基于軟交換的多媒體應用方案

2019-11-04 21:49:08

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

摘要：文章概要分析了多媒體應用的現狀和發展趨勢，從體系結構、設備接入、業務能力和運營支持系統策略等主要方面，闡述了基于軟交換的寬帶城域網多媒體應用總體技術方案，并給出了一個典型的點到多點多媒體會議呼叫流程示例，最后簡單討論了軟交換在應用過程中面臨的主要技術問題。

要害詞：軟交換；寬帶城域網；多媒體；應用系統

Abstract:The paper outlines the PResent status and development trends of multimedia applications. With the presentation of a typical P2P calling flow chart of video conferencing, the general technical solutions to softswitch based multimedia applications in Broadband Metropolitan Area Network are described in aspects of system architecture, device access, service capability and OSS (Operation supporting system) tactics. Lastly the main technical problems in softswitch applications are briefly discussed.

Key Words:Softswitch; Broadband metropolitan area network; Multimedia; Application system

1 概述

　　1.1 寬帶城域網的發展情況

　　從電子商務、企業上網、政府上網、智能化小區等工程的啟動，到目前“信息港”等概念的興起，社會各界對于數據業務的需求日益旺盛。同時，對多媒體通信的需求也日益增長，提供寬帶多媒體業務已成為網絡運營商開拓市場新空間的重要手段。

　　由于中國城市經濟較發達，各類商業用戶及個人用戶密集，所以城市既是傳統話音和數據業務的主要消費點，也是寬帶綜合業務的重要集中地。因此，建設寬帶城域網，實現城市信息化無疑是全民信息化的重點內容和前期目標。

　　可以預見，隨著中國正式加入WTO，寬帶城域網必將成為今后信息網絡建設的熱點和投資重點，成為電信網絡運營商的市場競爭焦點。

　　目前，建設寬帶城域網的主體部門可以大致分為4類，即：

以中國電信為代表的傳統電信運營商；
以中國網通為代表的新興電信運營商；
擁有豐富網絡資源和用戶群體的有線電視行業；
以長城寬帶為代表的有實力的企業和團體。

　　從技術角度看，寬帶城域網的核心組網模式主要有ATM和ip兩種。根據技術發展趨勢和相關實踐推斷，IP將逐步占據主流地位，但需要引入其它技術(如多協議標記交換等)來改善其服務質量；ATM則會成為一種輔助手段。

　　由于需要考慮不同類型用戶的接入，寬帶城域網的用戶接入模式比較多，大致有xDSL、LAN(局域網）、WLAN（無線局域網）、LMDS(本地多點分配業務)和HFC等。用戶可以根據自身的實際情況和具體需求，采用合適的方式。

　　1.2 多媒體應用的現狀和趨勢

　　從研究多媒體應用的現狀可以看出，現階段的多媒體應用大致有以下特點：

　　(1)基于H.323的企業級應用

　　現有多媒體系統一般采用GW-GK(網關-網守)結構(GW負責呼叫控制、協議處理和媒體處理等，GK則負責地址解析、路由選擇和治理功能等)，由于系統容量和處理能力的限制，一般只在企業內部使用，沒有在公眾電信網中大規模應用。

　　(2)一般不能提供增值業務

　　目前多媒體系統能夠向用戶提供的都是最基本的語音和/或圖像服務，再加上寥寥可數的增值業務，還談不上新業務的動態生成和快速提供，遠不能滿足市場需求。但限于本身的內在制約因素，它已無法獲得突破性進展。

　　(3)H.323協議仍在進一步完善

　　ITU-T發布的H.323協議最新版本，增加了MGC(媒體網關控制器)和MG(媒體網關)功能實體的概念，引入了H.248主從控制的思想，標志著H.323系統正在努力逐步向Softswitch(軟交換)體系靠攏。

　　(4)基于SIP的網絡剛剛起步

　　SIP(會話啟動協議)被業界認為是最有希望取代H.323的終端控制協議，基于SIP的網絡也已形成了一套比較完整的體系結構，但其建設和發展在國際上剛剛開始，在中國國內則幾乎是空白，暫時還無法發揮其應有的作用。

　　隨著技術的發展，多媒體應用現在也出現了一些重要趨勢和動向。就其影響和潛力而言，當以與語音、數據和移動應用的結合最為突出，目的是開展綜合的個人多媒體移動應用，為真正的個人通信積累有益的經驗。

　　1.3 基于軟交換的多媒體應用的技術基礎

　　經過近幾年的實踐，在開展多媒體應用方面已取得了一定的成果，為下一代網絡提供全面的多媒體應用解決方案奠定了基礎。這些成果主要表現為：

　　(1)VoIP和會議電視技術已基本成熟

　　H.323系統已形成一套以GK-GW為核心，其它設備(如MCU、AAA服務器、多媒體終端等)相配合，提供語音/圖像服務的實用方案，能夠滿足各應用領域內的基本需求。這為軟交換解決方案提供了重要參考。

　　(2)VoIP積累了一定的運營經驗

　　作為公眾交換電話網向包交換網過渡的最早嘗試，基于H.323的VoIP網絡已經實際運行了一段時間，在組網、計費、網管和操作維護等方面都有了一定的經驗和教訓，可為基于軟交換的下一代網絡的實用化提供借鑒。

　　軟交換作為一項新技術，其發展歷史才短短幾年時間。對于中國來說，軟交換技術發展基本與國際同步，在某些方面(如在寬帶城域網中的應用等)還比較領先，軟交換技術在中國有較好的基礎。

　　2 基于軟交換的多媒體應用方案

　　多媒體應用一般由基于包交換的寬帶多媒體通信網所承載。由于涉及到圖像等方面因素，它對終端、傳輸、網絡資源等方面的要求都比語音應用要苛刻得多。而下一代電信網的定位就是一種能夠在包交換網絡中實現綜合多媒體應用的網絡，因此必須能夠提供融合語音、數據、圖像于一體的實用化業務。

　　從現實情況來看，寬帶城域網正是這樣一種包交換網絡。它能夠有效地滿足各種多媒體應用對于承載網的要求。因此，提出一種在寬帶城域網上支持多媒體應用的軟交換總體技術方案是很有必要的。

　　2.1 軟交換系統的體系結構

　　軟交換系統是基于分層網絡結構模型的，這種結構的設計思想就是按照統一的網絡結構向用戶提供不同的業務應用。邊緣層設備完成各種類型終端設備的接入(或不同類型網絡的互通)；控制層設備對邊緣層設備進行控制，實現不同控制域之間的互聯，并向業務層提供通用開放接口；業務層設備完成增值業務邏輯和相應的數據庫更新、網絡治理和計費認證等；核心層設備則專職完成數據包的傳送，不關心具體的應用。
從總體上看，無論是應用于語音領域，還是多媒體領域，軟交換系統的體系結構都是相同的。支持多媒體應用的軟交換系統的體系結構如圖1所示。

圖1 支持多媒體應用的軟交換系統的體系結構

　　當然，不同的應用領域對設備的功能和性能要求必然有一些不同。和語音應用相比較，多媒體應用領域的非凡要求在各個層次上分別有不同的體現。

　　邊緣層的媒體網關設備必須能夠進行圖像壓縮、聲像同步、多媒體協議處理等，媒體服務器必須能夠完成聲音混合、圖像切換等功能。

　　控制層的軟交換設備必須能夠對具有多媒體特性的媒體網關——MSAG(多業務接入網關)實施控制，如指定壓縮算法和選擇雙媒體端口等等。

　　業務層的應用服務器設備必須提供多媒體應用的特定業務邏輯，策略服務器必須實現對多媒體應用的有效治理。

　　理想情況下，為了滿足多媒體應用的要求，核心層路由器/ATM交換機設備應能夠保證最低業務帶寬和傳送過程中的QoS等。

　　2.2 軟交換系統的設備接入

　　如上所述，多業務接入網關是多媒體應用的主要接入設備。它主要提供xDSL、LAN、WLAN、LMDS和HFC等用戶接入端口，以滿足各種接入模式。圖2所示為支持多媒體應用的軟交換系統的設備接入方式。

圖2　支持多媒體應用的軟交換系統的設備接入

　　由于H.248協議提供了強大的信息承載能力，而且獨立于具體的應用，多業務接入網關和軟交換設備之間仍采用H.248進行信息交互。多業務接入網關接受軟交換設備的控制指令，并返回執行結果和/或執行過程中的相關信息。

　　和語音媒體網關相比，多業務接入網關還要處理圖像信息流。因此軟交換設備必須明確為多業務接入網關單獨選擇一個圖像端口，指定壓縮算法、聲像同步要求和業務QoS要求(假如網關支持的話)等相關信息。
假如用戶采用的是智能多媒體終端(如個人計算機)，則不再需要多業務接入網關，軟交換設備和終端可以直接通信，但是主從控制關系將弱化很多。目前兩者之間的協議基本上是采用H.323協議，但從發展趨勢來看，采用會話啟動協議將會逐漸成為主流。

　　除此之外，媒體服務器也是多媒體應用中的一個重要設備。它既可以接受軟交換設備的指令，也可以接受應用服務器的指令，提供網絡資源服務(如放音、收號、混音、圖像切換等服務)。它和控制設備之間多數采用H.248/MGCP協議，也有采用會話啟動協議的。

　　還有一種實現方式，就是將媒體服務器功能內置在多業務接入網關中。這時，假如應用服務器需要資源服務，不需直接控制媒體服務器，而是通過軟交換設備來控制多業務接入網關來完成。這種方式一般在業務量較小的場合使用。

　　2.3 軟交換系統的業務提供

　　強大的業務提供能力是下一代網絡的一個最重要特征。為了確保業務應用獨立于網絡，軟交換系統屏蔽了具體網絡類型和設備，通過開放接口向業務層設備提供統一的實現方式。因此，在軟交換系統中多媒體應用和語音應用在實現上并無本質的不同。但是，軟交換系統與傳統SCP(業務控制點)互通可以提供語音增值業務，這對于多媒體應用來說已不再具有利用價值。因此，除點到點和點到多點的多媒體基本業務在軟交換設備中直接提供外，其余的增值業務功能一般都是在應用服務器中加以實現的。

　　軟交換設備和應用服務器之間的開放業務接口大多采用Parlay接口。在其Call Control API(應用編程接口)功能集里，有專門針對多媒體應用方面的定義，說明軟交換系統完全可以支持多媒體應用。作為在應用服務器上實現業務邏輯的業務提供商，只需要利用Parlay API進行編程即可，無需關心多媒體應用對網絡的任何非凡要求。

　　需要非凡指出的是，按照傳統的觀點，雖然可以認為應用服務器所實現的業務屬于增值業務，但是它與SCP智能業務是有著很大區別的。它的最顯著特點是“融合(Convergent)”，也就是說，應用服務器的業務往往是集語音、數據和圖像為一體的綜合業務。這充分地體現了下一代網絡在業務層面上的融合特性。

　　為了方便用戶通過對系統編程實現新業務，應用服務器提供了一整套的業務支撐環境，包括業務治理器、業務生成器和人機界面等。

　　2.4 軟交換系統的OSS策略

　　高度統一的集中OSS(運營支持系統)是下一代網絡的另一個最重要特征。現有各種網絡的OAM(運行、治理和維護)系統功能十分相似，但其建設和維護都是完全分立的，給運營商帶來技術、經濟上的一系列問題。考慮到網絡演進是一個相當長的過程，從一開始軟交換系統就充分吸取教訓，把實現統一的OSS放在了十分突出的位置加以規劃。

　　正是由于堅持了這一根本點，以軟交換為核心的下一代網絡采用了相同的網管、計費和認證策略，使系統不因不同的業務應用而異。因此，可以說多媒體應用和語音應用在OSS策略方面的區別很小。

　　關于軟交換系統的OSS研究工作目前正在進行中，它對于建立高效的下一代網絡商業運營模式是要害性的。軟交換系統的OSS研究工作對運營商的重要性超過其它任何方面，無論是傳統運營商還是新興運營商，都應盡早參與研究。

　　2.5 典型流程

　　為了使讀者對軟交換的寬帶城域網多媒體應用方案有個較為直觀的了解，下面給出典型的點到多點多媒體會議呼叫流程示意圖(見圖3、圖4)。會議功能由軟交換設備直接提供，不涉及應用服務器(但用戶數據庫可以獨立設置)。使用時由用戶呼叫某個特定號碼發起，用戶包括H.248終端、SIP終端和H.323終端，其中H.323終端采用快速呼叫建立過程。

圖3 H.248終端加入會議流程

圖4 SIP終端和H.323終端加入會議流

　　3 主要問題

　　作為一種嶄新的技術，軟交換在應用過程中還面臨著許多問題。這些問題涉及到方方面面，有的是寬帶城域網本身所固有的，有的是在寬帶城域網中提供電信應用時所共有的，還有的是某些應用領域所特有的。假如不很好地加以解決，就無法有效推動基于軟交換的下一代網絡的發展。

　　就多媒體應用而言，下面幾個問題顯得格外突出，在這里有必要專門強調一下。

　　(1)QoS保證

　　基于網絡的QoS策略主要有兩種：一是虛擬專網方式，即在精確計算的基礎上，為QoS要求較高的應用提供虛擬專網，使其獨占部分帶寬以保證傳輸質量。二是MPLS方式，并結合“區分服務”進行優先級治理，以滿足電信級應用的要求。

　　僅有這些策略對于要求端到端服務的多媒體應用是不夠的，仍需要進一步采取基于終端的QoS策略(一般包括擁塞控制和差錯控制等)，通過調整編碼速度以適應不斷變化的網絡帶寬，并采取前向糾錯、重傳、編碼控制和錯誤掩蓋等機制，以保證傳送時延。

　　隨著技術的進步和制造成本的下降，帶寬已經成為越來越廉價的資源，很多問題只需要通過簡單地增加物理帶寬就可以很圓滿地解決。

　　(2)組播實現

　　對于多媒體應用來說，組播是一種非常實用的功能。現有網絡對組播的支持很弱，不能滿足用戶的需求，主要原因是組播的非凡性。組播涉及多點控制、時鐘/聲像同步、壓縮數據流合成、數據流分級編碼以及保密性等問題，每個方面都需要復雜的技術支持。以數據流的分級編碼為例，這種方式將數據流編碼壓縮成幾種不同質量的碼流，每一級碼流可以和其對應的低一級的碼流疊加，這樣就可以根據網絡的帶寬狀態隨時將分級數據流組成適應網絡帶寬的碼流。丟包或誤碼只會影響其中一部分而不影響整體。

　　在組播業務中，由于網絡的不對稱性，每個收端的網絡狀態并不一致，要求的傳送時延、數據流質量、處理能力、帶寬限制等也不相同。這時就可以采用分級編碼，對每個收端分別發出相應的碼流。

　　(3)分布式目錄服務

　　分布式目錄服務在多媒體應用(尤其是多點會議)中十分重要。現有異質網絡中，節點的標識是各不相同的，假如目錄服務能夠將應用各方的邏輯身份轉換成物理標識，則是十分理想的；另外，在移動通信中可能會使用動態地址從不同地方接入，這時的目錄服務就顯得更為必要。Internet DNS(域名服務系統)是一種分布式目錄服務解決方案，但普通的DNS系統不支持動態分配的IP地址。動態IP地址查詢方案要求有一個實時登記機制獲取用戶登錄時動態分配的IP地址。假如考慮到系統安全性而設置了防火墻或者用戶不愿意暴露自己的IP地址，則分布式目錄服務將會很復雜。

　　4 結束語

　　雖然到現在為止，下一代網絡應用的重點還是集中在語音業務上，但是對多媒體應用的研究已經取得了一定的進展。為了更好地推動多媒體應用的普及，充分發揮下一代網絡的優勢，下一步的工作重點應向如何在包交換網絡上提供多媒體應用方面轉移。這種轉移不僅僅體現在對相關技術問題進行深入的研究，更重要的是，要積極地探索如何建立和完善下一代網絡中多媒體應用系統的商業運營模式。

　　參考文獻