軟交換技術及其應用(一)

2019-11-03 10:22:38

字體：大中小

供稿：網(wǎng)友

王星昌江蘇移動通信有限責任公司

　　摘要本文首先分析了軟交換技術的產(chǎn)生原因，然后對軟交換技術做了簡要介紹，并針對目前軟交換設備所能夠提供的業(yè)務，提出了軟交換網(wǎng)的應用，最后，對采用軟交換技術組網(wǎng)中應注意的問題進行了分析。

關鍵詞軟交換 TG SG AG IAD ip

1 軟交換技術產(chǎn)生的背景

　　人類的通信包括話音、數(shù)據(jù)、視頻與音頻組合的多媒體三大內(nèi)容。一直以來，上述三類通信業(yè)務均是分別由不同的通信網(wǎng)來承載和疏通。電話網(wǎng)承載和疏通語音業(yè)務、數(shù)據(jù)網(wǎng)承載和疏通數(shù)據(jù)業(yè)務，多媒體網(wǎng)承載和疏通多媒體業(yè)務。

　　隨著社會信息化程度的進一步加深，通信已經(jīng)成為人們生活和工作中不可缺少的工具，人們對通信要求也不再僅僅是基本的語音通信業(yè)務和簡單的WWW瀏覽和收發(fā)E-mail，人們需要的是能夠隨時、隨地、靈活地獲取所需要的信息。因此要求電信運營商能夠靈活地為用戶提供豐富的電信業(yè)務，而基于由不同通信網(wǎng)絡提供不同業(yè)務的運營模式難以滿足用戶“靈活地獲取所需要的信息”的需求，只有構(gòu)建一個"全業(yè)務網(wǎng)絡——即能夠同時承載和疏通語音、數(shù)據(jù)、多媒體業(yè)務的網(wǎng)絡”才能滿足用戶日益增長的對通信業(yè)務的需求。

　　電話網(wǎng)的歷史最為悠久，其核心是電話交換機，電話交換機經(jīng)歷了磁石式、共用電池式、步進制、縱橫制、程控制5個發(fā)展階段，其差別在于交換機的實現(xiàn)方式發(fā)生了改變。程控制電話交換機的出現(xiàn)是一個歷史性的變革，它采用了先進的體系結(jié)構(gòu)，其功能可以分為呼叫業(yè)務接入、路由選擇(交換)和呼叫業(yè)務控制3部分，其中的交換和呼叫業(yè)務控制功能均主要是通過程序軟件來實現(xiàn)。但其采用的資源獨占的電路交換方式，以及為通信的雙方提供的對等的雙向64kbit/s固定帶寬通道不適于承載突發(fā)數(shù)據(jù)量大、上下行數(shù)據(jù)流量差異大的數(shù)據(jù)業(yè)務。

　　數(shù)據(jù)網(wǎng)的種類繁多，根據(jù)其采用的廣域網(wǎng)協(xié)議不同，可將其分為DDN、X.25、幀中繼和IP網(wǎng)，由于IP網(wǎng)具有協(xié)議簡單、終端設備價格低廉、以及基于IP協(xié)議的WWW業(yè)務的開展，基于IP協(xié)議的Internet呈爆炸式發(fā)展，一度成為了數(shù)據(jù)網(wǎng)的代名詞。IP網(wǎng)要求用戶終端將用戶數(shù)據(jù)信息均封裝在IP包中，IP網(wǎng)的核心設備——路由器僅是完成“盡力而為”的IP包轉(zhuǎn)發(fā)的簡單工作，它采用資源共享的包交換方式，根據(jù)業(yè)務量需要動態(tài)地占用上下行傳輸通道，因此IP網(wǎng)實際上僅是一個數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)，其本身并不提供任何高層業(yè)務控制功能，若在IP網(wǎng)上開放語音業(yè)務，必須額外增加電話業(yè)務的控制設備。值得一提的是，IP網(wǎng)中傳送的IP包能夠承載任何用戶數(shù)據(jù)信息，為實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、多媒體流等多種信息在一個承載網(wǎng)中傳送創(chuàng)造了條件。

　　可見，電話網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)均存在一定的先天缺陷、無法通過簡單地改造而成為一個“全業(yè)務網(wǎng)”，因此，為了能夠?qū)崿F(xiàn)在同一個網(wǎng)絡上同時提供語音、數(shù)據(jù)以及多媒體業(yè)務，即通信業(yè)務的融合，產(chǎn)生了軟交換(softswitch)技術。

2 軟交換技術介紹

2.1 軟交換網(wǎng)絡的總體結(jié)構(gòu)

　　軟交換技術采用了電話交換機的先進體系結(jié)構(gòu)，并采用IP網(wǎng)中的IP包來承載話音、數(shù)據(jù)以及多媒體流等多種信息。

　　一部程控電話交換機可以劃分為業(yè)務接入、路由選擇(交換)和業(yè)務控制3個功能模塊，各功能模塊通過交換機的內(nèi)部交換網(wǎng)絡連接成一個整體。軟交換技術是將上述3個功能模塊獨立出來，分別由不同的物理實體實現(xiàn)，同時進行了一定的功能擴展，并通過統(tǒng)一的IP網(wǎng)絡將各物理實體連接起來，構(gòu)成了軟交換網(wǎng)絡。

　　電話交換機的業(yè)務接入功能模塊對應于軟交換網(wǎng)絡的邊緣接入層；路由選擇(交換)功能模塊對應于軟交換網(wǎng)絡的控制層；業(yè)務控制模塊對應于軟交換網(wǎng)絡的業(yè)務應用層；IP網(wǎng)絡構(gòu)成了軟交換網(wǎng)的核心傳送層。

2.2 邊緣接入層

　　軟交換技術將電話交換機的業(yè)務接入模塊獨立成為一個物理實體，稱為媒體網(wǎng)關(MG)，MG功能是采用各種手段將各種用戶及業(yè)務接入到軟交換網(wǎng)絡中，MG完成數(shù)據(jù)格式和協(xié)議的轉(zhuǎn)換，將接入的所有媒體信息流均轉(zhuǎn)換為采用IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包在軟交換網(wǎng)絡中傳送。

根據(jù)MG接入的用戶及業(yè)務不同，MG可以細分為以下幾類。

　　中繼媒體網(wǎng)關(TG)：用于完成與PSTN/PLMN電話交換機的中繼連接，將電話交換機PCM中繼中的64kbit/s的語音信號轉(zhuǎn)換為IP包。

信令網(wǎng)關(SG)：用于完成與PSTN/PLMN電話交換機的信令連接，將電話交換機采用的基于TDM電路的七號信令信息轉(zhuǎn)換為IP包。

　　TG和SG共同完成了軟交換網(wǎng)與采用TDMA電路交換的PSTN/PLMN電話網(wǎng)的連接，將PSTN/PLMN網(wǎng)中的普通電話用戶及其業(yè)務接入到了軟交換網(wǎng)中。接入網(wǎng)關(AG)：提供模擬用戶線接口，用于直接將普通電話用戶接入到軟交換網(wǎng)中，可為用戶提供PSTN提供的所有業(yè)務，如電話業(yè)務、撥號上網(wǎng)業(yè)務等，它直接將用戶數(shù)據(jù)及用戶線信令封裝在IP包中。

　　綜合接入設備(IAD，Integrated access Device)：一類IAD同時提供模擬用戶線和以太網(wǎng)接口，分別用于普通電話機的接入和計算機設備的接入，適用于分別利用電話機使用電話業(yè)務、利用計算機使用數(shù)據(jù)業(yè)務的用戶；另一類IAD僅提供以太網(wǎng)接口，用于計算機設備的接入，適用于利用計算機同時使用電話業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務的用戶，此時需在用戶計算機設備中安裝專用的“軟電話軟件”。

　　多媒體業(yè)務網(wǎng)關(MSAG，Media Servers Access Gateway)：用于完成各種多媒體數(shù)據(jù)源的信息，將視頻與音頻混合的多媒體流適配為IP包。H.323網(wǎng)關：用于連接采用H.323協(xié)議的IP電話網(wǎng)網(wǎng)關。

無線接入媒體網(wǎng)關(WAG，Wireless Access Gateway)：用于將無線接入用戶連接至軟交換網(wǎng)。

　　可見，AG、TG和SG共同完成了電話交換機的業(yè)務接入功能模塊的功能，實現(xiàn)了普通PSTN/PLMN電話用戶的語音業(yè)務的接入，并將語音信息適配為適合在軟交換網(wǎng)內(nèi)傳送的IP包。同時軟交換技術還對業(yè)務接入功能進行了擴展，體現(xiàn)在IAD、MSAG、H.323 GW、WAG等幾類媒體網(wǎng)關。通過各類MG，軟交換網(wǎng)實現(xiàn)了將PSTN/PLMN用戶、H.323 IP電話網(wǎng)用戶、普通有線電話用戶、無線接入用戶的語音、數(shù)據(jù)、多媒體業(yè)務的綜合接入。2.3 控制層

　　軟交換技術將電話交換機的交換模塊獨立成為一個物理實體，稱為軟交換機(SS)，SS的主要功能是完成對邊緣接入層中的所有媒體網(wǎng)關的業(yè)務控制及媒體網(wǎng)關之間通信的控制，具體功能如下。

(1) 根據(jù)業(yè)務應用層相關服務器中登記的用戶屬性，確定用戶的業(yè)務使用權(quán)限，以確定是否接受用戶發(fā)起的業(yè)務請求。

(2) 對邊緣接入層的各種媒體網(wǎng)關的資源進行控制，控制各個媒體網(wǎng)關資源的使用，并掌握各個媒體網(wǎng)關的資源占用情況，以確定是否有足夠的網(wǎng)絡通信資源以滿足用戶所申請的業(yè)務要求。

(3) 完成呼叫的路由選擇功能，根據(jù)用戶發(fā)起業(yè)務請求的相關信息，確定哪些媒體網(wǎng)關之間應建立通信連接關系，并通知這些媒體網(wǎng)關之間建立通信連接關系并進行通信，以及在通信過程中所采用的信息壓縮編碼方式、是否啟用回聲抑制等功能。

(4) 對媒體網(wǎng)關之間的通信連接狀態(tài)進行監(jiān)視和控制，在用戶業(yè)務使用完成后，指示相應的媒體網(wǎng)關之間斷開通信連接關系。

(5) 計費。由于軟交換機只是控制業(yè)務的接續(xù)，而用戶之間的數(shù)據(jù)流是不經(jīng)過軟交換機的，因此軟交換機只能實現(xiàn)按接續(xù)時長計費，而無法實現(xiàn)按信息量計費。若要求軟交換機具備按信息量計費的功能，則要求媒體網(wǎng)關具備針對每用戶的每次使用業(yè)務的信息量進行統(tǒng)計的功能，并能夠?qū)⒔y(tǒng)計結(jié)果傳送給軟交換機。

(6) 與H.323網(wǎng)的關守(GK)交互路由等消息，以實現(xiàn)軟交換網(wǎng)與H.323 IP電話網(wǎng)的互通。

2.4業(yè)務應用層

　　軟交換技術將電話交換機的業(yè)務控制模塊獨立成為一個物理實體，稱為應用服務器(AS)，AS的主要功能是完成業(yè)務的實現(xiàn)，具體功能如下。(1) 存儲用戶的簽約信息，確定用戶對業(yè)務的使用權(quán)限，一般采用專用的用戶數(shù)據(jù)庫服務器+AAA服務器或智能網(wǎng)SCP來實現(xiàn)。

(2) 采用專用的應用服務器和智能網(wǎng)SCP(要求軟交換機具備SSP功能)來實現(xiàn)YDN 065-1997《郵電部電話交換設備總技術規(guī)范書》中定義的基本電話業(yè)務及其補充服務功能，以及智能網(wǎng)能夠提供的電話卡、被叫付費等智能網(wǎng)業(yè)務。

(3) 采用專用的單個應用服務器或多個應用服務器實現(xiàn)融合語音、數(shù)據(jù)以及多媒體的業(yè)務，靈活地為用戶提供各種增值業(yè)務和特色業(yè)務。

(4) 軟交換網(wǎng)控制層中的軟交換機之間是不分級的，當網(wǎng)絡中每增加一個軟交換機時，其它所有軟交換機必須增加相應的局數(shù)據(jù)；而這對于網(wǎng)絡運營來說，將是極為麻煩的，其解決辦法是在業(yè)務應用層中設置策略服務器來為軟交換機提供路由信息。當然，策略服務器的設置方案將直接影響軟交換網(wǎng)絡的安全可靠性。

2.5 核心傳送層

　　核心傳送層實際上就是軟交換網(wǎng)的承載網(wǎng)絡，其作用和功能就是將邊緣接入層中的各種媒體網(wǎng)關、控制層中的軟交換機、業(yè)務應用層中的各種服務器平臺等各個軟交換網(wǎng)網(wǎng)元連接起來。

　　鑒于IP網(wǎng)能夠同時承載語音、數(shù)據(jù)、視頻等多種媒體信息，同時具有協(xié)議簡單、終端設備對協(xié)議的支持性好且價格低廉的優(yōu)勢，因此軟交換網(wǎng)選擇了IP網(wǎng)作為承載網(wǎng)絡。

　　軟交換網(wǎng)中各網(wǎng)元之間均是將各種控制信息和業(yè)務數(shù)據(jù)信息封裝在IP數(shù)據(jù)包中，通過核心傳送層的IP網(wǎng)進行通信。

2.6 軟交換網(wǎng)中的協(xié)議及標準

　　軟交換網(wǎng)絡中同層網(wǎng)元之間、不同層的網(wǎng)元之間均是通過軟交換技術定義的標準協(xié)議進行通信的。國際上從事軟交換相關標準制定的組織主要是IETF和ITU-T。它們分別從計算機界和電信界的立場出發(fā)，對軟交換網(wǎng)協(xié)議作出了貢獻。

2.6.1 媒體網(wǎng)關與軟交換機之間的協(xié)議

　　除SG外的各媒體網(wǎng)關與軟交換機之間的協(xié)議有MGCP協(xié)議和MEGACO/H.248協(xié)議兩種。

　　MGCP協(xié)議是在MEGACO/H.248之前的一個版本，它的靈活性和擴展性比不上MEGACO/H.248，同時在對多運營商的支持方面也不如MEGACO/H.248協(xié)議。

　　MEGACO/H.248實際上是同一個協(xié)議的名字，由IETF和ITU聯(lián)合開發(fā)，IETF稱為MEGACO，ITU-T稱為H.248。MEGACO/H.248稱為媒體網(wǎng)關控制協(xié)議，它具有協(xié)議簡單，功能強大，且擴展性很好的特點。

SG與軟交換機之間采用SIGTRAN協(xié)議，SIGTRAN的低層采用SCTP協(xié)議，為七號信令在TCP/IP網(wǎng)上傳送提供可靠的連接；高層分為M2PA、M2UA、M3UA。由于M3UA具有較大的靈活性，因此目前應用較為廣泛。SIGTRAN/SCTP協(xié)議的根本功能在于將PSTN中基于TDM的七號信令通過SG以IP網(wǎng)作為承載透傳至軟交換機，由軟交換機完成對七號信令的處理。

2.6.2軟交換機之間的協(xié)議

　　當需要由不同的軟交換機控制的媒體網(wǎng)關進行通信時，相關的軟交換機之間需要通信，軟交換機與軟交換機之間的協(xié)議有BICC協(xié)議和SIP-T協(xié)議兩種。

　　BICC協(xié)議是ITU-T推薦的標準協(xié)議，它主要是將原七號信令中的ISUP協(xié)議進行封裝，對多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務的支持存在一定不足。SIP-T是IETF推薦的標準協(xié)議，它主要是對原SIP協(xié)議進行擴展，屬于一種應用層協(xié)議，采用Client-Serve結(jié)構(gòu)，對多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務的支持較好、便于增加新業(yè)務，同時SIP-T具有簡單靈活、易于實現(xiàn)、擴展性好的特點。目前BICC和SIP協(xié)議在國際上均有較多的應用。

2.6.3軟交換機與應用服務器之間的協(xié)議

　　軟交換機與Radius服務器之間通過標準的Radius協(xié)議通信。軟交換機與智能網(wǎng)SCP之間通過標準的智能網(wǎng)應用層協(xié)議(INAP、CAP)通信。一般情況下，軟交換機與應用服務器之間通過廠家內(nèi)部協(xié)議進行通信。為了實現(xiàn)軟交換網(wǎng)業(yè)務與軟交換設備廠商的分離，即軟交換網(wǎng)業(yè)務的開放不依賴于軟交換設備供應商，允許第三方基于應用服務器獨立開發(fā)軟交換網(wǎng)業(yè)務應用軟件，因此，定義了軟交換機與應用服務器之間的開放的Parlay接口。

2.6.4媒體網(wǎng)關之間的協(xié)議

　　除SG外，各媒體網(wǎng)關之間通過數(shù)據(jù)傳送協(xié)議傳送用戶之間的語音、數(shù)據(jù)、視頻等各種信息流。

　　軟交換技術采用RTP(Real-time Transport PRotocol)作為各媒體網(wǎng)關之間的通信協(xié)議。RTP協(xié)議是IETF提出的適用于一般多媒體通信的通用技術，目前，基于H.323和基于SIP的兩大IP電話系統(tǒng)均是采用RTP作為IP電話網(wǎng)關之間的通信協(xié)議。

2.6.5小結(jié)

　　MGCP、MEGACO/H.248、SIGTRAN、BICC、STP-T、Parlay協(xié)議傳送的均是控制類信息，不包含任何用戶之間的有用通信信息。RTP傳送的是用戶之間的有用通信信息。同時，媒體網(wǎng)關與連接的非軟交換網(wǎng)設備之間需采用相應的協(xié)議通信。值得一提的是，軟交換網(wǎng)與H.323網(wǎng)互通，H.323 GW與H.323網(wǎng)的IP電話網(wǎng)關采用RTP通信，同時軟交換機需與H.323網(wǎng)的GateKeeper之間采用H.323協(xié)議通信。

----《電信工程技術與標準化》