软交换的概念北京通润鸿博Word格式文档下载.docx
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如图2－1所示，它以IETF制定的软交换协议会话初始化协议（SIP）为核心，通过实时通信、统一消息、应用共享和策略服务四个功能模块统一地提供多种通信服务。
（图:
2－1Xtel统一通信平台功能示意图）
作为核心的基于SIP的软交换为各种通信方式提供统一的标识符URI。
它只负责参与会话的用户定位、会话建立、媒体参数的协商和修改、会话拆除等会话的信令控制，而不参与媒体的具体传输。
在它的支持下，各种通信方式可以实现无障碍的互通，通信设备也可以透明的使用。
实时通信模块实现多种实时媒体（语音、视频、DTMF、流媒体等）的通信。
它在SIP协议栈的支持下，由媒体管理器（在技术创新部分详细解释）统一调度，各种媒体形式可以同时使用，并支持媒体的动态加入和移除。
统一消息模块实现非实时的、异步的多媒体消息通信，包括多媒体即时消息（如文字聊天、短信等）和对多媒体信箱（称为Inbox）访问（如Email、VoiceMail等）。
这里的统一消息和下面将要讲到的前一代统一消息系统不同，以前以MicrosoftExchange和LotousNotes为代表的统一消息系统要求一个唯一Inbox，各种数据结构的消息要集中存放、处理，以次达到对各种消息的统一存取访问；
Xtel的统一消息在软交换的支持下，可以有多个分布式的Inboxes，用户可以用多种方式透明地访问这些Inboxes，而不必关系使用哪个Inbox。
应用共享是一种特殊的媒体形式。
它把多种平台的应用程序作为可以通信的媒体，基于这种特殊的媒体，可以实现多种格式的文档的同步共享，以支持企业员工的协同工作、企业与客户基于文档的交流。
作为一种媒体形式，应用共享同样受媒体管理器的调度。
策略服务是系统提供的一种面向用户的个性化定制服务。
它满足了不同用户或用户群对通信服务的不同需求。
企业是具有多层结构的组织，不同的部门和用户都有自己的通信策略，而且通信策略要受组织结构和业务流程的约束。
所以，商务系统的通信策略可以根据服务对象的不同分为“用户策略”和“域/组策略”两种不同的类型，并且我们提供一种机制来协调这两类策略之间的关系。
2.软交换及SIP原理
软交换的概念最先是由贝尔实验室提出的。
软交换是一种支持开放标准的软件，能够基于开放的计算机平台完成分布式的通信控制功能，并且具有传统的TDM电路交换机的业务功能。
在上述软交换的概念提出以后，不同的组织和单位根据各自领域的特点给出了软交换的许多不同定义。
但其基本含义是一致的，就是把呼叫控制功能与媒体传输相分离，通过软件实现基本呼叫控制功能，采用开放的标准，允许引入新应用和服务。
由于传统电路交换机的呼叫控制和媒体传输紧密耦合，造成新业务的引入比较困难。
而基于SIP的软交换系统是一个可扩展的、分布式的软件系统，它独立于底层硬件系统/操作系统，并且能够应用于各种传输层和网络层协议。
正是由于这一根本特性，软交换成了解决现代通信中不同网络、不同设备、不同技术之间互通问题的重要技术手段，是融合传统电信网络和计算机网络，向下一代网络演变的核心技术。
具体而言，SIP是IETF制定的会话初始化协议，是在IP（Ipv4和Ipv6）网上进行多媒体通信的应用层控制协议。
1999年IETF根据哥伦比亚大学的HenningSchulzrinne提交的SIP标准发布了RFC2543，2002年又发布了RFC3261，它标志着SIP协议的成熟。
SIP的主要功能是用来建立、修改和终止多媒体会话。
它可以邀请人员加入已经存在的会话，也可以向已存在的会话中加入媒体或删除媒体。
SIP定义了在通信设备（计算机，电话，手机，PDA等）之间建立连接的方法。
它可以通过设置并管理任何类型的端到端（peer-to-peer）通信会话，而不关心媒体类型（电话，短信，游戏，视频等）；
它可以与实时传输协议（RTP）一起提供实时数据的传输服务；
与实时流协议（RTSP）结合进行流媒体通信；
用会话描述协议（SDP）描述多媒体会话等。
其基本功能和操作独立于其它任何协议。
SIP对多媒体通信提供以下五个方面的支持：
1）用户定位：
确定参与通信的端系统的位置及类型。
2）用户有效性：
确定被叫方是否愿意参与通信。
3）用户能力：
确定会话将要用到的媒体类型及媒体参数。
4）会话建立：
在参与会话的双方建立会话参数。
5）会话管理：
包括会话的转移和终止，修改会话参数和调用服务等。
SIP还支持名字映射和重定向服务。
用户通过统一资源定位器（URL）标识自己，并向注册服务器注册，从而实现用户的可移动性。
SIP的实体主要由用户智能终端（UserAgent）和网络服务器（NetworkServer）两类组成。
用户智能终端通常简称为UA，是一个直接和用户交互的SIP实体，用以发起和应答通信连接的呼叫，并对通信进行控制和管理。
UA之间可以直接建立通信连接，也可以通过若干服务器建立通信连接。
SIP网络服务器主要提供注册、认证、路由等服务，分为代理服务器（Proxy），重定向服务器（RedirectServer）和注册服务器（Register）等。
1）代理服务器（ProxyServer）：
代理其他客户机发起请求，在转发请求之前可能改写原请求消息中的内容。
2）重定向服务器（RedirectServer）：
接收请求，但不是将这些请求传递给下一服务器，而是向呼叫者发送响应，以指示被呼叫用户的地址，使得呼叫者可以直接联系在下一服务器上被呼叫方的地址。
3）注册服务器（RegistrarServer）：
接收客户机的注册请求，完成用户注册。
SIP的优点如下：
1）协议简单。
SIP继承了Http协议的基本特征，采用字符编码格式，以及URI标识对象，易于读取和调试，对设计人员更加直观，使新服务的编程变得相对简单。
2）很强的灵活性及适应性。
在七层模型中SIP是会话层协议，对应到TCP/IP中属应用层协议。
它不依赖于具体的传输协议、传输介质和媒体类型，可以在任何传送包数据的协议（例如IPv4、ATM、IPv6等）之上操作。
可以配置在更广范围的网络中，不仅适用于IP网，还可以适用于其他协议的网络。
另外，SIP消息可以携带各种消息体的有效载荷（例如纯文本、媒体会话描述、XML文本等），使应用程序开发者可以将SIP做为任何一种类型应用数据的通用传输机制使用。
3）易扩展性。
可以轻易地加入新的功能，而不会影响原有功能的实现。
4）具有能力协商机制。
SIP支持在会话建立及会话实施过程中进行能力协商，并根据协商结果确定媒体传输的机制。
SIP自出现以来倍受关注，已经成为通信及互联网领域的热门研究方向。
经过几年的研究，现在已经完成了一系列的SIP扩展协议，这些扩展协议与SIP在建立通信时所可能用到的相关协议一起构成一个相对完整的协议体系。
SIP的协议体系中比较重要有如下几类：
1）规范SIP各项功能的SIP及其扩展协议；
2）用于媒体传输的RTP，RTCP，RTSP等；
3）用于媒体及能力描述的SDP协议；
4）用于解决NAT问题的STUN，TURN，ICE等；
5）用于描述媒体编码格式的Payload；
6）DNS的相关扩展SRV，NAPTR等。
3.统一通信
虽然统一通信的概念是近一两年提出来的，但是一直是网络和通信领域中追求的目标。
概括来说，统一通信经历了三个阶段。
第一阶段是对通信方式的有限整合。
由于移动通信网和互联网的发展，新的通信方式不断出现。
通信方式的多样化一方面带来了通信的灵活性，但另一方面也造成了互通“壁垒”，为打破这种壁垒人们对各种通信方式进行了有限的整合，例如计算机网络的即时消息与手机短信的互通，以Net2Phone为代表的VoIP与传统电话的互通等等。
第二阶段是统一消息（UnifiedMessage）阶段。
有限的整合并不能真正的解决互通性的问题，随着技术的进步，人们提出了统一消息的解决方案。
统一消息不是一个单一的软件产品，而是一个解决方案，它将现有的消息处理系统（如电话、传真和电子邮件等）结合在一起，通过单一的多媒体信箱（Inbox）提供利用多种设备进行信息的传递、提取等功能，以实现在任何时间、任何地点、通过多种设备（包括有线和无线的设备）进行消息通信的目的。
如图2－2所示，统一消息以消息的集中存储和访问为核心。
统一消息系统的关键在于统一邮箱的实现，其中的关键技术是消息的转换和消息的存储。
由于它是靠消息的统一存取来实现的，因此只能实现异步、非实时消息的统一。
2－2统一消息系统原理图）
第三阶段是以软交换为核心的真正意义上的统一通信阶段。
以“三网合一”为目标的NGN（下一代网络）为实现全面彻底的统一通信带来了契机。
做为NGN核心技术之一的软交换技术和包通信技术（PacketCommunications）为统一通信提供了技术和协议的保障。
软交换实现了对各种通信方式的统一控制，而且协议体系完备；
包通信将所有的通信媒体封装于网络数据包中，与具体的传输媒介无关，这使得跨网络、跨平台、跨系、跨设备的统一通信成为可能。
在软交换支撑下的统一通信基于统一的标识符，通过统一的控制和管理，将能够实现在任何时间，任何地点，使用任何设备进行通信的理想。
统一通信能够改变现有通信存在的混乱局面，为用户提供一种使用简单、操作一致的通信环境，在多个领域都有广泛的需求。
由于商务环境所使用的媒体类型更为复杂、多样，企业需要加强内部的交流合作，需要提高客户的满意度，因而对统一通信的需求就更为迫切。
Xtel平台正是这一理想的具体实施。
4.Xtel统一通信平台的结构功能特征
“Xtel统一通信平台”支持多个SIP域，每个SIP域的域内结构如图2－3所示，整个系统的核心是位于中心位置的Proxy，它控制着整个系统的协调运作。
系统可以支持各种SIP终端的直接接入（SIP电话，PDA，PC等）；
可以通过各种网关与传统的通信系统相连接；
可以支持各种传统的通信设备及通信方式在系统中的使用；
可以利用WebServices，通过事件服务器实现与企业内部其它业务系统（如ERP，CRM、SCM等）的集成；
能够通过策略服务器、注册服务器等组成的服务器群，提供对各种通信系统及设备的透明访问功能。
2－3Xtel统一通信平台域内结构图）
“Xtel统一通信平台”是一个跨越多个SIP域的分布式的通信系统，它不受系统规模和地域的限止，对于大型企业和跨地区的企业，可以建立多个SIP域,系统支持各个SIP域之间的透明通信。
如图2－4所示。
2－4Xtel统一通信平台跨域通信示意图）
“Xtel统一通信平台”主要由两个子系统，即软交换服务器系统和软交换端系统，以及两个模块，即：
NAT及防火墙穿越模块和SIP协议栈模块四个部分组成。
其中服务器系统是软交换的核心网络部分，主要是进行路由选择、信令转发和策略控制等，它包括代理服务器、注册服务器、策略服务器、位置服务器，重定向服务器各种多媒体信箱等多种服务器。
软交换端系统是软交换的边界系统，它包括智能终端（UA）、各种网关系统和B2BUA（backtobackUA）等几类。
软交换端系统的主要功能是发起和接收请求，生成信令消息和编解码信令消息，制定并管理策略，对通信过程进行控制，进行通信协议转换等。
AT及防火墙穿越模块主要是解决在复杂网络环境中的跨越NAT和防火墙的通信问题。
SIP协议栈模块负责SIP信令的发送和接收数据，并对数据进行编解码处理。
5.Xtel系统的通信模式原理
根据软交换的特点，系统的通信模式必将是信令控制与媒体传输相分离的。
在端系统中我们根据SIP通信的特点设计了如图2－5所示的通信模式。
信令和媒体传输建立不同的通道，每种媒体传输所使用的通道也各不相同。
信令通道用于建立通信连接，它可能要经过零到多个服务器，在建立信令通道的过程中根据用户设置的媒体参数，两SIP终端经过能力（指媒体类型及其属性）协商建立一到多个媒体传输通道，然后用户就可直接使用相应的媒体通道进行媒体通信，在进行媒体通信时除非要修改媒体参数或停止媒体传输，一般不会用到信令通道。
这种模式还允许建立媒体通道和使用媒体通道的终端是不同终端的情况。
2－5Xtel系统通信模式）
SIP终端在建立会话的过程中有三种具体的实现方式：
1）SIP终端直接与SIP终端建立会话连接。
2）SIP终端通过代理服务器建立会话连接。
3）SIP终端通过重定向服务器建立会话连接。
Xtel端系统同时支持以上三种通信方式，在配置文件中设置通信方式参数，系统在进行通信时根据配置参数选择相应的通信方式。
6.端系统的技术原理
“Xtel统一通信平台”的最终目标是要实现在任何地方，利用任何设备，与任何通信实体进行跨平台，跨地域，跨设备的无障碍透明通信，并且对媒体的类型及格式不加任何限止，也就是要能够支持所有可能的媒体类型及格式。
这些所有的目标都需要通过端系统来体现，这使得端系统面临如下一些主要问题。
1）终端系统类型多，种类复杂。
Xtel的端系统是软交换的边界，它不仅包括用户智能终端（UA），还包括各种网关系统和B2BUA等。
而且这些边界系统完成的功能各不相同。
做为统一通信的端系统需要有一种统一的实现机制。
2）运行环境复杂。
统一通信要实现在任何地方，利用任何设备进行通信的功能，这就要求端系统能够在多种环境，多种设备中运行，如UA可以在计算机、PDA等多种设备上运行。
3）功能复杂。
SIP为了减轻核心网络的压力，增大网络的通信能力，将复杂的处理功能都推向了网络边缘，也就是端系统。
因此，做为用户工作平台的端系统必须满足对以上各种功能的综合使用要求。
4）伸缩性要求高。
终端系统不仅要运行在多种设备上，而且在同一种设备上也要能够根据用户的不同需求定制系统功能，这对系统的伸缩性提出了很高的要求。
5）扩展性要求高。
统一通信的目标是可以使用任何媒体进行通信，随着信息技术的发展，媒体的种类将会不断增加，系统要能够方便地支持新出现的媒体，必须要有很好的扩展性。
为了解决端系统面临的以上问题，满足普适性、伸缩性和可扩展性的要求，端系统采用了以“多状态机－软总线－媒体管理器”为架构的软件体系结构。
如图2－6所示，整个系统以软总线为支撑，以状态机为功能单元，以媒体管理器为多种媒体的统一管理部件，以事件为驱动因子。
2－6端系统结构图）
端系统体系结构由协议栈，状态机，状态机私有处理器，软总线，事件生成器等几部分组成。
其中状态机负责信令的处理，完成通信建立与控制任务。
状态机私有处理器是配合状态机完成通信功能的单元，在私有处理器中最重要的是媒体管理器，它对系统中所用到的媒体进行统一管理，提供对各种媒体访问的统一接口，屏蔽多种媒体的复杂性，为用户提供透明使用各种媒体的机制。
事件生成器接收各种信息，生成相应事件并加入到事件队列中。
端系统将状态机、事件生成器、媒体管理器分别做为独立的功能单元。
这样就将事件源、信令处理和媒体管理分隔开，一个部分的改变不会影响其它部分的功能，对于不同的环境和应用需求只需要修改相应的部分，其它部分可以直接复用，从而实现了普适性功能，使此体系结构可以在端系统的不同终端类型和网关类型中使用。
7.服务器系统的技术原理
服务器系统是软交换的核心网络部分，主要是进行路由选择、信令转发和策略控制等，它包括代理服务器、注册服务器、策略服务器、位置服务器、重定向服务器、PA服务器和各种多媒体信箱等。
Xtel系统的各项功能只有在服务器的支持下才能实现。
Xtel服务器采用与端系统相类似的“软总线－状态机”软件体系结构，将每种服务功能实现为一个状态机，并将状态机实现为动态链接库。
服务器根据配置文件加载实现相应服务的动态链接库，用户可以将多种服务配置在一台服务器上，也可根据需要将服务配置在不同的服务器上。
各种服务器的采用相同的服务配置方法。
Xtel服务器系统中各主要服务器可以由两到多台主机承担相同的服务任务，这样做的好处一是提供服务器冗余备份的功能，保证系统的健壮性；
二是提高系统的并发处理能力，减少用户等待响应的时间。
多台服务器在提供上述功能的同时也带来了负载均衡的问题。
负载均衡需要处理两个关键因素：
一是负载均衡算法，二是对网络系统状况进行检测，保证不将数据流量分配到已经失效的服务器。
常用的负载均衡算法主要有轮循均衡、权重轮循均衡、随机均衡、响应速度均衡、最少连接数均衡、处理能力均衡、DNS响应均衡等几种。
服务器有效性侦测方法有Ping侦测、TCPOpen侦测、HTTPURL侦测、服务器心跳侦测等几种。
每台Xtel服务器都有一个心跳（heartbeat）发生器，通过组播发出一定频率的心跳。
同组的服务器通过侦听相邻服务器的“心律”，并依据心跳所承载的信息判定该服务器是否有效，如果有效，其负载情况如何。
这种心跳均衡算法能较好地将负载均衡到各服务器。
同时，通过心跳机制，我们还可以监测系统的运行状态。
Xtel是一个多服务器系统，每种服务器分别提供不同的服务。
系统提供服务发现的机制，服务的定位对客户端是透明的。
当代理服务器接到客户的服务请求后，首先根据URI做DNS的NAPTR记录（NamingAuthorityPointer，由RFC2915定义）查询，查询的结果可能有多个NAPTR记录。
然后系统对这些NAPTR记录进行DNS的SRV记录查询，查询的结果又是一个由多个IP地址组成的链表，最后系统对这些地址进行负载均衡处理，选择出真正要提供服务的服务器地址，并将服务请求转发给它。
Xtel作为企业使用的统一通信系统，它不仅需要与企业现有的通信系统相集成，而且还要能够集成企业的其它业务系统。
Xtel的PA事件服务器实现了UUDI注册功能和SOAP服务，并能够发现企业信息环境中的其他遵循WebServices规范的相关应用服务并与之即时装配。
也就是说，通过SOAP可与企业中的CRM、ERP、CSS、IVR、WWW等应用系统松散耦合并自动集成。
用户可以通过PA服务器提供的Subscribe/Notify功能监控所集成系统的事件及状态，当所关心的事件及状态发生时，系统会及时地通知用户。
8.Xtel策略服务技术原理
策略服务是统一通信的重要内容之一，也是统一通信的优势所在。
Xtel是商务环境下的统一通信系统，所以这种通信系统必须能够很好的体现出企业的特征。
企业是具有不同层次结构的组织，不同的部门都可能有其自身的通信策略，而且各部门的下级（包括单位和员工）的通信策略都要受这个部门的通信策略的约束。
Xtel统一通信系统根据企业的组织结构和业务流程的特点提供策略服务体系。
这个体系针对不同的对象提出了不同的策略形式，“用户策略”主要针对个人用户或角色用户，而“域/组策略”主要针对用户集合，并且提供一种机制使得“域/组策略”总是优先于“用户策略”，“用户策略”受“域/组策略”的约束。
如图2-7所示，当系统收到一个SIP消息，系统内核首先触发“域/组策略”，“域/组策略”通过特定的系统调用调度“用户策略”，而“用户策略”的某些“动作”又能引起系统内核触发“域/组策略”。
2－7SIP消息的策略服务调度示意图）
1）用户策略
针对用户策略的特点，Xtel借助IETF的CPL（RFC3880）定义用户策略。
CPL是一种ＸＭＬ语言，具有直观、易懂的特点。
我们借助其可扩展性的优点，针对企业环境更为复杂的需求，对CPL进行了扩展，并开发了CPL的可视化编辑工具。
为了提高用户策略的效率，Xtel将CPL转换成二进制的二叉树形式，实现了一个解释执行的高效算法。
2）域/组策略
“域/组策略”的优先级高于“用户策略”，并且直接约束相应的“用户策略”，调用比普通的“用户策略”更为频繁，需要考虑策略运行的效率；
而且“域/组策略”的定制都是管理员完成的，不针对个人用户，不必追求“简单易学”的特性；
所以对于“域/组策略”的设计，我们舍弃了策略的常用描述形式CPL，选用具有强大功能和控制能力的CGI的形式，用类似C语言的语法定义了一套专用于“域/组策略”的脚本语言Xtel-CGI。
在Xtel-CGI中，任何SIP消息都可以触发“域/组策略”。
3）策略冲突的发现
个人用户的通信策略是用CPL定制的，每个用户分别独立地定制自己的通信策略，这样多个策略文件的内容就有可能产生冲突，特别是Xtel为了反映企业的特征采取了多级策略机制，这些多级策略更容易产生冲突。
为此，系统必须要有一种冲突发现机制来处理策略冲突。
对每一个作为触发事件的消息，我们依次记录它引发执行的策略的标号，一旦发现相同的策略，即可以判断冲突发生并给出预先设定的解决方案。
9.NAT和防火墙穿越的技术原理
NAT是将IP地址从一个编址域（realm）映射到另外一个编址域的方法（RFC1631），最典型的应用是把私有IP地址映射到互联网的公有IP地址。
NAT在节省IP地址空间的同时，也破坏了Internet最基本的“端到端”的透明性，增加了网络的复杂性，阻断了现存的很多IP应用。
特别是像SIP这样的端到端软交换协议，由于需要协商多个端口并维护多个UDP或TCP数据流，无法自己穿越NAT。
另外，出于安全的考虑，绝大多数的企业部门都配置了专用的防火墙。
和NAT一样，防火墙在增加安全性的同时，也带来了类似的问题。
针对上述问题，在Xtel中我们提出了以“STUN和TURN相结合”的NAT和防火墙传输层穿越解决方案。
STUN（RFC3248Simple Traversal of UDPThroughNetworkAddressTranslators）的基本思想是：
STUN客户端向NAT外的STUN服务器通过UDP发送请求STUN消息，STUN服务器收到请求消息，产生响应消息，响应消息中携带STUN客户端在NAT上对应的外部端口。
然后响应消息通过NAT发送给STUN客户端，STUN客户端通过响应消息体中的内容得知其在NAT上对应的外部地址，并且将其填入以后呼叫协议的UDP负载中，告知被叫端（Peer），自己的UDP接收地址和端口号为NAT上映射的IP地址和端口号。
这样，应用程序就可以收到被叫端发来的报文。
如图
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