軟交換技術及其應用

2021-11-25 22:07:17 來源: 網絡

摘要：通過對軟交換的基本原理的認真分析，論述了軟交換的主要特點和功能，簡要介紹了軟交換在VoIP中的應用，并對軟交換發展中需要繼續研究的問題進行了探討。

關鍵詞：軟交換協議網絡原理應用

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201710/368677.htm

隨著通信網絡技術的飛速發展，人們對于寬帶及業務的要求也在迅速增長，為了向用戶提供更加靈活、多樣的現有業務和新增業務，提供給用戶更加個性化的服務，提出了下一代網絡的概念，且目前各大電信運營商已開始著手進行下一代通信網絡的實驗。軟交換技術又是下一代通信網絡解決方案中的焦點之一，已成為近年來業界討論的熱點話題。我國網絡與交換標準研究組已經完成了有關軟交換體系的總體技術要求框架，８６３計劃也對有關軟交換系統在多媒體和移動通信系統方面的研究課題進行了立項。

１軟交換概念的提出及定義

軟交換的概念最早起源于美國。當時在企業網絡環境下，用戶采用基于以太網的電話，通過一套基于ＰＣ服務器的呼叫控制軟件（ＣａｌｌＭａｎａｇｅｒ、ＣａｌｌＳｅｒｖｅｒ），實現ＰＢＸ功能（ＩＰＰＢＸ）。對于這樣一套設備，系統不需單獨鋪設網絡，而只通過與局域網共享就可實現管理與維護的統一，綜合成本遠低于傳統的ＰＢＸ。由于企業網環境對設備的可靠性、計費和管理要求不高，主要用于滿足通信需求，設備門檻低，許多設備商都可提供此類解決方案，因此ＩＰＰＢＸ應用獲得了巨大成功。受到ＩＰＰＢＸ成功的啟發，為了提高網絡綜合運營效益，網絡的發展更加趨于合理、開放，更好的服務于用戶。業界提出了這樣一種思想：將傳統的交換設備部件化，分為呼叫控制與媒體處理，二者之間采用標準協議（ＭＧＣＰ、Ｈ２４８）且主要使用純軟件進行處理，于是，ＳｏｆｔＳｗｉｔｃｈ（軟交換）技術應運而生。

軟交換概念一經提出，很快便得到了業界的廣泛認同和重視，ＩＳＣ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｏｆｔＳｗｉｔｃｈＣｏｎｓｏｒｔｉｕｍ）的成立更加快了軟交換技術的發展步伐，軟交換相關標準和協議得到了ＩＥＴＦ、ＩＴＵ－Ｔ等國際標準化組織的重視。

根據國際Ｓｏｆｔｓｗｉｔｃｈ論壇ＩＳＣ的定義，Ｓｏｆｔｓｗｉｔｃｈ是基于分組網利用程控軟件提供呼叫控制功能和媒體處理相分離的設備和系統。因此，軟交換的基本含義就是將呼叫控制功能從媒體網關（傳輸層）中分離出來，通過軟件實現基本呼叫控制功能，從而實現呼叫傳輸與呼叫控制的分離，為控制、交換和軟件可編程功能建立分離的平面。軟交換主要提供連接控制、翻譯和選路、網關管理、呼叫控制、帶寬管理、信令、安全性和呼叫詳細記錄等功能。與此同時，軟交換還將網絡資源、網絡能力封裝起來，通過標準開放的業務接口和業務應用層相連，可方便地在網絡上快速提供新的業務。２基于軟交換技術的網絡結構

軟交換是下一代網絡的核心設備之一，各運營商在組建基于軟交換技術的網絡結構時，必須考慮到與其它各種網絡的互通。在下一代網絡中，應有一個較統一的網絡系統結構。基于軟交換技術的網絡結構如圖１所示。

由圖中可以看出，軟交換位于網絡控制層，較好地實現了基于分組網利用程控軟件提供呼叫控制功能和媒體處理相分離的功能。

軟交換與應用／業務層之間的接口提供訪問各種數據庫、三方應用平臺、功能服務器等接口，實現對增值業務、管理業務和三方應用的支持。其中：軟交換與應用服務器間的接口可采用ＳＩＰ、ＡＰＩ，如Ｐａｒｌａｙ，提供對三方應用和增值業務的支持；軟交換與策略服務器間的接口對網絡設備工作進行動態干預，可采用ＣＯＰＳ協議；軟交換與網關中心間的接口實現網絡管理，采用ＳＮＭＰ；軟交換與智能網ＳＣＰ之間的接口實現對現有智能網業務的支持，采用ＩＮＡＰ協議。

通過核心分組網與媒體層網關的交互，接收處理中的呼叫相關信息，指示網關完成呼叫。其主要任務是在各點之間建立關系，這些關系可以是簡單的呼叫，也可以是一個較為復雜的處理。軟交換技術主要用于處理實時業務，如話音業務、視頻業務、多媒體業務等。

軟交換之間的接口實現不同與軟交換之間的交互，可采用ＳＩＰ－Ｔ、Ｈ．３２３或ＢＩＣＣ協議。

３軟交換技術的設計原理及其實現目標

軟交換技術是一個分布式的軟件系統，可以在基于各種不同技術、協議和設備的網絡之間提供無縫的互操作性，其基本設計原理是設法創建一個具有很好的伸縮性、接口標準性、業務開放性等特點的分布式軟件系統，它獨立于特定的底層硬件／操作系統，并能夠很好地處理各種業務所需要的同步通信協議，在一個理想的位置上把該架構推向摩爾曲線軌道。并且它應該有能力支持下列基本要求：

（１）獨立于協議和設備的呼叫?熏設備的呼叫處理和／同步會晤管理應用的開發。

（２）在其軟交換網絡中能夠安全地執行多個第三方應用而不存在由惡意或錯誤行為的應用所引起的任何有害影響。（３）第三方硬件銷售商能增加支持新設備和協議的能力。

（４）業務和應用提供者能增加支持全系統范圍的策略能力而不會危害其性能和安全。

（５）有能力進行同步通信控制，以支持包括帳單、網絡管理和其他運行支持系統的各種各樣的后營業室系統。

（６）支持運行時間捆綁或有助于結構改善的同步通信控制網絡的動態拓撲。

（７）從小到大的網絡可伸縮性和支持徹底的故障恢復能力。

軟交換的實現目標是在媒體設備和媒體網關的配合下，通過計算機軟件編程的方式來實現對各種媒體流進行協議轉換，并基于分組網絡（ＩＰ／ＡＴＭ）的架構實現ＩＰ網、ＡＴＭ網、ＰＳＴＮ網等的互連，以提供和電路交換機具有相同功能并便于業務增值和靈活伸縮的設備。

軟交換系統的參考模型如圖２。

４軟交換所使用的主要協議

軟交換體系涉及協議非常眾多，包括Ｈ．２４８、ＳＣＴＰ、ＩＳＵＰ、ＴＵＰ、ＩＮＡＰ、Ｈ．３２３、ＲＡＤＩＵＳ、ＳＮＭＰ、ＳＩＰ、Ｍ３ＵＡ、ＭＧＣＰ、ＢＩＣＣ、ＰＲＩ、ＢＲＩ等。國際上，ＩＥＴＦ、ＩＴＵ－Ｔ、ＳｏｆｔＳｗｉｔｃｈＯｒｇ等組織對軟交換及協議的研究工作一直起著積極的主導作用，許多關鍵協議都已制定完成，或趨于完成。這些協議將規范整個軟交換的研發工作，使產品從使用各廠家私有協議階段進入使用業界共同標準協議階段，各家之間產品互通成為可能，真正實現軟交換產生的初衷——提供一個標準、開放的系統結構，各網絡部件可獨立發展。在軟交換的研究進展方面，我國處于世界同步水平。信息產業部“網絡與交換標準研究組”在１９９９年下半年就啟動了軟交換項目的研究，目前已完成了《軟交換設備總體技術要求》。此外，“ＩＰ標準研究組”正在研制有關中繼媒體網關（ＴＧ）、信令網關?穴ＳＧ?雪、接入網關（ＡＧ）、綜合接入設備?穴ＩＡＤ?雪等設備技術規范。

下面對幾個主要協議做一簡單介紹。

１．Ｈ．２４８／ＭＥＧＡＣＯ

Ｈ．２４８和ＭＥＧＡＣＯ協議均稱為媒體網關控制協議，應用在媒體網關和Ｈ．２４８／ＭＥＧＡＣＯ與軟交換設備之間。兩個協議的內容基本相同，只是Ｈ．２４８是由ＩＴＵ提出來的，而ＭＥＧＡＣＯ是由ＩＥＦＴ提出來的，且是雙方共同推薦的協議。它們引入了Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ（終端）和Ｃｏｎｔｅｘｔ（關聯）兩個抽象概念。在Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ（終端）中，封裝了媒體流的參數、ＭＯＤＥＭ和承載能力參數，而Ｃｏｎｔｅｘｔ（關聯）則表明了在一些Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ（終端）之間的相互連接關系。Ｈ．２４８／ＭＥＧＡＣＯ通過Ａｄｄ、Ｍｏｄｉｆｙ、Ｓｕｂｔｒａｃｔ、Ｍｏｖｅ等８個命令完成對Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ（終端）和Ｃｏｎｔｅｘｔ（關聯）之間的操作，從而完成了呼叫的建立和釋放。

２．媒體網關控制協議（ＭＧＣＰ）

媒體網關控制協議（ＭＧＣＰ）是由ＩＥＦＴ提出來的，是簡單網關控制協議（ＳＧＣＰ）和ＩＰ設備控制協議（ＩＰＤＣ）相結合的產物。ＭＥＧＡＣＯ協議是對ＭＧＣＰ協議的進一步改進、完善和提高，ＭＧＣＰ協議可以說是一個比較成熟的協議，協議的內容與ＭＥＧＡＣＯ協議比較相似。目前軟交換系統設備大都支持該協議，其不足也慢慢表現出來，將來可能要被Ｈ．２４８／ＭＥＧＡＣＯ協議所取代。

在軟交換系統中，ＭＧＣＰ協議與Ｈ．２４８／ＭＥＧＡＣＯ協議一樣，應用在媒體網關和ＭＧＣＰ終端與軟交換設備之間，通過此協議來控制媒體網關和ＭＧＣＰ終端上的媒體／控制流的連接、建立和釋放。

３．會話初始協議（ＳＩＰ）

會話初始協議（ＳＩＰ）是ＩＥＴＦ提出的在ＩＰ網上進行多媒體通信的應用層控制協議。以Ｉｎｔｅｒｎｅｔ協議（ＨＴＴＰ）為基礎，遵循Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的設計原則，基于對等工作模式。利用ＳＩＰ可實現會話的連接、建立和釋放，并支持單播、組播和可移動性。此外，ＳＩＰ如果與ＳＤＰ配合使用，可以動態地調整和修改會話屬性，如通話帶寬、所傳輸的媒體類型及編解碼格式。其具體內容可參見ＩＥＴＦＲＦＣ２５４３ｂｉｓ。

在軟交換系統中，ＳＩＰ協議主要應用于軟交換與ＳＩＰ終端之間，也有的廠家將ＳＩＰ協議應用于軟交換與應用服務器之間，提供基于ＳＩＰ協議實現的增值業務。總的來說，ＳＩＰ協議主要應用于語音和數據相結合的業務，以及多媒體業務之間的呼叫建立與釋放。特別是ＳＩＰ協議以其簡單、靈活的特點，使作為移動通信標準化組織的３ＧＰＰ已經決定在其基礎上建立第三代移動通信的全ＩＰ網絡，并要求未來的３Ｇ終端必須支持ＳＩＰ協議。

４．ＳＣＴＰ協議

ＳＣＴＰ協議是由ＩＥＴＦ提出的一種關于流控制傳送協議。主要是在無連接的網絡上傳送ＰＳＴＮ信令信息，該協議可以在ＩＰ網上提供可靠的數據傳輸。ＳＣＴＰ可以在確認方式下，無差錯、無重復地傳送用戶數據，并根據通路的ＭＴＵ的限制，進行用戶數據的分段；在多個流上保證用戶消息的順序遞交，把多個用戶的消息復制到ＳＣＴＰ的數據塊中。利用ＳＣＴＰ偶連的機制來保證網絡級的部分故障自處理。ＳＣＴＰ還具有避免擁塞和避免遭受泛播及匿名攻擊的特點。

ＳＣＴＰ協議在軟交換中起著控制協議的主要承載者的作用。

５軟交換技術的主要特點和功能

１．軟交換技術的主要特點表現在以下幾個方面：

（１）支持各種不同的ＰＳＴＮ、ＡＴＭ和ＩＰ協議等各種網絡的可編程呼叫處理系統。

（２）可方便地運行在各種商用計算機和操作系統上。

（３）高效靈活性。例如：

·軟交換加上一個中繼網關便是一個長途／匯接交換機（Ｃ４交換機）的替代，在骨干網中具有ＶｏＩＰ或ＶＴＯＡ功能。

·軟交換加上一個接入網關便是一個語音虛擬專用網（ＶＰＮ）／專用小交換機（ＰＢＸ）中繼線的替代，在骨干網中具有ＶｏＩＰ功能。

·軟交換加上一個ＲＡＳ，便可利用公用承載中繼來提供受管的ＭＯＤＥＭ業務。

·軟交換加上一個中繼網關和一個本地性能服務器便是一個本地交換機（Ｃ５交換機）的替代，在骨干網中具有ＶｏＩＰ或ＶＴＯＡ功能。

（４）開放性通過一個開放的和靈活的號碼簿接口便可以再利用ＩＮ（智能網）業務。例如，它提供一個具有接入到關系數據庫管理系統、輕量級號碼簿訪問協議和事務能力應用部分號簿的號碼簿嵌入機制。

（５）為第三方開發者創建下一代業務提供開放的應用編程接口（ＡＰＩ）。

（６）具有可編程的后營業室特性。例如：可編程的事件詳細記錄、詳細呼叫事件寫到一個業務提供者的收集事件裝置中。

（７）具有先進的基于策略服務器的管理所有軟件組件的特性。包括展露給所有組件的簡單網絡管理協議接口、策略描述語言和一個編寫及執行客戶策略的系統。

２．軟交換是多種邏輯功能實體的集合，它提供綜合業務的呼叫控制、連接和部分業務功能，是下一代電信網語音／數據／視頻業務呼叫、控制、業務提供的核心設備。主要功能表現在以下幾個方面：

（１）呼叫控制和處理為基本呼叫的建立、維持和釋放提供控制功能。

（２）協議功能支持相應標準協議，包括Ｈ．２４８、ＳＣＴＰ、Ｈ．３２３、ＳＮＭＰ、ＳＩＰ等。

（３）業務提供功能可提供各種通用的或個性化的業務。

（４）業務交換功能

（５）互通功能可通過各種網關實現與響應設備的互通。

（６）資源管理功能對系統中的各種資源進行集中管理，如資源的分配、釋放和控制。

（７）計費功能根據運營需求將話單傳送至計費中心。

（８）認證／授權功能可進行認證與授權，防止非法用戶或設備接入。

（９）地址解析功能和語音處理功能。６基于軟交換的應用

隨著通信網絡技術的不斷發展和軟交換各種標準的制定與補充，不少廠家都推出了軟交換的解決方案，各運營商也在積極進行相關實驗。目前，國內外許多電信設備制造商，如西門子、阿爾卡特、愛立信、北電、中興等都在積極發展新的交換機過渡平臺，提出了軟交換在下一代網絡中的解決方案。這里簡要介紹一下軟交換在ＶｏＩＰ中的應用，圖３為基于軟交換技術的ＶｏＩＰ網絡結構。

從圖中可以看出，它的功能非常類似于現行電路交換傳送系統間的交換／長途網，Ｃ４交換機用軟交換系統和一組中繼網關的組合體所取代。中繼網關自身是由軟交換技術利用主／被叫協議控制，這個協議就是與來自某個具有指定源／目的的ＲＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰ流的電路交換機的一個指定時隙相關的ＭＧＣＰ／ＩＰＤＣ協議。

軟交換技術作為呼叫處理的組成部分，其標識要被用來終結該呼叫的最有可能的出口網關，并利用這個信息來命令中繼網關執行所指定的功能，亦即軟交換技術能夠通過選擇一個最小代價的路由來完成每次呼叫，以使所選擇的出口網關最接近目的電話。于是，就完成了原有通過電路交換網執行的呼叫操作功能。

接入網關既可以終結ＩＳＤＮ的ＰＲＩ，也可以終結來自企業ＰＢＸ的ＣＡＳ信令。這種接入網關能夠被軟交換以基于分組電話協議的多種方式進行控制；對于基于Ｈ．３２３協議的網關，軟交換能夠像一個Ｈ．３２３網關那樣動作；如果接入網關隧道ＰＲＩ（Ｑ．９３１）或ＣＡＳ信令返回到軟交換，那么軟交換還能夠使用像ＭＧＣＰ／ＩＰＤＣ協議以更好的方式控制接入網關。這也體現了軟交換技術處理接入網關的能力。

軟交換技術通過ＳＩＰ協議接到電纜網絡上，以支持企業的ＩＰＰＢＸ及ＩＰ電話。它還能夠通過ＴＣＰ／ＩＰ協議接入ＳＣＰ，也可通過ＴＣＰ／ＳＣＣＰ協議接入到ＳＳ７網絡上，使無縫互連成為可能。

７基于軟交換的下一代網絡中需要繼續關注的主要問題

雖然基于軟交換的下一代網絡是一個比較完整的網絡解決方案，可以應用在各種通信領域，但由于其技術新，目前的解決方案大多處于實驗階段，尚未形成大規模應用，許多問題仍需要繼續關注，如ＱＯＳ、網關、安全性、業務提供方式、與現有網絡的有機結合等問題。

１．ＱＯＳ問題

對任何網絡來說，ＱＯＳ的保證都是一個非常重要的問題。從根本上說，軟交換本身并不能解決ＱＯＳ問題，而是靠其承載網絡來保證服務質量的。承載網絡目前有兩種方式：ＡＴＭ和ＩＰ。對于ＡＴＭ的承載網絡來說，其本身就有很強的ＱＯＳ機制。但是，對于ＩＰ的承載網絡來說，如何解決好ＱＯＳ問題。在基于軟交換的下一代網絡中是一個非常關鍵的問題，因為從目前廠家的設備開發情況和網絡發展的總的趨勢來看，以ＩＰ為承載網絡應該是大勢所趨。

２．軟交換網絡的管理

從軟交換目前的實現情況來看，大部分都采用ＳＮＭＰ協議作為軟交換系統的網管協議，但ＳＮＭＰ網管系統具有一定的局限性，ＳＮＭＰ網管以靜態管理方式為主，無法針對各種不同業務的需求變化進行綜合管理。由于ＳＮＭＰ采用的是基于ＵＤＰ的承載方式，因此不能很好的保證網管信息的可靠傳輸。同時，基于軟交換的下一代網絡提供的是實時業務，而要求網管系統必須具有一定的ＱＯＳ管理能力。但目前基于軟交換的網管系統處理這方面的能力比較差，還需進一步的改進、完善，才能滿足用戶對服務質量的要求

３．軟交換涉及的協議尚需繼續完善

軟交換網絡的各個網絡接口之間采用開放的協議進行通訊。但是，目前不論是從協議的制定情況，還是各個廠家的開發情況來看，接口的標準化還不完善，大多數協議還處于擴充完善階段。因此，離最終的開放網絡還需要有一段時間。

綜上所述，軟交換雖然具有很大的發展潛力，但目前仍處于發展的起步階段。以軟交換為核心的通信系統將會提供業務開放能力，符合三網合一的發展趨勢，提供話音、數據、視頻業務和多媒體融合業務，滿足通信個性化、移動化和隨時隨地獲取信息的發展目標。

關鍵詞：軟交換技術