現(xiàn)代交換原理——軟交換技術(shù)與NGN

1、軟交換與下一代網(wǎng)絡(luò)主講人：目 錄1.概述2. 軟交換概念3. 軟交換主要協(xié)議介紹4.軟交換原理5.軟交換、IP交換、光交換對(duì)比6. 發(fā)展前景概 述 隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)于寬帶及業(yè)務(wù)的要求也在迅速增長(zhǎng)，為了向用戶提供更加靈活、多樣的現(xiàn)有業(yè)務(wù)和新增業(yè)務(wù)，提供給用戶更加個(gè)性化的服務(wù)，提出了下一代網(wǎng)絡(luò)的概念，而軟交換技術(shù)又是下一代通信網(wǎng)絡(luò)解決方案中的焦點(diǎn)之一，已成為近年來(lái)業(yè)界討論的熱點(diǎn)話題。概 述 軟交換的概念最早起源于美國(guó)。它是受到IP PBX（用戶采用基于以太網(wǎng)的電話，通過(guò)一套基于PC服務(wù)器的呼叫，實(shí)現(xiàn)PBX功能）控制軟件成功的啟發(fā)，為了提高網(wǎng)絡(luò)綜合運(yùn)營(yíng)效益，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展更加趨于合理、

2、開(kāi)放，更好的服務(wù)于用戶。提出了這樣一種思想：將傳統(tǒng)的交換設(shè)備部件化，分為呼叫控制與媒體處理，二者之間采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（MGCP、H.248）且主要使用純軟件進(jìn)行處理，于是，softswitch（軟交換）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。概 述n NGN（next generation network）即下一代網(wǎng)絡(luò)，是電信發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，它標(biāo)志著新一代電信網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)。n NGN實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的以電路交換為主的PSTN網(wǎng)絡(luò)向以分組交換為主的IP電信網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變。n NGN在繼承了原有PSTN網(wǎng)絡(luò)所有業(yè)務(wù)的同時(shí)，可以減輕PSTN網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷，又因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)融合的新特性，增加了許多新型的業(yè)務(wù)。n NGN使得在IP網(wǎng)絡(luò)上發(fā)展語(yǔ)音

3、、視頻、數(shù)據(jù)等多媒體綜合業(yè)務(wù)成為可能。n NGN是業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)，業(yè)界公認(rèn)的主要特征有：業(yè)務(wù)和終端趨于IP化；高速寬帶，能綜合實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、寬帶業(yè)務(wù)、窄帶業(yè)務(wù)以及多媒體業(yè)務(wù)；業(yè)務(wù)網(wǎng)采用業(yè)務(wù)與呼叫控制分離，呼叫與承載分離的體系結(jié)構(gòu)；安全可信的網(wǎng)絡(luò)；能夠保證電信級(jí)的服務(wù)質(zhì)量；有良好的生態(tài)模型和商業(yè)價(jià)值鏈。軟交換的基本概念n 從廣義上看軟交換泛指一種體系結(jié)構(gòu)，它包括了4個(gè)功能層面：媒體/接入層、傳輸層、控制層和業(yè)務(wù)/應(yīng)用層，如圖1所示。軟交換的基本概念n 從狹義上看，軟交換指軟交換設(shè)備，定位在控制層。n 軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)的控制功能實(shí)體。n 軟交換為下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)具有實(shí)時(shí)性要求的業(yè)務(wù)提

4、供呼叫控制和連接控制功能。n 軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)呼叫與控制的核心。軟交換特點(diǎn)l 軟交換系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)是將應(yīng)用層和控制層與核心網(wǎng)絡(luò)完全分開(kāi)，有利于快速方便的引進(jìn)新業(yè)務(wù)；l 軟交換將傳統(tǒng)交換機(jī)的功能模塊分離成為獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)部件，各個(gè)部件可以按相應(yīng)的功能劃分各自獨(dú)立發(fā)展；l 軟交換系統(tǒng)中部件間的協(xié)議接口基于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。部件化使得電信網(wǎng)絡(luò)逐步走向開(kāi)放，運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要自由組合各部分的功能產(chǎn)品來(lái)組建網(wǎng)絡(luò)，而且部件之間協(xié)議接口的標(biāo)準(zhǔn)化方便了各種異構(gòu)網(wǎng)互通的實(shí)現(xiàn)；l 軟交換系統(tǒng)可以為模擬用戶、數(shù)字用戶、移動(dòng)用戶、IP網(wǎng)絡(luò)用戶、ISDN用戶等多種網(wǎng)絡(luò)用戶提供業(yè)務(wù)；l 軟交換可以利用標(biāo)準(zhǔn)的全開(kāi)放應(yīng)用平臺(tái)為客

5、戶定制各種新業(yè)務(wù)和綜合業(yè)務(wù)，最大限度的滿足用戶需求。軟交換功能 軟交換的主要設(shè)計(jì)思想是業(yè)務(wù)/控制與傳送/接入分離，各實(shí)體之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議進(jìn)行連接和通信。軟交換主要完成以下功能：媒體網(wǎng)關(guān)接入功能、呼叫控制功能、業(yè)務(wù)提供功能、互連互通功能（H.232和SIP、INAP）、支持開(kāi)放的業(yè)務(wù)/應(yīng)用接口功能、認(rèn)證與授權(quán)功能、計(jì)費(fèi)功能、資源控制功能和QoS管理功能、協(xié)議和接口功能等。它的主要功能如圖2所示： 圖2 軟交換功能結(jié)構(gòu)示意圖1. 媒體網(wǎng)關(guān)接入功能。該功能可以認(rèn)為是一種適配功能，可以連接各種媒體網(wǎng)關(guān)，完成H.248協(xié)議功能。同時(shí)還可以直接與H.232終端和SIP客戶端終端進(jìn)行連接，提供相應(yīng)業(yè)務(wù)。2

6、. 呼叫控制和處理功能。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(fā)檢測(cè)和資源控制等，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中樞。3.協(xié)議功能。軟交換是一個(gè)開(kāi)放的實(shí)體，與外部的接口必須采用開(kāi)放的協(xié)議。 媒體網(wǎng)關(guān)與軟交換間的接口。 信令網(wǎng)關(guān)與軟交換間的接口。 軟交換間的接口 軟交換與應(yīng)用/業(yè)務(wù)層之間的接口4.業(yè)務(wù)提供功能。軟交換能夠提供PSTN/ISDN交換機(jī)提供的全部業(yè)務(wù)，包括基本業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)。同時(shí)還可以與現(xiàn)有智能網(wǎng)配合提供現(xiàn)有智能網(wǎng)提供的業(yè)務(wù)。也可以提供第三方業(yè)務(wù)平臺(tái)，提供多種增值業(yè)務(wù)和智能業(yè)務(wù)。5.互通功能?？梢酝ㄟ^(guò)信令網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)分組網(wǎng)與現(xiàn)

7、有No.7信令網(wǎng)、智能網(wǎng)的互通，可以通過(guò)互通模塊，采用H.323協(xié)議與IP電話網(wǎng)互通，采用SIP協(xié)議與SIP網(wǎng)絡(luò)互通。軟交換主要協(xié)議介紹H.323MGCPH.248/MegacoSIP 一、 H.323 H.323是一個(gè)框架性協(xié)議，它是由一系列協(xié)議組成。其協(xié)議棧如圖3所示：H.225.0H.245T.120H.26xUDPRTPRTCPRASG.7xxTCPIP 圖3 H.323協(xié)議棧 H.323一共定義了四種部件：終端、網(wǎng)關(guān)、關(guān)守和多點(diǎn)控制單元（MCU)；1. 終端。在基于IP的網(wǎng)絡(luò)上是一個(gè)客戶端。它需要支持三項(xiàng)功能：信令和媒體控制、支持實(shí)時(shí)通信、編碼。2. 網(wǎng)關(guān)。提供分組交換網(wǎng)和電路交換網(wǎng)

8、之間的連接。3. 關(guān)守。完成地址翻譯、接入控制、寬帶控制、域管理四個(gè)功能。還支持呼叫控制信令、呼叫鑒權(quán)、帶寬管理和呼叫管理四個(gè)可選的功能。4. 多點(diǎn)控制單元。支持三個(gè)以上的終端用戶進(jìn)行會(huì)話。二、MGCP H.323網(wǎng)絡(luò)向下一代IP電話網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)時(shí)，H.323網(wǎng)關(guān)的媒體和信令處理功能分離：媒體網(wǎng)關(guān)（MG）負(fù)責(zé)媒體的處理，信令處理功能將會(huì)轉(zhuǎn)移到媒體網(wǎng)關(guān)控制器（MGC）中。 MGCP主要應(yīng)用在MGCP終端和軟件交換之間、MGCP媒體網(wǎng)關(guān)和軟交換之間，如圖4所示：MGCP媒體網(wǎng)關(guān)軟交換MGCP終端MGCPMGCP圖4 MGCP協(xié)議應(yīng)用范圍三、H.248/Megaco H.248/Megaco為IETF與

9、ITU共同制定的，用于代替MGCP協(xié)議。該協(xié)議在IETF中稱之為Megaco，在ITU中稱之為H.248。 H.248協(xié)議是MGCP協(xié)議的發(fā)展，因此，H.248協(xié)議與MGCP協(xié)議有類似的體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)用在媒體網(wǎng)關(guān)和軟交換之間軟交換與H.248/Megaco終端之間，是軟件換的重要協(xié)議。如圖5所示：媒體網(wǎng)關(guān)軟交換 H.248H.248H.248/Megaco終端圖H.248協(xié)議應(yīng)用范圍四、SIP 會(huì)話初始協(xié)議（SIP）是IETF提出的在IP網(wǎng)上進(jìn)行多媒體通信的應(yīng)用層控制協(xié)議。 SIP系統(tǒng)的基礎(chǔ)協(xié)議是SIP協(xié)議和用于SIP消息體的會(huì)話描述協(xié)議（SDP：session description prot

10、ocol）。 SIP主要用于SIP終端和軟交換之間、軟交換和軟交換之間以及軟交換與各種應(yīng)用服務(wù)器之間，如圖6所示：應(yīng)用服務(wù)器軟交換軟交換SIP終端SIP終端SIP SIPSIP圖6 SIP協(xié)議應(yīng)用范圍網(wǎng)關(guān)技術(shù)l 軟交換中的網(wǎng)關(guān)按處理的信息類型不同分為兩類：媒體網(wǎng)關(guān)和信令網(wǎng)關(guān)。l 按照媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的位置不同，又可分為：中繼網(wǎng)關(guān)、綜合接入網(wǎng)關(guān)、住戶網(wǎng)關(guān)。l 按照信令網(wǎng)關(guān)處理的信令不同可分為：No.7信令網(wǎng)關(guān)、用戶信令網(wǎng)關(guān)。 軟交換控制原理例：假設(shè)護(hù)叫在兩個(gè)PSTN網(wǎng)之間傳送，主叫用戶位于SG1和MG1的管轄范圍，被叫用戶位于SG2和MG2的管轄范圍，No.7信令使用ISUP，MG1和MG2

11、屬于同一個(gè)軟交換控制的范圍。如圖10所示。SG1軟交換SG2MG2MG1PSTNPSTNIP網(wǎng)主叫被叫圖10 網(wǎng)絡(luò)連接圖SIGTRANMGCP/H.248MGCP/H.248TDMTDMRTP/RTCPMG1SG1軟交換MG2SG2開(kāi)始通話IAMADDReplyADDReplyIAMACMACMModifyReplyANMRELRLCRLCRELReplyReplySubtractSubtractACMModifyReply軟交換、IP交換、光交換對(duì)比 光交換是指不經(jīng)過(guò)任何光/電轉(zhuǎn)換，在光域內(nèi)為輸入光信號(hào)選擇不同輸出信道的交換方式，但光交換的難點(diǎn)主要是控制部分，也就是 不易在光域?qū)崿F(xiàn)交換控制。

12、 光交換有三種：空分、時(shí)分和波分光交換，他們分別完成空分信道、時(shí)分信道和波分信道的交換； IP交換應(yīng)用廣泛，技術(shù)簡(jiǎn)單，可擴(kuò)展性好，路由靈活，但傳輸效率低，無(wú)法保證服務(wù)質(zhì)量。 軟交換代表著一種網(wǎng)絡(luò)融合的趨勢(shì)：以電路交換為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)電信網(wǎng)向以分組交換為基礎(chǔ)的IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。軟交換是發(fā)展下一代網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。發(fā)展前景 NGN(下一代網(wǎng)絡(luò))一直是業(yè)界的熱點(diǎn)與焦點(diǎn)，國(guó)外的政府、行業(yè)團(tuán)體、運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備廠商等都在進(jìn)行NGN的研究與探索，從國(guó)外的有關(guān)NGN的研究與行動(dòng)上來(lái)看，NGN包含的內(nèi)容非常廣泛，例如：采用軟交換技術(shù)的分組化的話音網(wǎng)；以智能光網(wǎng)為核心的下一代光網(wǎng)絡(luò)；以MPLS、IPv6為重點(diǎn)的下一代IP網(wǎng)；以及

13、采用3G、4G的下一代無(wú)線通信網(wǎng)等等。 一些行業(yè)組織和標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)也啟動(dòng)了本領(lǐng)域的NGN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究，如：IETF的下一代IP網(wǎng)、3GPP與UMTS論壇的下一代移動(dòng)通信網(wǎng)、ITU-T的NGN Project 2004。 NGN代表著網(wǎng)絡(luò)未來(lái)的發(fā)展方向，各個(gè)國(guó)家的政府都把對(duì)NGN技術(shù)的掌握視為提升本國(guó)(或本地區(qū))經(jīng)濟(jì)、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的重要內(nèi)容。 歐美在目前的5年計(jì)劃FP5中，專門(mén)設(shè)立一個(gè)關(guān)于NGN的項(xiàng)目NGNI，研究?jī)?nèi)容包括：Qos、IPv6、光網(wǎng)、接入網(wǎng)、有線與無(wú)線的融合、內(nèi)容與網(wǎng)絡(luò)的管理、業(yè)務(wù)、衛(wèi)星、移動(dòng)通信、互操作性等不僅包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和演進(jìn)，還包括業(yè)務(wù)需求與業(yè)務(wù)模型、管制政策等內(nèi)容。 隨著對(duì)NGN研究的深入，歐盟在2002年底提出NGN 2010。NGN 2010比目前的NGNI又向前進(jìn)了一大步，內(nèi)容增加了：家庭網(wǎng)絡(luò)、NM(網(wǎng)管)、AAA、DTV(數(shù)字視頻廣播)、衛(wèi)星、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等內(nèi)容。 下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)技術(shù)是ITU-T研究的一大熱點(diǎn)。在2004年2月的研究組全會(huì)上提出了NGN功能特性的建議草案(NGN-Overview)，對(duì)N