軟交換系統(tǒng)呼叫處理分析

牛凱廷 康京山

摘要：介紹了軟交換系統(tǒng)的概念、體系結(jié)構(gòu)及軟交換系統(tǒng)業(yè)務(wù)靈活、開放性好和不受地域限制的特點(diǎn)，對軟交換系統(tǒng)的呼叫處理原理和呼叫流程中的信令交互過程進(jìn)行了深入的研究，分析了呼叫處理流程中用戶注冊、用戶注銷和用戶之間基本呼叫的建立過程，在軟交換系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試和關(guān)鍵問題處理方面具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：軟交換；呼叫處理；呼叫流程

中圖分類號：TP39文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-1739（2018）07-58-4

Analysis on Call Processing of Soft-switch System

NIU Kaiting， KANG Jingshan

（The 54th Research Institute of CETC， Shijiazhuang Hebei 050081， China）

0引言

現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展促使各個領(lǐng)域的技術(shù)都在不斷地更新，NGN領(lǐng)域的軟交換技術(shù)正在迅猛地發(fā)展并被廣泛地應(yīng)用。軟交換系統(tǒng)是固定電話網(wǎng)向NGN平滑過渡的核心系統(tǒng)[1]，采用先進(jìn)的軟交換技術(shù)，利用軟件功能實(shí)現(xiàn)呼叫控制與媒體傳輸分離，使系統(tǒng)的控制層面與媒體層面相對獨(dú)立。

1軟交換系統(tǒng)

1.1概念

軟交換的基本含義是將呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(guān)中分離出來，通過軟件來實(shí)現(xiàn)基本呼叫控制功能，包括連接控制、呼叫選路、網(wǎng)關(guān)管理和信令交互等功能，從而實(shí)現(xiàn)媒體數(shù)據(jù)傳輸與呼叫控制的分離[2]。同時(shí)，軟交換系統(tǒng)為業(yè)務(wù)應(yīng)用層提供標(biāo)準(zhǔn)的開放接口，以便于新型業(yè)務(wù)的擴(kuò)展。

1.2體系結(jié)構(gòu)

軟交換系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)從下至上依次為邊緣接入層、網(wǎng)絡(luò)交換層、核心控制層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層4個層次[3]，如圖1所示。

①邊緣接入層：為多種類型的終端用戶提供有線或無線的方式接入軟交換系統(tǒng)核心交換網(wǎng)絡(luò)，并利用接入層語音網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行語音信息的格式轉(zhuǎn)換，使其適于在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸；

②網(wǎng)絡(luò)交換層：軟交換系統(tǒng)的核心交換網(wǎng)，是軟交換系統(tǒng)中多種媒體數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)木C合平臺；

③核心控制層：實(shí)現(xiàn)軟交換系統(tǒng)的實(shí)時(shí)呼叫控制和連接控制功能，并將呼叫控制與媒體業(yè)務(wù)分離；

④業(yè)務(wù)應(yīng)用層：提供開放式的標(biāo)準(zhǔn)接口，能夠快速高效地提供新型增值業(yè)務(wù)。

1.3特點(diǎn)

軟交換系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：

①業(yè)務(wù)靈活性：軟交換系統(tǒng)可靈活有效地提供業(yè)務(wù)需求。在業(yè)務(wù)層，用戶可以自行配置和定義自己的業(yè)務(wù)特征，不必考慮承載業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)形式以及終端類型，在業(yè)務(wù)和應(yīng)用的提供上有較大的靈活性[4]。

②開放性：提供開放的標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)接口，可供二次開發(fā)。

③無地域性：同一軟交換系統(tǒng)下的用戶不受地域限制，只要用戶部署位置的網(wǎng)絡(luò)路由可達(dá)，就可以實(shí)現(xiàn)用戶的接入和互通。

2數(shù)據(jù)處理分析

軟交換系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理分析包括呼叫處理的原理分析和SIP用戶的呼叫流程分析。①呼叫處理分析從語音信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換開始，依次進(jìn)行數(shù)據(jù)包的壓縮封裝、路由選擇和解壓重組，最后經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，將IP數(shù)據(jù)包還原為語音信號，送達(dá)目的用戶[5]；②在SIP呼叫流程中，主要對SIP用戶的注冊流程、注銷流程和基本呼叫建立的過程進(jìn)行了詳細(xì)分析。

2.1呼叫處理原理分析

呼叫處理原理如圖2所示。

用戶A要與用戶B互通語音，具體分析如下。

①模數(shù)轉(zhuǎn)換：用戶A的語音首先在軟交換系統(tǒng)邊緣接入層的語音網(wǎng)關(guān)設(shè)備上進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將語音模擬信號按照相應(yīng)的編碼格式轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號[6]；

②壓縮封裝：模數(shù)轉(zhuǎn)換后，語音網(wǎng)關(guān)設(shè)備將編碼后的數(shù)字信號按照特定的幀長進(jìn)行壓縮打包，并將其組裝成適合在IP網(wǎng)上傳輸?shù)腎P分組數(shù)據(jù)包；

③路由選擇：在核心網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)IP分組數(shù)據(jù)包中的路由信息進(jìn)行選路，將IP報(bào)文送至目的語音網(wǎng)關(guān)設(shè)備；

④解壓重組：當(dāng)IP數(shù)據(jù)包到達(dá)目的語音網(wǎng)關(guān)設(shè)備后，語音網(wǎng)關(guān)設(shè)備根據(jù)IP數(shù)據(jù)包序號等相關(guān)信息按照發(fā)送時(shí)的順序進(jìn)行解壓重組；

⑤數(shù)模轉(zhuǎn)換：語音網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過相應(yīng)的解碼規(guī)則對其進(jìn)行解碼，還原出語音包，通過終端設(shè)備送至用戶B。

這樣用戶A的語音信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換、壓縮封裝、路由選擇、解壓重組和數(shù)模轉(zhuǎn)換，最終將語音信號送達(dá)目的用戶B。

2.2 SIP呼叫流程分析

在軟交換系統(tǒng)中，邊緣接入層的設(shè)備主要使用媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議（H.248和MGCP）和會話初始化協(xié)議（SIP）與軟交換服務(wù)器進(jìn)行信令交互，主要包括網(wǎng)關(guān)設(shè)備注冊、注銷，呼叫建立及釋放等過程。在網(wǎng)絡(luò)線路均正常的情況下，以SIP協(xié)議為例，對呼叫流程進(jìn)行了詳細(xì)分析。

2.2.1注冊流程分析

以軟交換系統(tǒng)中綜合接入網(wǎng)關(guān)（Integrated Access Gateway，IAD）為例，分析IAD向軟交換服務(wù)器（softX Server）申請注冊的流程，SIP注冊流程如圖3所示。

IAD注冊過程分析如下：

①IAD開機(jī)或重啟后，首先向軟交換服務(wù)器發(fā)送注冊請求信息Register（1），注冊信息中包括軟交換服務(wù)器的IP地址、SIP協(xié)議的版本號、IAD的設(shè)備標(biāo)識和密碼。

②軟交換服務(wù)器收到申請注冊信息后，對申請信息進(jìn)行驗(yàn)證。若IAD申請的服務(wù)器地址不正確，則本端提示申請超時(shí)或服務(wù)器地址不可達(dá)；若申請?jiān)O(shè)備的標(biāo)識或密碼不正確，則返回未授權(quán)質(zhì)疑信息Unauthorized（2）。

③IAD收到質(zhì)疑信息后，提示輸入正確的設(shè)備ID和密碼，然后再次申請注冊Register（3）。

④軟交換服務(wù)器收到注冊信息，通過驗(yàn)證后，向IAD返回注冊成功信息OK（4）和注冊有效期。

至此，綜合接入設(shè)備IAD經(jīng)過4個信令交互過程，完成了在軟交換服務(wù)器上的注冊。

2.2.2注銷流程分析

以IAD為例，分析邊緣接入層設(shè)備向軟交換服務(wù)器申請注銷的流程，SIP注銷流程如圖4所示。

SIP注銷過程分析如下：

①IAD首先向軟交換服務(wù)器發(fā)送注銷請求信息Register（1），并將注冊有效期填寫為0（expired 0）；

②軟交換服務(wù)器收到IAD的注銷請求后，將其在本地?cái)?shù)據(jù)庫中的有關(guān)信息注銷，并返回注銷成功信息OK（2）。至此，IAD經(jīng)過2個信令交互過程，完成了在軟交換服務(wù)器上的注銷。

2.2.3基本呼叫流程分析

以IAD為例，分析IAD-A下的話機(jī)A向IAD-B下的話機(jī)B發(fā)起呼叫、并由話機(jī)B結(jié)束呼叫的基本流程，分析SIP信令的交互過程，SIP基本呼叫流程如圖5所示。

SIP基本呼叫流程分析如下：

①話機(jī)A作為主叫，首先話機(jī)A摘機(jī)，為IAD-A送摘機(jī)信令Off-Hook（1）；

②IAD-A將話機(jī)A的摘機(jī)信令Off-Hook（2）轉(zhuǎn)發(fā)為softX Server；

③softX Server收到主叫的摘機(jī)信令后，向IAD-A返回送撥號音指示（3），指示IAD-A為話機(jī)A送撥號音；

④IAD-A收到送撥號音指示后，向話機(jī)A送撥號音Dialing Tone（4）；

⑤話機(jī)A收到撥號音后，開始撥號Dialing（5）；

⑥IAD-A收到話機(jī)A發(fā)送的被叫號碼后，將包含被叫號碼等信息的呼叫建立申請Invite（6）發(fā)送給softX Server；

⑦softX Server收到呼叫建立申請后，對被叫號碼進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該被叫號碼為本局號碼，而且在IAD-B上注冊，所以softX Server將呼叫建立申請Invite（7）轉(zhuǎn)發(fā)給IAD-B；同時(shí)，向IAD-A返回正在申請Trying（8）；

⑧IAD-B收到呼叫建立申請Invite（7），首先向softX Server返回正在申請Trying（9）；然后分析被叫號碼，發(fā)現(xiàn)此被叫號碼為本設(shè)備上的注冊號碼，此號碼已分配給話機(jī)B且號碼空閑，于是IAD-B就向話機(jī)B送振鈴指令Ringing（10），被叫話機(jī)B振鈴；

⑨話機(jī)B振鈴后，IAD-B將話機(jī)B振鈴信息Ringing（11）返回給softX Server，然后softX Server將被叫振鈴信息Ringing（12）轉(zhuǎn)發(fā)為IAD-A；

⑩IAD-A收到Ringing（12）后，為主叫話機(jī)A送回鈴音Ringing（13），話機(jī)A聽回鈴音；

被叫話機(jī)B摘機(jī)Off-Hook（14），IAD-B檢測到被叫摘機(jī)后，將呼叫建立成功信息OK（15）返回給softX Server，然后softX Server將建立成功OK（16）轉(zhuǎn)發(fā)為IAD-A；

IAD-A收到OK（16）后，向softX Server返回呼叫建立的確認(rèn)信息ACK（17），softX Server再將呼叫建立的確認(rèn)信息ACK（18）轉(zhuǎn)發(fā)為IAD-B；

至此，話機(jī)A與話機(jī)B呼叫建立成功，開始通話Talking（19）；

當(dāng)話機(jī)B要結(jié)束通話時(shí)，被叫話機(jī)B掛機(jī)，并向IAD-B發(fā)送掛機(jī)信令On-Hook（20），IAD-B檢測到被叫掛機(jī)后，將呼叫釋放信息Bye（21）發(fā)送給softX Server；softX Server再將釋放鏈路的信息Bye（22）轉(zhuǎn)發(fā)為IAD-A；同時(shí)，記錄此次通話的詳細(xì)信息；

softX Server將IAD-B段的呼叫鏈路釋放，同時(shí)向IAD-B返回釋放成功信息OK（23）；

IAD-A收到釋放鏈路信息Bye（22）后，向話機(jī)A送忙音BusyTone（24），話機(jī)A收到忙音提示后掛機(jī)On-Hook（25），同時(shí)將呼叫釋放成功信息OK（26）發(fā)送給softXServer，softXServer釋放IAD-A段鏈路；

至此，話機(jī)A與話機(jī)B呼叫釋放成功，通話結(jié)束Ending（27）。

話機(jī)A和話機(jī)B通過4個信令交互過程完成設(shè)備注冊、通過2個交互過程完成設(shè)備注銷、通過27個信令交互過程完成了一次完整的呼叫建立和呼叫釋放的過程。

3結(jié)束語

本文首先介紹了軟交換系統(tǒng)的概念、體系結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，然后詳細(xì)地分析了軟交換系統(tǒng)呼叫數(shù)據(jù)處理原理和SIP呼叫的信令交互過程。為以后軟交換系統(tǒng)的項(xiàng)目建設(shè)，系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和工程實(shí)施提供了有力參考。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡穎，生旭彬.電話網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的軟交換技術(shù)研究[J].信息與電腦，2017（12）：160-162.

[2]陳云霞.軟交換核心網(wǎng)絡(luò)升級改造設(shè)計(jì)思路分析[J].信息通信，2017（1）：250-251.

[3]王宏.基于軟交換的NGN網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)在IMS中的研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2015.

[4]劉興.凱里供電局行政交換網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].貴陽：貴州大學(xué)，2011.

[5]高上.軟交換IP電話綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)研究[D].西安：長安大學(xué)， 2007.

[6]李茜.基于軟交換的某單位通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：中國科學(xué)院大學(xué)，2016.