软交换技术标准研究进展

软交换技术标准研究进展

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。本文主要介绍了软交换体系结构、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，是一种终端软件，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执行环境，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—支持多媒体业务部分；

　　·媒体网关技术规范—支持移动业务部分；

　　·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

　　软交换应支持本地认证功能，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，要求软交换支持存储主叫号码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，软交换应支持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持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，可选支持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

　　软交换应能支持通过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，运营商可以根据实际情况灵活设置。

　　在此体系下软交换层面为逻辑网状网结构，与传统的电话网不同，局向、长途、本地等概念均弱化，网络中任何一个软交换设备均可直接定位对端软交换，不存在呼叫信令的逐跳转发，而是通过集中设置的位置服务器提供路由服务，位置服务器可以按照网络容量设置层次，以解决大规模组网问题。

　　由于位置服务器并不是软交换网络体系定义的标准实体，而是为了解决软交换网络大规模组网问题提出的一个功能实体，其功能和特性还没有得到业界的一致认可，并且软交换与位置服务器以及位置服务器之间的通信规程，业界尚没有统一标准，厂家的实现方式也各异，包括TRIP、LDAP等。

　　从路由信息的获取方式来看，位置服务器的路由信息可静态配置也可动态生成，静态配置类似现有H.323 VoIP电话网络的网守路由方式，即在网守中保存号码和网关地址的对应关系。而动态路由中讨论较多的技术为TRIP，TRIP由IETF提出，为策略驱动的动态路由协议，属于一种域间定位和路由协议。基于TRIP实现的路由考虑了许多附加信息，如支持的协议、容量、服务质量等信息。

　　（2）分层软交换结构方式

　　如图4所示，在这种方式下，端局软交换之间采用汇接软交换来互连，软交换之间采用静态路由配置。

　　在分层软交换结构的模式下，软交换的层次数量取决于实际网络的容量和建设规模，运营商可以根据实际情况灵活设置。此种路由体系借鉴了现有电话网的分层思想，将软交换划分为不同层次，即软交换层面不为逻辑网状网结构，而是增加了互连软交换。互连软交换负责不同域的软交换网络之间的互通，如省间路由或者不同运营商的软交换网络之间的路由，当互连软交换的路由数据过于庞大时，可将互连软交换分成多级，如省级互连、大区级互连或者国家级互连。

　　此种体系下互连软交换中的路由信息是静态配置的，通常只需配置下一跳的软交换即可，对于不同运营商网络之间的互联，则可配置到对方的网司互连软交换，并不需要了解其内部结构。

　　分层软交换路由体系和位置服务器方案均可解决大规模组网时的呼叫路由问题，其中分层软交换路由体系，实现技术成熟，并且通过互连软交换可保持各个区域软交换网络的简单及易于扩展的特点，同时互连软交换层作为一个简单的层面，提供到外部网络的网关功能，避免了太多的互联点出现，并可保证内部网络结构和信息的安全，但是由于信令需要逐跳转发，中间经过的每个互连软交换均需要对呼叫信令进行处理，从而带来了较大的呼叫时延。

　　在位置服务器方案下，呼叫信令无需转接，直接在起始和目的软交换之间传递，但目前技术不太成熟，位置服务器与软交换之间以及软交换之间的通信规程尚无标准，并且此结构下长途，

　　本地概念受到弱化，对现有的运营和管理模式有较大影响。对于静态路由和动态路由，静态路由简单、高效、可靠，但数据需要手动更新，而且只能支持简单的路由策略；动态路由相对比较灵活、方便，但设备实现复杂。

　　由于网络的发展并非一蹴而就，不同运营商可以根据自己的网络状况选择不同的路由方案，例如在网络建设初期，可采用软交换全互连的平面结构，随着网络规模扩大，采用一层位置服务器提供路由服务，在后期，可采用分层的位置服务器为全网提供路由服务。

　　4.2　NAT穿透问题

　　在软交换网络中，将引入大量的IP智能终端和综合接入设备(IAD)，由于每个终端均需占用一个IP地址，如果大面积应用，必然会面临IP叫地址匮乏问题。在尚末实施IPv6地址分配方案之前，解决此间题的方法之一就是分配私有IP地址，并通过NAT进行公私有地址之间的转换。

　　目前，业界对NAT穿透问题非常关注，也提出了各种解决方案，主要包括ALG(application level gateway)、STUN(simple traversal of UDP through NAT)、MIDCOM等，这些解决方案各有其应用场合。到底采用哪种方式需要从以下角度进行综合考虑：①升级要求：哪些网络元素需要做升级；②网络业务量：应用这种解决方案后，是否会引入新的网络开销；③语音质量：此解决方案是否影响语音质量，增加时延或丢包率?④运营商的投资：运营商是否需要做大量投资?⑤企业投资：如果面向企业客户，企业是否需要做大量投资?⑥确定性：此解决方案是否只能在特定环境下生效，是否可以支持各种应用方案，是否可以穿越各种NAT；⑦扩展性：此方案是否支持大规模应用。目前我国正在制订相应的NAT穿透标准。

5　全网QoS问题

　　软交换网络的业务实时性要求很高，因此对网络的Qos提出了很高的要求，能否保证Qos是软交换网络能否成为未来统一平台的关键，这很大程度上取决于软交换网络所基于的分组承载网络，但也需要从网管方面实施相应的QoS控制策略。因此需要有一个全网的QoS解决方案。

　　全网的QoS解决方案基本思路是在全网布置一定数量的策略服务器，策略服务器通过和控制会话的软交换以及和负责媒体接入控制和转发的边缘路由器进行交互，来保证全网的业务是在一个可控的和可管理的方式下进行。

　　有关软交换网络的QoS目前正在研究之中。

6　结语

　　目前软交换从信令系统到体系结构都还需要逐步完善，API相关产品仍在探索之中，但积极试验和发展软交换已成为目前电信界的重大战略性趋势。