軟交換技術及其應用概論

　　 
　　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
　　

　　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（Ｃａｌｌ Ｍａｎａｇｅｒ、Ｃａｌｌ Ｓｅｒｖｅｒ），實現ＰＢＸ功能（ＩＰ ＰＢＸ）。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ＩＰ ＰＢＸ應用獲得了巨大成功。受到ＩＰ ＰＢＸ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（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＳｏｆｔＳｗｉｔｃｈ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ）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?；谲浗粨Q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：
　　
　?。ǎ保┆毩⒂趨f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。
　　
　?。ǎ玻┰谄滠浗粨Q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。
　　
　　　
　　
　?。ǎ常┑谌接布N售商能增加支持新設備和協議的能力。
　　
　?。ǎ矗I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。
　　
　?。ǎ担┯心芰M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。
　　
　?。ǎ叮┲С诌\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。
　　
　?。ǎ罚男〉酱蟮木W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、ＳｏｆｔＳｗｉｔｃｈ Ｏｒｇ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。
　　
　?。保龋玻矗福停牛牵粒茫?br />　　
　?。龋玻矗负停停牛牵粒茫蠀f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。
　　
　?。玻襟w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。
　　
　?。常畷挸跏紖f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ＩＥＴＦ ＲＦＣ ２５４３ｂｉｓ。
　　
　　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?？偟膩碚f，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

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