惠州學(xué)院現(xiàn)代交換技術(shù)彭玲第七章2016

第七章下一代交換技術(shù)授課:彭玲電子系電科教研室第七章下一代交換技術(shù)7.1軟交換技術(shù)7.2光交換技術(shù)7.1軟交換技術(shù)

軟交換(Softswitch)的定義：軟交換是提供呼叫控制功能的軟件實體。軟交換在下一代網(wǎng)絡(luò)(NextGenerationNetwork,NGN)中起著重要的作用，可以說，軟交換技術(shù)的發(fā)展成就了NGN。軟交換是一種功能實體，為NGN提供具有實時性業(yè)務(wù)要求的呼叫控制和連接控制功能，是NGN呼叫與控制的核心。傳統(tǒng)的呼叫控制功能是和業(yè)務(wù)結(jié)合在一起的，不同的業(yè)務(wù)所需要的呼叫控制功能不同；軟交換則與業(yè)務(wù)無關(guān)，軟交換把呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(guān)(傳輸層)中分離出來，通過軟件實現(xiàn)連接控制、翻譯和選路、網(wǎng)關(guān)管理、呼叫控制、帶寬管理等功能，把控制和業(yè)務(wù)提供分開。傳統(tǒng)電路交換機的特點：EverythinginOneBox升級維護(hù)困難功能單一設(shè)備利用率低，經(jīng)營成本高開放性差業(yè)務(wù)開展困難正是由于基于上述模型的PSTN網(wǎng)絡(luò)的上述缺點，面對Internet網(wǎng)絡(luò)的成功給人們的巨大鼓舞，永遠(yuǎn)不滿足于現(xiàn)狀的運營商、設(shè)備提供商、企業(yè)家和學(xué)者們逐漸開始放開想像的翅膀，企圖從百年枷鎖中解脫出來，以革命的手段創(chuàng)造一個全新的世界。SS7網(wǎng)絡(luò)SCP管理系統(tǒng)新業(yè)務(wù)計費控制SS7網(wǎng)絡(luò)用戶板中繼板時隙交換電路交換模式TDMTDMSCP管理系統(tǒng)計費軟交換模式IPATM軟交換網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)IPATMH.248/SIPH.248/SIPTDMTDM分組數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)軟交換的設(shè)計思想軟交換的設(shè)計思想具體而言：交換控制器對應(yīng)軟交換設(shè)備（軟交換機）控制媒體網(wǎng)關(guān)之間的媒體分組的交換和路由。交換矩陣對應(yīng)核心分組網(wǎng)實現(xiàn)所謂的“網(wǎng)絡(luò)”即交換。用戶板/中繼板對應(yīng)媒體網(wǎng)關(guān)完成TDM流到IP分組或ATM信元媒體格式相互轉(zhuǎn)換。NGN概念及應(yīng)用：它是電信史上的一塊里程碑，標(biāo)志著新一代電信網(wǎng)絡(luò)時代的到來。從發(fā)展的角度來看，NGN在傳統(tǒng)的以電路交換為主的PSTN網(wǎng)絡(luò)中逐漸邁出了向以分組交換為主的步伐，它承載了原有PSTN網(wǎng)絡(luò)的所有業(yè)務(wù)，同時把大量的數(shù)據(jù)傳輸卸載（offload）到ATM/IP網(wǎng)絡(luò)中以減輕PSTN網(wǎng)絡(luò)的重荷，又以ATM/IP技術(shù)的新特性增加和增強了許多新老業(yè)務(wù)。從這個意義上講，NGN是基于TDM的PSTN語音網(wǎng)絡(luò)和基于ATM/IP的分組網(wǎng)絡(luò)融合的產(chǎn)物，它使得在新一代網(wǎng)絡(luò)上語音、視頻、數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務(wù)成為了可能。原信息產(chǎn)業(yè)部對軟交換的定義是：軟交換是網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)以及下一代分組網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備之一，它獨立于傳輸網(wǎng)絡(luò)，主要完成呼叫控制、資源分配、協(xié)議處理、路由認(rèn)證、帶寬管理、計費等功能，同時可向用戶提供現(xiàn)有電路交換機所能提供的所有業(yè)務(wù)，并向第三方提供可編程能力。軟交換的功能

軟交換設(shè)備位于NGN的控制層，提供多種業(yè)務(wù)的連接控制、路由、網(wǎng)絡(luò)資源管理、計費、認(rèn)證等功能。軟交換設(shè)備與各種媒體網(wǎng)關(guān)、終端、應(yīng)用服務(wù)器，以及其他軟交換設(shè)備間采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議相互通信。

軟交換既可以作為獨立的NGN網(wǎng)絡(luò)部件分布在網(wǎng)絡(luò)的各處，為所有媒體提供基本業(yè)務(wù)和補充業(yè)務(wù)，也可以與其他增強業(yè)務(wù)節(jié)點結(jié)合，形成新的產(chǎn)品形態(tài)。圖9-1詳細(xì)展示了軟交換的功能結(jié)構(gòu)。圖9-1軟交換的功能結(jié)構(gòu)軟交換主要完成以下功能。

(1)協(xié)議功能：提供支持多種信令協(xié)議(包括H.248、H.323、SIP、RADIUS、SNMP等)的接口，實現(xiàn)PSTN和IP網(wǎng)/ATM網(wǎng)間的信令互通知和不同網(wǎng)關(guān)的互操作。

(2)業(yè)務(wù)提供功能：除能處理實時業(yè)務(wù)外，還具有利用新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)施提供各種增值業(yè)務(wù)和補充業(yè)務(wù)的能力；可以直接與H.248終端、MGCP終端和SIP終端進(jìn)行連接，提供相應(yīng)業(yè)務(wù)。(3)業(yè)務(wù)交換功能：支持業(yè)務(wù)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(wù)請求；實現(xiàn)業(yè)務(wù)交互作用管理。(4)呼叫控制功能和資源控制功能：為基本呼叫的建立、保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；接收來自業(yè)務(wù)交換功能的監(jiān)視請求，并對其中與呼叫相關(guān)的事件進(jìn)行處理；接收來自業(yè)務(wù)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；支持基本的兩方呼叫控制功能和多方呼叫控制功能；能夠識別媒體網(wǎng)關(guān)報告的用戶摘機、撥號和掛機事件；控制媒體網(wǎng)關(guān)向用戶發(fā)送各種話音信號等；提供滿足運營商需求的編號方案；具有電話交換設(shè)備的呼叫處理功能；對網(wǎng)關(guān)設(shè)備或IP/ATM網(wǎng)的核心設(shè)備進(jìn)行控制等。(5)網(wǎng)守(Gatekeeper)功能(地址解析)：接入認(rèn)證與授權(quán)、地址解析和帶寬管理功能。

(6)網(wǎng)絡(luò)管理功能:主要包括業(yè)務(wù)統(tǒng)計和告警等。

(7)互聯(lián)互通功能：可以通過信令網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)分組網(wǎng)與現(xiàn)有No.7信令網(wǎng)的互通；通過信令網(wǎng)關(guān)與現(xiàn)有智能網(wǎng)互通；允許SCF控制VoIP呼叫且對呼叫信息進(jìn)行操作；通過互通模塊，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，采用SIP協(xié)議實現(xiàn)與未來SIP網(wǎng)絡(luò)體系的互通；與其他軟交換設(shè)備互聯(lián)，可以采用SIP或BICC；提供IP網(wǎng)內(nèi)H.248終端、SIP終端和MGCP終端之間的互通。當(dāng)軟交換設(shè)備內(nèi)部不包含信令網(wǎng)關(guān)時，軟交換能夠采用SS7/IP協(xié)議與外置的信令網(wǎng)關(guān)互通，其主要承載協(xié)議采用SCTP。(8)計費功能：具有采集詳細(xì)話單及復(fù)式計費功能，并能夠按照運營商的需求將話單傳送到相應(yīng)的計費中心；當(dāng)使用記賬卡等業(yè)務(wù)時，軟交換具備實時斷線的功能。

(9)媒體網(wǎng)關(guān)接入功能：控制媒體網(wǎng)關(guān)是否采用語言壓縮，并提供可以選擇的語音壓縮算法，算法應(yīng)至少包括G.729、G.723等；可以控制媒體網(wǎng)關(guān)是否采用回聲抵消技術(shù)；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。

另外，軟交換控制媒體網(wǎng)關(guān)還可能具有與移動業(yè)務(wù)相關(guān)的功能以及與數(shù)據(jù)/多媒體業(yè)務(wù)相關(guān)的功能,SIP代理功能,以及H.248終端、SIP終端、MGCP終端的控制和管理功能，No.7信令(即MTP及其應(yīng)用部分)功能(任選)，H.323終端控制、管理功能(任選)等。軟交換網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)的分類和功能：軟交換作為一個開放的實體，與外部的接口必須采用開放的協(xié)議。軟交換功能是通過網(wǎng)關(guān)發(fā)出信令，控制語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的互通實現(xiàn)的。軟交換通過各種具體協(xié)議與具體的網(wǎng)絡(luò)實體通信。軟交換的功能實體如圖9-3所示。媒體網(wǎng)關(guān)控制器通常被稱為“軟交換機(SS)”。(1)信令網(wǎng)關(guān)(SG)：是No.7信令網(wǎng)與IP網(wǎng)的邊緣接收和發(fā)送信令消息的信令代理，主要完成信令消息的中繼、翻譯或終接處理。信令網(wǎng)關(guān)可以和媒體網(wǎng)關(guān)集成在一個物理實體中，處理由媒體網(wǎng)關(guān)功能控制的與線路或中繼終端有關(guān)的信令消息。

(2)網(wǎng)守(GK)：主要完成用戶認(rèn)證、地址解析、帶寬管理、計費等功能。可通過RAS(注冊(Registration)、許可(Admission)和狀態(tài)(Status))信令來完成終端與網(wǎng)守之間的登記注冊、授權(quán)許可、帶寬改變、狀態(tài)和脫離解除等過程。(3)應(yīng)用服務(wù)器(Server)：在IP網(wǎng)內(nèi)向用戶提供多種智能業(yè)務(wù)和增值業(yè)務(wù)。目前國際上SoftSwitch論壇將應(yīng)用服務(wù)器置于軟交換之外。軟交換僅完成業(yè)務(wù)的控制功能。需要說明的是，一些組成單元可以內(nèi)置，也可以外置于軟交換體系。電信廠家多將傳統(tǒng)業(yè)務(wù)綜合在軟交換之內(nèi)，而將新的業(yè)務(wù)由應(yīng)用服務(wù)器來生成。

(4)媒體網(wǎng)關(guān)控制器/呼叫代理(MGC/CA)：負(fù)責(zé)控制IP網(wǎng)絡(luò)的連接(包括呼叫控制功能)。MGC/CA是軟交換的重要組成部分和功能實現(xiàn)部分。其中,MGC是H.248協(xié)議關(guān)于MG媒體通道中呼叫連接狀態(tài)的控制部分，可以通過H.248協(xié)議或媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議(MGCP)對MG進(jìn)行控制，MGC/CA之間通過H.323或者SIP協(xié)議連接。NGN中，將呼叫控制“智能”部分從MG中抽取出來，由外部的呼叫控制單元MGC來處理。媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議的模型如圖所示:目前比較成熟的媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議有MGCP協(xié)議、H.248協(xié)議等。在MGC-MG模型中，這些協(xié)議都工作在主從方式。(5)媒體網(wǎng)關(guān)(MG)：用來處理電路交換網(wǎng)和IP網(wǎng)的媒體信息互通。完成不同網(wǎng)絡(luò)間不同媒體信息的轉(zhuǎn)換。信令網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)將電路交換網(wǎng)的信令轉(zhuǎn)換成IP網(wǎng)的信令，根據(jù)相應(yīng)的信令生成IP網(wǎng)的控制信令，在IP網(wǎng)中傳輸。媒體網(wǎng)關(guān)的作用主要是負(fù)責(zé)將各種用戶或網(wǎng)絡(luò)的媒體流綜合地接入到IP核心網(wǎng)中。PCM(6)媒體網(wǎng)關(guān)與軟交換間的接口：可使用媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議(MediaGatewayControlProtocol,MGCP)、IP設(shè)備控制(InternetProtocolDeviceControl,IPDC)協(xié)議或H.248(Megaco)協(xié)議。

(7)信令網(wǎng)關(guān)與軟交換間的接口：可使用信令控制傳輸協(xié)議(SignallingControlProtocol,SCTP)或其他類似協(xié)議。

(8)軟交換間的接口：實現(xiàn)不同軟交換間的交互。此接口可使用SIP-T或H.323協(xié)議。

(9)軟交換與應(yīng)用/業(yè)務(wù)層之間的接口：提供訪問各種數(shù)據(jù)庫、三方應(yīng)用平臺、各種功能服務(wù)器等的接口，實現(xiàn)對各種增值業(yè)務(wù)、管理業(yè)務(wù)和三方應(yīng)用的支持。(10)軟交換與應(yīng)用服務(wù)器間的接口：可使用SIP協(xié)議或API(Parlay)，提供對三方應(yīng)用和各種增值業(yè)務(wù)的支持功能。

(11)軟交換與網(wǎng)管中心間的接口：可使用SNMP，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理。

(12)軟交換與智能網(wǎng)的SCP之間的接口：可使用INAP，實現(xiàn)對現(xiàn)有智能網(wǎng)業(yè)務(wù)的支持。

軟交換協(xié)議

軟交換是一個開放的、多協(xié)議的實體，由于歷史原因，NGN系列協(xié)議有些相互補充，有些則相互競爭。經(jīng)過幾年的發(fā)展，軟交換一些老的協(xié)議在不斷完善成熟或退出，新的協(xié)議也在不斷推出。

1.軟交換互通協(xié)議

軟交換包含非對等和對等兩類協(xié)議。非對等協(xié)議主要指媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議H.248/Megaco；對等協(xié)議包括SIP、H.323、BICC等。H.248/Megaco與其他協(xié)議配合可完成各種NGN業(yè)務(wù)；SIP、H.323則存在競爭關(guān)系。由于SIP具有簡單、通用、易于擴展等特性，逐漸發(fā)展成為主流協(xié)議。圖9-14所示為軟交換協(xié)議之間的關(guān)系。圖9-14軟交換協(xié)議之間的關(guān)系27軟交換協(xié)議體系第三方業(yè)務(wù)平臺業(yè)務(wù)平臺/SCP用戶/業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫軟交換機媒體網(wǎng)關(guān)信令網(wǎng)關(guān)SIP、CORBA…信令轉(zhuǎn)換SIGTRAN（M3UA、M2UA、M2PA、IUA…）SS7、Q.931…智能終端實時媒體傳送（RTP,RTCP）媒體服務(wù)器PSTNPCM軟交換機策略服務(wù)器COPS網(wǎng)管系統(tǒng)網(wǎng)管接口協(xié)議（SNMP、MML…）數(shù)據(jù)訪問（MAP、LDAP…）業(yè)務(wù)調(diào)用（INAP、SIP…）呼叫控制（SIP/SIP-T、BICC、H323…）呼叫控制（SIP、H323…）媒體網(wǎng)關(guān)控制（MGCP、H248…）API28軟交換協(xié)議分類（1）呼叫控制協(xié)議H323：由ITU-T推出，基于二進(jìn)制，用于IP電話、視頻通信的協(xié)議體系，軟交換體系中主要應(yīng)用于軟交換與H323GK、軟交換與H323GW/終端之間、H323終端之間。SIP：由IETF推出的基于文本的會話通信協(xié)議，主要應(yīng)用于SIP服務(wù)器（軟交換）之間、SIP服務(wù)器與SIP終端之間、SIP終端之間。SIP-T：SIP協(xié)議的擴展，用于在軟交換機之間透傳ISUP的負(fù)載消息，ITU－T對SIP-T作進(jìn)一步完善，稱為SIP-I。BICC：ITU-T推出的與承載網(wǎng)絡(luò)無關(guān)的呼叫控制協(xié)議，功能與ISUP類似。29軟交換協(xié)議分類（2）網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議（主從控制協(xié)議）MGCP:早期使用的網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議，由IETF制定，應(yīng)用于軟交換與MG之間。H248/MAGACO:由ITU/IETF共同制定，功能與MGCP類似，但在多媒體業(yè)務(wù)實現(xiàn)、協(xié)議維護(hù)管理等方面比MGCP有優(yōu)勢。30軟交換協(xié)議分類（3）媒體流傳送協(xié)議RTP：IP實時媒體流傳輸協(xié)議，用于承載各類編碼的語音、視頻信號。RTCP：IP實時媒體流傳輸控制，與RTP同時使用，用于傳送媒體流QOS的反饋信息。31軟交換協(xié)議分類（4）信令傳輸協(xié)議（SIGTRAN)M3UA：適配七號信令MTP3層的消息M2UA/M2PA:：適配七號信令MTP2層的消息IUA:適配ISDNQ.931協(xié)議V5UA:適配V5協(xié)議SCTP:在適配協(xié)議下層提供可靠的傳輸服務(wù),與TCP/UDP并列為IP網(wǎng)的傳輸層協(xié)議。32軟交換協(xié)議分類（5）業(yè)務(wù)調(diào)用協(xié)議SIP:可應(yīng)用于軟交換機與應(yīng)用服務(wù)器之間INAP：軟交換（SSF）－SCPCAMEL:軟交換（MobileSSF）－MobileSCP策略控制協(xié)議COPS：用于策略下發(fā)與響應(yīng)信息上報。網(wǎng)管協(xié)議SNMP:由IETF定義，廣泛應(yīng)用于計算機界、IP網(wǎng)的網(wǎng)管協(xié)議，在軟交換體系中應(yīng)用最普遍。Q3:TMN框架內(nèi)定義的網(wǎng)管接口協(xié)議，適用于ATM網(wǎng)關(guān)或部分由電路交換機改造的軟交換。MML：人機命令接口，部分軟交換采用。33軟交換協(xié)議分類（6）數(shù)據(jù)庫訪問協(xié)議：LDAP（LightweightDirectoryAccessProtocol），適用于SIP服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫之間或軟交換與路由服務(wù)器（RS)之間的數(shù)據(jù)訪問。MAP：應(yīng)用于軟交換機（MSC/VLRSERVER）與HLR之間API的協(xié)議:CORBA：分布對象技術(shù)，API常用。SIP：用于基于SIP的API1)MGCP

MGCP(RFC2705定義)稱為媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議，是IETF較早定義的媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議，主要從功能的角度定義媒體網(wǎng)關(guān)控制器和媒體網(wǎng)關(guān)之間的行為。MGCP命令分成連接處理和端點處理兩類，共9條命令，分別是端點配置(EndpointConfiguration)、通報請求(NotificationRequest)、通報(Notify)、創(chuàng)建連接(CreatConnection)、通報連接(NotifyConnection)、刪除連接(DeleteConnection)、審核端點(AuditEndpoint)、審核連接(AuditConnection)、重啟進(jìn)程(RestartInProgress)。2)H.248/Megaco

H.248/Megaco是在MGCP協(xié)議的基礎(chǔ)上，結(jié)合其他媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議特點發(fā)展而成的一種協(xié)議，它提供控制媒體的建立、修改和釋放機制，同時也可攜帶某些隨路呼叫信令，支持傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)終端呼叫。該協(xié)議應(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，在構(gòu)建開放和多網(wǎng)融合的NGN中發(fā)揮著重要作用。

H.248/Megaco因其功能靈活、支持業(yè)務(wù)能力強而受到重視，而且不斷有新的附件補充其能力，是目前媒體網(wǎng)關(guān)和軟交換之間的主流協(xié)議。目前國內(nèi)通信標(biāo)準(zhǔn)推薦軟交換和媒體網(wǎng)關(guān)之間應(yīng)用H.248協(xié)議，該協(xié)議共8條命令，分別是添加(Add)、減去(Subtract)、移動(Move)、修改(Modify)、審核值(AuditValue)、審核能力(AuditCapabilities)、通知(Notify)、業(yè)務(wù)改變(ServiceChange)。3)SIP

SIP(會話初始協(xié)議)是IETF制定的多媒體通信系統(tǒng)框架協(xié)議之一，它是一個基于文本的應(yīng)用層控制協(xié)議，獨立于底層協(xié)議，用于建立、修改和終止IP網(wǎng)上的雙方或多方多媒體會話。SIP借鑒了HTTP、SMTP等協(xié)議，支持代理、重定向、登記定位用戶等功能，支持用戶移動，與RTP/RTCP、SDP、RTSP、DNS等協(xié)議配合，支持Voice、Video、Data、E-mail、Presence、IM、Chat、Game等。4)SIP-T協(xié)議

補充定義了如何利用SIP協(xié)議傳送電話網(wǎng)絡(luò)信令，特別是ISUP信令的機制。其用途是支持PSTN/ISDN與IP網(wǎng)絡(luò)的互通，在軟交換系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)接口中使用。5)H.323協(xié)議

H.323是一套在分組網(wǎng)上提供實時音頻、視頻和數(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)，是ITU-T制定的在各種網(wǎng)絡(luò)上提供多媒體通信的系列協(xié)議H.32x的一部分。H.323也是多媒體通信協(xié)議，它比SIP、H.248/Megaco協(xié)議的發(fā)展歷史更長，其升級和擴展性不是很好。SIP+H.248/Megaco協(xié)議可取代H.323協(xié)議，但為了與H.323網(wǎng)絡(luò)的互通，NGN必須支持該項協(xié)議。在軟交換之間互通協(xié)議方面，目前固定網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用較多的是SIP-T，移動網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用較多的是BICC，未來的發(fā)展方向是SIP-I;在軟交換與媒體網(wǎng)關(guān)之間的控制協(xié)議方面,MGCP較成熟，但H.248繼承了MGCP的所有優(yōu)點，有取代MGCP的趨勢；在軟交換與終端之間的控制協(xié)議方面，SIP是趨勢,軟交換與應(yīng)用服務(wù)器之間，SIP是主流，目前此業(yè)務(wù)接口基本成熟；在應(yīng)用服務(wù)器與第三方業(yè)務(wù)方面，Parlay是方向，但目前商用不成熟。6)信令網(wǎng)關(guān)協(xié)議SIGTRANSIGTRAN是IETF的一個工作組，其任務(wù)是建立一套在IP網(wǎng)絡(luò)上傳送PSTN信令的協(xié)議。SIGTRAN是實現(xiàn)用IP網(wǎng)絡(luò)傳送電路交換網(wǎng)信令消息的協(xié)議棧，它利用標(biāo)準(zhǔn)的IP傳送協(xié)議作為底層傳輸，通過增加自身功能來滿足信令傳送的要求。SIGTRAN協(xié)議棧包括三部分：信令適配層、信令傳輸層和IP協(xié)議層。信令適配層用于支持特定的原語和通用的信令傳輸協(xié)議，包括針對No.7信令的M3UA、M2UA、M2PA、SUA和IUA等協(xié)議，還包括針對V5協(xié)議的V5UA等。信令傳輸層支持信令傳送所需的一組通用的可靠傳送功能，主要指SCTP協(xié)議。IP協(xié)議層實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的IP傳送協(xié)議。SIGTRAN采用SCTP作為傳送控制協(xié)議，SCTP綜合TCP和UDP的優(yōu)點，支持多宿主連接及流內(nèi)數(shù)據(jù)的有序遞交，比其他傳送協(xié)議有更高的傳輸效率和可靠性，更高的重發(fā)效率及更好的安全性。SIGTRAN的適配子層目前提供IUA、M2UA、M2PA、M3UA、SUA、V5UA等適配協(xié)議，可以根據(jù)NO.7信令網(wǎng)與IP網(wǎng)互通時的不同實現(xiàn)方式，在不同場合靈活應(yīng)用。43舉例：SIGTRAN協(xié)議棧－M3UASTPTrunksLEXSGMGSS7MGCIPNetworkM3UA/SCTPMTP1MTP2MTP3ISUPISUPSEP（signalingendpoint）STP（SignalTransferPoint）SGMTP1MTP2MTP3MTP1MTP2MTP3IPSCTPM3UAIPSCTPM3UAMGCinterworking

準(zhǔn)直聯(lián)圖9-16組網(wǎng)案例

2.NGN的發(fā)展

1)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)向NGN的演進(jìn)

從傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)絡(luò)到分組交換網(wǎng)絡(luò)將是一個長期的漸進(jìn)過渡過程，演進(jìn)策略需要根據(jù)具體網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和業(yè)務(wù)預(yù)測以及經(jīng)濟比較進(jìn)行詳細(xì)分析后才能決定。如何保護(hù)現(xiàn)有投資和現(xiàn)有電信業(yè)務(wù)的收益是電信網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)至NGN需要解決的問題。演進(jìn)應(yīng)該分為以下幾個層面。

(1)從網(wǎng)絡(luò)接入層面上的演進(jìn)：寬帶接入建設(shè)為用戶提供寬帶的且面向分組的接入，可以為用戶提供更加高速的接入方式?，F(xiàn)在各地智能小區(qū)的建設(shè)已經(jīng)全面展開，意味著面向NGN的演進(jìn)的開始。(2)從長途網(wǎng)絡(luò)層面上的演進(jìn)：是中繼旁路的策略，即利用集成的或獨立的中繼網(wǎng)關(guān)，旁路部分語音話務(wù)到IP或ATM網(wǎng)絡(luò)上，利用軟交換進(jìn)行路由控制和業(yè)務(wù)的提供，這樣可以減緩現(xiàn)有的電路交換網(wǎng)絡(luò)的擁塞問題。

(3)從本地交換網(wǎng)絡(luò)層面上的演進(jìn)：市話局擁有大量的用戶機架以及本地的電話業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，改造將是最為困難的,可利用綜合的具有大容量的寬帶接入設(shè)備取代現(xiàn)有的用戶機架，以獨立的接入網(wǎng)關(guān)接入IP網(wǎng)絡(luò)或ATM網(wǎng)絡(luò)，升級軟交換和應(yīng)用服務(wù)器，以支持本地的電話業(yè)務(wù)和IP業(yè)務(wù)。(4)從移動網(wǎng)層面上的演進(jìn)：移動網(wǎng)的MSC正在逐步被MSCServer和MGW所取代，說明軟交換技術(shù)在移動網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。3GPP在制定R4階段的規(guī)范時，已經(jīng)把NGN領(lǐng)域提出的軟交換概念引入到移動核心網(wǎng)領(lǐng)域。因此，NGN與3G同步推行，能夠?qū)崿F(xiàn)有效互補。軟交換和IMS是PSTN向NGN演進(jìn)的兩個不同階段，軟交換是初級階段，IMS是目標(biāo)架構(gòu)，采用重疊網(wǎng)形式引入，兩者將以互通方式長期共存。長遠(yuǎn)來看，IMS將融合軟交換成為統(tǒng)一融合平臺，部分軟交換硬件將繼續(xù)保留，功能也被修改。IMS(IPMultimediaSubsystem)IP多媒體子系統(tǒng),是一種全新的多媒體業(yè)務(wù)形式，它能夠滿足現(xiàn)在的終端客戶更新穎、更多樣化多媒體業(yè)務(wù)的需求。IMS的基本概念：IMS和軟交換最大的區(qū)別在于以下幾個方面（1）在軟交換控制與承載分離的基礎(chǔ)上，IMS更進(jìn)一步的實現(xiàn)了呼叫控制層和業(yè)務(wù)控制層的分離；（2）IMS起源于移動通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，因此充分考慮了對移動性的支持，并增加了外置數(shù)據(jù)庫——歸屬用戶服務(wù)器（HSS），用于用戶鑒權(quán)和保護(hù)用戶業(yè)務(wù)觸發(fā)規(guī)則；（3）IMS全部采用會話初始協(xié)議（SIP）作為呼叫控制和業(yè)務(wù)控制的信令，而在軟交換中，SIP只是可用于呼叫控制的多種協(xié)議的一種，更多的使用媒體網(wǎng)關(guān)協(xié)議（MGCP）和H.248協(xié)議。IMS功能實體歸屬簽約用戶服務(wù)器（HomeSubscriberServer，HSS）BreakoutGatewayControlFunction（出口網(wǎng)關(guān)控制功能）媒體網(wǎng)關(guān)控制功能,是使IMS用戶和CS用戶之間可以進(jìn)行通信的網(wǎng)關(guān)舉例：IMS到CS域的互通流程?光通信是利用光波來傳送信息的。?光纖通信具有信息傳輸容量大、對比特流透明、不受電磁干擾、保密性好等優(yōu)點，是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中傳輸信息的極佳媒質(zhì)。光交換被認(rèn)為是為未來寬帶通信網(wǎng)服務(wù)的新一代交換技術(shù)。光纖通信技術(shù)的發(fā)展光纖用于通信是1978年，首先應(yīng)用于商業(yè)性實驗。

1980年美國建成了長度為1

241.6km的干線光纜。

1985年，縱貫日本的干線光纖宣告完成，全長為3

400km。1988年，大西洋海底光纜宣告建成，長度為13

000km。進(jìn)入21世紀(jì)，光纖通信發(fā)展較快的幾項技術(shù)是波分復(fù)用技術(shù)、光纖接入網(wǎng)技術(shù)（OAN）和全光網(wǎng)技術(shù)。光纖通信的優(yōu)點光波也是電磁波，但它的頻率比電信中利用的其他電磁波頻率高出幾個數(shù)量級。頻率極高使得通信系統(tǒng)擁有極大的通信容量，所用光纖和由多根光纖組成的光纜體積小，重量輕，易于運輸和施工。光纖的衰耗很低，故無中斷，通信距離很長。光纖是絕緣體，不會受高壓線和雷電的電磁感應(yīng)，抗核輻射的能力也強，因而在某些特殊場合，電通信受干擾不能工作而光纖通信卻能照常工作。

光纖幾乎可做得不漏光，因此保密性好，光纜中的光纖也互不干擾。當(dāng)通信容量較大，距離較遠(yuǎn)時，光纖通信系統(tǒng)的每話路公里的造價較電纜通信的為低。光纖通信因有這些優(yōu)點而得到迅速發(fā)展。光纖通信的優(yōu)點傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)的缺點：傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)中存在大量的光/電、電/光轉(zhuǎn)換節(jié)點和數(shù)字交叉互聯(lián)電分插復(fù)用器：1)既限制了網(wǎng)絡(luò)的交換速度。2)對不同形式的光信號是不透明的。3)光功能器件和波導(dǎo)或光纖的連接需要亞微米的定位精度，精密定位是復(fù)雜的調(diào)整操作，所以提高了光功能器件的成本，限制了光傳送網(wǎng)的發(fā)展。4)光/電、電/光器件的微型化也是很難解決的問題。因此，光通信器件的價格和微型化已成為光傳送網(wǎng)發(fā)展的瓶頸。7.2光交換概述

1.光交換的基本概念

1)光交換的發(fā)展

光交換(OpticalSwitching)指不經(jīng)過任何光電轉(zhuǎn)換，在光域直接將輸入光信號交換到不同的輸出端。光交換也是一種光纖通信技術(shù)，是全光網(wǎng)絡(luò)(AllOpticalNetwork,AON)的核心技術(shù)之一。AON是指信號只在進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)時才進(jìn)行電/光(E/O)或光/電(O/E)轉(zhuǎn)換，而在網(wǎng)絡(luò)的傳輸和交換過程中始終以光的形式存在。

2)光交換的特點

光交換主要有以下幾個特點：

(1)光信號流在網(wǎng)絡(luò)中傳輸及交換時始終以光的形式存在，不必經(jīng)過光/電和電/光轉(zhuǎn)換，消除了節(jié)點處的瓶頸，并且信息從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸過程始終在光域內(nèi)，不受監(jiān)測器和調(diào)節(jié)器等光電器件響應(yīng)速度的限制。(2)光交換的比特率和調(diào)制方式透明，可大大提高交換單元的吞吐量，充分發(fā)揮光信號的高速、寬帶和無電磁感應(yīng)等優(yōu)點。

(3)光交換與高速的光纖傳輸速率匹配，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率。

(4)光交換根據(jù)波長來對信號進(jìn)行路由和選路，與通信采用的協(xié)議、數(shù)據(jù)格式和傳輸速率無關(guān)。

(5)光交換可以保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，提供靈活的信息路由手段。

2.光交換類型

光交換技術(shù)可分為光電路交換(OCS)、光分組交換(OPS)和光突發(fā)交換(OBS)。

1)光電路交換

光電路交換(OpticalCircuitSwitching,OCS)是在電路交換技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展的，也是面向連接的。OCS具有簡單、易于實現(xiàn)、技術(shù)成熟等優(yōu)點，可利用OADM(光分插復(fù)用)、OXC(光交叉連接)等設(shè)備來實現(xiàn)；缺點是不適合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，不適合處理突發(fā)性強和業(yè)務(wù)變化頻繁的IP業(yè)務(wù)。2)光分組交換

光分組交換(OpticalPacketSwitching,OPS)可以看做是電分組交換在光域的延伸，交換單位是高速傳輸?shù)墓夥纸M。OPS沿用電分組交換的“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”方式，是無連接的。OPS是光交換技術(shù)的理想形式，但由于目前缺乏相關(guān)的支撐技術(shù)，暫時不能實用化。這是因為在光域內(nèi)還缺乏類似電域的緩存器等邏輯器件，導(dǎo)致在“純光網(wǎng)絡(luò)”上還不能完全實現(xiàn)光分組交換，只能采用光纖延遲線(FiberDelayLine,FDL)作為緩存器，缺乏足夠的靈活性和精度。目前,OPS仍采用光電混合的辦法來實現(xiàn)，即傳輸和交換在光域完成，而控制信號在交換節(jié)點被轉(zhuǎn)換成電信號后再進(jìn)行處理。3)光突發(fā)交換

光突發(fā)交換(OpticalBurstSwitching,OBS)是作為OCS向OPS的過渡技術(shù)提出的。OBS的交換單位是突發(fā)，即為多個分組的集合，其帶寬粒度介于OCS和OPS之間。OBS比OCS靈活、帶寬利用率高，比OPS更貼近實用。可以說，OBS結(jié)合了OCS和OPS的優(yōu)點，克服了兩者的部分缺點，且因?qū)馄骷囊筝^低而成為目前國內(nèi)外的研究熱點。9.2.3通用多協(xié)議標(biāo)記交換(GMPLS)

1.GMPLS的基本概念

1)GMPLS的發(fā)展背景

通用多協(xié)議標(biāo)記交換(GeneralizedMultiProtocolLabelSwitching,GMPLS)也稱光標(biāo)記分組交換(OpticalMultiProtocolLabelSwitching,OMPLS)或多協(xié)議標(biāo)記交換(MultiProtocolLabelSwitching,MPLS)，是2001年由IETF提出的可用于光層的一種通用MPLS技術(shù)。GMPLS是MPLS技術(shù)向光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然產(chǎn)物。近幾年迅速發(fā)展的MPLS已被證明是一種非常適合于在電信網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的技術(shù),它能夠在像IP這樣的無連接網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建連接型業(yè)務(wù)，以提供完善的流量工程能力。MPLS-TE正成為下一代IP網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)。然而，MPLS畢竟是一種位于OSI七層模型中的網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層之間的技術(shù)，而WDM（WavelengthDivisionMultiplexing--波分復(fù)用）

屬于光層，是物理層技術(shù)。因此，要讓MPLS跨過數(shù)據(jù)鏈路層直接作用于物理層，必須對其進(jìn)行修改和擴展。在此情況下，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織IETF適時地推出了可用于光層的GMPLS。GMPLS技術(shù)的出現(xiàn)，使得IP與WDM之間傳統(tǒng)的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于扁平化，為光網(wǎng)絡(luò)層傳輸與交換功能的結(jié)合邁出了非常關(guān)鍵的一步，實現(xiàn)了IP與WDM的理想結(jié)合。在WDM光網(wǎng)絡(luò)中引入GMPLS技術(shù)，將最大可能地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的最佳利用，從而保證光網(wǎng)絡(luò)以最佳的性能和最廉價的費用來支持當(dāng)前和未來的各種業(yè)務(wù)隨著GMPLS技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，未來的骨干網(wǎng)絡(luò)必將逐步發(fā)展成為更有效、更強大的、最終的全光網(wǎng)絡(luò)。GMPLS與MPLS的主要區(qū)別如下:

(1)在MPLS中，網(wǎng)絡(luò)由單純的分組交換節(jié)點組成，傳輸網(wǎng)絡(luò)只能被看做是一條預(yù)先配置好的物理線路，分組交換節(jié)點不能按照資源的需求情況調(diào)節(jié)傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的物理線路資源，傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的電路分配只能通過人工的方式進(jìn)行配置。GMPLS則可以徹底改變這種狀態(tài)，實現(xiàn)快速的配置和按需分配。這種全新的光Internet能在數(shù)秒鐘內(nèi)分配帶寬資源、提供新的增值業(yè)務(wù)和為業(yè)務(wù)提供商節(jié)約大量的運營費用。

(2)MPLS通過在IP包頭添加32bit的“shim”標(biāo)記，使原來面向無連接的IP傳輸具有了面向連接的特性，極大地加快了IP包的轉(zhuǎn)發(fā)速度。GMPLS則對標(biāo)記進(jìn)行了更大的擴展，將TDM時隙、光波長、光纖等也進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)記，使得GMPLS不但可以支持IP數(shù)據(jù)包和ATM信元，而且可以支持面向話音的TDM網(wǎng)絡(luò)和提供大容量傳輸帶寬的WDM光網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)了IP數(shù)據(jù)交換、TDM電路交換(主要是SDH)和WDM光交換的歸一化標(biāo)記。(3)MPLS需要在兩端路由器之間建立LSP，而GMPLS擴展了LSP的建立概念，可以在任何類型相似的兩端標(biāo)記交換路由器之間建立LSP。(4)由于MPLS體系結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)平面、信令平面和路由平面都清晰地劃分開了，因而可以用MPLS來建立通用的網(wǎng)絡(luò)控制平面。但MPLS主要關(guān)注于數(shù)據(jù)平面(即實際的數(shù)據(jù)流量)，控制平面的功能則由GMPLS來完成。為了統(tǒng)一光控制平面，實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的智能化，GMPLS在MPLS-TE的基礎(chǔ)上進(jìn)行了相應(yīng)的擴展和加強，為分組交換設(shè)備(如路由器和交換機)、時域交換設(shè)備、波長交換設(shè)備和光交換設(shè)備提供了一個基于IP的通用控制平面，從而使得各個層面的交換設(shè)備都可以使用同樣的信令完成對用戶平面的控制，但GMPLS統(tǒng)一的僅僅是控制平面，用戶平面則仍然保持多樣化特性。(5)為了充分利用WDM光網(wǎng)絡(luò)的資源，滿足未來一些新業(yè)務(wù)的開展(VPN、光波長租用等)，實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的智能化，GMPLS還對信令和路由協(xié)議進(jìn)行了修改和補充。

(6)為了解決光網(wǎng)絡(luò)中各種鏈路的管理問題，GMPLS設(shè)計了一個全新的鏈路管理協(xié)議。

(7)為了保障光網(wǎng)絡(luò)可靠運營，GMPLS還對光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)機制進(jìn)行了改進(jìn)。2.GMPLS接口

定義了五種接口類型來實現(xiàn)以上的歸一化標(biāo)記：分組交換接口(PacketSwitchCapable,PSC)

第二層交換接口(Layer2SwitchCapable,L2SC)時隙交換接口(TimeDivisionMultiplexingCapable,TDMC)波長交換接口(LambdaSwitchCapable,LSC)光纖交換接口(FiberSwitchCapable,FSC)以上GMPLS的五種接口關(guān)系如圖9-24所示。

2.GMPLS接口(1)分組交換接口(PacketSwitchCapable,PSC)：進(jìn)行分組交換，即通過識別分組邊界，根據(jù)分組頭部的信息轉(zhuǎn)發(fā)分組。例如，MPLS的標(biāo)記交換路由器LSR基于“shim”標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

(2)第二層交換接口(Layer2SwitchCapable,L2SC)：進(jìn)行信元交換,即通過識別信元的邊界，根據(jù)信元頭部的信息轉(zhuǎn)發(fā)信元。例如,以太網(wǎng)基于MAC的內(nèi)容交換數(shù)據(jù)，而ATMLSR則基于ATM的VPI/VCI轉(zhuǎn)發(fā)信元。(3)時隙交換接口(TimeDivisionMultiplexingCapable,TDMC)：根據(jù)TDM時隙進(jìn)行業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)。例如,SDHDXC設(shè)備的電接口，可根據(jù)時隙交換SDH幀。

(4)波長交換接口(LambdaSwitchCapable,LSC)：根據(jù)承載業(yè)務(wù)的光波長或光波段轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)。(5)光纖交換接口(FiberSwitchCapable,FSC)：根據(jù)業(yè)務(wù)(光纖)在物理空間中的實際位置對其轉(zhuǎn)發(fā)。例如,OXC設(shè)備可對一根或多根光纖進(jìn)行連接操作。3.GMPLS通用標(biāo)記

GMPLS定義了分組交換標(biāo)記(對應(yīng)PSC和L2SC)、電路交換標(biāo)記(對應(yīng)TDMC)和光交換標(biāo)記(對應(yīng)LSC和FSC)。其中，分組交換標(biāo)記和傳統(tǒng)MPLS標(biāo)記相同，這里不再復(fù)述。而電路交換標(biāo)記和光交換標(biāo)記則為GMPLS新定義，包括請求標(biāo)記、通用標(biāo)記、建議標(biāo)記及設(shè)定標(biāo)記。1)請求標(biāo)記

請求標(biāo)記用于LSP通道的建立，由LSP上游節(jié)點發(fā)出，向下游節(jié)點申請建立LSP的資源。與MPLS相同，GMPLS的LPS建立過程也是由上游節(jié)點向目的節(jié)點發(fā)出“標(biāo)記請求消息”、目的節(jié)點返回“標(biāo)記映射消息”。所不同的是，“標(biāo)記請求消息”中需要增加對所要建立的LSP的說明，包括LSP封裝類型(PSC、TDMC等)、載荷類型等。請求標(biāo)記格式如圖9-25所示。(1)LSP封裝類型(LSPEnc.Type):8bit，用于表示LPS的類型。例如，當(dāng)LSP=1時，表示PSC分組傳輸；當(dāng)LSP=5時，表示TDMC的SDH；當(dāng)LSP=9時，表示FSC的光纖。(3)G-PID：16bit，指示LSP對應(yīng)的載荷類型。例如，當(dāng)G-PID=14時，表示字節(jié)同步映射的SDHE1載荷；當(dāng)G-PID=17時，表示比特同步映射的SDHDS1/T1載荷；當(dāng)G-PID=32時，表示數(shù)字包封幀。2)通用標(biāo)記

通用標(biāo)記是在LSP建立完成后，用于指示沿LSP傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)的情況。通用標(biāo)記的格式與傳輸所用的具體技術(shù)有關(guān)，電路交換和光交換所用的標(biāo)記不同。SDH/SONET電路交換標(biāo)記格式如圖9-26所示。(1)S:16bit,指示SDH/SONET的信號速率等級。S=N即表示STM-N/STS-N信號。

(2)U:4bit,指示一個STM-1中的某個高階虛容器VC.U只對SDH有效。

(3)K:4bit,只對SDH有效，表示一個VC-4含有的C-4或TUG-3的數(shù)目。

(4)L:4bit,指示TUG-3、VC-3或STS-1的SPE是否還含有低階虛容器。

(5)M:4bit，指示TUG-2/VT的低階虛容器的數(shù)目。

3)建議標(biāo)記

建議標(biāo)記是一種優(yōu)化標(biāo)記，可以和請求標(biāo)記同時發(fā)出。建議標(biāo)記由準(zhǔn)備建立LSP通道的上游節(jié)點發(fā)出，告知下游節(jié)點建立這個LSP通道所希望的標(biāo)記類型。這就可以讓上游節(jié)點無需獲得下游節(jié)點反饋標(biāo)記的確認(rèn)，而先對硬件設(shè)備進(jìn)行配置，從而大大減少建立LSP通道所需的時間和控制開銷。例如，光開關(guān)的切換需要一定時間，可通過建議標(biāo)記讓光開關(guān)提前動作而不必等待反饋信息。LSP通道能否最終建立,需由反饋標(biāo)記確定。由于