下一代网络NGN核心――软交换技术及其发展

1、吉林大学现代交换原理结课论文（下一代网络NGN 核心软交换技术及其发展）班 级：通信工程09级22班 小组成员：指导老师：日 期：2012.06.10下一代网络NGN 核心软交换技术及其发展 Next generation network NGN core - the soft switching technology and its development摘要： 随着科技的发展，网络技术逐渐普及。网络的融合与发展已是一个不争的事实，NGN 是很有发展潜力的下一代网络技术。本文着重介绍了NGN 中的核心技术软交换，提出了软交换的体系结构，阐述了软交换的协议及功能，最后分析了发展软交换需要解决的

2、问题。作为下一代网络 NGN 的核心，软交换技术在业界也得到了广泛的应用。本文通过对软交换技术的基本原理进行详细的分析对软交换技术的主要特点和功能进行了论述，并且简要介绍了其在实际中的应用情况。关键词：软交换 NGN 分组交换 三网合一 IP 交换机 融合 ATM 服务器 综合接入 多媒体通信 BICC PSTN 增值业务 SNMP 。Abstract: with the development of science and technology, the network technology popularization. Network integration and developmen

3、t already was a fact that does not dispute, NGN is a great potential for development of the next generation network technology.This paper introduces the key technique in NGN soft switching, put forward soft switching architecture, expounds the soft exchange protocol and the function, finally analyze

4、s the problems needed to be solved in the development of soft switchingAs the next generation network NGN core, soft switching technology in the industry is also widely used.Based on the basic principle of soft switching technology has carried on the detailed analysis on the soft exchange technology

5、 the main features and functions were discussed, and briefly introduces its practical applicationsKey words: soft switching NGN packet switching triple play IP recombinant ATM server access multimedia communication, BICC, PSTN value-added service SNMP .一、软交换技术1、软交换的概念软交换是基于软件实现传统程控交换机的/ 呼叫控制功能实体。是把呼

6、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呼叫控制功能, 包括呼叫选路、管理控制、连接控制( 建立会话、取消会话 和信令的互通。实质就是呼叫传输与呼叫控制相分离, 为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面, 使得业务提供者能自由地将传输业务和控制协议结合起来, 实现业务转移。此外, 软交换采用了开放式应用编程接口, 允许在交换机制中灵活的引入新的业务。软交换主要提供连接控制、协议转换、选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全和呼叫详细记录的生成等若干功能。软交换能够集成语音视频及数据等不同业务, 在不同网络之间, 完成不同通信协议的相互转换交换的概念。软交换作

7、为一种开放的体系，必需采用标准的协议。并通过API 接口提供对第三方应用的支持。目前ITU T 、IETF 、ISC 等国际组织正在合作制定和完善相关的协议和标准。ISC （International softswitch consortium）的成立使软交换技术得到了迅速发展，软交换相关的标准和协议同时得到了IETF 、ITU T 等国际标准化组织的重视。ISC 目前已经有近200个成员，几乎包括了全球各主要电信设备供应商和一些大的电信运营商，如美国的Level 3、Qwest 、AT&T、日本的NTT 等。经过几年的发展，软交换技术的标准化和产业化的工作也取得了长足进展，一些老协议

8、如H.323、MGCP 等不断完善成熟，BICC 、SIP /SIPT 等新协议也不断推出，一些基于软交换技术的产品已逐步进入实用化阶段，软交换成为下一代网络中最活跃和热门的话题。2、软交换技术的设计原理软交换技术设计它不受特定的操作系统的限制，能够更好的实现多种业务的同步通信。它的设计是基于创建一个分布式的软件系统，这种软件系统能够有很好的性能，包括可伸缩性能、接口标准性能以及业务开放性能等特点。它的设计需要一下要求：1）独立于协议和设备的呼叫；2）在软交换网中能够避免错误应用或是恶意应用所引起的不良影响，并且能够保证与多个第三方系统的安全执行；3）对于在应用过程中新增加的设备或者协议要求第

9、三方硬件销售商能够给予支持的能够；4）能够支持同步通信，同时支持多个系统的运营；5）对于运行时间的捆绑软件交换技术要能够给予支持，并且对于同步通信网络结构方面的改善软件交换技术也能够提供支持；6）软交换技术要能够支持在运行过程中出现的彻底性故障的恢复，并且对于各种大小的网络要能够提供可伸缩性能；7）对于他方提供的业务和应用不仅要有支持全系统策略的能力，而且对这些业务和应用的使用过程中不会产生任何危害到软交换性能及安全的行为。3、软交换技术的主要特点1）软交换技术它能够支持多种不同的网络呼叫处理系统，如PSTN 、ATM 和IP 协议等；2）软交换技术能够在多种不同的操作系统上进行运行，方便可靠

10、；3）软交换技术具有高效的灵活性，并且能够实现多种功能。比如，将软交换陪上一个中继器就能够实现长途交换机的功能；或者将软交换接入一个网关就能够实现便虚拟的语音专用网络。可见，软件换技术具有很广泛的应用能力；4）软交换技术可以通过接入一个开放性的数据管理系统接口然后就能够从新利用智能业务，实现所谓的开放性能；5）软交换技术能够为第三方的业务开发者提供更多的API 接口，便于有更广泛的业务的拓展；6）软交换技术对于可编程事件和呼叫事件存有详细的记录，从而能够实现可编程的后营业室的特性；7）软交换技术拥有先进的软件组成特性，这些软件都是由策略服务器来进行管理的。4、软交换的分层体系结构1）软交换网络

11、中业务与控制相分离, 传输与接入相分离, 各个实体间均以标准的协议进行连接和通信。软交换网络分成4层:媒体接入层、传输层、控制层以及业务应用层。软交换的网络分层结构如图1所示。 1 媒体接入层媒体接入层利用网关将各种不同的网络和终端设备接入软交换网络, 利用公共的分组传送平台进行信息的传送。接入层包括网关、不同的网络以及各类终端。其中媒体网关用来处理电路交换网和分组网的媒体信息转换。信令网关将电路交换网的信令转换成分组网的信令, 在分组网中传输。2 传输层传输层是软交换网的承载网络, 其作用就是将接入层的各种网关, 控制层的软交换设备以及业务应用层的各种服务器等各种软交换单元进行连接, 采用基

12、于分组的方式为不同的业务和媒体流提供公共的传送平台。3 控制层控制层的实体是软交换设备, 对通过接入层媒体网关接入的业务以及媒体网关之间的通信进行控制, 实现呼叫控制、选路、认证、资源管理等, 从而完成呼叫的建立和释放。4 业务应用层业务应用层向最终用户提供各种增值业务, 实现业务提供和网络管理, 包括存储用户签约信息、确定用户的业务权限; 利用开放、综合的业务提供平台, 灵活地为用户提供各种增值业务和特色业务, 此外具有相应的业务生成和维护环境; 软交换设备增加时, 为软交换设备提供路由信息, 减轻其他软交换设备相应的负荷。功能服务器通过与软交换的交互实现用户认证、鉴权、计费等若干功能。策略

13、服务器根据一定的策略定义业务接入和资源使用标准, 对网络特性进行实时、智能、集中式的调整和干预, 从而来保证整个系统的稳定与可靠。应用服务器完成各种增值业务的业务逻辑生成和管理, 提供各种开放的应用编程接口, 为第三方业务的开发提供统一的平台, 处理与软交换间的接口和信令协议。应用服务器是一个独立于控制层的软交换组件, 将业务提供和呼叫控制相分离, 有利于引进新的增值业务。二、软交换技术的功能软交换完成的功能有:媒体接入功能、呼叫控制功能、业务交换功能、业务提供功能、语音处理功能、协议功能、互连互通功能、认证与鉴权功能、地址解析与路由功能、计费功能、网管与维护功能。软交换功能结构如图2所示。

14、1. 业务提供功能。软交换技术负责完成向业务平台提供开放的标准接口，可以提供公共交换电话网(PSTN 与综合业务数字网(ISDN交换机的全部业务。包括基本业务和补充业务，并可与现有智能网配合提供智能网所提供的业务。世界电信发达国家通过ISDN 的实践，总结出发展综合业务数字网最重要的一条经验就是要开发ISDN 的应用，并让用户了解这些应用。例如，法国电信为用户开放了60种ISDN 的应用；美国在全国ISDN 联网活动中向用户提供185种ISDN 的应用。ISDN 应用范围非常广泛，主要的应用领域有局域网、多点屏幕共享、视频、话音、数据综合、文件交换、远端通信、图像、多媒体文件的存取、基于计算机

15、的主叫用户号码标识等。智能网是在现有电话网的基础上发展起来的，指带有智能的电话网或者综合业务数字网。它的网络智能配置于分布在全网中的若干个业务控制点中的计算机上，而由软件实现网络智能的控制，以提供更为灵活的智能控制功能。智能网在增加新业务时不用改造端局和交换机，由电信公司工作人员甚至用户自己修改软件就能达到随时提供新业务的目的。2. 呼叫控制功能。负责完成基本和增强的呼叫处理过程，完成基本呼叫的建立、维持和释放的控制功能，例如呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发和资源控制等。业务控制点存储用户数据和服务逻辑，是网络的关键部分。它的主要功能是接收业务交换点送来的信息，并查询数据库，经过验证后进行地址

16、翻译，最后向相应的业务交换点发出呼叫处理指令。用户利用呼叫转移业务可以将已经建立(即通信进行中 的呼叫转移到第三方，这个用户可能是原呼叫中的主叫用户或者是被叫用户。呼叫保持业务允许用户中断所建立的呼叫(即已存在的通信 。随后，可以根据该用户的要求重新建立这个通信。在中断通信以后，用户可选择对方用户的信道保留，或者不保留而让其他通信使用。网络系统处理呼叫的能力是服务质量的一个重要指标，因此控制层是整个网络架构的核心。3. 媒体网关接入功能。负责完成各种接入协议(信令 的适配处理过程，向业务平台提供开放的标准接口，可以连接各种媒体网关。例如PSTN/ISDN网关、因特网协议(IP 中继媒体网关、异

17、步传送模式(ATM 网关、用户媒体网关、数据媒体网关、无线媒体网关等。媒体网关可完成国际电信联盟(ITU -TH.248协议功能，直接与H.323终端和会议起始协议(SIP 客户端的端头连接，提供许多相应业务。从网络角度看，通过软交换机结合媒体网关和信令网关跨接和互联电路交换网和分组化网后，尽管两个网仍然基本独立，但应用层已实现基本融合，可以统一提供管理并且加快扩展部署业务。等到数据业务逐渐成为网络的主要业务后再考虑将电路交换网上的业务逐渐转移到分组化网上来，最终形成一个统一的融合的网。这种网络演进思路允许不同的网按照各自的最佳方向独立演进，不受限于节点结构，是最适合中国这样的传统运营商的网络

18、演进策略。当然，软交换还处于发展完善过程之中，会有这样或那样的问题，但作为发展方向已经获得业界的认同。4. 互连互通功能。负责完成与其他对等实体互连互通，这个功能具有支持各种协议的特点，可以同时支持H.323以及SIP 协议。H.323协议是国际电信联盟制订的标准，该协议采用ISDN 的设计思想，使用Q.931协议完成呼叫的建立、释放，具有电信网络可管理和可集中的特征，这个协议较成熟，使用也较广泛。SIP 协议是因特网工程任务组制订的标准，具有简单、可扩展以及适于现有因特网应用的特点。以上两种标准都可以完成呼叫建立与释放，补充业务及能力交换等功能。软交换不仅能支持这两种协议，而且在技术上支持多

19、种信令协议(如H.248，SCTP ，ISUP+，以及INAP+，RADIUS ，SNMP 等 ，实现PSTN 和IP/ATM网间的信令和不同网关的互操作。软交换支持多种协议和应用，利用开放式体系结构实现分布式通信与管理，具有良好的结构扩展性，设备占地面积小和机房空间利用效率高。采用软交换后可以卸载或旁路IP 拨号业务，减轻电路交换网的压力，代替传统电路交换网的汇接局和端局。其运营成本将大幅度降低，投资回报期明显缩短，对业务量变化的敏感性较低，因此抗风险能力比较强。如果语音网和数据网融合，那么无论是初始成本还是运营成本都会大幅度降低，而且具有更丰富的呼叫特性和应用以及可扩展性。软交换采用了开放

20、的体系结构，即采用标准接口和开放式应用编程接口，特别是其上面应用层和媒体控制层已经与媒体层硬件分离并纳入开放的标准的计算环境。这种独立于硬件的平台可以有利于网络运营商灵活选择网络各层最佳的设备，实现不同设备兼容与互通互操作，极大地加速新业务和新应用的开发、生成和部署，增强网络运营者和业务提供者的竞争地位和竞争能力。三、软交换业务的发展在软交换刚刚流行的时候, 人们曾经希望软交换支持所有可以预见到的业务, 包括语音业务、视频多媒体业务、数据业务等。随着时间的推移以及IMS 的出现, 人们应该更理性地对待软交换所支持的业务。软交换的业务应该首先定位于对传统电话业务的继承。这些业务包括: 传统的长途

21、话音业务、传统的C5 端局本地话音业务、各种公共交换电话网(PSTN的补充业务, 以及传真、综合业务数字网(ISDN接入、调制解调器(Modem接入等基本的窄带数据业务。软交换的业务还可以在传统电话业务基础上进行增强和扩充。比如同样是呼叫前转类业务, 在软交换上可以实现更为复杂的功能, 只需要借助媒体服务器或者软交换上的媒体资源处理板, 就可以很容易地实现语音的混音, 因此会议电话业务一般都成为了软交换业务中的标准配置。最后, 在软交换网络中还可以适当引入一些IP 多媒体类业务, 例如基于SIP 的点对点可视电话。虽然基于SIP 的业务更多地会在IMS 中实现, 但是对于同样支持SIP 的软交

22、换而言, 提供某些基本的SIP 业务非常容易, 所增加的成本也不高。四、软交换技术的应用1、虚拟中继 (Virtual Trunting利用软交换网转接PSTN 端局之间的语音业务，而软交换网本身不直接接入语音终端用户，此时软交换网的功能类似于PSTN 中的汇接局或长途局的功能。在这项应用中，软交换网中必须配置TG 、SG 和软交换机设备。2、分组中继(Packet Trunking采用软交换技术构建分组中继叠加网络，再加上AAL2ATM 的可变速率适配，能够对用户数增加对汇接局容量需求激增以及传输带宽增加的情况作出很好的调节，使网络传输成本及带宽需求都有明显的降低。3、多媒体业务(Multi

23、-media Services多媒体业务主要是应用于服务器上的增值业务。软交换技术能够将各种应用服务器上的新业务集中起来进行分析、整理，然后在各种网关设备的作用下，将实时传送协议(RTP媒体流重定向到广大终端用户，这极大地满足了用户多媒体业务的需求。4、3G 核心网(3G Core Network在3G 网络中，原MSC 将分为MSC-GW 及MSC-SERVER ，前者主要是负责媒体网关的进行，而完成软交换机则由MSC SERVER 负责，IP 网络不仅能够承载3G 网络的统一语音，还是数据媒体流的承载网络，因此在各种业务数据流的融合工作中具有不可替代的作用。5、本地语音接入(Packet Local Access本地语音接入主要是应用在拥有庞大的、完善的本地IP 网络，但无本地PSTN 端局的情况下。一般是将IAD 设备安装在用户端上，利用已有的小区宽带IP 网络连接至软交换IP 网络，完成各个IAD 与软交换机、其它媒体网关设备的连接，也就是实现了本地电话机的接入。结束语：软交换技术作为业务/控制与传送/接入分离思想的体现，是下一代体系结构中的关键技术，其核心思想是硬件软件化，通过软件的方式来实现原来交换机的控制、接续和业务处理等功能，各实体之间通过标准的协议进行连接和通信，便于在下一代网络中