浅谈软交换网络及发展前景

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摘要本文介绍了软交换技术的功能和软交换网络的基本概念，研究了软交换网络的框架结构、相关协议、特点，探讨了软交换网络发展前景。

关键词软交换；H.248协议；发展前景；IMS

1引言

随着因特网的迅猛发展，用户对新业务的需求不断增加，传统交换网络采用依靠交换机和信令提供业务的方式，通常在制定交换机规范的时候要确定该交换机应提供什么业务，在增加新的业务时必须要对每一个交换机或信令做相应的改造，因此新业务提供时间较长。利用软交换技术，构建一个统一的网络平台，即软交换网络。通过这个平台同时承载话音、视频和数据等各项综合业务，并提供开放式的业务层标准接口，引入新业务。软交换网络可以最大限度地保护现有电信网络的投资，能降低网络建设和运行维护成本；能快速提供业务，涉足新领域，以创造新的运营利润增长点；能适应技术发展趋势，满足不同用户需求。

2软交换网络

软交换的主要设计思想是业务与控制分离、承载与接入分离的思想，把传统交换机功能实体离散分布在网络之中（如图1）。软交换技术是一种功能实体，为软交换网络提供具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能。

软交换网络是基于分组交换的网络，在原有电路交换机的基础上，将业务功能（业务提供）、控制功能（呼叫和信令控制）和接入功能（中继和用户接入）相分离，形成软交换网络的应用服务器、控制设备、信令网关和各种接入媒体网关。

软交换网络是一个可以同时向用户提供语音、数据、视频等业务的开放网络。它采用一种分层的网络结构，使得组网更加灵活和方便。整个网络被分成接入层、传送层、控制层和业务层（如图2），即把控制和业务的提供从媒体层中分离出来。

⑴业务应用层：主要由各类业务应用平台构成，包括应用服务器、数据库、策略服务器、SCP、AAA服务器等。软交换技术将电话交换机的业务控制模块独立成为一个物理实体，称为应用服务器(AS)，主要功能是完成业务的实现，向用户提供各种增值业务。存放业务逻辑和业务数据，并可以通过应用服务器提供API接口。

⑵控制层：主要由软交换机设备构成。软交换技术将电话交换机的交换模块独立成为一个物理实体，称为软交换机(SS：SoftSwitch)，SS主要功能是完成对边缘接入层中的所有媒体网关的各种业务呼叫控制，并负责各媒体网关之间通信的控制。

⑶核心传送层：核心传送层实际上就是软交换网的承载网络，为业务媒体流和控制信息流提供统一的、保证QoS的高速分组传送平台，其作用和功能就是将边缘接入层中的各种媒体网关、控制层中的软交换机、业务应用层中的各种服务器平台等各个软交换网网元连接起来。软交换网中各网元之间均是将各种控制信息和业务数据信息封装在IP数据包中，通过核心传送层的IP网进行通信。

鉴于IP网能够同时承载语音、数据、视频等多种媒体信息，同时具有协议简单、终端设备对协议的支持性好且价格低廉的优势，因此软交换网选择了IP网作为承载网络。目前主要包括IP网和ATM网。

⑷边缘接入层：主要包括各类媒体网关设备、综合接入设备(IAD)及各种终端设备。软交换技术将电话交换机的业务接入模块独立成为一个物理实体，称为媒体网关(MG)，MG功能是采用各种手段将各种用户及业务接入到软交换网络中，MG完成数据格式和协议的转换，将接入的所有媒体信息流均转换为采用IP协议的数据包在软交换网络中传送。

中继媒体网关（TG）和信令网关（SG）共同完成了电话交换机的业务接入功能模块的功能，实现了普通PSTN／PLMN电话用户的语音业务的接入，并将语音信息适配为适合在软交换网内传送的IP包。同时软交换技术还对业务接入功能进行了扩展，体现在AG、IAD、MSAG、H.323GW、WAG等几类媒体网关。通过各类MG，软交换网实现了将PSTN／PLMN用户、H.323IP电话网用户、无线接入用户的语音、数据、多媒体业务的综合接入。

软交换网络各层之间采用标准的协议和接口。各层之间相互独立，独自发展，每层之内的技术革新不影响其他层，并且软交换网络能够提供灵活多样的接入方式。通过开放的API接口可以支持运营商、第三方业务提供商开发新业务。

3软交换网络的特点

⑴由于采用开放的网络架构体系，部件间的协议接口基于相应的标准，能方便各种异构网的互通。

⑵由于功能的分离，各种接入媒体网关的设置可以更加灵活，软交换机的控制能力和管理范围可以很大。通过呼叫控制与承载的分离，便于在承载层采用新的网络传送技术；通过承载与接入的分离，便于充分利用各种现有的以及新兴的网络接入技术；通过业务与呼叫控制的分离，业务的提供可以更加丰富、快捷。

⑶由于是基于分组的网络，其网络带宽是共享的，因此，语音和控制媒体流的承载可以是端到端的。

⑷由于网络层采用统一IP协议，网络资源可以共享，实现了业务的融合。

4软交换网络中的协议及标准

⑴软交换机与应用服务器之间的协议

软交换和应用服务器之间采用SIP协议。为了实现软交换网业务与软交换设备厂商的分离，即软交换网业务的开放不依赖于软交换设备供应商，允许第三方基于应用服务器独立开发软交换网业务应用软件，因此，定义了软交换机与应用服务器之间的开放的Parlay接口。软交换机与智能网SCP之间通过标准的智能网应用层协议(INAP、CAP)通信。

⑵软交换机之间的协议

当需要由不同的软交换机控制的媒体网关进行通信时，相关的软交换机之间需要通信，软交换机与软交换机之间的协议有BICC协议和SIP-T协议两种。

BICC协议是ITU-T推荐的标准协议，它主要是将原七号信令中的ISUP协议进行封装，对多媒体数据业务的支持存在一定不足。SIP-T是IETF推荐的标准协议，它主要是对原SIP协议进行扩展，属于一种应用层协议，采用Client-Serve结构，对多媒体数据业务的支持较好，便于增加新业务。目前BICC和SIP协议在国际上均有较多的应用。

⑶媒体网关与软交换机之间的协议

除SG外的各媒体网关与软交换机之间的协议有MGCP协议或MEGACO／H.248协议两种媒体网关控制协议。MEGACO／H.248实际上是同一个协议的名字，由IETF和ITU-T联合开发，IETF称为MEGACO，ITU-T称为H.248。

信令网关（SG）与软交换机之间采用信令传送协议（SIGTRAN），在IP网上传送No.7信令的高层信令信息（TUP/ISUP/SCCP）。SIGTRAN的低层采用流控制传送协议（SCTP）。SIGTRAN／SCTP协议的根本功能在于将PSTN中基于TDM的七号信令通过SG以IP网作为承载透明传至软交换机，由软交换机完成对七号信令的处理。

⑷媒体网关之间的协议

除SG外，各媒体网关之间通过数据传送协议RTP(Real-timeTransport

Protoco1)传送用户之间的语音、数据、视频等各种信息流。RTP协议是IETF提出的适用于一般多媒体通信的通用技术，RTP协议包括两个相关协议：RTP协议[RFC1889]和RTCP[RFC1890]，前者用于传送实时数据，后者用于RTP数据传输质量的反馈。目前，基于H.323和基于SIP的两大IP电话系统均是采用RTP作为IP电话网关之间的通信协议。

⑸总结

MGCP、MEGACO／H.248、SIGTRAN、BICC、STP-T、Parlay协议传送的均是控制类信息，不包含任何用户之间的有用通信信息。SCTP协议可以在IP网上承载No.7、H.248、ISDN、SIP、BICC等控制协议。RTP传送的是用户之间的有用通信信息。同时，媒体网关与连接的非软交换网设备之间需采用相应的协议通信。值得一提的是，软交换网与H．323网互通，H.323GW与H.323网的IP电话网关采用RTP通信，同时软交换机需与H.323网的网守之间采用H.323协议通信。

5H.248协议

H.248协议使语音、传真和多媒体信号在PSTN与IP网之间进行交换成为可能。H.248协议连接模型主要用于描述媒体网关中的逻辑实体，这些逻辑实体由MGC控制。连接模型中的主要抽象概念是终结点（Termination）和关联（Context）。终结点是MG上的逻辑实体，它发送或接收一个或多个数据流。关联表明了某些终结点之间的连接关系。

H.248协议定义了32种类型的包（Package）。

H.248中共有8个命令，分别为：(1)仅由MGC端发起的命令：Add为MGC指示MG向指定的关联域中加入终端；Subtract为MGC指示MG从关联域中去除终端；Move为MGC指示MG把终端从一个关联域移到另一个关联域；Modify为MGC指示MG修改终端的属性、事件或信号等；AuditValue为MGC请求MG返回终端的属性、事件、信号和统计特性的当前值；AuditCapabilities为MGC请求MG返回反映网关处理能力的终端的属性、事件、信号和统计特性的所有可能值。(2)仅由MG端发起的命令有：Notify为MG向MGC报告其检测或发生的事件。(3)MGC端和MG端都可发起的命令有：ServiceChange为MG向MGC通知终端将要退出服务或恢复正常的服务，MGC也可用此命令向MG指示相关终端退出服务或恢复正常的服务。

H.248协议中有12类描述符，最主要的描述符有：（1）Media描述符：此描述符中的参数与媒体流有关，具体分为TerminationState描述符和Stream描述符两大类，其中TerminationState描述符中的参数与媒体流类型无关，Stream描述符中的参数则与媒体流类型有关；（2）Event描述符：软交换要求媒体网关报告的事件；（3）ObservedEvent描述符：媒体网关报告检测到的事件；（4）Signal描述符：软交换要求媒体网关在终结点上应用的信号；（5）Audit描述符：审计媒体网关当前的能力。

当在IP网络上传输本协议时，使用IPSec[RFC2401]到[RFC2422]对H.248协议的传输进行保护。

6软交换网络发展前景

当前的软交换网络具有以下特点，而这些特点也正是软交换网络的发展趋势：

⑴更加彻底的分离

IMS(IPMultimediaSubsystem)是IP多媒体系统，是一种全新的多媒体业务形式，它能够满足现在的终端客户更新颖、更多样化多媒体业务的需求。IMS可以看作是一种新的软交换技术。目前，IMS被认为是下一代网络的核心技术，也是解决移动与固网融合，引入语音、数据、视频三重融合等差异化业务的重要方式。但是，目前全球IMS网络多数处于初级阶段，应用方式也处于业界探讨当中。

软交换本身就是一种分离思想，而IMS比软交换更加彻底的分离。（如图3）。彻底的分离体现在以下几点：

呼叫控制和业务的分离。传统软交换虽然已经将大部分增值业务分离出来放到了业务层，但是自身仍然保留了一些补充业务。IMS将这些保留的业务统统拿出来放在了业务层的应用服务器中，这显然是呼叫控制和业务彻底的分离。

呼叫控制与媒体网关控制的分离。传统软交换同时提供了基于SIP的会话呼叫控制和基于H.248／MEGACO／MGCP的媒体网关控制器的功能，在IMS中将这两者分离出来。随着传统网络的逐渐淡出，SIP网络的逐渐主导，将上述两者功能分离更能使网络结构简单，呼叫路由的高效。

用户数据从软交换中的分离。软交换一般将用户数据放置在软交换设备自身之中，IMS将这些用户数据从软交换中分离出来，并将用户数据与其相关联的业务数据集中到称为HSS（HomeSubscriberServer）的设备之中。这种用户数据的分离集中更加有利于业务的实现和提供。⑵呼叫协议统一

SIP协议一统天下。采用SIP协议，信令信息是基于文本的，较H.323协议简单灵活、扩展性好，且基于Internet标准，在语音、数据业务结合和互通方面具有优势，网络兼容性也强，能跨越媒体和设备实现呼叫控制，支持媒体格式，可动态增删媒体流，容易实现不同网络间的互连互通以及实现更加丰富的业务特性。

⑶与接入方式兼容

对多种接入方式的兼容是软交换网络的一个特点，IMS将该特点更加进一步发展。在传统软交换网络中由于媒体网关控制功能没有分离出来以及媒体网关控制协议的多样性导致了并没有实现对多种接入方式的兼容，而在IMS中由于对接入网络的彻底分离和SIP协议的应用使其真正意义上实现了对多接入方式的兼容。

⑷一致的归属业务能力

目前的软交换网络没有充分考虑对用户终端的漫游支持，而IMS中P-CSCI（-CSCI）功能实体的引入，使终端无论是漫游到外地还是其他运营商的网络都能够通过拜访地或拜访网络的P-CSCF接入到IMS中，从而建立用户终端与其归属HSS及S-CSCF（服务-CSCF）的信令通路，由归属地的S-CSCF控制用户业务。

⑸更好服务质量和安全保证

在IMS中存在多种CSCF功能实体，这些实体具有不同的功能任务，这与传统软交换网络中软交换设备的统一功能是不同的。通过这些功能实体，IMS提供了更好的服务质量和安全保证。在这些IMS功能实体中，P-CSCF完成了用户终端及接入网络和IMS核心网络的隔离，I-CSCF（询问-CSCF）完成了不同运营商之间IMS网络的隔离，从而保证了网络的安全。

7结束语

软交换网络的发展将使网络结构更加清晰合理，网络成本更加节约，使用户数据更为集中，新业务提供更加容易；同时这种发展了的软交换网络也保证了与传统网络的兼容。中国通信标准协会网络与软交换技术工作委员会主席赵惠玲指出，虽然软交换设备功能及其稳定性能够满足商用要求，但与之配套的运营支撑及维护管理体制要进行相应的变革；在网络的规划上应遵循“大容量、小节点、广覆盖、全功能、扁平化”的原则。

参考文献

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[7]IMS业务架构研究