軟交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)的研究

1、軟交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展趨勢(shì)的研究軟交換誕生于90年代末，由于它順應(yīng)網(wǎng)絡(luò)融合的進(jìn)展趨勢(shì)，迅速得到國(guó)內(nèi)外各運(yùn)營(yíng)商的青睞。隨著IMS概念的出現(xiàn)，軟交換的進(jìn)展趨勢(shì)成為業(yè)界關(guān)注焦點(diǎn)。本文介紹了軟交換進(jìn)展現(xiàn)狀和IMS的特點(diǎn)，并對(duì)軟交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。1 軟交換現(xiàn)狀軟交換的要緊設(shè)計(jì)思想是操縱與承載和業(yè)務(wù)分離，各實(shí)體之間通過標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議進(jìn)行連接和通信，以便在網(wǎng)上更加靈活地提供業(yè)務(wù)。具體地講，軟交換是一個(gè)基于軟件的分布式交換/操縱平臺(tái)，它將呼叫操縱功能從網(wǎng)關(guān)中分離出來，開放業(yè)務(wù)、操縱、接入和交換間的協(xié)議。圖1為軟交換示意圖。圖1 軟交換示意圖軟交換是IP技術(shù)帶動(dòng)電信業(yè)進(jìn)展的產(chǎn)物，它為運(yùn)營(yíng)商解決目前多種網(wǎng)絡(luò)、多種技

2、術(shù)和多種系統(tǒng)的共存的現(xiàn)象提供了良好的解決方案，能夠?yàn)檫\(yùn)營(yíng)商帶來業(yè)務(wù)的創(chuàng)新和成本的節(jié)約，為業(yè)界注入新的活力。因此全球范圍內(nèi)已有多家電信運(yùn)營(yíng)商開始進(jìn)行軟交換方面的實(shí)驗(yàn)和商用部署，在國(guó)內(nèi)，中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)網(wǎng)通、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)衛(wèi)通和中國(guó)鐵通都差不多開始進(jìn)行軟交換的商用，盡管其應(yīng)用的規(guī)模不同，但卻標(biāo)志著軟交換技術(shù)差不多走出實(shí)驗(yàn)室，開始進(jìn)入一個(gè)新的進(jìn)展時(shí)期。軟交換技術(shù)在進(jìn)展過程中，并沒有一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x和體系架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，因此，在用戶漫游治理、路由打算、編號(hào)、支持多媒體業(yè)務(wù)的體系架構(gòu)、業(yè)務(wù)治理、業(yè)務(wù)觸發(fā)等方面在一定程度上仍存在問題。與此同時(shí)3GPP提出了標(biāo)準(zhǔn)的IMS體系架構(gòu)，旨在規(guī)范移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)

3、結(jié)構(gòu)，而ETSI相關(guān)小組也在討論如何在固網(wǎng)中引入IMS，以進(jìn)一步推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向IP化、移動(dòng)性、多媒體化和個(gè)性化方向進(jìn)展，進(jìn)而引發(fā)出IMS是否能成為軟交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展方向的討論。2 IMS概述3GPP定義的IMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，要緊包括CSCF、MGCF、MGW、T-SGW等功能實(shí)體。圖2 IMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（1）CSCF（Call Session Control Function，呼叫會(huì)話操縱功能實(shí)體）CSCF是IMS中最重要的關(guān)鍵元素之一， 它類似于IETF結(jié)構(gòu)中的SIP服務(wù)器。現(xiàn)有的3G分組交換核心網(wǎng)絡(luò)用來提供多媒體會(huì)話的承載路徑，而CSCF則用來建立會(huì)話。CSCF的要緊功能是處理用來操縱用戶多媒

4、體會(huì)話的信令消息，這是MSC（移動(dòng)交換中心）呼叫操縱功能的一種進(jìn)展。CSCF采納SIP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)上述操縱功能。CSCF的另一功能是地址翻譯，同時(shí)CSCF還需要執(zhí)行業(yè)務(wù)交換和編碼協(xié)商的功能。有三種不同角色的CSCF，它們是：* P-CSCF（代理CSCF）：它是移動(dòng)終端訪問IMS網(wǎng)絡(luò)時(shí)的第一聯(lián)系點(diǎn)，它有兩大功能：首先它是IMS網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)質(zhì)量策略執(zhí)行點(diǎn)，其次它提供了緊急業(yè)務(wù)的本地操縱。P-CSCF將SIP注冊(cè)消息和會(huì)話建立消息轉(zhuǎn)發(fā)到它所歸屬的IMS網(wǎng)絡(luò)中，這特不類似于IETF SIP網(wǎng)絡(luò)中的代理服務(wù)器。* I-CSCF（詢問CSCF）：它的要緊功能是查詢HSS（歸屬用戶服務(wù)器）以決定S-CSCF

5、的位置。此外，它還在HSS的關(guān)心下執(zhí)行S-CSCF之間的負(fù)載平衡。I-CSCF能夠講是外部網(wǎng)絡(luò)到IMS歸屬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，因此它必須支持防火墻功能。* S-CSCF（服務(wù)CSCF）：它負(fù)責(zé)IMS網(wǎng)絡(luò)中的會(huì)話治理。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里能夠有幾個(gè)S-CSCF，同時(shí)能夠依照網(wǎng)絡(luò)能力的需要增加S-CSCF節(jié)點(diǎn)。S-CSCF在其所歸屬的IMS中負(fù)責(zé)所有會(huì)話的操縱，但它也可將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到被訪網(wǎng)絡(luò)中的P-CSCF從而讓被訪網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)會(huì)話操縱的責(zé)任。（2）HSS（歸屬用戶服務(wù)器）作為對(duì)傳統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的繼承，在IMS中也需要一個(gè)集中的用戶數(shù)據(jù)庫(kù)。因此將原有的HLR（歸屬位置寄存器）演變?yōu)镮MS中的HSS（歸屬用戶服務(wù)器）。HSS

6、與I-CSCF和S-CSCF具有接口以向它們提供用戶的位置和訂購(gòu)信息，該接口稱為Cx接口。（3）MGW和MGCF（媒體網(wǎng)關(guān)和媒體網(wǎng)關(guān)操縱功能實(shí)體）IMS支持幾種與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互連的節(jié)點(diǎn)。它們是MGW、MGCF和SGW（信令網(wǎng)關(guān)）。* MGCF：它操縱一個(gè)或多個(gè)MGW，治理著PSTN承載與IP流之間的連接。MGCF將SIP消息轉(zhuǎn)換為MEGACO或者ISUP消息，它從CSCF接收SIP消息同時(shí)決定在MGW內(nèi)建立什幺消息；同時(shí)MGCF還生成ISUP消息同時(shí)通過IP發(fā)送到SGW（信令網(wǎng)關(guān)）中。* MG：它的要緊功能是將終端用戶之間的媒體流從一種格式轉(zhuǎn)換為另一種格式。在UMTS中這要緊是PSTN中PCM（脈

7、沖編碼調(diào)制）編碼與基于IP編碼格式之間的轉(zhuǎn)換。（4）SGW（信令網(wǎng)關(guān)）它的要緊功能是將SS7（七號(hào)信令）轉(zhuǎn)換為IP形式的信令而不阻礙其承載的應(yīng)用層，這能夠使MGCF不需要支持SS7。因此，假如MGCF差不多支持SS7就不需要SGW了?；谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)的IMS通過SIP協(xié)議來完成語音和多媒體呼叫，從而達(dá)到支持語音電話、實(shí)時(shí)交互游戲、視頻電話、即時(shí)消息、緊急呼叫、多媒體會(huì)議等業(yè)務(wù)的目的。限于篇幅，本文只給出一個(gè)通過IMS實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單的點(diǎn)到點(diǎn)呼叫通信業(yè)務(wù)的SIP流程，如圖3所示（講明：1.假定用戶在發(fā)起SIP呼叫之前差不多建立底層數(shù)據(jù)連接并進(jìn)行了業(yè)務(wù)注冊(cè)。2.圖中標(biāo)注的流程除第2步Cx-Query外皆為S

8、IP消息。）：圖3 IMS網(wǎng)絡(luò)的SIP通信流程（1） 用戶A通過發(fā)送INVITE消息到P-CSCF來發(fā)起呼叫，該消息中包含被呼叫用戶的SIP URLs。消息的會(huì)話描述部分包含用戶A的終端設(shè)備的IP地址和語音路徑的描述及一組可選使用的編碼。P-CSCF通過應(yīng)答100 TRYING消息來確認(rèn)接收到INVITE，同時(shí)它將自己的名字添加到INVITE消息中后轉(zhuǎn)發(fā)該消息到S-SCSF。S-CSCF通過應(yīng)答100 TRYING消息來確認(rèn)接收到INVITE，同時(shí)它激活用戶A所需的業(yè)務(wù)特征。S-CSCF然后從用戶B的SIP URL中決定出其歸屬網(wǎng)絡(luò)的SIP入口點(diǎn)：I-CSCF。用戶A的S-CSCF將自己的名字

9、添加到INVITE消息中后轉(zhuǎn)發(fā)該消息到用戶B的I-CSCF中。（2） I-CSCF一旦接收到INVITE，它就用Cx-Query查詢HSS以決定用戶B的S-CSCF地址。它同樣通過應(yīng)答100 TRYING消息來確認(rèn)接收到INVITE。一旦HSS將用戶B所注冊(cè)的S-CSCF在響應(yīng)中返回后，I-CSCF就將自己的名字添加到INVITE消息中后轉(zhuǎn)發(fā)該消息到S-CSCF。用戶B的S-CSCF接收到INVITE后激活用戶B所需的業(yè)務(wù)特征，然后將自己的名字添加到INVITE消息中后轉(zhuǎn)發(fā)該消息到P-SCSF。S-CSCF通過向I-CSCF應(yīng)答100 TRYING消息來確認(rèn)接收到INVITE。P-CSCF接收

10、到INVITE后將其轉(zhuǎn)發(fā)給用戶B的終端設(shè)備。P-CSCF通過向S-CSCF應(yīng)答100 TRYING消息來確認(rèn)接收到INVITE。（3） 用戶B的終端設(shè)備接收到呼叫邀請(qǐng)后，它并不是立即向用戶B振鈴，而是用183 session progress（會(huì)話進(jìn)展）消息響應(yīng)，在響應(yīng)的會(huì)話描述中它指明其差不多同意了先決條件同時(shí)要求用戶A的終端設(shè)備也確認(rèn)它滿足該先決條件。該消息通過歷經(jīng)上述若干CSCF的信令路徑返回到用戶A的終端設(shè)備。同時(shí)，用戶B的終端設(shè)備為通到IMS域IP入口點(diǎn)的語音路徑激活GPRS PDP上下文。（4） 用戶A的終端設(shè)備接收到183響應(yīng)，同時(shí)為通到IMS域IP入口點(diǎn)的語音路徑激活GPRS

11、PDP上下文。按照需要，用戶終端通過向用戶B的終端設(shè)備發(fā)送UPDATE消息來確認(rèn)語音路徑已被預(yù)留，該消息中同時(shí)包含語音路徑的地址信息。（5） 用戶B的終端設(shè)備一旦接收到UPDATE消息，它就明白語音路徑所需的IP傳輸和業(yè)務(wù)質(zhì)量在兩端都得到了保證同時(shí)它還明白了A端語音路徑所用的地址。它使用200 OK來確認(rèn)UPDATE消息，該確認(rèn)中可包含用戶B的終端設(shè)備上的語音路徑信息。（6） 用戶B的設(shè)備向用戶B振鈴，同時(shí)它沿著信令路徑向用戶A的終端設(shè)備發(fā)送180振鈴消息以通知其振鈴行為，用戶A的設(shè)備會(huì)通過振鈴音將該消息告知用戶A。（7） 用戶B應(yīng)答呼叫。用戶B的終端設(shè)備發(fā)送200 OK消息沿著信令路徑到達(dá)用

12、戶A的終端設(shè)備。該消息將包含B端的語音路徑地址信息。（8） 用戶A通過發(fā)送ACK來確認(rèn)呼叫的建立，它沿信令路徑返回用戶B的設(shè)備上?，F(xiàn)在兩終端設(shè)備可互相發(fā)送語音包了。（9） 用戶A的終端設(shè)備沿信令路徑向用戶B的終端設(shè)備發(fā)送BYE消息來釋放呼叫，同時(shí)解除語音路徑的PDP上下文。現(xiàn)在，P-CSCF能夠關(guān)閉IMS的語音路徑入口點(diǎn)以停止記費(fèi)。（10） 用戶B的終端設(shè)備接收到BYE消息后就解除它這一側(cè)的語音路徑PDP上下文，同時(shí)用200 OK來確認(rèn)BYE消息。200 OK沿著信令路徑返回到用戶A的終端設(shè)備，在此過程中它釋放了信令路徑上的每個(gè)CSCF。至此整個(gè)呼叫操縱過程結(jié)束。3 軟交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展趨勢(shì)的研究I

13、MS系統(tǒng)與當(dāng)前的軟交換網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)，而這些點(diǎn)也正是軟交換網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)展趨勢(shì)所在。（1） 更加完全分離的進(jìn)展趨勢(shì)IMS最大的特點(diǎn)，同時(shí)也是其最大的優(yōu)勢(shì)是IMS比軟交換更加完全的分離。正如上文所講，軟交換本身確實(shí)是一種分離思想的體現(xiàn)：呼叫操縱和承載的分離，呼叫操縱和業(yè)務(wù)的分離。IMS在堅(jiān)持上述思想的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)了分離的思想。這些思想體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：* 業(yè)務(wù)的進(jìn)一步分離。傳統(tǒng)軟交換盡管差不多將大部分增值業(yè)務(wù)分離出來放到了業(yè)務(wù)層，然而軟交換自身仍然保留了一些補(bǔ)充業(yè)務(wù)。IMS將這些保留的業(yè)務(wù)統(tǒng)統(tǒng)拿出來放在了業(yè)務(wù)層的應(yīng)用服務(wù)器中，如此做無疑是呼叫操縱和業(yè)務(wù)分離最透徹的體現(xiàn)。* 用戶數(shù)據(jù)的分離集中：軟

14、交換一般將用戶數(shù)據(jù)放置在軟交換設(shè)備自身之中，IMS將這些用戶數(shù)據(jù)從軟交換中分離出來，并將用戶數(shù)據(jù)與其相關(guān)聯(lián)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集中到稱為HSS的設(shè)備之中。這種用戶數(shù)據(jù)的分離集中更加有利于業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)和提供。* 會(huì)話呼叫操縱與媒體網(wǎng)關(guān)操縱的分離。傳統(tǒng)軟交換同時(shí)提供了基于SIP的會(huì)話呼叫操縱和基于H.248/MEGACO/MGCP的媒體網(wǎng)關(guān)操縱器的功能，在IMS中將這兩者分離出來，基于SIP的會(huì)話呼叫操縱功能由CSCF提供，它完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信令路由和呼叫操縱；基于H.248/MEGACO/MGCP的媒體網(wǎng)關(guān)操縱由MGCF提供，它只存在于IMS網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互通的邊界點(diǎn)上。傳統(tǒng)軟交換將會(huì)話呼叫操縱和媒體網(wǎng)關(guān)操縱

15、集成在一起的作法，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)業(yè)務(wù)仍然是主流的情況下有其無可比擬的優(yōu)勢(shì)，但隨著傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的逐漸淡出，SIP網(wǎng)絡(luò)的逐漸主導(dǎo)，將上述兩者功能分離更能使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，呼叫路由的高效。上述IMS的三種分離可由下圖描述，按照這種分離趨勢(shì)進(jìn)展的軟交換網(wǎng)絡(luò)將使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加清晰合理，網(wǎng)絡(luò)成本更加節(jié)約，使用戶數(shù)據(jù)更為集中，新業(yè)務(wù)提供更加容易；同時(shí)這種進(jìn)展了的軟交換網(wǎng)絡(luò)也保證了與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的兼容。圖4 軟交換到IMS的演進(jìn)（2） 呼叫協(xié)議統(tǒng)一的進(jìn)展趨勢(shì)IMS另一個(gè)特點(diǎn)是SIP協(xié)議的一統(tǒng)天下，這也是軟交換網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)展趨勢(shì)。之因此選擇SIP協(xié)議要緊是因?yàn)镾IP協(xié)議的簡(jiǎn)單性、可擴(kuò)展性以及它專門好的可用性，同時(shí)SIP也是被

16、業(yè)界普遍看好的以后多媒體呼叫操縱協(xié)議。（3） 與接入方式無關(guān)的進(jìn)展趨勢(shì)對(duì)多種接入方式的兼容是軟交換網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)特點(diǎn)，IMS將該特點(diǎn)更加進(jìn)一步進(jìn)展。在傳統(tǒng)軟交換網(wǎng)絡(luò)中由于媒體網(wǎng)關(guān)操縱功能沒有分離出來以及媒體網(wǎng)關(guān)操縱協(xié)議的多樣性導(dǎo)致了并沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)多種接入方式的兼容，而在IMS中由于對(duì)接入網(wǎng)絡(luò)的完全分離和SIP協(xié)議的應(yīng)用使其真正意義上實(shí)現(xiàn)了對(duì)多接入方式的兼容。在IMS中不管用戶采納有線或無線的某種接入方式接入網(wǎng)絡(luò)，IMS并不負(fù)責(zé)用戶終端到網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)信道的建立，該工作由接入網(wǎng)絡(luò)完成；IMS只負(fù)責(zé)在用戶的數(shù)據(jù)信道建立后通過SIP協(xié)議完成主被叫雙方底層數(shù)據(jù)信道的接駁，從而實(shí)現(xiàn)各種媒體形式的呼叫通信及相關(guān)的多

17、種多媒體業(yè)務(wù)。（4） 提供終端漫游特性的進(jìn)展趨勢(shì)目前的軟交換網(wǎng)絡(luò)沒有充分考慮對(duì)用戶終端的漫游支持，而IMS中P-CSCF功能實(shí)體的引入，使終端不管是漫游到外地依舊其它運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)都能夠通過訪問地或訪問網(wǎng)絡(luò)的P-CSCF接入到IMS中，從而建立用戶終端與其歸屬HSS及S-CSCF的信令通路。同時(shí)，P-CSCF為通過其接入的終端提供了服務(wù)質(zhì)量和安全的保證。（5） 提供更好服務(wù)質(zhì)量和安全保證的進(jìn)展趨勢(shì)在IMS中存在多種CSCF功能實(shí)體，這些實(shí)體具有不同的功能任務(wù)，這與傳統(tǒng)軟交換網(wǎng)絡(luò)中軟交換設(shè)備的統(tǒng)一功能是不同的。通過這些功能實(shí)體，IMS提供了更好的服務(wù)質(zhì)量和安全保證。在這些IMS功能實(shí)體中，P-CSCF完成了用戶終端及接入網(wǎng)絡(luò)和IMS核心網(wǎng)絡(luò)的隔離，使得用戶終端和接入網(wǎng)絡(luò)無法直接了解IMS網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此即時(shí)某個(gè)P-CSCF受到攻擊也可不能阻礙網(wǎng)絡(luò)的正常工作，從而保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全。同時(shí)P-CSCF還能夠代表IMS與用戶終端和接入網(wǎng)絡(luò)協(xié)商業(yè)務(wù)質(zhì)量的服務(wù)要求，以完成業(yè)務(wù)質(zhì)量策略的執(zhí)行。同時(shí)P-CSCF還能夠進(jìn)一步提供信令的NAT穿越、協(xié)議轉(zhuǎn)換等由網(wǎng)絡(luò)外圍設(shè)備完成的附加功能。IMS中的I-CS