梁亞寧

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安710014)

軟交換技術(shù)及其應(yīng)用分析

梁亞寧

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安710014)

軟交換技術(shù)是下一代網(wǎng)NGN的核心技術(shù)，其能兼顧各種接入技術(shù)，完成多種通信業(yè)務(wù)的交換。介紹了軟交換的概念，分析了軟交換技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中的功能；結(jié)合軟交換的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分析了不同網(wǎng)絡(luò)層軟交換技術(shù)涉及到的主要設(shè)備及其相關(guān)功能；基于軟交換獨特的協(xié)議功能，分析了軟交換的交換原理。軟交換技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于與通信技術(shù)相關(guān)的各行各業(yè)，通過應(yīng)用實例表明了其技術(shù)上的優(yōu)越性和適用性，充分說明了軟交換技術(shù)有著不可估量的發(fā)展前景。

軟交換；軟交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；軟交換協(xié)議；軟交換技術(shù)原理；軟交換應(yīng)用

隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對通信業(yè)務(wù)的需求不只是電話業(yè)務(wù)，還有音頻、視頻、圖像和數(shù)據(jù)等多媒體通信業(yè)務(wù)。軟交換技術(shù)繼承了傳統(tǒng)通信技術(shù)中可運(yùn)營和可管理的理念，同時吸收了IP網(wǎng)靈活、簡單和開放的特點，是傳統(tǒng)電信技術(shù)與IP技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，并且是優(yōu)勢互補(bǔ)[1]。傳統(tǒng)的電信網(wǎng)是基于電路交換方式的程控交換網(wǎng)絡(luò)，而下一代話音網(wǎng)則是基于軟交換的分組網(wǎng)絡(luò)。軟交換技術(shù)兼顧各種接入技術(shù)，可以完成多種通信業(yè)務(wù)的交換。

1 軟交換的概念

軟交換概念最早起源于美國，它打破了傳統(tǒng)的電路交換結(jié)構(gòu)，將傳輸、呼叫控制和業(yè)務(wù)控制三大功能之間接口打開，采用開放的接口和通用的協(xié)議，形成了一個分布的、多廠家應(yīng)用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其可使業(yè)務(wù)提供者靈活選擇最佳的組合來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，加速新業(yè)務(wù)的開發(fā)、生成和部署，快速實現(xiàn)低成本廣域業(yè)務(wù)覆蓋，推進(jìn)語音和數(shù)據(jù)的融合。

2 軟交換技術(shù)的功能

軟交換是多種邏輯功能實體的集合，它提供綜合業(yè)務(wù)的呼叫控制、連接和部分業(yè)務(wù)功能，是下一代電信網(wǎng)語音、數(shù)據(jù)、視頻業(yè)務(wù)呼叫、控制和業(yè)務(wù)提供的核心部件，主要功能有以下幾個方面。

1)呼叫控制和處理功能。該功能是軟交換的重要功能之一，是整個網(wǎng)絡(luò)的核心，它可為基本呼叫的建立、維持和釋放提供控制功能；接收來自業(yè)務(wù)交換功能的監(jiān)視請求，并對與呼叫相關(guān)的事件進(jìn)行處理；接收來自業(yè)務(wù)交換的呼叫控制相關(guān)信息，支持呼叫的建立和監(jiān)視；支持兩方或多方呼叫控制功能，提供多方呼叫控制功能，包括多方呼叫特殊邏輯關(guān)系、呼叫成員的加入、退出、隔離、旁聽和混音控制等；識別媒體網(wǎng)關(guān)報告的用戶摘機(jī)、撥號和掛機(jī)等事件控制媒體網(wǎng)關(guān)向用戶發(fā)送音信號，如撥號音、振鈴音和回鈴音等，滿足運(yùn)營商的撥號計劃。

2)媒體網(wǎng)關(guān)接入功能。

3)協(xié)議功能。支持相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，包括H.248、SCTP、H.232、SNMP和SIP等。

4)業(yè)務(wù)提供功能?？商峁└鞣N通用的或個性化的業(yè)務(wù)。

5)互通功能?？赏ㄟ^各種網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)與響應(yīng)設(shè)備的互通。

6)資源管理功能。對系統(tǒng)中的各種資源進(jìn)行集中管理，如資源的分配、釋放和控制。

7)計費(fèi)功能。根據(jù)運(yùn)營需求將話單傳送至計費(fèi)中心。

8)認(rèn)證/授權(quán)功能?？蛇M(jìn)行認(rèn)證與授權(quán)，防止非法用戶或設(shè)備接入。

9)地址解析和語音處理功能。

軟交換的功能是在媒體設(shè)備和媒體網(wǎng)關(guān)的配合下，通過計算機(jī)編程軟件來實現(xiàn)對各種媒體流進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，并基于分組網(wǎng)絡(luò)(IP/ATM)的架構(gòu)實現(xiàn)IP網(wǎng)、ATM網(wǎng)和PSTN網(wǎng)等的相互連接，以提供和電路交換方式具有相同功能并便于業(yè)務(wù)增值和靈活伸縮的功能。

3 軟交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及設(shè)備

軟交換系統(tǒng)由多種設(shè)備構(gòu)成(見圖1)，主要包括軟交換設(shè)備、中繼網(wǎng)關(guān)、信令網(wǎng)關(guān)、接入網(wǎng)關(guān)、媒體服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備，以及IAD和SIP終端等終端側(cè)設(shè)備，軟交換系統(tǒng)設(shè)備包括業(yè)務(wù)層、控制層、傳輸層和接入層[2]。

圖1 軟交換系統(tǒng)設(shè)備

1)業(yè)務(wù)層設(shè)備主要包括業(yè)務(wù)控制點SCP、數(shù)據(jù)庫、AAA服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和策略服務(wù)器。業(yè)務(wù)控制點SCP和應(yīng)用服務(wù)器等構(gòu)成業(yè)務(wù)平臺，完成新業(yè)務(wù)生成和提供功能；AAA(認(rèn)證、授權(quán)和計費(fèi))服務(wù)器、大容量分布式數(shù)據(jù)庫和策略服務(wù)器等是系統(tǒng)的主要支撐設(shè)備，為軟交換系統(tǒng)的運(yùn)行提供必要的支持。

2)控制層設(shè)備主要是軟交換機(jī)。軟交換機(jī)是網(wǎng)絡(luò)中的核心控制設(shè)備，其主要設(shè)計思想是業(yè)務(wù)控制與傳送接入相分離，各實體之間通過標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議進(jìn)行連接和通信。

3)傳輸層設(shè)備包括IP路由器和ATM交換機(jī)等分組網(wǎng)核心設(shè)備。新一代路由器使用轉(zhuǎn)發(fā)緩存來簡化分組的轉(zhuǎn)發(fā)操作。ATM(即異步傳輸模式)是一種面向連接的快速分組交換技術(shù)，建立在異步時分復(fù)用基礎(chǔ)上，并使用固定長度的信元，支持包括數(shù)據(jù)、語音和圖像在內(nèi)的各種業(yè)務(wù)的傳送。ATM技術(shù)具有電路交換和分組交換的雙重性。

4)接入層設(shè)備主要包括媒體網(wǎng)關(guān)、接入網(wǎng)關(guān)、中繼網(wǎng)關(guān)、信令網(wǎng)關(guān)、綜合接入設(shè)備IAD和IP終端等。

4 軟交換主要協(xié)議

接口代表著相鄰2個網(wǎng)絡(luò)實體間的連接點，而協(xié)議則是這些接口上交換信息需要遵守的規(guī)則。在不同的接口上往往會使用不同的協(xié)議，同一個接口上也可能使用不同的協(xié)議。

軟交換協(xié)議實體包括MGCP、H.248、SCTP 、M2UA、M3UA、ISUP、TUP、SIP、H.323、BICC、RADIUS、INAP和SNMP等。軟交換網(wǎng)絡(luò)的接口協(xié)議如圖2所示。

圖2 軟交換網(wǎng)絡(luò)的接口協(xié)議

按照功能和特點來分，NGN協(xié)議可以分為呼叫控制協(xié)議、傳輸控制協(xié)議、媒體控制協(xié)議、業(yè)務(wù)應(yīng)用協(xié)議和維護(hù)管理協(xié)議等。呼叫控制協(xié)議包括BICC(承載無關(guān)呼叫控制協(xié)議)、SIP-T、H.323、ISUP、TUP、Q.931和QSIG；傳輸控制協(xié)議包括SIGTRAN、SCTP、TCAP、SCCP、IUA、M3UA、MTP3、RTP、RTCP、TCP、UDP、IP和ATM；媒體控制協(xié)議包括H.248/MEGACO、SIP和MGCP(媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議)；業(yè)務(wù)應(yīng)用協(xié)議包括ParLay、JAIN、INAP、MAP、LDAP和RADIUS；維護(hù)管理協(xié)議包括SNMP和COPS(公共開放策略服務(wù))協(xié)議。

5 軟交換技術(shù)原理

軟交換技術(shù)是為了構(gòu)建一個“全業(yè)務(wù)網(wǎng)”，即在同一個網(wǎng)上實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)和多媒體視頻流業(yè)務(wù)的融合。為了實現(xiàn)這個目的，其將呼叫控制和業(yè)務(wù)功能在功能實體上進(jìn)行了分離。軟交換技術(shù)的基本設(shè)計原理是創(chuàng)建一個具有很好的伸縮性、接口標(biāo)準(zhǔn)性和業(yè)務(wù)開放性等特點的分布式軟件系統(tǒng)，其不僅要完成對呼叫的控制和媒體連接的管理，而且要為業(yè)務(wù)層提供對底層平臺的能力抽象，決定上層業(yè)務(wù)的種類與數(shù)量。

為了實現(xiàn)呼叫控制功能與具體的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無關(guān)，應(yīng)先進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換的操作，然后將呼叫控制消息轉(zhuǎn)換為抽象的中間消息進(jìn)行統(tǒng)一處理，上層軟件看到1條呼叫建立的消息時，只需要根據(jù)呼叫處理流程進(jìn)行下一步處理即可。

6 軟交換技術(shù)的應(yīng)用

與電路交換相比，應(yīng)用軟交換技術(shù)成本低，性能價格比每年可提高60%～80%。該技術(shù)已廣泛應(yīng)用到電信業(yè)務(wù)中。

6.1 在語音轉(zhuǎn)接業(yè)務(wù)和語音直接接入業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，語音業(yè)務(wù)仍舊在通信業(yè)務(wù)中占據(jù)主導(dǎo)地位，也是各電信運(yùn)營商盈利的主要來源。軟交換網(wǎng)要實現(xiàn)多業(yè)務(wù)的融合，應(yīng)能夠提供至少與PSTN相同的語音業(yè)務(wù)。各設(shè)備廠商也將對語音業(yè)務(wù)的支持列為首要任務(wù)。

語音轉(zhuǎn)接業(yè)務(wù)由軟交換網(wǎng)中的虛擬中繼業(yè)務(wù)提供，實際上是利用軟交換網(wǎng)轉(zhuǎn)接PSTN端局之間的語音業(yè)務(wù)，此時軟交換網(wǎng)的功能類似于PSTN中的匯接局或長途局的功能。軟交換網(wǎng)中應(yīng)配置TG、SG和軟交換機(jī)設(shè)備，若僅提供與PSTN相同的語音轉(zhuǎn)接業(yè)務(wù)，則不需要單獨的應(yīng)用服務(wù)器。呼叫控制和業(yè)務(wù)的實現(xiàn)均是由軟交換機(jī)來完成。

語音直接接入業(yè)務(wù)要求軟交換網(wǎng)具備PSTN本地端局的功能。軟交換網(wǎng)中為直接接入用戶應(yīng)配置AG和/或IAD設(shè)備與PSTN相連，另外還需配置TG和SG設(shè)備。目前，各軟交換設(shè)備供應(yīng)商提供的系統(tǒng)均已能夠提供基本的語音直接接入業(yè)務(wù)，對于PSTN智能網(wǎng)實現(xiàn)的各種語音增值業(yè)務(wù)，各廠家提供的軟交換系統(tǒng)也是通過智能網(wǎng)方式來實現(xiàn)的，此時的軟交換機(jī)具備SSP功能、觸發(fā)智能網(wǎng)業(yè)務(wù)以及訪問智能網(wǎng)的SCP。

6.2 在IP話吧業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

在IP話吧業(yè)務(wù)中的應(yīng)用如圖3所示。由于寬帶固話的方便性，可在有寬帶的地方大力發(fā)展IP話吧業(yè)務(wù)。與經(jīng)營公話的話吧合作，采用寬帶固話方案，可同時上網(wǎng)和打電話。

圖3 在IP話吧業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

6.3 在城軌公務(wù)電話網(wǎng)中的應(yīng)用

采用軟交換技術(shù)構(gòu)建城軌公務(wù)電話網(wǎng)。建立承載公務(wù)電話的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，即在控制中心、車輛段和各車站建立承載公務(wù)電話的IP局域網(wǎng)(LAN)，并利用MSTP/SDH或MSTP/RPR城軌專用傳輸網(wǎng)的IP帶寬資源，連接控制中心、車輛段和各車站IP局域網(wǎng)，組成承載公務(wù)電話的IP廣域網(wǎng)。在控制中心和車輛段的IP局域網(wǎng)中配置軟交換設(shè)備、應(yīng)用服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)服務(wù)器與接入網(wǎng)關(guān)等，在控制中心、車輛段與各車站IP局域網(wǎng)中配置用戶接入網(wǎng)關(guān)連接用戶分機(jī)，從而構(gòu)成城軌公務(wù)電話網(wǎng)[3]。城軌公務(wù)電話網(wǎng)如圖4所示，圖4中SS1b為軟交換設(shè)備，MSG為綜合媒體網(wǎng)關(guān)，MSAG為綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)，APPS為應(yīng)用服務(wù)器，N31為綜合網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。

圖4 城軌公務(wù)電話網(wǎng)

6.4 在移動3G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

無論是WCDMA還是CDMA2000，其發(fā)展目標(biāo)均是在核心網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載和交換，軟交換技術(shù)無疑將是一種較好的選擇。在3G網(wǎng)絡(luò)中，原MSC將裂變?yōu)镸SC-GW和MSC-SERVER，MSC-GW完成媒體網(wǎng)關(guān)的功能，MSC-SERVER完成軟交換機(jī)的功能。IP網(wǎng)絡(luò)作為3G網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一語音和數(shù)據(jù)媒體流的承載網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的融合。

6.5 在電力通信網(wǎng)中的應(yīng)用

電力通信網(wǎng)中的電話網(wǎng)擁有電力系統(tǒng)獨有的載波電話網(wǎng)絡(luò)，并且是以IP協(xié)議為基礎(chǔ)的分組網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用軟交換技術(shù)可以提供支持多種信令協(xié)議的接口，很好地實現(xiàn)電話網(wǎng)和計算機(jī)網(wǎng)之間的信令互通及不同網(wǎng)關(guān)的互操作，可使計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)更方便地對電話網(wǎng)進(jìn)行管理和支持，同時電話網(wǎng)也可以和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)配合，更好地提供服務(wù)。

7 結(jié)語

目前，軟交換技術(shù)是下一代網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性技術(shù)，是通信技術(shù)的研究熱點，國內(nèi)外很多的科研和生產(chǎn)機(jī)構(gòu)都在從事這方面的研究。軟交換技術(shù)對PSTN向分組網(wǎng)絡(luò)的過渡提供無縫連接，在公用電話網(wǎng)、專用電話網(wǎng)、電力通信網(wǎng)和IP等多種網(wǎng)絡(luò)都已經(jīng)應(yīng)用。軟交換技術(shù)仍然存在很多問題，還需要做進(jìn)一步的研究。

[1] 范興娟.程控交換與軟交換技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2011.

[2] 楊芳春.軟交換與IMS技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2007.

[3] 李偉章.城市軌道交通通信[M].北京：中國鐵道出版社，2013.

責(zé)任編輯馬彤

SoftSwitchingTechnologyandItsApplicationAnalysis

LIANG Yaning

(Xi′an Institute of Railway Technology, Xi′an 710014, China)

Soft switching technology is the core technology of the next generation network NGN, which can take into account of all kinds of access technology, switching to complete a variety of communication services. This paper firstly introduces the concept of soft switch, analyzed the function of soft switch technology in network; combined with the network structure of the soft switch, this paper analyzed the different main network equipment relates to a layer of soft switch technology and related functions; unique protocol based on soft switch function, the paper also analyzes the exchange principle of soft switch. Soft switching technology is widely used in communication technologies involved in all walks of life, based on the example of a variety of applications, embodied the superiority and applicability on its technology, fully shows that the soft switching technology is the development prospects of inestimable.

soft switch, soft switch network structure, soft switch protocol，soft switch principle，application of soft switch

TN 916.4

：A

梁亞寧(1974-)，女，講師，工程師，主要從事交換技術(shù)等方面的研究。

2014-07-24