軟交換技術組網應注意的問題與分析(轉)

軟交換技術組網應注意的問題與分析(轉)[@more@]

　　本文首先分析了軟交換技術的產生原因，然後對軟交換技術做了簡要介紹，並針對目前軟交換裝置所能夠提供的業務，提出了軟交換網的應用，最後，對採用軟交換技術組網中應注意的問題進行了分析。

　　關鍵詞 軟交換 TG SG AG IAD IP

　　軟交換技術產生的背景

　　人類的通訊包括話音、資料、影片與音訊組合的多媒體三大內容。一直以來，上述三類通訊業務均是分別由不同的通訊網來承載和疏通。電話網承載和疏通語音業務、資料網承載和疏通資料業務，多媒體網承載和疏通多媒體業務。

　　隨著社會資訊化程度的進一步加深，通訊已經成為人們生活和工作中不可缺少的工具，人們對通訊要求也不再僅僅是基本的語音通訊業務和簡單的WWW瀏覽和收發E-mail，人們需要的是能夠隨時、隨地、靈活地獲取所需要的資訊。因此要求電信運營商能夠靈活地為使用者提供豐富的電信業務，而基於由不同通訊網路提供不同業務的運營模式難以滿足使用者“靈活地獲取所需要的資訊”的需求，只有構建一個"全業務網路——即能夠同時承載和疏通語音、資料、多媒體業務的網路”才能滿足使用者日益增長的對通訊業務的需求。

　　電話網的歷史最為悠久，其核心是電話交換機，電話交換機經歷了磁石式、共用電池式、步進位制、縱橫制、程控制5個發展階段，其差別在於交換機的實現方式發生了改變。程控制電話交換機的出現是一個歷史性的變革，它採用了先進的體系結構，其功能可以分為呼叫業務接入、路由選擇(交換)和呼叫業務控制3部分，其中的交換和呼叫業務控制功能均主要是透過程式軟體來實現。但其採用的資源獨佔的電路交換方式，以及為通訊的雙方提供的對等的雙向64kbit/s固定頻寬通道不適於承載突發資料量大、上下行資料流量差異大的資料業務。

　　資料網的種類繁多，根據其採用的廣域網協議不同，可將其分為DDN、X.25、幀中繼和IP網，由於IP網具有協議簡單、終端裝置價格低廉、以及基於IP協議的WWW業務的開展，基於IP協議的Internet呈爆炸式發展，一度成為了資料網的代名詞。IP網要求使用者終端將使用者資料資訊均封裝在IP包中，IP網的核心裝置——路由器僅是完成“盡力而為”的IP包轉發的簡單工作，它採用資源共享的包交換方式，根據業務量需要動態地佔用上下行傳輸通道，因此IP網實際上僅是一個資料傳送網，其本身並不提供任何高層業務控制功能，若在IP網上開放語音業務，必須額外增加電話業務的控制裝置。值得一提的是，IP網中傳送的IP包能夠承載任何使用者資料資訊，為實現語音、資料、多媒體流等多種資訊在一個承載網中傳送創造了條件。

　　可見，電話網和資料網均存在一定的先天缺陷、無法透過簡單地改造而成為一個“全業務網”，因此，為了能夠實現在同一個網路上同時提供語音、資料以及多媒體業務，即通訊業務的融合，產生了軟交換(softswitch)技術。

　　軟交換技術介紹

　　1. 軟交換網路的總體結構

　　軟交換技術採用了電話交換機的先進體系結構，並採用IP網中的IP包來承載話音、資料以及多媒體流等多種資訊。

　　一部程控電話交換機可以劃分為業務接入、路由選擇(交換)和業務控制3個功能模組，各功能模組透過交換機的內部交換網路連線成一個整體。軟交換技術是將上述3個功能模組獨立出來，分別由不同的物理實體實現，同時進行了一定的功能擴充套件，並透過統一的IP網路將各物理實體連線起來，構成了軟交換網路。

　　電話交換機的業務接入功能模組對應於軟交換網路的邊緣接入層；路由選擇(交換)功能模組對應於軟交換網路的控制層；業務控制模組對應於軟交換網路的業務應用層；IP網路構成了軟交換網的核心傳送層。

　　2. 邊緣接入層

　　軟交換技術將電話交換機的業務接入模組獨立成為一個物理實體，稱為媒體閘道器(MG)，MG功能是採用各種手段將各種使用者及業務接入到軟交換網路中，MG完成資料格式和協議的轉換，將接入的所有媒體資訊流均轉換為採用IP協議的資料包在軟交換網路中傳送。

　　根據MG接入的使用者及業務不同，MG可以細分為以下幾類。

　　中繼媒體閘道器(TG)：用於完成與PSTN/PLMN電話交換機的中繼連線，將電話交換機PCM中繼中的64kbit/s的語音訊號轉換為IP包。

　　信令閘道器(SG)：用於完成與PSTN/PLMN電話交換機的信令連線，將電話交換機採用的基於TDM電路的七號信令資訊轉換為IP包。

　　TG和SG共同完成了軟交換網與採用TDMA電路交換的PSTN/PLMN電話網的連線，將PSTN/PLMN網中的普通電話使用者及其業務接入到了軟交換網中。接入閘道器(AG)：提供模擬使用者線介面，用於直接將普通電話使用者接入到軟交換網中，可為使用者提供PSTN提供的所有業務，如電話業務、撥號上網業務等，它直接將使用者資料及使用者線信令封裝在IP包中。

　　綜合接入裝置(IAD，Integrated Access Device)：一類IAD同時提供模擬使用者線和乙太網介面，分別用於普通電話機的接入和計算機裝置的接入，適用於分別利用電話機使用電話業務、利用計算機使用資料業務的使用者；另一類IAD僅提供乙太網介面，用於計算機裝置的接入，適用於利用計算機同時使用電話業務和資料業務的使用者，此時需在使用者計算機裝置中安裝專用的“軟電話軟體”。

　　多媒體業務閘道器(MSAG，Media Servers Access Gateway)：用於完成各種多媒體資料來源的資訊，將影片與音訊混合的多媒體流適配為IP包。 H.323閘道器：用於連線採用H.323協議的IP電話網閘道器。

　　無線接入媒體閘道器(WAG，Wireless Access Gateway)：用於將無線接入使用者連線至軟交換網。

　　可見，AG、TG和SG共同完成了電話交換機的業務接入功能模組的功能，實現了普通PSTN/PLMN電話使用者的語音業務的接入，並將語音資訊適配為適合在軟交換網內傳送的IP包。同時軟交換技術還對業務接入功能進行了擴充套件，體現在IAD、MSAG、H.323 GW、WAG等幾類媒體閘道器。透過各類MG，軟交換網實現了將PSTN/PLMN使用者、H.323 IP電話網使用者、普通有線電話使用者、無線接入使用者的語音、資料、多媒體業務的綜合接入。

　　3. 控制層

　　軟交換技術將電話交換機的交換模組獨立成為一個物理實體，稱為軟交換機(SS)，SS的主要功能是完成對邊緣接入層中的所有媒體閘道器的業務控制及媒體閘道器之間通訊的控制，具體功能如下。

　　(1) 根據業務應用層相關伺服器中登記的使用者屬性，確定使用者的業務使用許可權，以確定是否接受使用者發起的業務請求。

　　(2) 對邊緣接入層的各種媒體閘道器的資源進行控制，控制各個媒體閘道器資源的使用，並掌握各個媒體閘道器的資源佔用情況，以確定是否有足夠的網路通訊資源以滿足使用者所申請的業務要求。

　　(3) 完成呼叫的路由選擇功能，根據使用者發起業務請求的相關資訊，確定哪些媒體閘道器之間應建立通訊連線關係，並通知這些媒體閘道器之間建立通訊連線關係並進行通訊，以及在通訊過程中所採用的資訊壓縮編碼方式、是否啟用回聲抑制等功能。

　　(4) 對媒體閘道器之間的通訊連線狀態進行監視和控制，在使用者業務使用完成後，指示相應的媒體閘道器之間斷開通訊連線關係。

　　(5) 計費。由於軟交換機只是控制業務的接續，而使用者之間的資料流是不經過軟交換機的，因此軟交換機只能實現按接續時長計費，而無法實現按資訊量計費。若要求軟交換機具備按資訊量計費的功能，則要求媒體閘道器具備針對每使用者的每次使用業務的資訊量進行統計的功能，並能夠將統計結果傳送給軟交換機。

　　(6) 與H.323網的關守(GK)互動路由等訊息，以實現軟交換網與H.323 IP電話網的互通。

　　4. 業務應用層

　　軟交換技術將電話交換機的業務控制模組獨立成為一個物理實體，稱為應用伺服器(AS)，AS的主要功能是完成業務的實現，具體功能如下。 (1) 儲存使用者的簽約資訊，確定使用者對業務的使用許可權，一般採用專用的使用者資料庫伺服器+AAA伺服器或智慧網SCP來實現。

　　(2) 採用專用的應用伺服器和智慧網SCP(要求軟交換機具備SSP功能)來實現YDN 065-1997《郵電部電話交換裝置總技術規範書》中定義的基本電話業務及其補充服務功能，以及智慧網能夠提供的電話卡、被叫付費等智慧網業務。

　　(3) 採用專用的單個應用伺服器或多個應用伺服器實現融合語音、資料以及多媒體的業務，靈活地為使用者提供各種增值業務和特色業務。

　　(4) 軟交換網控制層中的軟交換機之間是不分級的，當網路中每增加一個軟交換機時，其它所有軟交換機必須增加相應的局資料；而這對於網路運營來說，將是極為麻煩的，其解決辦法是在業務應用層中設定策略伺服器來為軟交換機提供路由資訊。當然，策略伺服器的設定方案將直接影響軟交換網路的安全可靠性。

　　5. 核心傳送層

　　核心傳送層實際上就是軟交換網的承載網路，其作用和功能就是將邊緣接入層中的各種媒體閘道器、控制層中的軟交換機、業務應用層中的各種伺服器平臺等各個軟交換網網元連線起來。

　　鑑於IP網能夠同時承載語音、資料、影片等多種媒體資訊，同時具有協議簡單、終端裝置對協議的支援性好且價格低廉的優勢，因此軟交換網選擇了IP網作為承載網路。

　　軟交換網中各網元之間均是將各種控制資訊和業務資料資訊封裝在IP資料包中，透過核心傳送層的IP網進行通訊。

　　6. 軟交換網中的協議及標準

　　軟交換網路中同層網元之間、不同層的網元之間均是透過軟交換技術定義的標準協議進行通訊的。國際上從事軟交換相關標準制定的組織主要是IETF和ITU-T。它們分別從計算機界和電信界的立場出發，對軟交換網協議作出了貢獻。

　　6.1 媒體閘道器與軟交換機之間的協議

　　除SG外的各媒體閘道器與軟交換機之間的協議有MGCP協議和MEGACO/H.248協議兩種。

　　MGCP協議是在MEGACO/H.248之前的一個版本，它的靈活性和擴充套件性比不上MEGACO/H.248，同時在對多運營商的支援方面也不如MEGACO/H.248協議。

　　MEGACO/H.248實際上是同一個協議的名字，由IETF和ITU聯合開發，IETF稱為MEGACO，ITU-T稱為H.248。MEGACO/H.248稱為媒體閘道器控制協議，它具有協議簡單，功能強大，且擴充套件性很好的特點。

　　SG與軟交換機之間採用SIGTRAN協議，SIGTRAN的低層採用SCTP協議，為七號信令在TCP/IP網上傳送提供可靠的連線；高層分為M2PA、M2UA、M3UA。由於M3UA具有較大的靈活性，因此目前應用較為廣泛。SIGTRAN/SCTP協議的根本功能在於將PSTN中基於TDM的七號信令透過SG以IP網作為承載透傳至軟交換機，由軟交換機完成對七號信令的處理。

　　6.2 軟交換機之間的協議

　　當需要由不同的軟交換機控制的媒體閘道器進行通訊時，相關的軟交換機之間需要通訊，軟交換機與軟交換機之間的協議有BICC協議和SIP-T協議兩種。

　　BICC協議是ITU-T推薦的標準協議，它主要是將原七號信令中的ISUP協議進行封裝，對多媒體資料業務的支援存在一定不足。SIP-T是IETF推薦的標準協議，它主要是對原SIP協議進行擴充套件，屬於一種應用層協議，採用Client-Serve結構，對多媒體資料業務的支援較好、便於增加新業務，同時SIP-T具有簡單靈活、易於實現、擴充套件性好的特點。目前BICC和SIP協議在國際上均有較多的應用。

　　6.3 軟交換機與應用伺服器之間的協議

　　軟交換機與Radius伺服器之間透過標準的Radius協議通訊。軟交換機與智慧網SCP之間透過標準的智慧網應用層協議(INAP、CAP)通訊。一般情況下，軟交換機與應用伺服器之間透過廠家內部協議進行通訊。為了實現軟交換網業務與軟交換裝置廠商的分離，即軟交換網業務的開放不依賴於軟交換裝置供應商，允許第三方基於應用伺服器獨立開發軟交換網業務應用軟體，因此，定義了軟交換機與應用伺服器之間的開放的Parlay介面。

　　6.4 媒體閘道器之間的協議

　　除SG外，各媒體閘道器之間透過資料傳送協議傳送使用者之間的語音、資料、影片等各種資訊流。

　　軟交換技術採用RTP(Real-time Transport Protocol)作為各媒體閘道器之間的通訊協議。RTP協議是IETF提出的適用於一般多媒體通訊的通用技術，目前，基於H.323和基於SIP的兩大IP電話系統均是採用RTP作為IP電話閘道器之間的通訊協議。

　　6.5 小結

　　MGCP、MEGACO/H.248、SIGTRAN、BICC、STP-T、Parlay協議傳送的均是控制類資訊，不包含任何使用者之間的有用通訊資訊。RTP傳送的是使用者之間的有用通訊資訊。同時，媒體閘道器與連線的非軟交換網裝置之間需採用相應的協議通訊。值得一提的是，軟交換網與H.323網互通，H.323 GW與H.323網的IP電話閘道器採用RTP通訊，同時軟交換機需與H.323網的GateKeeper之間採用H.323協議通訊。

　　軟交換技術的應用

　　1. 目前的軟交換裝置對業務的支援情況

　　目前，許多電話交換裝置供應商和資料裝置供應商均推出了自己的軟交換裝置，國內廠商包括中興、華為和大唐；國外廠商包括阿爾卡特、北方電訊、西門子、朗訊、Cisco、Sonus、UT斯達康等公司。各廠商提供的軟交換裝置均遵從軟交換技術的總體架構，只是在具體實現方式上存在著一些差異。

　　軟交換技術的產生是為了構件一個“全業務網”，即在同一個網上實現語音、資料、多媒體影片流業務的融合；並且為了實現這個目的，將呼叫控制和業務功能在功能實體上進行了分離。但目前各廠家提供的軟交換系統在業務提供上與上述目標還存在一定的差距，還需要經歷一個不斷髮展和完善的過程。

　　目前，語音業務仍舊在通訊業務中佔據主導地位，也是各電信運營商盈利的主要來源，軟交換網實現多業務的融合，應首先能夠提供至少與PSTN相同的語音業務。因此，各裝置廠商也將對語音業務的支援列為首要任務。

　　語音業務可以分為語音轉接業務和語音直接接入業務。

　　軟交換網的虛擬中繼業務提供語音轉接業務，實際上就是利用軟交換網轉接PSTN端局之間的語音業務，而軟交換網本身不直接接入語音終端使用者，此時軟交換網的功能類似於PSTN中的匯接局或長途局的功能。提供虛擬中繼業務，軟交換網中必須配置TG、SG和軟交換機裝置，若僅提供與PSTN相同的語音轉接業務，則不需要單獨的應用伺服器，此時呼叫控制和業務的實現均是由軟交換機負責完成。目前各軟交換裝置供應商提供的系統均已經能夠提供虛擬中繼業務。

　　語音直接接入業務，要求軟交換網具備PSTN本地端局的功能，在我國資訊產業部2001年5月25日釋出的《電話交換裝置總技術規範》以及補充件中規定了PSTN交換機應具備的各項功能，目前各軟交換裝置廠家均是利用軟交換機來實現上述功能，而未採用專用的應用伺服器。對於使用者資訊和儲存和鑑權認證也是由軟交換機來實現，也支援由專用的應用伺服器或智慧網SCP來實現，因此，從某種意義上說，目前各廠商提供的軟交換系統對於基本語音業務仍未採用“呼叫控制與業務應用的分離”的概念。同時，軟交換網中為直接接入使用者還必須配置AG和/或IAD裝置；與PSTN相連，則還需配置TG和SG裝置。目前各軟交換裝置供應商提供的系統均已經能夠提供基本的語音直接接入業務，但不同廠商提供的系統對於《電話交換裝置總技術規範》以及補充件中規定了PSTN交換機應具備的各項功能的支援情況仍各不相同。同時，對於PSTN智慧網實現的各種語音增值業務，各廠家提供的軟交換系統也是透過智慧網方式來實現的，此時，軟交換機具備SSP功能，觸發智慧網業務，訪問智慧網的SCP。　　近年來資料業務的增長較快，但業務應用主要集中在WWW瀏覽、E-mail、下載、網路遊戲、網路影片流媒體線上觀看、網上購物、ICQ及網上聊天等業務。軟交換裝置供應商推出了一些資料與語音相融合的業務，例舉如下。

　　上網呼叫等待業務：使用者透過電話線撥號上網，當有電話呼入時，使用者可以在PC介面上得到電話呼入的提示，並可選擇接聽、拒絕、前轉來電。

　　點選撥號業務：透過點選Web頁面上的Tel或Fax的號碼，發起電話呼叫。

　　Web 800業務：透過點選Web頁面上的800號碼，透過PC發起電話呼叫，話費由被叫承擔。

　　短訊息業務：透過PC傳送、接收短訊息至移動手機。

　　個人資料庫業務：使用者可以將自己的包括電話號碼、E-Mail地址在內的通訊錄、單日或多日的個人日程安排表等重要私人資訊存放在系統為使用者分配的專用資料儲存裝置中，並可隨時呼叫檢視和編輯修改，以備紙製檔案或手機的遺失。

　　唯一資訊業務：系統為使用者分配專用的儲存資源，使用者的固定電話和手機電話留言、E-mail收件、網上購物定單等所有接收資訊均儲存在使用者的統一信箱中，使用者可透過PC機訪問自己的統一信箱而獲得所有與自己相關的資訊。

　　呼叫跟隨業務：實際上是對電話業務中的呼叫前轉業務的擴充套件，允許使用者設定多個被叫號碼，來電在不同的時段轉接至不同的被叫號碼，且在同一時段，來電順序接至不同的被叫號碼。

　　網路交流中增加語音交流的業務：目前在Internet上進行網路遊戲、網路聊天時，使用者之間的交流只能基於PC文字的方式，此業務提供了PC-PC的語音交流功能。

　　其它還有會議等多方語音、資料通訊業務等。

　　以上列舉了一些目前軟交換裝置供應商透過增加應用伺服器，已經能夠支援的一些主要業務，當然不同廠商對上述業務的支援情況、實現方式、業務功能不盡相同。

　　2. 軟交換網可行的應用

　　從上述業務中可以看出，目前軟交換網路提供的業務仍主要是在語音業務方面，且提供的增值業務功能也很有限，其中部分業務功能利用智慧網一樣能夠實現，目前，軟交換裝置供應商、運營商尚無法提供真正吸引使用者的“Kill”級的、軟交換網特有的業務。軟交換網業務的發展和完善仍需要裝置供應商、運營商、內容服務提供商的努力，仍有一段漫長的路要走。

　　根據軟交換技術的特點、裝置的成熟性，以下提出一些目前軟交換網可行的應用。

　　2.1 長途語音業務

　　目前，大部分軟交換裝置供應商均已經能夠提供成熟的虛擬中繼業務，來轉接PSTN語音業務。

　　對於擁有龐大的、完善的IP網路，但無PSTN的電信運營商來說，採用軟交換網路提供長途語音業務是一種較好的選擇，由於軟交換網是採用IP網作為承載，因此，可以節省TDM傳輸電路建設的投資。建設軟交換網的TG、SG和軟交換機，並完成與PSTN連線，同時選擇合適的使用者鑑權方式即可開放業務。

　　對於擁有一個已經將自己各地分支機構透過IP網連線起來的跨地域的企業來說，採用軟交換網將各分支機構的電話機連線起來，即TG、SG與各分支機構的PABX連線起來，或者透過AG、IAD直接連線各電話機，並建設軟交換機即可使用內部網路疏通長途電話業務，節省數目可觀的電話費。

　　2.2 本地語音接入業務

　　對於擁有龐大的、完善的本地IP網路，但無本地PSTN端局的電信運營商來說，採用軟交換網路接入使用者也是一種較好的選擇，本地PSTN端局的覆蓋範圍有限，且使用者線布放的工程實施難度較大，因此，可以在使用者端設定IAD裝置，利用已有的小區寬頻IP網路連線至軟交換IP網路，完成各個IAD與軟交換機、其它媒體閘道器裝置的連線，即實現了本地電話機的接入，同時為了保證本地接入的電話能夠與其它運營商的PSTN通訊，還需完成軟交換網與PSTN的連線。

　　同時，對接入的本地使用者還可以靈活、多樣地為使用者開放軟交換業務，並隨著軟交換業務的發展不斷豐富完善。

　　2.3 移動3G網路

　　無論是WCDMA還是CDMA2000，其發展目標均是在核心網路實現語音和資料業務的統一承載和交換，軟交換技術無疑將是一種較好的選擇。在3G網路中，原MSC將裂變為MSC-GW和MSC-SERVER，MSC-GW完成媒體閘道器的功能，MSC-SERVER完成軟交換機的功能，IP網路作為3G網路的統一語音、資料媒體流的承載網路，實現各種業務資料流的融合。

　　3. 軟交換網路建設中應注意的問題

　　3.1 安全問題

　　安全問題包括網路安全和使用者資料安全兩個方面。

　　網路安全是指軟交換網路本身的安全，即保證軟交換網路中的媒體閘道器、軟交換機、應用伺服器裝置不會受到非法攻擊。由於軟交換技術選擇了IP網作為承載網，IP協議的簡單和通用為網路駭客提供了便利條件。當軟交換選擇了開放的(與Internet相連的)IP網作為承載網時，網路安全問題尤其突出，必須在IP網上採用合適的安全策略，以保證軟交換網的網路安全。

　　使用者資料安全是指使用者的簽約資訊和通訊資訊的安全，即不會被非法的第三方竊取和監聽。首先，軟交換網需採用必需的安全認證策略保證使用者簽約資訊的安全，同時，無論是使用者的簽約資訊還是使用者的通訊資訊的安全均需要IP網的安全策略作為保證。

　　3.2 QoS服務質量保證

　　目前各軟交換裝置供應商均聲稱所提供軟交換系統支援對QoS服務質量的保證，即軟交換機能夠根據語音、資料、影片的業務特性為使用者所申請使用的業務分配特定的網路資源，以保證QoS。但軟交換網的業務是承載在IP網上的，基於“best effort”服務策略的IP網難以很好地貫徹軟交換機的QoS策略，因此，為保證軟交換網的業務服務質量，必須要求軟交換的IP承載網支援“Diff serv”等必要的服務質量保證策略。

　　3.3 IP地址

　　軟交換技術選擇了IP網作為軟交換網的承載網，因此，軟交換網中的各網元裝置均需要裝置IP地址；若軟交換網僅提供虛擬中繼業務，則不需為使用者分配使用者IP地址，若軟交換網提供本地直接接入使用者的業務，則需要為每一個使用者均分配一個使用者IP地址。

　　目前的IP地址有IPv4和IPv6兩種標準，IPv4推出較早，是目前廣泛採用的標準，但目前剩餘的IP地址數量已經極為有限。為了解決IPv4地址資源緊張的問題，產生了IPv6，IPv6對IP地址資源進行了擴充套件，IP地址資源已經不再成為限制。但IPv4和IPv6在同一網路中不能並存，必須在網路中進行轉換和包封，IPv4和IPv6的大規模混合組網尚無經驗可循。

　　IPv4將IP地址劃分為公有IP地址和私有IP地址兩大類，同時IP網路裝置支援動態IP地址和靜態IP地址的分配使用方式，公有地址和私有地址的選用既要考慮網路訪問效率因素，又要綜合考慮網路安全因素；動態地址和靜態地址的選用既要考慮擁有的地址資源、地址使用效率，又要考慮對開放業務的影響。

　　3.4 小結

　　如上所述，目前軟交換網路能夠提供的極具吸引力的業務還很有限，還需要裝置供應商、運營商、內容服務提供商以及使用者需求的各方努力，軟交換網的建設應結合軟交換技術的特點和自身的業務需求，避免盲目建設。

　　同時，軟交換網的建設還需要關注IP承載網的建設情況，只有構建在一個安全、完善的IP網上的軟交換網才具有生命力。