2020年版软交换关键技术和协议

1、2020 年版软交换关键技术和协议众望所归 于基于 IP 软交换的关键技术与协议北京邮电大学战晓苏软交换 技术结合了传统的语音网络的可靠性和新兴的 IP 技术的灵敏性与有效性优点， 能使现有公共交换电话网的能力发挥得淋漓尽致，并使公共交换电话网稳步地 实现向 IP 数据网的转移。基于 IP 软交换的技术特点软交换技术的产生主要基于以下三方面技术的发展:一是 IP技术应用于通信领域，胜利地研究出基于 VoIP技术的 IP 电话。二是将电信网络中的互联设备 网关功能分解为两部分 :一部分只负责例 外网络的媒体格式的适配转换，称之为媒体网关（ MGW）；另一部分是网关的 所有控制功能单独设置，称之为

2、媒体网关控制器（ MGC）。三是智能网技术。智能网将业务控制和呼叫控制分离，提出了独立于交换网络的业务控制架 构。上述三方面技术为软交换技术的产生奠定了技术基础。软交换技术的主要特点如下 : 呼叫控制与承载分离。软交换技术的基本思想是把呼叫控制功能从媒体网关（传输层）中分离出 来，通过服务器上的软件实现基本呼叫控制功能，使得呼叫控制功能与承载网 络之间无过多的依存关系，这在目前多网并存的情况下，为实现承载层网络融 合提供了有利条件。软交换实现的呼叫控制功能包括呼叫选路、管理控制、连 接控制（建立 / 拆除会话）和信令互通（）等。业务控制与呼叫控制分离。它使业务真正地从网络中独立出来，为缩短新业

3、务开发周期提供了优良的 条件。业务控制与呼叫控制分离使软交换具备了灵敏的业务提供方式，用户可以 自行配置和定义自己的业务特征，不必关心承载业务的网络形式以及终端类 型，真正实现 “业务由用户编程实现 ”的设想。1/ 9采用开放式业务接口（ API）及标准协议软交换把网络资源、网络能力封装起来，通过标准开放的业务接口与业务 应用层相连。各功能实体（控制层设备和传输层设备）之间通过标准的协议进行连接与 通信，使业务提供者解放地将传输业务与控制协议相结合，实现业务转移。这样，下一代网络中的功能部件就可以独立发展、扩容和升级，也使各运 营商可以根据自己的需要，全部或部分地利用软交换体系的产品，采用适合

4、自 己的网络解决方案。软交换技术参考模型图 1 为 ISC（国际软交换协会）推荐的软交换技术参考 模型，这一参考模型涉及到传输平面、控制平面、应用平面、数据平面和管理 平面等五个平面。传输平面处于最底层，负责语音视频等详尽承载数据的传 送，包括交换功能、逻辑端口功能、适配功能和物理信令功能等，与传输平面 相关的参考点有 A、 B、C。其中:A为信令信道，采用 IETF IPS7协议；参考点处于逻辑端口功能和设 备控制功能之间，采用 MGCP、MeGaCo、IPDC、；C 参考点采用 VSI、GSMP等 协议。传输平面与外部的接口 1采用 TDM话路或分组链路，包括带内信令。控制平面处于第二层，

5、提供控制功能，如信令处理、承载连接控制、设备 控制、呼叫腿（ Leg）控制、网守（ Gatekeeper）和代理信令等功能。其中 :参考点 D位于信令处理功能和数据库功能之间，采用 TCAP信令；参 考点在信令处理功能和会话控制功能之间，采用 TCAP信令，用于 IN 请求等 传送，业务逻辑对呼叫的控制等消息传送；参考点 F1、F2 分别采用呼叫控制 API和承载连接控制 API，如 TAPI、JTAPI等。（）、 SIP、TCAP（TCAP/SCCP/M3UA/SCTP/）IP等协议和信令。第三层应用平面提供业务和应用控制功能，包括会话控制、业务逻辑、翻 译、路由及策略等功能。其中 :H 参

6、考点介于会话控制功能和业务逻辑功能之2/ 9 间，采用 JAIN、Parlay等公共 API；G参考点和 I 参考点采用 TCAP、LDAP等协 议； J参考点尚未定义。（）、 SIP、JCAT等协议。数据平面提供数据库功能，如计费服务，其详尽功能、参考点和接口另文 讨论。管理平面提供管理功能，包括对网络操作 / 控制、网络鉴权、网络维护和网 络实体等管理，管理接口采用 SNMP v2、CMIP等协议。基于软交换技术网络的体系结构基于软交换的网络体系结构分成媒体接入 层、传输服务层、控制层和业务应用层，软交换的核心位于控制层。媒体接入层 :设有各种网关，用于实现异构网络到核心传输网以及异构网络

7、 之间的互连互通。媒体网关负责管理 PSTN与分组数据网络之间的互通，以及例外媒体、信令 的相互转换（协议分析、语音编解码、回声消除、数字检测和传真转发等）。信令网关负责提供 SS7信令网络（ SS7链路）和分组数据网络之间的交换 （包括协议 ISUP、 TCAP等的转换）。无线网关负责移动通信网到分组数据网络的交换。软交换通过提供基本的 呼叫控制和信令处理功能，对网络中的传输和交换资源进行分配和管理，在这 些网关之间建立呼叫或进行已定义的其它繁复处理，并生成本次处理的详细记 录。传输服务层 : 提供各种信令和媒体流传输的通道。基于软交换技术的混合网络的传输网可以是 IP、ATM 或其它任何类

8、型的分 组网络，但是更倾向使用 IP 分组网。控制层:提供呼叫控制、连接控制和协议处理能力，并为业务应用层提供访 问底层各种网络资源的开放式接口。3/ 9IP网络用于传统数据业务时没有呼叫连接的概念，但是用于电信业务 时，通信双方还是需要先建立某种联系（如确定对方端口地址）。这种联系控制机制在 IP 网络中被称为会话控制，类似于电信中的呼叫控 制。控制层组成主要是软交换设备。软交换通过与各种媒体网关的交互作用，实现例外网络之间的业务层融合。业务应用层 :决定提供和生成哪些业务，并通知控制层做出相应的处理。该层有多种业务生成服务器，提供各种业务控制逻辑，完成增值业务处理。应用服务器提供执行、管理

9、、生成业务的平台，负责处理与控制层中软交 换的信令接口；驻留在应用服务器内的应用程序接口（ API），为下面的业务和 交换功能提供接入和生成的手段；应用服务器也可单独生成和提供各种各样增 强的业务。媒体服务器用于提供专用媒体资源（ IVR、会议、传真）的平台，并负责处 理与媒体网关的承载接口。基于软交换技术的混合网络采用分层、开放的体系结构，使上层业务与底 层的异构网络无关，体现了业务驱动的理念，为实现多网融合和灵敏的业务提 供创造了条件。与软交换技术密切相关的协议软件交换技术的目标是建设一个可以提供话 音、数据、多媒体等多种业务的，集通信、信息、电子商务、娱乐于一体，满 足解放通信的分组融合

10、网络。为了实现这一目标， IETF、ITU-T、ISC、 IPCC制定并不断完善系列标准协 议，、 SIP、BICC、SIGTRAN、。1.主要协议4/ 9（ 1）SIP协议（ Session InitiationProtocol，会话初始协议） IETF制定的多媒 体通信系统框架协议之一，它是一个基于文本的应用层控制协议，独立于底层 协议，用于建立、修改和终止 IP 网上的双方或多方多媒体通信，即多媒体业务 域间采用 SIP协议。SIP是在 SMTP（简单邮件传送协议）和（超文本传送协议）基础之上建 立起来的。SIP用来生成、修改和终结一个或多个参与者之间的会话。 这些会话包括因特网多媒体会

11、议，因特网（或任何 IP 网络）电话呼叫和多 媒体发布。为了提供电话业务， SIP还需要例外标准和协议的配合，例如，实时 传输协议（ RTP）、可以确保语音质量的 RSVP、可以提供目录服务的 LDAP、可 以鉴权用户的 RADIUS，并实现与目前电话网络的信令互联等。SIP协议借鉴了、 SMTP等协议，还与 RTCP、SDP、RTSP、 DNS等协议配 合，支持代理、重定向、登记定位用户等功能，支持用户移动。（ 2） BICC协议（ Bearer IndependentCall Controlprotocol,BICC协议）解决了 呼叫控制和承载控制分离的问题，使呼叫控制信令在各种网络上承载

12、，包括 MTP SS7网络、 ATM网络、 IP网络。BICC协议由 ISUP演变而来，是传统电信网络向综合多业务网络演进的 严重支撑工具，即电话业务域和多媒体业务域间采用 BICC协议。BICC协议由 CS1（能力集 1）逐步向 CS2、CS3发展。CS1支持呼叫控制信令在 MTP SS7、ATM上的承载， CS2增加了在 IP网上的承载， CS3则关注 MPLS、IP QoS 等承载应用质量以及与 SIP的互通问题。（ 3）（ Media GatawayControl Protocal）IETF、ITU-T制定的媒体网关控制协 议，用于媒体网关控制器和媒体网关之间的通信。5/ 9网关分离的

13、核心是业务和控制分离，控制和承载分离。这样使业务、控制 和承载可独立发展，运营商在充分利用新技术的同时，还可提供丰富多彩的业 务，通过不断创新的业务提升网络价值。（ RFC2705定义）的基础上，结合其它媒体网关控制协议特点发展而成的 一种协议，它提供控制媒体的建立、修改和释放机制，同时也可携带某些随路 呼叫信令，支持传统网络终端的呼叫。该协议在构建开放和多网融合的 NGN中，发挥留意要作用。（ 4）SIGTRAN IET的F 一个工作组，其任务是建立一套在 IP网络上传送 PSTN/ISDN信令的协议， SIGTRAN协议包括 SCTP、 M2UA、M3UA，提供了和 SS7MTP同样的功能

14、， SIGTRAN协议栈如图 2 所示。SCTP流: 控制传送协议，用于在 IP 网络上可靠地传输 PSTN信令，可替代 TCP、UDP协议； SCTP在实时性和信息传输方面更可靠、更安全； TCP为单向 流，且不提供多个 IP 连接，安全方面也受到限制； UDP不可靠，不提供顺序控 制和连接确认。M2UA:MTP2用户适配，支持 MTP3互通和链路状态维护，提供与 MTP2 同 样的功能。M3UA:MTP3用户适配，支持 MTP3 用户部分互通，提供信令间编码和 IP 地址的转换。SUA:信令用户适配，支持 SCCP用户互通，相当于 TCAP OverIP。M2PA:MTP2用户对等适配层协

15、议，支持 MTP3 互通，支持本地 MTP3 功 能，支持 M2PA SG（信令网关），可以作为 STP。（ 5）一套在分组网上提供实 时音频、视频和数据通信的标准，提供 VoIP和多媒体应用，是具有电信网可管 理性的 IP 电话体系。总之，基于 IP 软交换的网络是一个融合网络，包括 PSTN/ISDN、 ATM/IP 等各种网络。6/ 9SIP协议是 NGN 多媒体通信协议，用于软交换、 SIP服务器和 SIP终端之 间的通信控制和信息交互，扩展的 SIP-T可使 SIP消息携带 ISUP信令；在需要媒 体转换的地方可设置媒体网关，（ MGC），用于控制媒体网关，完成媒体转换 功能，它并不

16、负责呼叫控制功能；，它比 SIP、，是一项繁复的协议，升级和扩 展性不是很好， SIP+， NGN必须支持该项协议 ;SIGTRAN用于解决 IP 网络承载 七号信令的问题，它允许七号信令穿过 IP 网络到达目的地； BICC可使 ISUP协议 在例外承载网络（ ATM、IP、 PSTN）上传送。2协议分类上述协议包含非对等和对等两类协议。；对等协议包括 SIP、BICC等， SIGTRAN为信令传送协议。由于历史原因，这些协议有些相互补充，有些则相互竞争。，与其它协议配合可完成各种 NGN 业务。SIP、，存在竞争关系，由于 SIP具有简单、通用、易于扩展等特性，逐 渐发展成为主流协议。图

17、3 和图 4 分别为各协议之间的关系 / 分布与其体系结构。 软交换的对外接口软交换与媒体网关之间的接口用于软交换对媒体网关的 承载控制、资源控制 /管理，可使用媒体网关控制协议（ MGCP）、Inter 设备控 制协议（ IPDC）、 SIP协议、。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，可采用信令控制传输协议（ SCTP）或其它类似协议。软交换之间的接口实现例外软交换之间的交互，可采用SIP-T、。软交换与应用 / 业务层之间的接口提供访问各种数据库、三方应用平台、功 能服务器等接口，实现对增值业务、管理业务和三方应用的支持。其中:软交换与应用服务器间的接口可采用

18、SIP、API，如 Parlay，提供对三 方应用和增值业务的支持；软交换与策略服务器间的接口对网络设备工作进行 动态干预，可采用 COPS协议；软交换与网关中心间的接口实现网络管理，采用 SNMP；软交换与智能网 SCP之间的接口实现对现有智能网业务的支持，采用 INAP协议。7/ 9观点软交换今后要重点研究与解决的问题我国从上个世纪代后期开始启动 软交换技术的研究，正式参加了 ITU-T SG13组的研究工作。同时，在软交换论坛（ ISC，又称国际软交换协会）成立之初就参加到其中 进行工作。ISC后又改名为 IPCC（国际分组通信论坛）。在软交换技术的研究方面，我国基本上与国际保持同步。今后几年，软交换技术需要从以下几个方面进行深入研究 :（ 1）基于软交换 技术的网络控制体系结构与协议考虑到基于软交换技术的网络体系结构中控制 功能日趋分布的特性，需要研究以下内容 :网络接入侧及核心网内部的资源与 QoS、媒体处理、编码转换和信息传送、呼叫 / 会话控制、业务控制。在这个结构中，应该包括 :一是媒体访问关口 （在网络边界 ）管理，具有防火 墙、 NATP、传送策略执行等功能；二是