现代通信网及其关键技术软交换

软交换系统功能

1.软交换系统功能要求软交换是多种逻辑功能实体的集合,提供综合业务的呼叫控制、连接以及部分业务功能,是下一代电信网中语音/数据/视频的业务呼叫、控制、业务提供的核心设备,也是目前电路交换网向分组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,各实体之间通过标准的协议进行连接和通信。

软交换主要完成以下功能：

-业务提供功能

-业务交换功能

-互通功能

-SIP代理功能

-计费功能

-网管功能

-路由、地址解析和认证功能

-H.248终端、SIP终端、MGCP终端的控制和管理功能

-七号信令(即MTP及其应用部分)功能

-H.323终端控制、管理功能软交换系统功能

2.软交换几项主要功能

(1)呼叫控制和处理功能它完成基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等，可以说是整个网络的灵魂。支持基本的双方呼叫控制功能和多方呼叫控制功能，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/旁听等。

(2)协议功能前面已经提到,开放性是软交换体系结构的一个主要特点,因此软交换应具备丰富的协议功能，具体包括：①呼叫控制协议:ISUP,TUP,PRI,BRI,BICC,SIP-T,H.323等。②传输控制协议:TCP,UDP,SCTP,M3UA,M2PA等。③媒体控制协议:H.248,MGCP,SIP等。④业务应用协议:PARLy,INAP,MAP,LDAP,RADIUS等。⑤维护管理协议:SNMP,COPS等。分别应用于软交换与网络中其他部件之间，

(3)业务提供功能软交换必须能够实现PSTN/ISDN交换机提供的全部业务，包括基本业务和补充业务，以及与现有智能网配合提供智能网业务。此外，新业务作为NGN网络不可或缺的组成部分，软交换要提供可编程的、开放的API接口，实现与外部应用平台的互通，从而易于新业务的引入和开发。

(4)

业务交换功能所谓业务交换功能就是识别智能网呼叫并把它上报给业务控制功能(SCF),最终由SCF控制整个呼叫从而保证软交换网络内的用户享用现有智能业务。操作维护功能要支持本地的维护管理以及通过SNMP协议实现与网管中心的通信；操作维护系统是用户使用、配置、管理、监视软交换设备的工具集合。计费功能实现维护、配置、业务统计、告警以及计费信息的采集等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。

(7)、资源管理功能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管理，如资源的分配、释放、配置和控制，资源状态的检测，资源使用情况统计，设置资源的使用门限等。(8)、媒体网关接入功能媒体网关功能是接入到IP网络的一个端点/网络中继或几个端点的集合，它是分组网络和外部网络之间的接口设备，提供媒体流映射或代码转换的功能。例如，PSTN/ISDNIP中继媒体网关、ATM媒体网关、用户媒体网关和综合接入网关等，支持MGCP协议和H.1248/MEGACO协议来实现资源控制、媒体处理控制、信号与事件处理、连接管理、维护管理、传输和安全等多种复杂的功能。(9)、认证与授权功能软交换应支持本地认证功能，可以对所管辖区域内的用户、媒体网关进行认证与授权，以防止非法用户/设备的接入。同时，它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接入认证与授权，以防止非法用户，设备的接入。(10)、地址解析功能软交换设备应可以完成E.164地址至IP地址、别名地址至IP地址的转换功能，同时也可以完成重定向的功能。对于号码分析和存储功能，要求软交换支持存储主叫号码20位，被叫号码24位，而且具有分析10位号码然后选取路由的能力，具有在任意位置增、删号码的能力。(11)、话音处理功能软交换设备应可以控制媒体网关是否采用语音信号压缩，并提供可以选择的话音压缩算法，算法应至少包括G.729、G.723.1算法，可选G.726算法。同时，可以控制媒体网关是否采用回声抵消技术，并可对话音包缓存区的大小进行设置，以减少抖动对话音质量带来的影响(12)软交换与其他网络的互通①软交换与H.323网络互通的网络框架基于H.323协议的IP电话网络己经覆盖了我国主要省市,因此在组建软交换为核心的网络时,应充分考虑与现有H.323网络的互连互通,互通协议建议采用H.323协议,互通方式见图9.9。

②软交换与PSTN/ISDN互通的网络框架软交换位于端局/城域网时的互通框架结构

当软交换位于PSTN/ISDN本地网中端局的位置或城域网内时,软交换网与PSTN/ISDN的互通方式。

软交换位于汇接局或长途网时的互通框架结构当软交换位于汇接局或长途网时,与PSTN/ISDN网互通结构见图.12.3.3软交换网接口和协议

1软交换实体接口1)

软交换和媒体服务器之间的接口，可采用的协议为SIP、H.248或媒体网关控制协议MGCP。软交换实体也可以通过SIP协议来引导媒体服务器提供必要的媒体交互功能。

软交换实体同样可以通过SIP协议或H.323协议将呼叫传送到应用服务器在这种情况下，应用服务器接受该呼叫，并驱动媒体服务器提供必要的媒体交互功能。值得注意的是，在采用SIP协议的情况下，软交换实体或应用服务器是采用第三方呼叫的控制方式来控制媒体服务器的，而且媒体服务器只能被动地等待软交换实体或应用服务器的"INVITE(邀请)"，媒体服务器本身不能发出"邀请"。2)

软交换和软交换之间的接口软交换和软交换之间可以采用SIP/SIP-T或BICC协议。当软交换网络仅支持传统POTS终端用来提供传统语音业务时，软交换之间可以采用BICC或SIP-T协议；当软交换网络同时支持传统POTS终端和SIP终端时，建议软交换之间采用SIP/SIP-T协议。可采用SIP-T或承载无关呼叫控制协议(BICC)，用于不同软交换实体间的交互。BICC协议由ITU一T提出，由于其与七号信令(SS7)网络的高度兼容性而成为多数运营商的首选。SIP-T协议由IETF提出，也将作为下一代网络软交换实体间的可选接口。目前SIP-T要解决的问题是其自身的稳定和与SS7网络的互通。3)软交换和应用服务器之间的接口，提供对第三方应用和各种增值业务的支持功能，采用SIP。4）软交换实体与策略服务器之间的接口软交换实体与策略服务器之间的接口提供对网络设备的工作进行动态干预的功能。此接口可使用公共开放策略服务(COPS)协议。5）软交换实体与信令网关间的接口用于传递软交换实体和信令网关间的信令信息。此接口一般采用信令控制传输协议(SCTP)。根据被传送的信令信息的不同，在SCTP之上可以使用不同的信令传输(SIGTRAN)协议栈，在IP网上传送7号信令的高层信令信息（TUP/ISUP/SCCP）。6)软交换实体与媒体网关间的接口软交换实体与媒体网关间的接口用于软交换实体对媒体网关的承载控制、资源控制及管理，可使用媒体网关控制协议(MGCP)或H.248/MEGACO协议。通过协议可以将各种媒体网关接入软交换系统，例如:中继媒体网关、ATM媒体网关、综合接人媒体网关、无线媒体网关和数据媒体网关等。软交换和中继网关之间的接口，主要完成媒体网关控制、资源控制和管理功能。该接口协议为H.248或MGCP。软交换和接入网关之间的接口，主要完成媒体网关控制、资源控制和管理功能。该接口协议为H.248或MGCP。7)软交换实体与网守之间的接口软交换实体与网守之间的接口用于基于H.323的IP电话系统的网守设备接入软交换体系。该接口可采用H.323的登记、接纳和状态(RAS)协议。8)软交换实体与SIP代理间的接口软交换实体与SIP代理间的接口用于SIP代理的接入，采用SIP协议。9)软交换实体与网管服务器之间的接口用于提供网络管理功能，可使用简单网络管理协议(SNMP)。10)软交换实体与计费中心、数据库、目录服务器之间的接口提供对数据库、目录服务等的访问，并向计费中心提供计费信息等。该类接口为各种API。11)软交换实体与智能网业务控制点(SCP)间的接口提供对现有智能业务的支持能力，采用智能网应用协议(NAP)。2.软交换网的协议按照功能和特点来分，NGN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。目前所涉及的具体协议如下。

呼叫控制协议：包括BICC（承载无关呼叫控制协议）；SIP-T；H.323；ISUP、TUP；Q.931、QSIG。

传输控制协议：包括SIGTRAN；SCTP；TCAP、SCCP；IUA、M3UA；MTP3；RTP、RTCP；TCP、UDP；IP；ATM。

媒体控制协议：包括H.248/MEGACO；SIP；MGCP（媒体网关控制协议）。

业务应用协议：包括ParLay；JAIN；INAP；MAP；LDAP；RADIUS。

维护管理协议：包括SNMP和COPS（公共开放策略服务）协议。1.H.323协议为了能在不保证QoS的分组交换网络上展开多媒体会议，由ITU-T的SG-15于1996年通过H.323建议的第1版，该版本可支持多媒体、电话会议等业务，设计人员为此定义了许多的多媒体类型和压缩技术，使得H.323非常复杂、昂贵.其中有负责音频与视频信号的编码、解码和包装，有负责呼叫信令收发和控制的信令，还有负责能力交换的信令。H.323的第4版本具备做电信级大网的特征，以它为标准构建的IP电话网能很容易地与传统PSTN电话网兼容，从这点上看，H.323更适合于构建电话到电话的电信级大网。

软交换支持的主要协议H.323定义的部件：终端，网关，网守和多点控制单元。利用它们，H.323可以支持音频、视频和数据的点到点或点到多点的通信.

网关是通过IP网络提供电话到电话连接，完成话音通信的关键设备，即Internet网络与电话网之间的接口设备。应具有下列功能：

a具有IP网络接口和与PSTN/ISDN/PBX交换机互联的接口；

b完成实时语音压缩，将64kbit/s的语音信号压缩成低码率语音信号；c完成寻址和呼叫控制。总地说就是信令处理、H.323协议处理、语音编解码和路由协议处理等，对外分别提供与PSTN网连接的中继接口以及与IP网络连接的接口。关守主要功能是呼叫控制功能（用户认证）、地址解析、带宽管理、路由管理、数据库管理、安全管理和区域管理。关守实际上是IP电话网的智能集线器,是整个系统的服务平台,负责系统的管理、配置和维护。 H.248和MEGACO协议均称为媒体网关控制协议，应用在媒体网关和软交换之间、软交换与H.248/MEGACO终端之间，2．H.248/MEGACO

在软交换系统中,MGCP协议主要用于软交换与媒体网关或软交换与MGCP终端之间的控制过程。

MGCP应用范围

2.MGCP---多媒体网关控制协议

SIP主要用于SIP终端和软交换之间、软交换和软交换之间以及软交换与各种应用服务器之间。

SIP协议的应用范围

3.SIP协议---会话初始协议利用SIP可实现会话的发起、建立和释放，并支持单播、组播和移动性，此外，SIP还可与SDP（业务交付平台）配合，动态调整和修改会话属性，如通话带宽、传输介质类型及介质的编解码格式，以其简单、灵活的特点越来越受到青睐。SIP是一个分散式的协议，为了提高核心网络的处理能力，它将网络设备的复杂性推向网络边缘.在SIP系统中，核心的代理服务器可以是无状态的(Stateess)，服务器一旦转发请求后就丢弃所有的信息，将用于完成一次完整的呼叫的所有信息存放在SIP消息本身中;而边缘的一些代理服务器可以是有状态的(Stateful)，它们会记住经其转发的呼叫的状态信息。它们控制用户域并且是应用服务的主要平台。因此核心网络服务器能处理大量的呼叫，不保留每一呼叫的状态，将大大提高系统的处理能力，为组建大规模的电话业务网奠定了基础。3)SIP协议特点由于SIP具有很强的包容性，既可以用于建立各种会话(例如:音频、视频、多方通话等)，也可以用来传送即时消息和文件，使得运营商能通过统一的业务平台提供综合业务，实现网络的融合。(1)协议的可扩展性。强大的扩充机制使SIP的能力不断增强。(2)开放的业务生成环境。SIP网络的业务提供主要由代理服务器完成，生成一个业务就是设计一个业务逻辑，从而对一个特定的消息流进行控制，或对消息请求做出相应的响应。这可以通过任何通用的程序语言编程来实现。SIP既可以提供各种传统电话业务，又可以提供语音与因特网互联(PINT)的业务，还可以提供特色业务，等各种新兴而实用的业务。(3)对移动性的支持。SIP协议本身具有对移动性的支持，SIP的动态注册机制，使用户端移动变得十分方便。SIP协议为实现固定和移动业务的元缝融合创造了条件。3GPPRS版本已经选择SIP作为3G移动通信多媒体域的信令协议，来实现基于的IP移动语音和多媒体通信。3.软交换通信流程NGNSIP协议流程用户名：Passward:5)SIP和其他协议的比较(1)SIP与MGCP/H.248H.248和MGCP带有浓厚的电信网络协议的色彩，即控制集中，工作方式不平等。在H.248和MGCP协议中，网关缺少智能性，一切均需听从软交换的指挥调度。而SIP则有着完全不同的设计思想，它更多地接受了计算机通信的思想，借鉴了因特网成功的经验，以现有的因特网为基础来构架IP电话。SIP采用的是对等工作模式，分布式工作模式，终端只需要网络提供一些自己力所不能及的服务.SIP需要相对智能的终端，也正是这种智能性，才能满足人们对于个性化服务的追求。(2)SIP与H.323在IP网上提供实时多媒体业务(例如:VoIP)可以基于H.323协议和SIP协议两种体系结构。其中，H.323协议由ITU-T制定，SIP协议由IETF提出，两者均可以完成呼叫建立、呼叫释放、业务提供和能力交换等功能.H.323沿用的是传统的实现电话信令模式，继承了通信领域传统的设计思想，进行集中管理、层次控制，拥有和传统电路网同样的可管理性和集中控制的特点。采用H.323协议便于与传统的电话网相连，协议目前已经比较成熟且已得到广泛应用。而SIP则采用分布式结构，借鉴了其他的因特网标准和协议的设计思想，在风格上遵循因特网一贯坚持的简练、开放、兼容和可扩展等原则，具有简单、可扩展性好、与因特网结合紧密等特点，已逐步得到应用。软交换应能够同时支持这两种协议体系结构，并实现两种体系结构网络和业务的互通。5.SCTPSCTP是流控制传送协议,主要是在无连接的网络上传送PSTN信令消息,该协议可以在IP网上提供可靠的数据传输协议。该协议针对IP网络上TCP协议的缺陷进行了修改和补充，但它同时也支持原来TCP更高层次上的协议，能够按照目前七号信令网对可靠性和误码率等要求生成数据包，并透明的传输。SCTP用来在确认方式下,无差错、无重复地传送用户数据。把多个用户的消息复用到SCTP的数据块中;利用SCTP偶联的机制来提供网络级的故障保证.SCTP较TCP更加健壮、可靠。

1．软交换网络的QoS

与传统电信网络相比较，软交换网络面临的一个重要问题就是服务质量，从根本而言，软交换网络本身并不能解决服务质量问题，服务质量的好坏很大程度上取决于软交换网络的承载网络，承载网络可以为ATM和IP两种方式，12.3.4软交换网络中存在的问题

对于ATM承载方式，由于ATM技术从一开始就是为综合业务设计的，所以有很强的QoS机制，可以保证语音的服务质量，但是，就目前厂家设备的开发情况和网络的发展趋势来看，以IP作为软交换网络的承载网是大势所趋，因此建设软交换网络时必须考虑如何解决IP承载网络的QoS。2．软交换网络的业务提供能力 对于传统运营商，引入软交换网络的一个很大驱动力是与传统网络相比较，软交换网络可提供更多的增值业务，目前看来，软交换网络主要有三种业务提供方式：在软交换内部直接实现、与现有智能网互通实现，以及与应用服务器配合实现。3．软交换网络的管理从软交换系统目前的实现情况来看，基本上采用SNMP作为软交换系统的网管协议，但是SNMP网管系统有一定的缺陷性，SNMP网管以静态管理为主，无法针对业务需求对所需各类设备进行综合协调管理，管理的实时性差，并且SNMP基于UDP承载方式，不能保证网管信息的可靠传输，但是，由于软交换网络提供的是实时业务，因此网管系统还需具备QoS管理能力，目前的软交换网管系统这方面的能力还比较差，还有待于进一步的扩展才能满足用户对服务质量的要求。4．软交换网络的组网现有的电话通信网采用的是分层的网络模型，随着软交换网络规模的扩大，软交换网络到底采用什么样的组网方式目前也没有统一定论，目前大家的一个共识是软交换层面为不分层的网状网结构，但是软交换不分层并不意味着路由不分层，因为随着网络规模的扩大以及用户位置信息的经常变化