网可传递和处理相应的监测和控制信号。

1.6.1 信令网

1.信令的基本概念

在通信网中，除了传递业务信息外，还有相当一部分信息在网上流动，这部分信息不是传递给用户的声音、图像或文字等与具体业务有关的信号，而是在通信设备之间传递的控制信号，如占用、释放、设备忙闲状态、被叫用户号码等，这些都属于控制信号。信令就是通信设备（包括用户终端、交换设备等）之间传递的除用户信息以外的控制信号。任何通信网都离不开信令，信令系统是通信网的神经系统。

信令按其工作区域分为用户线信令和局间信令。用户线信令是用户和交换机之间的信令，它包括用户状态信令（摘机、挂机）、数字（电话号码）信令、铃流、拨号音、回铃音、忙音、空号音、催挂音等。局间信令是交换机之间的信令，它分成两类：一类是占用信令、拆线信令、被叫应答信令、被叫挂机信令等，这类信令是监视接续用的，反映出呼叫接续的进展情况；另一类是传送号码和控制接续的信令。任何通信网的信令都应该具有监视、选择、网络管理3种功能。其中完成监视功能的局间信令，因为在线路设备之间传送，称为线路信令；完成选择功能的信令在记发器之间传送，称为记发器信令。

信令按其传送方式分为随路信令和共路信令。随路信令是信令和语音在同一通路上传送，其方式如图1-15所示，它主要用于模拟交换设备，部分数字交换机也采用随路信令。共路信令是把传送信令的通路和传送语音的通路分开，即把语音接续中的各种信令集中在一条公共信道上传输，其方式如图1-16所示。共路信令也叫公共信道信令。公共信道信令不但传送速度快，具有提供大量信令的潜力，便于开放新业务，在通话期间可以进行信令处理，而且成本低廉。

2.No.7信令系统

目前得到广泛应用的No.7信令属于公共信道信令，主要用于以下方面。

① 电话网的局间信令。

② 电路交换数据网的局间信令。

③ ISDN的局间信令。

④ 各种运行、管理和维护中心的信息传递业务。

⑤ 移动通信。

⑥ 用户专用小交换机PBX的应用。

No.7信令采用了功能模块化结构，由消息传递部分（Message Transfer Part,MTP）和多个不同的用户部分（User Part,UP）组成。消息传递部分的主要功能是为正在通信的用户级功能之间提供信令消息的可靠传递。消息传递部分只负责消息的传递，不负责消息内容的检查和解释。用户部分是指使用消息传递部分传送能力的功能实体，它是为各种不同电信业务的应用设计的功能模块，负责信令消息的生成、语法检查、语义分析和信令控制过程。

No.7信令系统分为4个功能级：MTP分为3级，各个UP为第4级中并行的功能单元，如图1-17所示。

从图1-17可以看出，MTP包括下面3个功能级：第1级为信令数据链路功能级；第2级为信令链路功能级；第3级为信令网功能级。用户部分主要包括电话用户部分（TUP）、数据用户部分（DUP）和ISDN用户部分（ISUP）等。各功能级的主要功能如下。

（1）第1级：信令数据链路功能

第1级定义了信令数据链路的物理、电气和功能特性以及链路接入方法。设有传输方向相反的两个信道，在采用数字传输设备的情况下，通常采用64kbit/s的数字信道，这也是No.7信令系统的最佳传送速率。原则上可利用 PCM 系统中的任一时隙作为信令数据链路。实际系统中，常常在PCM一次群中采用TS16作为信令数据链路。这个时隙可以通过交换网络的半固定连接和信令终端相接。

一般情况下，信令链路还要通过复用设备和其他话路信道复用后，经由物理传输介质连接至对端。程控交换机中的数字中继电路就可以完成这一复用功能。

信令数据链路的一个重要的特性是链路是透明的。所谓“透明”是指某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。链路透明是指“透明地传送比特流”，也就是比特流经该链路传输后没有发生任何变化，这个电路对该比特流来说是透明的。因此，在信令数据链路中不能接入回声抑制器、数字衰减器、A/µ律变换器等设备。

（2）第2级：信令链路功能

第2级定义了信令消息沿信令数据链路传送的功能和过程，它和第1级一起为两信令点之间的消息传送提供了一条可靠的链路。在No.7信令系统中，信令消息是以不等长的信号单元的形式传送的，第2级的功能如下。

① 信号单元的定界和定位。

② 信号单元的差错检测。

③ 通过重发机制实现信号单元的差错校正。

④ 通过信号单元差错率监视检测信令链路故障。

⑤ 故障信令链路的恢复过程。

⑥ 信令链路流量控制。

（3）第3级：信令网功能

第3级定义了关于信令网操作和管理的功能和过程。这些过程独立于各个信令链路，是各个信令链路操作公共的控制过程。第3级功能由以下两部分组成。

① 信令消息处理功能。

信令消息处理（Signaling Message Handling,SMH）的作用是当本节点为消息的目的地点时，将消息送往指定的用户部分；当本节点为消息的转接点时，将消息转送至预先确定的信令链路。该功能又可分为如下的3个子功能。

a.消息鉴别：确定本节点是否为消息的目的地点。

b.消息分配：将消息分配至指定的用户部分。

c.消息路由：根据路由表将消息转发至相应的信令链路。

② 信令网管理功能。

信令网管理（Signaling Network Management,SNM）的作用是在信令网发生故障的情况下，根据预定数据和信令网状态信息调整消息路由和信令网设备配置，以保证消息传递不中断。这是No.7信令系统中最为复杂的一部分，也是直接影响消息传送可靠性的极为重要的一部分。信令网络管理功能又可进一步分为信令业务管理、信令链路管理和信令路由管理3个子功能。

（4）第4级：用户部分

第4级由各种不同的用户部分组成，每个用户部分定义了和某种电信业务有关的信令功能和过程。最常用的用户部分包括电话用户部分TUP和ISDN用户部分ISUP。

3.信令网

信令网就是传输信令信号的网络，其主要功能有：传送数模混合电话网中局间信令，传送电话交换的数据网的局间信令，传送窄带、宽带ISDN的局间信令，支持各种智能网业务，支持移动通信业务，传送管理、维护信息等。

（1）信令网的组成

信令网的组成包括信令点（SP）、信令转接点（STP）和信令链路。

信令点（SP）是信令消息的起源点或目的地点，它可以是具有 No.7信令功能的各种交换局（电话交换局、电路交换的数据交接局和综合业务数字交接局），也可以是各种特服中心（运行、管理、维护中心，业务控制点等）。

信令转接点（STP）是负责把一条信令链路收到的信令消息转发至另一条信令链路的信令转接中心。STP分为两种：一种是专用的信令转接点（独立的信令转接点），另一种是与交换局合并设在一起，称为具有信令点功能的信令转接点（综合式信令转接点）。

信令链路是信令网中连接信令点的最基本部件，它由No.7信令功能的第1级、第2级组成。目前的信令链路有4.8kbit/s的模拟信令链路、64kbit/s和2Mbit/s的数字信令链路等多种。

（2）信令网的网络结构

信令网按网络结构的等级可分为无级信令网和分级信令网两类。

① 无级信令网。

无级信令网是未引入信令转接点的信令网。在无级网中信令点间都采用直连方式，所有的信令点均处于同一等级级别。

无级信令网结构比较简单，但有明显的缺点，信令路由都比较少，而信令接续中所要经过的信令点数都比较多；网状网虽无上述缺点，但当信令的数量较大时，局间连接的信令链路数量明显增加。

② 分级信令网。

分级信令网也叫水平分级信令网，是引入信令转接点的信令网。二级信令网是采用一级信令转接点的信令网；三级信令网是具有二级信令转接点的信令网，第1级信令转接点称为高级信令转接点（HSTP）或主信令转接点，第2级为低级信令转接点（LSTP）或次信令转接点。分级信令网的一个重要特点是每个信令点发出的信令消息一般需要经过一级或n级信令转接点的转接。

比较无级信令网和分级信令网的结构，分级信令网具有如下的优点：网络所容纳的信令点数多，增加信令点容易，信令路由多、传号传递时延相对较短。因此，分级信令网是国际、国内信令网常采用的形式。

我国信令网采用3级。第1级是信令网的最高级，称为高级信令转接点（HSTP），第2级是低级信令转接点（LSTP），第3级为信令点（SP）。信令点由各种交换局和特种服务中心（业务控制点、网管中心等）组成。

（3）信令点编码与信令路由

① 信令点编码。

为了识别每一个信令点、信令转接点，就需要给每个信令点、信令转接点分配一个编码。这与在电话网中为了识别每个交换局要给每个交换局分配一个局号是同一个道理。

根据原CCITT/ITU-T建议，各个国家的No.7信令网可以是一个网，也可以是两个网，即有两种编码方案：长途市话统一编码或长市分开编码。我国采用24位统一编码方案。

② 信令路由。

a.信令路由的分类。

在No.7信令网中，由产生消息的信令点、消息经由的信令转接点以及消息所指定的目的信令点所组成的预定通道称为信令路由。信令路由根据用途可分为正常路由和替代路由。

正常路由是指在正常工作情况下（未出现故障时）传送信令业务的路由。如果至目的地点有直达信令链路，则该链路为正常路由；若没有直达链路，则所经中间STP数最少的路由为正常路由。为提高可靠性，一个信令点可使用负荷分担的2条路由，它们都是正常路由，如图1-18所示。

当正常的信令路由出现故障导致不能传送信令时，另外选择用来传送该信令的路由称替代路由或迂回路由。替代路由可以是一个路由，也可以是多个路由，当有多个替代路由时，应按经过信令转接点的多少，由小到大依次作为第一替代路由、第二替代路由等，如图1-19所示。

b.信令路由的选择原则。

首先选择正常路由。如遇故障，则选择替代路由。

如果某信令点到目的地有多条替代路由时，则优先选择经过STP最少的第一替代路由；当第一替代路由不能使用时，再选择第二替代路由，依次类推。

如果在正常路由或替代路由中有多条（N）同一优先等级的路由，且它们之间采用负荷分担方式，则每个路由上将载送1/N总信令负荷。当采用负荷分担方式工作的某个路由出现故障时，应将该路由上的信令业务转移到采用负荷分担方式的其他路由上。

1.6.2 同步网

同步网是在通信设备间提供基准定时信号的网络，以实现交换和传输设备之间时钟信号速率的同步。同步网是通信网正常运行的基础。

同步是指信号之间在频率或相位上保持某种严格的特定关系，也就是它们相对应的有效瞬间以同一个平均速率出现。

在模拟通信网中，载波传输系统两端机间的载波频率需要同步，即收发终端机的载波频率应该相等或基本相等，并保持稳定，以保证接收端正确地复原信号。

数字通信的特点是将时间上连续的信号通过抽样、量化及编码变成时间上离散的信号，再将各路信号的传送时间安排在不同时间间隙内。为了分清首尾和划分段落，还要在规定数目的时隙间加入识别码组，即帧同步码，形成按一定时间规律排列的比特流，如 PCM 信息码。在通信网内 PCM 信息码的生成、复用、传送、交换及译码等处理过程中，各有关设备都需要相同速率的时标（Time Scale）去识别和处理信号，如果时标不能对准信号的最佳判决瞬间，则有可能出现误码。为了使数字设备协调且准确无误地运行，需要各时标具有相同的速率，即时钟同步。此外数字网的同步还包括帧同步。这是因为在数字通信中，对比特流的处理是以帧来划分段落的，在实现多路时分复用或进入数字交换机进行时隙交换时，都需要经过帧调整器，使比特流的帧达到同步，也就是帧同步。

1.网同步设备和定时分配链路

同步网实现了通信网中多个设备间的时钟同步。同步网由节点时钟设备和定时分配链路组成。此外还有同步网的监控管理网，用来保证同步网的正常运行。

（1）节点时钟设备

节点时钟设备主要包括独立型定时供给设备和混合型定时供给设备。独立型定时供给设备是数字同步网的专用设备，主要包括铯原子钟、铷原子钟、晶体钟、大楼综合定时系统（BITS）以及由全球定位系统（Globe Positioning System,GPS/Global Navigation Satellite System,GLONASS）组成的定时系统。混合型定时供给设备是指通信设备中的时钟单元，它的性能满足同步网设备指标要求，可以承担定时分配任务，如交换机时钟、数字交叉连接设备（DXC）等。

铯原子钟的长期稳定性非常好，没有老化现象，可以作为自主运行的基准源。但是铯原子钟体积大、耗能高、价格贵，并且铯素管的寿命为5～8年，维护费用大，一般在网络中只配置l～2组铯原子钟做基准钟。铷原子钟与铯原子钟相比，长期稳定性差，但是短期稳定性好，并且体积小、质量轻、耗电少、价格低。利用GPS校正铷原子钟的长期稳定性，也可以达到一级时钟的标准。

晶体钟长期稳定性和短期稳定性比原子钟差，但晶体钟体积小、质量轻、耗电少，并且价格比较便宜，平均故障间隔时间长。因此，晶体钟在通信网中应用非常广泛。

（2）定时分配

定时分配就是将基准定时信号逐级传递到同步通信网中的各种设备。定时分配包括局内定时分配和局间定时分配。

① 局内定时分配。

局内定时分配是指在同步网节点上直接将定时信号送给各个通信设备，即在通信楼内直接将同步网设备（BITS）的输出信号连接到通信设备上。此时，BITS 跟踪上游时钟信号，并滤除由于传输所带来的各种损伤，例如抖动和漂移，能重新产生高质量的定时信号，用此信号同步局内通信设备。

局内定时分配一般采用星状结构，如图1-20所示。从BITS到被同步设备之间的连线采用2Mbit/s或2MHz的专线。

在通信楼内需要同步的设备主要包括程控交换机、ATM、No.7信令转接点设备、数字交叉连接设备（DXC）、SDH 网的终端复用设备（TM）和分插复用设备（Add Drop Multiplexing,ADM）、数字数据网（Digital Data Network,DDN）设备、智能网设备等，另外还有其他需要同步的设备。

② 局间定时分配。

局间定时分配是指在同步网节点间的定时传递。局间定时传递采用树状结构，通过定时链路在同步网节点间，将来自基准钟的定时信号逐级向下传递。上游时钟通过定时链路将定时信号传递给下游时钟。下游时钟提取定时，滤除传输损伤，重新产生高质量信号提供给局内设备，并再通过定时链路传递给它的下游时钟。目前采用的定时链路主要有PDH定时链路和SDH定时链路。

传统的同步网建立在PDH环境下，由于PDH传输系统对定时是透明的，因此，PDH传输设备的2Mbit/s 通道适合传送同步网定时信号，定时链路包括2Mbit/s 专线和2Mbit/s业务线。

SDH 定时链路是指利用 SDH 传输链路传送同步网定时。与 PDH 定时链路不同，SDH定时链路采用STM-N信号传递定时，SDH中普通的2Mbit/s信号不能用于传送同步网定时。在定时链路始端的 SDH 网元通过外时钟信号输入口接受同步网定时，并将定时信号承载到STM-N上，通过SDH系统传递下去。

在SDH系统内，由于STM-N信号是同步传输的，因此当采用SDH系统传递同步网定时时，SDH网元时钟将串入到定时链路中，这样SDH网元时钟和传输链路成为同步网的组成部分，需要纳入到同步网的管理维护范围内。

2.数字同步网结构

利用基本网络同步技术，可采用下列结构组建同步网。

（1）全同步网

在全同步方式下，同步网接受一个或几个基准时钟控制。

当同步网内只有一个基准时钟时，同步网内的其他时钟就都同步到该基准时钟上，如图1-21所示。

在这种类型的同步网中，最高一级时钟为符合G.811规定的性能的时钟，即基准时钟，也称为一级时钟。它作为主钟为网络提供基准定时信号。该信号通过定时链路传递到全网。

二级时钟是一级时钟的从钟，从与一级时钟相连的定时链路提取定时，并滤除由于传输带来的损伤，然后将基准定时信号向下级时钟传递。三级时钟从二级时钟中提取定时，这样就形成了主从全同步网结构。

全同步网的另一种类型是在同步网中，存在着几个基准时钟，网络中的其他时钟接受这几个基准时钟的共同控制，典型结构如图1-22所示。

在这种结构的同步网中，存在着多个符合G.811建议的基准时钟。在基准时钟层面上，需要采用一定的方法对基准时钟进行校验，以保证基准时钟间的同步。目前，一般采用如下两种方法。

① 在所有的基准时钟上装配GPS接收机，使所有基准时钟通过GPS系统跟踪国际标准协调时钟（Universal Time Coordinator,UTC），保持与UTC一致的长期频率准确度，从而达到全网同步运行的目的。

② 在基准时钟层面上，基准时钟间采用相互同步的方法，每个基准时钟都与其他基准时钟相连，并进行对比计算，以获得一个更为准确的综合频率基准。然后去调整每个基准时钟，使网络同步运行。相互同步的每一个节点的本地时钟通过锁相环路受所有接收到的外来数字链路定时信号的共同加权控制。因此，节点的锁相环路是一个具有多个输入信号的环路，而相互同步网构成将多输入锁相环相互连接的一个复杂的多路反馈系统。在相互同步网中各节点时钟的相互作用下，如果网络参数选择得合适，网中所有节点时钟最后将达到一个稳定的系统频率，从而实现了全网的同步工作。

第二种方法比较复杂，首先要通过地面链路将基准时钟组成网络；其次要对基准时钟进行长期的性能监测；然后通过一套复杂的算法对网络进行加权计算；最后对各个基准时钟进行控制调整。这种方法的优点是：可靠性高，自主性强，不依赖于GPS等外界手段。

由于GPS的广泛应用，第一种方法被大量采用。其优点是实现方法简单，只需配备GPS接收机，并且成本低。但其缺点是可靠性低。由于GPS系统归美国政府所有，受控于美国国防部，对世界各地的GPS用户未有任何政府承诺，且用户只付了购买GPS接收机的费用，并未支付GPS系统的使用费用，因此这种方法的可靠性低、自主性差。

（2）全准同步网

在全准同步方式下，网内的所有时钟都独立运行，不接受其他时钟的控制。网络采用分布式结构，如图1-23所示。网络内时钟没有高级和低级之分，同步网以各个时钟为中心，划分为多个独立的同步区，各时钟负责本区内设备的同步。在各个时钟之间不需要定时链路的连接，没有局间定时分配。

全准同步网要求网内各个时钟都具有很高的准确度和稳定度，时钟具有相同的级别，以保证业务网的同步性能。因此全准同步网应用不太普遍，只有一些地域小的国家采用这种方式。当网络规模较大时，这种结构的网络不仅成本高，而且难以控制管理，网络的同步性能难以保证。

（3）混合同步网

在混合同步方式下，将同步网划分为若干个同步区，每个同步区是一个子网，在子网内采用全同步方式，在子网间采用准同步方式，如图1-24所示。

在每个子网中，采用主从同步方式。一般设置一个基准时钟（为了提高网络的可靠性，在一个子网内也可以设置多个基准时钟）为网络提供基准定时。各级时钟提取定时，并逐级向下传递，在各个子网间采用准同步方式。

混合同步网与多基准时钟控制的全同步网的区别是：在全同步网内，各个基准时钟之间通过一定的方式（例如通过GPS跟踪UTC或各基准时钟间的比对调整）使各个基准时钟同步运行，全网具有很高的同步性能；而在混合方式下，子网与子网的基准时钟间不需要进行同步，它们是独立运行的。

1.6.3 管理网

网络管理就是指对网络的运行状态进行监测和控制，使网络能够有效、可靠、安全、经济地提供服务。这个定义有二层含义：一是实现对网络运行状态的监测；二是实现对网络运行状态的控制。通过监测了解网络当前状态是否正常，是否存在潜在的危险；通过控制对网络状态进行合理调节，提高性能，保证服务质量。监测是控制的前提，控制是监测的结果。

随着通信技术迅猛发展，网络规模不断扩大，网络的异构性和复杂程度都大大增加。而且，由于运行在网络上的新业务不断增多，人们对网络的可靠性、服务质量及灵活性提出了更高的要求，从而导致网络的运行、维护和管理的开销越来越大。20世纪80年代以来，这一矛盾日益突出，传统的专用网络管理系统已不能适应信息时代的需要，迫切需要开放式、标准化的新的网络管理系统。1986年，ITU-T 正式提出了电信管理网（Telecommunication Management Network,TMN）的概念。之后，ITU-T制定了一系列的相关标准。

TMN是收集、处理、传送和存储有关电信网维护、操作和管理信息的一种综合的手段，为电信部门管理电信网起着支撑作用，即协助电信部门管好电信网。TMN规定了电信网络功能的设计与分析，以及电信管理网所需要的接口。TMN基本目标是提供规划网络管理的开发和网络管理的通信联络方式的框架。TMN用来支持广泛的管理领域，包括对电信网和电话业务的设计、安装、保障、操作、维护、管理和用户业务。关于TMN的系统结构，将在第11章详细介绍。

对于计算机网络等网络，则通常采用基于简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol,SNMP）的网络管理系统。对于基于SNMP的网络管理系统，也将在第11章进行介绍。