淺談軟交換網(wǎng)絡(luò)及發(fā)展前景
時(shí)間:2022-03-12 10:54:00
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摘要本文介紹了軟交換技術(shù)的功能和軟交換網(wǎng)絡(luò)的基本概念,研究了軟交換網(wǎng)絡(luò)的框架結(jié)構(gòu)、相關(guān)協(xié)議、特點(diǎn),探討了軟交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞軟交換;H.248協(xié)議;發(fā)展前景;IMS
1引言
隨著因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展,用戶對(duì)新業(yè)務(wù)的需求不斷增加,傳統(tǒng)交換網(wǎng)絡(luò)采用依靠交換機(jī)和信令提供業(yè)務(wù)的方式,通常在制定交換機(jī)規(guī)范的時(shí)候要確定該交換機(jī)應(yīng)提供什么業(yè)務(wù),在增加新的業(yè)務(wù)時(shí)必須要對(duì)每一個(gè)交換機(jī)或信令做相應(yīng)的改造,因此新業(yè)務(wù)提供時(shí)間較長。利用軟交換技術(shù),構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),即軟交換網(wǎng)絡(luò)。通過這個(gè)平臺(tái)同時(shí)承載話音、視頻和數(shù)據(jù)等各項(xiàng)綜合業(yè)務(wù),并提供開放式的業(yè)務(wù)層標(biāo)準(zhǔn)接口,引入新業(yè)務(wù)。軟交換網(wǎng)絡(luò)可以最大限度地保護(hù)現(xiàn)有電信網(wǎng)絡(luò)的投資,能降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本;能快速提供業(yè)務(wù),涉足新領(lǐng)域,以創(chuàng)造新的運(yùn)營利潤增長點(diǎn);能適應(yīng)技術(shù)發(fā)展趨勢,滿足不同用戶需求。
2軟交換網(wǎng)絡(luò)
軟交換的主要設(shè)計(jì)思想是業(yè)務(wù)與控制分離、承載與接入分離的思想,把傳統(tǒng)交換機(jī)功能實(shí)體離散分布在網(wǎng)絡(luò)之中(如圖1)。軟交換技術(shù)是一種功能實(shí)體,為軟交換網(wǎng)絡(luò)提供具有實(shí)時(shí)性要求的業(yè)務(wù)的呼叫控制和連接控制功能。
軟交換網(wǎng)絡(luò)是基于分組交換的網(wǎng)絡(luò),在原有電路交換機(jī)的基礎(chǔ)上,將業(yè)務(wù)功能(業(yè)務(wù)提供)、控制功能(呼叫和信令控制)和接入功能(中繼和用戶接入)相分離,形成軟交換網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用服務(wù)器、控制設(shè)備、信令網(wǎng)關(guān)和各種接入媒體網(wǎng)關(guān)。
軟交換網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)可以同時(shí)向用戶提供語音、數(shù)據(jù)、視頻等業(yè)務(wù)的開放網(wǎng)絡(luò)。它采用一種分層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使得組網(wǎng)更加靈活和方便。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)被分成接入層、傳送層、控制層和業(yè)務(wù)層(如圖2),即把控制和業(yè)務(wù)的提供從媒體層中分離出來。
⑴業(yè)務(wù)應(yīng)用層:主要由各類業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)構(gòu)成,包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、策略服務(wù)器、SCP、AAA服務(wù)器等。軟交換技術(shù)將電話交換機(jī)的業(yè)務(wù)控制模塊獨(dú)立成為一個(gè)物理實(shí)體,稱為應(yīng)用服務(wù)器(AS),主要功能是完成業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn),向用戶提供各種增值業(yè)務(wù)。存放業(yè)務(wù)邏輯和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),并可以通過應(yīng)用服務(wù)器提供API接口。
⑵控制層:主要由軟交換機(jī)設(shè)備構(gòu)成。軟交換技術(shù)將電話交換機(jī)的交換模塊獨(dú)立成為一個(gè)物理實(shí)體,稱為軟交換機(jī)(SS:SoftSwitch),SS主要功能是完成對(duì)邊緣接入層中的所有媒體網(wǎng)關(guān)的各種業(yè)務(wù)呼叫控制,并負(fù)責(zé)各媒體網(wǎng)關(guān)之間通信的控制。
⑶核心傳送層:核心傳送層實(shí)際上就是軟交換網(wǎng)的承載網(wǎng)絡(luò),為業(yè)務(wù)媒體流和控制信息流提供統(tǒng)一的、保證QoS的高速分組傳送平臺(tái),其作用和功能就是將邊緣接入層中的各種媒體網(wǎng)關(guān)、控制層中的軟交換機(jī)、業(yè)務(wù)應(yīng)用層中的各種服務(wù)器平臺(tái)等各個(gè)軟交換網(wǎng)網(wǎng)元連接起來。軟交換網(wǎng)中各網(wǎng)元之間均是將各種控制信息和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息封裝在IP數(shù)據(jù)包中,通過核心傳送層的IP網(wǎng)進(jìn)行通信。
鑒于IP網(wǎng)能夠同時(shí)承載語音、數(shù)據(jù)、視頻等多種媒體信息,同時(shí)具有協(xié)議簡單、終端設(shè)備對(duì)協(xié)議的支持性好且價(jià)格低廉的優(yōu)勢,因此軟交換網(wǎng)選擇了IP網(wǎng)作為承載網(wǎng)絡(luò)。目前主要包括IP網(wǎng)和ATM網(wǎng)。
⑷邊緣接入層:主要包括各類媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備、綜合接入設(shè)備(IAD)及各種終端設(shè)備。軟交換技術(shù)將電話交換機(jī)的業(yè)務(wù)接入模塊獨(dú)立成為一個(gè)物理實(shí)體,稱為媒體網(wǎng)關(guān)(MG),MG功能是采用各種手段將各種用戶及業(yè)務(wù)接入到軟交換網(wǎng)絡(luò)中,MG完成數(shù)據(jù)格式和協(xié)議的轉(zhuǎn)換,將接入的所有媒體信息流均轉(zhuǎn)換為采用IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包在軟交換網(wǎng)絡(luò)中傳送。
中繼媒體網(wǎng)關(guān)(TG)和信令網(wǎng)關(guān)(SG)共同完成了電話交換機(jī)的業(yè)務(wù)接入功能模塊的功能,實(shí)現(xiàn)了普通PSTN/PLMN電話用戶的語音業(yè)務(wù)的接入,并將語音信息適配為適合在軟交換網(wǎng)內(nèi)傳送的IP包。同時(shí)軟交換技術(shù)還對(duì)業(yè)務(wù)接入功能進(jìn)行了擴(kuò)展,體現(xiàn)在AG、IAD、MSAG、H.323GW、WAG等幾類媒體網(wǎng)關(guān)。通過各類MG,軟交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了將PSTN/PLMN用戶、H.323IP電話網(wǎng)用戶、無線接入用戶的語音、數(shù)據(jù)、多媒體業(yè)務(wù)的綜合接入。
軟交換網(wǎng)絡(luò)各層之間采用標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議和接口。各層之間相互獨(dú)立,獨(dú)自發(fā)展,每層之內(nèi)的技術(shù)革新不影響其他層,并且軟交換網(wǎng)絡(luò)能夠提供靈活多樣的接入方式。通過開放的API接口可以支持運(yùn)營商、第三方業(yè)務(wù)提供商開發(fā)新業(yè)務(wù)。
3軟交換網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)
⑴由于采用開放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系,部件間的協(xié)議接口基于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),能方便各種異構(gòu)網(wǎng)的互通。
⑵由于功能的分離,各種接入媒體網(wǎng)關(guān)的設(shè)置可以更加靈活,軟交換機(jī)的控制能力和管理范圍可以很大。通過呼叫控制與承載的分離,便于在承載層采用新的網(wǎng)絡(luò)傳送技術(shù);通過承載與接入的分離,便于充分利用各種現(xiàn)有的以及新興的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù);通過業(yè)務(wù)與呼叫控制的分離,業(yè)務(wù)的提供可以更加豐富、快捷。
⑶由于是基于分組的網(wǎng)絡(luò),其網(wǎng)絡(luò)帶寬是共享的,因此,語音和控制媒體流的承載可以是端到端的。
⑷由于網(wǎng)絡(luò)層采用統(tǒng)一IP協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)資源可以共享,實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)的融合。
4軟交換網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn)
⑴軟交換機(jī)與應(yīng)用服務(wù)器之間的協(xié)議
軟交換和應(yīng)用服務(wù)器之間采用SIP協(xié)議。為了實(shí)現(xiàn)軟交換網(wǎng)業(yè)務(wù)與軟交換設(shè)備廠商的分離,即軟交換網(wǎng)業(yè)務(wù)的開放不依賴于軟交換設(shè)備供應(yīng)商,允許第三方基于應(yīng)用服務(wù)器獨(dú)立開發(fā)軟交換網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件,因此,定義了軟交換機(jī)與應(yīng)用服務(wù)器之間的開放的Parlay接口。軟交換機(jī)與智能網(wǎng)SCP之間通過標(biāo)準(zhǔn)的智能網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議(INAP、CAP)通信。
⑵軟交換機(jī)之間的協(xié)議
當(dāng)需要由不同的軟交換機(jī)控制的媒體網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信時(shí),相關(guān)的軟交換機(jī)之間需要通信,軟交換機(jī)與軟交換機(jī)之間的協(xié)議有BICC協(xié)議和SIP-T協(xié)議兩種。
BICC協(xié)議是ITU-T推薦的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,它主要是將原七號(hào)信令中的ISUP協(xié)議進(jìn)行封裝,對(duì)多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持存在一定不足。SIP-T是IETF推薦的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,它主要是對(duì)原SIP協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展,屬于一種應(yīng)用層協(xié)議,采用Client-Serve結(jié)構(gòu),對(duì)多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持較好,便于增加新業(yè)務(wù)。目前BICC和SIP協(xié)議在國際上均有較多的應(yīng)用。
⑶媒體網(wǎng)關(guān)與軟交換機(jī)之間的協(xié)議
除SG外的各媒體網(wǎng)關(guān)與軟交換機(jī)之間的協(xié)議有MGCP協(xié)議或MEGACO/H.248協(xié)議兩種媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議。MEGACO/H.248實(shí)際上是同一個(gè)協(xié)議的名字,由IETF和ITU-T聯(lián)合開發(fā),IETF稱為MEGACO,ITU-T稱為H.248。
信令網(wǎng)關(guān)(SG)與軟交換機(jī)之間采用信令傳送協(xié)議(SIGTRAN),在IP網(wǎng)上傳送No.7信令的高層信令信息(TUP/ISUP/SCCP)。SIGTRAN的低層采用流控制傳送協(xié)議(SCTP)。SIGTRAN/SCTP協(xié)議的根本功能在于將PSTN中基于TDM的七號(hào)信令通過SG以IP網(wǎng)作為承載透明傳至軟交換機(jī),由軟交換機(jī)完成對(duì)七號(hào)信令的處理。
⑷媒體網(wǎng)關(guān)之間的協(xié)議
除SG外,各媒體網(wǎng)關(guān)之間通過數(shù)據(jù)傳送協(xié)議RTP(Real-timeTransport
Protoco1)傳送用戶之間的語音、數(shù)據(jù)、視頻等各種信息流。RTP協(xié)議是IETF提出的適用于一般多媒體通信的通用技術(shù),RTP協(xié)議包括兩個(gè)相關(guān)協(xié)議:RTP協(xié)議[RFC1889]和RTCP[RFC1890],前者用于傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),后者用于RTP數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的反饋。目前,基于H.323和基于SIP的兩大IP電話系統(tǒng)均是采用RTP作為IP電話網(wǎng)關(guān)之間的通信協(xié)議。
⑸總結(jié)
MGCP、MEGACO/H.248、SIGTRAN、BICC、STP-T、Parlay協(xié)議傳送的均是控制類信息,不包含任何用戶之間的有用通信信息。SCTP協(xié)議可以在IP網(wǎng)上承載No.7、H.248、ISDN、SIP、BICC等控制協(xié)議。RTP傳送的是用戶之間的有用通信信息。同時(shí),媒體網(wǎng)關(guān)與連接的非軟交換網(wǎng)設(shè)備之間需采用相應(yīng)的協(xié)議通信。值得一提的是,軟交換網(wǎng)與H.323網(wǎng)互通,H.323GW與H.323網(wǎng)的IP電話網(wǎng)關(guān)采用RTP通信,同時(shí)軟交換機(jī)需與H.323網(wǎng)的網(wǎng)守之間采用H.323協(xié)議通信。
5H.248協(xié)議
H.248協(xié)議使語音、傳真和多媒體信號(hào)在PSTN與IP網(wǎng)之間進(jìn)行交換成為可能。H.248協(xié)議連接模型主要用于描述媒體網(wǎng)關(guān)中的邏輯實(shí)體,這些邏輯實(shí)體由MGC控制。連接模型中的主要抽象概念是終結(jié)點(diǎn)(Termination)和關(guān)聯(lián)(Context)。終結(jié)點(diǎn)是MG上的邏輯實(shí)體,它發(fā)送或接收一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)流。關(guān)聯(lián)表明了某些終結(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系。
H.248協(xié)議定義了32種類型的包(Package)。
H.248中共有8個(gè)命令,分別為:(1)僅由MGC端發(fā)起的命令:Add為MGC指示MG向指定的關(guān)聯(lián)域中加入終端;Subtract為MGC指示MG從關(guān)聯(lián)域中去除終端;Move為MGC指示MG把終端從一個(gè)關(guān)聯(lián)域移到另一個(gè)關(guān)聯(lián)域;Modify為MGC指示MG修改終端的屬性、事件或信號(hào)等;AuditValue為MGC請(qǐng)求MG返回終端的屬性、事件、信號(hào)和統(tǒng)計(jì)特性的當(dāng)前值;AuditCapabilities為MGC請(qǐng)求MG返回反映網(wǎng)關(guān)處理能力的終端的屬性、事件、信號(hào)和統(tǒng)計(jì)特性的所有可能值。(2)僅由MG端發(fā)起的命令有:Notify為MG向MGC報(bào)告其檢測或發(fā)生的事件。(3)MGC端和MG端都可發(fā)起的命令有:ServiceChange為MG向MGC通知終端將要退出服務(wù)或恢復(fù)正常的服務(wù),MGC也可用此命令向MG指示相關(guān)終端退出服務(wù)或恢復(fù)正常的服務(wù)。
H.248協(xié)議中有12類描述符,最主要的描述符有:(1)Media描述符:此描述符中的參數(shù)與媒體流有關(guān),具體分為TerminationState描述符和Stream描述符兩大類,其中TerminationState描述符中的參數(shù)與媒體流類型無關(guān),Stream描述符中的參數(shù)則與媒體流類型有關(guān);(2)Event描述符:軟交換要求媒體網(wǎng)關(guān)報(bào)告的事件;(3)ObservedEvent描述符:媒體網(wǎng)關(guān)報(bào)告檢測到的事件;(4)Signal描述符:軟交換要求媒體網(wǎng)關(guān)在終結(jié)點(diǎn)上應(yīng)用的信號(hào);(5)Audit描述符:審計(jì)媒體網(wǎng)關(guān)當(dāng)前的能力。
當(dāng)在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸本協(xié)議時(shí),使用IPSec[RFC2401]到[RFC2422]對(duì)H.248協(xié)議的傳輸進(jìn)行保護(hù)。
6軟交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)展前景
當(dāng)前的軟交換網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn),而這些特點(diǎn)也正是軟交換網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢:
⑴更加徹底的分離
IMS(IPMultimediaSubsystem)是IP多媒體系統(tǒng),是一種全新的多媒體業(yè)務(wù)形式,它能夠滿足現(xiàn)在的終端客戶更新穎、更多樣化多媒體業(yè)務(wù)的需求。IMS可以看作是一種新的軟交換技術(shù)。目前,IMS被認(rèn)為是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù),也是解決移動(dòng)與固網(wǎng)融合,引入語音、數(shù)據(jù)、視頻三重融合等差異化業(yè)務(wù)的重要方式。但是,目前全球IMS網(wǎng)絡(luò)多數(shù)處于初級(jí)階段,應(yīng)用方式也處于業(yè)界探討當(dāng)中。
軟交換本身就是一種分離思想,而IMS比軟交換更加徹底的分離。(如圖3)。徹底的分離體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):
呼叫控制和業(yè)務(wù)的分離。傳統(tǒng)軟交換雖然已經(jīng)將大部分增值業(yè)務(wù)分離出來放到了業(yè)務(wù)層,但是自身仍然保留了一些補(bǔ)充業(yè)務(wù)。IMS將這些保留的業(yè)務(wù)統(tǒng)統(tǒng)拿出來放在了業(yè)務(wù)層的應(yīng)用服務(wù)器中,這顯然是呼叫控制和業(yè)務(wù)徹底的分離。
呼叫控制與媒體網(wǎng)關(guān)控制的分離。傳統(tǒng)軟交換同時(shí)提供了基于SIP的會(huì)話呼叫控制和基于H.248/MEGACO/MGCP的媒體網(wǎng)關(guān)控制器的功能,在IMS中將這兩者分離出來。隨著傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的逐漸淡出,SIP網(wǎng)絡(luò)的逐漸主導(dǎo),將上述兩者功能分離更能使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單,呼叫路由的高效。
用戶數(shù)據(jù)從軟交換中的分離。軟交換一般將用戶數(shù)據(jù)放置在軟交換設(shè)備自身之中,IMS將這些用戶數(shù)據(jù)從軟交換中分離出來,并將用戶數(shù)據(jù)與其相關(guān)聯(lián)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集中到稱為HSS(HomeSubscriberServer)的設(shè)備之中。這種用戶數(shù)據(jù)的分離集中更加有利于業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)和提供。⑵呼叫協(xié)議統(tǒng)一
SIP協(xié)議一統(tǒng)天下。采用SIP協(xié)議,信令信息是基于文本的,較H.323協(xié)議簡單靈活、擴(kuò)展性好,且基于Internet標(biāo)準(zhǔn),在語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)結(jié)合和互通方面具有優(yōu)勢,網(wǎng)絡(luò)兼容性也強(qiáng),能跨越媒體和設(shè)備實(shí)現(xiàn)呼叫控制,支持媒體格式,可動(dòng)態(tài)增刪媒體流,容易實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的互連互通以及實(shí)現(xiàn)更加豐富的業(yè)務(wù)特性。
⑶與接入方式兼容
對(duì)多種接入方式的兼容是軟交換網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)特點(diǎn),IMS將該特點(diǎn)更加進(jìn)一步發(fā)展。在傳統(tǒng)軟交換網(wǎng)絡(luò)中由于媒體網(wǎng)關(guān)控制功能沒有分離出來以及媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議的多樣性導(dǎo)致了并沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)多種接入方式的兼容,而在IMS中由于對(duì)接入網(wǎng)絡(luò)的徹底分離和SIP協(xié)議的應(yīng)用使其真正意義上實(shí)現(xiàn)了對(duì)多接入方式的兼容。
⑷一致的歸屬業(yè)務(wù)能力
目前的軟交換網(wǎng)絡(luò)沒有充分考慮對(duì)用戶終端的漫游支持,而IMS中P-CSCI(-CSCI)功能實(shí)體的引入,使終端無論是漫游到外地還是其他運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)都能夠通過拜訪地或拜訪網(wǎng)絡(luò)的P-CSCF接入到IMS中,從而建立用戶終端與其歸屬HSS及S-CSCF(服務(wù)-CSCF)的信令通路,由歸屬地的S-CSCF控制用戶業(yè)務(wù)。
⑸更好服務(wù)質(zhì)量和安全保證
在IMS中存在多種CSCF功能實(shí)體,這些實(shí)體具有不同的功能任務(wù),這與傳統(tǒng)軟交換網(wǎng)絡(luò)中軟交換設(shè)備的統(tǒng)一功能是不同的。通過這些功能實(shí)體,IMS提供了更好的服務(wù)質(zhì)量和安全保證。在這些IMS功能實(shí)體中,P-CSCF完成了用戶終端及接入網(wǎng)絡(luò)和IMS核心網(wǎng)絡(luò)的隔離,I-CSCF(詢問-CSCF)完成了不同運(yùn)營商之間IMS網(wǎng)絡(luò)的隔離,從而保證了網(wǎng)絡(luò)的安全。
7結(jié)束語
軟交換網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展將使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加清晰合理,網(wǎng)絡(luò)成本更加節(jié)約,使用戶數(shù)據(jù)更為集中,新業(yè)務(wù)提供更加容易;同時(shí)這種發(fā)展了的軟交換網(wǎng)絡(luò)也保證了與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的兼容。中國通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)網(wǎng)絡(luò)與軟交換技術(shù)工作委員會(huì)主席趙惠玲指出,雖然軟交換設(shè)備功能及其穩(wěn)定性能夠滿足商用要求,但與之配套的運(yùn)營支撐及維護(hù)管理體制要進(jìn)行相應(yīng)的變革;在網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃上應(yīng)遵循“大容量、小節(jié)點(diǎn)、廣覆蓋、全功能、扁平化”的原則。
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