1軟交換技術簡介

    1.1軟交換的概念

    軟交換思想是在下一代網絡（NGN）建設的強烈需求下孕育而生的。軟交換概念一經提出，便得到了業界的廣泛認同和重視，與軟交換相關的標準和協議也得到了IETF、ITU—T等國際標準化組織的重視。經過幾年的發展，軟交換技術的標準化和產業化的工作已取得了長足進展。一些老協議（如H.323、MGCP等）不斷完善成熟，BICC、Sip／SIP-T等新協議也不斷推出。一些基于軟交換技術的產品已逐步進入實用化階段。軟交換成為NGN中最活躍和熱門的話題。

    軟交換思想吸取了IP、ATM、IN和TDM等眾家之長，形成了分層的全開放的體系架構，使得各個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，采用適合自己的網絡解決方案，在充分利用現有資源的同時，尋找到自己的網絡立足點。

    軟交換是NGN的控制功能實體，為NGN提供具有實時性要求的業務的呼叫控制和連接控制功能，是NGN呼叫與控制的核心。

    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，是實現傳統程控交換機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層或應用層。

    具體而言，軟交換主要完成以下功能：

    a）媒體網關控制功能。該功能可以認為是一種適配功能，它可以連接各種媒體網關（如PSTN/ISDNIP中繼媒體網關、ATM中繼媒體網關、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。

    b）呼叫控制功能。該功能是軟交換的重要功能之一，它為基本呼叫的建立、維持和釋放提供控制功能，包括呼叫處理、翻譯和選路、連接控制、智能呼叫觸發檢出和資源控制等，可以說軟交換是整個NGN的靈魂。

    c）業務提供功能。由于軟交換在網絡從電路交換網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交換機提供的全部業務，包括基本業務和補充業務，同時還可以與現有智能網配合，提供現有智能網提供的業務。

    d）信令互通功能。軟交換為NGN的控制中心，它可以通過一定的協議與外部實體，如媒體網關、應用服務器、SCP、媒體服務器、多媒體服務器、策略服務器、信令網關及其他軟交換進行交互，NGN系統內部各實體協同運作來完成各種復雜業務。

    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。

    1.2軟交換的主要通信接口

    作為NGN中的核心設備，軟交換要與網絡中很多的功能實體進行交互。為了便于網絡各部件的獨立發展，軟交換與其他功能實體間必須采用標準的、開放的接口及各種協議。

    軟交換主要有以下通信接口：

    a）軟交換與媒體網關間的接口。該接口用于軟交換對媒體網關的承載控制、資源控制及治理，可使用媒體網關控制協議（MGCP）或H.248/Megaco協議。

    b）軟交換間的接口。該接口可采用SIP-T（SIPforTelephony）或承載無關呼叫控制（BICC）協議，用于不同軟交換間的交互。BICC協議由ITU-T提出，由于其與七號信令（SS7）網絡的高度兼容性而成為多數運營商的首選。SIP-T協議由IETF提出，其優點是擴展能力強，也將作為NGN軟交換間的可選接口。目前SIP-T要解決的問題是其自身的穩定和與SS7網絡的互通。

    c）軟交換與應用服務器之間的接口。該接口提供對第3方應用和各種增值業務的支持功能。目前被廣泛接受的接口協議是SIP，軟交換作為應用服務器前端的SIP代理（SIPPRoxy）。該接口也可以使用API，如ParlayAPI等。另外一種趨勢是使用SIP-S（SIP-Servlet）。

    d）軟交換與策略服務器之間的接口。該接口提供對網絡設備的工作進行動態干預的功能，可使用公共開放策略服務（COPS）協議。

    e）軟交換與信令網關間的接口。該接口用于傳遞軟交換和信令網關間的信令信息，一般采用信令控制傳輸協議（SCTP）。根據被傳送的信令信息的不同，在SCTP之上可以使用不同的SIGTRAN協議棧，如SCTP/M3UA、SCTP/M2UA、SCTP/IUA等。

    f）軟交換與媒體服務器之間的接口。該接口協議一般采用MGCP、H.248協議。軟交換也可以通過SIP協議來引導媒體服務器提供必要的媒體交互功能。軟交換同樣可以通過SIP協議或H.323協議將呼叫傳送到應用服務器，在這種情況下，應用服務器接受該呼叫，并驅動媒體服務器提供必要的媒體交互功能。值得注重的是，在采用SIP協議的情況下，軟交換或應用服務器是采用第3方呼叫控制方式來控制媒體服務器的，而且媒體服務器只能被動等待軟交換或應用服務器的“邀請（INVITE）”，媒體服務器本身不能發出“INVITE”。

    g）軟交換與SIP代理間的接口。該接口用于SIP代理的接入，采用SIP協議。

    h）軟交換與網管服務器之間的接口。該接口用于提供網絡治理功能，可使用簡單網絡治理協議（SNMP）。

    i）軟交換與計費中心、數據庫、目錄服務器之間的接口。該接口提供對數據庫、目錄服務等的訪問，并向計費中心提供計費信息等。該接口為各種API。

    j）軟交換與智能網業務控制點（SCP）間的接口。該接口提供對現有智能業務的支持能力，采用現有的智能網應用協議，如INAP、CAMEL。

    k）軟交換與網守之間的接口。該接口用于基于H.323的IP電話系統的網守設備接入軟交換體系，可采用H.323的登記、接納和狀態（RAS）協議。

    2軟交換技術在長途網中的應用

    2.1軟交換技術在相關領域的應用

    軟交換技術可以應用于固定通信和移動通信領域的多個方面，包括軟交換長途匯接網、固定NGN、3GPPR4移動軟交換、3GPPR5/R6IMS系統等。

    對于由3GPP進行標準化工作的3G網絡，3GR99電路域網絡仍然采用傳統TDM程控交換方式組網。從R4開始，3GPP逐步借鑒了軟交換的思想。

    3GPPR4定義了呼叫控制與媒體承載相分離的移動軟交換結構。3GPPR5定義了基于SIP協議的IMS系統，3G核心網絡將走向基于軟交換的NGN。

    軟交換長途匯接網可以為GSM網絡及今后的3G電路域網絡提供省際話務匯接。在中國最早進行大規模商用的是基于軟交換的長途匯接網，中國移動于2004年將大約30％的長途話務量轉移到長途軟交換網上，并安全度過了2005年春節話務高峰的沖擊，目前承擔了大約30萬Erl的長途話務量。隨著長途軟交換的成功應用，目前各運營商均開始大規模進行軟交換網絡的商用進程，如固網的長途軟交換、固網本地網的軟交換應用、大客戶接入的軟交換應用、GSM移動端局的軟交換應用等。

    以下將針對最先進行大規模商用的長途軟交換網絡建設過程中的若干問題進行討論，供今后的軟交換網絡建設借鑒。

    2.2相關協議的選擇

    2.2.1軟交換機間的協議選擇

    目前，業界軟交換機之間采用的標準協議底層為SCTP/IP，高層主要有BICC和SIP-T兩種。BICC協議是ITU-T制定的標準協議，主要是將七號信令中的ISUP協議進行封裝；SIP-T是IETF制定的標準協議，主要是對SIP協議進行擴展。

    具體采用什么協議，可以結合網絡的定位及未來的發展進行考慮。移動網主要定位于疏通2G移動網絡及今后3G電路域網絡的省際話務，而通過表1可知，BICC協議對窄帶話音業務的支持能力較SIP-T強，與ISUP協議的互通性比SIP-T完善和成熟，因此移動網中可優先考慮采用BICC（CS2）/SCTP/IP進行通信。固定網主要定位于疏通固定網的長途話務及今后與本地網融合進行多媒體業務的疏通，在這方面SIP-T要優于BICC，因此對于固定網可優先考慮SIP-T進行通信。

    2.2.2信令網關（SG）與軟交換機間的協議選擇

    軟交換機需要與現有網絡（GSM網、固定網）中的TDM交換機采用七號信令ISUP協議互通，SG作為連接TDM交換機與軟交換機之間的樞紐，與現有網絡中的TDM交換機之間采用ISUP/MTP標準七號信令協議互通，與軟交換機之間采用SIGTRAN/IP協議通信。

    SIGTRAN的底層為傳輸層協議，采用SCTP協議，為七號信令在TCP/IP網上傳送提供可靠的連接；高層為適配層協議，可以分為M2PA、M2UA和M3UA。

    1）M2PA協議的特點

    a）SG必須具備MTP1～MTP3層協議、M2PA/SCTP/IP協議，軟交換機必須具備MISUP/MTP3/M2PA/SCTP/IP協議。

    b）從SG的協議棧上看，SG完全等同于一個連接TDMSP與IPSP之間的STP（信令轉接點），SG將信令鏈路的承載（MTP-1層定義的標準）轉換基于IP承載，將MTP2層定義幀結構轉換為M2PA的幀結構，同時將SLC信令鏈路適配至一個或多個SCTP連接，同時M2PA必須保存各條七號信令鏈路至它的SCTP偶聯和相應目的IP地址的對應表。

    c）SG支持MTP3層協議，具備信令網治理功能，可以將SG與軟交換機之間的IP信令鏈路狀態信息傳送給TDM交換機，也可以將SG與TDM交換機之間的TDM信令鏈路狀態信息傳送給軟交換機。

    d）SG具備信令轉接功能，支持七號信令消息在多個通過IP網絡相連的SG之間轉發。

    因此，可以說采用M2PA協議能夠構建一個TDM信令鏈路與IP信令鏈路無縫連接的信令網，而SG是連接TDM信令鏈路與IP鏈路鏈路的STP。作為可選功能，SG可具備SCCP層功能，實現MAP消息在TDMSP與IPSP之間的傳送。采用M2PA協議，SG和軟交換機均需具備獨立的信令點編碼，SG只能采用信令轉接點方式工作。

    2）M2UA協議特點

    a）SG必須具備MTP1和MTP2層協議、M2UA/SCTP/IP協議，軟交換機必須具備MISUP/MTP3/M2UA/SCTP/IP協議，同時還必須支持MTP2與MTP3層之間的層間原語。

    b）從SG的協議棧上看，SG完全等同于一個軟交換機在TDM與IP網絡交界處設置的一個代理點，且僅代理MTP1和MTP2層的功能，SG將信令鏈路的承載（MTP-1層定義的標準）轉換基于IP承載，對信令消息進行MTP2層解封裝后，將需要調用的MTP2與MTP3層之間的層間原語封裝在M2UA消息包后，通過SCTP連接送至其所代理的軟交換機，因此，可以把SG和其所代理的軟交換機看作是同一個信令點，且信令點編碼在軟交換機，SG不需具備信令點編碼。

    c）SG只能采用信令代理方式工作，且1個SG僅能代理1個軟交換機，而1個軟交換機可由多個SG代理。

    d）當軟交換機通過SG與TDM交換機通過直聯信令鏈路相連時，軟交換機可采用不同的SG作為代理，連接不同的TDM交換機；當1個軟交換機通過多個SG與TDM交換機通過經STP組織的準直聯信令鏈路相連時，STP將與之相連的多個SG視為1個SG，且多個SG與一對STP之間最多僅能夠設置16條信令鏈路。

    e）由于SG不處理MTP3層協議，因此不具備信令網治理功能，不能將SG與軟交換機之間的IP鏈路狀態告訴TDM交換機，即TDM交換機與軟交換機之間通過2個以上的SG相連。當一個SG與軟交換機之間的SCP/IP鏈路故障時，無法通知TDM交換機將所有信令消息均倒換至另一個SG。

    f）由于SG不需要具備信令點編碼，在軟交換機不采用多信令點編碼的情況下，軟交換網網元對信令點編碼數量的需求較少。

    g）由于SG不具備MTP3層功能，因此，SG不可能具備SCCP功能。

    3）M3UA協議特點

    a）SG必須具備MTP1～MTP3層協議、M3UA/SCTP/IP協議，軟交換機必須具備MISUP/M3UA/SCTP/IP協議，同時還必須支持MTP3與MISUP層之間的層間原語。

    b）從SG的協議棧上看，表面上，SG完全等同于一個軟交換機在TDM與IP網絡交界處設置的一個具備MTP1～MTP3層協議代理點，但由于SG具備MTP3層協議處理的功能，因此，SG既可以作為某個軟交換機的代理，也可以作為STP為具備信令點編碼的軟交換機提供信令消息功能。

    c）當SG采用信令轉接點方式工作時，M3UA所能夠實現的功能與M2PA基本相同，只是由于M3UA在SG終結了MTP3層協議，信令消息不能在采用IP網絡相連的SG之間轉發。

    d）SG采用代理方式工作時，M3UA所能夠實現的功能與M2UA基本相同，M3UA具有MTP3層功能，能夠實現信令網治理功能。另外，由于SG具有MTP3層功能，因此SCCP功能也是SG的可選功能。

    通過對M2PA、M2UA、M3UA協議的分析可見：

    a）M2PA具備較為強大的IP信令網組網能力，適用于利用IP網組建與傳統七號信令網功能基本相同的信令網情況，但對于網絡結構相對較為簡單的軟交換匯接網來說基本用不到。

    b）M2UA協議降低了對SG處理能力的要求，但同時增加了對軟交換機處理能力的要求，適用于軟交換機通過SG直接與TDM交換機設置直聯信令鏈路的組網模式。而對于軟交換機通過SG經STP與TDM交換機通過準直聯信令鏈路相連的組網模式，則存在一定的缺陷。

    c）而M3UA協議，SG既可以工作在信令轉接點模式，又可以工作在信令代理模式，在網絡組織上具有較大的靈活性。工作在信令轉接點方式時，具備M2PA協議幾乎所有的優點，雖然不能夠實現信令消息在IP網內經多個SG轉接，但在不需要支持MAP、CAP協議的軟交換匯接網上不需要此功能。

    由于代理方式在對軟交換機通過SG經STP與TDM交換機采用準直聯鏈路相連的組網模式上存在一定的缺陷，因此，最好不采用SG信令代理的工作模式。對于長途匯接網來說，由于存在一個服務器帶多個省的MGW的情況，可考慮采用M3UA協議、且SG工作在信令轉接點模式。

    3語音編碼方式的選擇

    目前，傳統的TDM交換機均采用G.711語音編碼方式，因此長途匯接網中的TMG（TG）設備與現有網絡內網元間也將采用G.711進行語音編碼。

    TMG設備間承載在IP網上的語音編碼目前主要有G.711、G.729和G.723.1。其中G.711編碼的比特率為64kbit/s，G.729編碼的比特率為8kbit/s，G.723.1編碼的比特率為5.3或6.3kbit/s。

    在不考慮IP網傳輸丟包、時延的前提下，3種編碼方式下的話音質量相差不大，但假如在IP網傳輸過程中發生了丟包，則G.711編碼方式下的話音質量明顯優于G.729和G.723.1編碼方式，而G.729和G.723.1編碼方式下的話音質量相差不大。

    從對傳輸帶寬資源的占用上看，G.729編碼方式下對傳輸帶寬占用約是G.711編碼方式的1/8，而G.723.1編碼方式比G.729編碼方式節省的傳輸帶寬較為有限。因此，應要求TMG（TG）設備同時支持G.711和G.729兩種語音編碼方式。對于64kbit/s承載類業務，軟交換機控制TMG采用G.711編碼；對于普通話音業務，軟交換機應能夠根據IP承載網絡資源情況，控制TMG采用G.711或G.729編碼。在IP承載網絡資源較為充裕的情況下，應優先選用G.711編碼方式；在IP承載網絡資源較為緊張的情況下，應優先選用G.729編碼方式，即軟交換機能夠根據IP承載網絡資源情況動態控制TMG選用G.711或G.729編碼方式。

    4信令網關（SG）的設置

    SG設備用于實現基于IP技術的軟交換機與TDM交換機之間的七號信令互通，其設置存在以下3種方式：

    a）方式一：與TMG綜合設置。方式一節省信令鏈路傳輸，現網TDM的各網元可以通過統一的TDM連接，同時將信令、承載向就近的TMG上連接。

    b）方式二：獨立設置。方式二組網靈活，信令通過SG轉發，可以屏蔽大量的數據修改，可以解決現網STP容量緊張的問題。但獨立設置一臺SG會增加建網成本，另外，TDM的網元上需要配置將信令、承載分離在不同的E1端口上對外連接。

    c）方式三：與軟交換機綜合設置。方式三充分利用現網STP資源。SG和現網TDM局間仍采用的是TDM網走信令，可靠性高。但因為軟交換機上信令流量非常大，對軟交換機所在地的STP的沖擊很大。其主要需求如表4所示。

    從以上的比較可以看出，對于長途網的應用，SG與TMG（TG）綜合設置還是比較合適的。

    5結束語

    本文只是討論了軟交換技術在長途網中應用的幾個問題。軟交換技術目前已廣泛應用于端局、匯接局等網元中，在不同的應用中，還存在著其他的問題需要探討，但不管存在什么樣的問題，軟交換技術已經從純理論，發展到大規模的商業應用，成為今后核心網絡發展的重要技術。

    作者：孟麗  呂振通