第1章 下一代网络与软交换概述

1、软交换与NGNNGN本课程地位、性质与任务本课程地位、性质与任务本课程是专业课前沿课程。本课程目的是让大家通过本课程的学习，可以使学生理解下一代网络和软交换的原理，并掌握其开发过程和方法。通过本课程学习，了解电信网络的发展方向，掌握以软交换为核心的下一代网络的分层结构,软交换网络的主要设备的功能及实现原理；掌握下一代网络的主要协议的模型、体系结构、编程接口及具体应用；了解下一代网络的业务提供方法及承载网络的安全问题,QoS问题及运营管理问题。 本课程学习要求本课程学习要求数据通信、计算机网络等预备知识的重温课前预习和课后复习实验操作，付诸实践上课关闭手机，静止喧哗课堂和实验课均抽查点名，点名缺

2、席超过5次（含5次）不能参加期末考试，请假不算缺席，需要请假条本课程的考核方式本课程的考核方式总评成绩分为平时和期末平时成绩（30%）：作业完成情况、半期考、实验报告、出勤率等期末成绩（70%）：期末考闭卷本课程使用教材和参考书目本课程使用教材和参考书目教材：软交换与NGN，桂海源，人民邮电出版社，2009参考书目：1、交换技术，糜正琨等，清华大学出版社，20062、软交换与下一代网络，陈建亚等，北京邮电大学出版社，20033、软交换技术与应用，赵学军等，人民邮电出版社，2004第一章 下一代网络与软交换概述1.1下一代网络产生的背景1.2 NGN的定义1.3 电路交换与分组交换的基本概念1.

3、4 软交换的概念和特点1.5 以软交换为中心的下一代网络结构 1.6 固定电话网向NGN的演进1.7 移动电话网向NGN的的演进学习要求掌握 NGNNGN的定义的定义 以软交换为中心的下一代网络结构以软交换为中心的下一代网络结构 下一代网络中各设备之间使用的协议下一代网络中各设备之间使用的协议 了解 固定电话网向固定电话网向NGNNGN的演进方式的演进方式 移动电话网向移动电话网向NGNNGN的演进方式的演进方式1.1 1.1 下一代网络产生的背景技术的发展 微电子技术微电子技术 光传输容量光传输容量 移动通信技术移动通信技术 IPIP的迅速扩张和的迅速扩张和IPv6IPv6技术的基本成熟技术

4、的基本成熟业务量组成发生了根本性变化 电信网的业务量电信网的业务量 以以IPIP为主的数据业务为主的数据业务第一章 下一代网络与软交换概述1.1下一代网络产生的背景1.2 NGN的定义1.3 电路交换与分组交换的基本概念1.4 软交换的概念和特点1.5 以软交换为中心的下一代网络结构 1.6 固定电话网向NGN的演进1.7 移动电话网向NGN的的演进什么是NGNNGNNGNNext Generation Network，下一代网络。 这是一种业务驱动型网络。通过业务和呼叫完全分离，呼叫控制和承载完全分离，从而实现相对独立的业务体系，使业务独立于网络。 这是一种开放式综合业务架构。NGN是集话音

5、、数据、传真和视频业务于一体的全新的网络。1.2.1 1.2.1 下一代网络广义的概念下一代网络泛指一个不同于现有网络，大量采用当前业界公认的新技术，可以提供语音、数据及多媒体业务，能够实现各网络终端用户之间的业务互通及共享的融合网络。1.2.2 1.2.2 下一代网络狭义的概念特指以软交换设备为控制核心，能够实现语音、数据和多媒体业务的开放的分层体系架构。在这种分层体系架构下，能够实现业务控制与呼叫控制分离，呼叫控制与接入和承载彼此分离，各功能部件之间采用标准的协议进行互通，能够兼容各业务网(PSTN、IP网、移动网等)技术，提供丰富的用户接入手段，支持标准的业务开发接口，并采用统一的分组网

6、络进行传送。NGN是基于分组的网络，能够提供电信业务；利用多种宽带能力和QoS保证的传送技术；其业务相关功能与其传送技术相独立；NGN使用户可以自由接入到不同的业务提供商；NGN支持通用移动性。1.2.3 ITU-T1.2.3 ITU-T对NGNNGN的定义第一章 下一代网络与软交换概述1.1下一代网络产生的背景1.2 NGN的定义1.3 电路交换与分组交换的基本概念1.4 软交换的概念和特点1.5 以软交换为中心的下一代网络结构 1.6 固定电话网向NGN的演进1.7 移动电话网向NGN的的演进1.3.1 1.3.1 电路交换方式 概念 电路交换方式是指两个用户在相互通信时使用一条实际的物理

7、链路，在通信电路交换方式是指两个用户在相互通信时使用一条实际的物理链路，在通信过程中自始至终使用该条链路进行信息传输，并且不允许其它计算机或终端过程中自始至终使用该条链路进行信息传输，并且不允许其它计算机或终端同时共享该链路的通信方式。同时共享该链路的通信方式。特点n 通信开始时要先建立连接，通信结束时要释放连接；通信开始时要先建立连接，通信结束时要释放连接；n 一个连接在通信期间始终占用该电路，电路利用率低。一个连接在通信期间始终占用该电路，电路利用率低。n 交换机对传输的信息不作处理。交换机对传输的信息不作处理。n 信息在系统中的传输时延基本上是一个恒定值。信息在系统中的传输时延基本上是一

8、个恒定值。应用n 适合传输信息量较大且传输速率恒定的业务，但不适合突适合传输信息量较大且传输速率恒定的业务，但不适合突发性要求高和对差错敏感的数据业务。发性要求高和对差错敏感的数据业务。n 传统的电话网采用的是电路交换方式。传统的电话网采用的是电路交换方式。终端终端传输媒介传输媒介终端终端电信号电信号电信号电信号信息信息信息信息点对点通信点对点通信在电信系统中，只有两个终端的通信称为点对点通信。在电信系统中，只有两个终端的通信称为点对点通信。1、电路交换、电路交换电路交换方式简介点对点通信举例点对点通信举例话音话音数据数据无交换的多个终端要实现相互间通信，必须以全互连的方式两两相连。无交换的多

9、个终端要实现相互间通信，必须以全互连的方式两两相连。若终端数为若终端数为n，则线对数为，则线对数为C2n= n(n-1)/2（当终端（当终端n=100时，线对数时，线对数=100X(100-1)/2=4950）无交换的多个终端的通信无交换的多个终端的通信(终端终端=5、线对数、线对数=10)电路交换方式简介用户间通过交换设备连接用户间通过交换设备连接用户环线用户环线交换设备交换设备引入交换的终端间的通信引入交换的终端间的通信电路交换方式简介多个交换节点组成的通信网多个交换节点组成的通信网引入交换的终端间的通信引入交换的终端间的通信中继线中继线电路交换方式简介电路交换机的内部结构 交换机ABCD

10、EFGH电路交换工作过程A和B之间如何通话？lA A 和和 B B 之间建立电路连接之间建立电路连接l通话在通话在 A A 到到 B B 的连接上进行的连接上进行l通话结束，拆除连接通话结束，拆除连接(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换的特点电路交换必定是面向连接的。 电路交换的三个阶段：l建立连接建立连接l通信（始终占据线路资源）通信（始终占据线路资源）l释放连接释放连接计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。交换节点的基本功能交换节点的基本功能q 能按目的地址正确地进行选路以及在中继线上转能按目的地址

11、正确地进行选路以及在中继线上转发信号发信号q 能控制连接的建立与拆除能控制连接的建立与拆除交换节点必须具备的基本功能交换节点必须具备的基本功能：q 能正确接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫能正确接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫信号、地址信号信号、地址信号 人工交换阶段：人工交换阶段： 磁石式电话机磁石式电话机 共电式电话机共电式电话机早期的人工交换早期的人工交换早期的电路交换是由人工完成的 电子式自动交换阶段：电子式自动交换阶段：人工交换之后是自动交换 机电式自动交换阶段：机电式自动交换阶段： 程控交换机阶段：程控交换机阶段： 步进制交换机步进制交换机: 原理：由用户拨出的电话号码直接控

12、制步进继电器选线，接通线路。原理：由用户拨出的电话号码直接控制步进继电器选线，接通线路。 缺点：步进继电器动作噪声大到机房维护人员难以承受。缺点：步进继电器动作噪声大到机房维护人员难以承受。纵横制交换机纵横制交换机：原理：改进了步进继电器，由用户拨号直接控制改为间接控制，接原理：改进了步进继电器，由用户拨号直接控制改为间接控制，接线器动作噪声小。线器动作噪声小。半电子交换机半电子交换机：话路部分采用机械接点，控制部分采用电子器件。：话路部分采用机械接点，控制部分采用电子器件。全电子交换机全电子交换机：话路部分和控制部分均采用电子器件。：话路部分和控制部分均采用电子器件。模拟程控交换机模拟程控交

13、换机：1965年年5月美国开通了第一个程控交换机。月美国开通了第一个程控交换机。数字程控交换机数字程控交换机：1970年法国开通了第一个数字程控交换机。年法国开通了第一个数字程控交换机。总结电路交换中“交换”的含义在这里，在这里，“交换交换”(switching)的含义是：的含义是：转接转接把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。从通信资源的分配角度来看，从通信资源的分配角度来看，“交换交换”就是按照某种方式动态地分配传输就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。线路的资源。 1.3.2 1.3.2 分组交换方式概念 分组交换需将传送的信

14、息划分为一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交分组交换需将传送的信息划分为一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。在每个分组中都有一个换。在每个分组中都有一个3-103-10个字节的分组头，在分组头中包含有分组的地址个字节的分组头，在分组头中包含有分组的地址和控制信息，以控制分组信息的传输和交换。和控制信息，以控制分组信息的传输和交换。特点 采用的是统计复用方式，电路的利用率较高。采用的是统计复用方式，电路的利用率较高。 可能产生附加的随机时延和丢失数据。可能产生附加的随机时延和丢失数据。分类 虚电路（面向连接）虚电路（面向连接） 数据报（无连接）数据报（无连接） 分组交换网络的产生

15、背景是 20 世纪 60 年代美苏冷战时期的产物。60 年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。传统的电路交换(circuit switching)的电信网有一个缺点：正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间。 新型网络的基本特点网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话。网络能够连接不同类型的计算机，不局限于单一类型的计算机。所有的网络结点都同等重要，因而大

16、大提高网络的生存性。计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非常可靠地传送数据。 报文分组交换的原理（一）在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。 1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输数 据数 据数 据报文分组交换的原理（二）每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组 1分组 2分组 3请注意：现在左边是“前面”分组交换的原理（三）分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组

17、 3分组首部的重要性每一个分组的首部都含有地址等控制信息。分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。分组交换的原理（四）接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据数 据数 据数 据分组交换的原理（五）最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。报文1101000110101010110101011100010011010010分组交换的优点高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐

18、段占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。 分组交换带来的问题分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。 分组交换的分类数据报：面向无连接的数据传输,工作过程类似于报文交换。采用数据报方式传输时，被传输的分组称为数据报。 虚电路：是面向连接的数据传输，工作过程类似于电路交换，不同之处在于此时的电路是虚拟的。 虚电路和数据报服务两种服务的思路来源不同 虚电路服务的思路来源于传统的电信网。

19、电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。数据报服务力求使网络生存性好和使对网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力的服务。 可靠通信由用户终端中的软件（即TCP）来保证。 虚电路方式 指两个用户在进行通信之前要通过网络建立逻辑上的连接。指两个用户在进行通信之前要通过网络建立逻辑上的连接。 在一次通信过程中具有呼叫建立、数据传输和释放呼叫三个阶段。在一次通信过程中具有呼叫建立、数据传输和释放呼叫三个阶段。 ATMATM和帧中继采用的是虚电路方式。和帧中继采用的是虚电路方式。数据报方式 独立地传送每一个数据分组，每一个数据分组都包含终点地址的信息，每一个节独立

20、地传送每一个数据分组，每一个数据分组都包含终点地址的信息，每一个节点都要为每一个分组独立地选择路由。点都要为每一个分组独立地选择路由。 用户通信时不需要呼叫建立和释放阶段。用户通信时不需要呼叫建立和释放阶段。 IPIP网络中采用的是数据报方式。网络中采用的是数据报方式。两类分组交换方式第一章 下一代网络与软交换概述1.1下一代网络产生的背景1.2 NGN的定义1.3 电路交换与分组交换的基本概念1.4 软交换的概念和特点1.5 以软交换为中心的下一代网络结构 1.6 固定电话网向NGN的演进1.7 移动电话网向NGN的的演进软交换的概念和特点传统的电路交换机与以软交换为中心的系统结构将传统交换

21、机的功能模块分离成为独立的网络部件，各个部件可以按相应的功能划分各自独立发展。部件间的协议接口基于相应的标准。下一代网络是业务驱动的网络，应实现业务控制与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离。分离的目标是使业务真正独立于网络，以便灵活有效的实现各种业务。下一代网络是基于统一协议的分组的网络。能利用多种宽带能力和有QoS保证的传送技术，使NGN能够提供通信的安全性、可靠性和保证服务质量。NGNNGN的特点第一章 下一代网络与软交换概述1.1下一代网络产生的背景1.2 NGN的定义1.3 电路交换与分组交换的基本概念1.4 软交换的概念和特点1.5 以软交换为中心的下一代网络结构 1.6 固定电话网向

22、NGN的演进1.7 移动电话网向NGN的的演进1.5.1 1.5.1 下一代网络结构下一代网络在功能上可分为接入层、传送层、呼叫控制层和业务层四层 。1.5.2 1.5.2 下一代网络中使用的协议软交换与信令网关(SG)间的接口使用SIGTRAN协议，信令网关(SG)与7号信令网络之间采用7号信令系统的消息传递部分MTP的信令协议。软交换与中继网关(TG)间采用MGCP或H.248/Megaco协议。软交换与接入网关(AG)和IAD之间采用MGCP或H.248协议。软交换与H.323终端之间采用H.323协议。软交换与SIP终端之间采用SIP协议。软交换与媒体服务器(MS)之间接口采用MGCP

23、或H.248协议或SIP协议。软交换与智能网SCP之间采用INAP（CAP）协议。软交换设备与应用服务器间采用SIP/INAP协议，业务平台与第三方应用服务器之间的接口可使用Parlay协议。软交换设备之间的接口主要实现不同软交换设备间的交互，可使用SIP-T和BICC协议。 媒体网关之间传送采用RTP/RTCP协议 软交换与AAA服务器之间采用RADIUS协议。 软交换与网管服务器之间采用SNMP协议。第一章 下一代网络与软交换概述1.1下一代网络产生的背景1.2 NGN的定义1.3 电路交换与分组交换的基本概念1.4 软交换的概念和特点1.5 以软交换为中心的下一代网络结构 1.6 固定电

24、话网向NGN的演进1.7 移动电话网向NGN的的演进1.6.1 1.6.1 固定电话网向下一代网络演进的步骤智能化改造 三个中心：建立业务交换中心、用户数据中心和智能业务中心三个中心：建立业务交换中心、用户数据中心和智能业务中心 核心思想：建立本地网集中的用户数据中心核心思想：建立本地网集中的用户数据中心分组化改造 软交换：对交换机的控制功能进行改造软交换：对交换机的控制功能进行改造 分组交换：将承载网络改为分组交换：将承载网络改为IP/ATMIP/ATM网络网络终端智能化和接入宽带化 使固网终端拥有智能使固网终端拥有智能 对用户线的传输能力进行改造对用户线的传输能力进行改造1.6.2. 1.

25、6.2. 固定软交换网络的结构 软交换、应用服务器、应用网关、AAA服务器、媒体服务器、信令网关、中继网关、网络边界点(NBP)、接入边界点(ABP)属于网络侧设备，接入网关可信任时可放在网络侧。Web服务器一般放置在Internet网中并通过NBP接入到软交换网络。软交换网络中的终端，包括IAD、SIP终端、H.323终端和软终端以及不可信任的接入网关可以通过二层接入网络通过ABP接入到软交换。另外可以将放置在企业或集团内部的大端口IAD或接入网关采用Internet隧道方式通过ABP接入到软交换。软交换网络中的这些终端也可以通过Internet网络通过NBP接入到软交换。 软交换网络通过信

26、令网关和智能网进行互通，通过信令网关和中继网关与No.7信令网和PSTN网络进行互通，通过NBP与Internet网和其他运营商基于IP的网络进行互通。第一章 下一代网络与软交换概述1.1下一代网络产生的背景1.2 NGN的定义1.3 电路交换与分组交换的基本概念1.4 软交换的概念和特点1.5 以软交换为中心的下一代网络结构 1.6 固定电话网向NGN的演进1.7 移动电话网向NGN的的演进1.7.1 GSM1.7.1 GSMGPRSGPRS系统的结构 移动台MS l用户使用的终端设备。由移动终端用户使用的终端设备。由移动终端MTMT和用户身份识别卡（和用户身份识别卡（SIMSIM）组成。）

27、组成。 移动终端可完成话移动终端可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发送和接收。音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发送和接收。lSIMSIM卡就是卡就是“身份卡身份卡”，包含所有与用户有关的和某些无线接口的信息，其中也包括鉴权和，包含所有与用户有关的和某些无线接口的信息，其中也包括鉴权和加密信息。加密信息。lGSMGSM系统通过系统通过SIMSIM卡来识别移动电话用户。卡来识别移动电话用户。基站子系统BSS l在一定的天线覆盖区内，由移动业务交换中心在一定的天线覆盖区内，由移动业务交换中心MSCMSC所控制，与所控制，与MSMS进行通信的系统设备。进行通信

28、的系统设备。l包括基站收发信台和基站控制器两部分。基站收发信台包括基站收发信台和基站控制器两部分。基站收发信台BTSBTS通过无线接口与移动台相连，负通过无线接口与移动台相连，负责无线传输；基站控制器责无线传输；基站控制器BSCBSC与移动交换中心相连，负责控制与管理。与移动交换中心相连，负责控制与管理。移动业务交换中心MSCl是对位于其所覆盖区内的移动台进行控制、交换的功能实体，也是移动通信系统与公用电是对位于其所覆盖区内的移动台进行控制、交换的功能实体，也是移动通信系统与公用电话网话网PSTNPSTN及其它移动通信网的接口。及其它移动通信网的接口。l除了完成呼叫控制等功能外，还要完成无线资

29、源的管理、移动性管理等功能。除了完成呼叫控制等功能外，还要完成无线资源的管理、移动性管理等功能。l另外还应能完成入口另外还应能完成入口(GMSC)(GMSC)的功能，即查询被叫移动台位置信息的功能，建立至移动台的的功能，即查询被叫移动台位置信息的功能，建立至移动台的呼叫路由。呼叫路由。lMSCMSC还具备智能网中业务交换点还具备智能网中业务交换点SSPSSP的功能的功能。归属位置寄存器HLR l管理部门用于移动用户管理的数据库。每个移动用户都应在某个归属位置寄存器注册登记。管理部门用于移动用户管理的数据库。每个移动用户都应在某个归属位置寄存器注册登记。lHLRHLR中主要存储两类信息：一是用户

30、的用户数据，包括移动用户识别号码中主要存储两类信息：一是用户的用户数据，包括移动用户识别号码IMSIIMSI、MSISDNMSISDN、基、基本电信业务签约信息、业务限制（例如限制漫游）和始发本电信业务签约信息、业务限制（例如限制漫游）和始发CAMELCAMEL签约信息签约信息O-CSIO-CSI、终结、终结CAMELCAMEL签约信息签约信息T-CSIT-CSI等数据；一是有关用户目前所处位置（当前所在的等数据；一是有关用户目前所处位置（当前所在的MSCMSC、VLRVLR地址）的信息，地址）的信息，以便建立至移动台的呼叫路由。以便建立至移动台的呼叫路由。来访位置寄存器VLRl是一个数据库，

31、用来存储所有当前在其管理区域活动的移动台有关数据：是一个数据库，用来存储所有当前在其管理区域活动的移动台有关数据：IMSIIMSI、MSISDNMSISDN、TMSITMSI、MSMS当前所在的位置区、补充业务参数、始发当前所在的位置区、补充业务参数、始发CAMELCAMEL签约信息签约信息O-CSIO-CSI、终结、终结CAMELCAMEL签约信息签约信息T-CSIT-CSI等。等。l当一个移动用户进入其所管理的区域时，当一个移动用户进入其所管理的区域时，VLRVLR从移动用户注册的从移动用户注册的HLRHLR处获取并存贮该移动用户处获取并存贮该移动用户的必要的数据，一旦移动用户离开该的必要

32、的数据，一旦移动用户离开该VLRVLR的控制区域，在另一个的控制区域，在另一个VLRVLR登记，原登记，原VLRVLR将取消该移动将取消该移动用户的数据记录。用户的数据记录。l通常，通常， VLR VLR、MSCMSC合设于一个物理实体中。合设于一个物理实体中。鉴权中心AUC l认证移动用户的身份和产生相应的鉴权参数认证移动用户的身份和产生相应的鉴权参数( (随机数随机数RANDRAND，符号响应，符号响应SRESSRES，密钥，密钥Kc)Kc)。l通常，通常，HLRHLR和和AUCAUC合设于一个物理实体中。合设于一个物理实体中。设备识别寄存器EIR lEIREIR是存储有关移动台设备参数的

33、数据库。在是存储有关移动台设备参数的数据库。在EIREIR中存有网中所有移动台设备的识别码中存有网中所有移动台设备的识别码IMEIIMEI和设备状态标志和设备状态标志( (白色、灰色、黑色白色、灰色、黑色) )。l我国的移动通信系统中，没有设置设备识别寄存器我国的移动通信系统中，没有设置设备识别寄存器EIREIR。短消息中心（SMC）l主要功能：接收、存储和转发用户的短消息。主要功能：接收、存储和转发用户的短消息。l点对点短消息业务包括移动台点对点短消息业务包括移动台MSMS发起的短消息业务发起的短消息业务MO/PPMO/PP及移动台终止的短消息业务及移动台终止的短消息业务MT/PPMT/PP。l通过短消息中心能够更可靠地将信息传送到目的地。如果传送失败，短消息中心保存消息通过短消息中心能够更可靠地将信息传送到目的地。如果传送失败，短消息中心保存消息直至发送成功为止。直至发送成功为止。服务GPRS支持节点SGSNl在移动通信系统的分组交换域中提供移动性管理、安全性、接入控制、分组的路由寻址和在移动通信系统的分组交换域中提供移动性管理、安全性、接入控制、分组的