ISDN技术白皮书

ISDN的基本特点是利用单一的数字通信网络实现包括语音、文字、数据、图像在内的综合业务，不论原始信号是语言、文字、数据还是图象，都先在终端中转换成数字信号，然后通过数字信道将信号送到ISDN网络，由网络负责将这些数字信号传递到通信另一方的终端设备。

为了将不同的终端设备，例如数字话机、传真、数据、计算机、PBX等接入ISDN，以提供多种多样的电信业务，ISDN为用户提供一组有限的标准多用途用户－网络接口（User-Network Interface），简称UNI。ITU-T的I.412建议规定了ISDN 用户－网络接口的接口结构和业务接入点（参考点），以便使各种电信业务能够接入ISDN网络。ISDN用户－网络接口的功能群和参考点如图1所示。




图1.  ISDN功能群和参考点

其中，

网络终端1(NT1)：主要实现了物理层的功能，包含用户线传输功能、环路测试和D信道竞争功能。

网络终端2(NT2)：又称为智能网络终端，包含了从物理层、链路层直到呼叫控制功能的三层功能

1类终端设备（TE1）：又称为ISDN标准终端，是符合ISDN接口标准的用户设备(如数字话机)。

2类终端设备（TE2）：又称为非ISDN标准终端设备，是不符合ISDN接口标准的用户设备。

终端适配器（TA）：完成适配功能，使TE2设备接入ISDN标准接口

ISDN的网络通常由三个部分构成，即：用户网、本地网和长途网，本地网和长途网属于公用ISDN网络。用户网指用户所在地的用户设备和配线，即由用户终端至T参考点所包含的机线设备。图2所示为通过ISDN的全程通信功能划分。



图2.  ISDN的全程通信功能划分

图中用户网络是指从用户侧接入公用ISDN的网络，如果没有用户网络接入，则S和T合为一个参考点。公用/专用ISDN互通时，公用ISDN作为网络侧，专用ISDN作为用户侧。

ITU-T的I.412建议中规定了两种用户-网络接口结构：基本速率接口（BRI）和基群速率接口（PRI）。ISDN的接口通过时分复用技术，把一个物理接口划分为多个信道（时隙）来使用。ISDN的信道分为B、D两种类型，其中：B信道为用户信道，用来传送数据、话音、图像等用户信息，速率是64kbit/s；D信道为控制信道，用来传送公共信道信令，控制同一接口的B信道上的呼叫，速率是64kbit/s或16kbit/s。正是这样通过B通道和D通道的划分，ISDN接口实现了数据和控制流的分离。

在ITU-T规定的ISDN标准U-N接口中，BRI接口为2B+D，TS0（16kbit/s）为D信道，TS1、TS2（64kbit/s）分别作为两个B信道B1和B2；PRI接口分E1 PRI和T1 PRI两种，B、D信道的带宽均为64kbit/s。E1 PRI为30B+D，分TS0~TS31共32个时隙，TS0用于帧同步，TS16为D信道，一般在中国、亚洲部分国家和地区、欧洲等地使用；T1 PRI为23B+D，分TS0~TS23共24个时隙，TS23为D信道，一般在北美（北美把T1 PRI接口定义为PRA）、加拿大、日本、香港等地使用。

在BRI接口方面，由于各国的用户线特性有差异，各国使用的线路码型有所不同，北美、中国采用2B1Q码，日本、意大利采用AMI码，英国采用3B2T码。ITU-T的 I.430建议对BRI接口电气特性的各项指标均作了详细的规定。BRI接口最常见的配置是用户可以将话机、传真机和数据终端接在一对用户线上，使用户可以同时利用一对电话线通话、传送或接收传真而又进行数据通信。

在PRI接口方面，E1 PRI一般使用AMI（Alternate Mark Inversion)码和HDB3码（High Density Bipolar code with a maximum of 3  zeros)两种线路码型，T1 PRI一般使用AMI、B8ZS两种线路码型。PRI接口主要应用于：（1）数字程控交换（30个64k的B信道接入）+窄带上网业务（128k带宽）；（2）商业机构总部与各分部之间的信息接入直通道；（3）大型企业之间使用专用的会议电视设备，捆绑使用6个B信道（384k）可实现图像实时传送的会议电视业务、捆绑使用2个B信道（128k）可实现图像实时传送的可视电话业务。

2  DSS1协议

根据参考模型，ISDN用户－网络接口协议分为三层：第一层是物理层，它包括基本接入接口和一次群速率接口；第二层是数据链路层；第三层是网络层。ISDN用户-网络接口链路层协议称为LAPD(Link Access Procedure on the D channel: D通路链路接入协议)。

ITU-T的建议Q.933定义在ISDN用户－网络接口上的第二层和第三层协议称为1号数字用户信令(DSS1)。DSS1的全称是Digital subscriber signalling system No.1，是ISDN D信道上的协议。

在ISDN用户－网络接口的T参考点上，第一层采用ITU-T的建议I.430（BRI）和建议I.431（PRI），第二层采用ITU-T的建议Q.921描述的LAPD协议，第三层采用ITU-T的Q.931建议。协议栈如图3所示：



图3.  S/T参考点ISDN协议栈

2.1Q.921协议
终端端点标示符TEI（Terminate endpoint identifier）被用来标识ISDN用户侧的一个指定的连接端点。TEI值可以由网络侧分配，也可以是固定使用的。一般情况下，都是采用由网络侧分配的方式。网络侧可以分配给用户侧的TEI值为64～126（0～63为非自动分配的TEI值，127用于广播数据链路连接）。

Q.921的协商过程可以分为分配TEI、建立多帧操作（建链）、维护链路、拆除链路四步，因此，ISDN第二层有如下3个基本状态：TEI未分配、TEI已分配、多帧操作已建立。Q.921协商过程如下：

第一步  分配TEI

第二层的初始状态为TEI未分配状态。在第一层激活（ACTIVE）后，用户侧通过发送ID_REQ消息给网络侧来请求分配TEI值，网络侧遵循建议Q.921中的TEI分配规程为用户侧分配一个合法的TEI值，放在ID_ASSIGN消息中返回给用户侧，收到网络侧分配的TEI值后，用户侧进入TEI已分配状态。过程如图2所示：



图4.  用户侧请求分配TEI

 第二步  建立多帧操作

建立多帧操作的启动可以由用户侧和网络侧任何一侧发起，这里介绍用户侧的。用户侧进入TEI已分配状态后，就可以开始进行建立多帧操作的协商了。用户侧带上由网络侧分配的TEI值在SABME（SABM）帧中发送给网络侧，向网络侧请求建立多帧操作，并等待响应，如果网络侧同意建立多帧操作，则返回UA，否则返回DM。用户侧收到UA帧后，状态转为多帧操作状态。如果用户侧没有收到响应或者收到DM帧，则表示请求不成功，用户侧会继续发送SABME(SABM)进行请求，共请求N次，如果都不成功，则会暂停请求，上报错误，并转入TEI已分配状态。按照Q.921规定，请求建立多帧操作的次数N默认为3次。过程如图3、图4所示：



图5.  请求建立多帧操作成功



图6.  建立多帧请求被网络侧拒绝

第三步 维护链路

当第二层进入多帧操作状态后，Q.921的工作就是监控链路状态，维护链路。Q.921使用RR帧来维护链路。在维护链路期间，用户侧和网络侧都会定时向对端发送RR(P)帧给对端，并等待响应，如果在规定时间内，收到对端回应的RR(F)帧，表示链路正常，如果没有收到响应或者收到RNR(F)帧，则表示链路异常，这时便停止多帧操作，进入TEI已分配状态。过程如图5所示：




图7.  维护链路（正常）

第四步 拆除链路

当用户侧或者网络侧需要停止多帧操作时，就发送DISC帧给对端，请求停止多帧操作，状态由多帧操作已建立状态转入TEI已分配状态。如果收到UA表示对端已经收到停止多帧操作的请求，正在停止多帧操作；如果收到DM，表示对端已经处于TEI已分配状态。如图6所示：




图8.  用户侧请求停止多帧操作

2.2Q.931呼叫控制基本过程
第三层的控制功能可以分为电路交换呼叫控制和分组交换呼叫控制。电路交换呼叫控制是指终端和网络之间通过D通路交换信令信息，利用B通路建立电路交换的连接，传送用户信息。

一 呼叫的建立

电路交换呼叫控制方式中，呼叫的建立由于过程的不同分为整体和重叠两种方式。

整体方式的过程如图9所示，其必要条件是SETUP消息中携带了被叫侧接受呼叫或者递交呼叫所必须的全部信息，主要是被叫号码信息、发送完全等信息。这个跟被叫侧的处理方式有关系。



图9.  整体方式建立呼叫

 

重叠方式的过程如图10所示。采用重叠方式的条件是SETUP消息中没有包含全被叫侧接受呼叫或者递交呼叫所需要的全部信息，主叫侧在收到被叫侧的SETUP ACK消息后，需要用INFORMATION消息把其它的呼叫相关信息发送给被叫侧，直至被叫侧把需要的信息全部收到。Q.931规定，如果携带被叫子地址信息，必须采用重叠方式。




图10.重叠方式建立呼叫

二 呼叫的拆除

Q.931规定，用户侧使用DISCONNECT消息向网络侧请求拆除呼叫，网络侧使用DISCONNECT消息通知用户侧拆除呼叫，用户侧在收到网络侧的RELEASE消息前，不能拆线呼叫和连接。呼叫的拆除如图11所示。



图11.呼叫的拆除

一个完整的电路交换方式的Q.931呼叫如图12所示。其中，主叫方的用户侧与网络侧之间采用的重叠发送（接收）方式，被叫方的用户侧与网络侧之间采用整体发送（接收）的方式：



图12.931呼叫全过程

3  QSIG协议

QSIG也是ISDN的D信道上的协议，它是专用ISDN网络PBX直接互通的协议，是由国际标准化组织／国际电工技术委员会（ISO／IECJTCI）为专用ISDN电信网颁布的全球标准，最初由ECMA（欧洲计算机制造业者协会）提出，后来被ETSI和ISO收入。QSIG协议不分网络侧和用户侧，进行通信的设备在协议上是对等的。ECMA定义的专用ISDN网络的QSIG协议栈如图13所示：



图13.ECMA专用ISDN网络的QSIG协议栈

从图13的ECMA专用ISDN网络的QSIG协议栈我们可以看出，QSIG协议实际上是ECMA为ISDN制定的网络层协议，在协议栈中与Q931协议处于对等的位置。与Q.931不同的是，QSIG协议在ISDN第三层上又划分了三个子层：第一个子层为基本呼叫层Basic Call（BC），第二个子层为普通功能层Generic Functional（GF），第三个子层为补充业务层Supplementary Services（SS）。至于第二层的ECMA-141协议，也可以采用ITU-T的Q.921建议描述的LAPD协议的。

ECMA(QSIG)在ISDN网络原有的功能群和参考点上，又增加了Q、C两个参考点。Q参考点是指两个PINX之间的逻辑信令连接点，C参考点是指两个PINX之间的物理连接点。中间的专用网络(IVN)可以是专线的，也可以是交换连接网络。扩展的ISDN网络功能群和参考点图如图14所示：



图14.扩展的ISDN功能群和参考点图

QSIG协议描述的是专用ISDN网络中Q参考点设备互通的基本规范，是一个基于ISDN网络的信令，用于私有服务网络PISN（Private Integrated Services Network）网络中两点直接的通信。PISN网络中的专用分组交换机称为PINX，类同于其他网络中的PBX。

QSIG 的基本呼叫功能和普通业务功能是基于ITU-T 建议Q.93x 系列定义，补充业务功能基于ITU-T的建议Q.95x系列，所以QSIG可以确保公用ISDN网络和专用ISDN网络之间的兼容服务。

QSIG协议的基本呼叫过程和Q.931一样，仅是在消息定义方面比Q.931少了几个消息。QSIG协议的基本呼叫过程如图15所示。



图15.QSIG 基本呼叫过程

4  VG语音网关的ISDN功能

Quidway VG系列语音网关提供E1 PRI类型的ISDN接口，其电气特性符合G.703建议的规定，采用HDB3码，选用平衡的120Ω对称线对接口。

VG语音网关在D信道上支持ISDN DSS1 和 QSIG 两种协议：

1）支持DSS1协议的电路交换呼叫控制方式的用户侧功能

2）支持QSIG协议的BASIC CALL功能

路由器语音模块可以提供E1 PRI 、T1 PRI、BRI三种类型的接口，在这三种接口上都支持DSS1协议的电路交换方式的用户侧、网络侧两种功能，还在E1 PRI和T1 PRI接口上支持QSIG协议的Basic Call功能。

VG语音网关在ISDN接口第一层支持I.430协议，第二层支持ITU-T建议Q.921，第三层上DSS1协议支持ITU-T建议Q.931、QSIG协议支持ECMA-143和ECMA-142。

在ISDN的B信道上，VG语音网关支持语音、3.1K音频的传输，不支持普通数字信息和视频的传输，也不支持分组传输。

4.1VG语音网关对DSS1协议的支持
Quidway VG语音网关在ISDN的S/T参考点实现了DSS1协议的用户侧功能，并且提供了诸多有特色的功能特性：

1）发送主叫号码功能

2）被叫号码和子地址的检查功能

3）入呼叫的业务类型的检查功能

4）Q.931协议参数配置功能

5）忽略被叫号码功能

6）重叠接收功能

7）意大利电信ISDN网络的支持功能

4.1.1 发送主叫号码功能
VG网关主动发起ISDN呼叫时，如果主叫用户发起呼叫时携带主叫号码信息，则传递主叫用户的主叫号码信息给网络侧；如果主叫用户发起呼叫时不携带主叫号码信息，则将固定配置的号码作为主叫号码发给被叫用户。流程如图16所示：



图16.发送主叫号码的呼叫流程

4.1.2 被叫号码和子地址的检查功能
当VG语音网关作为ISDN呼叫的被叫方时，可以提供呼叫的起始阶段对被叫号码和业务类型进行检查功能。流程如图17所示：



图17.检查被叫号码和子地址的呼叫流程

4.1.3 入呼叫的业务类型的检查功能
由于VG语音网关只支持语音和3.1K音频的传输，所以只有这两种类型的呼叫请求会被接受，普通数据、视频等类型的呼叫请求都会被拒绝。流程如图18所示：




图18.检查业务类型的呼叫流程

4.1.4 Q.931协议参数配置功能
VG语音网关提供对下面这些Q.931呼叫属性的配置功能：

SETUP消息中是否携带高层兼容性信息单元

SETUP消息中是否携带低层兼容性信息单元

SETUP消息中携带send-complete信息单元

作主叫方时是否等待被叫方的CONNECT ACK消息

Q.931协议中各定时器的时长的配置

4.1.5 忽略被叫号码功能
有的时候，主叫方不通过ISDN传递被叫号码，而是需要先接通ISDN线路，然后通过其它方式（比如在B信道上通过DTMF信号传递）传递被叫号码，于是就需要在没有被叫号码的情况下，先接通ISDN线路。这种时候就需要忽略被叫号码功能。

该功能允许VG语音网关接受一个不带被叫号码的ISDN呼叫。正常情况下，VG语音网关收到一个不带被叫号码的SETUP消息时，会采用重叠接收方式来处理，回应以SETUP ACK消息，等待后续的消息再送来被叫号码信息。如果采用忽略被叫号码功能，当VG语音网关收到一个其它呼叫信息都完整，只是没有携带被叫号码的呼叫时，就会认为呼叫是一个完整的呼叫而采用整体接收方式来处理，回应给对端以CALL-PROCEEDING、ALERTING或者CONNECT消息。

4.1.6 重叠接收功能
VG语音网关在作为ISDN的被叫方时，可以支持整体接收和重叠接收两种方式。当启动了重叠接收功能时，VG网关会根据收到的SETUP消息中携带的信息来判断，如果被叫号码、send-complete信息单元都有，则选择整体接收方式，否则选择重叠接收方式。如果没有启动重叠接收功能，则VG语音网关只能支持整体接收。

4.1.7 意大利电信ISDN网络的支持功能
由于不同国家和地区提供的ISDN业务不同，所以ISDN协议在实现上有地域性差异。在与多个国家、多个组织的ISDN协议互通方面，VG语音网关目前仅支持与意大利ISDN网络的互通，其它的不支持。路由器语音模块可以支持NTT、ETSI、ATT、ANSI、National ISDN等5种协议的用户侧和网络侧的基本呼叫功能，也支持意大利的ISDN协议。

这个功能主要涉及到与意大利电信ISDN网络互通时的高层兼容性的问题。

4.2VG语音网关对QSIG协议的支持
VG语音网关目前仅支持QSIG的第一个子层BSCIC CALL的功能。对于QSIG协议，VG语音网关提供如下一些功能特性：

1）发送主叫号码功能

2）被叫号码和子地址的检查功能

3）入呼叫的业务类型的检查功能

4）QSIG协议参数配置功能

5）忽略被叫号码功能

6）重叠接收功能

7）意大利电信ISDN网络的支持功能

4.2.1 发送主叫号码功能
同DSS1。

4.2.2 被叫号码和子地址的检查功能
同DSS1。

4.2.3 入呼叫的业务类型的检查功能
同DSS1。

4.2.4 QSIG协议参数配置功能
VG语音网关提供对下面这些QSIG呼叫属性的配置功能：

呼叫参考值长度为1个字节还是2个字节

是否透传facility信息字段

是否需要等待CONNECT ACK

SETUP消息中是否携带高层兼容性信息单元；

SETUP消息中是否携带低层兼容性信息单元；

SETUP消息中是否携带发送完全信息单元；

QSIG协议定时器的配置

 

补充说明一下，采用DSS1协议时，VG语音网关把呼叫参考值长度固定为2字节，不允许修改。

4.2.5 忽略被叫号码功能
同DSS1。

4.2.6 重叠接收功能
同DSS1。

4.2.7 意大利电信ISDN网络的支持功能
同DSS1。

5  VG语音网关ISDN功能的组网应用

VG语音网关可以为本地PSTN用户提供VoIP呼叫。典型应用就是本地PSTN网络通过VG语音网关进行VoIP呼叫到异地，节省长途费用。

VG语音网关提供的QSIG协议与DSS1协议，其组网方式是相同的，只是根据所连的PBX的所采用的协议的不同而采用不同的协议配置与之相通。当所连接的PBX采用DSS1协议时，VG网关就采用DSS1协议与之对应，当所连接的PBX采用QSIG协议时，VG网关也就采用QSIG协议与之对应。

如图19所示，北京、上海两地的PSTN用户，通过专用PBX，采用DSS1协议接入VG8020，再通过VG8020进行VoIP呼叫。其中的DSS1协议，也可以根据PBX的功能，替换成QSIG协议。



图19. DSS1协议通信组网