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2020 2 4 1 軟交換技術 2020 2 4 2 前言 軟交換 的概念是在20世紀90年代中期由美國的貝爾實驗室首次提出 軟交換技術是傳統(tǒng)電信網絡向下一代網絡演變的核心技術 軟交換技術不但實現了網絡的融合 更重要的是實現了業(yè)務的融合 軟交換系統(tǒng)吸取了IP網絡技術 ATM網絡技術和智能網技術等眾家之長 形成了分層 全開放的體系結構 軟交換的標準化組織結構 ITU IETF ISC 2020 2 4 3 網絡現狀 PSTN由于固有的局限性 無法快速靈活地開發(fā)新業(yè)務 而且新業(yè)務部署成本高 互聯(lián)網雖然部署業(yè)務相對容易 但IP網絡存在的固有缺陷 使得它難以提供優(yōu)質的電信級業(yè)務 目前的網絡難以滿足人們對話音 數據及多媒體通信融合業(yè)務的渴望 難以實現人們在任何時間 任何地點以任何方式通信的美好愿望 2020 2 4 4 下一代網絡的各層面 基礎傳送層 大容量的智能光網絡承載層面 以MPLS和IPv6為方向的有QoS和安全保障的分組網 接入層面 多元化綜合化的寬帶有線與無線相結合的接入網 網絡控制層 軟交換網絡移動通信 3G與后3G業(yè)務 集話音 數據與多媒體業(yè)務 以及固定與移動業(yè)務于一身的 開放的智能化多業(yè)務平臺 2020 2 4 5 下一代網絡的基本定義 NGN是基于分組技術的網絡 能夠提供包括電信業(yè)務在內的多種業(yè)務 能夠利用多種寬帶和具有QoS支持能力的傳送技術 業(yè)務相關功能與底層傳送技術相互獨立 能夠使用戶自由接入不同的業(yè)務提供商 能夠支持通用移動性 向用戶提供一致的和無處不在的業(yè)務 2020 2 4 6 軟交換產生的背景 現有通信網根據所提供的不同業(yè)務被垂直劃分為幾個單業(yè)務網絡 它們都是針對某類特定業(yè)務設計的 因而制約了向其他類型業(yè)務的擴展 傳統(tǒng)的基于電路交換的網絡體系結構中 業(yè)務與交換 控制與交換結構互不分離 缺少開放性和靈活性 雖然在智能網中可實現業(yè)務控制與業(yè)務交換的分離 但連接與控制功能仍未分離 不便于網絡融合時的綜合接入 多種網絡長期并存的現實促使它們逐步走向融合 以便最大限度地利用原有網絡資源 期望能有一個按功能進行水平分層的多用途 多業(yè)務的網絡 并最終演變?yōu)橐粋€能支持多媒體業(yè)務的綜合業(yè)務網 水平業(yè)務布署 取代 垂直應用布署 屏蔽底層各種電信協(xié)議的細節(jié) 給業(yè)務開發(fā)者提供一個統(tǒng)一的編程接口應用程序可以在各個網絡上移植 App1 App2 App3 Appn 2020 2 4 8 對下一代網絡的要求 具有高度的開放性 靈活性和可擴展性 以滿足技術和應用不斷變換和發(fā)展的需求 能夠快速 方便 經濟地提供新業(yè)務和易于實現業(yè)務的客戶化 相對低的建設和運營成本 軟交換技術正是能適應上述要求的下一代網絡的解決方案 2020 2 4 9 研究軟交換的目的 以分組交換為基礎 建設下一代公眾網絡 實現PSTN和新網的融合 電路交換網順利平滑地向分組交換網過渡 節(jié)省運營成本和投資 創(chuàng)建具有競爭性的新特性和新業(yè)務 獲得新的收入渠道 2020 2 4 10 軟交換網絡與傳統(tǒng)電信網絡的比較 在傳統(tǒng)電信網絡中 為用戶提供的服務直接依賴于程控交換機 因此 當程控交換機增加新的功能或業(yè)務 如三方通話 呼叫等待 來電顯示等業(yè)務時 要求呼叫所涉及的網絡路徑中每一個交換節(jié)點都要支持這些業(yè)務 才能保證業(yè)務的提供 傳統(tǒng)交換網絡采用依靠交換機和信令來提供業(yè)務的方式 在制訂交換機規(guī)范時就已確定該交換機應提供的功能 因此 在增加新的業(yè)務時 必須要對交換機和相關的信令流程作相應的修改 2020 2 4 11 為了滿足快速修改和生成業(yè)務的需要 縮短提供業(yè)務的時間 出現了公共的業(yè)務平臺 即智能網 智能網的設計思想是把呼叫控制和業(yè)務提供分離開 交換機完成呼叫控制 智能網完成業(yè)務提供 智能網的出現大大增強了傳統(tǒng)電信網絡提供業(yè)務的能力 縮短了業(yè)務提供的時間 但是這種分離僅僅是第一步 隨著承載的多樣化還必須將呼叫和承載連接進一步分離 這就是軟交換技術的核心思想 軟交換網絡與傳統(tǒng)電信網絡的比較 2020 2 4 12 傳統(tǒng)的交換機是屬于某一廠商專用的系統(tǒng) 它提供的服務與硬件 軟件及業(yè)務應用綁定在一起 開放性差 軟交換網絡是基于開放體系結構的系統(tǒng) 在不同層次均提供基于標準協(xié)議的開放接口 易于改進 更新和擴展 軟交換網絡提供的服務與采用的硬件設備 廠家 技術以及協(xié)議無關 運營商可以自行配置和定義自己的業(yè)務特征 不必關心承載業(yè)務的網絡形式及終端類型 軟交換網絡也使得運營商在異構網絡環(huán)境中更有效地進行網絡管理 實時地檢測和調整網絡性能 軟交換網絡與傳統(tǒng)電信網絡的比較 2020 2 4 13 軟交換網絡是開放型的 可以在PSTN及分組網中傳送業(yè)務 克服了異構網絡環(huán)境下進行業(yè)務交換的難題 軟交換將網絡的媒體傳輸部分 呼叫控制部分及業(yè)務生成部分相分離 解決了上層服務交替時難以平滑過渡的問題 軟交換網絡在各層與各單元之間采用標準協(xié)議和開放接口進行通信 有利于不同網絡設備之間的互通和集成 軟交換網絡通過利用基于分組交換的網絡進行承載傳送 克服了基于TDM的傳統(tǒng)網絡容量不足的缺點 軟交換網絡可以克服現有電信網絡存在的以下問題 2020 2 4 14 新的網絡結構固然有其優(yōu)勢所在 但原有網絡近期不會消失 就產生了新 舊網絡融合 互通的問題 如何靈活 有效地使現有的PSTN網絡與分組網絡實現互通 將PSTN逐步地向IP網絡演進 其關鍵的技術就是軟交換 2020 2 4 15 軟交換的定義及概念 軟交換的概念是從IP電話的基礎上逐步發(fā)展而來的 早期的IP電話網關都是集成型網關 這個網關的缺點是設備復雜 擴展性差 沒有故障保證機制 不利于組建大規(guī)模電信級的IP電話網絡 IETF 為了克服這種缺陷 提出了一個網關分解模型 將網關的功能分解為信令網關 SG 媒體網關 MG 媒體網關控制器 MGC 3個功能實體 如圖所示 媒體網關 負責電路交換網和分組網絡之間媒體格式的轉換 信令網關 負責信令轉換 即將電路交換網絡的信令消息轉換成分組網絡中的傳送格式 媒體網關控制器 負責根據收到的信令控制媒體網關的連接建立與釋放 控制媒體網關內部的資源等 SCN 電路交換網 2020 2 4 16 媒體網關控制器是一個軟件實體 其作用與電路交換機的呼叫處理軟件的功能相當 主要是進行信令分析和處理 完成呼叫控制的功能 后來 IETF在相關的文檔中又提出了呼叫代理 CallAgent 呼叫服務器的概念 含義與媒體網關控制器基本相同 更進一步地 人們把呼叫代理的功能進行擴展 除了呼叫控制功能以外 還可以提供計費 認證 路由 資源管理 資源分配 協(xié)議處理等功能 人們把具有這些功能的軟件實體稱為軟交換 2020 2 4 17 軟交換的定義 廣義軟交換是指以軟交換設備為控制核心的軟交換網絡 包括接入層 傳送層 控制層及業(yè)務層 通常稱之為軟交換系統(tǒng) 狹義一種建立在開放平臺上能夠實現分布式通信功能并為下一代網絡提供呼叫控制和信令的開放式標準軟件是網絡演進以及下一代分組網絡的核心設備之一 它獨立于傳輸網絡通常稱之為軟交換設備或者軟交換控制器 2020 2 4 18 軟交換的概念 軟交換能夠集成話音 數據和視頻業(yè)務 能夠在不同網絡之間 比如無線網絡和有線電視網絡之間 完成不同通信協(xié)議的轉換 軟交換技術用于解決現有通信中不同網絡 電路交換網和分組交換網 不同設備 不同技術間的互通問題 是傳統(tǒng)電信網向下一代網絡演進的核心技術 軟交換技術的目標是在媒體設備和媒體網關的配合下 通過計算機軟件編程的方式來實現對各種媒體流進行協(xié)議轉換 并基于分組網絡的構架來實現IP網 ATM網 PSTN網等的互聯(lián)互通 以提供和電路交換機具有相同功能并便于業(yè)務增值和靈活伸縮的設備 軟交換技術作為業(yè)務與控制分離 傳送與接入分離思想的體現 其核心思想是硬件軟件化 通過軟件的方式來實現原來交換機的控制 接續(xù) 業(yè)務處理等功能 各實體之間通過標準的協(xié)議進行連接和通信 2020 2 4 19 軟交換的概念 軟交換的基本設計思想是設法創(chuàng)建一個可擴展的 分布式的軟件系統(tǒng) 它獨立于特定的底層硬件系統(tǒng) 操作系統(tǒng) 并且能夠處理各種各樣的通信協(xié)議 軟交換本質上提供一個開放的網絡體系構架 為不同的廠家開發(fā)各個層面的產品提供開放的標準 引入軟交換是為了建立一個集有線 無線 話音 數據 多媒體業(yè)務為一體的綜合性的網絡 這是化零為整的思想 而在網絡組件的設計上 又采用化整為零的方法 分離業(yè)務與呼叫控制 分離呼叫與承載 這是為了方便各個組件獨立演進 軟交換技術以一個龐大的軟件系統(tǒng)來實現協(xié)議間的轉換 降低了對硬件復雜度的要求 但同時也提高了實現控制層面和網絡管理系統(tǒng)的難度 軟交換所面臨的最大的挑戰(zhàn)就是多協(xié)議 即軟交換技術所支持的協(xié)議很多 而且這些協(xié)議分別來自不同的標準化組織 這給技術研究 設備生產 通信運營等各方面帶來了很多協(xié)調方面的困難 軟交換技術的相關標準還有待完善 統(tǒng)一和被廣泛接收 2020 2 4 20 電路交換與軟交換 電路交換 呼叫控制 業(yè)務提供以及交換矩陣均集中在一個交換系統(tǒng)中軟交換 業(yè)務與控制 呼叫與承載分離 各實體之間通過標準的協(xié)議進行連接和通信 以便靈活提供業(yè)務 2020 2 4 21 軟交換系統(tǒng)功能 1 軟交換系統(tǒng)功能要求軟交換的主要設計思想是業(yè)務 控制與傳送 接入分離 各實體之間通過標準的協(xié)議進行連接和通信 其主要功能包括 呼叫控制功能 業(yè)務提供功能 業(yè)務交換功能 互通功能 SIP代理功能 計費功能 網管功能 H 248終端 SIP終端 MGCP終端的控制和管理功能 7號信令 即MTP及其應用部分 功能 任選 H 323終端控制 管理功能 任選 2020 2 4 22 2 軟交換幾項主要功能說明 1 呼叫控制和處理功能軟交換設備可以為基本呼叫的建立 維持和釋放提供控制功能 包括呼叫處理 連接控制 智能呼叫觸發(fā)檢出和資源控制等 支持兩方和多方呼叫控制功能 2020 2 4 23 2 協(xié)議功能開放性要求軟交換具備豐富的協(xié)議功能 呼叫控制協(xié)議傳輸控制協(xié)議媒體控制協(xié)議業(yè)務應用協(xié)議維護管理協(xié)議分別位于軟交換和網絡中其他部件之間 2020 2 4 24 3 業(yè)務提供功能相對于傳統(tǒng)網絡中業(yè)務由設備水平決定 下一代網絡是以軟交換設備和應用服務器為核心 以業(yè)務驅動網絡 網絡運營為業(yè)務運營商提供開放式接口 引入獨立于網絡運營商的業(yè)務運營商 業(yè)務運營商將利用不同的技術為用戶提供個性化的服務 4 業(yè)務交換功能識別智能網呼叫并把它上報給業(yè)務控制功能 最終由SCF控制整個呼叫從而保證軟交換網絡內的用戶享用現有智能業(yè)務 2020 2 4 25 5 操作維護功能 配置管理查看媒體網關 查看中繼線及中繼組配置 路由的配置客戶服務查看配置的電話號碼 以及相應號碼所開通的業(yè)務系統(tǒng)監(jiān)控查看系統(tǒng)進程信息和中繼資源信息用戶管理不同用戶可以授予不同權限歷史話務統(tǒng)計分析某一時間段內話務量連續(xù)變化告警系統(tǒng)查看各類歷史告警紀錄人機命令交互功能通過OAM的人機命令終端 發(fā)送管理命令 并查看結果 2020 2 4 26 6 計費功能具有根據計費對象進行計費和信息采集的功能 并負責將采集的信息送往計費中心 計費原則計費信息采集點在軟交換設備保證安全性計費策略主叫計費 被叫計費 帳號計費按時間計費 按流量計費 按內容計費 2020 2 4 27 7 軟交換與其它網絡互通作為下一代網絡的核心設備 必須考慮與其它現存設備的互通問題 2020 2 4 28 軟交換系統(tǒng)架構的主要組成 軟交換控制設備 核心信令網關 對不同的信令消息進行中繼 翻譯或終結處理 主要使用呼叫控制協(xié)議 媒體網關 將一種網絡媒體中的媒體轉換成另一種網絡所要求的格式 IP終端 PC IPPBX IPPhone業(yè)務支撐環(huán)境 應用服務器 業(yè)務生成環(huán)境 業(yè)務管理服務器 其他支撐設備 2020 2 4 29 基于軟交換的網絡體系結構 從功能上可分為 業(yè)務平面控制平面?zhèn)鬏斊矫娼尤肫矫?2020 2 4 30 軟交換的特點和優(yōu)點 特點開放分布式的網絡結構 業(yè)務控制與呼叫控制分開 呼叫控制與承載連接分開 為第三方開發(fā)者創(chuàng)建下一代業(yè)務提供開放的應用編程接口 API 高效的包交換網絡 同時支持語音 數據 視頻等業(yè)務獨立的網絡控制層 將呼叫控制從媒體網關中分離出來 通過軟件實現基本的呼叫控制功能 網路互通和網絡設備網關化 通過媒體網關 中繼媒體網關及信令網關 可實現與PSTN等網絡的互通 有效繼承原網絡的業(yè)務 2020 2 4 31 軟交換的優(yōu)點 高效靈活軟交換網絡結構的最大優(yōu)勢在于將應用層和控制層與承載網絡完全分開 有利于快速 有效 靈活地引入各類新業(yè)務 開放性軟交換網絡結構中各種網絡部件之間采用標準的協(xié)議 各個部件既能獨立發(fā)展 互不干涉 又能有機地組合成一個整體 實現互聯(lián)互通 多用戶迎合了電信網 計算機網和有線電視網三網融合的大趨勢 模擬 數字 移動 ADSL ISDN 寬帶用戶都可以接入網絡享受軟交換設備提供的業(yè)務強大的業(yè)務功能可以利用標準的全開放應用平臺為客戶制定各種新業(yè)務和綜合業(yè)務 最大限度地滿足客戶的需求 分布和集中相結合的網絡解決方案網絡互通功能由分布式的網關完成 呼叫控制功能和業(yè)務控制功能集中于少數軟交換機完成 2020 2 4 32 軟交換系統(tǒng)支持的協(xié)議 H 248MGCPSIPBICCSCTPM2PAM3UA 2020 2 4 33 H 248 媒體網關控制協(xié)議之一 由ITU T第16組提出 引入了兩個重要概念 終接點可以發(fā)送或接收媒體流或控制流 中繼時隙DS0 RTP端口或ATM虛通道均可用終結點進行抽象關聯(lián)用來描述終結點之間的連接關系 例如拓撲結構 媒體混合或交換的方式等 2020 2 4 34 MGCP MediaGatewayControlProtocol 媒體網關控制協(xié)議之一 主要用于軟交換與媒體網關或軟交換與MGCP終端之間的控制過程 2020 2 4 35 SIP SessionInitiationProtocol IETF開發(fā)的一個在IP網絡上進行多媒體通信的應用層控制協(xié)議 負責會話的建立 調整和終止 會話初始協(xié)議 當SIP邀請參與者加入一次會話時 它可與會話描述協(xié)議 SDP 配合 把有關參與者可以使用的媒體類型及媒體的編碼格式等信息進行交換和確認 從而進行數據傳輸 在整個會話過程中 參與者可以通過發(fā)送新的SIP信息隨時進行更新 2020 2 4 36 BICC BearerIndependentCallControlProtocol ITU TSG11小組制定的與承載無關的呼叫控制協(xié)議 主要目的是解決呼叫控制和承載控制分離的問題 使呼叫控制信令可在各種網絡上承載 包括消息傳遞部分 MTP No 7網絡 ATM網絡 IP網絡 BICC協(xié)議由ISUP ISDN用戶部分 演變而來 完全與現有業(yè)務兼容 是傳統(tǒng)電信網絡向綜合多業(yè)務網絡演進的一個重要協(xié)議 2020 2 4 37 SCTP StreamControlTransmissionProtocol 是流控制傳送協(xié)議 主要是在無連接的網絡上傳送PSTN信令消息 該協(xié)議可以在IP網上提供可靠的數據傳輸協(xié)議 M2PA MTP2Peer to PeerAdaptationLayer 是把7號信令的MTP3層適配到SCTP層的協(xié)議 M3UA MTPLevel3 MTP3 UserAdaptationLayer 是把7號信令的MTP3層用戶信令適配到SCTP層的協(xié)議 2020 2 4 38 IP電話協(xié)議 IP電話是利用IP網絡傳遞語音業(yè)務 即在分組交換網上通過TCP IP協(xié)議實現傳統(tǒng)的電話應用 IP電話技術有兩種體系 一個是H 323體系結構 另一個是SIP體系結構 軟交換 ITU T的H 323系列建議定義了在無服務質量保證的Internet或其他分組網絡上進行多媒體通信的協(xié)議及其規(guī)程 最初是在局域網上作為不保證服務質量的多媒體通信協(xié)議而提出的 逐步發(fā)展成為能滿足Internet電話技術復雜要求的協(xié)議系列 SIP是IETF提出的在IP網絡上進行多媒體通信的應用層控制協(xié)議 可用于建立 修改和終結多媒體會話與呼叫 2020 2 4 39 SIP和H 323協(xié)議的比較 在VoIP技術中 SIP和H 323是主要的兩種呼叫控制協(xié)議 H 323協(xié)議集已經比較成熟并已在VoIP領域廣泛應用 SIP協(xié)議制定較晚 吸收了H 323在實際應用中的一些經驗教訓并考慮了目前應用的發(fā)展趨勢 H 323協(xié)議復雜 難以用在手機和PDA等小型終端上 運營商無法依靠H 323將所有的傳統(tǒng)電信業(yè)務過渡到IP網上 SIP是根據IP電話網上已經存在的問題來開發(fā)的新協(xié)議 具有更多的靈活性 功能更強 標準在進一步完善中 2020 2 4 40 SIP和H 323協(xié)議的比較 現在全球大的運營商大多轉向了SIP 在中國 主要受監(jiān)管和資費政策等因素影響 使H 323被廣泛應用 中國聯(lián)通已建成了世界上最大的H 323網絡 目前還存在多種不兼容的H 323標準版本 SIP來源于IETF IETF來源于計算機行業(yè) 推崇盡力而為 免費服務與分布的控制 H 323來源于ITU ITU來源于電信行業(yè) 推崇保證服務質量 收費服務與集中控制 H 323和SIP各有利弊 但SIP的簡單 靈活等特點整吸引著越來越多的設備商和業(yè)務提供商的關注和支持 2020 2 4 41 軟交換系統(tǒng)的媒體網關和信令網關 1 網關 GW 完成兩個異構網絡之間信息 包括媒體信息和用于控制的信令信息 的相互轉換 以便使一個網絡中的信息能夠在另一網絡中傳輸 現行的各種網絡將作為邊緣網絡并通過一個稱作網關的設備接入到IP骨干網 從而實現全網的融合 2020 2 4 42 VoIP和網關 PSTN和IP網絡的差別地址解決方案不同語音編碼格式不同信令協(xié)議不同為了建立PSTN和Internet之間的連接 網關需要執(zhí)行媒體格式轉換信令轉換控制內部資源包含以上所有功能的網關結構對于IP電話的大規(guī)模部署具有相當大的制約 表現在 擴展性 與PSTN的無縫融合 可用性 7號信令能力網關體系結構的突破勢在必行 2020 2 4 43 網關功能分解 IETF的RFC2719給出了網關的總體模型 將網關的特征分為三個功能媒體網關 MG 功能媒體網關控制 MGC 功能信令網關 SG 功能 2020 2 4 44 2 媒體網關 媒體網關是將一種網絡中的媒體轉換成另一種網絡所要求的媒體格式的設備 它位于傳統(tǒng)交換網絡和分組網絡之間 媒體網關的主要功能 進行不同媒體格式之間的轉換 一般位于傳統(tǒng)交換網和分組網之間 處理音頻 視頻等媒體流 2020 2 4 45 1 媒體網關在網絡中的位置 媒體網關位于接入平面 將各種用戶和網絡接入到傳輸網絡平面 控制平面 2020 2 4 46 2 媒體網關的分類 按照媒體網關設備在網絡中的位置 媒體網關可分為以下幾類 中繼媒體網關綜合接入媒體網關小區(qū)或企業(yè)用媒體網關 2020 2 4 47 中繼媒體網關 在不同的網絡之間提供媒體流映射或代碼轉換功能 負責將傳統(tǒng)的PSTN ISDN接入到ATM或IP網絡 主要實現VoATM或VoIPPSTN中繼網關PSTN接入IP網絡時 信令流通過信令網關接入 媒體流通過中繼網關接入 中繼網關只進行媒體處理 TGW負責橋接PSTN和IP網絡RGW負責采集IP電話用戶的事件信息ATM中繼網關 2020 2 4 48 綜合接入媒體網關 負責各種用戶或接入網的綜合接入 集合了媒體網關和信令網關的功能 直接面向用戶的接入 一般放在靠近用戶的端局 同時它還具有撥號數據業(yè)務分流的功能 小區(qū)或企業(yè)用媒體網關 2020 2 4 49 3 媒體網關的功能 媒體網關位于NGN的接入平面 將各種用戶和