軟交換技術及其標準

2019-11-03 10:16:01

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清華大學計算機系　莊振運信息產業部科技司　戴曉慧　　１　軟交換技術產生的背景和未來網絡的結構
　　目前，電話網上傳送著許多數據業務，但數據業務的增長出人意料，對并不適合傳數據業務的ＰＳＴＮ造成了巨大壓力。對此，運營公司要把ＰＳＴＮ上已有的數據業務順利旁路到新建的數據網上，以減輕對傳統交換網絡的壓力另一方面，隨著數據網的迅速發展，人們除在上面傳送數據業務外，也開始嘗試傳送話音等傳統ＰＳＴＮ業務。與傳統電話網相比，分組網（ＩＰ／ＡＴＭ）傳送話音具有成本低、利潤高、價格便宜、易推出新業務等很多優勢，分組電話逐漸成為發展方向之一，但它需要與ＰＳＴＮ實現互通。這些情況引出了分組網與傳統ＰＳＴＮ的融合問題。
　　目前，數據業務發展迅速，新業務層出不窮。從電信運營公司的角度看，數據業務量終將超過話音業務量（在一些經濟發達國家已經超過了）。所以必須考慮未來網絡建設的問題，包括：如何對待已經進行了巨額投資的傳統ＰＳＴＮ，如何改造ＰＳＴＮ以適應日益增加的數據業務量；如何使ＰＳＴＮ低成本地向基于分組的網絡結構演進，實現ＰＳＴＮ與新建數據網的融合等。
　　在傳統的基于ＴＤＭ的ＰＳＴＮ中，提供給用戶的各項功能或業務都直接與交換機有關，業務和控制都是由交換機來完成的。這種技術使每個用戶的話音信號在６４ｋｂｉｔ／ｓ的信道上傳輸，雖然保證了話音質量，但交換機需要提供的功能和交換機提供的新業務都需要在每個交換結點來完成。在傳統的交換網絡中，采用依靠交換機和信令提供業務的方式，必須在交換機的技術標準和交換機的信令標準中對開放的每項業務進行詳細規范。如要增加新業務，首先需修訂標準再對交換機進行改造，每提供一項新業務都需要較長的時間周期。
　　為滿足用戶對新業務的需求，網絡中出現了公共的業務平臺，即智能網。智能網的出現，實現了呼叫連接和業務提供的分離這樣，交換機完成呼叫連接，智能網完成業務的提供。智能網將呼叫連接和業務提供相分離，極大地提高了網絡提供業務的能力，縮短了新業務提供的周期。
　　但是這種分離僅僅是第一步，隨著承載的多樣化，還必須將呼叫控制和承載進一步分離。網絡分成接入和傳輸層、媒體層、控制層、業務／應用層等，即把控制和業務的提供從媒體層中分離出來。

　　·接入和傳輸層ＡｃｃｅｓｓａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔＬａｙｅｒ：將用戶連接至網絡，集中用戶業務將它們傳遞至目的地，包括各種接入手段。
　　·媒體層ＭｅｄｉａＬａｙｅｒ：將信息格式轉換成為能夠在網絡上傳遞的信息格式，如將話音信號分割成ＡＴＭ信元或ＩＰ包。此外，媒體層可以將信息選路至目的地。
　　·控制層ＣｏｎｔｒｏｌＬａｙｅｒ：包含呼叫智能。此層決定用戶應該接收哪些業務。它還控制其他的較低層的網絡單元，告訴它們如何處理業務流，并能控制低層網絡元素對業務流的處理。
　　·網絡業務／應用層ＮｅｔｗｏｒｋＳｅｒｖｉｃｅｏｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＬａｙｅｒ：在呼叫建立的基礎上提供附加的服務。
　　這種網絡拓撲結構有以下特點：可以使用基于包的承載傳送，是一個開放端點的拓撲結構，能同樣好地傳送話音和數據業務；將網絡的承載部分與控制部分相分離，允許它們分別演進，有效地打破了單塊集成交換的結構；在各單元之間使用開放的接口，允許運營公司為其網絡的每一部分購買性價比最好的產品。
　　由上可見，既然原有網絡近期不會消失，那么就產生了新舊網絡融合互通的問題。如何靈活、有效地使現有的ＰＳＴＮ與分組交換網實現互通，將ＰＳＴＮ逐步地向ＩＰ網絡演進，其關鍵的網絡產品就是軟交換設備（ＳｏｆｔＳｗｉｔｃｈ），有時也稱為呼叫服務器（ＣａｌｌＳｅｒｖｅｒ）、呼叫代理（ＣａｌｌＡｇｅｎｔ）或媒體網關控制器。它的目的就是：以分組為基礎，建設下一代公眾網絡，實現ＰＳＴＮ和新網的融合；電路網順利平滑地向分組網過渡，節省運營成本和投資；創造具有競爭性的新特性和新業務，獲得新的收入渠道。軟交換是下一代話音網絡交換的核心，如果說傳統電信網絡是基于程控交換機的網絡，而下一代分組話音網絡則是基于軟交換的網絡。未來新公眾網的組成元素中，軟交換將是一個重要組件，是新老網實現融合的樞紐。
　　２　軟交換的特點
　　２．１　什么是軟交換
　　什么是軟交換呢？軟交換的基本含義就是把呼叫控制功能從媒體網關（傳輸層）中分離出來，通過服務器上的軟件實現基本呼叫控制功能，包括呼叫選路、管理控制、連接控制（建立會話、拆除會話）和信令互通（如從Ｎｏ．７到ＩＰ）。其結果就是把呼叫傳輸與呼叫控制分離開，為控制、交換和軟件可編程功能建立分離的平面，使業務提供者可以自由地將傳輸業務與控制協議結合起來，實現業務轉移。其中更重要的是，軟交換采用了開放式應用程序接口（ＡＰＩ），允許在交換機制中靈活引入新業務。軟交換主要提供連接控制、翻譯和選路、網關管理、呼叫控制、帶寬管理、信令、安全性和呼叫詳細記錄的生成等功能。
　　軟交換就是位于網絡分層中的控制層，它與媒體層的網關交互作用，接收正在處理的呼叫相關信息，指示網關完成呼叫。它的主要任務是：在各點之間建立關系，這些關系可能是一個簡單的呼叫，也可以是一個較復雜的處理。軟交換主要處理實時業務，首先是話音業務，也可以包括視頻業務和其他多媒體業務。軟交換通常也提供一些基本的補充業務，相當于傳統交換機的呼叫控制部分和基本業務提供部分。
　?。玻病∫胲浗粨Q的意義
　　簡單地看，軟交換所完成的功能相當于原有交換機所提供的功能。軟交換是實現傳統程控交換機的“呼叫控制”功能的實體，但傳統的“呼叫控制”功能是和業務結合在一起的，不同的業務所需要的呼叫控制功能不同，而軟交換則是與業務無關的，這要求軟交換提供的呼叫控制功能是各種業務的基本呼叫控制。未來的軟交換應該是盡可能簡單的，智能則盡可能地移至外部的業務和／或業務層。
　　與電路交換機相比，軟交換成本低。軟交換采用開放式平臺，易于接收革新應用。由于軟交換利用的是普通計算機器件，其性能價格比每年提高６０％～８０％，電路交換機的性能價格比每年提高大約２０％，所以與電路交換機相比，軟交換在成本方面有更大優勢。而且在傳統交換網絡中，一個設備廠商往往供應軟件、硬件和應用等所有的東西，用戶被鎖定在供應商那里，沒有選擇的空間，實現和維護的費用也很昂貴。而在基于軟交換的網絡中，用戶可以向多個廠商購買各種層次的產品，前提是這些廠商的產品是基于開放標準。這樣，用戶可以在每一類產品中選擇性價比最好的東西來構建自己的網絡。
　?。玻场≤浗粨Q的主要功能
　　軟交換的主要功能包括媒體網關接入功能、呼叫控制功能、業務提供功能、資源管理功能、互連互通功能、ＳＩＰ代理功能、信令網關功能（可選）和ＳＣＧ功能（可選）等。
　　從另一個角度看，根據軟交換在網絡中的不同位置，他們具有不同的功能。
　　１ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ業務旁路的功能
　　軟交換的一個重要功能就是將Ｉｎｔｅｒｎｅｔ撥號業務從現有５類交換機上旁路下來。傳統５類交換機不適合處理大量的長時間Ｉｎｔｅｒｎｅｔ呼叫業務，如果能在傳統匯接網絡的邊緣設置較便宜的軟交換機，把
　?。桑睿簦澹颍睿澹魮芴枠I務在進入５類交換機之前直接交換到ＩＰ網上，而話音業務不受影響，這樣就會極大減輕傳統交換機的負擔。傳統運營公司就不會抱怨Ｉｎｔｅｒｎｅｔ業務對網絡帶來的壓力，競爭的本地運營公司、ＩＳＰ等新興運營公司也不用抱怨向電信運營公司支付的昂貴交換機使用費。
　?。玻?nbsp;代替４類交換機
隨著軟交換標準的不斷完善及其協議的通過，新一代軟交換將有能力成為４類匯接交換機的代替產品。４類交換機不需要具有５類交換機那么多的特性，所以只要信令網關能夠提供合適的Ｎｏ．７接口，新一代交換機就可以勝任其職。它們的主要應用將是長途ＶｏＩＰ業務。
　　３ 代替５類交換機
　?。殿惤粨Q機的價格高往往是新興運營公司和業務提供者進入該市場的一大障礙。他們希望有新產品，既具備５類交換機的特性，又價格便宜，還可以在網絡層提供增強型業務。新一代交換機適合本地環路的ＶｏＩＰ方案，它既可以接收ＡＴＭ或ＩＰ上傳送的業務，又可以把業務轉移到ＰＳＴＮ上，還能繼續把業務作為數據業務傳到骨干網上。
　?。场』谲浗粨Q的增強的業務框架、接口和應用
　　軟交換本身可以提供現有電話網中的一些基本業務和補充業務，但由于軟交換的靈活性，它還可以與智能網相結合，提供各種智能業務，并且通過引入一個新的組件——應用服務器（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｅｒｖｅｒ），軟交換還可以為三方應用提供平臺，不僅提高了服務的種類，而且加快了服務應用的速度。
　?。常薄』谲浗粨Q的增值業務框架
　　軟交換的引入帶來了增強的業務框架結構，如圖２所示。其中應用服務器提供增值業務的執行、管理和開發平臺，處理與軟交換間的接口信令；媒體服務器（ＭｅｄｉａＳｅｒｖｅｒ）提供特殊業務（如ＩＶＲ、會議和傳真）的資源平臺，處理與媒體網關間的承載接口。
軟交換體系結構中的應用服務器組件是專為增值業務而引入的。應用服務器負責各種增值業務的邏輯產生和管理，還提供各種開放的ＡＰＩ，為第三方業務的開發提供創作平臺。應用服務器是一個獨立的組件，與控制層的軟交換無關，從而實現了業務與呼叫控制的分離，有利于引入新業務。
　　３．２　軟交換體系架構的接口和采用的通信協議
　　軟交換作為一個開放的實體，與外部的接口必須采用開放的協議。下面舉例示出軟交換與外部的接口，實際的接口可能與此不同。
　　軟交換與媒體網關間的接口用于軟交換對媒體網關的承載控制、資源控制及管理，可使用媒體網關控制協議（ＭＧＣＰ）、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ設備控制協議（ＩＰＤＣ）或Ｈ．２４８協議。
　　軟交換與信令網關間的接口用于傳遞軟交換和信令網關間的信令信息，可使用信令控制傳輸協議（ＳＣＴＰ）或其他類似協議。
　　軟交換間的接口實現不同軟交換間的交互，可使用ＳＩＰ－Ｔ或Ｈ．３２３協議。
　　軟交換與應用／業務層之間的接口提供訪問各種數據庫、三方應用平臺、各種功能服務器等的接口，實現對各種增值業務、管理業務和三方應用的支持。包括：軟交換與應用服務器間的接口可使用ＳＩＰ（ＳｅｓｓｉｏｎＩｎｉｔｉａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ）或ＡＰＩ，如Ｐａｒｌａｙ，提供對三方應用和各種增值業務的支持功能；軟交換與策略服務器間的接口對網絡設備的工作進行動態干預，此接口可使用ＣＯＰＳ協議；軟交換與網關中心間的接口實現網絡管理，可使用ＳＮＭＰ；軟交換與智能網的ＳＣＰ之間的接　　口實現對現有智能網業務的支持，此接口可使用ＩＮＡＰ。
　　組件間的接口使用ＲＴＰ，此協議用于傳輸媒體網關和媒體服務器間的媒體流。
　?。常场≤浗粨Q的應用
　　軟交換既可以作為獨立的下一代網絡部件分布在網絡的各處，為所有媒體提供基本業務和補充業務，也可以與其他的增強業務節點結合，形成新的產品形態。正是軟交換的靈活性，使得它可以應用在各個領域。
　　１ 電路領域的應用
　　在電路領域，軟交換與媒體網關及信令網關相結合，完成控制轉換和媒體接入轉換，可作為匯接局和長途局的接入，提供現有的ＰＳＴＮ中的基本業務和補充業務。
　　２ 電路—分組領域的應用
　　在電路—分組領域，軟交換可與分組終端互通，實現分組網與電路網的互通。如在Ｈ．３２３呼叫中，軟交換可視為Ｈ．３２３終端；在ＳＩＰ呼叫中，可視為用戶代理（ＵＡ）。
　　３ 智能網領域的應用
在智能網領域，軟交換與媒體網關相結合，完成ＳＳＰ功能；與現有智能網的ＳＣＰ相結合，提供各種智能業務，此時，軟交換需實現智能網的基本呼叫狀態模型（ＢＣＳＭ）和Ｈ．３２３或ＳＩＰ狀態機的轉換。
軟交換可支持多種協議，如ＩＮＡＰ和ＣＡＰ，并可與應用服務器配合，提供各種新的增值業務和補充業務。
　?。础』谲浗粨Q的網絡和傳統網絡的關系
　　軟交換可用于ＩＰ網和ＡＴＭ網，當然也可以用于ＰＳＴＮ／ＩＳＤＮ。
　　因為ＩＰ網絡所需的呼叫控制與承載連接是分開的，軟交換用在ＩＰ網絡是非常自然的。而用在純ＰＳＴＮ／ＩＳＤＮ中來替代傳統的交換機，意味著把傳統的交換機的控制部分和補充業務的提供部分拿到外面去，傳統的電路交換機只完成承載連接，這種想法在綜合交換機中有過考慮，但目前并未完全實施，把現有的技術成熟、價格便宜、國內有雄厚的生產能力的電路交換機都改造成為軟交換的方式顯然是不合理的。
　　目前一些網絡上用軟交換去替代現有的電路交換機應該是基于將現有的電路交換網絡向ＩＰ網過渡，例如當用軟交換來替代匯接局時相當于從該匯接局進入ＩＰ網。從應用的角度來看，軟交換主要是應用在ＩＰ網上的。
　　總之，軟交換在網絡中的位置如圖３所示。
　　５　軟交換的標準化進程
　　目前，軟交換的標準化工作正在加緊進行。從事軟交換研究的國際組織是軟交換國際論壇（ＩＳＣ）。國內科研和生產部門一直緊緊跟蹤國際技術的最新進展，標準化工作也在同步進行。目前，信息產業部科學技術司正在組織制定軟交換設備的標準《軟交換設備（呼叫服務器）總體技術要求》。
　?。桑樱檬且粋€非盈利的工業組織，成立于１９９９年５月，它倡導將開放的結構和多廠商的互操作性用于下一代的話音、圖像和數據解決方案，該組織由其成員們資助和操作，目前它的成員已包括１００多個系統供應商和業務提供者，其中包括一些著名的設備廠商，如Ａｌｃａｔｅｌ、Ｃｉｓｃｏ、Ｅｒｉｃｓｓｏｎ、Ｆｕｊｉｔｓｕ、Ｎｏｋｉａ、Ｎｏｒｔｅｌ、ＮＴＴ和Ｌｕｃｅｎｔ等。軟交換國際論壇通過開放的成員政策和對開放的標準協議的承諾方式倡導在全世界范圍內軟交換的兼容性和相互操作性，它資助有關互操作的一些活動，并設有一個論壇，用于對軟交換的成份和功能進行標識、討論和定義。
　　軟交換設備不僅是下一代分組網中語音業務、數據業務和視頻業務呼叫、控制、業務提供的核心設備，也是電路交換電信網向分組網演進的重要設備。我國正在制定的《軟交換設備（呼叫服務器）總體技術要求》是以國際電聯、計算機標準化組織和軟交換論壇制定的相關標準為基礎，結合國內網絡的實際情況和相關國內標準制定的。它是軟交換設備研制、開發和生產的主要依據。
　　這一標準規定了軟交換設備的系統結構、主要功能、通信接口、協議及其性能要求，并重點規定分組語音業務的技術要求。標準規定，軟交換處理的協議及控制的媒體流基于ＴＣＰ／ＩＰ承載方式。直接利用ＡＴＭ方式承載呼叫控制協議和媒體流的技術要求及相關系統結構待定。
　　６　結束語
　　目前，軟交換的研究是通信技術的研究熱點之一，國內外有很多的科研、生產單位都在從事這方面的研究?？偟目磥恚诜纸M網和ＰＳＴＮ的融合問題上，人們的想法基本是一致的。也就是說，采用軟交換的模式，把呼叫控制與呼叫傳輸分離，智能化的軟交換機實現不同信令的轉化，控制呼叫的建立過程，并具有開放接口和ＡＰＩ，方便新業務的產生，而呼叫傳輸由簡單的設備完成，如媒體網關。但相關的軟交換標準還有待完善、統一和被廣泛接受。軟交換所面臨的首要的也是最主要的挑戰就是多協議，即軟交換所支持的協議很多，而且這些協議分別來自不同的標準化組織，這為技術研究、設備生產通信運營等各方面都帶來了很多協調方面的困難。
　　從運營方面講，軟交換的組網方案對新老運營公司都有利。傳統運營公司用它實現ＰＳＴＮ與分組網的融合，保護傳統投資，又具有創新能力；而新公司利用它可以比較容易地進入競爭激烈的通信業務市場，不需對傳統設備進行巨大投資，沒有資金壓力?，F在國外已有不少運營公司在試驗或使用軟交換組網方案。關注他們的動態，總結他們的經驗和教訓，對我們的網絡發展規劃是有啟發的。
　　作為下一代網絡核心的軟交換，結合了傳統的話音網絡的可靠性和新興的ＩＰ技術的靈活性和有效性的優點，不但可以很好地解決從傳統的電話交換網向分組化網絡過渡的問題，更是新興運營商進入話音市場的技術手段之一。我國網絡與交換標準研究組正在積極開展跟蹤和研究工作，預計很快就會有相應的標準出臺。國內廠家也在加緊軟交換的研制工作。采用軟交換技術，將形成一系列的網絡新產品，對我國電信網的合理化演進，實現由電路網絡向分組網絡的無縫過渡將起到重要的作用，有廣闊的發展前景。
摘自《電信技術》

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