软交换技术的详细介绍及其实际应用说明

2019年05月15日 来源:

随着通信络技术的飞速发展,人们对于宽带及业务的要求也在迅速增长,为了向用户提供更加灵活、多样的现有业务和新增业务,提供给用户更加个性化的服务,提出了下一代络的概念,且目前各大电信运营商已开始着手进行下一代通信络的实验。软交换技术又是下一代通信络解决方案中的焦点之一,已成为近年来业界讨论的热点话题。我国络与交换标准研究组已经完成了有关软交换体系的总体技术要求框架,863计划也对有关软交换系统在多媒体和移动通信系统方面的研究课题进行了立项。

1 软交换概念的提出及定义

软交换的概念早起源于美国。当时在企业络环境下,用户采用基于以太的,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,系统不需单独铺设络,而只通过与局域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IP PBX应用获得了巨大成功。受到IP PBX成功的启发,为了提高络综合运营效益,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、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,软交换还将络资源、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,可方便地在络上快速提供新的业务。

2 基于软交换技术的络结构

软交换是下一代络的核心设备之一,各运营商在组建基于软交换技术的络结构时,必须考虑到与其它各种络的互通。在下一代络中,应有一个较统一的络系统结构。软交换位于络控制层,较好地实现了基于分组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络设备工作进行动态干预,可采用COPS协议;软交换与关中心间的接口实现络管理,采用SNMP;软交换与智能SCP之间的接口实现对现有智能业务的支持,采用INAP协议。

通过核心分组与媒体层关的交互,接收处理中的呼叫相关信息,指示关完成呼叫。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。

3 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、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络的动态拓扑。

(7)从小到大的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,并基于分组络(IP/ATM)的架构实现IP、ATM、PSTN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。

4 软交换所使用的主要协议

软交换体系涉及协议非常众多,包括H.248、SCTP、ISUP、TUP、INAP、H.323、RADIUS、SNMP、SIP、M3UA、MGCP、BICC、PRI、BRI等。国际上,IETF、ITU-T、SoftSwitchOrg等组织对软交换及协议的研究工作一直起着积极的主导作用,许多关键协议都已制定完成,或趋于完成。这些协议将规范整个软交换的研发工作,使产品从使用各厂家私有协议阶段进入使用业界共同标准协议阶段,各家之间产品互通成为可能,真正实现软交换产生的初衷——提供一个标准、开放的系统结构,各络部件可独立发展。在软交换的研究进展方面,我国处于世界同步水平。信息产业部“络与交换标准研究组”在1999年下半年就启动了软交换项目的研究,目前已完成了《软交换设备总体技术要求》。此外,“IP标准研究组”正在研制有关中继媒体关(TG)、信令关?穴SG?雪、接入关(AG)、综合接入设备?穴IAD?雪等设备技术规范网站建设公司

下面对几个主要协议做一简单介绍。

1.H.248/MEGACO

H.248和MEGACO协议均称为媒体关控制协议,应用在媒体关和H.248/MEGACO与软交换设备之间。两个协议的内容基本相同,只是H.248是由ITU提出来的,而MEGACO是由IEFT提出来的,且是双方共同推荐的协议。它们引入了Termination(终端)和Context(关联)两个抽象概念。在Termination(终端)中,封装了媒体流的参数、MODEM和承载能力参数,而Context(关联)则表明了在一些Termination(终端)之间的相互连接关系。H.248/MEGACO通过Add、Modify、Subtract、Move等8个命令完成对Termination(终端)和Context(关联)之间的操作,从而完成了呼叫的建立和释放。

2.媒体关控制协议(MGCP)

媒体关控制协议(MGCP)是由IEFT提出来的,是简单关控制协议(SGCP)和IP设备控制协议(IPDC)相结合的产物。MEGACO协议是对MGCP协议的进一步改进、完善和提高,MGCP协议可以说是一个比较成熟的协议,协议的内容与MEGACO协议比较相似。目前软交换系统设备大都支持该协议,其不足也慢慢表现出来,将来可能要被H.248/MEGACO协议所取代。

在软交换系统中,MGCP协议与H.248/MEGACO协议一样,应用在媒体关和MGCP终端与软交换设备之间,通过此协议来控制媒体关和MGCP终端上的媒体/控制流的连接、建立和释放。

3.会话初始协议(SIP)

会话初始协议(SIP)是IETF提出的在IP上进行多媒体通信的应用层控制协议。以Internet协议(HTTP)为基础,遵循Internet的设计原则,基于对等工作模式。利用SIP可实现会话的连接、建立和释放,并支持单播、组播和可移动性。此外,SIP如果与SDP配合使用,可以动态地调整和修改会话属性,如通话带宽、所传输的媒体类型及编解码格式。其具体内容可参见IETFRFC2543bis。

在软交换系统中,SIP协议主要应用于软交换与SIP终端之间,也有的厂家将SIP协议应用于软交换与应用服务器之间,提供基于SIP协议实现的增值业务。总的来说,SIP协议主要应用于语音和数据相结合的业务,以及多媒体业务之间的呼叫建立与释放。特别是SIP协议以其简单、灵活的特点,使作为移动通信标准化组织的3GPP已经决定在其基础上建立第三代移动通信的全IP络,并要求未来的3G终端必须支持SIP协议。

4.SCTP协议

SCTP协议是由IETF提出的一种关于流控制传送协议。主要是在无连接的络上传送PSTN信令信息,该协议可以在IP上提供可靠的数据传输。SCTP可以在确认方式下,无差错、无重复地传送用户数据,并根据通路的MTU的限制,进行用户数据的分段;在多个流上保证用户消息的顺序递交,把多个用户的消息复制到SCTP的数据块中。利用SCTP偶连的机制来保证络级的部分故障自处理。SCTP还具有避免拥塞和避免遭受泛播及匿名攻击的特点。

SCTP协议在软交换中起着控制协议的主要承载者的作用。

5 软交换技术的主要特点和功能

1.软交换技术的主要特点表现在以下几个方面:

(1)支持各种不同的PSTN、ATM和IP协议等各种络的可编程呼叫处理系统。

(2)可方便地运行在各种商用计算机和操作系统上。

(3)高效灵活性。例如:

·软交换加上一个中继关便是一个长途/汇接交换机(C4交换机)的替代,在骨干中具有VoIP或VTOA功能。

·软交换加上一个接入关便是一个语音虚拟专用(VPN)/专用小交换机(PBX)中继线的替代,在骨干中具有VoIP功能。

·软交换加上一个RAS,便可利用公用承载中继来提供受管的MODEM业务。

·软交换加上一个中继关和一个本地性能服务器便是一个本地交换机(C5交换机)的替代,在骨干中具有VoIP或VTOA功能。

(4)开放性通过一个开放的和灵活的号码簿接口便可以再利用IN(智能)业务。例如,它提供一个具有接入到关系数据库管理系统、轻量级号码簿访问协议和事务能力应用部分号簿的号码簿嵌入机制。

(5)为第三方开发者创建下一代业务提供开放的应用编程接口(API)。

(6)具有可编程的后营业室特性。例如:可编程的事件详细记录、详细呼叫事件写到一个业务提供者的收集事件装置中。

(7)具有先进的基于策略服务器的管理所有软件组件的特性。包括展露给所有组件的简单络管理协议接口、策略描述语言和一个编写及执行客户策略的系统。

2.软交换是多种逻辑功能实体的集合,它提供综合业务的呼叫控制、连接和部分业务功能,是下一代电信语音/数据/视频业务呼叫、控制、业务提供的核心设备。主要功能表现在以下几个方面:

(1)呼叫控制和处理为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能。

(2)协议功能支持相应标准协议,包括H.248、SCTP、H.323、SNMP、SIP等。

(3)业务提供功能可提供各种通用的或个性化的业务。

(4)业务交换功能

(5)互通功能可通过各种关实现与响应设备的互通。

(6)资源管理功能对系统中的各种资源进行集中管理,如资源的分配、释放和控制。

(7)计费功能根据运营需求将话单传送至计费中心。

(8)认证/授权功能可进行认证与授权,防止非法用户或设备接入。

(9)地址解析功能和语音处理功能。

6 基于软交换的应用

随着通信络技术的不断发展和软交换各种标准的制定与补充,不少厂家都推出了软交换的解决方案,各运营商也在积极进行相关实验。目前,国内外许多电信设备制造商,如西门子、阿尔卡特、爱立信、北电、中兴等都在积极发展新的交换机过渡平台,提出了软交换在下一代络中的解决方案。这里简要介绍一下软交换在VoIP中的应用,图3为基于软交换技术的VoIP络结构。

从图中可以看出,它的功能非常类似于现行电路交换传送系统间的交换/长途,C4交换机用软交换系统和一组中继关的组合体所取代。中继关自身是由软交换技术利用主/被叫协议控制,这个协议就是与来自某个具有指定源/目的的RTP/UDP/IP流的电路交换机的一个指定时隙相关的MGCP/IPDC协议。

软交换技术作为呼叫处理的组成部分,其标识要被用来终结该呼叫的有可能的出口关,并利用这个信息来命令中继关执行所指定的功能,亦即软交换技术能够通过选择一个小代价的路由来完成每次呼叫,以使所选择的出口关接近目的。于是,就完成了原有通过电路交换执行的呼叫操作功能。

接入关既可以终结ISDN的PRI,也可以终结来自企业PBX的CAS信令。这种接入关能够被软交换以基于分组协议的多种方式进行控制;对于基于H.323协议的关,软交换能够像一个H.323关那样动作;如果接入关隧道PRI(Q.931)或CAS信令返回到软交换,那么软交换还能够使用像MGCP/IPDC协议以更好的方式控制接入关。这也体现了软交换技术处理接入关的能力。

软交换技术通过SIP协议接到电缆络上,以支持企业的IPPBX及IP。它还能够通过TCP/IP协议接入SCP,也可通过TCP/SCCP协议接入到SS7络上,使无缝互连成为可能。

7 基于软交换的下一代络中需要继续关注的主要问题

虽然基于软交换的下一代络是一个比较完整的络解决方案,可以应用在各种通信领域,但由于其技术新,目前的解决方案大多处于实验阶段,尚未形成大规模应用,许多问题仍需要继续关注,如QOS、关、安全性、业务提供方式、与现有络的有机结合等问题。

1.QOS问题

对任何络来说,QOS的保证都是一个非常重要的问题。从根本上说,软交换本身并不能解决QOS问题,而是靠其承载络来保证服务质量的。承载络目前有两种方式:ATM和IP。对于ATM的承载络来说,其本身就有很强的QOS机制。但是,对于IP的承载络来说,如何解决好QOS问题。在基于软交换的下一代络中是一个非常关键的问题,因为从目前厂家的设备开发情况和络发展的总的趋势来看,以IP为承载络应该是大势所趋。

2.软交换络的管理

从软交换目前的实现情况来看,大部分都采用SNMP协议作为软交换系统的管协议,但SNMP管系统具有一定的局限性,SNMP管以静态管理方式为主,无法针对各种不同业务的需求变化进行综合管理。由于SNMP采用的是基于UDP的承载方式,因此不能很好的保证管信息的可靠传输。同时,基于软交换的下一代络提供的是实时业务,而要求管系统必须具有一定的QOS管理能力。但目前基于软交换的管系统处理这方面的能力比较差,还需进一步的改进、完善,才能满足用户对服务质量的要求

3.软交换涉及的协议尚需继续完善

软交换络的各个络接口之间采用开放的协议进行通讯。但是,目前不论是从协议的制定情况,还是各个厂家的开发情况来看,接口的标准化还不完善,大多数协议还处于扩充完善阶段。因此,离终的开放络还需要有一段时间。

综上所述,软交换虽然具有很大的发展潜力,但目前仍处于发展的起步阶段。以软交换为核心的通信系统将会提供业务开放能力,符合三合一的发展趋势,提供话音、数据、视频业务和多媒体融合业务,满足通信个性化、移动化和随时随地获取信息的发展目标。(作者:涩味)

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