（计算机软件与理论专业论文）软交换中sip协议的应用与研究.pdf

捅墨 随着数据业务的不断发展，以主要承载语音业务为设计目的的传统电信网络 面临着大规模的改造，以适应以业务为核心的下一代网络的发展。众所周知，软 交换是下一代网络的核心，同时，s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o l lp r o t o c 0 1 ，会话初始 协议) 协议扮演着下代网络中的核心协议角色。所以，研究s i p 协议在软交换中 的应用，对于建设f 一代网络有着重要的意义。 首先本文分析了软交换目前存在问题，并针对s i p 协议的特点，在深入研究 s i p 协议的原理和结构基础上，给出了一个s i p 协议栈( s j p s t a c k ) 的设计思路： 同时针对事务层实现的特殊需求，综合采用u n i x 共享内存技术、多线程技术和基 于h a s h 表的动态查找等技术，给出了事务层相关类的设计；最后，本文研究了 s i p 系统和软交换的互通情况，给出了两者的互通模型及其相应的控制流程。 从初步的测试效果来看，本文提出的设计思路和部分实现初步解决了s i p 协 议在软交换系统中的应用主要问题，如协议栈的设计及互通问题等等。下一步将 完善s i p 协议栈的设计与实现，同时，加强该协议栈在开发实际系统中的应用， 为大规模的商用奠定一个良好的基础。 关键词：s i ps d p 软交换s i p 协议栈 a b s t r a c t w i t ht h ec o n s t a n td e v e l o p m e n to fd a t ab u s i n e s s ，t r a d i t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n s n e t w o r k sw h i c hm a i n l yu n d e r t a k ev o i c eo p e r a t i o na r ef a c e dw i t hl a r g e s c a l er e f o r m a n dc h a n g et oa d a p tt ot h en e x t - g e n e r a t i o nn e t w o r kd e v e l o p m e n tw h i c hf o c u s e so n o p e r a t i o n t h i st h e s i sf i r s t l ya n a l y z e st h ee x i s t i n gp r o b l e m sc o n c e r n i n gw i t hs o f t s w i t c h ， s t u d i e st h ep r i n c i p l ea n ds t r u c t u r eo fs i pp r o t o c o la c c o r d i n gt oi t sc h a r a c t e r i s t i c s t h e p a p e rr a i s e dad e s i g ni d e ao fs i pp r o t o c o lw a r e h o u s e m e a n w h i l e ，t h ea r t i c l eg i v e s l l a e d e s i g no fb u s i n e s sl e v e li nt e r m so ft h es p e c i a ln e e d so fb u s i n e s sl e v e lr e a l i z a t i o nb y c o m p r e h e n s i v e l yu s i n gu n i x s h a r e dm e m o r yt e c h n o l o g y ，m u l t i t h r e a d i n gt e c h n o l o g y a n dd y n a m i cs e a r c h i n gt e c h n o l o g yb a s e do nh a s ht a b l e f i n a l l y ，t h et h e s i s a n a l y z e dt h ei n t e r c o m m u n i c a t i o no fs i ps y s t e ma n d s o f te x e h a n g e ，p u t t i n gf o r w a r da n i n t e r c o m m u n i c a t i o nm o d e la n dr e l a t i n gc o n t r o lf l o w f r o mt h ed e v e l o p m e n ta n de l e m e n t a r yt e s t i n ge f f e c t ，t h ed e s i g ni d e aa n dp a n i y r e a l i z a t i o nr a i s e di nt h et h e s i sh a ss o l v e dt h em a i na p p l i c a t i o np r o b l e m so fs i p p r o t o c o l u n d e rs o f t s w i t c h s y s t e m ，s u c h a st h e d e s i g n o fp r o t o c o lw a x e h o n s e ， i n t e r c o m m u n i c a t i o ni s s u e sa n dc r o s s i n gp r i v a t en e t w o r ki s s u e s t h ef o l l o w i n gj o bi st o p e r f e c tt h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o n o fs i pp r o t o c o lw a r e h o u s ea n ds t r e n g t h e nt h e a p p l i c a t i o no ft h ep r o t o c o lw a r e h o u s ei np r a c t i c a ls y s t e ma tt h es a m et i m ei no r d e rt o l a yas o u n df o u n d a t i o nf o rl a r g e s c a l ec o m m e r c i a lu s e k e y w o r d ：s i p s d ps o f f s w i t c h s i ps t a c k y 8 5 8 6 1 7 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中 不包含他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名日期 2 q 鳗生2 旦! 旦 关于论文1 吏用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定。即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。( 保密的论 文在解密后遵守此规定) 本人签名： 导师签名： 日期 2 q q ! 堡2 旦2 旦 日期 2 q q 堡! 旦2 旦 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景和意义 我国电信业近年来有了飞速的发展，电信业务量保持着持续的高速增长，电 信业务的收入和网络规模都有了很大的发展。特别是是3 g ”( 3 r dg e n e r a t i o n ，指 第三代移动通信技术) 牌照的颁发，相信我国电信也将有更进一步的高速增长。从 当前电信发展的大趋势看，l p i 列( i n t e r n e tp r o t o c o l ，网际协议) 业务将成为未来业务 的主体。特别是随着下一代因特网的发展，p 向传统电信业务的渗透和传统电信 业务与m 的逐步融合会大大加快。 计算机网络技术的飞速发展，软硬件技术的不断提高，使数据业务和传统的 语音业务出现了融合，现存的相互独立的电信网、计算机网和有线电视网有了一 个公共点，三网合一成为可能，这个公共点就是i p 。然而，现有的基于i p 的数 据网络在承载语音视频等多媒体业务时还存在一些缺陷，主要体现在带宽不够， q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ，服务质量) 还不能充分保证等方面。总之，正是由于现代 科技的进步，企业的竞争，人们的需求促进了通信的发展，由此提出了“下一代 网n ( n g n 【3 】，n e x tg e n e r a t i o n n e t w o r k ) ”的概念，并不断地改进和完善。 从狭义上来讲，n g n 特指基于软交换技术的交换网络，是对当前t d m 网络 的演进和替换”j 。一方面，n g n 不是现有电信网和i p 网的简单延伸和叠加，也 不是单项节点技术和网络技术，而是整个网络框架的变革，是一种整体解决方案： 另一方面，n g n 的出现和发展不是革命，而是演进，即在继承现有网络优势的基 础上实现的平滑过度。 传统的电路交换机将传送交换硬件、呼叫控制以及业务和应用功能结合进单 个昂贵的交换机设备，是一种垂直集成的、封闭和单厂家专用的系统结构，新业 务的开发也以专用设备和专用软件为载体，导致开发成本高、时间长、无法适应 今天快速变化的市场环境和多样化的用户需求， 软交换打破了传统的封闭交换结构，采用究全不同的横向组合的模式，将上 述三大功能件接口打开，采用开放的接口和通用的协议，构成一个开放的、分布 的和多厂家应用的系统结构。可以是业务提供者灵活选择最佳和最经济的组合来 构建网络，加速新业务和新应用的开发、生成和部署。快速实现低成本广域业务 覆盖，推进语音和数据的融合。 软交换是一个完整的体系结构，是现有通信网络向下一待网络过度的有效解 决方案。采用下一代网络解决方案可以把现有的多个单一业务的分离网络转变为 s i p 协议在软交换中的应用与研究 一个更为经济高效的融合网络，而且将为消费者提供种类更丰富、更高质量的语 音、数据和多媒体业务。 简单地看，软交换所完成的功能相当于原有交换机所提供的功能。软交换是 实现传统程控交换机的“呼叫控制”功能的实体，但传统的“呼叫控制”功能是 和业务结合在一起的，不同的业务所需要的呼叫控制功能不同，而软交换则是与 业务无关的，这要求软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。未 来的软交换应该是尽可能简单的，智能则尽可能地移至外部的业务和或业务层。 本课题来源于某通讯企业的软交换系统项目。s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 协 议是未来有很大发展和应用的协议，在建设以软交换为核心的下一代网络的过程 中，很多设备厂商都开始将其下一代网络的协议标准向s i p 协议方向倾斜。同时， 三网融合的过程中，s i p 协议和软交换都将得到前所未有的重视。本文所研究s i p 协议在软交换系统中的应用，同时，给出了一个满足s i p 协议基本功能协议栈的 设计思路和部分代码实现，使用该协议栈设计的s i p 服务端，可以很容易的集成 到软交换系统中。从而使得s i p 网络与i p 网络的完全融合。通过该协议栈的框架 的设计与部分实现，达到了对软交换系统整体的理解和s i p 协议更为深刻的理解， 掌握了s i p 协议栈和软交换中s i p 服务端实现的主要技术。 1 2 本文的研究内容 本文在s i p 协议和软交换技术研究的基础上，针对s i p 协议和软交换系统的 特点，提出了s i p 协议栈的设计框架，着重分析了该协议栈事务层的设计方法和 关键技术，并给出了事务层的部分实现。s i p 协议是下一代网络中最重要的协议， 它主要实现语音视频信号在i p 网络上的高效传输，s i p 可以实现包括语音业务在 内的多媒体业务会晤的建立、修改和拆除。虽然s i p 可以工作在大部分传输协议， 但它的最佳传输协议是实时传输协议1 4 1 ( r t p ，r e a l - t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 。s i p 协议主要由两级网络实体构成：客户机( 也成为用户代理) 和服务器。基于s i p 协 议的呼叫由客户机发起，终止于服务器端。当前可用于s i p 电话的客户终端类型 包括装有电话代理的p c ( p e r s o n a lc o m p u t e r ，个人电脑1 或s i p 电话。客户机在同 一平台下也可以当作服务器使用。所以，本文设计的s i p 协议栈充分考虑到了客 户端和服务器端的功能实体，特别是协议栈中事务层的设计。本文主要设计了s i p 网络和软交换互通时的控制流程和实现框架，同时在s i p 协议栈事务层实现的主 要功能有：s i p 消息的检索、缓冲和和处理。 根据本文所要实现的内容，将论文分为五章，具体安排如下： 第一章绪论。介绍了本文的研究背景、研究意义以及研究内容。 第一章绪论 第二章软交换。介绍了软交换基本概念、功能和意义，以及软交换在下代 网络中的重要应用点一可编程综合业务平台。 第三章s i p 协议在软交换中的应用研究。简要介绍了s i p 协议的基本概念和 s i p 协议的各种格式描述。同时给出了s i p 协议在软交换中的典型应用和设计框 架。 第四章s i p 协议栈的设计和实现。提出了协议栈的总体设计框架，同时在着 重分析事务层实现的关键技术的基础上，给出了事务层的部分实现。 第五章s i p 与软交换的互通。包括软交换与s i p 系统互通的功能要求、互通 方式及其相应的呼叫控制流程。 最后，在结束语中总结了现有的工作成果并对进一步s i p 协议的进一步发展 做了进一步探讨。 s i p 协议在软交换中的应用与研究 第二章软交换 2 1 软交换的概念和功能 国际软交换协会( i s c ，i n t c r n e ts o f t s w i t c hc 3 n s o r t i u m ) 对软交换酌定义 是：“软交换是提供呼叫控制功能的软件实体”。【5 】国际软交换协会的主要观 点是：首先，它将成为综合的多媒体公众网络( 语音、视频和数据) 的中心 应用开发环境和呼叫代理：其次，它有多个不周的软交换商业模型，可使各 个不同的业务提供商将具有自己特征的应用通过软交换嫁接到第三方网关， 从而成为本地业务提供商。 软交换是多种逻辑功能实体的集合，提供融合业务的呼叫控制，连接及部 分业务功能，是下一代网络提供话音、数据、视频等融合业务呼叫、控制和业 务供给的核心设备，也是目前电路交换网向分组交换网演进的主要设备之一。 软交换的主要设计思想是业务，控制与传送接入分离，各实体之间的通过 标准的协议进行连接和逶信肛) 。软交换的功麓结构如图2 】历示。其主要功能 包括：呼叫控制功能；业务提供功能；业务交换功能；互通功能：s i p 代理功 能：计费功能；网关功能；路由、地址解析和认证功能；h 2 4 8 终端、s i p 终 端、m o c p ( m e d i ag a t e w a yc o n t r o l l e rp r o t o c o l ，媒体网关控制协议) 终端的控制 和管理功能：7 号信令( 即m t p ( m e s s a g e t r a n s f e rp a r t ，消息转移部分) 及其应 用部分) 功能( 任选) ；h 3 2 3 终端控制、管理功能( 任选) 。各部分功能的详 细说明如下， 第二章软交换 图21 软交换功挠结构示意国 1 呼叫控制和处理功能 软交换设备可以作为基本呼叫的建立、保持和释放提供控制功能，包括 砰叫处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等。 软交换设备应可以接受来自业务交换功能的监视请求，并对其中与呼叫 相关的事件进行处理。接受来自业务交换功能的呼叫控制相关信息，支持呼叫 的建立和监褫。 支持基本的两方呼叫控制功能和多方呼日q 控制功能，提供多方呼叫控制 功能，包括多方呼叫的特殊逻辑关系、呼叫成员的加入，退出隔离旁昕及混音 过程的控制等。 软交换设各应能够识别媒体网关报告的用户摘机、拨号和挂机等事件； 控制媒体网关向用户发送各种音信号，如拨号音、振铃音、蜘铃音等；提供满 足运营商要求的编号方案。 当软交换设备内部不包含信令隧关时，软交换应毙够采用s s 7 1 7 j 或i p 协 议与外置的信令网关互通，完成整个呼叫豹建立和释放功能，其主要承载协议 采用s c t p ( s t r e a mc o n t r o l t r a n s m i s s i o n p r o t o c o l ，流传输控制协议) 8 1 o 软交换设备应可班控制媒体网关发送交互式语音应答( i v r ，i n t e r a c t i v e v o i c er e s p o n s e ) 1 9 1 ，以完成诸如二次拨号等多种业务。 软交换设备可以同时与h2 4 8 终端，m g c p 终端和s i p 客户端进行连接， s i p 协议在软交换中的应用与研究 提供相关业务。 当软交换位于p s t n i s d n ( p u b l i cs w i t c ht e l e p h o n en e t w o r k i n t e g r a t e d s e t w i c ed i g i t a ln e t w o r k ，公众交换电话网，综合业务数字网) f 1 0 1 1 1 本地网时，应 具有本地电话交换设备的呼叫处理功能。 当软交换位于p s t n i s d n 长途网时，应具有长途电话交换设备的呼叫处 理功能。 2 协议功能 软交换是一个开放的、多协议的实体，因此必须采用标准协议与各种媒 体网关、终端和网络通信，这些协议包括：h 2 4 8 、s c t p 、i s u p 、t u p 、i n a p 、 h 3 2 3 、r a d i u s 、s n m p 、s i p 、m 3 u a 、婀c p 、b i c c 、p r i 、b r i 等等，其中对于 h 2 4 8 ，软交换应既支持文本编码方式，也支持二进制编码方式。本文将在下 一节里对软交换中各个协议的具体应用情况做简单介绍。在下一章中，将对 s i p 协议及其在软交换中的应用做详细的分析。 3 业务提供功能 业务供给功能能够提供p s t n i s d n 交换机所提供的业务，包括基本业务 和补充业务；可以与现有智能网配合，提供现有智能网提供地业务；也可以与 第三方合作，提供多种增值业务和智能业务。 4 业务交换功能 业务交换功能与呼叫控制功能相结合提供呼叫控制功能和业务控制功能 ( s c f ，s e r v i c ec a p a b i l i t yf u n c t i o n ) t 1 2 】之间进行通信所要求地一系列功 能。业务交换功能主要包括： 1 ) 业务控制触发的识别，以及与s c f 之间的通信； 2 ) 管理呼叫控制功能和s c f 间的信令； 3 ) 按要求修改呼口q 连接处理功能，在s c f 控制下处理i n 业务请求； 4 ) 业务交互作用管理。 5 互通功能 软交换互通功能可以通过信令网关实现分组网与现有7 号信令网的互 通：可以通过信令网关与现有智能网互通，为用户提供多种智能业务，允许 s c f 控制v o l p 呼叫，且对呼叫信息进行操作( 如号码显示等) ；可以通过软交 换中的互通模块，采用n 3 2 3 协议实现与现有h 3 2 3 体系的i p 电话网的互通； 可以通过软交换中的互通模块，采用s i p 协议实现与未来s i p 网络体系的互通： 可与其他软交换设备互联，它们之间的协议可以采用s i p 或h 2 4 8 终端、s i p 终端和m g c p 终端之间的互通。 6 资源管理功能 第二章软交换 软交换应提供资源管理功能，对系统中的各种资源进行集中的管理，如 资源的分配、释放和控制等。 7 计费功能 软交换应具有采集详细话单及复式计次功能，并能够按照运营商的需求 将话单传送到相应的计费中心。 当使用记帐卡等业务时，软交换应具备实时断线的功能。 8 认证与授权功能 软交换应能够与认证中心连接，并可以将所管辖区域内的用户、媒体网 关信息送往认证中心进行认证和授权，以防止非法用户设备的接入。 9 地址解析功能 软交换设备应可以完成e 1 6 4 地址至i p 地址、别名地址至i p 地址的转 换功能，同时也可以完成重定向功能。 1 0 语音处理功能 软交换应可以：控制媒体网关是否采用语音压缩、并提供可以选择的语 音压缩算法，算法应至少包括g 7 2 9 t 1 射、g 7 2 3 1 4 1 等：控制媒体网关是否采用 回声抵消技术；向媒体网关提供语音包缓存区的大小，以减少抖动对语音质量 带来的影响。另外，软交换还可能具有与移动业务相关的功能，以及与数据 多媒体业务相关的功能等。 2 2 软交换的设计架构 设计软交换时，应重点考虑以下几个设计元素：硬件、操作系统、中间件、 协议和商业应用。软交换的设计架构模型如图2 2 所示。 对每个设计元素，需要考虑相应时间、延时、服务时间、处理容量，以及 使用多线程技术可以同时处理的任务数等。 s i p 协议在软交换中的应用与研究 j 颤引线吐势功涟 掩 ；逛胤 f i l l 一1 ，* l l 十抖 or 日杯娥1 池随撬 7 i “ j 撵粒藩娥 i 制臻絮悖系虢 - j 系娩戢棒琏 商可矧t 缡潍札濉 拳谴蔫骧础 1 抛戆啦馗 一醺斡平舟耀。| 荐6 # 搜器 衅络接蹦 图2 2 软交换设计架构 1 实时相应要求 多项软交换功能都要求实时响应，系统必须能够提供一个成熟的、可伸 缩的、实时运行环境，允许应用访问位于多处理器系统上的专用资源，使应用 开发者能够编写可便鞋的实时代码，支持实时和分时组件( 混合代码应用) 的 应用程序，可选的安全性和3 2 6 4 位应用程序支持。 2 网络选项 电信级服务器是电信运营商和服务提供商的首选，因为这些服务器包含 一个内置以太网接口。对于高速应用程序( 如软交换) ，需要支持更强的网络 能力，如吉比特以太网、a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ，异步传递模式) 网等。为了能够通过多种方式来匹配高速网络选项，设计者必须考虑吞吐量和 带宽的平衡。 3 系统管理选项 通常，软交换被部署在网络的远端，因此要求软交换必须具有远端系统 管理能力。另外，还应该支持第三方管理工具通过基于m i b 的接口访问开放的 管理系统，同时也应该支持$ n m p ( s i m p l en e t w o r k m a n a g e r m e n tp r o t o c o l ，简 单网络管理协议) 接口。 4 可服务性 在软交换应用程序中，组件的可服务性至关重要，因为对于电话用户来 说，业务被打断是难以接受的。为了避免系统的中断，设计软交换时应该采用 相应的机制，例如，可以通过前端接入来支持标准电信工业服务模型，利用具 有可热切换功能的域代替单元( f r u ，f i e l dr e p l a c e a b l eu n i t s ) ，以使维护 人员不需要关闭设备就可以更换故障单元或组件等。 第二章软交换 可服务性还包括通告时间( 维护人员发现问题存在，并查明故障来源所 用时间) 。软交换既能通过内置的l e d s 发光二级管，l i g h t e m i t t i n gd i o d e ) 来及时地显示硬件故障，也支持符合电信工业标准地、集成邮件或声响系统地 远端告警特性。 5 可用性 由于电话用户难以接受服务故障或由局部故障引起地服务相应迟缓，可 用性是软交换应用中最重要地部分。又因为用户不会容忍停机故障，故设备地 冗余是实现可用性地关键措旌，而且，软交换中从在三种可能地冗余实现方法： 负载平衡、群集和故障容忍度。 利用负载平衡平衡技术能够使可用性水平扩展地前端系统，保持高可靠 性，允许软交换应用通过前端处理系统同时支持数以千计地用户。 把一组服务器节点设置成一个服务器族，成为“集群”，支持故障时的节 点问完全切换、存储装置故障替换或网络连接故障替换，从而实现无终端服务。 一个软交换系统通常由应用软件、系统软件和硬件平台组成。应用软件 包括应用或业务、功能执行逻辑中间件、协议栈等；系统软件包括操作系统、 网络文件系统、高可用性保障机制。设备驱动等；硬件平台包括处理单元、存 储设备、网络接口等。 6 系统软件要求 ( 1 ) 应选择一个已被验证的、稳定的、可靠的操作系统； ( 2 ) 对需要系统软件关注的时间的实时响应时间，应不小于0 i m s ； ( 3 ) 内存应该预空，以支持实时应用； ( 4 ) 足够的内存地址( 6 4 位) ，以免限制运行在用户地址空间的程序； ( 5 ) 支持多线程的运行环境，以支持用户以应用的高伸缩性： ( 6 ) 灵活的、健壮的网络文件环境，以及集成了卷标管理器的本地文 件系统： ( 7 ) 对网络环境完全支持，包括连通性、协议栈、业务和网络管理； ( 8 ) 可移植性的语言( 如j a v a ) 牙发和执行环境： ( 9 ) 高可用性架构支持，如动态重新配置、i p 多径、可选路由、热切 换等； 7 硬件平台的要求 选择硬件平台时，需要考虑c p u 的数量、存储容量、网络接口、可扩展性 等。 另外，为了开发功能齐全的软交换产品，必须支持第三方供应商的组件， 这就需要相应的软件来支持与第三方硬件、设备驱动程序、中间件、数据库和 s i p 协议在软交换中的虑用与研究 应用程序的互通。 2 3 软交换中各种协议的简介及应用范围 从1 9 9 9 年开始，国际软交换协会已制定了一些相关的软交换标准草案， 并颁布了一些标准，目前i s c 、i t u t ( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n t e l e c o n 姗u n i c a t i o ns t a n d a r d i z a t i o ns e c t o r ，国际电信联盟电信标准部) 、 i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ，因特网工程任务组) 等国际组织正 在合作制订并完善相关的协议和标准。 按照功能和特点来分，软交换协议可以分为呼叫控制协议、传输控制协议、 媒体控制协议、业务应用协议、维护管理协议等。目前所涉及到的具体协议如 下： 呼叫控制协议：包括承载无关呼叫控制( b i c c ) ；s i p t ；h 3 2 3 ：i s u p 、 t u p ；q 9 3 i 、q s i g 。 传输控制协议：包括s i g t r a n ；流控制传输协议( s c t p ) ；t c a p 、s c c p ；i u a 、 m 3 u a ：m t p 3 ；r t p 、r t c p ；t c p 、u d p ；i p ；a t m 。 媒体控制协议：包括h 2 4 8 m e g a c o ：会话发起协议( s i p ) ；媒体网关控制 协议( m g c p ) 。 业务应用协议：包括p a r l a y ：j a i n ；i n a p ；m a p ；l d a p ；r a d i u s 。 维护管理潍议：包括s n m p 和公共开放策略服务( c o p s ) 协议。 1 m g c p 协议【1 5 】 m g c p 是由i e t f 的m e g a c o 工作组较早定义的媒体网关控制协议它是在综 合简单网关控制协议( s g c p ，s i m p l eg a t e w a yc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 和i p 设备 控制( i p d c ，i n t e r n e tp r o t o c o ld e v i c ec o n t r 0 1 ) 协议两个协议的基础上形 成的，应用在软交换设备与m g c p 终端之间。 m g c p 采用了网关分离的思路，将以前的信令和媒体集中处理的网关分解为 两部分：媒体网关( m g ，m e d i ag a t e w a y ) 和呼叫代理( c a ，c a l la g e n t ) ，c a 处理信令，m g 处理媒体。c a 控制m g 的动作，由c a 向m g 发出要执行的命令， m g 将所搜集的消息上报给c a 。 m g c p 的连接模型基于端点( e n d p o i n t ) 和连接( c o n n e c t i o n ) 砖个构件。 端点发送或接收数据流，由软交换控制设备控制的终端在呼叫所涉及的端点间 建立连接，一个端点上可以建立多个连接，不同呼叫的连接可以终结于同一个 端点。 m g c p 采用会话描述协议( s d p ，s e s s i o nd e s c r i p t i o nt r a n s m i s s i o n 第一幸软交换 p r o t o c 0 1 ) 描述连接参数，如i p 地址、l j d p 端口、媒体流特性等。 m g c p 定义了c a 和m g 的同步机制，但对c a 和c a 之问的矧步机制没有定义， 这是该协议需要完善的地方。尽管m f i c p 协议具有易实现等特点，使i p 电话网 可以接入p s t n ，实现端到端电话业务，但其互通性和所支持的业务能力有限。 2 h 2 4 8 m e 6 a c 0 协议【 h2 4 8 m e g a c o 也称为媒体网关控制协议，是l r u 与i e t f 两大国际标准组 纵合作在m c 4 2 p 协议的基础上，结合其他媒体网关控制协议的特点发展而成 的，应用在媒体网关和软交换设备之间、软交换设备与i t2 4 8 m 脚 c o 终端之 问，在媒体网关控制功能和兼容性方向较m g c p 大大增强。 h 2 4 8 髓g a c o 采用业务与控制分离、控制与承载分离的思想，定义了两个 抽象的概念：终结点( t e r m i n a t i o n ) 和关联( c o n t e x t ) 。终结点中封装有媒 体流参数、调制解调器和承载能力等参数，是媒体网关逻辑实体，终结点町以 发送或接收一个或者多个数据流。例如，在一个多媒体会议中，一个终结点可 以支持多种媒体，并且发送或者接收多个媒体流；关联所描述的内容是在一些 终结点之间的连接关系。终结点和关联都有许多描述符对于终结点，其描述 符有m o d e m 、m u x 、m e d i a 、s i n g a l 、e v e n t 、d i g i z m a p 、o b s e r v e d e v e n t 、s t a t js t ic s 等。 h 2 4 8 m e g a c o 连定义了在媒体刚关和软交换控制设备之间的一组命令组， 称为事务交互。每个事务交互包含一个或多个关联，每个关联包古一个或多个 命令，每个命令包含一个或多个描述符。事务交互保证对命令的有序处理，即 在一个事务交互中的命令是顺序执行的；但并不保证各个事务交互之间的有序 处理，即对一个事务交互的处理可以以任何) 顿序进行，也可以蜘时进行。 h 2 4 8 脏g a c o 定义丁媒体网关之间的连接的总体框架，但对媒体网关与软 变换设备间的呼叫建立状态机没有严密的定义。尽管如此，该协议仍足软交换 技术中的主流协议之一，在n g n 中发挥着积极而重要的作用。 3 s i p 协议 s i p 是由i e t f 提出的在i p 网络上进行多媒体通信的控制协议，麻用在软 交换设备之间、软交换设备与s i p 终端之间、软交换设备与基于i p 的呼叫控 制应用服务器之间。s i p 消息基于文本格式，分为消息头和消息体，承载l p 地址、端口信息、编码方式、媒体能力等会话相关信息，消息机制采用了客户 机朋日务器( c l i e n t s e r v e r ) 请求和响应的应咎机制。客户机发起请求，服务 器进行响应，以建立或者终结会话，会话内容可以是i n t e r n e t 多媒体会议、 i n t e r n e t 电话呼叫、多媒体信息流分配。s i p 呼叫由一个全局惟一的呼叫标识 ( c a l l i d ) 予以标识。 s i p 协议在软交换中的应用与研究 本文将在下一章里对s i p 协议做进一步的阐述。 4 b i c c 协议l “1 b i c c 协议由i t u ts g l l 研究组完成标准化，是一种在骨干网中实现使用 与业务承载无关的呼叫的控制协议。b i c c 定义了信令传送转换器、应用传送机 制、承载控制隧道协议和i p 承载控制协议。通过点编码建立信令联系，信令 链路通过静态s c t p 连接，b i c c 节点中采用正常呼叫的选路原则选定路由，为 呼叫的信令建立通路。信令信息利用信令传送转换器转换之后，采用a p m 传送 b i c c 特定的控制信息。 b i c c 协议把支持b i c c 信令的节点分为服务节点和呼叫协调节点，s n 具有 承载控制功能，c m n 不具有承载控制功能。对于s n ，呼叫功能和承载控制功能 在物理上既可以分开，也可以不分开。如果分开，那么呼叫功能和承载控制功 能实体需要用呼叫承载控制信令来发送消息。 b i c c 从真正意义上解决了呼叫控制和承载控制相分离的问题，可以用于任 何承载网络，如a t m 、i p 。a t m 具有很好的q o s 保证和呼叫处理能力，b i c c 能 够更好地支持a t m 网络承载，这可能是业界看好b i c c 的原因之一。 5 s i g t r a n 协议【”j s i g t r a n 协议是i e t f 的信令传送工作组s i g t r a n 所建立的套在i p 网络 上传送p s t n 信令的传输控制协议。s i g t r a n 定义了一个比较完善的s i g t r a n 协议堆栈，分为i p 协议、信令传输、信令传输适配和信令应用等四层。每层 所含内容如下： i p 协议层：i p 信令传输层：s c t p 信令传输适配层：s u a ；m 3 u a ；m 2 u a m 2 p & i u a 信令应用层：t c a p ；t u p ；i s u p ；s c c p ；m t p 3 ：q 9 3 1 q s i g 不同的信令应用层需要不同的信令传输适配层，但i p 协议层和信令传输 层是共享的和相同的。信令传输适配层与信令应用层的对应关系如下： s u a ( s i g n a l l i n gc o n n e c t i o nc o n t r o lp a r tu s e ra d a p t a t i o nl a y e r ，信 令连接控制部分用户消息适配层) 对应t c a p ( t r a n s a c t i o nc a p a b i l i t i e s a p p l i c a t i o np a r t ，事务处理能力应用部分) ； m 3 u a ( m t p 3u s e ra d a p t a t i o nl a y e r ，m t p 3 用户适配层) 对应t u p ( t e l e p h o n y u s e rp a r t ，电话用户部分) 、i s u p ( i s d nu s e rp a r t ，i s d n 用户部分) 、 s c c p ( s i g n a l l i nc o n n e c t i o na n dc o n t r o lp a r t ，信令部分和控制部分) 、t c a p m 2 u a m 2 p a ( m t p 2u s e ra d a p t a t i o nl a y e r m t p 2p e e r t o p e e ra d a p t a t i o n l a y e r ，m t p 2 用户适配层m t p 2 端对端适配层) 对应m t p 3 ( m e s s a g et r a n s f e r 第二章软交换 p a r tl a y e rt h r e e ，消息转移第三层) 、 1 b a o s d nu s e ra d a p t a t i o nl a y e r ， i s u p i s u p i s d n 用户适配层) 对应q 9 3 1 q s l 6 、 s i g ? r a n 支持p s t n 信令应用的标准原语接口，利用标准的i p 传送协议作 为低层传送信令，是n c n 中重要的传输控制协议之一。 6 p a r l a y 协议 p a r l a y 协议是p a r l a y 工作组制定、由欧洲电信标准委员会( e t s i ) 发布 的开放业务接入的应用编程接口( a p i ) 标准，是n g n 重要的业务接口应用协 议。该协议针对高层应用协议接口，采用面向对象的方法，使用标准建模语 言( u m l ) ，分别从类( c l a s s ) 、方法( m e t h o d ) 、参数( p a r a m e t e r ) 和状态 模型( s t a t em o d e l ) 等方面进行描述，用m i c r o s o f ti d l 和c o r b ai d l 描述 其所有的操作和消息。p a r l a y 定义了一套开放的、独立于技术的、可扩展的 a p i ，包括框架结构接口、业务接口、公共管理接口等。其中，业务接口是p a r l a y 接口的核心，又包括呼叫处理业务接口、通用消息业务按口、移动性业务接 口、连通性管理业务接口等。 通过p a r l a ya p i 完成应用服务器和软交换间的通信，同时应用服务器提 供各种a p ，实现对现有通信网络安全和公开的访问，为第三方应用商提供开 发和业务接入平台。p a r l a ya p i 可适用于不同的通信网络，通过对a p i 的不 断扩展，将解决网络的演进、融合和扩容等方面的一系列问题。 7 ，c o p s 协议1 “j c o p s ( c o m m o no d e np o li c ys e r v i c e ，公共开放政策服务) 协议是由1 e t f 资源分配工作组制定的维护管理协议。c o p s 定义了三个逻辑实体：策略决策 点( p d p ，p o l i c yd e c i s i o np o i n t ) 、策略执行点( p e p ，p o l i c ye x e c t i o n p o i n t ) 、本地策略决策点( l p d p ，l o c a lp o l i c yd e c i s i o np o i n t ) ，其中l p d p 备份p d p 的决策，当p d p 与p e p 的连接中断对，l p d p 可代替p d p 做出决策， p d p 具有最终裁决权。p d p 与p e p 的关系可以看作是服务器与客户机的关系， p e p 向远端豹p d p 芨送配置、更新、删除等请求，p d p 收到后，将决策响应匣 送给p e p ，p e p 执行相关的操作。 c o p s 采用t c p 作为传输协议，p e p 负责初始一个t c p 连接，定时向p d p 发 送k e e pa l i v e 消息，以检验连接的有效性。 c o p s 支持安全密钥及相关算法，p d p 与p e p 之间实时保持动态同步。在初 始连接时，如果p e p 需要消息层的安全，但在最初没有被配置，则在所有客 户端被打开之前，首先向p d p 发送个特殊的客户端打开消息，该消息必须 提供c o p s 完整对象，包含初始序列号、密钥、密钥i d ，如果p d p 接受p e p s i p 协议在软交换中的应用与研究 的密钥和算法，则返回给p e p 一个可接受的消息，否则，p d p 要求p e p 关闭此 客户端。 c o p s 可应用在软交换与策略服务器的接口之阍，也可应用在q o s 之中。c o p s 是一种面向业务的网络管理协议，为运营商提供高效、实时和智能的网络管 理手段，是n g n 网络管理的构成要素。 2 4 可编程综合业务平台 可编程综合业务平台1 2 “，是一个基于软交换技术能为第三方业务提供者提供 客户化综合语音、数据业务应用的分组解决方案。基于软交换技术的分组解决方 案的可编程业务平台的组织结构图如图2 3 所示，它由业务控制、网间互连和媒 体接入资源三个平面组成。该组织结构提供了一个能够在标准监控之间混配 ( m 】x a n d m a t c h ) 软交换功能元件的框架，允许这些功能元件独立地进行演进发 展并保证基于软交换技术的分组解决方案的整体集成性。如图2 3 所示，软交 换功能元件散布在业务控制、网间互连和媒体接入资源三个平面之中，元件之 间的控制和信令消息经开放的接口和协议通过网间互连平面