淺談軟交換網絡及發展前景

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摘要本文介紹了軟交換技術的功能和軟交換網絡的基本概念，研究了軟交換網絡的框架結構、相關協議、特點，探討了軟交換網絡發展前景。

關鍵詞軟交換；H.248協議；發展前景；IMS

1引言

隨著因特網的迅猛發展，用戶對新業務的需求不斷增加，傳統交換網絡采用依靠交換機和信令提供業務的方式，通常在制定交換機規范的時候要確定該交換機應提供什么業務，在增加新的業務時必須要對每一個交換機或信令做相應的改造，因此新業務提供時間較長。利用軟交換技術，構建一個統一的網絡平臺，即軟交換網絡。通過這個平臺同時承載話音、視頻和數據等各項綜合業務，并提供開放式的業務層標準接口，引入新業務。軟交換網絡可以最大限度地保護現有電信網絡的投資，能降低網絡建設和運行維護成本；能快速提供業務，涉足新領域，以創造新的運營利潤增長點；能適應技術發展趨勢，滿足不同用戶需求。

2軟交換網絡

軟交換的主要設計思想是業務與控制分離、承載與接入分離的思想，把傳統交換機功能實體離散分布在網絡之中（如圖1）。軟交換技術是一種功能實體，為軟交換網絡提供具有實時性要求的業務的呼叫控制和連接控制功能。

軟交換網絡是基于分組交換的網絡，在原有電路交換機的基礎上，將業務功能（業務提供）、控制功能（呼叫和信令控制）和接入功能（中繼和用戶接入）相分離，形成軟交換網絡的應用服務器、控制設備、信令網關和各種接入媒體網關。

軟交換網絡是一個可以同時向用戶提供語音、數據、視頻等業務的開放網絡。它采用一種分層的網絡結構，使得組網更加靈活和方便。整個網絡被分成接入層、傳送層、控制層和業務層（如圖2），即把控制和業務的提供從媒體層中分離出來。

⑴業務應用層：主要由各類業務應用平臺構成，包括應用服務器、數據庫、策略服務器、SCP、AAA服務器等。軟交換技術將電話交換機的業務控制模塊獨立成為一個物理實體，稱為應用服務器(AS)，主要功能是完成業務的實現，向用戶提供各種增值業務。存放業務邏輯和業務數據，并可以通過應用服務器提供API接口。

⑵控制層：主要由軟交換機設備構成。軟交換技術將電話交換機的交換模塊獨立成為一個物理實體，稱為軟交換機(SS：SoftSwitch)，SS主要功能是完成對邊緣接入層中的所有媒體網關的各種業務呼叫控制，并負責各媒體網關之間通信的控制。

⑶核心傳送層：核心傳送層實際上就是軟交換網的承載網絡，為業務媒體流和控制信息流提供統一的、保證QoS的高速分組傳送平臺，其作用和功能就是將邊緣接入層中的各種媒體網關、控制層中的軟交換機、業務應用層中的各種服務器平臺等各個軟交換網網元連接起來。軟交換網中各網元之間均是將各種控制信息和業務數據信息封裝在IP數據包中，通過核心傳送層的IP網進行通信。

鑒于IP網能夠同時承載語音、數據、視頻等多種媒體信息，同時具有協議簡單、終端設備對協議的支持性好且價格低廉的優勢，因此軟交換網選擇了IP網作為承載網絡。目前主要包括IP網和ATM網。

⑷邊緣接入層：主要包括各類媒體網關設備、綜合接入設備(IAD)及各種終端設備。軟交換技術將電話交換機的業務接入模塊獨立成為一個物理實體，稱為媒體網關(MG)，MG功能是采用各種手段將各種用戶及業務接入到軟交換網絡中，MG完成數據格式和協議的轉換，將接入的所有媒體信息流均轉換為采用IP協議的數據包在軟交換網絡中傳送。

中繼媒體網關（TG）和信令網關（SG）共同完成了電話交換機的業務接入功能模塊的功能，實現了普通PSTN／PLMN電話用戶的語音業務的接入，并將語音信息適配為適合在軟交換網內傳送的IP包。同時軟交換技術還對業務接入功能進行了擴展，體現在AG、IAD、MSAG、H.323GW、WAG等幾類媒體網關。通過各類MG，軟交換網實現了將PSTN／PLMN用戶、H.323IP電話網用戶、無線接入用戶的語音、數據、多媒體業務的綜合接入。

軟交換網絡各層之間采用標準的協議和接口。各層之間相互獨立，獨自發展，每層之內的技術革新不影響其他層，并且軟交換網絡能夠提供靈活多樣的接入方式。通過開放的API接口可以支持運營商、第三方業務提供商開發新業務。

3軟交換網絡的特點

⑴由于采用開放的網絡架構體系，部件間的協議接口基于相應的標準，能方便各種異構網的互通。

⑵由于功能的分離，各種接入媒體網關的設置可以更加靈活，軟交換機的控制能力和管理范圍可以很大。通過呼叫控制與承載的分離，便于在承載層采用新的網絡傳送技術；通過承載與接入的分離，便于充分利用各種現有的以及新興的網絡接入技術；通過業務與呼叫控制的分離，業務的提供可以更加豐富、快捷。

⑶由于是基于分組的網絡，其網絡帶寬是共享的，因此，語音和控制媒體流的承載可以是端到端的。

⑷由于網絡層采用統一IP協議，網絡資源可以共享，實現了業務的融合。

4軟交換網絡中的協議及標準

⑴軟交換機與應用服務器之間的協議

軟交換和應用服務器之間采用SIP協議。為了實現軟交換網業務與軟交換設備廠商的分離，即軟交換網業務的開放不依賴于軟交換設備供應商，允許第三方基于應用服務器獨立開發軟交換網業務應用軟件，因此，定義了軟交換機與應用服務器之間的開放的Parlay接口。軟交換機與智能網SCP之間通過標準的智能網應用層協議(INAP、CAP)通信。

⑵軟交換機之間的協議

當需要由不同的軟交換機控制的媒體網關進行通信時，相關的軟交換機之間需要通信，軟交換機與軟交換機之間的協議有BICC協議和SIP-T協議兩種。

BICC協議是ITU-T推薦的標準協議，它主要是將原七號信令中的ISUP協議進行封裝，對多媒體數據業務的支持存在一定不足。SIP-T是IETF推薦的標準協議，它主要是對原SIP協議進行擴展，屬于一種應用層協議，采用Client-Serve結構，對多媒體數據業務的支持較好，便于增加新業務。目前BICC和SIP協議在國際上均有較多的應用。

⑶媒體網關與軟交換機之間的協議

除SG外的各媒體網關與軟交換機之間的協議有MGCP協議或MEGACO／H.248協議兩種媒體網關控制協議。MEGACO／H.248實際上是同一個協議的名字，由IETF和ITU-T聯合開發，IETF稱為MEGACO，ITU-T稱為H.248。

信令網關（SG）與軟交換機之間采用信令傳送協議（SIGTRAN），在IP網上傳送No.7信令的高層信令信息（TUP/ISUP/SCCP）。SIGTRAN的低層采用流控制傳送協議（SCTP）。SIGTRAN／SCTP協議的根本功能在于將PSTN中基于TDM的七號信令通過SG以IP網作為承載透明傳至軟交換機，由軟交換機完成對七號信令的處理。

⑷媒體網關之間的協議

除SG外，各媒體網關之間通過數據傳送協議RTP(Real-timeTransport

Protoco1)傳送用戶之間的語音、數據、視頻等各種信息流。RTP協議是IETF提出的適用于一般多媒體通信的通用技術，RTP協議包括兩個相關協議：RTP協議[RFC1889]和RTCP[RFC1890]，前者用于傳送實時數據，后者用于RTP數據傳輸質量的反饋。目前，基于H.323和基于SIP的兩大IP電話系統均是采用RTP作為IP電話網關之間的通信協議。

⑸總結

MGCP、MEGACO／H.248、SIGTRAN、BICC、STP-T、Parlay協議傳送的均是控制類信息，不包含任何用戶之間的有用通信信息。SCTP協議可以在IP網上承載No.7、H.248、ISDN、SIP、BICC等控制協議。RTP傳送的是用戶之間的有用通信信息。同時，媒體網關與連接的非軟交換網設備之間需采用相應的協議通信。值得一提的是，軟交換網與H．323網互通，H.323GW與H.323網的IP電話網關采用RTP通信，同時軟交換機需與H.323網的網守之間采用H.323協議通信。

5H.248協議

H.248協議使語音、傳真和多媒體信號在PSTN與IP網之間進行交換成為可能。H.248協議連接模型主要用于描述媒體網關中的邏輯實體，這些邏輯實體由MGC控制。連接模型中的主要抽象概念是終結點（Termination）和關聯（Context）。終結點是MG上的邏輯實體，它發送或接收一個或多個數據流。關聯表明了某些終結點之間的連接關系。

H.248協議定義了32種類型的包（Package）。

H.248中共有8個命令，分別為：(1)僅由MGC端發起的命令：Add為MGC指示MG向指定的關聯域中加入終端；Subtract為MGC指示MG從關聯域中去除終端；Move為MGC指示MG把終端從一個關聯域移到另一個關聯域；Modify為MGC指示MG修改終端的屬性、事件或信號等；AuditValue為MGC請求MG返回終端的屬性、事件、信號和統計特性的當前值；AuditCapabilities為MGC請求MG返回反映網關處理能力的終端的屬性、事件、信號和統計特性的所有可能值。(2)僅由MG端發起的命令有：Notify為MG向MGC報告其檢測或發生的事件。(3)MGC端和MG端都可發起的命令有：ServiceChange為MG向MGC通知終端將要退出服務或恢復正常的服務，MGC也可用此命令向MG指示相關終端退出服務或恢復正常的服務。

H.248協議中有12類描述符，最主要的描述符有：（1）Media描述符：此描述符中的參數與媒體流有關，具體分為TerminationState描述符和Stream描述符兩大類，其中TerminationState描述符中的參數與媒體流類型無關，Stream描述符中的參數則與媒體流類型有關；（2）Event描述符：軟交換要求媒體網關報告的事件；（3）ObservedEvent描述符：媒體網關報告檢測到的事件；（4）Signal描述符：軟交換要求媒體網關在終結點上應用的信號；（5）Audit描述符：審計媒體網關當前的能力。

當在IP網絡上傳輸本協議時，使用IPSec[RFC2401]到[RFC2422]對H.248協議的傳輸進行保護。

6軟交換網絡發展前景

當前的軟交換網絡具有以下特點，而這些特點也正是軟交換網絡的發展趨勢：

⑴更加徹底的分離

IMS(IPMultimediaSubsystem)是IP多媒體系統，是一種全新的多媒體業務形式，它能夠滿足現在的終端客戶更新穎、更多樣化多媒體業務的需求。IMS可以看作是一種新的軟交換技術。目前，IMS被認為是下一代網絡的核心技術，也是解決移動與固網融合，引入語音、數據、視頻三重融合等差異化業務的重要方式。但是，目前全球IMS網絡多數處于初級階段，應用方式也處于業界探討當中。

軟交換本身就是一種分離思想，而IMS比軟交換更加徹底的分離。（如圖3）。徹底的分離體現在以下幾點：

呼叫控制和業務的分離。傳統軟交換雖然已經將大部分增值業務分離出來放到了業務層，但是自身仍然保留了一些補充業務。IMS將這些保留的業務統統拿出來放在了業務層的應用服務器中，這顯然是呼叫控制和業務徹底的分離。

呼叫控制與媒體網關控制的分離。傳統軟交換同時提供了基于SIP的會話呼叫控制和基于H.248／MEGACO／MGCP的媒體網關控制器的功能，在IMS中將這兩者分離出來。隨著傳統網絡的逐漸淡出，SIP網絡的逐漸主導，將上述兩者功能分離更能使網絡結構簡單，呼叫路由的高效。

用戶數據從軟交換中的分離。軟交換一般將用戶數據放置在軟交換設備自身之中，IMS將這些用戶數據從軟交換中分離出來，并將用戶數據與其相關聯的業務數據集中到稱為HSS（HomeSubscriberServer）的設備之中。這種用戶數據的分離集中更加有利于業務的實現和提供。⑵呼叫協議統一

SIP協議一統天下。采用SIP協議，信令信息是基于文本的，較H.323協議簡單靈活、擴展性好，且基于Internet標準，在語音、數據業務結合和互通方面具有優勢，網絡兼容性也強，能跨越媒體和設備實現呼叫控制，支持媒體格式，可動態增刪媒體流，容易實現不同網絡間的互連互通以及實現更加豐富的業務特性。

⑶與接入方式兼容

對多種接入方式的兼容是軟交換網絡的一個特點，IMS將該特點更加進一步發展。在傳統軟交換網絡中由于媒體網關控制功能沒有分離出來以及媒體網關控制協議的多樣性導致了并沒有實現對多種接入方式的兼容，而在IMS中由于對接入網絡的徹底分離和SIP協議的應用使其真正意義上實現了對多接入方式的兼容。

⑷一致的歸屬業務能力

目前的軟交換網絡沒有充分考慮對用戶終端的漫游支持，而IMS中P-CSCI（-CSCI）功能實體的引入，使終端無論是漫游到外地還是其他運營商的網絡都能夠通過拜訪地或拜訪網絡的P-CSCF接入到IMS中，從而建立用戶終端與其歸屬HSS及S-CSCF（服務-CSCF）的信令通路，由歸屬地的S-CSCF控制用戶業務。

⑸更好服務質量和安全保證

在IMS中存在多種CSCF功能實體，這些實體具有不同的功能任務，這與傳統軟交換網絡中軟交換設備的統一功能是不同的。通過這些功能實體，IMS提供了更好的服務質量和安全保證。在這些IMS功能實體中，P-CSCF完成了用戶終端及接入網絡和IMS核心網絡的隔離，I-CSCF（詢問-CSCF）完成了不同運營商之間IMS網絡的隔離，從而保證了網絡的安全。

7結束語

軟交換網絡的發展將使網絡結構更加清晰合理，網絡成本更加節約，使用戶數據更為集中，新業務提供更加容易；同時這種發展了的軟交換網絡也保證了與傳統網絡的兼容。中國通信標準協會網絡與軟交換技術工作委員會主席趙惠玲指出，雖然軟交換設備功能及其穩定性能夠滿足商用要求，但與之配套的運營支撐及維護管理體制要進行相應的變革；在網絡的規劃上應遵循“大容量、小節點、廣覆蓋、全功能、扁平化”的原則。

參考文獻

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