王 昆，胡芳芳，傅星文

（92146 部隊(duì)，廣東 湛江 524000）

1 軟交換的發(fā)展

傳統(tǒng)電話網(wǎng)運(yùn)用電路交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)，依次經(jīng)歷了人工交換、模擬自動(dòng)交換以及數(shù)字程控交換3 個(gè)階段。20 世紀(jì)末期，隨著因特網(wǎng)的迅速發(fā)展，人類進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，IP 技術(shù)因其廉價(jià)、開(kāi)放的特點(diǎn)在全球范圍得以應(yīng)用。運(yùn)用分組交換網(wǎng)絡(luò)提供傳統(tǒng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)，使得傳統(tǒng)電話網(wǎng)受到強(qiáng)烈沖擊，在此背景下提出了下一代網(wǎng)絡(luò)的概念。

下一代網(wǎng)絡(luò)（Next Generation Network，NGN）指大量采用創(chuàng)新技術(shù)，以IP 技術(shù)為中心，同時(shí)可以支持話音、數(shù)據(jù)以及多媒體業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)體系。各類通信網(wǎng)將按NGN 框架在接入層、傳送層、控制層以及業(yè)務(wù)層等層面進(jìn)行融合。從傳輸網(wǎng)的角度來(lái)看，NGN是以自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)為核心的智能全光網(wǎng)絡(luò)。從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的角度來(lái)看，NGN 是以高寬帶和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6 版（Internet Protocol Version 6，IPV6）為代表的下一代互聯(lián)網(wǎng)。從移動(dòng)網(wǎng)的角度來(lái)看，不同時(shí)期的NGN 分別是4G、5G、6G。從電信交換網(wǎng)的角度來(lái)看，NGN 是以軟交換、IP 多媒體系統(tǒng)(IP Multimedia Subsystem，IMS)為核心的下一代交換網(wǎng)[1]。

軟交換是實(shí)現(xiàn)NGN 的最初方案，其來(lái)源于IP 的語(yǔ)音傳輸（Voice over Internet Protocol，VoIP）技術(shù)。通過(guò)在電話網(wǎng)和因特網(wǎng)之間引入一個(gè)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)2 個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)之間的呼叫控制、語(yǔ)音格式的轉(zhuǎn)換，包括IP 地址與電話號(hào)碼的映射、呼叫的接續(xù)控制、電話網(wǎng)中的脈沖編碼調(diào)制（Pulse Code Modulation，PCM）語(yǔ)音與因特網(wǎng)中分組化話音之間的媒體格式化轉(zhuǎn)換等。

隨著VoIP 技術(shù)的進(jìn)一步成熟，運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始推出IP 電話，其價(jià)格低廉，成為20 世紀(jì)90 年代廣泛應(yīng)用的電話通信方式。隨著IP 電話業(yè)務(wù)的迅速增長(zhǎng)，人們對(duì)IP 電話網(wǎng)關(guān)的功能要求不斷提高，網(wǎng)關(guān)設(shè)備的功能越來(lái)越復(fù)雜，電信級(jí)可靠性難以得到保障。網(wǎng)關(guān)設(shè)備逐漸成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸，于是人們提出了分解電話網(wǎng)關(guān)功能的思想，即將電話網(wǎng)關(guān)的呼叫控制功能和媒體轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行分離，這就是軟交換的來(lái)源[2]。

國(guó)際分組通信協(xié)會(huì)（International Packet Communications Consortium，IPCC）對(duì)軟交換的定義是提供呼叫控制功能的軟件實(shí)體，其思想是將呼叫控制功能和媒體承載功能分離，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)基本呼叫控制功能。由于傳統(tǒng)的程控交換機(jī)將傳輸接口、呼叫控制、數(shù)字交換硬件以及業(yè)務(wù)與應(yīng)用功能等全部集中到單個(gè)交換設(shè)備內(nèi)，是一種垂直集成的單廠家專用封閉系統(tǒng)，無(wú)法適應(yīng)快速變化的市場(chǎng)環(huán)境和多樣化的用戶需求，新業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)成本高、周期長(zhǎng)[3]。軟交換概念的提出打破了傳統(tǒng)電話交換機(jī)封閉的交換結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)電話交換機(jī)的功能進(jìn)行解耦。將傳輸、呼叫控制以及業(yè)務(wù)管理3 大功能進(jìn)行分離，采取開(kāi)放的接口和通用協(xié)議，形成一個(gè)開(kāi)放的分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。具體而言，使用現(xiàn)有的分組網(wǎng)代替程控交換中的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分組化語(yǔ)音的傳輸和交換。將程控交換機(jī)中處理器的呼叫控制功能從交換機(jī)的軟件中獨(dú)立出來(lái)，將其升級(jí)為軟交換功能。同時(shí)，將業(yè)務(wù)系統(tǒng)與呼叫控制分離，實(shí)現(xiàn)控制和業(yè)務(wù)的功能分離。

軟交換提出后便被人們所接受，各國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商將傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)陸續(xù)升級(jí)為軟交換網(wǎng)絡(luò)，軟交換在全世界范圍內(nèi)得到大規(guī)模應(yīng)用。從2003 年開(kāi)始，我國(guó)通信行業(yè)就對(duì)軟交換的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，逐步引入公網(wǎng)，在固定電話網(wǎng)和移動(dòng)核心網(wǎng)中均采用軟交換技術(shù)，特別是在以語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主的公用電話網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)中，可以實(shí)現(xiàn)電路交換向軟交換的平滑過(guò)渡。

2 軟交換的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

國(guó) 際 軟 交 換 協(xié) 會(huì)（International Softswitch Consortium，ISC）提出分層體系結(jié)構(gòu)，從底向上依次為接入層、傳送層、控制層以及業(yè)務(wù)應(yīng)用層。

2.1 接入層

接入層利用各種接入設(shè)備實(shí)現(xiàn)不同用戶的接入，并實(shí)現(xiàn)不同信息格式之間的轉(zhuǎn)換。接入層的設(shè)備均無(wú)呼叫控制功能，需要和控制層設(shè)備相配合才能完成所需的操作。接入層的設(shè)備主要有信令網(wǎng)關(guān)（Signaling Gateway，SG）、媒體網(wǎng)關(guān)（Media Gateway，MG）、綜合接入設(shè)備（Integrated Access Device，IAD）以及無(wú)線接入媒體網(wǎng)關(guān)（Wireless Access Gateway，WAG）。

SG 是跨接在7 號(hào)信令網(wǎng)和軟交換網(wǎng)之間的功能實(shí)體，其功能是完成7 號(hào)信令與IP 網(wǎng)絡(luò)中分組格式的轉(zhuǎn)換。

MG 負(fù)責(zé)將各種終端和網(wǎng)絡(luò)接入核心分組網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)將一種媒體格式轉(zhuǎn)換成另一種媒體格式，例如將話音信號(hào)轉(zhuǎn)換為IP 包。MG 包括中繼網(wǎng)關(guān)（Trunk Gateway，TG）和接入網(wǎng)關(guān)（Access Gateway，AG）。TG 是跨接在公共交換電話網(wǎng)絡(luò)（Public Switched Telephone Network，PSTN）和軟交換網(wǎng)絡(luò)之間的功能實(shí)體，主要在軟交換設(shè)備的控制下實(shí)現(xiàn)時(shí)分多路復(fù)用（Time Division Multiplexing，TDM）語(yǔ)音和IP 分組語(yǔ)音之間媒體流格式的轉(zhuǎn)換。AG 主要是將用戶終端接入軟交換網(wǎng)絡(luò)，常用于電路側(cè)。

IAD 是適用于小企業(yè)和家庭用戶的接入產(chǎn)品，可以提供IP 電話和普通電話的接入。

WAG 用于將無(wú)線接入用戶連接至軟交換網(wǎng)[4]。

以上接入設(shè)備中，AG、TG 以及SG 共同完成了程控交換機(jī)業(yè)務(wù)接入功能模塊的功能，實(shí)現(xiàn)了普通PSTN 電話用戶的語(yǔ)音業(yè)務(wù)接入，并將語(yǔ)音信息適配為適合在NGN 網(wǎng)內(nèi)傳送的IP 包。

2.2 傳輸層

傳輸層為軟交換網(wǎng)絡(luò)和各種信息提供一個(gè)統(tǒng)一的傳送平臺(tái)，主要由各種路由器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以及傳輸設(shè)備構(gòu)成。傳輸層是軟交換網(wǎng)的承載網(wǎng)，其他各層的網(wǎng)元都直接掛接在該網(wǎng)絡(luò)上，由其進(jìn)行統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)路由和轉(zhuǎn)發(fā)功能。

2.3 控制層

控制層完成基本的呼叫控制、媒體接入控制、路由和資源管理等，主要設(shè)備有軟交換機(jī)。在軟交換機(jī)與其他網(wǎng)關(guān)、終端設(shè)備之間，通過(guò)信令交互完成呼叫控制等功能。

2.4 業(yè)務(wù)層

業(yè)務(wù)層在呼叫控制的基礎(chǔ)上為用戶提供各種額外的增值服務(wù)，如話單統(tǒng)計(jì)、計(jì)費(fèi)等。該層主要設(shè)備包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等。

3 軟交換的特點(diǎn)

相比傳統(tǒng)的封閉電信網(wǎng)絡(luò)，軟交換的分層業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)主要有以下3 個(gè)特點(diǎn)。

（1）開(kāi)放性。軟交換采用集中控制、分散接入的方式，可以根據(jù)用戶需求快速進(jìn)行業(yè)務(wù)開(kāi)設(shè)。軟交換采用開(kāi)放接口和通用協(xié)議，其各組成模塊可由不同廠商生產(chǎn)，引入良性競(jìng)爭(zhēng)。具體實(shí)踐中，用戶可以靈活選擇方案組合來(lái)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。

（2）擴(kuò)展性。軟交換網(wǎng)絡(luò)允許用戶更加方便地進(jìn)行擴(kuò)容，并能根據(jù)需要選擇增值業(yè)務(wù)。

（3）靈活性。由于其可以滿足不同的終端類型的接入，使得業(yè)務(wù)應(yīng)用具有較大的靈活性，根據(jù)實(shí)際規(guī)模、線路資源等情況進(jìn)行施工，實(shí)現(xiàn)較大范圍的網(wǎng)絡(luò)覆蓋[5]。

4 傳統(tǒng)程控交換設(shè)備應(yīng)用分析

程控交換機(jī)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)方式有3 種：一是連接近端用戶，通過(guò)總配線架連接至分線箱，再?gòu)姆志€箱通過(guò)音頻線連接至用戶話機(jī)；二是連接遠(yuǎn)端用戶模塊，通過(guò)2M 線纜連接至遠(yuǎn)端模塊后，再由音頻配線架連接至用戶；三是與其他局向的連接，通過(guò)2M 線纜連接數(shù)字配線架并接入光端機(jī)，完成出入局。程控交換設(shè)備連接如圖1 所示。

圖1 程控交換設(shè)備連接

采用電路交換原理的程控交換設(shè)備存在電路利用率低、電路接續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)、通信雙方必須完全兼容等缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中主要有以下問(wèn)題。首先，設(shè)備使用時(shí)間較長(zhǎng)，元器件老化，服務(wù)器、部分板件偶爾出現(xiàn)故障。備板庫(kù)存時(shí)間較長(zhǎng)，無(wú)法確定板件狀態(tài)的好壞，自主測(cè)試存在困難。其次，由于廠家停保，不常見(jiàn)的故障無(wú)法獲得廠家的幫助。同型號(hào)的程控交換設(shè)備已經(jīng)逐步退網(wǎng)，相關(guān)維護(hù)人員缺乏維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)維護(hù)要求較高。最后，與數(shù)字程控交換機(jī)配套使用的總配線架提供用戶線路接入，需要人工跳接，人工成本較高。配線模塊使用時(shí)間較長(zhǎng)、損耗較大，模塊的更換、擴(kuò)容或業(yè)務(wù)割接都難以實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)開(kāi)展相關(guān)業(yè)務(wù)培訓(xùn)，可以強(qiáng)化技術(shù)人員對(duì)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)連接等內(nèi)容的熟悉程度，便于日后維護(hù)。合理選擇設(shè)備廠家，解決售后服務(wù)和技術(shù)支持的問(wèn)題。新業(yè)務(wù)的內(nèi)容更加豐富，個(gè)人電話業(yè)務(wù)可定制，更好地滿足用戶的需求。

5 軟交換組網(wǎng)方案

5.1 設(shè)計(jì)需求

（1）與電路交換網(wǎng)的兼容。考慮到成本與資源規(guī)劃，電路交換網(wǎng)的改造不能一蹴而就，需要分階段進(jìn)行。升級(jí)改造后的軟交換網(wǎng)絡(luò)既要能保證與其他軟交換網(wǎng)絡(luò)的相通，還要兼容已存在的程控交換網(wǎng)絡(luò)。為了防止業(yè)務(wù)割接導(dǎo)致中斷過(guò)長(zhǎng)，可以考慮保留部分電纜，逐步實(shí)現(xiàn)終端的IP 化。

（2）網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。一方面，確保網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安全。使用2 臺(tái)軟交換機(jī)互為備份，正常情況下由主機(jī)控制運(yùn)行，從機(jī)定時(shí)監(jiān)控狀態(tài)，出現(xiàn)故障則立即擔(dān)負(fù)起主機(jī)工作。另一方面，確保終端設(shè)備的安全。數(shù)據(jù)中心可以對(duì)終端用戶進(jìn)行鑒權(quán)和認(rèn)證，與數(shù)據(jù)庫(kù)中信息一致時(shí)才能接入網(wǎng)絡(luò)，防止非法終端接入。

5.2 設(shè)備選擇

綜合實(shí)際業(yè)務(wù)需求，選擇華為公司生產(chǎn)的SOFTX3000 軟交換設(shè)備。其系統(tǒng)容量、系統(tǒng)處理能力、協(xié)議處理能力、話單處理能力以及可靠性等性能均能滿足原有需要，同時(shí)存在很大的擴(kuò)展空間。該設(shè)備可以提供豐富的業(yè)務(wù)，適配多種接口。此外，SOFTX3000 軟交換設(shè)備一般配合UMG8900 使用。

5.3 組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)

站內(nèi)配置2 臺(tái)SOFTX3000 軟交換設(shè)備，分別作為主用和備用。通過(guò)UMG8900 實(shí)現(xiàn)信令網(wǎng)關(guān)和中繼網(wǎng)關(guān)的作用，接入其他局向的軟交換機(jī)或其他數(shù)字程控交換機(jī)。通過(guò)UA5000 用戶接入設(shè)備完成近端、遠(yuǎn)端用戶電話的放置，可以是IP 電話，也可以是模擬用戶電話。使用N2000 網(wǎng)管系統(tǒng)與維護(hù)終端維護(hù)交換機(jī)，管理SOFTX3000、UMG8900、UA5000 以及承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。具體組網(wǎng)方案如圖2 所示。

圖2 組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)

6 結(jié) 論

將軟交換與傳統(tǒng)電路交換進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合現(xiàn)有知識(shí)，初步進(jìn)行了替代方案的設(shè)計(jì)，為下一步替換傳統(tǒng)電路交換設(shè)備做好了準(zhǔn)備。軟交換作為成熟的技術(shù)，能夠更好地為專用網(wǎng)絡(luò)中內(nèi)部消息的傳遞提供高效、便捷的方式。