软交换技术及其应用

1 通信网络的发展回顾

　　随着Internet的兴起和随之而来的数据网络的迅速发展，作为以电路交换为主体的单一业务的现有通信网络逐渐暴露出其固有的局限性，已经越来越无法适应新的形势，亟需加以变革和发展。就现阶段而言，最现实、最直接的压力就是电信网、计算机网和有线电视网的演进，也就是俗称的“三网融合”问题。

　　具体地说，现有通信网络有以下几个主要局限：

　　(1)用户接口面向特定业务
　　由于接口直接在业务提供者和业务接受者之间进行连接，各种属性受到所提供业务的限制，因此所支持业务不可扩展。

　　(2)控制结构完全模仿人工电话呼叫处理过程
　　网络知识分布在各个业务节点中，需通过信令传递以建立呼叫或实现数据库访问。呼叫建立是依据节点的知识进行的，呼叫处理是逐段进行的，不但过程十分复杂，而且节点知识更新十分困难。

　　(3)资源管理和运用都是面向连接
　　这意味着资源的分配和使用是预先确定的，不但导致资源利用率大大下降，而且使得网络管理和控制十分复杂。

　　这些局限都是由于现有网络本质上基于电路交换而造成的，基于包交换的网络体系结构则可以有效地克服这些缺点。

　　2 下一代通信网络的特性

　　作为现有通信网络的演进方向，人们对以包交换为基础的下一代通信网络提出了更高的要求。

　　(1)降低网络建设和运行维护成本
　　现有通信网络有着各自独立的交换和传输设备，这不仅增加了网络建设成本，也带来了高昂的运行维护成本。因此，下一代网络应该能够用统一的设备组成其核心网，降低建设和运营成本。这一点对于激烈竞争条件下的运营商来说特别重要。

　　(2)快速提供新业务、涉足新领域
　　现有通信网络中的业务与设备是紧耦合的。提供新业务需要对众多的设备进行更新，周期长，反应慢，市场竞争力不强。同时，由于涉足新领域需要巨额的基础设施投资，现有网络这方面的能力非常有限。因此下一代网络不但应该快速提供新业务，而且还可以快速进入新领域。

　　(3)适应技术发展趋势、满足用户不断变化的需求
　　现有通信网络的主要功能是运行在封闭的交换机上的，一般只有设备制造商才具备开发能力。因此下一代网络应该能够用独立于网络设备的应用服务器(Application Server)取代交换机，简单、高效、灵活地进行第三方应用开发，更好地满足用户不断变化的需求。

　　为了满足上述要求，下一代网络应该具有以下主要特性：

　　(1)开放的网络体系结构
　　遵从ISO开放系统互联的体系结构，其功能结构、控制结构、网络终端和网络管理都是开放的，可以支持各种传统的电信业务(如电话业务、数据业务、智能业务等)和将来可能出现的各种业务。

　　(2)层次化的功能模型
　　按照功能划分可分为物理层、边缘层、核心层、控制层和应用层等。各层各司其职，相互之间是完全独立的，只通过标准接口进行通信。

　　(3)独立的传输/交换和业务
　　从业务的角度看，提供支持多种业务的平台；从终端的角度看，网络既要支持未来的智能终端，也要支持传统的单业务终端；从用户的角度看，用户可以在任何一个地点用任何一种模式使用网络所提供的业务。

　　(4)强大的业务提供能力
　　这种能力不仅仅指提供业务的种类，更重要的是提供业务的速度，为未来的“业务竞争”奠定基础。

　　(5)综合的设备接入能力
　　通过众多的协议接口对各种设备进行统一控制，从而最大限度地保护用户投资并发挥网络的性能。

　　(6)高效的运行支持系统
　　设置相应的功能服务器，对现有网络的计费、鉴权、认证和网管系统进行简化，同时通过基于策略的操作维护系统对网络的动态特性进行调整。

　　(7)高可靠性和安全性
　　采用分布式结构，电信级的设备可靠性保证了网络中无单点故障，安全保护机制则确保数据传送及业务实现的安全性。

　　软交换(Softswitch)就是能够很好地满足上述要求的一项崭新的技术。它是面向网络融合的新一代多媒体业务全面解决方案，在继承的基础上突破了目前的仅在各单一业务网络(如PSTN/ISDN、PLMN、IN、CATV和Internet等)之间进行互通的思想局限。它通过优化网络结构不但实现了网络的融合，更重要的是实现了业务的融合，使得包交换网络能够继承原有电路交换网中丰富的业务功能，同时可以在全网范围内快速提供原有网络难以提供的新业务。

　　可以说，Softswitch已经向着个人通信的理想??在任何时间(Whenever)、任何地点(Wherever)，以任何方式(Whatever)和任何人(Whoever)实现通信??迈出了重要的一步，对通信网络的发展具有重大的意义和深远的影响。

　　3 Softswitch的提出和发展

　　Softswitch的概念最早由Lucent公司贝尔实验室于90年代中期提出。它和十几年前的智能网(IN)相比，虽然具有某种程度的相似性和继承性，但更突出的是其革命性。

　　IN虽然提出将业务和交换相分离，在实践中也做出了不少有益的尝试，但由于它仍然建立在电路交换网络之上，必然会受到种种限制，因此这种分离是不彻底的。而Softswitch已经不再局限于传统网络，为交换和业务的完全分离创造了条件。

　　IN的业务交换点(SSP)是基于传统交换机的，因此其接入和控制功能仍然是没有分离的，这不便于多种网络融合时设备的综合接入，从而限制了它的广泛应用。而Softswitch明确地将这两种功能分别纳入不同设备中，为接入和控制的完全分离创造了条件。

　　IN的业务生成环境(SCE)是依靠与业务无关的功能模块(SIB)来实现的，而SIB是与复杂的智能网应用部分(INAP)密切相关的，不利于第三方应用商的大规模参与，无法方便、快捷地生成新业务。而Softswitch提供开放的API，降低了业务生成的“门槛”，通过多家厂商的共同推动，为新业务的灵活提供创造了条件。

　　虽然Softswitch技术自诞生至今也不过短短的几年时间，但是却已经历了3个阶段，其发展之迅速由此可见一斑。

　　Softswitch发展的第1阶段是实验室阶段。作为Saras项目组的一项成果，贝尔实验室完成了Softswitch理论的研究、体系结构的建立以及原型样机的开发等方面，为Softswitch技术的实用化奠定了基础。

　　Softswitch发展的第2阶段是推向市场阶段。Lucent的Saras项目组和陆续参与的其它制造商开发出基于Softswitch的第一代商用化产品，为Softswitch技术的实用化积累了有益的经验。

　　Softswitch发展的第3阶段是大规模应用阶段。在众多制造商和运营商共同推动下，Softswitch产品趋于成熟，功能日益丰富，性能逐渐稳定，标准化过程稳步推进，从而使得Softswitch技术正式走向市场。

　　应该说，Softswitch的出现标志着通信网络的发展进入第4个主要阶段，是通信发展史上的第4个里程碑，而且相比之下，比前3个具有更为深远的意义。

　　4 Softswitch的基本内容

　　如前所述，Softswitch技术虽然与先前所有技术都有很大的不同，但这并不意味着它们之间是完全割裂的，而是存在着密切的联系。Softswitch进一步发展了IN的业务交换分离思想，提出了网络分层的概念；同时它完全继承了Internet的通用开放接口思想，可与任何具有标准接口的设备互通。

　　Softswitch技术区别于其它技术的最显著特征，也是其核心思想的3个基本要素是：

　　(1)开放的业务生成接口
　　Softswitch提供业务的主要方式是通过API与“应用服务器”配合以提供新的综合网络业务。与此同时，为了更好地兼顾现有通信网络，它还能够通过INAP(一般采取INAP/TCAP/SCCP over M3UA或INAP/TCAP over SCUA方式)与IN中已有的SCP配合以提供传统的智能业务。

　　(2)综合的设备接入能力
　　Softswitch可以支持众多的协议(如PSTN中的SS7、R2、DSS1、INAP以及IP网中的SIP、H.248/MGCP、SIP、H.323和BICC等)，以便对各种各样的接入设备(如TG、AG、SG、NAS和IAD等)进行控制，最大限度地保护用户投资并充分发挥现有通信网络的作用。

　　(3)基于策略的运行支持系统
　　Softswitch采用了一种与传统OAM系统完全不同的、基于策略(Policy－based)的实现方式来完成运行支持系统的功能，按照一定的策略对网络特性进行实时、智能、集中式的调整和干预，以保证整个系统的稳定性和可靠性。

　　目前比较普遍的看法认为，Softswitch系统主要应由下列设备组成：

　　(1)Softswitch控制设备(SCD)。这是网络中的核心控制设备(也就是我们通常所说的Softswitch)。它所完成的主要功能有：

• 呼叫处理控制功能，负责完成基本的和增强的呼叫处理过程。
  
• 接入协议适配功能，负责完成各种接入协议(信令)的适配处理过程。
  
• 业务接口提供功能，负责完成向业务平台提供开放的标准接口。
  
• 互连互通功能，负责完成与其它对等实体互连互通。
  
• 应用支持系统功能，负责完成计费、认证、操作维护等功能。
  

　　(2)业务平台(SP)。完成新业务生成和提供功能，主要包括两种：SCP和应用服务器(AS)。SCP是传统IN中的设备，通过INAP和Softswitch控制设备互通；而应用服务器是新引入的设备，通过API与Softswitch控制设备配合。

　　(3)信令网关(SG)。目前主要指七号信令网关设备，传统的七号信令系统是基于电路交换的，所有应用部分(TUP/ISUP、SCCP、TCAP等)都是由MTP承载，在Softswitch体系中则需要由IP来承载，信令网关是通过M3UA/SCTP/UDP取代MTP或SCUA/SCTP/UDP取代SCCP＋MTP来实现这一信令转换功能的。

　　(4)媒体网关(MG)。完成媒体流的转换处理功能。按照其所在位置和所处理媒体流的不同可分为以下几种类型：

• 中继网关(TG)。主要用于Softswitch和PSTN/ISDN/PLMN(MSC)通过E1中继互通的情况。狭义的TG只包含SS7中继接口，广义的TG则包含所有中继接口。
  
• 接入网关(AG)。主要用于Softswitch和PSTN/ISDN通过用户线互通的情况。狭义的AG只包含模拟/数字用户线接口，广义的AG还包含非SS7中继接口。
  
• 多媒体网关(MSAG)。主要用于Softswitch和各种宽带接入方式(如xDSL、Cable Modem等)互通的情况。
  
• 无线网关(WAG)。主要用于Softswitch和PLMN(BSC)通过A口互通的情况。
  

　　(5)IP终端。目前主要指H.323终端和SIP终端两种，如IP PBX、IP Phone、PC等。它们和媒体网关的主要区别在于不存在媒体流转换过程。

　　(6)其它设备。如AAA服务器、大容量分布式数据库、策略服务器(PS)等，它们为Softswitch系统的运行提供必要的支持。

　　基于Softswitch的下一代网络体系结构示意图如图1所示。可以看出，就结构而言，Softswitch网络是一种分层结构，分为物理层、边缘层、核心层、控制层、业务层等5层。物理层在图中没有画出，它处于网络的最底层，其余4层则都是承载在物理层上的完成各种功能的设备，物理层主要指光纤、电缆等物理传输介质。边缘层主要指与现有网络相关的各种接入网关或终端设备。核心层主要指宽带ATM交换机或IP路由器等骨干传输设备。控制层主要指的就是Softswitch控制设备。业务层主要指面向用户提供各种应用和服务的设备。

　　就功能而言，Softswitch并不关心物理层和核心层的实现，也就是说，无论网络采是用何种物理介质建构，采取何种制式传输，都对Softswitch的功能没有影响。

　　5 Softswitch的主要应用

　　Softswitch具有极其广泛的应用范围。就目前而言，主要可体现在以下几方面：

　　(1)城域网(MAN)

　　随着IP技术的发展和FTTH的推进，传统的双绞线接入方式由于成本昂贵、带宽受限、施工复杂等缺陷，已经不能适应用户需求。随着电信市场竞争格局的形成，运营商为了最大限度地争取用户，开始考虑采用WAN提供宽带多媒体业务。

　　基于Softswitch的解决方案可以在单一网络体系结构内完成语音、数据、视频等全业务的提供，是在城域网上提供综合业务的理想选择。

　　Softswitch允许采用灵活多样的接入方式，如AG带用户、RG(驻地网关，是一种小型的AG)带用户、IAD带用户和PC以及IP终端直接接入等，同时还可以通过TG(SG)与公用电话(信令)网互通。

　　在业务方面，Softswitch解决方案也具有其它方案不可比拟的优势，如：

• 提供完整的C5市话端局业务，如热线服务、缩位拨号、呼叫前转、CID等。
  
• 与SCP互通，共同提供智能业务，如记帐卡、800、UPT、话音VPN等。
• 提供新型的增值业务，如点击拨号/传真、网上800、会议电视等。

　　可以与传统PSTN很好地配合工作。

　　(2)PSTN/ISDN

　　针对PSTN/ISDN如何向包交换网络过渡，Softswitch提出了两种模式的解决方案。

　　当Softswitch位于汇接/长途局位置时，采用Softswitch控制设备带TG方式取代交换机；当Softswitch位于端局位置时，则采用Softswitch控制设备带AG方式取代原有的交换机。

　　在这两种方式中，原有的交换机功能全部保留，同时提供新的具有数据网特征的功能和性能，它与网络中的其它交换机通过E1相连，与传统SS7网络则通过SG互通。

　　(3)智能网

　　IN的SSP是基于交换机的，其过渡策略也类似于交换机，不再赘述。但其SCP是完全不同于交换机的，而且作为逻辑上独立的业务层的设备，SCP与PSTN的关系本来也不象SSP那样紧密，因此在Softswitch解决方案中，SCP可以继续保留，所实现的业务也可以继续利用。只有涉及到SCP中没有实现或难以实现的新业务时，才采用应用服务器来提供。

　　在这种情况下，对SCP来说，Softswitch系统就相当于SSP(可称之为虚拟SSP)，只不过INAP已经通过SG进行了转换。同时，这种虚拟SSP与传统的SSP之间仍采用E1相连，但是TUP/ISUP也经过了SG的转换。

　　(4)H.323网络

　　作为一种在IP网上提供基本语音服务的过渡性方案，H.323网络虽然得到了一定的发展，但由于其自身固有的业务能力弱、协议互通性差、组网复杂等弱点，已经无法适应新的要求，必将逐步萎缩乃至最终消亡。针对这种情况，虽然Softswitch目前仍提供H.323接口与H.323网关互通，但不应再过多考虑其在H.323网络中的角色问题。

　　6 Softswitch应用策略探讨

　　虽然从理论上说，Softswitch具有其它技术无可比拟的优势，但在实际应用中仍然存在许多问题需要解决，如组网能力、QoS保证、业务提供、信令互通、网络管理等。下面就此进行一些简单的讨论。

　　(1)组网能力

　　基于数据网的Softswitch组网是一种平面结构，它与交换机组网的最大不同点是没有“分”概念，通过设置路由服务器(Route Server)的方式可确保避免出现“汇接”。同时，随着网络规模的扩大，Softswitch还可以进行多域扩展(单个Softswitch设备的控制范围称为一个“域”)，域间通过标准接口(BICC或SIP BCP)通信。

　　此外，Softswitch还可以通过设置策略服务器，完成集中、实时、智能的网络特性动态调整，保证网络的整体性能够充分发挥。

　　(2)服务质量保证

　　随着光纤的广泛应用和DWDM技术的成熟，带宽已经成为越来越廉价的资源，通过增加带宽已经可以解决很多问题。在精确计算的基础上，为QoS要求较高的应用提供虚拟专用网，使其独占部分带宽，这是已经实际使用的一种策略。

　　对于由ATM承载的数据网，本身即具有QoS能力，此外还可以通过指配有较高QoS要求的应用，使用CBR或rt－VBR业务。在基于IP的数据网中则可以通过引入MPLS技术改进IP的性能，以满足提供电信业务的需求。

　　(3)信令互通

　　模拟用户信令和随路信令与媒体网关控制协议H.248/MGCP相互映射，DSS1信令则既可以与H.248/MGCP相互映射，也可以通过Tunneling方式直接透明传送。对于广泛应用的SS7信令(包括INAP/CAP等)，则可由信令网关通过SIGTRAN方式完成电路承载与包承载的转换，如ISUP/TUP over M3UA、TCAP over SCCP over M3UA或TCAP over SCUA等。

　　(4)业务提供

　　Softswitch可以通过与应用服务器协同工作的方式向用户提供综合网络业务。两者之间通过开放的API接口(如Parlay、JAIN等)进行通信。

　　考虑到现实情况，Softswitch同时也支持与现有SCP互通的方式向用户提供传统的智能业务。两者之间通过标准INAP/CAP进行通信。

　　在特定情况下(如网络规模很小等)，也可以由Softswitch设备直接提供少量、简单的增值业务。

　　(5)网络管理

　　Softswitch应提供基于策略的网管机制，通过策略的定制完成集中动态和智能化管理，使得运营商只需关心用户的业务需求，而无需了解设备维护细节。

　　Softswitch与实现这些功能的策略服务器之间可通过COPS通信。为了与现有网管兼容，Softswitch仍应支持SNMP管理方式。

　　7 结束语

　　综上所述，Softswitch是在技术(数据包交换技术的发展)和经济(电信市场的日渐宽松)两方面因素的促进下产生的。它是一种基于软件的分布式交换和控制平台。其基本指导思想在于软件系统不但独立于所控制的硬件，而且与自身所运行的平台无关，依靠各种协议的互通进行工作，通过与SCP的配合来重用已有业务，并允许用户对系统进行编程以创建新业务，从而使得第三方独立软件商真正可以参与业务的开发和提供，有力地推动现有通信网络的融合和演进过程。

参考文献

1 Ramnath A. Lakshmi－Ratan, The Lucent Technologies Softswitch － Realizing the Promise of Convergence.Bell Lab Technical Journal, April－June, 1999
2 韦乐平.骨干业务网的演进策略及节点设备推荐.国际通信网络,2000,2
3 杨景.下一代开放的电信网络.通信世界,2000,4

[摘要] 通信网正逐步向以包交换为基础的新型网络方向发展，软交换的概念应运而生。文章详细介绍了软交换技术及其主要的应用。

[关键词] 下一代通信网 软交换技术 网络融合

[Abstract] The communications network is evolving into a new type of network based on packet switching. The concept of softswitch emerges as the times require. This article details the softswitch technologies and their main applications.

[Keywords] Next generation communications network Softswitch technology Merging of networks