软交换技术(1)

软交换技术是近几年的一个热门话题。不少厂商已开发出了自己的软交换产品，基于软交换技术的下一代网络的试验也正在进行。本讲座将分3期对该技术进行介绍：第1期讲述软交换提出的背景、软交换的体系结构、功能及其对外接口；第2期对软交换与下一代网络的关系以及基于软交换的开放业务提供进行介绍；第3期介绍软交换的应用和产品情况。

　　1 软交换出现的背景

　　软交换技术是近几年的一个热门话题，随着下一代网络(NGN)的提出，国内外对于软交换技术的研究兴趣达到了高潮。国际及国内的不少厂商都已开发出了自己的软交换产品。一些运营商也纷纷在进行基于软交换技术的下一代网络的试验。那么，软交换到底是在什么背景下提出的？为什么要采用软交换技术呢？

　　实际上，软交换技术是在IP电话的基础上逐步发展起来的一门新的技术或一个新的概念。在IP电话网中，考虑到网关功能的灵活性、可扩展性和高效性，提出了分解的网关功能的概念，即将IP电话网关分解为媒体网关、信令网关和媒体网关控制器，每一功能实体完成一定的功能。其中，媒体网关控制器主要完成呼叫控制功能，而媒体流的传送和转换由在媒体网关控制器控制下的媒体网关来完成。媒体网关控制器就是软交换的前身。后来在IETF的相关文档中，又有人提出呼叫代理的概念，呼叫代理实际上也就是媒体网关控制器。进一步又有人提出了呼叫服务器以及软交换的概念。软交换将呼叫代理的功能进行了进一步的扩展，除了提供呼叫控制功能外，还可以提供计费、认证、路由、资源管理和分配、协议处理等功能。

　　从业务需求来看，目前电话网上传送着许多数据业务，由于快速增长的数据业务给并不适合传送数据业务的电话网造成了很大的压力，运营商希望能够将公众交换电话网(PSTN)上传送的数据业务旁路到新建的数据网上，以减轻对电路交换网的压力；另一方面，随着IP网络的普及和IP电话的大规模使用，人们希望IP网在提供数据业务的同时，能够提供更多更新的业务，这些业务包括在PSTN/ISDN以及传统智能网中提供的各种基本业务、补充业务和智能业务，以及具有IP特色的各种已知和未知的增值业务。因此，基于分组技术的数据网与电路交换网最终必将走向融合，产生下一代由业务驱动的网络。

　　在传统PSTN/ISDN网络中，向用户提供的每一项业务都与交换机直接有关，业务和控制都由交换机来完成。因此，每提供一项新的业务都需要先制订规范，再对网络中所有交换机进行改造，新业务提供周期长。为满足用户对新业务的要求，人们在PSTN/ISDN的基础上提出了智能网的概念。智能网的核心思想就是将呼叫控制和接续功能与业务提供分离，交换机只完成基本的呼叫控制和接续功能，而业务提供则由叠加在PSTN/ISDN网上的智能网来提供。这种呼叫控制与业务提供的分离大大增强了网络提供业务的能力和速度。但是这种分离还只是第一步。随着IP网络技术的发展，出现了很多新型承载网络希望接入IP网络的需求，如各种接入网、移动网、帧中继网、数据网等。因此，从简化网络结构、便于网络发展的观点出发，有必要将呼叫控制与承载连接进行进一步的分离，并对所有的媒体流提供统一的传送平台。这样，就提出了分层结构的概念，将未来的网络功能从纵向分成4层，即业务层、控制层、传送层和接入层，其中，呼叫控制层的核心功能实体就是软交换。可以说，下一代网络的提出加速了软交换技术的发展。

　　实现这种分层结构至少存在以下优点：

　　(1)通过在呼叫控制层与业务层间采用统一公开的接口来实现业务提供和网络控制的分离，便于新业务的快速提供。

　　(2)通过呼叫控制与承载连接的分离，便于在承载层采用新的网络传送技术。

　　(3)通过承载与接入的分离，便于各种现有网络技术的接入。

　　(4)允许网络运营商从不同的制造商那里购买最合适的网络部件构建自己的网络，而不必受制于一家公司的解决方案。

　　可以说，这种完全分层的全开放的体系结构吸取了IP、ATM、IN、PSTN/ISDN等技术的精髓，是下一代网络（NGN）发展和业务提供的关键所在。

　　2 软交换的体系结构

　　软交换技术被通信界炒作得红红火火，那么，到底什么是软交换？

　　简单地说，软交换就是基于软件提供呼叫控制的功能实体。按照通信界的理解，软交换是为下一代网络中具有实时性要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能的实体，是下一代网络呼叫控制的核心，也是目前电路交换网向分组交换网演进的主要设备之一，其体系结构如图1所示。

图1　软交换的体系结构

　　在该体系结构中，网络从纵向划分成4层：边缘接入层、核心交换层、网络控制层和业务/应用层，各层之间采用标准化接口。

　　(1)边缘接入层

　　边缘接入层负责将各种不同的网络和终端设备接入软交换体系结构，将各种业务量进行集中，并利用公共的传送平台传送到目的地。接入层的设备包括各种不同的网络、终端设备以及各种网关设备。这些网络或终端设备可以是公众交换电话网、ATM网络、帧中继网络、移动网络、各种IP电话终端及模拟终端等，它们通过不同的网关或接入设备接入核心网络。

　　a. 媒体网关

　　媒体网关(MG)负责将各种终端和接入网络接入核心分组网络，主要用于将一种网络中的媒体格式转换成另一种网络所要求的媒体格式，如提供电路交换网络的资源(如线路、中继)和分组网络(如IP、ATM)媒体流之间的转换，包括语音压缩、传真中继、回声消除和数字检测等。

　　b. 媒体服务器

　　媒体服务器(Media Server)用于提供一些特殊的资源，如交互式语音应答(IVR)、会议桥和传真等，处理与媒体网关间的承载接口。媒体服务器与媒体网关的区别在于：媒体网关可看作是IP网的一个端点或端点的集合，其主要功能是完成媒体格式的转换，如从电路方式到分组方式，它通常只受控于一个软交换(如媒体网关控制器)；媒体服务器通常是作为软交换的一个从属设备，执行基于媒体流的媒体处理过程。媒体服务器可以同时受控于多个软交换，提供多项并发的编解码和代码转换工作。

　　c. 分组接入设备

　　分组接入设备(PAD)用于采用H.323/SIP协议等的IP电话终端设备的接入。

　　d. 综合接入设备

　　综合接入设备(IAD)为用户提供多种类型的业务接入，如模拟用户接入、不对称数字用户线接入、局域网接入、V5接入等。

　　e. 信令网关

　　信令网关(SG)提供七号信令网和分组网之间信令的转换，其中包括综合业务用户部分(ISUP)、事物处理应用部分(TCAP)等协议的转换。信令网关通常和软交换设备合设在一处，也可以单独设置。

　　(2)核心交换层

　　核心交换层对各种不同的业务和媒体流提供公共的传送平台。多采用基于分组的传送方式，目前比较公认的核心传送网为IP网或ATM骨干网。

　　(3)网络控制层

　　网络控制层完成呼叫控制、路由、认证、资源管理等功能。其主要实体为软交换设备。

　　(4)业务/应用层

　　业务/应用层在呼叫控制的基础上向最终用户提供各种增值业务，同时提供业务和网络的管理功能。该层的主要功能实体包括应用服务器、特征服务器、策略服务器、AAA服务器、目录服务器、数据库服务器、SCP、网管(负责网络的管理)及安全系统(提供安全保障)。

　　a. 应用服务器

　　应用服务器(Application Server)负责各种增值业务的逻辑产生和管理，并提供开放的应用编程接口(API)，为第三方业务的开发提供统一公共的创作平台。

　　b. 特征服务器

　　特征服务器(Feature Server)用于提供与呼叫过程密切相关的一些能力，如呼叫等待、快速拨号、在线拨号等，其提供的特性通常与某一类特征有关。

　　c. 策略服务器

　　策略服务器(Policy Server)完成策略管理功能，定义各种资源接入和使用的标准。

　　d. 认证、授权和计费服务器

　　认证、授权和计费(AAA)服务器负责提供接入认证和计费功能。

　　3 软交换的主要功能

　　软交换是下一代网络控制层的核心设备，也是从电路交换网向分组网演进的关键设备之一。软交换的概念虽然是从媒体网关控制器、呼叫代理等概念发展而来的，但其在功能上又进行了进一步的扩展，除了完成呼叫控制、连接控制和协议处理功能外，还将提供原来由网守设备提供的资源管理、路由以及认证、计费等功能。同时，软交换所提供的呼叫控制功能与传统交换机所提供的呼叫控制功能也有所不同，传统的呼叫控制功能是和具体的业务紧密结合在一起的。由于不同的业务所需要的呼叫控制功能不同，因此在软交换系统中，为了便于各类新业务和增值业务的引入，要求软交换所提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制功能。概括起来，软交换的主要功能如下：

　　(1)媒体接入功能

　　软交换可以通过H.248协议将各种媒体网关接入软交换系统，如中继媒体网关、ATM媒体网关、综合接入媒体网关、无线媒体网关和数据媒体网关等。同时，软交换设备还可以利用H.323协议和会话启动协议(SIP)将H.323终端和会话启动协议客户端终端接入软交换系统，以提供相应的业务。

　　(2)呼叫控制功能

　　呼叫控制功能是软交换的重要功能之一。它为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等。可以说呼叫控制功能是整个网络的灵魂。

　　(3)业务提供功能

　　由于软交换系统既要兼顾与现有网络业务的互通，又要兼顾下一代网络业务的发展，因此软交换应能够实现现有PSTN/ISDN交换机提供的全部业务，包括基本业务和补充业务；同时，还应该可以与现有智能网配合提供现有智能网的业务；更为重要的是，软交换还应该能够提供开放的、标准的API或协议，以实现第3方业务的快速接入。

　　(4)互连互通功能

　　目前，在IP网上提供实时多媒体业务可以基于H.323协议和SIP协议两种体系结构。其中，H.323协议由ITU-T制订，SIP协议由IETF提出，两者均可以完成呼叫建立、呼叫释放、业务提供和能力交换等功能。H.323沿用了传统电路网可管理性和集中控制的特点，目前已比较成熟且已得到广泛应用；而会话启动协议则采用分布式结构，具有简单、可扩展性好、与Internet结合紧密等特点，已逐步得到应用，尤其是会话启动协议将会在第3代移动通信核心网和智能业务中得到广泛应用。因此软交换应能够同时支持这两种协议体系结构，并实现两种体系结构网络和业务的互通。

　　另外，为了沿用已有的智能业务和PSTN业务，软交换还应提供与IN及PSTN/ISDN的互通。

　　(5)资源管理功能

　　软交换可以对带宽等网络资源进行分配和管理。

　　(6)认证和计费

　　软交换可以对接入软交换系统的设备进行认证、授权和地址解析，同时还可以向计费服务器提供呼叫详细话单。

　　4 软交换的对外接口及采用的通信协议

　　作为NGN中的核心设备，软交换要与网络中很多的功能实体进行交互。为了便于网络各部件的独立发展，软交换与其它功能实体间必须采用标准的开放的接口。图2为软交换的对外接口示意图。

图2　软交换的对外接口

　　(1)软交换与媒体服务器之间的接口

　　软交换与媒体服务器间的接口协议一般采用MGCP、H.248协议。软交换也可以通过SIP协议来引导媒体服务器提供必要的媒体交互功能。软交换同样可以通过SIP协议或H.323协议将呼叫传送到应用服务器，在这种情况下，应用服务器接受该呼叫，并驱动媒体服务器提供必要的媒体交互功能。值得注意的是，在采用SIP协议的情况下，软交换或应用服务器是采用第3方呼叫控制方式来控制媒体服务器的，而且媒体服务器只能被动等待软交换或应用服务器的“INVITE(邀请)”，媒体服务器本身不能发出“INVITE”。

　　(2)软交换间的接口

　　此接口可采用SIP-T(SIP for Telephony)或BICC(承载无关呼叫控制)协议，用于不同软交换间的交互。BICC协议由ITU-T提出，由于其与七号信令(SS7)网络的高度兼容性而成为多数运营商的首选。SIP-T协议由IETF提出，也将作为下一代网络软交换间的可选接口。目前SIP-T要解决的问题是其自身的稳定和与SS7网络的互通。

　　(3)软交换与应用服务器之间的接口

　　该接口提供对第3方应用和各种增值业务的支持功能。目前被广泛接受的接口协议是SIP，软交换作为应用服务器前端的SIP代理(SIP Proxy)。该接口也可以使用API，如Parlay API等。另外一种趋势是使用SIP-S(SIP-Servlet)。

　　(4)软交换与策略服务器之间的接口

　　提供对网络设备的工作进行动态干预的功能。此接口可使用公共开放策略服务(COPS)协议。

　　(5)软交换与信令网关间的接口

　　用于传递软交换和信令网关间的信令信息。此接口一般采用信令控制传输协议(SCTP)。根据被传送的信令信息的不同，在SCTP之上可以使用不同的SIGTRAN协议栈，如SCTP/M3UA、SCTP/M2UA、SCTP/IUA等。

　　(6)软交换与媒体网关间的接口

　　软交换与媒体网关间的接口用于软交换对媒体网关的承载控制、资源控制及管理，可使用媒体网关控制协议(MGCP)或H.248/Megaco协议。

　　(7)软交换与网守之间的接口

　　用于基于H.323的IP电话系统的网守设备接入软交换体系。该接口可采用H.323的登记、接纳和状态(RAS)协议。

　　(8)软交换与SIP代理间的接口

　　用于SIP代理的接入，采用SIP协议。

　　(9)软交换与网管服务器之间的接口

　　用于提供网络管理功能，可使用简单网络管理协议(SNMP)。

　　(10)软交换与计费中心、数据库、目录服务器之间的接口

　　提供对数据库、目录服务等的访问，并向计费中心提供计费信息等。该类接口为各种API。

　　(11)软交换与智能网业务控制点(SCP)间的接口

　　提供对现有智能业务的支持能力，采用智能网应用协议(INAP)。

　　从上述接口结构可知，软交换要求支持的协议种类很多，包括：H.248、H.323、SIP、ISUP/TUP、SCTP、M3UA、INAP、BICC、IUA等。(待续)

　　参考文献

1 The International Softswitch Consortium Application Working Group. Enhanced Service Framework. http:∥www.softswitch.org/
2 The Parlay Group. Parlay Specifications 3.0. http:∥www.parlay.org/
3 赵慧玲,王立言,陈仁娣.中国网络与交换标准研究进展.中兴通讯技术,2002,8(2):39—41
4 赵慧玲,单秀云.下一代网络的研究.中兴通讯技术,2001,7(s0):29—30