1 設計背景

NP是Network Processor的縮寫，意為網絡處理器。根據“國際網絡處理器會議”的定義：網絡處理器是一種可編程器件，它特定地應用于通信領域的各種任務，比如包處理、協議分析、路由查找、防火墻、QoS等。網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，則采用硬件協處理器來進一步提高處理性能，從而實現了業務靈活性和高性能的有機結合。

在我國開始實施的移動網間號碼攜帶（NP：Number Portability）現網試驗，目前NP主要用于網絡骨干設備和網絡接入設備，用來開發從網絡第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品使用了思科的并行快速轉發（PXF）NP，它被業內稱為“NP的鼻祖”；華為在“第五代路由器”NE80/40/20系列產品中全面采用了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無線接入網產品的封包轉發引擎。采用了一種集中數據庫的方式，即在號碼攜帶業務網絡中設置一個集中的數據庫，也稱為集中業務管理系統（CSMS：Central Service Management System），運營商的號碼攜帶業務節點通過此集中數據庫系統進行通信，實現號碼攜帶的業務協商及NP數據下發。此體系結構如圖1所示。

圖1 NP業務體系架構

本地業務管理系統（LSMS）保存本地的號碼攜帶數據，并負責管理運營商內部的網元設備；業務受理系統（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同步號碼攜帶數據。

2 設計原則

在開始進行CSMS接口協議設計之前，首先擬定了如下的幾條設計原則，協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業務流程的需求

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

（2）協議有較高的可靠性

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

（3）易于開發和維護

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

下面將會逐一介紹上述設計原則是如何體現在CSMS接口協議中的。

3 業務流程設計

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

在CSMS接口協議業務流程中，兩個主要元素就是“消息”和“定時器”。下面就以成功的NP業務申請流程為例說明CSMS接口協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送給CSMS，CSMS響應后轉發給攜出方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”、“業務類型”、“NP號碼”、“NP流程ID”、“返回代碼”、“拒絕消息”等參數字段。每個參數的用法、長度、數據類型在協議中也都進行了嚴格的定義。比如“消息ID”是由發送方維護的流水號，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。可以說，定時器嚴格的限定了NP業務節點的行為方式。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，將會進行重發和告警。

4 協議高可靠性的設計

為了提高CSMS接口協議的可靠性，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接口協議中，定義了一種特殊的消息，稱為ACK消息。在業務節點接收到任何一條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，僅僅是告知發送方我已經接收到了你方發來的消息。有了ACK消息，發送方就能立刻確認對方是否已經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現上一條消息對方并沒有正確接收到。通過使用ACK機制，無疑是提高了協議的可靠性。

其次，在CSMS接口協議中，定義了50多種錯誤消息代碼，并且根據實際應用情況，還有可能繼續擴充。這些錯誤消息代碼的定義，最大程度上細化了NP業務中可能出現的異常情況，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，則發送方應在五分鐘后使用新的MessageID號重發此消息。

最后，CSMS接口協議中還定義了心跳檢測機制，CSMS會定期通過網絡層的消息（例如Ping消息）檢測對端的健康狀態。一旦發現與對端之間的網絡出現問題，則暫停發送消息，避免在網絡故障時出現大量重發消息的堆積。

5 底層承載協議的選擇

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

圖3 CSMS接口協議層次結構

采用以上這種協議架構，是基于CSMS接口協議的網絡環境決定的。CSMS接口協議需要應用于TCP／IP的網絡環境之下，在此網絡環境下，HTTP協議具有最強的適應性，可以很好地解決私網穿越、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議/因特網互聯協議，又叫網絡通訊協議，這個協議是Internet最基本的協議、Internet國際互聯網絡的基礎，簡單地說，就是由網絡層的IP協議和傳輸層的TCP協議組成的。TCP/IP 定義了電子設備（比如計算機）如何連入因特網，以及數據如何在它們之間傳輸的標準。TCP/IP是一個四層的分層體系結構。高層為傳輸控制協議，它負責聚集信息或把文件拆分成更小的包。低層是網際協議，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協議，簡單對象訪問協議，簡單對象訪問協議（SOAP）是一種輕量的、簡單的、基于 XML 的協議，它被設計成在 WEB 上交換結構化的和固化的信息。 SOAP 可以和現存的許多因特網協議和格式結合使用，包括超文本傳輸協議（ HTTP），簡單郵件傳輸協議（SMTP），多用途網際郵件擴充協議（MIME）。它還支持從消息系統到遠程過程調用（RPC）等大量的應用程序。

誠然，TCP／IP網絡和HTTP協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議，基于它們進行協議開發，能夠大大降低開發周期和開發難度，自然也就提高了協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

我國的移動網間號碼攜帶現網試驗工作很快就要開展了，CSMS接口協議也已經在CSMS設備和運營商的SOA／LSMS設備上獲得了實現。從內部測試和試運行的情況來看，這套協議基本達到了當初的設計目標，能夠很好地支撐各種NP業務流程。

隨著號碼攜帶業務的不斷深入，這套協議將接受進一步的考驗，并且定將繼續發展和完善下去，以服務于全國網間移動號碼攜帶業務的開展。