现代交换技术-06章-软交换技术

第六章软交换技术第九章软交换技术本章内容：软交换概述软交换的网络结构软件换的相关协议本章重点：软交换的网络结构本章难点：软交换的相关协议引入背景分组交换网适合各种类型信息的传输，网络资源利用率高。基于TDM的PSTN话音网能保证优良的语音品质，但对新业务的提供能力有限。所面临的问题：如何进行改造，使PSTN能适应数据业务的需要。如何实现PSTN低成本地向基于分组的网络结构演进。如何实现PSTN与新建数据网的体系融合。软交换（Softswitch）是解决问题的关键。是下一代话音交换网络的核心。软交换的基本含义就是把呼叫控制功能从媒体网关（传输层）中分离出来，通过服务器或网元上的软件实现基本呼叫控制功能，包含呼叫选路、管理控制、连接控制、信令互通等。6.1.1软交换的基本概念什么是软交换？是一种功能实体，是下一代网络呼叫与控制的核心；提供具有实时性要求的呼叫控制和连接控制的功能；与传统交换技术不同，它把呼叫传输和呼叫控制分离开，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平台，使业务提供者能自由地将传输业务与控制协议相结合，实现业务转移。PSTN网和ATM网是基于交换单元的硬交换。软交换是基于IP网络的包交换，通过服务器或网元上的软件来实现，与业务无关。6.1软交换概述提供支持多种信令协议，实现PSTN网和IP网/ATM网间的信令互通和不同网关的互操作。处理实时业务，并具有提供各种增值业务和补充业务的能力（如处理视频和多媒体业务）。提供可编程的、逻辑化控制的开放的API协议，实现与外部应用平台的互通；通过不同的逻辑与媒体层的网关交互，对网关设备或IP/ATM网的核心设备进行控制。提供网守功能，即接入认证与授权、地址解析和带宽管理等。操作维护功能，主要包括业务统计和告警等。计费功能，具有采集详细话单的功能。6.1.2软交换的基本功能6.1软交换概述以软交换为核心的网络具有以下三大特征：（1）采用开放的网络构架体系（2）基于业务驱动的网络（3）基于统一协议的和基于分组的网络6.2软交换的网络结构6.2.1软交换的网络结构主要包括：业务/应用层控制信令层传输层媒体/接入层其中软交换位于控制信令层6.2软交换的网络结构功能服务器应用服务器策略服务器各类用户终端CA，MGC，软交换SCP各类接入网关NASMGSGPSTN/ISDN/ATMSS7网业务/应用层控制信令层传输层媒体/接入层图6.1基于软交换的网络系统结构示意图开放的API信令（ISUP、MAP、RANAP、MGCP、MEGACO、SIP）IP传输域互通功能域非IP接入域IP电话IN/AINInter-NetworkSwitchSIP/SIP-T；H.3236.2.2各层功能描述1、业务应用层其主要功能是在纯呼叫建立之上为用户提供附加增值业务，同时提供业务和网络的管理功能，为VoIP网提供各种应用和业务的执行逻辑，存放业务逻辑和业务数据，包括软交换网络各类业务所需要的业务逻辑、数据资源及媒体资源等。

主要由各类业务应用平台构成，包括应用服务器、特征服务器、策略服务器、SCP、AAA服务器、目录服务器、数据库服务器、网管服务器等。

6.2软交换的网络结构功能服务器应用服务器策略服务器各类用户终端CA，MGC，软交换SCP各类接入网关NASMGSGPSTN/ISDN/ATMSS7网业务/应用层控制信令层传输层媒体/接入层图6.1基于软交换的网络系统结构示意图开放的API信令（ISUP、MAP、RANAP、MGCP、MEGACO、SIP）IP传输域互通功能域非IP接入域IP电话IN/AINInter-NetworkSwitchSIP/SIP-T；H.323业务应用层为VoIP网提供各种应用和业务的执行逻辑，可以包括应用服务器、功能服务器等设备，也可以包含类似于媒体服务器这样的特殊部件。6.2.2各层功能描述2、控制信令层控制信令层是网络系统控制的核心，为传输层提供控制功能，其设备或功能是根据从接入层接收的信令信息来完成对边缘接入层中的所有媒体网关的各种业务呼叫控制，并负责各媒体网关之间通信的控制，通过控制传输层部件完成呼叫控制、选路、认证、资源管理等功能，及完成呼叫建立和释放。主要由软交换设备（媒体网关控制器）构成。具有多种不同的功能实现形式，包括软交换（Softswitch）、呼叫代理（CallAgent，CA）、呼叫控制器（CallController）等。

6.2软交换的网络结构功能服务器应用服务器策略服务器各类用户终端CA，MGC，软交换SCP各类接入网关NASMGSGPSTN/ISDN/ATMSS7网业务/应用层控制信令层传输层媒体/接入层图6.1基于软交换的网络系统结构示意图开放的API信令（ISUP、MAP、RANAP、MGCP、MEGACO、SIP）IP传输域互通功能域非IP接入域IP电话IN/AINInter-NetworkSwitchSIP/SIP-T；H.323控制信令层主要是为传输层提供控制功能，其设备或功能是根据从接入层接收的信令信息来执行呼叫控制的，通过控制传输层部件来建立或拆除经过VoIP网的媒体连接。媒体网关控制器（MGC）是VoIP网络中的一种关键物理设备，具有多种不同的功能实现形式，包括软交换、呼叫代理、呼叫控制器等。（1）MGC的功能可以集中或分开。（2）MGC是信令消息的源点和终点，它通过一种或多种MGC协议控制中继网关、媒体网关和媒体服务器，提供路由信息、认证和记帐信息。（3）MGC可以通过不同的服务控制协议与应用服务器进行通信。6.2.2各层功能描述3、传输层传输层是软交换网的承载网络，其作用和功能就是将边缘接入层中的各种媒体网关、控制层中的软交换设备、业务应用层中的各种服务器平台等各个软交换网网元连接起来。

传输层可分为三个域：IP传输域、非IP传输域和互通功能域。IP传输域为分组通过VoIP网络提供传输通道、选路/交换结构。非IP传输域提供接入网关或预留网关，以便支持非IP终端/电话/ISDN网络等接入功能。互通功能域对从外部网络接收或向外部网络发送的信令提供转换功能，包括信令网关、媒体网关或互通网关。6.2软交换的网络结构功能服务器应用服务器策略服务器各类用户终端CA，MGC，软交换SCP各类接入网关NASMGSGPSTN/ISDN/ATMSS7网业务/应用层控制信令层传输层媒体/接入层图6.1基于软交换的网络系统结构示意图开放的API信令（ISUP、MAP、RANAP、MGCP、MEGACO、SIP）IP传输域互通功能域非IP接入域IP电话IN/AINInter-NetworkSwitchSIP/SIP-T；H.323传输层提供了从外部网络或终端到VoIP网的信令和媒体接口。传输层可以分为三个域：IP传输域、非IP传输域和互通功能域。IP传输域为分组通过VoIP网络提供传输通道、选路/交换结构，包括路由器、交换机等设备和提供服务质量与传输保证的设备。非IP传输域提供接入网关或预留网关，以便支持非IP终端/电话/ISDN网络、DSL网络的综合接入设备（IAD）、HFC网络的CableModem或多媒体终端、GSM/3G移动无线接入网的接入功能。互通功能域对从外部网络接收或向外部网络发送的信令提供转换功能，它主要包括信令网关、媒体网关或互通网关。6.2软交换的网络结构6.2.2各层功能描述4、媒体接入层其作用是利用各种接入设备实现不同用户的接入，并实现不同信息格式之间的转换，功能类似于传统程控交换机的用户模块或中继模块。

主要包括各类媒体网关设备、综合接入设备（IAD）及各种终端设备。媒体网关又可分为中继网关（TG）、接入网关（AG）、无线接入网关（WG）、信令网关（SG）等。功能服务器应用服务器策略服务器各类用户终端CA，MGC，软交换SCP各类接入网关NASMGSGPSTN/ISDN/ATMSS7网业务/应用层控制信令层传输层媒体/接入层图6.1基于软交换的网络系统结构示意图开放的API信令（ISUP、MAP、RANAP、MGCP、MEGACO、SIP）IP传输域互通功能域非IP接入域IP电话IN/AINInter-NetworkSwitchSIP/SIP-T；H.323信令网关支持不同传输层之间的信令转换；媒体网关提供不同传输网络或者不同媒体之间的媒体转换；互通网关支持在相同传输层使用不同协议的信令互通。软交换功能：由智能业务节点、各种数据库以及信令网关共同完成。信令网关：完成7号信令和IP信令之间的转换。数据库信令网关智能业务点交换机网络接入设备AAA/RADIUS服务器资源管理服务管理开放式接口HTML账单AMAAPISS7overIPA/NISUP接入线中继电路IPSNMPRADIUSMEGACO-P6.2.3网络结构实例（1）Bridgewater提供的IP与PSTN融合的网络结构智能业务点：与各种资源数据库相连，负责业务连接的控制以及开放式应用接口。网络接入设备：就是在智能业务点指导下完成业务的传输。（1）Bridgewater提供的IP与PSTN融合的网络结构数据库信令网关智能业务点交换机网络接入设备AAA/RADIUS服务器资源管理服务管理开放式接口HTML账单AMAAPISS7overIPA/NISUP接入线中继电路IPSNMPRADIUSMEGACO-P6.2.3网络结构实例应用服务器本地网关多媒体网关媒体服务器内容服务器媒体网关媒体网关控制器电信服务代理电信服务器媒体网关控制器信号网关InternetWeb服务器InternetWeb服务器智能服务器最后一公里接入网DSLPOTSISDNGAMRAN3GRANCable,etcPSTN/PLMN/ISDN网络多媒体网（2）事务型分布式软交换系统体系结构基本思想是：用连接在IP网络上的媒体网关、媒体网关控制器、信令网关、呼叫处理服务器和电信业务服务器完成相当于传统电话网、信令网、智能网、管理网和业务提供网的功能，并与传统的接入网络和传统的电话业务网络互连。6.2.3网络结构实例OSI层H.323SIPMGCPSS7H.248132MACIPUDPINAPH.248MGCPSIPH.323ISUPTCAPSCCPTCPIPMACSCTPM3UAM2UAMTP1MTP2MTP3UDPSCTPTCPUDPMACIPUDPMACIPMACIP5476.3.1软交换接口及其协议软交换体系涉及协议非常多，包括H.248、SCTP、ISUP、TUP、INAP、H.323、RADIUS、SNMP、SIP、M3UA、MGCP、BICC、PRI、BRI等。6.3软交换的相关协议计费中心网管中心策略服务器Radius(AAA)网守SNMPCOPSRadiusSIP/APISIP-TH.248RAS应用服务器SCP软交换SG软交换MGPSTN/ISDN图6.5软交换的对外接口6.3.1软交换接口及其协议6.3软交换的相关协议（1）软交换机与应用/业务层之间的协议

①软交换与应用服务器间的接口，可使用SIP协议或API（如Parlay），提供对三方应用和各种增值业务的支持功能。

②软交换与策略服务器间的接口，可使用公共开放策略服务协议（COPS），实现对网络设备的工作进行动态干预。

③软交换与网关中心间的接口，可使用SNMP，实现网络管理。

④软交换与智能网的业务控制点（SCP）之间的接口，可使用INAP，实现对现有智能网业务的支持。6.3.1软交换接口及其协议6.3软交换的相关协议（2）软交换机之间的协议

①SIP-T是IETF的标准协议，它主要是对原SIP协议进行扩展，属于一种应用层协议。②BICC是ITU-T的标准协议，它主要是将原七号信令中的ISUP协议进行封装，对多媒体数据业务的支持存在一定不足。6.3.1软交换接口及其协议（3）信令网关（SG）与软交换机之间的协议采用信令传送协议（SIGTRAN），其低层采用信令控制传输协议（SCTP）。

SIGTRAN/SCTP协议的根本功能在于将PSTN中基于TDM的No.7信令的高层信令信息（TUP/ISUP/SCCP），通过SG以IP网作为承载透明传至软交换机，由软交换机完成对No.7信令的处理。6.3软交换的相关协议（4）媒体网关与软交换机之间的协议

主要有MGCP或H.248/Megaco两种媒体网关控制协议，用于软交换对媒体网关的承载控制、资源控制及管理。

H.248/Megaco实际上是同一个协议的名字，由IETF和ITU-T联合开发，IETF称为Megaco，ITU-T称为H.248。6.3.1软交换接口及其协议（5）媒体网关之间的协议

除SG外，各媒体网关之间采用数据传送协议RTP。6.3软交换的相关协议6.3.2H.323协议H.323协议是基于IP网络进行音频、视频和数据通信应用的标准协议。它是最初于1996年由ITU通过的，作为H.320的修改版（H.320是ISDN和电路交换网上的会议电视协议），用于局域网（LAN）上的多媒体会议，后来扩展至覆盖VoIP。H.323终端H.323网闸H.323网关H.323终端H.323终端H.323MCUV.70终端H.324终端话音终端H.322终端话音终端H.320终端H.321终端H.321终端GSTNQoS确保LANN-ISDNB-ISDN分组网H.323系统多点控制单元6.3.2H.323协议图6-6H.323系统结构图6.7H.323协议栈结构1、H.323协议结构6.3.2H.323协议6.3.2H.323协议Conversation（H.245信令）Setup呼叫请求Callproceeding呼叫正在处理ReleaseComplete呼叫释放DRQ释放请求DCF释放确认DCF释放确认DRQ释放请求ReleaseComplete呼叫释放Connect建立连接Alerting振铃ACF确认请求ARQ接入请求Setup呼叫请求Connect建立连接ARQ呼叫请求ACF确认请求Callproceeding呼叫正在处理Alerting振铃节点1节点2网闸（网守）2、H.323呼叫信令过程呼叫建立过程能力交换和主从确定过程、媒体信道建立过程、通信过程呼叫终止过程（1）媒体网关控制协议（MGCP）是由Telecordia公司根据分离网关结构要求提出的，是在综合简单网关控制协议（SGCP）和IP设备控制（IPDC）协议的基础上形成的。（2）人们希望把以软件为中心的呼叫处理功能和以硬件为中心的媒体流处理功能分离开，放置在软交换与媒体网关之间。（3）H.323和SIP协议都不能处理两个分离实体之间的通信，而由MGCP来处理。信令话音控制媒体PSTN/ISDN至H.323终端IP网至关守SGMGCMG6.3.3MGCP协议6.3软交换的相关协议(1)NTFY摘机(3)RQNT(11)MDCX远端SDP(15)RQNT回铃音(6)200(2)200OK(4)250(5)NTFYMG1MG2MGC(13)RQNT送铃音(7)CRCX(8)200本地SDP(9)CRCX远端SDP(10)200本地SDP(12)200OK(16)200OK(17)NTFY摘机(14)200OK(18)200OK(19)RQNT挂机检测(20)200OK(19)RQNT挂机检测(20)200OK(21)MDCX双向(22)200OKA摘机A拨号B摘机呼叫信令过程6.3.3MGCP协议用户D用户CAMGSoftX3000IP城域网MGCP协议MRSIAD用户A用户BMGCP协议应用实例

SoftX3000通过MGCP协议控制媒体资源服务器（MRS），提供在IP网络上实现各种业务所需的媒体资源功能，包括业务音提供、会议、交互式应答、通知、统一消息、高级语音业务等；控制AG/AMG和IAD的接入，可接入模拟电话用户，支持PSTN业务、传真透传、T.38等。6.3.4MGCP协议6.3.4H.2