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网络新技术报告

软交换技术及其应用

摘要:

软交换技术的出现一方面造就了网络的融合，另一方面软交换采用了开放式应用程序接口（API），方便了第三方应用的开发和新业务的引进。

论文主要从软交换提出的必然性、软交换的概念和主要功能、基于软交换的增强型业务框架以及其各层间的协议等方面对软交换技术进行了论述，并对软交换技术在电力通信网中的应用前景作了介绍。

关键词:

软交换；网络融合；可编程网络；应用程序接口；电力通信网

引言3

1、软交换概念的提出4

2、软交换技术5

（1）软交换的概念5

（2）软交换的主要功能5

（3）引入软交换的意义6

3、基于软交换的增强的业务6

（1）基于软交换的增值业务框架结构6

（2）软交换体系结构的接口和采用的通信协议7

4、基于软交换技术的网络结构7

5、软交换技术的设计原理及其实现目标8

6、软交换技术在电力系统中的应用9

（1）电力通信网中网络互通9

（2）电力通信网中传输9

（3）统一不同介质的网络9

（4）其他方面的功能10

7、总结10

参考文献：

10

引言

在传统的基于TDM的PSTN网络中，提供给用户的各项功能都直接与交换机有关，业务和控制都是由交换机完成的。

交换机的功能与其提供的业务都需要在每个接点完成，并且采用依靠交换机和信令来提供业务，所以必须在交换机的技术修订标准，再对交换机进行改造，每提供一项新业务都需要较长的时期。

标准和信令标准中对开放的每项业务进行详细规范。

如要增加新业务，首先需要为满足用户对新业务的需求，网络中出现了公共的业务平台－－智能网（IN）。

智能网的设计思想就是把呼叫连接和业务提供分开。

交换机完成呼叫连接，而智能网完成业务提供，这种方法大大提高了增强业务的能力，缩短了新业务提供的时间。

而这种分离仅仅是第一步，随着承载的多样化，必须将呼叫控制和承载连接进一步分离，这正是软交换引入的目的。

软交换在未来网络中的位置将被分成接入传送层、媒体层、控制层和业务层，即把控制和业务的提供从媒体层中分离出来。

各层的功能如下：

（1）接入和传送层。

将用户连接到网络，并将业务量集中后传送到目的地址。

（2）媒体层。

将要通过网络传送的业务转换成正确的格式，例如将话音业务打包成ATM信元或IP包。

此外，媒体层还可将业务选路到目的地址。

（3）控制层。

包含呼叫智能。

该层决定用户应该接收那些业务，还控制其他的在较低层的网络单元进行业务流的处理。

（4）业务应用层。

在纯呼叫建立之上提供附加的业务。

这种网络拓扑结构与现有网络相比具有如下优点：

（1）可以使用基于包的承载传送，例如IP、ATM，克服了TDM网络中容量不足的缺点；

（2）具有开放式端点的拓扑结构，既能良好的传送话音，也能支持数据业务。

（3）将网络的承载部分与控制部分相分离，允许二者分别演进，有效地打破了单块集成交换的结构；

（4）在各单元之间使用开放的接口，允许运营者为其网络的每一部分购买最理想的产品。

新的网络结构固然有其优势所在，但原有网络近期不会消失，这就产生了新、旧网络融合、互通的问题。

如何灵活、有效地使现有的PSTN网络与分组网络实现互通，将PSTN逐步地向IP网络演进，其关键的网络产品就是软交换设备（SoftSwitch）。

1、软交换概念的提出

软交换的概念最早起源于美国。

当时在企业网络环境下，用户采用基于以太网的电话，通过一套基于PC服务器的呼叫控制软件（CallManager、CallServer），实现PBX功能（IPPBX）。

对于这样一套设备，系统不需单独铺设网络，而只通过与局域网共享就可实现管理与维护的统一，综合成本远低于传统的PBX。

由于企业网环境对设备的可靠性、计费和管理要求不高，主要用于满足通信需求，设备门槛低，许多设备商都可提供此类解决方案，因此IPPBX应用获得了巨大成功。

受到IPPBX成功的启发，为了提高网络综合运营效益，网络的发展更加趋于合理、开放，更好的服务于用户。

业界提出了这样一种思想：

将传统的交换设备部件化，分为呼叫控制与媒体处理，二者之间采用标准协议（MGCP、H248）且主要使用纯软件进行处理，于是，SoftSwitch（软交换）技术应运而生。

　　软交换概念一经提出，很快便得到了业界的广泛认同和重视，ISC（InternationalSoftSwitchConsortium）的成立更加快了软交换技术的发展步伐，软交换相关标准和协议得到了IETF、ITU－T等国际标准化组织的重视。

根据国际Softswitch论坛ISC的定义，Softswitch是基于分组网利用程控软件提供呼叫控制功能和媒体处理相分离的设备和系统。

因此，软交换的基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关（传输层）中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。

软交换主要提供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细记录等功能。

与此同时，软交换还将网络资源、网络能力封装起来，通过标准开放的业务接口和业务应用层相连，可方便地在网络上快速提供新的业务。

2、软交换技术

（1）软交换的概念

软交换又称为呼叫AGENT、呼叫服务器或媒体网关控制。

其最基本的特点和最重要的贡献就是把呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，通过服务器或网元上的软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制、连接控制（建立会话、拆除会话）、信令互通（如从7号信令到IP信令）等。

这种分离为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面，使业务提供者可以自由地将传输业务与控制协议结合起来，实现业务转移。

这一分离同时意味着呼叫控制和媒体网关之间的开放和标准化，为网络走向开放和可编程创造了条件和基础。

（2）软交换的主要功能

合和关键设备，必须具有以下功能：

1）媒体网关接入功能

该功能可以认为是一种适配功能。

它可以连接各种媒体网关，如PSTN/ISDN的IP中继媒体网关、ATM媒体网关、用户媒体网关、无线媒体网关、数据媒体网关等，完成H.248协议功能。

同时还可以直接与H.323终端和SIP客户端终端进行连接，提供相应业务。

2）呼叫控制功能

呼叫控制功能是软交换的重要功能之一。

它完成基本呼叫的建立、维持和释放，所提供的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。

3）业务提供功能

由于软交换在网络从电路交换向分组交换演进的过程中起着十分重要的作用，因此软交换应能够支持PSTN/ISDN交换机提供的全部业务，包括基本业务和补充业务；同时还应该可以与现有智能网配合，提供现有智能网提供的业务。

4）互联互通功能

目前，存在两种比较流行的IP电话体系结构，一种是ITU-T制定的H.323协议，另一种是IETF制定的SIP协议标准，两者是并列的、不可兼容的体系结构，均可以完成呼叫建立、释放、补充业务、能力交换等功能。

软交换可以支持多种协议，当然也可以同时支持这两种协议。

（3）引入软交换的意义

软交换将是下一代话音网络交换的核心。

如果说传统的电信网是基于程控交换机的网络，那么下一代分组话音网则是基于软交换的网络。

软交换是新、旧网络融合的枢纽。

这主要表现在以下几个方面：

1）从经济角度考虑，与电路交换机相比，软交换成本低。

软交换由于采用了开放式平台，易于接收革新应用，且软交换利用的是普遍计算机器件，其性价比每年提高80％，远高于电路交换（每年提高20%），可见软交换在经济方面有很大优势。

2）从用户角度考虑，在传统的交换网络中，一个设备厂商往往供应软件、硬件和应用等所有的东西，用户被锁定在供应商那里，没有选择的空间，实现和维护的费用也很高。

基于软交换的新型网络彻底打破了这种局面，因为厂商的产品都是基于开放标准的，所以用户可以向多个厂商购买各种层次的产品，可以在每一类产品中选择性价比最好的来构建自己的网络。

3）软交换可以提高网络的可靠性。

软交换将以前的电路交换的核心功能进行了分类，将功能以功能软件的形式分配到分组网络的骨干网中。

这种分门别类的分布式结构是可编程的，并对服务供应商和第三方特性开发商是开放的。

由于所有的功能都以标准的计算机平台为基础，可以很容易地实现网络的可伸缩性和可靠性。

3、基于软交换的增强的业务

（1）基于软交换的增值业务框架结构

软交换的引入形成了增强的业务框架，其中应用服务器完成增值业务的执行和管理，提供增值业务的开发平台，并处理与软交换间的接口信令；媒体服务器（MediaServer）提供特殊业务（如IVR、会议和传真）的资源平台，处理与媒体网关间的承载接口。

（2）软交换体系结构的接口和采用的通信协议

软交换作为一个开放的实体，与外部的接口必须采用开放的协议。

各种接口及其使用的协议如下：

1）媒体网关和软交换间的接口。

用于传递软交换和媒体网关间的信令信息。

此接口可使用信令控制传输协议（SCTP）或其他类似的协议。

2）软交换间的接口。

实现不同软交换间的交互。

此接口可以使用会话发起协议SIP-T或BICC（承载无关的呼叫控制）协议。

3）软交换与应用/业务之间的接口协议。

提供访问各种数据库、三方应用平台、各种功能服务器等的接口，实现对增值业务、管理业务和三方应用的支持。

如：

a、软交换与应用服务器间的接口，可以使用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；b、软交换与策略服务器间的接口，可使用COPS协议，实现对网络设备的工作进行动态干预；c、软交换与网管中心间的接口，可使用SNMP协议，实现网络管理；

4）软交换与智能网SCP间的接口，可使用INAP协议，实现对现有智能网业务的支持。

4、基于软交换技术的网络结构

　　软交换是下一代网络的核心设备之一，各运营商在组建基于软交换技术的网络结构时，必须考虑到与其它各种网络的互通。

在下一代网络中，应有一个较统一的网络系统结构。

软交换位于网络控制层，较好地实现了基于分组网利用程控软件提供呼叫控制功能和媒体处理相分离的功能。

　　软交换与应用／业务层之间的接口提供访问各种数据库、三方应用平台、功能服务器等接口，实现对增值业务、管理业务和三方应用的支持。

其中：

软交换与应用服务器间的接口可采用SIP、API，如Parlay，提供对三方应用和增值业务的支持；软交换与策略服务器间的接口对网络设备工作进行动态干预，可采用COPS协议；软交换与网关中心间的接口实现网络管理，采用SNMP；软交换与智能网SCP之间的接口实现对现有智能网业务的支持，采用INAP协议。

　　通过核心分组网与媒体层网关的交互，接收处理中的呼叫相关信息，指示网关完成呼叫。

其主要任务是在各点之间建立关系，这些关系可以是简单的呼叫，也可以是一个较为复杂的处理。

软交换技术主要用于处理实时业务，如话音业务、视频业务、多媒体业务等。

　　软交换之间的接口实现不同与软交换之间的交互，可采用SIP－T、H．323或BICC协议。

5、软交换技术的设计原理及其实现目标

　　软交换技术是一个分布式的软件系统，可以在基于各种不同技术、协议和设备的网络之间提供无缝的互操作性，其基本设计原理是设法创建一个具有很好的伸缩性、接口标准性、业务开放性等特点的分布式软件系统，它独立于特定的底层硬件／操作系统，并能够很好地处理各种业务所需要的同步通信协议，在一个理想的位置上把该架构推向摩尔曲线轨道。

并且它应该有能力支持下列基本要求：

（1）独立于协议和设备的呼叫?

熏设备的呼叫处理和／同步会晤管理应用的开发。

（2）在其软交换网络中能够安全地执行多个第三方应用而不存在由恶意或错误行为的应用所引起的任何有害影响。

　　（3）第三方硬件销售商能增加支持新设备和协议的能力。

　　（4）业务和应用提供者能增加支持全系统范围的策略能力而不会危害其性能和安全。

　　（5）有能力进行同步通信控制，以支持包括帐单、网络管理和其他运行支持系统的各种各样的后营业室系统。

　　（6）支持运行时间捆绑或有助于结构改善的同步通信控制网络的动态拓扑。

（7）从小到大的网络可伸缩性和支持彻底的故障恢复能力。

软交换的实现目标是在媒体设备和媒体网关的配合下，通过计算机软件编程的方式来实现对各种媒体流进行协议转换，并基于分组网络（IP／ATM）的架构实现IP网、ATM网、PSTN网等的互连，以提供和电路交换机具有相同功能并便于业务增值和灵活伸缩的设备。

6、软交换技术在电力系统中的应用

电力通信网是世界上目前分布最广的网络之一，有光纤、微波、载波等多种传输介质。

这就形成了光纤网、微波网等多种网络形式，各种网络都有自己的交换设备、复接设备等，这些网络间的互联互通存在较大的困难。

如果信息需要在不同介质的网络间传输，将需要更多的转换环节。

这不但造成了资源的浪费，而且对整个电力通信网的管理也带来了很大的不便。

软交换技术的引入，将可以解决以下几个方面的问题：

（1）电力通信网中网络互通

电力通信网中的电话网是一种交换网络，而且拥有电力系统独有的载波电话网络；同时电力通信网中也存在计算机网络，它们是以IP协议为基础的分组网络。

软交换可以提供支持多种信令协议的接口，可以很好的实现电话网和计算机网之间的信令互通及不同网关的互操作问题。

这就是使得计算机网可以更方便地对电话网进行管理和支持，电话网也可以和计算机网络配合，更好地提供服务。

（2）电力通信网中传输

目前，电力通信网中传输的信息主要是语音和数据，但随着网络的演进和计算机技术的不断发展，对视频业务和多媒体业务也提出了新的要求。

软交换技术不但能很好地支持语音业务，利用新的网络设施可以提供各种增值业务和补充业务，而且软交换提供了开放式的应用程序接口（API），非常便于提供新业务。

这对目前比较流行的电力系统呼叫中心（也称客户服务中心）来说，引入软交换技术无疑是一种明智的选择，基于软交换的呼叫中心可以用更低的成本、更短的周期为用户提供更好的服务，更好地树立电力系统的形象。

（3）统一不同介质的网络

电力通信网中存在多种传输介质，且各自较独立，都各有自己的一套设备，若引进了软交换技术，在一台交换服务器上可对多种介质的信息进行交换。

这不但在经济方面避免了设备的浪费，而且提高了网络的可靠性，各种介质的网络达到了一定的融合互通，在不同介质的网络中传递信息时也省掉了复杂的转换环节。

在管理上也更方便，只需对一个设备进行维护就可实现整个网络的信息交换。

（4）其他方面的功能

软交换具有操作维护功能（主要包括业务统计和告警等）。

对业务繁杂的电力系统来说，引入软交换可以对各种业务进行统一的统计。

若出现故障还可以及时地发出告警信号。

另外，软交换还可以采集详细的清单，实现对用电量和电话费等的计费。

软交换技术是一种新的技术，其应用将不仅限于以上几个方面。

在电力通信网中引入软交换将会产生很多方面的效果。

7、总结

目前，软交换的研究是通信技术的研究热点之一。

国内、外很多的科研、生产机构都在从事这方面的研究，国际上著名的设备商都提供了各自的解决方案。

从事软交换的国际组织ISC（软交换国际论坛）正在加紧对软交换的系统结构、主要功能、通信接口协议及其性能要求等作出具体的规范。

软交换技术已被列为国家863的重点研究项目之一，2000年11月底以前完成能够提供多媒体业务和应用于无线系统的软交换体系的总体技术和技术方案的研究，也包括配套网关和业务的支撑环境。

软交换将是下一代网络的关键性技术，可以对PSTN向分组网络的过渡提供无缝连接。

在电力通信网、电话网等多种专业网都很有应用前途，将为网络的演进作出巨大贡献。

软交换的出现，在网络开放性和可编程方面迈出了第一步，代表了网络发展的方向。

但软交换只是网络革命的前奏，还有很多的问题需要进一步探讨。

参考文献：

[1]李文正.下一代计算机网络技术.北京.中国水利水电出版社，2008（4）

[2]于峰.计算机网络与数据通信.北京.中国水利水电出版社，2003

[3]张水平.计算机网络及应用.西安.西安交通大学出版社，2002

[4]周逊.IPv6下一代互联网的核心.北京电子工业出版社，2003