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(nèi)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(nèi)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(nèi)存操作、路由表查找算法,、QoS的擁塞控制算法,、流量調(diào)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(jié)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(zhuǎn)發(fā)(PXF)NP，它被業(yè)內(nèi)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(guān)技術(shù);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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 NP業(yè)務體系架構(gòu)

　　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(nèi)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(nèi)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(guān)的,。一方面，運營商側(cè)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(guān)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(chǔ)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(zhuǎn)發(fā)給攜出方SOA，SOA驗證通過后,，將響應結(jié)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(jié)果告知)都對應一種消息結(jié)構(gòu),，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(nèi)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(jié)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(gòu)建于一些底層的承載協(xié)議之上。CSMS接口協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)如圖3所示,。

　　圖3 CSMS接口協(xié)議層次結(jié)構(gòu)

　　采用以上這種協(xié)議架構(gòu),，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(chǔ),，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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)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(jié)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(diào)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(jié)語

　　從內(nèi)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,。