第六章 软交换技术

第六章

软交换技术

2004.2，ITU-T在新颁布的《Y.NGN-overview》建议草案中给出了下一代网络的初步定义：“NGN是一个分组网络，它提供包括电信业务在内的多种业务，能够利用多种带宽和具有QoS能力的传送技术，实现业务功能与底层传送技术的分离；它提供用户对不同业务提供商网络的自由接入，并支持通用移动性，实现用户对业务使用的一致性和统一性。”软交换（SS，SoftwareSwitching）是NGN的核心技术。软交换思想是在电信网向NGN演进的需求下产生的。下一代网络NGN定义NGN主要技术方向下一代传送网：MSTPULHASON下一代互联网：NGI/IPv6下一代交换网：软交换IMS

下一代移动网：3GE3GB3GNGN下一代接入网：Wimax,GPON，IPTVEndUser以软交换为核心的NGN示意模型《程控交换与软交换技术》

北京邮电大学出版社《现代交换原理与技术》

电子工业出版社《软交换与IMS技术》

北京邮电大学出版社《软交换与NGN》

人民邮电出版社《基于软交换的下一代网络解决方案》

北京邮电大学出版社参考书目内容安排21软交换技术产生的背景3软交换系统原理软交换组网思考：软交换的主要技术特征是什么？面临什么问题（背景）采用什么方法（原理）1软交换技术产生的背景业务需求的驱动网络融合的驱动网络开放的驱动电话网中程控交换机的历史贡献：路由选择（交换）和呼叫业务控制用软件实现对交换的控制主要特点：电路交换方式，双向64kbit/s固定带宽信道存在问题：不适于承载突发数据量大、上下行数据流量差异大的数据业务。

1.业务需求的驱动数据（IP）网的核心设备：路由器主要特点：分组交换方式，根据业务量需要动态地占用上下行传输通道存在问题：IP网本身并不提供任何高层业务控制功能若在IP网上开放语音业务，必须额外增加电话业务的控制设备。1.业务需求的驱动2.网络融合的驱动多种接入统一传输开放业务ApplicationFrameworkInterfacesServiceInterfaceServiceInterface...ResourceInterfaceResourceInterfaceResourceInterfaceApplication业务/应用1）为网络运营商范围之外的第三方提供安全可控的接入网络资源的能力2)提供资源能力的注册、查找和订购提供目前和将来网络能够提供的各种网络资源的控制能力资源应用编程接口API

异构网络中间件的产生3.网络开放的驱动ParlayAPIEndUserApplicationsNetworkResourcesNetworkResourcesCallControlUserInteractionPolicyManagementMobilityChargingAccountManagementTerminalCapabilitiesDataSessionControlConnectivityManagementGenericMessagingFRAMEWORKPresence能力特征集：1）基本呼叫控制2）多方呼叫控制3）多媒体呼叫控制4）会议呼叫控制5）基本用户交互6）移动性管理7）终端能力8）数据会话控制9）通用消息10）连通性管理11）帐户管理12）计费管理13）策略管理14）呈现和可用性管理15）多媒体消息……网络能力的开放213软交换系统原理软交换概念软交换系统组成软交换系统协议栈软交换系统网关和接入技术软交换系统业务技术软交换控制器原理

外围模块电路交换矩阵信令/呼叫控制管理/业务控制1.软交换概念接入层接入网关业务控制层网络管理与计费

应用服务器软交换体系结构传统电路交换机体系结构媒体交换层分组交换网呼叫控制层软交换机开放的接口协议

网络演进以及下一代分组网络的核心设备之一。它独立于传送网络，主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，同时可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力。

-----信息产业部软交换定义

外围接入层核心传送层会话控制层业务/管理层NMC运行支撑系统业务提供商PSTN各类接入网7号信令网络其它VoIP系统其它软交换系统智能网SGMGASAGSCPMSSSC软交换控制器（软交换机）呼叫控制资源管理路由控制地址解析/翻译信令网关－连接SS7和IP网络－实现SS7信令传输格式转换中继媒体网关－连接PSTN与IP网络－实现媒体传输格式转换－主要用于中继接入接入网关－用于终端用户/PBX/无线基站的接入－完成媒体流转换和用户信令处理等功能应用服务器提供业务执行，管理，开发环境媒体服务器－提供特殊媒体资源－提供IVR功能系统管理中心－提供系统管理功能－连接运行支撑系统IAD综合接入设备－用于传统用户终端设备的接入－完成用户端数据、语音等的接入功能2.软交换系统组成3.软交换的主要特点软交换系统的最大优势是将应用层和控制层完全分开，有利于快速方便的引入新业务。软交换将传统交换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。软交换系统部件间的协议接口基于相应的标准，方便了各种异构网互通的实现。软交换系统可以为模拟用户、数字用户、移动用户、IP网络用户、ISDN用户等多种网络用户提供业务。软交换可以利用标准的全开放应用平台为客户定制各种新业务和综合业务，最大限度的满足用户需求。

应用服务器AAA服务器网管系统业务提供网络管理计费SSF呼叫控制互通软交换H.323网络SIP网络软交换SG现有IN媒体网关SIP终端H.248终端MGCP终端SGNo.7网络Radius待定SNMPSIPH.323SIP/BICCSIPH.248MGCPH.248INAP/IPSS7/IP4.软交换的主要功能主要功能呼叫控制和处理功能呼叫的建立、维持和释放控制功能。协议功能呼叫控制协议；传输控制协议；媒体控制协议；应用协议；管理协议。业务提供功能基本业务、补充业务、增值业务。业务交换功能SSP操作维护功能用户使用、配置、监视软交换设备的工具集。计费功能

5.软交换网关和接入技术信令网关SG媒体网关MG：

中继网关TG接入网关AG综合接入设备IAD实现SCN网络与IP网络的信令互通，提供SS7信令点和IP网内呼叫控制实体（软交换/呼叫服务器/媒体网关控制器）双向的信令接口，实现SCN信令的中继、转换或终结处理。信令网关的协议包含两部分：SCN侧信令协议：信令网关必须发送、接收标准的SCN信令消息，如标准的七号信令协议。IP网络侧协议：采用IETF的SIGTRAN协议，完成7号信令在IP网络层的封装，解决7号信令网与IP网实体相互跨界访问的需要。信令网关（SG）

软交换体系中提供专用媒体资源功能的独立设备，可以提供音频或视频信号的播放以及一些附加功能，用于融合网络的增强服务。

媒体服务器基本的资源功能有DTMF数字接收、信号音产生、录音通知发送、媒体流合成、传真等，除此之外还具有会议桥、语音识别、文本语音转换等专用资源。媒体服务器（MS)

提供中继接入，可以和软交换以及信令网关配合替代现有的汇接/长途局，因此可放置在现有电话网的汇接/长途局位置。中继网关由软交换控制，主要作用是将媒体从一种传输格式转换为另一种传输格式，最常见的是将电路媒体格式转换为分组媒体格式。中继网关要实现以下几种功能：1）异构网络接入2）媒体流的映射功能3）受控操作功能：在软交换的控制下，中继网关能够选择编码压缩算法、能够检测各种特殊的信号，能够对自身资源进行申请、预约、占用、释放等操作。4）管理和统计功能中继网关（TG/TMG）应用举例

用户网络接入软交换核心传送层的“入口”，负责大容量密集用户或各种接入网用户的综合接入。与中继网关相同点：接入网关的主要功能是媒体处理功能，负责将SCN侧语音转换为RTP/RTCP分组进行发送，反之亦然。接入网关可以通过各种具有语音动态预测编码技术的编码器（如G.711、G.723和G.726及其变种）来优化带宽。与中继网关不同的点：接入网关除具有媒体处理功能外，通常还具有用户信令处理功能。接入网关(AG/AMG)

将用户端的语音、数据和图像视频等应用需求接入到分组交换网络中，并在分组交换网络中完成相应的功能。IAD用户端口数一般不超过48个，无需专门机房，一般放置于离用户较近的地方。IAD接入方式使用比较灵活、适应范围广，如家庭、楼道、桌面、IP超市等。综合接入设备IAD

基于IP分组网络的智能电话终端。该类终端的语音、视频和数据及信令都是直接基于IP分组方式，采用分组电话信令（H.323、MGCP/H.248、SIP），接受软交换设备的控制以实现语音、视频、数据通信功能。智能终端是一个完整的硬件、软件结合体，可以通过LAN或ADSL的方式接入IP网络以实现各类通信功能，因此一般都需要通过静态或动态的方式得到一个IP地址。智能终端虽然可直接实现点对点的通信，但在一个运营商大网络中通信时，为了合法的得到服务，必须有一个到软交换设备的显示的注册过程以及终端自身的配置过程，这与普通PSTN电话终端插上即用的方式是有一定区别的。

同时，IP智能终端还必须提供一定的接口以接受软交换网络相应的管理和维护。IP智能终端6.软交换系统协议栈（体现通信软件特征）SIGTRAN协议分类按功能实体划分：软交换设备和应用服务器间的接口：SIP、INAP和ParlayAPI等；软交换设备和媒体网关间的接口：MGCP和Megaco/H.248等；软交换设备之间的接口：BICC和SIP-T；软交换设备和媒体服务器间的接口：MGCP和SIP；软交换设备和IP终端之间的接口：MGCP、SIP和H.323等；软交换设备和维护管理服务器间的接口：SNMP和COPS等。按协议功能划分：呼叫控制协议：包括ISUP、BICC、SIP-T、SIP、H.323等；媒体控制协议：包括H.248、MGCP、SIP等；应用支持协议：包括PARLAY、SIP、INAP、MAP、LDAP、RADIUS等；维护管理协议：包括SNMP、COPS。软交换的主要协议一、H.323

H.323协议原是ITU为在局域网上开展多媒体业务制定的，其初衷是希望该协议用于多媒体会议系统，但目前它却在IP电话领域得到广泛应用，并取得很好效果。目前普遍认为H.323协议是在分组网上支持话音、图像和数据业务最成熟的协议。H.323是一个框架性协议，它由一系列协议组成。下图是H.323协议栈。

软交换的主要协议H.323协议栈H.323一共定义了四种部件：终端（Terminal）：在基于IP的网络上是一个客户端点。可以进行实时单向、双向通信。终端间使用H.245协议来进行信道容量等的协商，使用H.255.0协议进行连接建立，使用实时传输协议RTP/实时传输控制协议RTCP进行音频和视频分组传输。网关（Gateway）：提供分组交换网和电路交换网之间的一个连接。完成通信协议转换和音视频编码格式转换。软交换的主要协议关守（Gatekeeper）：是H.323会议系统的一个可选部件，当一个H.323系统中有关守时，所有类型的终端用户在建立一次呼叫之前都需要到关守登录并获得它的许可。多点控制单元（MCU）：支持3个以上的终端用户进行会话。典型的MCU包括一个多点控制器（MC）和若干个多点处理器（MP）。MC提供控制功能，如终端之间的协商，决定处理话音或视频共有的能力。MP完成会话中的媒体流的处理，如话音的混合、话音/视频交换。软交换的主要协议二、MGCP（媒体网关控制协议

）H.323网络向下一代IP电话网络演进时，H.323网关的媒体和信令处理功能将会分离：媒体网关（MG）只负责媒体的处理，信令处理功能将会转移到媒体网关控制器（MGC）中。MGC和MG之间的通信采用MGCP或H.248协议。其中MGCP为IETF（互联网工程任务组：全球互联网最具权威的技术标准化组织）的标准，H.248为ITU-T（国际电信联盟）的标准。ISO已经明确指出MGCP最终将被H.248协议所代替，但在一定时间内MGCP还会继续存在。软交换的主要协议三、H.248协议H.248协议又称为媒体网关控制协议Megaco。H.248是IETF和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。H.248/Megaco是在MGCP基础上发展和演变而来的，两者的网络结构和控制机理完全相同。H.248/Megaco在功能上有所扩展，如MGCP只支持文本编码，H.248/Megaco则增加了二进制编码。虽然主流厂商大多已开发出支持MGCP设备，ISO明确指出MGCP最终将被H.248/Megaco替代。软交换的主要协议H.248协议应用在媒体网关和软交换之间、软交换和H.248/Megaco终端之间，是软交换支持的重要协议。如下图：H.248协议应用范围所示。软交换的主要协议H.248/Megaco协议的两个基本概念：终端：媒体网关逻辑实体，能够发送和接受一个或多个媒体，如模拟用户接入网关中的电话线、中继网关中的中继电路。一台终端在任一时刻属于且只能属于一个上下文。上下文：一些终端之间的联系，是描述终端间拓扑关系和媒体交换的参数，可通过Add命令进行创建，通过Subtract、Move命令进行删除。软交换的主要协议H.248通过Add、Modify、Subtract、Move、AuditValue、AuditCapability、Notify和ServiceChange八个命令完成对终结点和关联之间的操作，从而完成呼叫的建立和释放。典型的H.248/Megaco呼叫过程为：（1）主叫摘机；（2）媒体网关（MG）检测到摘机信息后，通过Notify命令将摘机事件报告给媒体网关控制器（MGC）；（3）MGC通过Add命令让MG将主叫端口加入一个上下文Context，并向主叫送拨号音；（4）用户拨号，MG将收到的号码通过Notify命令报告给MGC；（5）MGC分析被叫号码，找出被叫MG，命令被叫方MG将被叫端口加入一个Context；（6）MGC命令主叫MG向主叫送回铃音，被叫MG向被叫送振铃音；（7）被叫摘机，MGC命令两个MG连接主被叫；（8）主/被叫挂机，MGC命令各MG释放主被叫连接，将主/被叫端口Context清空。软交换的主要协议四、SIP协议SIP(会话启动协议)是IETF提出的在IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议，利用SIP可实现会话的发起、建立和释放，支持单播、组播和移动性，SIP还可与SDP（会话描述协议）配合，动态调整和修改会话属性，如通话带宽、传输媒体类型及媒体的编解码格式。在各类软交换系统中，SIP协议主要应用于软交换与SIP终端之间，或者将SIP协议用于软交换与应用服务器之间，提供基于SIP的增值业务。软交换的主要协议SIP网络采用客户机/服务器工作方式，包含两类组件：用户代理(UserAgent)和网络服务器(NetworkServer)。用户代理又分为用户代理客户端(UAC)和用户代理服务器(UAS)，其中UAC负责发起SIP呼叫请求，UAS负责对呼叫请求做出响应。网络服务器主要为用户代理提供注册、认证、鉴权、路由等服务，分为代理服务器(ProxyServer)、重定向服务器(RedirectServer)和注册服务器(Register)三种。软交换的主要协议SIP的主要请求消息：Register：本地服务登记Invite：初始化呼叫Ack：证实客户机收到了对Invite请求的最终响应Cancel：取消正在进行中的请求Bye：结束会话Options：询问远端支持的特性软交换的主要协议例：假设呼叫在两个PSTN网之间传送，主叫用户位于SG1和MG1的管辖范围，被叫用户位于SG2和MG2的管辖范围，MG1和MG2属于同一个软交换控制的范围。7.软交换呼叫控制原理43具体信令交互流程：44