下一代網(wǎng)絡的核心軟交換技術(shù)

1、下一代網(wǎng)絡的核心軟交換技術(shù) 作者： 石友康  發(fā)布日期：200201（信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所 北京 100083）摘 要 電信網(wǎng)絡從承載單一業(yè)務的獨立網(wǎng)絡向承載多種業(yè)務的統(tǒng)一的下一代網(wǎng)絡的 演進正成為不爭的事實，運營商必須設法改變其現(xiàn)有網(wǎng)絡的設計，以適應迅速增長的 數(shù)據(jù)通信業(yè)務。這種改變的核心是利用分布式的體系結(jié)構(gòu)，將語音和數(shù)據(jù)匯聚在同一個無縫網(wǎng)絡中，通過將接入、呼叫控制和電信應用程序分離的三層結(jié)構(gòu)，使運營商利用現(xiàn)有網(wǎng)絡提供更靈活的適應性和更強的管理能力，這種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)就是下一代網(wǎng)絡(NGN）的基本框架，而軟交換是下一代網(wǎng)絡的核心技術(shù)。本文主要介紹了軟交換設備的功能特點、解

2、決方案以及技術(shù)發(fā)展情況等。 關(guān)鍵詞 PSTN 下一代網(wǎng)絡 軟交換 媒體網(wǎng)關(guān) 起始會話協(xié)議1 下一代網(wǎng)絡的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)下一代網(wǎng)絡（NGN）對話音和數(shù)據(jù)都采用基于分組的傳輸模式，采用統(tǒng)一的協(xié)議。它把傳統(tǒng)的交換機的功能模塊分離成為獨立的網(wǎng)絡部件，通過標準的開放接口進行互聯(lián)，部件化使得原有的電信網(wǎng)絡逐步走向開放，運營商可以根據(jù)業(yè)務的需要，自由組合各部分的功能產(chǎn)品來組建新網(wǎng)絡，部件間協(xié)議接口的標準化可以實現(xiàn)各種異構(gòu)網(wǎng)的互通。下一代網(wǎng)絡也是業(yè)務驅(qū)動的網(wǎng)絡，通過業(yè)務與呼叫控制分離以及呼叫控制與承載分離實現(xiàn)相對獨立的業(yè)務體系，使業(yè)務真正獨立于網(wǎng)絡，靈活有效地實現(xiàn)業(yè)務的提供。用戶可以自行配置和定義自己的業(yè)務特征，不

3、必關(guān)心承載業(yè)務的網(wǎng)絡形式以及終端類型，使得業(yè)務和應用的提供有較大的靈活性，從而滿足用戶不斷發(fā)展更新的業(yè)務需求，也使得網(wǎng)絡具有可持續(xù)發(fā)展的能力和競爭力。下一代網(wǎng)絡在功能上可分為四層，如圖1所示。 圖1 下一代網(wǎng)絡的分層結(jié)構(gòu)（1） 接入和傳輸層：將用戶連接至網(wǎng)絡，集中用戶業(yè)務將它們傳遞至目的地，包括各種接入手段。（2）媒體層：將信息轉(zhuǎn)換成為能夠在網(wǎng)絡上傳遞的格式。例如：將話音信號分割成ATM信元或IP包。此外，媒體層可以將信息選路至目的地。（3）控制層：包含呼叫智能，主要完成各種呼叫控制，并負責相應業(yè)務處理信息的傳送。 （4）網(wǎng)絡服務層：在呼叫建立的基礎上提供多種增值業(yè)務。 軟交換是下一代網(wǎng)絡的核

4、心設備之一，它在下一代網(wǎng)絡分層結(jié)構(gòu)中位于控制層面中的位置。2 軟交換設備的功能要求軟交換是多種邏輯功能實體的集合，提供綜合業(yè)務的呼叫控制、連接以及部分業(yè)務功能，是下一代電信網(wǎng)中語音/數(shù)據(jù)/視頻業(yè)務呼叫、控制、業(yè)務提供的核心設備，也是目前電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)演進的主要設備之一。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。圖2為軟交換的功能結(jié)構(gòu)圖。圖 軟交換功能結(jié)構(gòu)示意圖其主要功能包括以下幾部分：（1） 呼叫控制功能：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。軟交換設備應可以接收來自業(yè)務

5、交換功能的監(jiān)視請求，并對其中與呼叫相關(guān)的事件進行處理。接收來自業(yè)務交換功能的呼叫控制相關(guān)信息，支持呼叫的建立和監(jiān)視。軟交換設備應支持基本的兩方呼叫控制功能和多方呼叫控制功能，提供對多方呼叫控制功能，包括多方呼叫的特殊邏輯關(guān)系、呼叫成員的加入/退出/隔離/旁聽以及混音過程的控制等。軟交換設備應能夠識別媒體網(wǎng)關(guān)報告的用戶摘機、撥號和掛機等事件；控制媒體網(wǎng)關(guān)向用戶發(fā)送各種信號音，如撥號音、振鈴音、回鈴音等；提供滿足運營商需求的撥號計劃。當軟交換設備內(nèi)部不包含信令網(wǎng)關(guān)時，軟交換應能夠采用SS7/IP協(xié)議與外設的信令網(wǎng)關(guān)互通，完成整個呼叫的建立和釋放功能，其主要承載協(xié)議采用流控傳輸協(xié)議（SCTP）。軟交

6、換設備可以控制媒體網(wǎng)關(guān)發(fā)送交互式語音應答（IVR），以完成諸如二次撥號等多種業(yè)務。軟交換可以同時直接與H.248終端、媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議（MGCP）終端和起始會話協(xié)議（SIP）客戶端終端進行連接，提供相應業(yè)務。當軟交換位于PSTN/ISDN本地網(wǎng)時，應具有本地電話交換設備的呼叫處理功能。當軟交換位于PSTN/ISDN長途網(wǎng)時，應具有長途電話交換設備的呼叫處理功能。（2） 業(yè)務提供功能：軟交換應能夠提供PSTN/ISDN交換機提供的業(yè)務，包括話音業(yè)務、補充業(yè)務和多媒體業(yè)務等基本業(yè)務和補充業(yè)務，可以與現(xiàn)有智能網(wǎng)配合提供現(xiàn)有智能網(wǎng)提供的業(yè)務；可以與第三方合作，提供多種增值業(yè)務和智能業(yè)務。（3）業(yè)務交換

7、功能：業(yè)務交換功能與呼叫控制功能相結(jié)合提供了呼叫控制功能和業(yè)務控制功能(SCF)之間進行通信所要求的一組功能。業(yè)務交換功能主要包括： 業(yè)務控制觸發(fā)的識別以及與SCF間的通信； 管理呼叫控制功能和SCF之間的信令； 按要求修改呼叫/連接處理功能，在SCF控制下處理IN業(yè)務請求； 業(yè)務交互作用管理等。（4）協(xié)議功能：軟交換是一個開放的、多協(xié)議的實體，因此必須采用標準協(xié)議與各種媒體網(wǎng)關(guān)、終端和網(wǎng)絡進行通信，這些協(xié)議包括：H.248、SCTP 、ISUP、TUP、INAP、H.323、Radius、SNMP、SIP、MTP3用戶適配協(xié)議（M3UA）、MGCP、與承載無關(guān)的呼叫控制（BICC）、ISDN

8、、V5協(xié)議等。（5）互通功能：軟交換應可以通過信令網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)分組網(wǎng)與現(xiàn)有七號信令網(wǎng)的互通；軟交換可以通過信令網(wǎng)關(guān)與現(xiàn)有智能網(wǎng)互通，為用戶提供多種智能業(yè)務；允許SCF控制VoIP呼叫且對呼叫信息進行操作（如：號碼顯示等）；軟交換可以通過軟交換中的互通模塊，采用H.323協(xié)議實現(xiàn)與現(xiàn)有H.323體系的IP電話網(wǎng)的互通；軟交換可以通過軟交換中的互通模塊，采用SIP協(xié)議實現(xiàn)與未來SIP網(wǎng)絡體系的互通；軟交換可以與其他軟交換設備互通互連，它們之間的協(xié)議可以采用SIP或BICC；軟交換提供IP網(wǎng)內(nèi)H.248終端、SIP終端和MGCP終端之間的互通。（6） 資源管理功能：軟交換應提供資源管理功能，對系統(tǒng)中的各

9、種資源進行集中的管理，如資源的分配、釋放和控制等。（7）計費功能：軟交換應具有采集詳細話單及復式計次功能，并能夠按照運營商的需求將話單傳送到相應的計費中心。當使用記賬卡等業(yè)務時，軟交換應具備實時斷線的功能。（8）認證與授權(quán)功能：軟交換應能夠與認證中心連接，并可以將所管轄區(qū)域內(nèi)的用戶、媒體網(wǎng)關(guān)信息送往認證中心進行認證與授權(quán)，以防止非法用戶/設備的接入。（9）地址解析功能：軟交換設備應可以完成E.164地址至IP地址、別名地址至IP地址的轉(zhuǎn)換功能，同時也可完成重定向的功能。（10） 語音處理功能：軟交換可以控制媒體網(wǎng)關(guān)采用語音壓縮，并提供可以選擇的語音壓縮算法，算法應至少包括G.729、G.723

10、等。軟交換可以控制媒體網(wǎng)關(guān)采用回聲抵消技術(shù)。軟交換應可以向媒體網(wǎng)關(guān)提供語音包緩存區(qū)的大小，以減少抖動對語音質(zhì)量帶來的影響。（11） 網(wǎng)管功能： 操作維護系統(tǒng)是軟交換設備中負責系統(tǒng)的管理和操作維護的部分，是用戶使用、配置、管理、監(jiān)視軟交換設備的工具集合。軟交換應既能支持本地維護管理，又可以通過內(nèi)部的SNMP代理模塊與支持SNMP協(xié)議的網(wǎng)管中心進行通信。跟傳統(tǒng)電信設備一樣，軟交換實現(xiàn)的管理功能為配置管理、性能管理、故障管理和安全管理等，包括話務擁塞控制、業(yè)務質(zhì)量控制、路由動態(tài)調(diào)整、故障管理/故障恢復、告警管理等。3 軟交換系統(tǒng)的網(wǎng)絡框架及與其他網(wǎng)絡的互通3.1軟交換系統(tǒng)總體網(wǎng)絡框架軟交換是下一代網(wǎng)

11、絡的核心設備，各運營商在組建以軟交換為核心的網(wǎng)絡時，其網(wǎng)絡體系架構(gòu)可能有所不同，但至少應在邏輯上分為兩個層面：運營商內(nèi)部軟交換網(wǎng)絡層面和與其他運營商互通的軟交換互通層面，如圖3所示。其中軟交換網(wǎng)代表運營商內(nèi)部的軟交換網(wǎng)絡，負責為該運營商內(nèi)的用戶提供呼叫控制、地址解析、用戶認證、業(yè)務等功能。軟交換互通點負責與其他運營商網(wǎng)絡的互通。圖3 軟交換系統(tǒng)總體網(wǎng)絡框架3.2軟交換與H.323網(wǎng)絡互通的網(wǎng)絡框架基于H.323協(xié)議的IP電話網(wǎng)絡已經(jīng)覆蓋了我國主要省市，因此在組建軟交換為核心的網(wǎng)絡時，應充分考慮與現(xiàn)有H.323網(wǎng)絡的互連互通，互通協(xié)議建議采用H.323協(xié)議，互通方式如圖4所示。其中，當軟交換網(wǎng)與

12、H.323網(wǎng)分別在不同運營商時，互通點設置在軟交換互通點和頂級網(wǎng)守之間；當軟交換網(wǎng)與H.323網(wǎng)在同一運營商時，互通點由各運營商根據(jù)網(wǎng)絡建設的實際情況來確定。圖4 與基于H.323網(wǎng)絡互通的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)3.3軟交換與PSTN/ISDN互通的網(wǎng)絡框架（1） 軟交換位于端局/城域網(wǎng)時的互通框架結(jié)構(gòu)當軟交換位于PSTN/ISDN本地網(wǎng)中端局的位置或城域網(wǎng)內(nèi)時，軟交換網(wǎng)與PSTN/ISDN的互通方式如圖5所示。具體連接方式將隨著運營商的不同而有所不同。 圖5 軟交換位于端局或城域網(wǎng)時與PSTN/ISDN互通示意圖圖5中綜合接入媒體網(wǎng)關(guān)用于為各種用戶提供多種類型的業(yè)務接入，如：模擬用戶接入、ISDN接入、V

13、5接入，LAN接入和xDSL接入等，并接入到IP網(wǎng)或ATM網(wǎng)。當綜合接入媒體網(wǎng)關(guān)與ATM交換機連接時，其間采用永久虛連接PVC或交換虛連接SVC。（2） 軟交換位于匯接局或長途網(wǎng)時的互通框架結(jié)構(gòu)當軟交換位于匯接局或長途網(wǎng)時，與PSTN/ISDN網(wǎng)互通結(jié)構(gòu)如圖6所示。具體連接方式將隨著運營商的不同而有所不同。圖6 軟交換位于匯接局或長途網(wǎng)時與PSTN/ISDN的互通示意圖圖6中中繼網(wǎng)關(guān)應位于電路交換網(wǎng)和分組網(wǎng)之間，用來終結(jié)大量的數(shù)字電路。4 軟交換主要解決方案軟交換系統(tǒng)與傳統(tǒng)的交換系統(tǒng)最本質(zhì)的區(qū)別是將媒體接入、呼叫控制與應用業(yè)務相分離，融合傳統(tǒng)的語音網(wǎng)絡和新型的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，以及開放的業(yè)務開發(fā)環(huán)

14、境，這些特點決定了軟交換對現(xiàn)有網(wǎng)絡進行改造和演進的方式。結(jié)合運營商的實際要求和軟交換的特點，目前軟交換發(fā)展重點鎖定在三個領(lǐng)域：軟交換長途/匯接網(wǎng)絡解決方案、軟交換端局解決方案以及開放的增值業(yè)務。（1）交換長途/匯接網(wǎng)絡解決方案軟交換長途/匯接網(wǎng)絡解決方案可以滿足運營商替換傳統(tǒng)的長途/匯接交換機的需要（如圖7所示）而建立一個NGN重疊網(wǎng)， 以處理其骨干網(wǎng)上日益增長的話音業(yè)務和多媒體業(yè)務需要，可提供面向下一代網(wǎng)絡的長途/匯接及國際網(wǎng)關(guān)功能，使電信運營商能利用先進的分組技術(shù)提供電信基礎和增值業(yè)務。 圖 7 軟交換長途/匯接網(wǎng)絡解決方案該解決方案為運營商帶來的諸多利益：增加網(wǎng)絡資源的利用、通過增加或捆

15、綁數(shù)據(jù)服務、增加運營商業(yè)務收入、優(yōu)化現(xiàn)有的網(wǎng)絡架構(gòu)、促進現(xiàn)有網(wǎng)絡向下一代網(wǎng)過渡。（2）軟交換端局解決方案軟交換端局解決方案可以滿足運營商替換傳統(tǒng)的電路交換機的需要（如圖8所示），或者說它允許運營商建立一個NGN重疊網(wǎng)， 以處理其服務地區(qū)的某一范圍（如新的商業(yè)區(qū)）內(nèi)用戶的大量增長，或者說它允許運營商建立一個城域IP電話網(wǎng)。 一個軟交換系統(tǒng)可以部署在大型網(wǎng)絡的邊緣， 也可以作為核心設備部署在小型網(wǎng)絡的中心。與電路交換機不同的是軟交換設備可以為各種智能終端提供服務， 如H.323終端、 H.248終端、MGCP終端、SIP終端等。圖 8 軟交換端局解決方案軟交換端局解決方案具有以下基本特點：充分利用

16、數(shù)據(jù)網(wǎng)的各種優(yōu)勢，提供多種接入方式；從業(yè)務交換的角度看，消除層次結(jié)構(gòu)，所有媒體流均為直接的、無中轉(zhuǎn)的端到端通信；所有接入設備均處于同一層次，構(gòu)成超大容量的多媒體多業(yè)務交換平臺； 為了進行平滑的過渡， 軟交換設備對傳統(tǒng)的業(yè)務以及新增值業(yè)務的支持是十分重要的。5 軟交換技術(shù)的發(fā)展目前雖然不少廠家推出了軟交換的解決方案，國內(nèi)外各運營商也在積極進行相關(guān)的試驗，但新技術(shù)的應用需要相當長的時間來完善。在新興運營商積極探索以分組承載網(wǎng)絡是否能夠提供話音業(yè)務的可行性時，傳統(tǒng)運營商正在思考這種新的架構(gòu)是否能夠提供新的業(yè)務。但是新技術(shù)總需要時間完善，目前軟交換存在的主要問題是： （1）軟交換是一種發(fā)展中的新技術(shù)，

17、從信令系統(tǒng)到體系結(jié)構(gòu)都還需要逐步完善和成熟，目前國際上尚無大型網(wǎng)絡的組網(wǎng)和運營經(jīng)驗，仍處于起步階段。而傳統(tǒng)電信網(wǎng)經(jīng)過長期的運營積累，在網(wǎng)絡組織方面已經(jīng)具有相當成熟的經(jīng)驗；而基于軟交換的網(wǎng)絡組織目前國內(nèi)外尚無成功或失敗的經(jīng)驗，是采用基于軟交換的全平面結(jié)構(gòu)，還是分區(qū)域選路結(jié)構(gòu)等在技術(shù)和實踐方面都有待進一步的探索。 （2）協(xié)議尚未做到兼容性，標準還在發(fā)展之中。不同廠家的軟交換在技術(shù)標準的選用及協(xié)議的兼容性方面還難以做到相互兼容。BICC協(xié)議、SIP-T協(xié)議和H.248協(xié)議也在發(fā)展之中，協(xié)議的選項需要運營商根據(jù)業(yè)務的需要來進一步確定。 （3）API沒有成熟的產(chǎn)品?；陂_放的業(yè)務平臺，采用標準的API接

18、口為網(wǎng)絡運營商提供新業(yè)務開創(chuàng)了未來美好的前景，但是相應的產(chǎn)品仍在探索和研發(fā)之中。 （4）QoS沒有最終的解決方案。目前主要的解決方案只提供語音業(yè)務，新的業(yè)務， 例如移動業(yè)務和多媒體業(yè)務正在積極開發(fā)和試驗。 （5） NGN的一大優(yōu)點是業(yè)務和網(wǎng)絡調(diào)配互不關(guān)聯(lián)，但媒體網(wǎng)關(guān)和軟交換的網(wǎng)絡調(diào)配關(guān)系密切，必須對軟交換和媒體網(wǎng)關(guān)進行綜合網(wǎng)絡管理， 對于不同廠家設備之間的綜合網(wǎng)絡管理有待進一步的探索。（6) 軟交換系統(tǒng)網(wǎng)管能力有限，不能達到與PSTN網(wǎng)、SDH網(wǎng)那樣的管理能力， 無法監(jiān)控網(wǎng)絡狀態(tài)， 尤其是很難管理IP智能用戶終端設備，用戶故障后， 用戶的測試、故障排除和故障定位等功能都有待實現(xiàn)，不利于大規(guī)模網(wǎng)

19、絡的應用。（7） 還有像IP地址、號碼資源、網(wǎng)絡之間互通互連這樣跨技術(shù)和政策領(lǐng)域的問題需要解決。 6 結(jié)束語軟交換技術(shù)實現(xiàn)了業(yè)務的融合，吸取了IP、ATM、IN和TDM等眾家之長，形成分層的全開放的體系架構(gòu)，是一個革命性的突破, 支持多媒體業(yè)務和移動業(yè)務的軟交換技術(shù)將成為未來新一代通信業(yè)務的核心，結(jié)合新一代通信業(yè)務支撐網(wǎng)絡技術(shù)的研究,將為我國通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強有力的支持。我國網(wǎng)絡與交換標準研究組已完成軟交換以及媒體網(wǎng)關(guān)標準的制訂，目前正在制訂支持移動業(yè)務和多媒體業(yè)務的軟交換標準，以及軟交換和媒體網(wǎng)關(guān)測試標準。國內(nèi)各運營商也對軟交換技術(shù)非常關(guān)注，國內(nèi)一些主要電信廠家已基本完成軟交換系統(tǒng)的研制開發(fā)，軟交換技術(shù)在中國的發(fā)展前景非常廣闊。The Technical Summary of the Softswitchthe Core of the NGNShi Youkang(The Research Institute of Telecommunication and Transmission, MII, Beijing 100083) Abstract As packet networks g