软交换技术标准研究进展

zjol

石友康

　　摘　要　下一代网络（NGN)包含了正在发生的网络构建方式的多种变革。软交换是目前各国电信部门的研究热点，也将是电信网络的发展趋势，一些国家正在开展试验，我国有关部门和运营商也已开展了软交换试验。本文主要先容了软交换体系结构、软交换的标准进展、软交换的主要功能以及需要关注的几个问题等。

　　关键词　下一代网络　软交换　网络地址转换　服务质量

1　软交换网络体系结构

　　软交换网络的主要思想是业务、控制、传送与接入相分离，各实体间通过标准的协议进行连接和通信，整个网络分为四个层面：业务应用与支撑层、控制层、传送层和接入层。软交换网络体系结构如图1所示。软交换位于网络的控制层，提供各种业务的呼叫控制、连接以及部分业务。信令网关(SG)是用于连接No.7信令网与IP网的设备，主要完成PSTN/SDN的七号信令与IP网侧信令的转换功能。在软交换网络的接入层，中继媒体网关（AG)作为电路交换网和IP分组网之间的网关，提供媒体映射和代码转换功能；综合接入媒体网关(AG)用于连接用户终端和V5接入网设备；综合接入设备(IAD)将用户的语音、数据及视频等应用接入到分组交换网络中，在分组交换网络中完成相应的功能；无线接入网关(WAG)完成移动用户的接入。用户智能终端作为软交换网络中的用户终端设备，具有局域网接口，直接接入软交换设备，完成用户的接入、语音编解码和媒体流的传送。软终端作为软交换网络中新型的用户终端，是一种终端App，运行于用户的PC机上或其它具有类似功能的设备上，接入软交换设备，配合其它PC外设（耳机、麦克风、摄像头等），完成用户的接入、语音编解码和媒体流的传送。




　　在软交换网络的业务应用与支撑层面，应用服务器提供业务实行环境，负责为接入软交换网络的用户提供增值的智能业务和各种个性化的业务，广义的应用服务器包括传统的智能网SCP(业务控制点)、SIP(会话起始协议)应用服务器和通过Parlay网关接入的第三方应用服务器；媒体服务器是软交换网络中提供专用媒体资源功能的独立设备，在软交换或应用服务器的控制下，提供各种业务所需的媒体资源，包括DTMF信号的采集与解码、信号音的产生与发送、录音通知的发送、会议、不同编解码算法间的转换等各种资源功能以及通信和管理维护功能；网络管理系统提供所有软交换框架体系下设备的网络管理功能；计费和账务系统提供软交换框架体系下所有终端用户开户、业务的计费处理、账单生成与用户交互；策略服务器通过COPS(common open policy service)协议与软交换系统的各个组件进行通信实施策略管理，根据业务需求以及特性分配标签、控制接纳等，能够为不同业务流保证QoS，满足用户日益个性化的业务需求；位置服务器记录所有软交换网络用户的用户信息，包括用户位置、属性等，供软交换网络中的其它设备如软交换、应用服务器等查询；IADMS(综合接入设备管理系统)作为网管系统与综合接入设备之间的代理，为软交换网络中大量的IAD设备提供网管功能。

　　下面对图1中给出的软交换网络中各部件的协议接口具体描述如下：

　　Ss接口：软交换与软交换之间的互通协议接口，为SIP或BICC协议。

　　Sa接口：软交换和信令网关(SG)之间信令传输承载接口，信令的传输承载协议为SCTP，不同的组网模式下可分别采用M3UA、M2PA、M2UA和IUA等。

　　Sb接口：软交换与媒体网关（TG/AG/WMG）之间的控制信令接口，为H.248或MGCP协议。

　　Sc接口：软交换与综合接入设备（IAD）之间的控制信令接口，为H.248或MGCP协议，推荐使用H.248协议。

　　Sd接口：软交换与智能终端、SoftPhone终端之间的控制信令接口，分别为SIP或H.323、H.248、MGCP协议。

　　Se接口：软交换与策略服务器(policy server)之间的接口，具体协议待研究。

　　Sf接口：软交换与位置服务器(location server)之间的接口，可以为LDAP(lightweightdirectory access protocol)、TRIP(IP网络上传送电话选路协议)等，具体待研究。

　　Sg接口：软交换与媒体服务器之间的接口，为MGCP或H.248协议。

　　Sh接口：软交换与应用服务器之间的接口，为INAP、SIP协议或Parlay API接口。

　　Si接口：软交换与计费和账务系统之间的接口，为XML接口。

　　Na接口：网管系统与IADMS之间的管理接口，为XML接口。

　　Nb接口：IADMS与软交换网络终端之间的管理接口，为SNMP协议。

　　Nc接口：网管系统与软交换网络设备之间的管理接口，为SNMP协议。

2　我国软交换体系标准的研究情况

　　软交换网络的研究是目前的热点，为了配合软交换网络在我国的逐步建设，中国通信标准化协会各技术工作委员会密切跟踪国际上软交换标准的发展进程，研究制订我国软交换的相关标准，井积累了大量资料和经验，取得了一定成绩，为我国软交换网络的建设、网络的演进、设备的开发、研制相引进做好充分准备。

　　2.1　软交换组网总体技术方面

　　已开始研究软交换网络框架体系，内容包括确定软交换网络的体系模型、软交换组网技术、业务模型、软交换网络性能和QoS、综合网管、软交换网络的编址、网络互通和业务互通、软交换网络安全要求等。

　　2.2　组网设备方面

　　己经完成以下设备规范的制订：

　　·软交换设备总体技术要求以及修订版；

　　·移动软交换设备技术规范；

　　·软交换设备测试规范；

　　·媒体网关技术规范—ATM中继媒体网关；

　　·媒体网关技术规范—IP中继媒体网关；

　　·媒体网关技术规范—综合接入媒体网关；

　　·媒体网关技术规范—支撑多媒体业务部分；

　　·媒体网关技术规范—支撑移动业务部分；

　　·媒体网关测试规范—ATM中继媒体网关；

　　·媒体网关测试规范—IP中继媒体网关；

　　·媒体网关测试规范—综合接入媒体网关；

　　·媒体网关控制器技术规范；

　　·信令网关设备技术规范；

　　·信令网关设备测试规范；

　　·基于软交换的应用服务器技术规范；

　　·基于软交换的媒体服务器技术规范；

　　·基于软交换的综合接入设备(IAD)技术规范；

　　·基于软交换的综合接入设备(IAD)测试规范。

　　目前正在进行以下设备规范的制订：

　　·IP智能终端技术规范和测试规范；

　　·基于软交换的位置服务器测试规范；

　　·基于软交换的应用服务器测试规范；

　　·媒体网孝控制摆测试规范等。

　　2.3　组网协议方面

　　已经完成以下协议标准的制订：

　　·基于H.248的媒体网关控制协议技术规范；

　　·与承载无关的呼叫控制(BICC)协议技术规范；

　　·流控制传送协议(SCTP)技术规范；

　　·消息传递部分(MTP)第三级用户适配层（W3UA）协议技术规范；

　　·消息传递部分(MTP第二级用户适配层（M2UA）协议技术规范；

　　·媒体网关控制协议(MGCP)技术规范；

　　·SIP与H.323协议互通技术要求；

　　·Parlay协议技术要求；

　　·消息传递部分(MTP)第二级对等适配层(M2PA)协议技术规范；

　　·ISDN用户适配层协议(IUA)技术规范；

　　·V5用户适配层协议(V5UA)技术规范。

　　目前正在进行以下协议标准的制订：

　　·IP网络DIAMETER协议技术规范；

　　·IP网络上传送电话选路协议(TRIP)技术规范；

　　·基于会话起始协议(SIP)的呼叫控制技术规范；

　　·基于H.248的媒体网关控制协议技术规范(修订)；

　　·Parlay X Web服务器技术要求；

　　·SIP协议穿越NAT技术要求；

　　·MGCP协议穿越NAT技术要求；

　　·H.323协议穿越NAT技术要求；

　　·H.248协议穿越NAT技术要求等。

　　2.4　网络管理方面

　　目前正在进行以下标准的制订：

　　·综合接入设备管理系统(IADMS)技术要求；

　　·基于软交换的综合网络管理系统(NMS)技术要求等。

　　2.5　业务方面

　　目前正在进行以下标准的制订：

　　·基于软交换的业务体系技术要求；

　　·基于软交换的业务系列规范：号码显示类业务技术规范；

　　·基于软交换的业务系列规范：呼叫前转类业务技术规范；

　　·基于软交换的业务系列规范：多方通话类业务技术规范；

　　·基于软交换的业务系列规范：点击拨号类业务技术规范；

　　·基于软交换的业务系列规范：视频多媒体业务技术规范等。

3　软交换系统的功能要求

　　软交换主要完成以下功能：

　　（1） 呼叫控制和处理功能

　　它为基本业务，多媒体业务呼叫的建立、维持和释放提供控制功能，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等。

　　（2）协议功能

　　软交换是一个开放的、多协议的实体，因此必须采用标准协议与各种媒体网关、终端和网络进行通信，这些协议可以包括：H.248、SCTP、ISUP、TUP、INAP、H.323、RA-DIUS、SNMP、SIP、M2UA、M3UA、MGCP、BICC、ISDN、DSSl、V5.2、IUA、V5UA、DIAMETER等。

　　（3）业务提供功能

　　软交换应能够提供语音业务、移动业务、多媒体业务，包括基本业务和补充业务；可以与现有智能网配合提供现有智能网的业务；可以与第三方合作，提供多种增值业务和智能业务。

　　（4）互通功能

　　软交换通过信令网关实现分组网与现有No.7信令网的互通，通过信令网关与现有智能网互通，采用H.323协议实现与现有H.323体系的IP电话网的互通，采用SIP协议实现与SIP网络体系的互通，采用SIP或BICC协议与其他软交换设备互通互连，提供IP网内H.248终端、SIP终端、H.323终端和MGCP终端之间的互通。

　　（5）资源管理功能

　　软交换应提供资源管理功能，对系统中的各种资源进行集中的管理，如资源的分配、释放和控制，资源状态的检测，资源使用情况统计，设置资源的使用门限等。软交换可以根据业务类型或用户业务等级属性来控制相应的媒体流带宽分配，控制媒体服务器上的各种媒体资源，为智能终端/媒体网关设备提供到所需媒体资源的承载连接，如播放录音、通知、语音信箱等。

　　（6）计费功能

　　软交换应具有采集详细话单及复式计次功能，并能够按照运营商的需求将话单传送到相应的计费中心。当使用记账卡等业务时，软交换应具备实时断线的功能。

　　（7）认证与授权功能

　　软交换应支撑本地认证功能，可以对所管辖区域内的用户、媒体网关进行认证与授权，以防止非法用户/设备的接入。软交换应能够与认证中心连接，并可以将所管辖区域内的用户、媒体网关信息送往认证中心进行认证与授权，以防止非法用户/设备的接入。

　　（8）地址解析功能

　　软交换设备应可以完成E.164地址至IP地址、别名地址至IP地址的转换功能，同时也可完成重定向的功能。对于号码分析和存储功能，要求软交换支撑存储主叫号码20位、被叫号码24位，并能扩充到28位号码的能力，具有分析10位号码然后选取路由的能力，具有在任意位置增、删号码的能力。软交换设备具有处理同一地区不等位长度号码的能力。考虑到软交换初期的使用，建议软交换具有配置多区号的能力。对多区号业务能力，软交换应支撑对不同区号的用户间有相对独立的业务属性，在主叫号码显示时应能支撑显示不同的区号等功能。

　　（9）语音处理功能

　　软交换应可以控制媒体网关是否采用语音压缩，并提供可以选择的语音压缩算法，算法应至少包括G.729、G.723.1，可选支撑G.726。软交换应可以控制媒体网关是否采用回声抵消技术，并可对语音包缓存区的大小进行设置。

　　（10）过负荷控制能力

　　软交换应能在系统或网络过负荷时，具有对负荷控制的能力，例如限制某些方向的呼叫，或自动逐级限制普通用户的呼出等。

　　（11）与数据/多媒体业务相关的功能

　　软交换应能支撑通过H.323协议与H.323系统互通，并能完成SIP协议与H.323协议的转换；应能够透明传输终端与服务器、终端与终端间的所有信息，包括文本与语音等；应可以控制媒体资源来提供对网络终端的媒体业务，包括网络录音通知、双方音频和视频的呼叫、会议呼叫等；应负责控制语音码型变换、混合、有效负荷处理，并协商针对不同媒体类型的底层控制机制。

　　（12）利用黑白名单进行呼出过滤功能

　　软交换应该具有黑白名单的功能，能够根据主叫用户号码或入中继标识码，禁止/允许某些主叫用户或从某一入中继的来话对一些目的码的呼叫。

　　（13）呼叫鉴权功能

　　软交换应能够对域内用户和其他运营商网络来的呼叫进行鉴权，判断用户是否有权限使用本网络的业务。

　　（14）呼叫拦截功能

　　软交换应能够根据用户属性和用户所拨号码对不允许的呼叫给予拦截并送相应的录音通知。

4　需要关注的几个问题

　　4.1　软交换组网技术问题

　　传统电信网经过长期的运营积累，在网络组织方面已经具有相当成熟的经验；而基于软交换的网络组织目前国内外尚无成熟的经验，是采用基于软交换的全平面结构，还是分区域选路结构，以及编址方案等在技术和实践方面都有待进一步的探索。

　　4.1.1　平面路由结构

　　如图2所示，在这种方式下，路由功能在软交换内实现，每个软交换都维护着全网所有用户的路由信息，软交换之间为逻辑网状网结构，通过一次地址解析就可以定位到被叫软交换。




　　4.1.2　分层路由结构

　　（1）分层位置服务器方式

　　如图3所示，在这种方式下，路由信息放置在位置服务器上，位置服务器之可形成分层结构，软交换可以配置一个或多个位置服务器，软交换向位置服务器发送地址解析请求，地址解析在位置服务器上完成。位置服务器之间应实现路由信息的共享和互通，软交换和位置服务器之间应实现路由信息的获取。在分层位置服务器结构的模式下，位置服务器的层次数量取决于实际网络的容量和建设规模，运营商可以根据