軟交換技術(shù)（１）

盧美蓮　程時端

軟交換技術(shù)是近幾年的一個熱門話題。不少廠商已開發(fā)出了自己的軟交換產(chǎn)品，基于軟交換技術(shù)的下一代網(wǎng)絡(luò)的試驗也正在進(jìn)行。本講座將分3期對該技術(shù)進(jìn)行介紹：第1期講述軟交換提出的背景、軟交換的體系結(jié)構(gòu)、功能及其對外接口；第2期對軟交換與下一代網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系以及基于軟交換的開放業(yè)務(wù)提供進(jìn)行介紹；第3期介紹軟交換的應(yīng)用和產(chǎn)品情況。

1、軟交換出現(xiàn)的背景

軟交換技術(shù)是近幾年的一個熱門話題，隨著下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的提出，國內(nèi)外對于軟交換技術(shù)的研究興趣達(dá)到了高潮。國際及國內(nèi)的不少廠商都已開發(fā)出了自己的軟交換產(chǎn)品。一些運(yùn)營商也紛紛在進(jìn)行基于軟交換技術(shù)的下一代網(wǎng)絡(luò)的試驗。那么，軟交換到底是在什么背景下提出的？為什么要采用軟交換技術(shù)呢？

實際上，軟交換技術(shù)是在IP電話的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的一門新的技術(shù)或一個新的概念。在IP電話網(wǎng)中，考慮到網(wǎng)關(guān)功能的靈活性、可擴(kuò)展性和高效性，提出了分解的網(wǎng)關(guān)功能的概念，即將IP電話網(wǎng)關(guān)分解為媒體網(wǎng)關(guān)、信令網(wǎng)關(guān)和媒體網(wǎng)關(guān)控制器，每一功能實體完成一定的功能。其中，媒體網(wǎng)關(guān)控制器主要完成呼叫控制功能，而媒體流的傳送和轉(zhuǎn)換由在媒體網(wǎng)關(guān)控制器控制下的媒體網(wǎng)關(guān)來完成。媒體網(wǎng)關(guān)控制器就是軟交換的前身。后來在IETF的相關(guān)文檔中，又有人提出呼叫代理的概念，呼叫代理實際上也就是媒體網(wǎng)關(guān)控制器。進(jìn)一步又有人提出了呼叫服務(wù)器以及軟交換的概念。軟交換將呼叫代理的功能進(jìn)行了進(jìn)一步的擴(kuò)展，除了提供呼叫控制功能外，還可以提供計費(fèi)、認(rèn)證、路由、資源管理和分配、協(xié)議處理等功能。

從業(yè)務(wù)需求來看，目前電話網(wǎng)上傳送著許多數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，由于快速增長的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)給并不適合傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的電話網(wǎng)造成了很大的壓力，運(yùn)營商希望能夠?qū)⒐娊粨Q電話網(wǎng)(PSTN)上傳送的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)旁路到新建的數(shù)據(jù)網(wǎng)上，以減輕對電路交換網(wǎng)的壓力；另一方面，隨著IP網(wǎng)絡(luò)的普及和IP電話的大規(guī)模使用，人們希望IP網(wǎng)在提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的同時，能夠提供更多更新的業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)包括在PSTN/ISDN以及傳統(tǒng)智能網(wǎng)中提供的各種基本業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)和智能業(yè)務(wù)，以及具有IP特色的各種已知和未知的增值業(yè)務(wù)。因此，基于分組技術(shù)的數(shù)據(jù)網(wǎng)與電路交換網(wǎng)最終必將走向融合，產(chǎn)生下一代由業(yè)務(wù)驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)。

在傳統(tǒng)PSTN/ISDN網(wǎng)絡(luò)中，向用戶提供的每一項業(yè)務(wù)都與交換機(jī)直接有關(guān)，業(yè)務(wù)和控制都由交換機(jī)來完成。因此，每提供一項新的業(yè)務(wù)都需要先制訂規(guī)范，再對網(wǎng)絡(luò)中所有交換機(jī)進(jìn)行改造，新業(yè)務(wù)提供周期長。為滿足用戶對新業(yè)務(wù)的要求，人們在PSTN/ISDN的基礎(chǔ)上提出了智能網(wǎng)的概念。智能網(wǎng)的核心思想就是將呼叫控制和接續(xù)功能與業(yè)務(wù)提供分離，交換機(jī)只完成基本的呼叫控制和接續(xù)功能，而業(yè)務(wù)提供則由疊加在PSTN/ISDN網(wǎng)上的智能網(wǎng)來提供。這種呼叫控制與業(yè)務(wù)提供的分離大大增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)提供業(yè)務(wù)的能力和速度。但是這種分離還只是第一步。隨著IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多新型承載網(wǎng)絡(luò)希望接入IP網(wǎng)絡(luò)的需求，如各種接入網(wǎng)、移動網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)等。因此，從簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、便于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的觀點出發(fā)，有必要將呼叫控制與承載連接進(jìn)行進(jìn)一步的分離，并對所有的媒體流提供統(tǒng)一的傳送平臺。這樣，就提出了分層結(jié)構(gòu)的概念，將未來的網(wǎng)絡(luò)功能從縱向分成4層，即業(yè)務(wù)層、控制層、傳送層和接入層，其中，呼叫控制層的核心功能實體就是軟交換。可以說，下一代網(wǎng)絡(luò)的提出加速了軟交換技術(shù)的發(fā)展。

實現(xiàn)這種分層結(jié)構(gòu)至少存在以下優(yōu)點：

(1)通過在呼叫控制層與業(yè)務(wù)層間采用統(tǒng)一公開的接口來實現(xiàn)業(yè)務(wù)提供和網(wǎng)絡(luò)控制的分離，便于新業(yè)務(wù)的快速提供。

(2)通過呼叫控制與承載連接的分離，便于在承載層采用新的網(wǎng)絡(luò)傳送技術(shù)。

(3)通過承載與接入的分離，便于各種現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的接入。

(4)允許網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商從不同的制造商那里購買最合適的網(wǎng)絡(luò)部件構(gòu)建自己的網(wǎng)絡(luò)，而不必受制于一家公司的解決方案。

可以說，這種完全分層的全開放的體系結(jié)構(gòu)吸取了IP、ATM、IN、PSTN/ISDN等技術(shù)的精髓，是下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）發(fā)展和業(yè)務(wù)提供的關(guān)鍵所在。

2、軟交換的體系結(jié)構(gòu)

軟交換技術(shù)被通信界炒作得紅紅火火，那么，到底什么是軟交換？

簡單地說，軟交換就是基于軟件提供呼叫控制的功能實體。按照通信界的理解，軟交換是為下一代網(wǎng)絡(luò)中具有實時性要求的業(yè)務(wù)提供呼叫控制和連接控制功能的實體，是下一代網(wǎng)絡(luò)呼叫控制的核心，也是目前電路交換網(wǎng)向分組交換網(wǎng)演進(jìn)的主要設(shè)備之一，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在該體系結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)從縱向劃分成4層：邊緣接入層、核心交換層、網(wǎng)絡(luò)控制層和業(yè)務(wù)/應(yīng)用層，各層之間采用標(biāo)準(zhǔn)化接口。

(1)邊緣接入層

邊緣接入層負(fù)責(zé)將各種不同的網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備接入軟交換體系結(jié)構(gòu)，將各種業(yè)務(wù)量進(jìn)行集中，并利用公共的傳送平臺傳送到目的地。接入層的設(shè)備包括各種不同的網(wǎng)絡(luò)、終端設(shè)備以及各種網(wǎng)關(guān)設(shè)備。這些網(wǎng)絡(luò)或終端設(shè)備可以是公眾交換電話網(wǎng)、ATM網(wǎng)絡(luò)、幀中繼網(wǎng)絡(luò)、移動網(wǎng)絡(luò)、各種IP電話終端及模擬終端等，它們通過不同的網(wǎng)關(guān)或接入設(shè)備接入核心網(wǎng)絡(luò)。

a. 媒體網(wǎng)關(guān)

媒體網(wǎng)關(guān)(MG)負(fù)責(zé)將各種終端和接入網(wǎng)絡(luò)接入核心分組網(wǎng)絡(luò)，主要用于將一種網(wǎng)絡(luò)中的媒體格式轉(zhuǎn)換成另一種網(wǎng)絡(luò)所要求的媒體格式，如提供電路交換網(wǎng)絡(luò)的資源(如線路、中繼)和分組網(wǎng)絡(luò)(如IP、ATM)媒體流之間的轉(zhuǎn)換，包括語音壓縮、傳真中繼、回聲消除和數(shù)字檢測等。

b. 媒體服務(wù)器

媒體服務(wù)器(Media Server)用于提供一些特殊的資源，如交互式語音應(yīng)答(IVR)、會議橋和傳真等，處理與媒體網(wǎng)關(guān)間的承載接口。媒體服務(wù)器與媒體網(wǎng)關(guān)的區(qū)別在于：媒體網(wǎng)關(guān)可看作是IP網(wǎng)的一個端點或端點的集合，其主要功能是完成媒體格式的轉(zhuǎn)換，如從電路方式到分組方式，它通常只受控于一個軟交換(如媒體網(wǎng)關(guān)控制器)；媒體服務(wù)器通常是作為軟交換的一個從屬設(shè)備，執(zhí)行基于媒體流的媒體處理過程。媒體服務(wù)器可以同時受控于多個軟交換，提供多項并發(fā)的編解碼和代碼轉(zhuǎn)換工作。

c.分組接入設(shè)備

分組接入設(shè)備(PAD)用于采用H.323/SIP協(xié)議等的IP電話終端設(shè)備的接入。

d.綜合接入設(shè)備

綜合接入設(shè)備(IAD)為用戶提供多種類型的業(yè)務(wù)接入，如模擬用戶接入、不對稱數(shù)字用戶線接入、局域網(wǎng)接入、V5接入等。

e.信令網(wǎng)關(guān)

信令網(wǎng)關(guān)(SG)提供七號信令網(wǎng)和分組網(wǎng)之間信令的轉(zhuǎn)換，其中包括綜合業(yè)務(wù)用戶部分(ISUP)、事物處理應(yīng)用部分(TCAP)等協(xié)議的轉(zhuǎn)換。信令網(wǎng)關(guān)通常和軟交換設(shè)備合設(shè)在一處，也可以單獨設(shè)置。

(2)核心交換層

核心交換層對各種不同的業(yè)務(wù)和媒體流提供公共的傳送平臺。多采用基于分組的傳送方式，目前比較公認(rèn)的核心傳送網(wǎng)為IP網(wǎng)或ATM骨干網(wǎng)。

(3)網(wǎng)絡(luò)控制層

網(wǎng)絡(luò)控制層完成呼叫控制、路由、認(rèn)證、資源管理等功能。其主要實體為軟交換設(shè)備。

(4)業(yè)務(wù)/應(yīng)用層

業(yè)務(wù)/應(yīng)用層在呼叫控制的基礎(chǔ)上向最終用戶提供各種增值業(yè)務(wù)，同時提供業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的管理功能。該層的主要功能實體包括應(yīng)用服務(wù)器、特征服務(wù)器、策略服務(wù)器、AAA服務(wù)器、目錄服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、SCP、網(wǎng)管(負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的管理)及安全系統(tǒng)(提供安全保障)。

a.應(yīng)用服務(wù)器

應(yīng)用服務(wù)器(Application Server)負(fù)責(zé)各種增值業(yè)務(wù)的邏輯產(chǎn)生和管理，并提供開放的應(yīng)用編程接口(API)，為第三方業(yè)務(wù)的開發(fā)提供統(tǒng)一公共的創(chuàng)作平臺。

b.特征服務(wù)器

特征服務(wù)器(Feature Server)用于提供與呼叫過程密切相關(guān)的一些能力，如呼叫等待、快速撥號、在線撥號等，其提供的特性通常與某一類特征有關(guān)。

c.策略服務(wù)器

策略服務(wù)器(Policy Server)完成策略管理功能，定義各種資源接入和使用的標(biāo)準(zhǔn)。

d.認(rèn)證、授權(quán)和計費(fèi)服務(wù)器

認(rèn)證、授權(quán)和計費(fèi)(AAA)服務(wù)器負(fù)責(zé)提供接入認(rèn)證和計費(fèi)功能。

3、軟交換的主要功能

軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)控制層的核心設(shè)備，也是從電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)演進(jìn)的關(guān)鍵設(shè)備之一。軟交換的概念雖然是從媒體網(wǎng)關(guān)控制器、呼叫代理等概念發(fā)展而來的，但其在功能上又進(jìn)行了進(jìn)一步的擴(kuò)展，除了完成呼叫控制、連接控制和協(xié)議處理功能外，還將提供原來由網(wǎng)守設(shè)備提供的資源管理、路由以及認(rèn)證、計費(fèi)等功能。同時，軟交換所提供的呼叫控制功能與傳統(tǒng)交換機(jī)所提供的呼叫控制功能也有所不同，傳統(tǒng)的呼叫控制功能是和具體的業(yè)務(wù)緊密結(jié)合在一起的。由于不同的業(yè)務(wù)所需要的呼叫控制功能不同，因此在軟交換系統(tǒng)中，為了便于各類新業(yè)務(wù)和增值業(yè)務(wù)的引入，要求軟交換所提供的呼叫控制功能是各種業(yè)務(wù)的基本呼叫控制功能。概括起來，軟交換的主要功能如下：

(1)媒體接入功能

軟交換可以通過H.248協(xié)議將各種媒體網(wǎng)關(guān)接入軟交換系統(tǒng)，如中繼媒體網(wǎng)關(guān)、ATM媒體網(wǎng)關(guān)、綜合接入媒體網(wǎng)關(guān)、無線媒體網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)媒體網(wǎng)關(guān)等。同時，軟交換設(shè)備還可以利用H.323協(xié)議和會話啟動協(xié)議(SIP)將H.323終端和會話啟動協(xié)議客戶端終端接入軟交換系統(tǒng)，以提供相應(yīng)的業(yè)務(wù)。

(2)呼叫控制功能

呼叫控制功能是軟交換的重要功能之一。它為基本呼叫的建立、維持和釋放提供控制功能，包括呼叫處理、連接控制、智能呼叫觸發(fā)檢出和資源控制等?？梢哉f呼叫控制功能是整個網(wǎng)絡(luò)的靈魂。

(3)業(yè)務(wù)提供功能

由于軟交換系統(tǒng)既要兼顧與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的互通，又要兼顧下一代網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的發(fā)展，因此軟交換應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有PSTN/ISDN交換機(jī)提供的全部業(yè)務(wù)，包括基本業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)；同時，還應(yīng)該可以與現(xiàn)有智能網(wǎng)配合提供現(xiàn)有智能網(wǎng)的業(yè)務(wù)；更為重要的是，軟交換還應(yīng)該能夠提供開放的、標(biāo)準(zhǔn)的API或協(xié)議，以實現(xiàn)第3方業(yè)務(wù)的快速接入。

(4)互連互通功能

目前，在IP網(wǎng)上提供實時多媒體業(yè)務(wù)可以基于H.323協(xié)議和SIP協(xié)議兩種體系結(jié)構(gòu)。其中，H.323協(xié)議由ITU-T制訂，SIP協(xié)議由IETF提出，兩者均可以完成呼叫建立、呼叫釋放、業(yè)務(wù)提供和能力交換等功能。H.323沿用了傳統(tǒng)電路網(wǎng)可管理性和集中控制的特點，目前已比較成熟且已得到廣泛應(yīng)用；而會話啟動協(xié)議則采用分布式結(jié)構(gòu)，具有簡單、可擴(kuò)展性好、與Internet結(jié)合緊密等特點，已逐步得到應(yīng)用，尤其是會話啟動協(xié)議將會在第3代移動通信核心網(wǎng)和智能業(yè)務(wù)中得到廣泛應(yīng)用。因此軟交換應(yīng)能夠同時支持這兩種協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)兩種體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的互通。

另外，為了沿用已有的智能業(yè)務(wù)和PSTN業(yè)務(wù)，軟交換還應(yīng)提供與IN及PSTN/ISDN的互通。

(5)資源管理功能

軟交換可以對帶寬等網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行分配和管理。

(6)認(rèn)證和計費(fèi)

軟交換可以對接入軟交換系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證、授權(quán)和地址解析，同時還可以向計費(fèi)服務(wù)器提供呼叫詳細(xì)話單。

4、軟交換的對外接口及采用的通信協(xié)議

作為NGN中的核心設(shè)備，軟交換要與網(wǎng)絡(luò)中很多的功能實體進(jìn)行交互。為了便于網(wǎng)絡(luò)各部件的獨立發(fā)展，軟交換與其它功能實體間必須采用標(biāo)準(zhǔn)的開放的接口。圖2為軟交換的對外接口示意圖。

(1)軟交換與媒體服務(wù)器之間的接口

軟交換與媒體服務(wù)器間的接口協(xié)議一般采用MGCP、H.248協(xié)議。軟交換也可以通過SIP協(xié)議來引導(dǎo)媒體服務(wù)器提供必要的媒體交互功能。軟交換同樣可以通過SIP協(xié)議或H.323協(xié)議將呼叫傳送到應(yīng)用服務(wù)器，在這種情況下，應(yīng)用服務(wù)器接受該呼叫，并驅(qū)動媒體服務(wù)器提供必要的媒體交互功能。值得注意的是，在采用SIP協(xié)議的情況下，軟交換或應(yīng)用服務(wù)器是采用第3方呼叫控制方式來控制媒體服務(wù)器的，而且媒體服務(wù)器只能被動等待軟交換或應(yīng)用服務(wù)器的“INVITE(邀請)”，媒體服務(wù)器本身不能發(fā)出“INVITE”。

(2)軟交換間的接口

此接口可采用SIP-T(SIP for Telephony)或BICC(承載無關(guān)呼叫控制)協(xié)議，用于不同軟交換間的交互。BICC協(xié)議由ITU-T提出，由于其與七號信令(SS7)網(wǎng)絡(luò)的高度兼容性而成為多數(shù)運(yùn)營商的首選。SIP-T協(xié)議由IETF提出，也將作為下一代網(wǎng)絡(luò)軟交換間的可選接口。目前SIP-T要解決的問題是其自身的穩(wěn)定和與SS7網(wǎng)絡(luò)的互通。

(3)軟交換與應(yīng)用服務(wù)器之間的接口

該接口提供對第3方應(yīng)用和各種增值業(yè)務(wù)的支持功能。目前被廣泛接受的接口協(xié)議是SIP，軟交換作為應(yīng)用服務(wù)器前端的SIP代理(SIP Proxy)。該接口也可以使用API，如Parlay API等。另外一種趨勢是使用SIP-S(SIP-Servlet)。

(4)軟交換與策略服務(wù)器之間的接口

提供對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作進(jìn)行動態(tài)干預(yù)的功能。此接口可使用公共開放策略服務(wù)(COPS)協(xié)議。

(5)軟交換與信令網(wǎng)關(guān)間的接口

用于傳遞軟交換和信令網(wǎng)關(guān)間的信令信息。此接口一般采用信令控制傳輸協(xié)議(SCTP)。根據(jù)被傳送的信令信息的不同，在SCTP之上可以使用不同的SIGTRAN協(xié)議棧，如SCTP/M3UA、SCTP/M2UA、SCTP/IUA等。

(6)軟交換與媒體網(wǎng)關(guān)間的接口

軟交換與媒體網(wǎng)關(guān)間的接口用于軟交換對媒體網(wǎng)關(guān)的承載控制、資源控制及管理，可使用媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議(MGCP)或H.248/Megaco協(xié)議。

(7)軟交換與網(wǎng)守之間的接口

用于基于H.323的IP電話系統(tǒng)的網(wǎng)守設(shè)備接入軟交換體系。該接口可采用H.323的登記、接納和狀態(tài)(RAS)協(xié)議。

(8)軟交換與SIP代理間的接口

用于SIP代理的接入，采用SIP協(xié)議。

(9)軟交換與網(wǎng)管服務(wù)器之間的接口

用于提供網(wǎng)絡(luò)管理功能，可使用簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)。

(10)軟交換與計費(fèi)中心、數(shù)據(jù)庫、目錄服務(wù)器之間的接口

提供對數(shù)據(jù)庫、目錄服務(wù)等的訪問，并向計費(fèi)中心提供計費(fèi)信息等。該類接口為各種API。

(11)軟交換與智能網(wǎng)業(yè)務(wù)控制點(SCP)間的接口

提供對現(xiàn)有智能業(yè)務(wù)的支持能力，采用智能網(wǎng)應(yīng)用協(xié)議(INAP)。

從上述接口結(jié)構(gòu)可知，軟交換要求支持的協(xié)議種類很多，包括：H.248、

H.323、SIP、ISUP/TUP、SCTP、M3UA、INAP、BICC、IUA等。(待續(xù))

參考文獻(xiàn)

1 The International Softswitch Consortium Application Working Group. Enhanced Service Framework. http:∥www.softswitch.org/

2 The Parlay Group. Parlay Specifications 3.0. http:∥www.parlay.org/

3 趙慧玲,王立言,陳仁娣.中國網(wǎng)絡(luò)與交換標(biāo)準(zhǔn)研究進(jìn)展.中興通訊技術(shù),2002,8(2):39—41

4 趙慧玲,單秀云.下一代網(wǎng)絡(luò)的研究.中興通訊技術(shù),2001,7(s0):29—30

(收稿日期：2002-06-10)

作者簡介

盧美蓮，北京郵電大學(xué)副教授。先后參加十余項國家級及國際合作項目，多次獲部級科技進(jìn)步獎。主要研究方向為：IP電話技術(shù)，寬帶通信網(wǎng)上的實時多媒體通信技術(shù)，軟交換技術(shù)，下一代網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理、性能評估等。已發(fā)表論文十余篇，譯著3冊。

程時端，北京郵電大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。曾主持十余項重大科研項目，多次獲部級科技進(jìn)步獎，申請有多項國際專利。研究方向包括：ISDN、ATM、TCP/IP、ATM和IP網(wǎng)的話音通信技術(shù)、協(xié)議工程、業(yè)務(wù)量工程、寬帶網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)質(zhì)量等。已發(fā)表論文110余篇，專著2冊，譯著多冊。