第六章 軟交換技術

第六章

軟交換技術

2004.2，ITU-T在新頒布的《Y.NGN-overview》建議草案中給出了下一代網(wǎng)絡的初步定義：“NGN是一個分組網(wǎng)絡，它提供包括電信業(yè)務在內的多種業(yè)務，能夠利用多種帶寬和具有QoS能力的傳送技術，實現(xiàn)業(yè)務功能與底層傳送技術的分離；它提供用戶對不同業(yè)務提供商網(wǎng)絡的自由接入，并支持通用移動性，實現(xiàn)用戶對業(yè)務使用的一致性和統(tǒng)一性。”軟交換（SS，SoftwareSwitching）是NGN的核心技術。軟交換思想是在電信網(wǎng)向NGN演進的需求下產(chǎn)生的。下一代網(wǎng)絡NGN定義NGN主要技術方向下一代傳送網(wǎng)：MSTPULHASON下一代互聯(lián)網(wǎng)：NGI/IPv6下一代交換網(wǎng)：軟交換IMS

下一代移動網(wǎng)：3GE3GB3GNGN下一代接入網(wǎng)：Wimax,GPON，IPTVEndUser以軟交換為核心的NGN示意模型《程控交換與軟交換技術》

北京郵電大學出版社《現(xiàn)代交換原理與技術》

電子工業(yè)出版社《軟交換與IMS技術》

北京郵電大學出版社《軟交換與NGN》

人民郵電出版社《基于軟交換的下一代網(wǎng)絡解決方案》

北京郵電大學出版社參考書目內容安排21軟交換技術產(chǎn)生的背景3軟交換系統(tǒng)原理軟交換組網(wǎng)思考：軟交換的主要技術特征是什么？面臨什么問題（背景）采用什么方法（原理）1軟交換技術產(chǎn)生的背景業(yè)務需求的驅動網(wǎng)絡融合的驅動網(wǎng)絡開放的驅動電話網(wǎng)中程控交換機的歷史貢獻：路由選擇（交換）和呼叫業(yè)務控制用軟件實現(xiàn)對交換的控制主要特點：電路交換方式，雙向64kbit/s固定帶寬信道存在問題：不適于承載突發(fā)數(shù)據(jù)量大、上下行數(shù)據(jù)流量差異大的數(shù)據(jù)業(yè)務。

1.業(yè)務需求的驅動數(shù)據(jù)（IP）網(wǎng)的核心設備：路由器主要特點：分組交換方式，根據(jù)業(yè)務量需要動態(tài)地占用上下行傳輸通道存在問題：IP網(wǎng)本身并不提供任何高層業(yè)務控制功能若在IP網(wǎng)上開放語音業(yè)務，必須額外增加電話業(yè)務的控制設備。1.業(yè)務需求的驅動2.網(wǎng)絡融合的驅動多種接入統(tǒng)一傳輸開放業(yè)務ApplicationFrameworkInterfacesServiceInterfaceServiceInterface...ResourceInterfaceResourceInterfaceResourceInterfaceApplication業(yè)務/應用1）為網(wǎng)絡運營商范圍之外的第三方提供安全可控的接入網(wǎng)絡資源的能力2)提供資源能力的注冊、查找和訂購提供目前和將來網(wǎng)絡能夠提供的各種網(wǎng)絡資源的控制能力資源應用編程接口API

異構網(wǎng)絡中間件的產(chǎn)生3.網(wǎng)絡開放的驅動ParlayAPIEndUserApplicationsNetworkResourcesNetworkResourcesCallControlUserInteractionPolicyManagementMobilityChargingAccountManagementTerminalCapabilitiesDataSessionControlConnectivityManagementGenericMessagingFRAMEWORKPresence能力特征集：1）基本呼叫控制2）多方呼叫控制3）多媒體呼叫控制4）會議呼叫控制5）基本用戶交互6）移動性管理7）終端能力8）數(shù)據(jù)會話控制9）通用消息10）連通性管理11）帳戶管理12）計費管理13）策略管理14）呈現(xiàn)和可用性管理15）多媒體消息……網(wǎng)絡能力的開放213軟交換系統(tǒng)原理軟交換概念軟交換系統(tǒng)組成軟交換系統(tǒng)協(xié)議棧軟交換系統(tǒng)網(wǎng)關和接入技術軟交換系統(tǒng)業(yè)務技術軟交換控制器原理

外圍模塊電路交換矩陣信令/呼叫控制管理/業(yè)務控制1.軟交換概念接入層接入網(wǎng)關業(yè)務控制層網(wǎng)絡管理與計費

應用服務器軟交換體系結構傳統(tǒng)電路交換機體系結構媒體交換層分組交換網(wǎng)呼叫控制層軟交換機開放的接口協(xié)議

網(wǎng)絡演進以及下一代分組網(wǎng)絡的核心設備之一。它獨立于傳送網(wǎng)絡，主要完成呼叫控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認證、計費等主要功能，同時可以向用戶提供現(xiàn)有電路交換機所能提供的所有業(yè)務，并向第三方提供可編程能力。

-----信息產(chǎn)業(yè)部軟交換定義

外圍接入層核心傳送層會話控制層業(yè)務/管理層NMC運行支撐系統(tǒng)業(yè)務提供商PSTN各類接入網(wǎng)7號信令網(wǎng)絡其它VoIP系統(tǒng)其它軟交換系統(tǒng)智能網(wǎng)SGMGASAGSCPMSSSC軟交換控制器（軟交換機）呼叫控制資源管理路由控制地址解析/翻譯信令網(wǎng)關－連接SS7和IP網(wǎng)絡－實現(xiàn)SS7信令傳輸格式轉換中繼媒體網(wǎng)關－連接PSTN與IP網(wǎng)絡－實現(xiàn)媒體傳輸格式轉換－主要用于中繼接入接入網(wǎng)關－用于終端用戶/PBX/無線基站的接入－完成媒體流轉換和用戶信令處理等功能應用服務器提供業(yè)務執(zhí)行，管理，開發(fā)環(huán)境媒體服務器－提供特殊媒體資源－提供IVR功能系統(tǒng)管理中心－提供系統(tǒng)管理功能－連接運行支撐系統(tǒng)IAD綜合接入設備－用于傳統(tǒng)用戶終端設備的接入－完成用戶端數(shù)據(jù)、語音等的接入功能2.軟交換系統(tǒng)組成3.軟交換的主要特點軟交換系統(tǒng)的最大優(yōu)勢是將應用層和控制層完全分開，有利于快速方便的引入新業(yè)務。軟交換將傳統(tǒng)交換機的功能模塊分離成為獨立的網(wǎng)絡部件，各個部件可以按相應的功能劃分各自獨立發(fā)展。軟交換系統(tǒng)部件間的協(xié)議接口基于相應的標準，方便了各種異構網(wǎng)互通的實現(xiàn)。軟交換系統(tǒng)可以為模擬用戶、數(shù)字用戶、移動用戶、IP網(wǎng)絡用戶、ISDN用戶等多種網(wǎng)絡用戶提供業(yè)務。軟交換可以利用標準的全開放應用平臺為客戶定制各種新業(yè)務和綜合業(yè)務，最大限度的滿足用戶需求。

應用服務器AAA服務器網(wǎng)管系統(tǒng)業(yè)務提供網(wǎng)絡管理計費SSF呼叫控制互通軟交換H.323網(wǎng)絡SIP網(wǎng)絡軟交換SG現(xiàn)有IN媒體網(wǎng)關SIP終端H.248終端MGCP終端SGNo.7網(wǎng)絡Radius待定SNMPSIPH.323SIP/BICCSIPH.248MGCPH.248INAP/IPSS7/IP4.軟交換的主要功能主要功能呼叫控制和處理功能呼叫的建立、維持和釋放控制功能。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；應用協(xié)議；管理協(xié)議。業(yè)務提供功能基本業(yè)務、補充業(yè)務、增值業(yè)務。業(yè)務交換功能SSP操作維護功能用戶使用、配置、監(jiān)視軟交換設備的工具集。計費功能

5.軟交換網(wǎng)關和接入技術信令網(wǎng)關SG媒體網(wǎng)關MG：

中繼網(wǎng)關TG接入網(wǎng)關AG綜合接入設備IAD實現(xiàn)SCN網(wǎng)絡與IP網(wǎng)絡的信令互通，提供SS7信令點和IP網(wǎng)內呼叫控制實體（軟交換/呼叫服務器/媒體網(wǎng)關控制器）雙向的信令接口，實現(xiàn)SCN信令的中繼、轉換或終結處理。信令網(wǎng)關的協(xié)議包含兩部分：SCN側信令協(xié)議：信令網(wǎng)關必須發(fā)送、接收標準的SCN信令消息，如標準的七號信令協(xié)議。IP網(wǎng)絡側協(xié)議：采用IETF的SIGTRAN協(xié)議，完成7號信令在IP網(wǎng)絡層的封裝，解決7號信令網(wǎng)與IP網(wǎng)實體相互跨界訪問的需要。信令網(wǎng)關（SG）

軟交換體系中提供專用媒體資源功能的獨立設備，可以提供音頻或視頻信號的播放以及一些附加功能，用于融合網(wǎng)絡的增強服務。

媒體服務器基本的資源功能有DTMF數(shù)字接收、信號音產(chǎn)生、錄音通知發(fā)送、媒體流合成、傳真等，除此之外還具有會議橋、語音識別、文本語音轉換等專用資源。媒體服務器（MS)

提供中繼接入，可以和軟交換以及信令網(wǎng)關配合替代現(xiàn)有的匯接/長途局，因此可放置在現(xiàn)有電話網(wǎng)的匯接/長途局位置。中繼網(wǎng)關由軟交換控制，主要作用是將媒體從一種傳輸格式轉換為另一種傳輸格式，最常見的是將電路媒體格式轉換為分組媒體格式。中繼網(wǎng)關要實現(xiàn)以下幾種功能：1）異構網(wǎng)絡接入2）媒體流的映射功能3）受控操作功能：在軟交換的控制下，中繼網(wǎng)關能夠選擇編碼壓縮算法、能夠檢測各種特殊的信號，能夠對自身資源進行申請、預約、占用、釋放等操作。4）管理和統(tǒng)計功能中繼網(wǎng)關（TG/TMG）應用舉例

用戶網(wǎng)絡接入軟交換核心傳送層的“入口”，負責大容量密集用戶或各種接入網(wǎng)用戶的綜合接入。與中繼網(wǎng)關相同點：接入網(wǎng)關的主要功能是媒體處理功能，負責將SCN側語音轉換為RTP/RTCP分組進行發(fā)送，反之亦然。接入網(wǎng)關可以通過各種具有語音動態(tài)預測編碼技術的編碼器（如G.711、G.723和G.726及其變種）來優(yōu)化帶寬。與中繼網(wǎng)關不同的點：接入網(wǎng)關除具有媒體處理功能外，通常還具有用戶信令處理功能。接入網(wǎng)關(AG/AMG)

將用戶端的語音、數(shù)據(jù)和圖像視頻等應用需求接入到分組交換網(wǎng)絡中，并在分組交換網(wǎng)絡中完成相應的功能。IAD用戶端口數(shù)一般不超過48個，無需專門機房，一般放置于離用戶較近的地方。IAD接入方式使用比較靈活、適應范圍廣，如家庭、樓道、桌面、IP超市等。綜合接入設備IAD

基于IP分組網(wǎng)絡的智能電話終端。該類終端的語音、視頻和數(shù)據(jù)及信令都是直接基于IP分組方式，采用分組電話信令（H.323、MGCP/H.248、SIP），接受軟交換設備的控制以實現(xiàn)語音、視頻、數(shù)據(jù)通信功能。智能終端是一個完整的硬件、軟件結合體，可以通過LAN或ADSL的方式接入IP網(wǎng)絡以實現(xiàn)各類通信功能，因此一般都需要通過靜態(tài)或動態(tài)的方式得到一個IP地址。智能終端雖然可直接實現(xiàn)點對點的通信，但在一個運營商大網(wǎng)絡中通信時，為了合法的得到服務，必須有一個到軟交換設備的顯示的注冊過程以及終端自身的配置過程，這與普通PSTN電話終端插上即用的方式是有一定區(qū)別的。

同時，IP智能終端還必須提供一定的接口以接受軟交換網(wǎng)絡相應的管理和維護。IP智能終端6.軟交換系統(tǒng)協(xié)議棧（體現(xiàn)通信軟件特征）SIGTRAN協(xié)議分類按功能實體劃分：軟交換設備和應用服務器間的接口：SIP、INAP和ParlayAPI等；軟交換設備和媒體網(wǎng)關間的接口：MGCP和Megaco/H.248等；軟交換設備之間的接口：BICC和SIP-T；軟交換設備和媒體服務器間的接口：MGCP和SIP；軟交換設備和IP終端之間的接口：MGCP、SIP和H.323等；軟交換設備和維護管理服務器間的接口：SNMP和COPS等。按協(xié)議功能劃分：呼叫控制協(xié)議：包括ISUP、BICC、SIP-T、SIP、H.323等；媒體控制協(xié)議：包括H.248、MGCP、SIP等；應用支持協(xié)議：包括PARLAY、SIP、INAP、MAP、LDAP、RADIUS等；維護管理協(xié)議：包括SNMP、COPS。軟交換的主要協(xié)議一、H.323

H.323協(xié)議原是ITU為在局域網(wǎng)上開展多媒體業(yè)務制定的，其初衷是希望該協(xié)議用于多媒體會議系統(tǒng)，但目前它卻在IP電話領域得到廣泛應用，并取得很好效果。目前普遍認為H.323協(xié)議是在分組網(wǎng)上支持話音、圖像和數(shù)據(jù)業(yè)務最成熟的協(xié)議。H.323是一個框架性協(xié)議，它由一系列協(xié)議組成。下圖是H.323協(xié)議棧。

軟交換的主要協(xié)議H.323協(xié)議棧H.323一共定義了四種部件：終端（Terminal）：在基于IP的網(wǎng)絡上是一個客戶端點?？梢赃M行實時單向、雙向通信。終端間使用H.245協(xié)議來進行信道容量等的協(xié)商，使用H.255.0協(xié)議進行連接建立，使用實時傳輸協(xié)議RTP/實時傳輸控制協(xié)議RTCP進行音頻和視頻分組傳輸。網(wǎng)關（Gateway）：提供分組交換網(wǎng)和電路交換網(wǎng)之間的一個連接。完成通信協(xié)議轉換和音視頻編碼格式轉換。軟交換的主要協(xié)議關守（Gatekeeper）：是H.323會議系統(tǒng)的一個可選部件，當一個H.323系統(tǒng)中有關守時，所有類型的終端用戶在建立一次呼叫之前都需要到關守登錄并獲得它的許可。多點控制單元（MCU）：支持3個以上的終端用戶進行會話。典型的MCU包括一個多點控制器（MC）和若干個多點處理器（MP）。MC提供控制功能，如終端之間的協(xié)商，決定處理話音或視頻共有的能力。MP完成會話中的媒體流的處理，如話音的混合、話音/視頻交換。軟交換的主要協(xié)議二、MGCP（媒體網(wǎng)關控制協(xié)議

）H.323網(wǎng)絡向下一代IP電話網(wǎng)絡演進時，H.323網(wǎng)關的媒體和信令處理功能將會分離：媒體網(wǎng)關（MG）只負責媒體的處理，信令處理功能將會轉移到媒體網(wǎng)關控制器（MGC）中。MGC和MG之間的通信采用MGCP或H.248協(xié)議。其中MGCP為IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務組：全球互聯(lián)網(wǎng)最具權威的技術標準化組織）的標準，H.248為ITU-T（國際電信聯(lián)盟）的標準。ISO已經(jīng)明確指出MGCP最終將被H.248協(xié)議所代替，但在一定時間內MGCP還會繼續(xù)存在。軟交換的主要協(xié)議三、H.248協(xié)議H.248協(xié)議又稱為媒體網(wǎng)關控制協(xié)議Megaco。H.248是IETF和ITU-T制定的媒體網(wǎng)關控制協(xié)議，用于媒體網(wǎng)關控制器和媒體網(wǎng)關之間的通信。H.248/Megaco是在MGCP基礎上發(fā)展和演變而來的，兩者的網(wǎng)絡結構和控制機理完全相同。H.248/Megaco在功能上有所擴展，如MGCP只支持文本編碼，H.248/Megaco則增加了二進制編碼。雖然主流廠商大多已開發(fā)出支持MGCP設備，ISO明確指出MGCP最終將被H.248/Megaco替代。軟交換的主要協(xié)議H.248協(xié)議應用在媒體網(wǎng)關和軟交換之間、軟交換和H.248/Megaco終端之間，是軟交換支持的重要協(xié)議。如下圖：H.248協(xié)議應用范圍所示。軟交換的主要協(xié)議H.248/Megaco協(xié)議的兩個基本概念：終端：媒體網(wǎng)關邏輯實體，能夠發(fā)送和接受一個或多個媒體，如模擬用戶接入網(wǎng)關中的電話線、中繼網(wǎng)關中的中繼電路。一臺終端在任一時刻屬于且只能屬于一個上下文。上下文：一些終端之間的聯(lián)系，是描述終端間拓撲關系和媒體交換的參數(shù)，可通過Add命令進行創(chuàng)建，通過Subtract、Move命令進行刪除。軟交換的主要協(xié)議H.248通過Add、Modify、Subtract、Move、AuditValue、AuditCapability、Notify和ServiceChange八個命令完成對終結點和關聯(lián)之間的操作，從而完成呼叫的建立和釋放。典型的H.248/Megaco呼叫過程為：（1）主叫摘機；（2）媒體網(wǎng)關（MG）檢測到摘機信息后，通過Notify命令將摘機事件報告給媒體網(wǎng)關控制器（MGC）；（3）MGC通過Add命令讓MG將主叫端口加入一個上下文Context，并向主叫送撥號音；（4）用戶撥號，MG將收到的號碼通過Notify命令報告給MGC；（5）MGC分析被叫號碼，找出被叫MG，命令被叫方MG將被叫端口加入一個Context；（6）MGC命令主叫MG向主叫送回鈴音，被叫MG向被叫送振鈴音；（7）被叫摘機，MGC命令兩個MG連接主被叫；（8）主/被叫掛機，MGC命令各MG釋放主被叫連接，將主/被叫端口Context清空。軟交換的主要協(xié)議四、SIP協(xié)議SIP(會話啟動協(xié)議)是IETF提出的在IP網(wǎng)絡上進行多媒體通信的應用層控制協(xié)議，利用SIP可實現(xiàn)會話的發(fā)起、建立和釋放，支持單播、組播和移動性，SIP還可與SDP（會話描述協(xié)議）配合，動態(tài)調整和修改會話屬性，如通話帶寬、傳輸媒體類型及媒體的編解碼格式。在各類軟交換系統(tǒng)中，SIP協(xié)議主要應用于軟交換與SIP終端之間，或者將SIP協(xié)議用于軟交換與應用服務器之間，提供基于SIP的增值業(yè)務。軟交換的主要協(xié)議SIP網(wǎng)絡采用客戶機/服務器工作方式，包含兩類組件：用戶代理(UserAgent)和網(wǎng)絡服務器(NetworkServer)。用戶代理又分為用戶代理客戶端(UAC)和用戶代理服務器(UAS)，其中UAC負責發(fā)起SIP呼叫請求，UAS負責對呼叫請求做出響應。網(wǎng)絡服務器主要為用戶代理提供注冊、認證、鑒權、路由等服務，分為代理服務器(ProxyServer)、重定向服務器(RedirectServer)和注冊服務器(Register)三種。軟交換的主要協(xié)議SIP的主要請求消息：Register：本地服務登記Invite：初始化呼叫Ack：證實客戶機收到了對Invite請求的最終響應Cancel：取消正在進行中的請求Bye：結束會話Options：詢問遠端支持的特性軟交換的主要協(xié)議例：假設呼叫在兩個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，MG1和MG2屬于同一個軟交換控制的范圍。7.軟交換呼叫控制原理43具體信令交互流程：44