軟交換體系結構及其業務支撐環境

2019-11-03 10:23:37

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供稿：網友

楊放春

　　下一代網絡作為近年來的一個熱點，得到了各方面廣泛的關注。不過不同領域背景的人對下一代網絡的認識存在差異。對于下一代網絡到底是什么，眾說紛紜，并沒有一個標準的定義。從Internet的領域來看，下一代網絡指下一代互聯網（NGI）；對于移動網而言，下一代網絡指3G和后3G網絡；從控制層面來看，下一代網絡指軟交換；從傳送網層面來看，下一代網絡則指下一代光網絡。顯然，廣義的下一代網絡（NGN）包容了所有新一代網絡技術。

軟交換體系結構

　　異構網絡并存是目前網絡的現狀，多種異構網絡融合則是大勢所趨。隨著ip網的迅速發展，軟交換將以IP網為骨干，在各種網絡相互融合的基礎上，以一種統一的方式靈活地提供業務。軟交換控制器（Softswitch）是軟交換體系中的控制核心，它獨立于底層承載協議，主要完成呼叫控制、媒體網關接入控制、資源分配、協議處理、路由、認證、計費等主要功能，可以向用戶提供現有網絡能夠提供的業務，并向業務支撐環境提供底層網絡能力的訪問接口。應用服務器則是軟交換體系中業務支撐環境的主體，也是業務提供、開發和管理的核心。軟交換網絡體系如圖1所示。

圖1 下一代網絡的體系結構

　　軟交換網絡從功能上可以分為業務平面、控制平面、傳輸平面和接入平面。

　　接入平面提供各種網絡和設備接入到核心骨干網的方式和手段，主要包括信令網關、媒體網關、接入網關等多種接入設備。

　　傳輸平面負責提供各種信令和媒體流傳輸的通道，網絡的核心傳輸網將是IP分組網絡。

　　控制平面主要提供呼叫控制、連接控制、協議處理等能力，并為業務平面提供訪問底層各種網絡資源的開放接口。該平面的主要組成部分是軟交換設備。

　　應用平面利用底層的各種網絡資源為用戶提供豐富多樣的網絡業務。主要包括應用服務器（application Server）、策略/管理服務器（Policy Server）、AAA服務器(Authority Authentication and Accounting Server)等。其中最主要的功能實體是應用服務器，它是軟交換網絡體系中業務的執行環境。

　　目前，關于軟交換網絡體系中各實體之間的接口還沒有最終確定，但已初步達成若干共識，信息產業部也已有了相關的標準草案。信令方面，SS7信令通過信令網關轉換成IETF制定的SIGTRAN信令作為與軟交換設備之間的接口，軟交換設備通過ITU-T和IETF共同制定的Megaco/H.248控制媒體網關和接入網關，軟交換設備之間通過IETF制定的SIP-T協議或ITU-T制定的BICC協議進行通信。而軟交換設備和應用服務器之間的接口，目前推崇采用開放的API（應用編程接口）規范，例如由Parlay組織制定的Parlay API標準。媒體方面，媒體網關將傳統的固定、移動網的話音打包成分組，以RTP流的形式在核心IP網上傳輸。

　　可以看出，軟交換采用分層、開放的體系結構，將傳統交換機的功能模塊分離成獨立的網絡實體，各實體間采用開放的協議或API接口，從而打破了傳統電信網封閉的格局，實現了多種異構網絡間的融合。下一代網絡的體系通過將業務與呼叫控制分離、呼叫控制與承載分離，來實現相對獨立的業務體系，使得上層業務與底層的異構網絡無關，靈活、有效地實現業務的提供，從而能夠滿足人們多樣的、不斷發展的業務需求。可以說，軟交換完全體現了業務驅動的思想和理念，很好地實現了多網的融合，提供了開放靈活的業務提供體系。

業務支撐環境

　　業務支撐環境主要包括應用服務器、業務管理服務器和業務生成環境。它們互相配合，共同快速完成向用戶提供多樣靈活的基于下一代網絡增值業務的任務。其中應用服務器是業務支撐環境的主體，業務管理服務器和業務生成環境可以作為應用服務器的組成部分出現。

圖2 SIP應用服務器

應用服務器及其功能

　　應用服務器是業務支撐環境的主體，它提供各種增值業務或智能業務的業務邏輯的駐留和執行環境，而且還提供各種開放的API，為第三方的業務開發提供創作平臺。業務管理服務器和業務生成環境也可以作為應用服務器的組成部分，使得應用服務器能夠提供對業務管理和業務創建的支持。應用服務器通過開放的協議或API與軟交換設備交互來間接地利用底層的網絡資源，從而實現業務與呼叫控制的分離，有利于新業務的引入。

　　應用服務器的功能與傳統智能網中的SCP（業務控制點）的功能有些類似，但也存在很大的不同，其主要功能包括：

　　第一，提供增值業務及其駐留和運行環境。主要包括業務的性能監測、系統資源監測、系統日志和業務日志、負載控制與平衡、故障處理等功能。業務的性能監測、系統資源監測以及日志功能與負載控制、負載平衡和故障處理相配合，共同為業務提供電信級的運行支持。

　　第二，提供對業務生命周期管理的支持。主要包括對業務加載、業務激活和對激活、業務卸載等的支持。作為下一代網絡中的一種電信級的核心設備，在不影響正在運行業務的前提下，實現業務的動態加載和動態版本更新是必須的關鍵功能。

　　第三，提供對第三方業務駐留、運行和管理的支持。新的業務層出不窮，應用服務器除了需要提供一定的自身業務外，還必須提供對第三方業務的運行管理支持，以保持對業務提供的可擴展性和開放性。大量第三方業務的引入勢必會加大網絡運營的不安全因素，因此在引入第三方業務的同時，必須充分需要考慮由此帶了的安全性問題。

　　第四，提供基于Web、結合代理技術的個性化業務。Internet成功的一個關鍵因素是，用戶可以通過瀏覽器方便地使用大量基于Web的應用，而代理技術的引入又為用戶帶來了個性化的業務提供方式。將這兩點成功的經驗運用到應用服務器的業務提供中，可以為用戶提供更為人性化業務，也完全符合業務提供商的利益。而由此帶來的一個挑戰就是，應用服務器必須處理在Internet的開放環境下業務訪問的安全性問題。

　　第五，業務沖突的避免、檢測和解決。隨著下一代網絡中業務種類和數量的激增，業務間發生沖突的可能性也迅速增加，在這一背景下，業務沖突管理功能顯得尤為重要。在具體實施上，為了將復雜的業務沖突管理與業務運行的支持分離開來，可以設置專門用以解決業務沖突的應用服務器。

　　第六，提供不同層次的業務開發接口。為了方便第三方業務的開發，應用服務器可以提供多種編程接口，如Parlay API、SIP Servlet API、SIP CGI API、CPL、Voicexml等。從抽象程度的角度來看，這些接口出于不同的抽象層次上。接口的抽象層次越高，業務開發越簡單。

應用服務器的分類

　　從業務用戶的角度可以將各種業務分為通用的公眾業務和專用性強而利用率低的個人業務。傳統智能網中為大多數用戶所接受的業務主要是全局性的公眾業務，例如300、800業務。這種業務的特性是對集中數據庫進行操作，數據量大且通用性高，對運行這類業務的應用服務器有很高的性能要求。運行公眾業務的應用服務器適合位于核心網絡上，由網絡運營商維護，可以稱之為“網絡核心應用服務器”。而提供個性化業務的應用服務器需要經常與用戶交互，更適合位于網絡的邊緣，可以稱為“網絡邊緣應用服務器”。根據不同的業務特點，應用服務器可以采用不同的技術，有不同的結構特點。

　　目前，應用服務器和軟交換之間的接口，國際上主要有IETF的SIP協議和Parlay組織制定的Parlay API規范，從這個角度來看，又可以把應用服務器分為SIP應用服務器和Parlay應用服務器兩類，前者與軟交換之間采用SIP協議進行交互，而后者則將Parlay API作為與軟交換之間的接口。

SIP應用服務器

　　SIP協議是由IETF提出并主持研究的一個應用層控制（信令）協議，用來創建、修改以及終結一個或多個參與者參加的會話進程。SIP借鑒了HTTP和SMTP協議的設計思路，遵循了Internet一貫堅持的簡練、開放、兼容和可擴展等原則，并充分考慮了對傳統公眾電話網的各種業務，包括IN業務和ISDN附加業務的支持。而且，基于SIP協議的API進行業務開發，可以很容易地利用E-mail等Internet中特有的業務特性，形成新的業務增長點。

圖3 Parlay應用服務器

　　SIP應用服務器提供的業務開發接口 IETF針對SIP應用的開發人員提供了兩類業務開發技術。

　　一類是針對可信度較高用戶的SIP CGI和SIP Servlets，并制定了SIP CGI和SIP Servlet API規范。這兩種技術功能較強，但使用不當會給應用服務器帶來不安全的因素。

　　另一類是針對可信度較低普通用戶的CPL（Call PRocessing Language）語言，它是由IETF的IPTEL工作組制定的一種基于XML（Extensible Markup Language）的腳本語言，主要用來描述和控制個人化的Internet電話業務（包括呼叫策略路由、呼叫篩選、呼叫日志等業務），處理能力較弱，從而能夠保證由普通用戶編寫的CPL業務邏輯不會對應用服務器造成破壞。

　　SIP應用服務器的體系結構圖2示出了一種SIP應用服務器的高層體系結構。

　　圖2所示的應用服務器可以提供對基于SIP Servlet、SIP CGI、CPL等多種接口業務的運行支持。底層是SIP協議棧，用來提供協議能力。之上引入了一個規則引擎，主要用來處理業務沖突和事件分發。SIP Servlet引擎提供基于SIP Servlet業務的運行環境，而SIP CGI環境則提供對基于SIP CGI業務的支持。CPLServlet是對CPL業務腳本解釋程序。

基于Parlay的應用服務器

　　Parlay應用服務器提供的業務開發接口 Parlay應用服務器可以提供不同抽象層次的業務開發接口，以便不同能力、不同類型的業務開發者開發豐富多樣的業務。例如，可以提供基于CORBA的Parlay API接口、基于JAIN SPA標準的java API接口、基于JavaBeans的接口、基于XML、CPL、VoiceXML的接口等。這些接口的抽象層次逐漸增高，但接口的能力也逐漸降低，業務開發者可以根據業務的需要和自己的能力選擇合適的開發接口。

　　Parlay應用服務器的體系結構

　　圖3所示的Parlay應用服務器不僅支持軟交換設備通過CORBA總線送上的業務請求，還支持通過Web瀏覽器經HTTP協議送來的業務請求，而且用戶還可以通過瀏覽器進行業務的定購、客戶化管理，Web Server是應用服務器的一個組成部分。業務沖突管理用于在激活業務之前處理業務沖突。業務邏輯執行環境提供了基于Parlay業務邏輯的運行場所。圖中的應用服務器還包含業務管理服務器和業務生成環境的功能，前者負責負載控制、負載平衡、故障管理、業務生命周期管理、業務定購管理、業務客戶化管理等工作，后者則利用應用服務器提供的多種業務開發接口，提供圖形化工具方便業務的開發。

業務管理服務器

　　業務管理服務器與應用服務器相配合，主要負責業務的生命周期管理、業務的接入和定購、業務數據和用戶數據的管理等。業務管理服務器可以與應用服務器配合存在（如圖3所示），也可以通過制定業務管理服務器和應用服務器之間交互的開放接口標準，作為獨立的實體存在。

業務生成環境

　　業務生成環境以應用服務器提供的各種開放API為基礎，具有友好的圖形化界面，提供完備的業務開發環境、仿真測試環境和沖突檢測環境。通過將應用框架/構件技術和腳本技術（如CPL、VoiceXML、XTML等）引入到業務生成環境中，可以提高業務開發的抽象層次，簡化業務的開發。

　　下一代網絡的業務生成環境與傳統智能網中的業務生成環境的根本不同點在于：傳統的業務生成環境與具體的信令協議相關、所生成的業務與具體的運行平臺相關，不支持獨立業務的開放商，根本無法提供基于融合網絡的混合業務。而下一代網絡的業務生成環境基于開放的API規范和腳本技術，支持獨立的業務開發商和跨網業務。

　　隨著通信網技術的飛速發展，多種異構網絡間的融合已是大勢所趨。如何在這種分布、異構、融合環境下建立新一代面向公眾的、開放的通信業務支撐網絡，快速有效地提供豐富、高質量和個性化的跨網業務，并且促成獨立業務運營商和獨立業務提供商的形成，已成為通信網絡技術發展中的一個極其關鍵的問題。

關于“下一代網絡”

　　從國際軟交換論壇ISC（現更名為IPCC）、ITU－T NGN 2004 Project、JAIN，EURESCOM P909項目、多業務交換論壇MSF等國際研究組織和研究項目來看，下一代網絡是指包含多個層面、兼容已有網絡技術的開放體系架構。

其特征主要包括：

　　基于分組傳送，以IP網為骨干網；

　　分層的網絡體系，將應用/業務控制與呼叫/會話控制分離，呼叫/會話控制與承載連接控制分離；

　　提供網絡能力的開放接口，以一種統一的方式靈活地提供語音、數據、移動、多媒體等多種業務；

　　開放、分布的業務提供模式，支持移動性和各類終端的接入。

　　顯然，網絡融合與業務開放是下一代網絡最顯著的技術特征。正是這些特征優勢迎合了人們多年尋求三網合一，尋求增值業務的愿望，從而導致人們往往更關注下一代網絡的控制層和業務層技術，甚至狹義地將下一代網絡理解為軟交換。而在軟交換體系中一個重要的技術是開放的業務支撐環境。

摘自　中國計算機用戶

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