（信号与信息处理专业论文）基于软交换的ngn组网研究与分析.pdf

密级 重庆邮电大学硕士学位论文 论文题目塞士塾塞筮鳢盥堡盥塑旦壁塞鱼佥盘 英文题目r e s e a r c ha n da n a l y s i so f n g nn e t w o r k b a s e do ns o f t s w i t c h 硕士研究生鲞金塾 指导教师堑盗童垫蕉 学科专业焦量墨焦! 垦丛堡 论文提交日期2 q q z ：! ! 论文答辩口期2 0 0 7 6 3 论文评阅人全查盛塾蕉重廛盘鲎 鱼壅鱼塾蕉重廛竖垫盘堂 答辩委员会主席全查盛塾撞重丛盘堂 2 0 0 6 年4 月2 6日 重庆邮电大学硕士论文 摘要 随着通信技术的迅速发展，用户对新业务的需求也在日益增加。现有 p s t n 网络面临着负荷不断增大、业务多样化的趋势，而这些多样化的新 业务是目前p s t n 网络难以提供的。为解决这个问题，基于软交换的下一 代网络n g n 应运而生，它采用一种分层、开放的网络架构提供语音、数 据、多媒体等业务；采用标准化协议体系支持设备的互联互通。通过优化 网络结构，不但实现了网络融合，更重要的是实现了业务融合，使得包交 换网络能够继承原有电路交换网中丰富的业务，还能够迅速提供原有网络 难以提供的新业务。 本论文介绍了n g n 发展、关键技术、n g n 的网络架构以及一些相关 的应用协议，从网络层面、业务层面分析了p s t n 网络现存的瓶颈问题， 开始了对以软交换为核心的n g n 试验网的研究。以贵州n g n 试验网为例， 分析了n g n 试验网的网络设计，验证软交换组网的可行性；研究分层体 系架构组网的灵活性，探讨了i p 承载网q o s 业务质量保证和网络安全问 题；研究n g n 网络与p s t n 网络的互通，探讨p s t n 向n g n 网络的演进 策略。以n g n 网络的结构和技术对现有网络进行演进策略的研究以及规 划，在实际设计和应用中为下一步n g n 的发展趋势寻求经验。最后，总 结了n g n 网络与p s t n 网络比较的优势，简单介绍了一些n g n 的增值业 务。 论文还给出了试验网的业务和网络设备性能测试，以证明这些技术和 措施的有效性、可行性和实用性。 关键词：下一代网络，软交换，公共电话交换网，协议 重庆邮电大学硕士论文 摘要 a b s t r a c t a l o n gw i t h t h ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yr a p i d l yd e v e l o p i n g ，n e w b u s i n e s su s e r so ft h ed e m a n di sa l s oi n c r e a s i n g e x i s t i n gp s t nf a c i n g i n c r e a s i n gl o a d ，d i v e r s i f i e db u s i n e s st r e n d s ，i ti sd i f f i c u l tf o rt h ep s t nn e tt o p r o v i d e d i v e r s i f i c a t i o na n dt h en e wb u s i n e s s t os o l v et h i sp r o b l e m ， s o , s w i t c h b a s e dn g ne m e r g e d ，i tu s e das t r a t i f i e d ，o p e nn e t w o r ks t r u c t u r e f o rt h ed e l i v e r yo fv o i c e ，d a t aa n dm u l t i m e d i ab u s i n e s s ；t h eu s eo f s t a n d a r d i z e d p r o t o c o ls y s t e ms u p p o r te q u i p m e n ti n t e r o p e r a b i l i t y b y o p t i m i z i n gn e t w o r ks t r u c t u r e ，n o to n l yt h ei n t e g r a t i o no ft h en e t w o r k ，t h e m o r ei m p o r t a n tt h i n gi st oa c h i e v eab u s i n e s si n t e g r a t i o n ，m a k ep a c k e t s w i t c h i n gn e t w o r kt oi n h e r i te x i s t i n gc i r c u i t s w i t c h e dn e t w o r kr i c hb u s i n e s s a l s o a b l et o q u i c k l yp r o v i d et h en e wb u s i n e s st h a tp s t nn e t i sh a r dt o p r o v i d e t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h en g nd e v e l o p m e n to fk e yt e c h n o l o g i e s ，n g n n e t w o r ka r c h i t e c t u r ea n dt h ea p p l i c a t i o no ft h er e l e v a n tp r o t o c o l ，f r o mt h e n e t w o r kl e v e l ，t h eo p e r a t i o n a ll e v e lo ft h ee x i s t i n gp s t nn e t w o r kt oa n a l y z e t h eb o t t l e n e c k s e m b a r ko nas o f t s w i t c hf o rt h ec o r en g nt r i a ln e t w o r ks t u d y g u i z h o un g nt r i a ln e t w o r ka sa ne x a m p l e ，t h ea n a l y s i so fn g nt r i a ln e t w o r k f o rt h ed e s i g n ，v a l i d a t i o ns o f t s w i t c hn e t w o r kf e a s i b i l i t y ；r e s e a r c hl a y e r e d n e t w o r ka r c h i t e c t u r ef l e x i b i l i t yt oe x p l o r et h ei pc a r r i e dn e t w o r kq u a l i t yo f s e r v i c e sa s s u r a n c ea n dn e t w o r ks e c u r i t y ；r e s e a r c ht h ei n t e r o p e r a b i l i t yo fn g n a n dp s t n ，d i s c u s s i o no nt h ep s t nt on g nn e t w o r ke v o l u t i o ns t r a t e g y b a s e d o nt h es t r u c t u r ea n dt e c h n o l o g yo fn g nt or e s e a r c ha n dp l a no nt h ee x i s t i n g n e t w o r ke v o l u t i o ns t r a t e g y ，n e t w o r ki nt h ea c t u a ld e s i g na n da p p l i c a t i o nf o r t h en e x ts t a g eo fd e v e l o p m e n tt r e n do fn o ns e e k i n ge x p e r i e n c e s f i n a l l y ， s u m m a r yt h ea d v a n t a g e sb yc o m p a r i n gn g n a n dp s t n ，i n t r o d u c e dt h en g n a n dt h ev a l u e a d d e db u s i n e s s p a p e r sa l s og i v e st e s t i n go ft h et r i a ln e t w o r kb u s i n e s sa n dn e t w o r k e q u i p m e n tp e r f o r m a n c e t o p r o v et h a tt h ee f f e c t i v e n e s s 、f e a s i b i l i t ya n d p r a c t i c a l i t yo ft h et e c h n o l o g ya n d m e a s u r e s k e yw o r d s ：n g n ，s o f t s w i t c h 。p s t n ，p r o t o c o i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废 邮电太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：弓辰铵石支 签字日期：知u 7 年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废邮电太堂有关保留、使用学位论 文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆邮电太堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：张金敏 导师签名： 扫即易 签字日期= 加哆 年石月石日 签字吼叩年月7 日 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 一百多年来电信网络体系经历了很多重要的演变：从模拟到数字是电 话网时代具有代表性的技术革命；因特网的崛起是其中又一个重要的星程 碑；移动通信业务的发展和迅速普及则进一步开拓了电信网技术和应用的 新领域。 当前网络主要的业务是话音业务，网络的特点及业务提供方式也非常 符合话音业务的需要。但是随着经济的飞速发展，传统的语音和电报业务 已不能满足人们的通信需求，特别是文件传送、计算机互联等数据业务。 虽然电路交换网能够提供保证带宽、确保低时延、低失真的实时通信服务 质量( q o s ) ，却无法实现网络的资源共享，一旦电路被建立，无论用户是 否处于通话状态，分配的电路始终被占用。另外，现有网络日益表现出其 不适应性：数据业务发展很快，但所占投资和消费带宽与收入不成比例； i p 收费模式对传统电话收费模式冲击，不断缩小电信网的盈利空间；移动 用户的增长与a r p u ( 平均每用户贡献的电信收入) 的下降同样很快，电 信业超高速发展和高利润时代难以再现，可以说电信网业务和技术目前都 走到了发展的十字路口，在此情况下电信界需要开发出适合人们需要的、 能刺激电信业发展的新业务与应用。此时，n g n 的出现无疑为电信界带来 了希望( 2 1 。 在上个世纪九十年代兴起的i p 网，以无连接的通信方式开创了通信史 上的新篇章。以软交换为核心的n g n 网，不但兼顾了目前电话网的现实， 又极力试图把电路交换的网络转变到分组交换的网络中去。以i p 为承载的 n g n 网络以开放的、分层的体系构架：业务与控制、接入与承载彼此分离； 支持标准的业务开发接口以便第三方独立于网络开发业务等特点来提供 语音、数据、多媒体等新业务，能够满足用户的个性化、移动化、智能化 的需求以及未来网络的拓展。但是i p 网无电信级的数据语音业务无法满足 用户需要，迫切需要一个融合语音和数据的网络，提供丰富多样的电信业 务，形成新的电信业务收入增长点。在这种情况下，我们的课题产生了。 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 2 课题研究内容及意义 目前电信业发展迅速，以互连网为代表的新技术革命正在深刻的改变 着传统电信的概念和体系。随着下一代网络概念的提出，各大运营商开始 着手进行下一代网络的试验，其目的是通过新的网络架构向用户提供灵 活、多样的现有业务和新业务，为用户提供个性化的服务。目前很多厂家 推出了软交换的解决方案，各运营商也在积极进行相关的试验，探索分组 网是否能够满足语音业务的需要，在此基础上是否能够开发推广多样化的 电信业务【3 】。 新一代的n g n 综合业务网络采用融合的技术，其最大的特点就是集话 音、数据、视频及多媒体业务于一身，并具备很好的开放性，能方便用户 扩展业务，它的出现完全改变了传统的单一业务网络的建设以及运营模 式，必将使得建网的成本大大降低并减少大量的重复投资 4 1 。 话音分组化是未来技术发展大势所趋。这种变革除了充分利用网络资 源，提高网络利用率之外，同时也便于与数据业务的融合，为跨网络的综 合业务提供实现基础，为网络间最终融合提供了可能。本课题研究贵阳规 划设计院组建n g n 网络，其意义是能够在这前沿技术上做一些可行性的 研究探索( 包括技术、设备成熟性、组网可实施性等) ，完成技术、人员 的储备工作，迎接未来的挑战。 本文主要从研究技术出发，熟练掌握n g n 组网原理、n g n 相关协议， 通过深入分析了解n g n 技术特点、优势与不足等；根据相关资料，分析 n g n 试验网建设的可行性；阅读贵阳n g n 试验网工程建设文件，研究组 网设备的相关性能，从而熟悉与掌握整个网络情况；根据测试数据与试验 情况、业务开通情况充分了解n g n 网络运行情况。 1 3 论文结构 本文共分六章，各章的内容安排如下： 第一章介绍了课题的研究背景、课题研究内容及意义； 第二章简单介绍了n g n 的发展，关键技术、特征以及国内外n g n 的 研究情况； 第三章从分层的角度介绍了n g n 的网络架构，n g n 相关的协议和标 准以及组建n g n 引进的一些主要设备； 第四章从网络层面和业务开展上分析了贵州现有p s t n 网络的瓶颈问 2 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 题；重点阐述了贵州电信n g n 试验网的建设目标和目的，贵阳n o n 试验 网的组网以及网络配置情况；简要介绍了n o n 试验网的增值业务。 第五章则是对n g n 试验网网络进行测试，从业务和设备性能上进行测 试来验证n g n 试验网组网的实用性和可行性。 第六章总结了本文所做的工作，并探讨了进一步的研究方向。 重庆邮电大学硕士论文第二章n g n 当前研究背景 第二章n g n 当前研究背景 2 1n g n 发展背景 2 1 1n g n 起源与发展 3 g p p 系统介绍中国电信界的p s t n 网络经历了相当长时间的运营，综 合通信能力明显增强，为电信界带来了巨大的收益。但是p s t n 设备运营 时间过长，设备老化，难以为用户提供高质量的服务；机型复杂无法提供 新业务【2 j 。随着通信网络的融合趋势，电话网、计算机网、有线电视网将 趋于融合，网络面临的压力越来越大，运营商必须提供越来越多的多媒体 业务才能吸引住用户，而这些新型的多样性业务是目前p s t n 网络难以提 供的。上世纪末，业界开始探讨网络如何演进的问题( 例如针对数据网的 下一代互联网，针对移动网的3 g 网络以及针对传送网的光网络) ，n g n ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) 的概念由此产生i ，j 。 广义上的下一代网络是一个广泛的概念，有十分丰富的内涵，从不同 的角度和层面可以看到不同的内容。从接入层面上看，下一代网络是宽带 的有线与无线接入网：从传送层面看，下一代网络是智能光网络；从交换 层面看，下一代网络是以m p l s 和i p v 6 为方向的有q o s 保障的分组路由 交换网：从网络控制层面看，下一代网络就是软交换；从移动通信的角度 看，下一代网络就是3 g ；从业务角度看，下一代网络就是集话音、数据 与多媒体业务于一身的智能化多业务平台1 6 。 狭义上，n g n 是一个基于分组网络，提供包括电信业务在内的多种业 务，能够利用多种带宽和具有服务质量( q o s ) 能力的传送技术，实现业 务功能和底层传送技术的分离；它提供用户对不同业务提供商的自由接 入，并支持通用移动性，实现用户对业务使用的一致性和统一性 7 1 【引。 2 1 2n g n 关键技术 n g n 需要得到许多新技术的支持，虽然i t u t 尚未做出一个清晰的规 定，但目前为大多数人所接受的n g n 相关技术是：采用软交换技术实现 4 重庆邮电大学硕士论文第二章n g n 当前研究背景 端到端业务的交换；采用i p 技术承载各种业务，实现三网融合：采用i p v 6 技术解决地址问题，提高网络整体吞吐量；采用m p l s ( 多协议标签交换) 实现l p 层和多种链路层协议( a t m f r 、p p p 、以太网、或s d h 、光波) 的结合；采用o t n ( 光传输网) 和光交换网络解决传输和高带宽交换问题； 采用宽带接入手段解决“最后一公里”的用户接入问题 9 1 1 0 l 。因此，可以 预见实现n g n 关键技术是软交换技术、高速路由、交换技术、大容量光 传送技术和宽带接入技术。其中软交换技术是n g n 的核心技术。 2 1 3n g n 特征 n g n 的特征是由满足或提供多媒体宽带网的一系列能力及属性确定 的，包括：全分组；宽带接入；多业务、具有服务质量保证机制的边缘网 络；核心光网络；开放的分布控制结构：控制逻辑与传送分离；开放平台 与开放的应用程序接口( a p i ) 实现智能或增强业务：w e b 技术用于网络 和业务管理，包括用户的“自我管理”等。另外由于分组网络与开放分布 系统的特点，以及灵活提供多媒体业务的需求，安全措施与q o s 机制对 n g n 也是必要的l “i 。 n g n 是可以提供包括语音、数据和多媒体等各种业务在内的综合开放 的网络构架，有以下三大特征【4 】： 首先，下一代网络体系采用开放的网络构架体系，其特点如下： 将传统交换机功能模块分离成独立的网络部件，各个部件可以按相应 的功能划分各自独立发展。 部件间的接口基于相应的标准协议。 部件化使得原有的电信网络逐步走向开放，运营商可以根据业务的需 要自由组合各部分的功能产品来组建网络。部件间协议接口的标准化可以 实现各种异构网的互通。 其次，下一代网络是业务驱动的网络，其功能特点是： 业务与呼叫控制分离，呼叫与承载分离。 分离的目标是使业务真正独立于网络，灵活有效的实现业务的提供。 用户可以自行配置和定义自己的业务特征，不必关心承载业务的网络形式 以及终端类型。使得业务和应用的提供有较大的灵活性。 最后，下一代网络是基于统一协议的基于分组的网络。 现有的信息网络，无论是电信网、计算机网和有线电视网不可能以其 中某一网络为基础平台来生长信息基础设施l l2 1 ，但近年来随着i p 的发展， 重庆邮电大学硕士论文第二章n g n 当前研究背景 才使人们真正认识到电信网络、计算机网络及有线电视网络将最终汇集到 统一的i p 网络，即人们通常所说的“三网”融合大趋势，i p 协议使得各 种以i p 为基础的业务都能在不同的网上实现互通人类首次具有了统一的 为三大网都能接受的通信协议，从技术上为国家信息基础设施奠定了最坚 实的基础【13 1 。 2 2 国内外n g n 技术研究情况 2 2 1 国外的研究情况 国际上研究n g n 的四个大的标准化组织主要是：i t u 、e t s i 、3 g p p 和i e t f 。除此之外还有美国的a t i s ，日本的n t t 及韩国等国家也在积极 开展n g n 方面的研究，下面分别就四大标准化组织对其研究的现状进行 简要介绍【埔j ： i t u t 2 0 0 3 年i t u t 开始了n g n2 0 0 4 p r o j e c t 的研究，2 0 0 4 年2 月份提出了 n g n 的定义，同时提出了相关的1 l 份草案，但没有特别实质性的内容。 2 0 0 4 年6 月份成立了n g nf o c u sg r o u p 组织，这是国际电联为了加速标准 化进程新成立的部门来专门对n g n 进行研究的。每两个月开一次会( 6 ，7 ， 9 ，1 l 2 0 0 4a n d3 ，4 ，6 ，8 ，1 1 2 0 0 5 ) ，这种频繁的会议加速了研究的进程。 n g n f o c u sg r o u p 应该说涵盖了目前对n g n 的研究范围的诸多领域：s r 、 f a m 、q o s 、c s c 、s e c 、e v o l 、f p b n 。目前进展比较多的是前三个方面， 其他组都有一些草案，但是没有一些实质性的内容。在2 0 0 5 年3 月份结 束的会议上对s c o p e 文件更加清晰了，对业务分类更明确h 3 1 【1 7 】。 e t s i e t s i 成立了t i s p a n ，专门研究n g n 的相关课题，分为业务、体系、 协议、号码与路由、服务质量、测试、安全和网络管理共8 个组，其主要 原则是希望能够尽量顺从i m s ，分成p a c k a g e l 0 、p a c k a g e l 1 、p a c k a g e l 2 、 p a c k a g e l 3 。 3 g p p 最新研究推出了i m s 这套体系架构，现在正被i t u t 广泛应用并得 到了不断的改进和完善，其他几个组织也在对此不断完善。i m s 初衷是向 移动用户提供多媒体的服务，目前3 g p p r e l e a s e 6 主要的核心实体是c s c f 6 重庆邮电大学硕士论文第二章n g n 当前研究背景 ( 电路交换控制功能) ，它有h s s ( 归属用户服务器) 等，g p p 是为了在 现有网络上能够附加一块多媒体的功能为移动终端提供多媒体的服务1 2 1 1 s l 。 i e t f 主要是s i p i p v 6 的一些相关内容。 a t i s 美国的标准化组织，目前也在研究n g n 。主要的工作仍然是接受i t u t 的成果，在美国进行应用。希望能够在固定和移动网络融合上有一些相关 的进展。美国一方面考虑给用户提供需求，同时考虑对传统网络进行替代， 另外也非常重视8 1 1 等相关的紧急服务，在它的很多标准中也是非常强调 的，包括国际电联，对国际紧急服务也是非常重视的，而且在不断地推进 1 9 11 2 0 1 。 2 2 2 国内n g n 标准研究状况 n g n 作为一个新的研究领域，n g n 的标准化在国内、国际都有一个过 程，尤其是n g n 的体系架构能够保证服务质量和安全可靠的承载网技术 是目前研究的重点，我国在n g n 的研究和标准化方面与世界标准化组织 的研究处于同步阶段，正在不断研究和制定我国的标准，并将以这些标准 提交到国际标准化组织，为国际标准化作出贡献【2 1 l 。n g n 标准的研究工 作主要在中国通信标准化协会( c c s a ) 内进行，在相关技术委员会如接 入网与传送网，网络与交换，i p 与多媒体及无线通信等的一些工作组中开 展有关研究1 3 。 接入网方面：主要是面向宽带的无线接入技术。目前正在对下述的 标准进行研究：第二代不对称数字用户线，a d s l 2 + 的技术，综合接入系 统的技术要求，甚高速数字用户线。 传送网方面：光传送网体系、设备功能的特性，自动交换光网络的 结构和要求，自动交换光网络设备技术要求。 软交换方面：网络总体组开展这方面的研究比较深入。网络总体的 技术要求，已经制定了相应的标准，设备规范、协议规范及业务规范，有 些完成了制订，有些正在制订之中。设备规范有些正在报批中。制订了基 于软交换的i p 电话媒体网关控制器技术要求、a t m 中继媒体网关、i p 中 继媒体网关、综合接入媒体网关技术要求、基于h 2 4 8 的媒体网关控制协 议技术要求的标准，其测试方法也已完成标准草案 2 2 1 。协议方面完成的标 7 重庆邮电大学硕士论文第二章n g n 当前研究背景 准主要是媒体网关m g c p 方面的技术要求、测试方法，还有承载无关的呼 叫控制规范等系列标准，另外还有控制传输协议、会话初始协议等。业务 系列方面的规范，主要是基于软交换的业务识别、业务技术要求，号码识 别类型的业务、呼叫前转业务、多方通话业务、点击拨号业务、视频多媒 体业务等等。软交换在移动方面也是有着很好的技术空间，在移动软交换 方面正在制订一系列的标准，如移动软交换服务器设备技术要求以及测试 方法、移动媒体网关设备规范和测试方法及接口方面【2 3 1 。所有上述标准内 容都是在中国标准化协会内经过广泛讨论和征求意见的。 i p 与多媒体方面：n g n 在众多的分组协议中首先考虑的是i p 协议， 这并不是因为理想，而是因为i p 已经无处不在了。n g n 将采用i p v 6 ，但 并不排斥i p v 4 。i t u 也在探讨引入友好的i p ，以改进q o s 。i p v 6 是目前各 界关心的焦点，同时也是n g n 的一部分，国家正在启动c n g i 的项目， 目的是组建一个全国范围内的i p v 6 示范网络，推动i p v 6 的产业化。i p v 6 相关技术标准的研究制定正在进行中，国内电信制造企业也根据标准开展 了i p v 6 路由器等通信产品的生产研制工作，目前己完成了i p v 6 相应的技 术标准，主要包括i p v 6 基本的协议，i p v 4 向i p v 6 演进方面的规定，双栈 的一些设备规范。现在生产的i p v 6 路由器已经很多了，在i p v 6 方面还要 加紧做一些更深层次的标准。 无线通信方面：3 g 作为n g n 的一部分，无线通信技术工作委员会 已经完成了9 8 项，分t d - - s c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、w c d m a 三类。这些 标准正在做最后的审查和修改阶段，即将报批。 可以看到，中国通信标准化协会在软交换，i p v 6 、接入、传送，3 g 等 方面对n g n 标准的研究制订取得了一些可喜的进展，这些标准的出台为 运营商做商用试验或者是做一些技术实验，为厂家提供相关的设备都起到 了很好的指导作用。 8 重庆邮电大学硕士论文第三章以软交换为核心的n g n 技术概述 第三章以软交换为核心的n g n 技术概述 3 1n g n 的网络架构 软交换作为n o n 的核心控制部件，其基本思想是将呼叫控制、交换功 能和业务提供分离，呼叫控制由软交换部件完成。软交换作为下一代网络 的核心控制功能实体，提供具有实时性要求业务的呼叫控制和连接控制功 能，完成协议处理、呼叫控制、端点的管理和控制，并作为系统的对外接 口完成和其他系统的互连功能【24 1 ，下一代网络的网络架构图如图3 1 所 示： 图3 1 下一代网络结构图 由图3 1 看出，从网络功能纵向分层的观点来看，根据不同的功能可 将n g n 网络分为四个功能层面：接入层、传送层、控制层、业务应用层。 3 1 1 接入层 接入层的主要作用是利用各种接入设备实现不同用户连接至网络，集 中用户业务并将它们传递至目的地，并实现不同信息格式之间的转换【3 】 重庆邮电大学硕士论文第三章以软交换为核心的n g n 技术概述 眵5 1 。接入层的设备都没有呼叫控制功能，它必须和控制层设备相配合，才 能完成所需要的操作。接入层的设备主要有以下几种： 信令网关( s i g n a l i n gg a t e w a y s g ) ：最基本的功能是提供窄带n o 7 信令网与分组网( 如基于i p 网) 之间的信令连接，通过与n o 7 信令网互 连，将窄带n o 7 信令转换为可以在分组网上传送的信令。在信令处理上， 其重点主要放在原有s s 7 中的m t p 3 及其以下协议如何适配成i p 信令上， 对涉及到具体业务的用户信令，信令网关不做处理，仅透传到软交换，由 软交换进行处理 2 6 1 。 媒体网关( m e d i ag a t e w a y m g ) ：是将一种网络中的媒体转换成适 合于在另一种网络中传输的媒体格式，其作用是负责各种用户或各种接入 网络的综合接入，是用户通过各种接入网接入核心媒体层的“接口网关”。 类别上可以分为中继网关( t r u n kg a t e w a y t g ) 和接入网关( a c c e s s g a t e w a y a g ) 。 综合接入设备( i n t e g r a t e da c c e s sd e v i c e i a d ) ：与接入网关相比， 综合接入设备是异构小型的接入层设备，在用户侧可以支持模拟电话z 接 口，以及以太网数据接口，实现用户的综合接入( 实现语音和数据业务) 。 3 1 2 传送层 传输平面负责n g n 网络的消息传输，这些消息可能是用于呼叫和媒体 建立的信令消息，也可能是媒体消息。该平面是由路由器，交换机集传输链 路组成骨干i p 网络，为n g n 网络上传送的分组数据提供选路和交换功能， 还提供q o s 机制和传输策略等2 7 】【2 引。 3 1 3 控制层 控制层是下一代网络的核心控制设备，该层中的设备功能利用来自传 输层的信令消息进行呼叫控制，通过控制接入层中的设备组件建立和释放 媒体连接i l ”。该层设备一般被称为软交换设备、软交换机或媒体网关控制 器( m g c ) 。 软交换设备在逻辑功能上主要分为两类：一类是只提供窄带话音业务 的窄带软交换设备，如控制a g 用户、i a d 用户、p s t n 用户的软交换设 备；另一类是提供宽带多媒体的宽带软交换设备，如控制s i p 用户的软交 换设备。 l o 重庆邮电大学硕士论文 第三章以软交换为核心的n g n 技术概述 3 1 4 业务应用层 在下一代网络中，业务与控制分离，业务部分单独组成应用层，其作 用就是利用各种设备为整个下一代网络体系提供业务能力上的支持。该层 上的设备与控制层上的设备通信以实现对基于业务执行逻辑的呼叫流进 行控制。主要设备包括【4j ： 应用服务器( a p p l i c a t i o ns e r v e r ) ：主要作用是向业务开发者提供开 放的应用程序开发接口( a p i ) 。 用户数据库：存储网络配置和用户数据。 s c p ：原有智能网的业务控制点。控制层的软交换设备可利用原有 智能网平台为用户提供智能业务。此时软交换设备需要具备s s p 功能【2 9 1 。 3 2 n g n 应用协议 基于i p 技术的下一代网络是一个复杂的融合体，包括p s t n i s d n 、 h 3 2 3 、a t m i p 等网络，软交换技术在这样一个异构网络中起着极为重要 的作用。网络互通是n g n 成功的必要条件，标准化协议体系是支持通信 设备互联互通、提高通信设施效率、保障通信网络服务质量的关键因素。 n g n 通信设备间互联互通过程中可能涉及的主要协议有：h 3 2 3 、 h 2 4 8 m e c a g o 、m g c p 、s i p s i p t 、s i g t r a n 、b i c c 等协议，下面就简 单介绍这些协议。 3 2 1h 3 2 3 h 3 2 3 协议是由国际电信联盟( i t u ) 制定的通信控制协议，用于在分组 交换网中提供多媒体业务，目标是为分组交换网上的多媒体通信系统提供 标准。h 3 2 3 协议属于i t u t 多媒体通信h 3 2 x 系列，提供基于分组网络 的语音、视频、数据和控制等协议，目前最新的h 3 2 3 版本是v 5 1 3 】【1 9 i 。 h 3 2 3 支持点对点通信及在m c u 支持下的点对多点通信。h 3 2 3 系统的组 成部件称为h 3 2 3 实体( e n t i t y ) ，它包括终端、网关、网守( g k ) 、多点 控制器( m c ) 、多点处理器( m p ) 、多点控制单元m c u ( m u l t i p o i n t c o n t r 0 1 ) 。 其中，终端、网关和m c u 统称为端点，端点可以发起呼叫也可以接受呼 叫，媒体信息流就在端点上生成或终结1 2 们。 重庆邮电大学硕士论文第三章 以软交换为核心的n g n 技术概述 h 3 2 3 协议的推出符合在开放式网络平台和应用平台上进行互连互通 的通信发展趋势。h 3 2 3 协议主要有以下6 个特点1 7 1 ： 编码标准统一：h 3 2 3 为音频和视频数据流的压缩和解压缩提供了统 一的标准，保证来自不同厂商的设备具备相同的支持。 采用协商机制：用户希望在与其他用户进行通信时无需考虑兼容性 问题。h 3 2 3 协议在保证接受这可以解压缩信息以外，还规范了接收端和 发送端之间在交换媒体流之前的控制过程，借以通告彼此的处理能力集， 进而协商媒体通信的方式。 网络独立性：h 3 2 3 基于底层网络结构之上。随着包括带宽管理技术 在内的各种网络技术的不断发展，基于h 3 2 3 的解决方案可以无需修改直 接利用这些增强的特性。 平台独立性：h 3 2 3 不依赖于任何硬件和操作系统，遵循h 3 2 3 的平 台可以是各种各样和大小的，包括个人电脑、专用平台、有i p 功能的电话、 有线电视的机顶盒等。 多点支持：h 3 2 3 中的多点控制单元提供了一个强大的灵活的结构， 可以支持三点和更多点的会议。 带宽管理：由于音频和视频通信传送的数据量大，不仅本身对网络带 宽的需求高，而且很容易引起网络拥塞。h 3 2 3 的带宽管理功能，可以限 制同时发生在网络中的h 3 2 3 连接数目和h 3 2 3 可使用的总带宽，从而保 证关键的通信不受影响。 h 3 2 3 最大的优点就是成熟性，保证了设备的稳定性和有助于实现不同 厂家设备的互操作，此外于p s t n i s d n 也具有较好的互通性。缺点是标 准过于复杂，产品过于昂贵，且不能与s s 7 集成，扩展性较弱【2 1 11 2 2 。 3 2 2m g c p 一媒体网关控制协议 在n g n 方案中，软交换对媒体网关的控制也可以采用m g c p 协议。 m g c p 是1 9 9 8 年1 1 月，由b e l l c o r e 和c i s c o 将简单网关控制协议( s g c p ) 和i p 设备控制协议( i p d c ) 进行融合，然后由i e t f 的m e g a c o 工作组制定 的，可以说是h 2 4 8 的先驱，二者非常相似。在软交换系统中，m g c p 也 是用于软交换和媒体网关或软交换与m g c p 终端之间，软交换通过此协议 来控制媒体网关或m g c p 终端上的媒体控制流的连接、建立、释放1 6 】1 2 3 1 。 重庆邮电大学硕士论文第三章以软交换为核心的n g n 技术概述 3 2 3h 2 4 8 m e c a g o 协议 在n g n 中，软交换对媒体网关的控制遵从h 2 4 8 m e c a g o 协议。 h 2 4 8 m e g a c o 是在m g c p 协议( r f c 2 7 0 5 定义) 的基础上，结合其它媒 体网关控制协议特点发展而成的一种协议，用于下一代网络中媒体处理和 信令控制分离后所产生的媒体网关控制器和媒体网关之间的控制接口。其 主要功能是建立一个良好的业务承载连接模型，将呼叫和承载连接进行分 离，通过对各种业务网关：t g ( 中继网关) ，a o ( 接入网关) ，r g ( 注册网关) 等的管理，实现分组网络和p s t n 网络的业务互通。h 2 4 8 协议是在m g c p 协议的基础上，结合其它媒体网关控制协议特点发展而成的一种协议j 2 4 1 。它提供控制媒体的建立、修改和释放机制，同时也可携带某些随路呼 叫信令，支持传统网络终端的呼叫。该协议在构建开放的和多网融合的下 一代网络中将发挥着重要作用。就以在下一代网络中的位置而言，m g c p 和h 2 4 8 协议都处于相同的层面，都是用于媒体网关控制器和媒体网关之 间，功能上具有很多重叠性。尽管m g c p 协议具有实现简单等特点，但是 m g c p 协议描述能力不足，互通性和所支持的业务能力有限，限制了其在 大型网关上的应用1 2 1 3 11 6 。与m g c p 相比，h 2 4 8 协议对传输协议提供了 更多的选择，并且提供更多的应用层支持，管理也更为简单，更能适应下 一代网络对于多媒体业务、高可靠性和可维护性等方面的需求。从长远来 看，h 2 4 8 协议取代m g c p 将是一个必然的趋势【2 5 】。 3 2 4s i p s i p t 一会话起始协议 s i p 在n g n 中，软交换和s i p 服务器通过支持s i p 协议来对s i p 终端进行 管理和业务提供。s i p 终端可以享受v o i p 业务或是其它一些多媒体业务。 s i p 起始会话协议( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 是i e t f 提出的在i p 网上进行 多媒体通信的应用层协议1 2 “。利用s i p 可实现会话的发起、建立和释放， 并支持单播、组播和移动性，此外，s i p 还可以与s d p 会话描述协议配合 ( 将s d p 作为s i p 的消息体) ，动态调整和修改会话属性，如通话带宽、传 输媒体类型及媒体的编解码格式。协议设计的思想和h t t p 等i n t e r n e t 常 用协议一致，基于文木，语法简单，易于扩展【2 0 1 2 6 1 。尤其是协议采用u r l ( 统一资源定位符) 地址机制，可以十分方便地嵌入网页，能与w e b 应用 重庆邮电大学硕士论文 第三章以软交换为核心的n g n 技术概述 天然地融合，有利于i p 电话和网上业务地结合。s i p 以其简单灵活的技术 优势正受到业界越来越多的重视。 s i p 的基本功能包括：用户定位；用户能力交换：会话建立，用户可用 性判定；呼叫处理( 呼叫建立，呼叫终结处理，呼叫中处理) 2 1 1 。 s i p t 电话应用的s i p 协议( s i p t ) 并不是一个新的协议，而只是补充定义了 如何使用s i p 协议传送电话的网络信令，特别是i s u p 信令的机制。其用 途是支持p s t n i s d n 与i p 网络的互通，在软交换系统之间的网络接口中 使用。目前i e t f 已有正式标准，可以参见r f c 3 3 7 2 。目前i p 电话网络的 主要应用环境是p s t n i p p s t n ，即i p 中继应用1 1 2 】【27 1 。对于i s d n 呼叫 来说，主叫侧和被叫侧常需要通过信令交换信息，以支持终端兼容性检测 或补充业务，有时还要求利用7 号信令在主被叫之间透明传送信息。这就 要求i s u p 信令在通过i p 网络时保持消息的完整性。s i p t 采取的方法就 是将i s u p 消息完整地封装在s i p 消息体中。按照定义，s i p 消息体允许采 用扩展多用途电子函件( m i m u ) 的格式封装多段内容，其中一段必然是s d p 描述，另一段就可以是i s u p 消息，根据需要还可以封装其它的信息1 36 1 。 当边缘软交换系统通过信令网关收到i s u p 消息时，经过消息分析将相 关参数映射为s i p 消息的对应头部域，同时将整个消息封装到s i p 消息体 中1 3 3 。到达对端边缘软交换系统后，再将其拆封转送至被叫侧i s d n 。 虽然，s i p t 只对i p 中继应用有意义，但是由于发端软交换系统并不 知道接受方是i s d n 还是i p 终端，因此即使对于电话p c 类型通信，也有 必要采取s i p t 协议。当然，i p 终端发出的消息必然是一般的s i p 协议消 息。s i p - t 还定义了内容处理协商机制，即可以将封装的i s u p 信令消息规 定为必要或任选内容。如果为任选内容，接受方无法处理就丢弃：如果为 必要内容，接受方无法处理时，该呼叫就失败。 3 2 5s i g t r a n s t g t r a n 的标准制定工作主要由i e t f 负责。在9 0 年代末，i e t f 成 立了s i g t r a n 工作组来解决分组形式的电话信令在i p 网络上传输的问 题，确定电话信令的功能和性能要求，实现在i p 网络节点之间传输如i s u p 、 t u p 和d s s l 之类的信令1 3 4 】。 s i g t r a n 是在i p 网络中传递电路交换网s c n 中信令协议的堆栈，它 支持的标准原语接口不需要对现有的s c n 信令应用进行任何修改，从而保 1 4 重庆邮电大学硕士论文第