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ZXC10 MGW
1.1 系统简介
ZXC10 MGW基于ALL-IP架构，采用媒体流和控制流分离的设计思想，实现大容量交换、多模块分布式处理，具有组网灵活、扩展性好、处理能力强、可靠性高的特点。
ZXC10 MGW内置MRFP，对外提供丰富的标准接口，易与其他设备对接；还可具有SG的功能。配置灵活，满足不同的应用需要。
1.2 系统总体结构
ZXC10 MGW由以下几部分组成：
资源子系统（BUSN）
承载背板为BUSN，提供到2G BSS、PSTN、PLMN的TDM接口，提供到3G BSS、MSCe、MGW的IP接口，实现媒体流的转换功能。
T网子系统（BCSN）
承载背板为BCSN，提供64K~256K的大容量无阻塞TDM交换，实现资源子系统之间的话路接续功能。
包交换子系统（BPSN）
承载背板为BPSN，提供80Gbps的分组交换，实现资源子系统之间的媒体流通信。
控制子系统（BCTC）
承载背板为BCTC，完成系统控制流的汇接，实现信令、协议的分布式处理功能。
操作维护中心（OMC）
提供操作维护管理功能，包括数据维护、软件版本升级等，同时提供至网管中心的接口。
资源子系统是构成ZXC10 MGW的基础。根据系统容量的要求，多个资源子系统通过T网子系统、包交换子系统、控制子系统连接在一起，形成媒体面（包括TDM和IP两种媒体流）和控制面两个网络平面，系统容量的扩充可通过简单的子系统叠加来实现。
1.3 主要功能
ZXC10 MGW实现cdma2000内部、3G与2G之间、cdma2000与PSTN之间媒体流格式的转换，完成话音、多媒体业务的互通。
ZXC10 MGW的功能包括下面几个部分：
1．承载接入和交换功能
MGW支持TDM承载、IP承载两种形式承载的媒体流，并支持在这两种承载下的媒体流间进行互通。
2．承载控制功能
MGW支持对承载的控制，包括承载的建立、释放及对承载属性的修改。
3．互通功能
MGW具有与SS7信令网、IP分组网及PSTN网之间的互通功能。
4．内置SGW功能
MGW具有SGW的功能，以实现SS7信令到IP信令的转换，将信令转交至其它网元（如MSCe等）处理。
5．内置MRFP功能
MGW具有提供多种音资源、DTMF、MFC及会议电话功能。
6．语音处理及数据业务处理相关功能
MGW具有多种形式的语音编解码功能，包括SMV，EVRC，QCELP，PCM，支持TrFO和RTO操作，提供回声消除功能。
7．网管功能
包括动态和静态配置管理、告警、统计、信令及业务观察功能。
1.4 遵循标准
ZXC10 MGW遵循下列标准：
3GPP2技术规范系列
ITU-T 建议系列
TIA/EIA相关协议
IETF RFC相关协议
GB001-900：中国国内电话网No.7信令方式技术规范
YD/T627-93：《数字交换机中继接口（2048kbit/s）参数及数字接口间传输特性和测试方法》
GB 4943-1995 信息技术产品通用安全性要求
《移动软交换设备总体技术要求》
1.5 系统特点
ZXC10 MGW具有如下特点：
1．先进性
满足3GPP2 LMSD STEP2的协议标准。
吸收国内外各类移动交换系统的优点，硬件结构、软件系统和整机工艺都达到同类产品的先进水平。
硬件设计采用先进的超大规模集成电路，减少分立元件，大大提高可靠性和系统的集成度，降低功耗。
软件开发严格按照软件工程的设计要求，采用自顶向下、层次化、模块化的设计思想，使软件易维护、易扩展。
强大的处理能力和交换容量，系统最大可支持200万移动用户。
2．灵活的组网能力
提供开放的标准协议接口。
对外提供丰富的物理接口，包括E1/T1，STM-1/OC-3，100Base-TX，1000Base-FX，STM-1/OC-3 POS接口。
具有完备的信令协议处理能力，可以处理SS7，Sigtran，H.248和随路信令，方便和其它网元的对接。
强大的承载能力，支持不同的编解码方式（G.711，QCELP，EVRC和SMV）之间的转换，对MSCe的各种业务功能提供支持，实现网间互通。
支持MSCe多归属，即1个MGW可以同时归属于多个MSCe，当其中1个MSCe故障时，可以由另一个MSCe来接管。
3．良好的兼容性和扩展性
严格遵循3GPP2标准、CDMA技术规范和相关标准，能够与符合该标准的产品对接。提供与PLMN，PSTN，ISDN等网络的标准接口。
扩容和应用灵活，用户可根据实际应用的需要灵活配置、平滑扩容，提供最佳性价比的解决方案。
适应cdma2000核心网的演进，易于扩展新功能。
4．完善的操作维护系统
统一网管子系统，遵循ITU-T和3GPP2规范，符合标准中对TMN的描述。
基于MO对象管理，提供和上级网管的标准Corba接口，实现网管的集中管理维护。
提供远、近端多种接入系统方式，既可以本地操作维护，也可以通过网络系统进行远程操作维护；既可以维护整个系统，也可以对特定的实体进行操作维护；安全性好，采用多级权限保护。
具有性能测量、话务统计、安全管理、业务观察、用户（设备）跟踪、信令跟踪、数据配置、版本升级、告警、装载、数据备份和传输等功能。提供多种操作维护手段，操作准确、可靠、实用、方便，并能根据网络实际运行状况和用户需求，增加相应的功能。
&＃61548; 网管系统界面友好，具有广泛的在线帮助功能。网管系统功能全面、组网灵活，可集中管理ZXC10的各种网元。
5．卓越的可靠性
&＃61548; 关键部件均采用主备用热备份工作方式，具有故障时自动倒换功能，保证系统不间断运行。
控制流和业务数据流分离，控制方式采用双网结构，提高系统的可靠性。
冗余设计，预留足够的资源。
&＃61548; 完善的流量控制技术、路由策略、网络处理器技术，保证了网络的安全和畅通。
&＃61548; 软件的层次化、模块化设计及容错技术、过负荷控制等技术保证了系统具有很高的可靠性；
&＃61548; 系统运行监测/跟踪机制和各类资源管理/监测/保护机制，能迅速发现故障，并快速定位故障，及时恢复到正常状态。
&＃61478;
2.1 硬件原理
ZXC10 MGW的硬件系统基于ALL-IP技术，体现控制流和媒体流分离的设计思想。各个虚框表示逻辑子系统，可以单独组成物理插箱，也可以混合配置。
在接口方面，MGW硬件系统包括电路接入和IP接入：
TDM接入部分完成电路型话音业务和电路型数据业务的接入，通过协议转换，统一成IP承载，映射为IP业务。
IP接入部分完成分组型话音业务的接入及协议转换。
业务资源处理单元实现语音在电路域和IP域的互通，完成协议解析、封装以及协议之间的转换，并实现内置MRFP的功能。
在交换结构方面，MGW硬件系统包括 TDM 交换和包交换。每一种交换，从容量上又分成一级交换和二级交换。
控制面协议处理部分完成各逻辑子系统控制流的汇接及处理，并提供OMC接口，对系统进行集中控制。
为了系统的安全性，控制流总线与媒体流总线互相独立。
MGW通过基于ALL-IP技术的系统结构，可以完成多种业务流的接入和互通。
MGW硬件系统按功能可以分为四个子系统，即：
资源子系统
控制子系统
T网子系统
包交换子系统
2.2 资源子系统
资源子系统主要将各种外围接入方式，集中或转换成系统需要的电路业务流、数据IP流或控制IP流，在子系统中交换的信号包括TDM信号、以太网媒体流、以太网控制流、时钟及其它的控制信号。
资源子系统由以下单板构成：
1．BUSN（通用业务网背板）
BUSN为子系统的功能板提供承载及相互间的信号传输。
2．UIM（通用接口模块板）
UIM是子系统的交换单元，完成以太网二级交换（24×FE+2×GE）、电路域16K时隙复接交换、子系统管理等功能。
UIM也提供子系统间的互连接口，包括：
与包交换子系统相连的分组数据接口（GE光口）；
与T网子系统的TDM光接口；
与控制子系统的控制面数据以太网接口（FE）。
UIM还负责将时钟板提供的时钟分发给各个单板。
3．MNIC（多功能网络接口板）
MNIC作为系统的IP接口单板或者协议处理单板，可以对外部网络提供1个千兆口/4~8个FE口/2~4个STM-1的POS接口。
4．DTEC（带回声消除的数字中继板）
DTEC为系统提供32路E1/T1物理接口。
通过安装EC子卡实现回声抑制功能。
支持局间随路信令方式CAS和共路信令CCS通道透传。
支持从线路提取8K同步时钟，并送给时钟板作为时钟基准。
5．VTCD（语音码型变换板）
用作语音编解码板，实现SMV/EVRC/QCELP/PCM语音编解码转换、速率控制和业务适配。
6．MRB（媒体资源板）
实现480路媒体资源功能，主要包括Tone/Voice、DTMF Detection/Generation、MFC Detection/Generation、120方Conference Call等功能。
7．SDTB（STM-1数字中继板）
为系统提供1条标准的STM-1光中继接口，一块单板能够处理相当于63个E1或84个T1的能力。
可处理随路信令（CAS）、共路信令（CCS）。
当SDTB与PSTN相连时可以通过插入EC子卡提供回声抑制功能。
2.3 控制子系统
控制子系统用于承载信令处理板、协议处理板、主控单板等，主要完成控制流的汇接和处理，构成系统的分布式处理平台。
子系统中的信号包括TDM信号、控制流以太网、时钟、其它控制信号。
控制子系统由以下单板构成：
1．BCTC（控制中心背板）
BCTC可承载CHUB、UIM、MPB、MNIC、SPB等业务单板，并为这些单板提供GE、FE的互联。
2．CHUB（控制流集线器板）
CHUB对外提供46个百兆以太网口和一个千兆光口；
FE用于连接其它子系统的控制面以太网数据流。各子系统出2个百兆以太网口和CHUB相连；
GE口用与和子系统内的UIM相连接。
3．UIM（通用接口模块板）
完成子系统内的控制流以太网交换（48×FE+2×GE）。
4．MPB（模块处理板）
MPB是系统的主处理板，作为分布式处理的核心，具有很强的处理能力。主要实现上层信令、协议的处理，完成MGW的资源控制以及操作维护的功能。
5．MNIC（多功能网络接口板）
控制子系统中的MNIC处理的是控制流信息，即IP信令的接入、处理及转发，可以对外部网络提供4~8个FE口，一般不需要GE及POS接口。
6．SPB（SS7信令处理板）
提供16路E1/T1接口，可直接连接SS7信令网。
处理SS7信令MTP2层及以下部分。
支持从线路提取8K同步时钟，并送给时钟板作为时钟基准。
2.4 包交换子系统
包交换子系统可以提供40Gbps的核心交换，具有良好的分组数据调度、流量管理功能，并可根据不同的用户提供相应的QoS功能。
包交换子系统由以下单板构成：
1．BPSN（分组交换网背板）
BPSN将子系统的PSN、GLI、UIM等单板连接在一起，形成包交换子系统。
2．PSN（分组交换网板）
完成各线卡GLI间的分组数据交换。它是一个自路由的Crossbar交换系统，与线接口板上的队列引擎一起配合完成交换功能，提供一个40G的用户数据交换容量。
3．GLI（千兆以太网线接口板）
提供4个GE光口光接入，将资源子系统UIM板上来的业务接入一级交换平台，对其进行实时路由、转发决定处理，包括封装/解封装、分类、查表、统计、修改等操作，通过背板的高速交换连接将数据发送到交换网PSN完成交换，并从交换网接收数据，完成处理并从物理接口发送。
4．UIM（通用接口模块板）
完成子系统内的控制流以太网交换，实现路由信息分发收集、子系统的维护管理，并连到系统的控制子系统。
2.5 T网子系统
T网子系统在MGW中用于实现大容量的电路交换。
T网子系统由以下单板构成：
1．BCSN（电路交换网背板）
BCSN实现子系统各功能单板的承载，完成各板信号之间的互连。
2．TFI（TDM光接口板）
为子系统提供TDM光接口，用于连接资源子系统。
3．TSNB（TDM交换网板）
为系统提供64K~256K的电路时隙交换，HW线通过LVDS信号由背板传输到TFI。
4．CLKG（时钟产生板）
为整个ZXC10 MGW中需要同步时钟的单元提供全局同步时钟，实现BITS时钟接入、线路时钟提取、时钟同步锁相、时钟分发功能。
5．UIM（通用接口模块板）
完成子系统内的控制流以太网交换，并连到系统的控制子系统。
2.6 时钟单元
系统的时钟单元为整个MGW中需要同步时钟的单元提供全局同步时钟，实现BITS时钟接入、线路时钟提取、时钟同步锁相、时钟分发功能，由CLKG单板完成。
CLKG的时钟基准可以是BITS的2Mbit或2MHz时钟，也可以是DTB/SDTB/DTEC板提取的线路8K时钟。CLKG为T网子系统的TSNB、TFI提供32M及32M8K同步时钟信号。CLKG为其它子系统的UIM提供16M及16M8K同步时钟信号，再由UIM将时钟信号分发给子系统内的各个单板。
3.1 概述
ZXC10 MGW的软件采用自顶向下的设计思想，结合模块化设计方法设计。根据软件分层的思想，整个系统由底层硬件平台、BSP 子系统、操作系统子系统、系统控制子系统、数据库子系统、承载子系统、用户适配子系统、PP子系统、信令子系统、网管子系统组成。
3.2 BSP子系统
BSP子系统对整个系统的硬件进行自举和驱动，具体来讲有三方面的功能：
Boot
CPU最小系统
硬件设备驱动
为了使操作系统以上的软件子系统独立于硬件，BSP必须：
&＃61548; 对上层软件模块屏蔽硬件设备操作细节，对硬件功能进行抽象，仅向其他软件模块提供硬件设备的逻辑功能层面。向上层软件子系统（主要是实时操作系统）提供统一的、经过封装的函数接口，屏蔽对上层软件不必要的参数。
&＃61548; BSP对设备驱动的可靠性和稳定性要求较高。原则上，BSP只向实时操作系统提供接口。但是，为了提高数据收发的效率，个别软件模块，如MTP2，也会直接调用BSP提供的设备驱动接口。BSP还必须支持对硬件单板进行在线测试、离线测试，并提供必须的接口。实际上，BSP提供的是一个完备的过程调用环境，提供的接口形式是函数调用，上层软件通过调用这些函数来使用硬件的功能。
3.3 操作系统子系统
操作系统工作于BSP子系统之上、所有其它子系统以下，对用户进程屏蔽所有的设备驱动接口，并提供基于单处理机的进程调度、定时器、内存管理、文件系统、基于多处理机的进程间通信等方面的服务。
操作系统子系统的核心是商用操作系统内核，在内核以上是封装层，由封装层封装内核的系统调用并屏蔽对用户进程不必要的功能，封装层向用户进程提供必要的原语和函数调用接口。操作系统的调度单位分为任务和进程两级，即提供两级调度。
操作系统创建的主要任务有通信任务、若干个调度任务、设备驱动任务、定时器扫描任务、空闲任务。根据需要这些任务有不同的优先级。任务的调度由商用操作系统进行，采用基于消息驱动的抢占式优先级调度方式，正在运行的任务可能会被更高优先级的任务或中断抢占CPU使用权。
所有的用户进程都挂在调度任务下。调度任务有不同的优先级，不同优先级的用户进程挂在相应优先级的调度任务下，同一优先级的用户进程挂在同一个调度任务下。一个特定的调度任务下挂的所有进程具有相同的优先级。在一个特定的调度任务中，采用基于消息驱动的循环方式调度进程。
同一任务内进程间的通信利用自定义的消息队列，消息被直接放入目的进程的消息队列。不同任务间的进程通信利用任务的邮箱，消息首先被放入目的进程所在的调度任务的邮箱中，再由调度任务将消息派发到目的进程。
不同处理机之间的通信基于TCP（rUDP）/IP/Ethernet方式，机间通信模块建立、维护到通信的对端处理机的socket，在socket之上收发消息。
单板的控制面IP地址与MAC地址需要有固定的对应关系，为简单起见，IP地址与MAC地址都根据单板的槽位号计算出来。
每块单板与有消息来往的有主备的处理板同时存在两条互为主备的通信链路，由通信层维护，当处理板发生主备倒换时，单板的通信层要负责主备通信链路的切换。在处理板主备倒换的过程中，需要将单板的用户进程发出的所有消息缓存起来，直至缓冲区溢出为止，当倒换完成后，再将缓存起来的消息按照原来的顺序发出。
为了防止用户进程频繁申请/释放各种不同大小的内存块而产生大量的内存碎片，内存管理模块把操作系统管理的内存分割成几个不同大小的内存块池，64 Bytes，128 Bytes，256 Bytes，…，被称作UB池。
为了避免用户进程大量占用UB导致系统工作不正常，将UB池划分成两个部分，一部分是进程间通信专用，另一部分提供给用户进程使用。
内存管理模块还向用户进程提供登记需保护的全局变量的接口。用户进程可以利用这个接口向操作系统登记自己的需要保护的全局变量，被保护的全局变量就不会被其它进程改写。内存管理模块还提供页式内存保护，发生越界访问内存时，会触发异常。
定时管理模块向用户进程提供各种定时器功能，如无名定时器、有名定时器、相对定时器、绝对定时器等。默认的定时器精度为100ms，各个处理机上的定时器精度都可以根据需要调整，最小精度为10ms。
此外，还可以通过硬件提供特殊的1ms精度的定时器。承载子系统的Epilogue协议栈使用自己的定时器系统，但是这个定时器系统依赖于操作系统向其提供的20ms定时器。
3.4 数据库子系统
数据库子系统工作于操作系统之上，负责管理LDSS系统的物理资源，并管理业务、信令、协议的配置信息，同时向其它子系统提供数据库访问接口。
数据库为关系数据库，基本框架分为前台数据库、后台数据库两部分。数据分发工作由后台DbAgent来进行。根据后台分发的结果，将各关系表数据从DbAgent直接传送到各MP上。
OMP上的数据库不参与其它MP的数据分发，只有OMP上的支撑通信层转发后台与前台各MP之间的消息。前台各MP不采用主备数据区，而是利用缓冲区暂时存放从后台接收到的数据，待数据传送完毕后，在指定的绝对定时器时刻将数据加载到表内存中，而后触发数据存盘操作。前台数据表的一致性校验由后台来进行。主备MP之间的数据同步与前后台数据同步的机制类似。
资源管理的方式因网元的不同而不同，在网元设计部分会明确资源管理方式。由于每两块单板都可以通过控制面通道直接通信，所以可以灵活地选择数据库资源管理方式。
综合各网元，数据库分布在下列单板上：OMP、SMP、CMP、MPU、RPU。
3.5 系统控制子系统
系统控制子系统工作于操作系统和数据库子系统之上，负责对整个系统的监控、启动、版本下载等。
核心处理板，如MP板、交换网板，必须支持1+1主备，1+1主备的处理板通过专用的主备通道而不是控制面通道来传递主备信息。
OMP（管理MP）的物理槽位固定，其控制面IP 地址和MAC 地址也相应固定，作为系统的参考点，在整个系统上电时，OMP首先启动OMP存有所有单板的基本配置信息，如逻辑地址、资源单板与MP的归属关系等。OMP还存放所有单板的版本以及版本信息。
除OMP外，后台OMC还存放有所有单板的版本。原则上每块单板都有FLASH芯片用来存储自己的版本，单板上电，首先boot模块会先和omp比较FLASH上的版本是否一致，在版本号相同的情况下优先加载本板上FLASH中的版本；如果失败，才会从OMP、后台OMC或网络上的版本服务器申请版本。
系统控制提供监测进程执行时间的功能。
3.6 承载子系统
承载子系统工作于操作系统和数据库子系统之上，向信令子系统、网管子系统提供ATM、IP、TDM的承载服务。
TCP/IP协议栈向应用提供两套接口：
&＃61548; Epilogue协议栈本身的回调函数接口
&＃61548; BSD socket接口
它一方面管理网元对外的IP、ATM接口，为网元之间的IP报文、ATM信元通信提供服务；另一方面，在数据库配置数据的基础上，管理内部用户面通信的接口，为网元内部各单板之间的用户面IP报文通信提供服务。
协议栈必须可裁减，要求不同的单板上运行不同的协议。
单板的用户面IP地址与MAC地址需要有固定的对应关系，为简单计，IP地址与MAC地址都根据单板的机架号、机框号和槽位号计算出来。
某些单板具备多个内部用户面以太网口，承载须对上层应用屏蔽以太网口数量，使应用看到的是一个逻辑的内部用户通信接口，另一方面承载还必须实现多个以太网口之间的负荷分担，同时还要保证对报文顺序敏感的业务所发送的报文不乱序。
光接口板具备1+1和1:1两种倒换类型，并实现并发优收功能。
3.7 用户适配子系统
用户适配子系统完成用户话音数据User traffic的帧格式封装/解封装、各种编解码的转换以及帧控制信息的处理，实现速率调整和Dim&Burst等功能。
3.8 PP子系统
外围处理（PP）子系统是指电路域的主要外围单板，包括以下单板：UIM、TSNB、DTB、SDTB、MRB、CHUB、IWF。其中UIM、CHUB为电路域和分组域所共用。
从系统功能的角度来看，PP软件承担了以下功能：
管理数字中继接口
负责交换网的接续
管理信号音、收号器、记发器
提供系统资源框级控制面和媒体面分组交换功能
PP承担接口功能时，作为交换系统的接口系统，承担着核心网和其它交换系统、交换机设备进行沟通的桥梁，实现：
把交换机外部信号转换为交换机内部的消息；
协助MP上的业务处理进程完成一些业务处理功能，对业务信号进行预处理；
对于核心网来讲，只有局间中继接口，并只考虑局间数字中继，需要处理数字中继随路信令接口（CAS）、数字中继共路信令接口（CCS）。
3.9 信令子系统
信令子系统工作于操作系统、数据库子系统、承载子系统之上，实现SS7信令、TUP/ISUP呼叫信令、Sigtran信令、H.248信令，向业务处理子系统提供服务。
对于SS7信令的链路层协议，MTP2在信令接口板上处理，MTP以上部分在信令处理板处理。
信令处理板支持1+1主备功能。信令的链路层实现链路级负荷分担，当系统容量大时，支持多对信令处理板负荷分担。
SS7信令支持64 kbps、2 Mbps、n×64 kbps信令链路。支持不同信令网上的多信令点功能。
3.10 网管子系统
网管子系统工作于操作系统子系统、数据库子系统、承载子系统之上。
通过网管子系统，可以对MGW设备进行配置、分析、诊断测试工作，并可获得设备的告警、统计数据。
网管子系统分为前台、后台两部分。前台部分作为嵌入式系统的一部分运行于各单板上，后台部分运行于高性能的服务器上，前后台通信由TCP（UDP）/IP/Ethernet承载。前台的操作维护MPB板使用以太网口与后台相连，其他所有单板的操作维护消息经由该板进行转发，实现前后台的通讯。配置命令一律由后台通过操作维护MPB板发送到前台各单板。在前台各单板上，驻留告警代理、性能统计管理代理、信令跟踪代理、业务观察代理、动态数据管理代理，各板分别通过这些代理与OMC交互。在操作维护MPB板上，驻留一个统一的诊断测试总控模块，负责控制对所有单板的诊断测试。
