基于軟交換技術的下一代網絡

2019-11-03 19:29:58

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供稿：網友

袁海洲　尤三偉

　　摘要本文介紹了下一代網絡（NGN）的基本概念和特點，分析了下一代網絡的體系結構，其核心技術軟交換（SoftSwitch）及存在問題，指出了軟交換在下一代網絡的演進發展中所起的關鍵作用。

　　關鍵詞下一代網絡軟交換服務質量協議

1 下一代網絡（NGN）

　　近年來，以軟交換為核心的下一代網絡（NGN，Next Generation Network）成為電信產業的聚焦點，開發下一代的可持續發展的網絡來支持語音業務和變得日益重要的數據以及多媒體業務已經成為眾多電信運營商的戰略目標。從發展的角度來看，NGN是從傳統的以電路交換為主的PSTN逐漸邁向以分組交換為主，它承載了原有PSTN的所有業務，把大量的數據傳輸卸載到ip網絡中以減輕PSTN的重荷，形成開放的、融合的、統一的網絡平臺。因此，NGN是基于TDM的PSTN語音網絡和基于IP/ATM的分組網絡融合的產物，它使得在新一代網絡上語音、視頻、數據等綜合業務成為了可能。這樣不僅能降低網絡成本，而且能派生出許多新型的、集成的業務，為運營商創造了新的利潤增長點，使網絡向著信息傳送更加高效、業務生成更加靈活的方向發展。

2 NGN的特點

　　NGN并不是傳統的PSTN和IP網絡的簡單的互聯，它具有豐富的內涵，包含了電信網絡各個層面的新技術。一般來說，NGN是可以提供包括語音、數據和多媒體等各種業務在內的，集通信、信息、電子商務、娛樂于一體，滿足自由通信的分組融合網絡。為實現這一目標，它具有以下的特點：

　　（1）NGN的網絡結構對語音和數據采用基于分組的傳輸模式，采用統一的協議。他把PSTN功能模塊分離成為獨立的網絡部件，使他們通過標準的開放接口進行互聯，使原有的電信網絡逐步走向開放，運營商可以根據業務的需要，自由組合個部分的功能產品來組建新的網絡。部件之間協議接口的標準化可以實現各種異構網的互通。

　?。?）NGN也是業務獨立于網絡的網絡。通過業務與呼叫控制分離以及呼叫控制與承載分離實現相對獨立的業務體系，允許業務和網絡分別提供和獨立發展，提供靈活有效的業務創建、業務應用和業務管理功能，使得業務和應用的提供有較大的靈活性，從而不斷滿足不斷發展更新的業務需要，這也是網絡具有的可持續發展的能力和競爭力。

　?。?）多樣化接入方式。NGN通過網關設備實現與現有網絡，例如PSTN、ISDN和GSM等的互通，同時也支持現有終端和IP智能終端，包括模擬電話、傳真機、ISDN終端、移動電話、GPRS終端、SIP終端、H.248終端、MGCP終端、通過PC的以太網電話、線纜調制解調器等。

　?。?）多業務的支持。支持語音、數據、視頻的多媒體綜合應用。

　?。?）合適的性能價格比，保證較低的網絡建設和運營成本。

3 NGN的體系結構

　　下一代網絡的特征是網絡分層。一般認為，其層次結構可分為：接入與傳輸層（access and Transport Layer）、媒體傳送層（Media and Transport Layer）、控制層（Control Layer）和應用業務層（Network Service Layer）。

3.1 接入與傳輸層

　　其功能是提供靈活的接入手段，保護已有的用戶接口，同時支持更先進的接入技術。例如，各種寬窄帶，移動或固定用戶接入，包括各種媒體網關或智能接入終端設備，主要有：信令網關（SG）、中繼網關（TG）、接入網關（AG）、綜合接入設備（IAD）、無線接入網關（WAG）、媒體資源服務器、H.323網關（H.323 GW）等。

3.2 媒體傳送層

　　其功能是負責將不同類型的信息格式轉換成為能夠在網絡上傳送的信息格式。例如，將來自PSTN的語音信號轉換成ATM信元或IP包。此外，媒體層可以將信息媒體流選路至目的地。

3.3 控制層

　　提供呼叫智能，控制媒體層網絡元素建立端到端連接。主要涉及軟交換相關的功能，完成業務邏輯的具體執行，其中包含呼叫控制，資源管理，接續控制和路由等操作，實現各種信令協議的互通和轉換。此層是NGN的核心神經，決定用戶收到的業務，并能控制低層網絡元素對業務流的處理。

3.4 業務層

　　提供終端用戶增值業務的網絡管理功能。主要負責在呼叫建立的基礎上提供各種各樣的增值業務，控制邏輯相應的網絡管理及服務，完成增值業務處理，如業務生成、業務邏輯定義和業務編程接口等。此外，業務層還負責業務相關的管理功能，如業務認證和業務計費等。同時提供開放的第三方可編程接口（API），易于引入新型業務。業務層由一系列的業務應用服務器組成，包括SCP、AAA服務器、數據庫、應用服務器、網管服務器等。

4 NGN的關鍵技術——軟交換

4.1 軟交換技術

　　軟交換（SoftSwitch）又稱為呼叫代理（Agent）、呼叫服務器或媒體網關控制。其基本含義就是把呼叫控制功能從媒體網關中分離出來，通過服務器上的軟件實現基本呼叫控制功能，包含呼叫選路、管理控制、連接控制（建立會話、拆除會話）、信令互通。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，使軟交換能無縫地軟統一于通信數據、傳真、視頻等多媒體業務。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。

　　軟交換是下一代網絡呼叫與控制的核心，是NGN體系結構中的關鍵技術，其核心思想是硬件軟件化，通過軟件來實現原來交換機的控制接續和業務處理等功能，各實體間通過標準化協議進行連接和通信，便于在NGN中更快地實現各類復雜的協議，更方便地提供業務。軟交換主要處理實時業務，首先是語音業務，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。它是NGN中語音、數據、視頻業務呼叫、控制、業務提供的核心設備。

　　軟交換結合了PSTN的可靠性和IP技術的靈活性、有效性和開放性等優點，并吸取了ATM和IN等技術的長處，形成分層的全開放的體系架構，使得電信運營商可以根據自己的需要，全部或者部分利用軟交換體系的產品，充分利用現有資源，采用適合自己的網絡解決方案。因此，電信運營商十分看好軟交換技術。

4.2 軟交換技術的功能

　　一般認為，軟交換應具有以下幾項功能：

　　1. 媒體網關接入功能

　　該功能可以被認為是一類適配功能，它可以連接各種媒體網關，如PSTN / ISDN、IP中繼媒體網關、ATM媒體網關、用戶媒體網關、無線媒體網關、數據媒體網關等，完成H.248協議功能。同時它還可以直接與H.323終端和SIP客戶端終端進行連接，提供相應業務。

　　2. 呼叫控制功能

　　呼叫控制功能是軟交換的重要功能之一，它完成基本呼叫的建立、維持和釋放，提供控制功能，包括呼叫處理、連接控制、智能呼叫觸發檢出和資源控制等，可以說是整個網絡的靈魂。

　　3. 業務提供功能

　　由于軟交換在網絡從電路交換向分組網演進的過程中起著十分重要的作用，因此軟交換應能夠提供PSTN / ISDN交換機提供的全部業務，包括基本業務和補充業務；可與現有智能網配合，提供現有智能網所能提供的業務；同時可在現有網絡的基礎上，通過軟件開發，提供多種增值業務和智能業務。

　　4. 互連互通功能

　　軟交換技術作為一種新興技術，它的產生和發展必須適應市場需求，以低成本、高技術為基本思想，在現有網絡基礎上發展，完成傳統網絡向新型網絡的過渡。因此，軟交換網絡需要完成與現有網絡的互連互通。可通過信令網關實現分組網與現有7號信令網、智能網互通；可通過互通模塊，實現與現有H.323體系的IP電話網、SIP網絡體系的互通；提供IP網內H.248終端、SIP終端和MGCP終端之間的互通。采用SIP、BICC協議，可實現與其它軟交換的互連互通。

5 NGN存在的問題

　　目前雖然不少廠家推出了軟交換的解決方案，各運營商也在積極進行相關的試驗，但新技術的應用需要相當長的時間來完善。從目前廠家所提供的解決方案來看，存在的主要問題如下：

　　1. 組網方式

　　傳統電信網經過長期的運營積累，在網絡組織方面有一套很成熟的模式，而基于軟交換的網絡組織目前國內外尚無成熟的經驗，是采用基于軟交換的一種全新的平面結構，還是采用和PSTN相同的分級方式，在技術和實踐方面都有待進一步的探索。

　　2. 協議兼容性

　　軟交換的協議尚未做到兼容性，標準還在發展之中。有關軟交換的標準、協議是網絡融合的關鍵，但不同廠家的軟交換在協議的兼容性方面還難以做到相互兼容。BICC協議、SIP-T協議和H.248協議也在發展之中。協議的選項需要運營商根據業務的需要進一步確定。

　　3. API

　　基于開放的業務平臺，采用標準的API接口為網絡運營商提供新業務開創了美好的前景，但相應的產品仍在探索和研發之中。

　　4. 業務開發

　　標準、開放的API接口能夠快速、靈活地提供豐富的業務，這是軟交換體系的一個優勢所在，但目前廠家能夠提供的業務多集中為基本語音業務及補充業務，目前還未出現使人眼前為之一亮的業務。

　　5. 網絡QoS

　　NGN的業務實時性要求很高，因此對網絡服務質量（QoS）提出了很高的要求。IETF組織已經提出了多種服務模型和機制來滿足QoS的需求，其中比較著名的有綜合業務模型、區分業務模型、MPLS技術、流量工程等，具體這些方案如何組合使用，可行性如何，效果如何，有待研究。

　　以上這些問題的存在并不會阻礙新技術的應用，相反運營商會與設備供應商一起冷靜地解決這些問題，并積極進行試驗，不斷加以完善。

6 結束語

　　NGN綜合通信網和計算機網技術，是業務驅動的網絡，以SoftSwitch為核心的軟交換體系提供業務，采用分布式網關互通、集中式呼叫控制和開放式業務提供相結合的架構，支持傳統電信網向以IP為核心的分組網的平滑演進，符合固定網絡和移動網絡融合的趨勢，提供語音、數據、視頻業務和多媒體融合業務，滿足通信個性化、移動化和隨時隨地獲取信息的發展目標，已被業界接受為下一代通信網的發展方向，并被用于第三代移動通信全IP網絡結構。積極開展軟交換網絡的組網研究對于推動我國下一代網絡的建設具有重要的意義。

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----《中國數據通信》