移動網(wǎng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)接口協(xié)議分析

1 設計背景

　　NP是Network Processor的縮寫，意為網(wǎng)絡處理器。絡處理器器件內部通常由若干個微碼處理器和若干硬件協(xié)處理器組成，且多個微碼處理器在NP內部并行處理，通過預先編制的微碼來控制處理流程。對于某些復雜的標準操作，如內存操作、路由表查找算法、QoS的擁塞控制算法、流量調度算法等，則采用硬件協(xié)處理器來進一步提高處理性能，從而實現(xiàn)了業(yè)務靈活性和高性能的有機結合。

　　在我國開始實施的移動網(wǎng)間號碼攜帶(NP：Number
Portability)現(xiàn)網(wǎng)試驗，目前NP主要用于網(wǎng)絡骨干設備和網(wǎng)絡接入設備，用來開發(fā)從網(wǎng)絡第2層到第7層的各種服務和應用。目前，采用NP處理分組交換的廠家，既有第一梯隊的網(wǎng)絡公司，如思科、北電和朗訊等，也有不少后起之秀，如華為、中興、港灣等。但是，其NP用途卻不盡相同：思科寬帶匯聚系列產(chǎn)品使用了思科的并行快速轉發(fā)(PXF)NP，它被業(yè)內稱為“NP的鼻祖”;華為在“第五代路由器”NE80/40/20系列產(chǎn)品中全面采用了NP;港灣的高端路由器、核心交換機，如NetHammer G系列采用了NP相關技術;UT斯達康公司選擇了Motorola的NP作為幾項3G無線接入網(wǎng)產(chǎn)品的封包轉發(fā)引擎。采用了一種集中數(shù)據(jù)庫的方式，即在號碼攜帶業(yè)務網(wǎng)絡中設置一個集中的數(shù)據(jù)庫，也稱為集中業(yè)務管理系統(tǒng)(CSMS：Central Service Management System)，運營商的號碼攜帶業(yè)務節(jié)點通過此集中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行通信，實現(xiàn)號碼攜帶的業(yè)務協(xié)商及NP數(shù)據(jù)下發(fā)。此體系結構如圖1所示。

　　圖1 NP業(yè)務體系架構

　　本地業(yè)務管理系統(tǒng)(LSMS)保存本地的號碼攜帶數(shù)據(jù)，并負責管理運營商內部的網(wǎng)元設備;業(yè)務受理系統(tǒng)(SOA)主要負責受理和處理用戶提出的號碼攜帶申請;而CSMS處理所有SOA之問的交互信息，并負責向LSMS同步號碼攜帶數(shù)據(jù)。

　　2 設計原則

　　在開始進行CSMS接口協(xié)議設計之前，首先擬定了如下的幾條設計原則，協(xié)議的具體內容也都是遵循這幾條原則進行設計的。

　　(1)滿足各種NP業(yè)務流程的需求

　　這一條是最基本的設計原則。由于此接口協(xié)議是直接服務于NP業(yè)務流程，因此通過協(xié)議定義的各種流程，都與實際的NP業(yè)務需求相對應。例如NP業(yè)務開展的第一步就是受理NP申請，在協(xié)議中就定義了與之對應的規(guī)范化的流程。

　　(2)協(xié)議有較高的可靠性

　　提出這點原則，是與協(xié)議的應用環(huán)境有關的。一方面，運營商側的NP業(yè)務節(jié)點以及CSMS都是IT設備，基于TCP/IP的網(wǎng)絡環(huán)境進行信息傳輸，網(wǎng)絡可靠性并不高;另一方面此協(xié)議對于NP業(yè)務體系又至關重要，一旦出現(xiàn)問題會影響NP業(yè)務的正常開展，這就需要在協(xié)議可靠性方面做一些特殊的考慮。

　　(3)易于開發(fā)和維護

　　一個易于開發(fā)和維護的協(xié)議將擁有更強的生命力。CSMS接口協(xié)議雖然是一個自定義的協(xié)議，但是自定義的部分主要是在應用層，在基礎承載協(xié)議還會選擇現(xiàn)成的協(xié)議。

　　下面將會逐一介紹上述設計原則是如何體現(xiàn)在CSMS接口協(xié)議中的。3 業(yè)務流程設計

　　為了實現(xiàn)完整的NP業(yè)務，在接口協(xié)議中共定義“NP業(yè)務申請流程”、“NP業(yè)務生效流程”、“NP業(yè)務取消流程”、“NP業(yè)務注銷流程”、“NP業(yè)務審計流程”、“欠費處理流程”等6大類的業(yè)務流程。而在每一個大類中，基于正常的或者可能出現(xiàn)異常的情況，還定義出了若干的子流程。

　　在CSMS接口協(xié)議業(yè)務流程中，兩個主要元素就是“消息”和“定時器”。下面就以成功的NP業(yè)務申請流程為例說明CSMS接口協(xié)議中的流程設計思路，以及消息和定時器的定義方法(圖2)。

　　圖2成功的NP業(yè)務申請流程

　　從圖2可以看到，攜入方SOA首先需要將用戶的申請信息發(fā)送給CSMS，CSMS響應后轉發(fā)給攜出方SOA，SOA驗證通過后，將響應結果返回CSMS，并由CSMS告知攜入SOA申請成功。

　　在流程圖中，每一條消息(申請請求、申請響應、申請結果告知)都對應一種消息結構，用于傳遞相應的信息。例如，在申請響應消息中，就包含了“消息ID”、“請求消息ID”、“消息命令碼”、“業(yè)務類型”、“NP號碼”、“NP流程ID”、“返回代碼”、“拒絕消息”等參數(shù)字段。每個參數(shù)的用法、長度、數(shù)據(jù)類型在協(xié)議中也都進行了嚴格的定義。比如“消息ID”是由發(fā)送方維護的流水號，用于唯一標識的消息，采用l6位的定長字符串的方式來存儲和傳遞。

　　除了消息，另一種對流程影響非常大的元素就是定時器?？梢哉f，定時器嚴格的限定了NP業(yè)務節(jié)點的行為方式。在圖2中，Tl-1定時器是申請請求與申請響應之間最大間隔的定時器，此定時器要求CSMS在收到申請請求消息后，必須在T1-1超時之前發(fā)送申請響應消息;而攜入方一旦在T1-1的時間內沒有正確地收到申請響應消息，將會進行重發(fā)和告警。

　　4 協(xié)議高可靠性的設計

　　為了提高CSMS接口協(xié)議的可靠性，在設計過程中引入了以下三種機制：

　　·ACK快速反饋機制;

　　·完善的錯誤定義和后處理機制;

　　·心跳檢測機制。

　　首先，在CSMS接口協(xié)議中，定義了一種特殊的消息，稱為ACK消息。在業(yè)務節(jié)點接收到任何一條NP消息后，將首先返回一條ACK消息。ACK消息不攜帶任何應用層面上的信息，僅僅是告知發(fā)送方我已經(jīng)接收到了你方發(fā)來的消息。有了ACK消息，發(fā)送方就能立刻確認對方是否已經(jīng)正確地接收到了消息，而不是在等待對方超時仍然沒有返回響應消息時才發(fā)現(xiàn)上一條消息對方并沒有正確接收到。通過使用ACK機制，無疑是提高了協(xié)議的可靠性。

　　其次，在CSMS接口協(xié)議中，定義了50多種錯誤消息代碼，并且根據(jù)實際應用情況，還有可能繼續(xù)擴充。這些錯誤消息代碼的定義，最大程度上細化了NP業(yè)務中可能出現(xiàn)的異常情況，而細化的結果就是針對每一種錯誤情況都定義了完備的后處理機制。例如當消息發(fā)送方收到的ACK消息中攜帶“500”(接收方服務器異常)錯誤代碼，則發(fā)送方應在五分鐘后使用新的MessageID號重發(fā)此消息。

　　最后，CSMS接口協(xié)議中還定義了心跳檢測機制，CSMS會定期通過網(wǎng)絡層的消息(例如Ping消息)檢測對端的健康狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)與對端之間的網(wǎng)絡出現(xiàn)問題，則暫停發(fā)送消息，避免在網(wǎng)絡故障時出現(xiàn)大量重發(fā)消息的堆積。5 底層承載協(xié)議的選擇

　　CSMS接口協(xié)議是一種自定義的協(xié)議，但是自定義的部分主要是為了實現(xiàn)NP特有的業(yè)務流程，即自定義了各種消息和定時器。而從協(xié)議的網(wǎng)絡模型上看，接口協(xié)議然是構建于一些底層的承載協(xié)議之上。CSMS接口協(xié)議的層次結構如圖3所示。

　　圖3 CSMS接口協(xié)議層次結構

　　采用以上這種協(xié)議架構，是基于CSMS接口協(xié)議的網(wǎng)絡環(huán)境決定的。CSMS接口協(xié)議需要應用于TCP/IP的網(wǎng)絡環(huán)境之下，在此網(wǎng)絡環(huán)境下，HTTP協(xié)議具有最強的適應性，可以很好地解決私網(wǎng)穿越、防火墻隔離等問題。TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)的簡寫，中文譯名為傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，又叫網(wǎng)絡通訊協(xié)議，這個協(xié)議是Internet最基本的協(xié)議、Internet國際互聯(lián)網(wǎng)絡的基礎，簡單地說，就是由網(wǎng)絡層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP協(xié)議組成的。TCP/IP 定義了電子設備(比如計算機)如何連入因特網(wǎng)，以及數(shù)據(jù)如何在它們之間傳輸?shù)臉藴?。TCP/IP是一個四層的分層體系結構。高層為傳輸控制協(xié)議，它負責聚集信息或把文件拆分成更小的包。低層是網(wǎng)際協(xié)議，它處理每個包的地址部分，使這些包正確的到達目的地。

　　而使用SOAP協(xié)議，簡單對象訪問協(xié)議，簡單對象訪問協(xié)議(SOAP)是一種輕量的、簡單的、基于 XML 的協(xié)議，它被設計成在 WEB 上交換結構化的和固化的信息。 SOAP 可以和現(xiàn)存的許多因特網(wǎng)協(xié)議和格式結合使用，包括超文本傳輸協(xié)議( HTTP)，簡單郵件傳輸協(xié)議(SMTP)，多用途網(wǎng)際郵件擴充協(xié)議(MIME)。它還支持從消息系統(tǒng)到遠程過程調用(RPC)等大量的應用程序。

　　誠然，TCP/IP網(wǎng)絡和HTTP協(xié)議在先天上都具有可靠性不夠強的缺陷，但是作為主流的應用協(xié)議，基于它們進行協(xié)議開發(fā)，能夠大大降低開發(fā)周期和開發(fā)難度，自然也就提高了協(xié)議的易用性和可維護性。而對于可靠性不高的問題，也可以通過各種提高可靠性的機制加以彌補。

　　6 結語

　　從內部測試和試運行的情況來看，這套協(xié)議基本達到了當初的設計目標，能夠很好地支撐各種NP業(yè)務流程。