（控制理论与控制工程专业论文）基于软交换的企业voip业务系统研究与实现.pdf

摘要 基于软交换的企业v 0 ip 业务系统研究与实现 摘要 基于控制与媒体分离思想的软交换是下一代分组网的核心设 备，它彻底改变了传统基于电路程控交换机方式业务维护困难，新 业务开发周期长，成本高的局面。更重要的是，软交换体系引入了 应用服务器，采用业务a pi 接口，这种方式大大增强了基于软交换 的网络业务提供与管理能力。目前，软交换的应用主要集中在传统 长途i p 电话的替代上，软交换的企业级业务应用及其特有的基于业 务a pl 的增值业务机制是当前的研究热点之一。 论文工作首先展开对软交换业务系统整体架构的分析研究，提 出了以现有软交换增值业务系统架构为蓝本的整合了业务控制层的 软交换业务系统分层框架新模型。在此模型基础上，论文给出了基 本v 0 l p 业务流程。在增值业务部分，论文对基于p a ri a ya p l 技术 的软交换v o i p 增值业务机制做了较为深入的分析研究。 论文的另一个工作重点是在前文业务机制研究的基础上进行软 交换业务系统控制层a a a 子系统的分析、设计和实现。在此部分中， 论文对现有a a a 协议进行了比较分析，并确定以r a d iu s 协议为基础 进行系统开发。论文完成了a a a 系统整体设计和各模块的详细设计 工作，并在w i n d o w s 2 0 0 0s e r v e r 平台上采用v is u a ic + + 6 0 开发环 境对系统进行了编程实现。 关键词：软交换v o i pp a ra y 应用编程接口计费业务能力特征 r a d i u s 协议 a b s t r a c t t h es t u d ya n dr e a l i z a t i o n0 f s o f t s w i t c h - b a s e de n t e r p r i s e - s c a l e dv o i p s e r v l c es y s t e m a b s t r a c t s o f l s w i t c h ，w h i c hi sb a s e do ft h ei d e ao fs e p a r a t i n gc o n f i g u r a t i o nb e t w e e n c o n t r o la n dm e d i a ，i so n eo ft h ec o r ee q u i p m e n to fn g n ( n e x tg e n e r a t i o n n e t w o r k ) i t se m e r g ep u ta n o t h e rc o m p l e x i o no nt h et r a d i t i o n a l s e r v i c e p r o v i d i n gm o d e ，w h i c hi sb a s e do ft h ec i r c u i ts w i t c hm o d ea n dh a sal o to f l i m i t a t i o n ss u c ha si n c o n v e n i e n tm a i n t a i n ，l o n gd e v e l o p i n gc y c l ea n dh e a v y c o s to fn e ws e r v i c e s f u r t h e r m o r e ，a s ( a p p l i c a t i o ns e r v e r ) a n ds e r v i c ea p i s a r ej o i n e dt ot h es o f t s w i t c hc o n f i g u r a t i o n ，w h i c h g r e a t l y e n h a n c e st h e p r o v i d i n g a n dm a n a g i n g c a p a b i l i t y o fn g n s ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k s e r v i c e ) a tp r e s e n t ，t h eu t i l i z a t i o no fs o f t s w i t c hi sm a i n l yi nl o n g - d i s t a n c ei p t e l e p h o n e ，t h ea p p l i c a t i o n o fs o f t s w i t c hi n e n t e r p r i s e s c a l ea n dt h e v a l u e a d d e ds e r v i c e sb a s e da p i si so n eo ft h es t u d yf o c u si nt h i sf i e l d f i r s t l y ，t h ep a p e r m a k e sa n a n a l y s i s a n d s t u d y o nt h e p r e s e n t s o f t s w i t c h b a s e ds e r v i c es y s t e m ，a n do nt h eb a s eo ft h ev a l u e a d d e ds e r v i c e c o n f i g u r a t i o n ，t h ep a p e rg i v e san e wa r r a n g e m e n to fs e r v i c es y s t e mw h i c h i n c l u d e st h es e r v i c ec o n t r 0 1l a y e r t h e n ，t h ep a p e rm a k e sad e e pi n s i d ei n t ot h e c r e a t i n ga n dm a n a g i n go ft h es o f f s w i t c h b a s e ds e r v i c e s ，a n dg i v e st h ef l o w c h a r to ft h es i m p l ev o i ps e r v i c ea n dp a r l a ya p i - b a s e dv o i pv a l u e a d d e d s e r v i c e s t h eo t h e re m p h a s i so ft h i sp a p e ri st h ea n a l y s i s ，d e s i g na n dr e a l i z a t i o no f t h ea a a s y s t e mw h i c hi ss i t u a t e di nt h ec o n t r o ll a y e ro ft h es e r v i c es y s t e m i n i i a b s t r a c t 1 。- 。 _ - 。_ _ _ _ 。_ _ - 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ 。 t h i sp a r t ，t h ep a p e rf i r s t l yg i v e saa n a l y s i sa n dc o m p a r i s o na m o n gt h ep r e s e n t a a a p r o t o c o l s ，a n dc h o s et h er a d i u sp r o t o c o la sab a s et od e v e l o pt h es y s t e m t h ep a p e rc o m p l e t e dt h em a i nw o r k s i n c l u d i n gt h ei n t e g r a t ed e s i g na n d s p e c i f i cm o d u l ed e s i g na n dt h ea a as y s t e mi sr e a l i z e di nu s eo fv i s u a lc + + 6 0d e v e l o p i n gp l a t f o r mo nt h ew i n d o w s2 0 0 0s e r v e r k e y w o r d s ：s o f t s w i t c h ；v o i p ；p a r l a ya p i ；c h a r g i n gs c f ；r a d i u sp r o t o c o l i i l 第1 章绪论 1 1 课题背景 第1 章绪论 1 1 1 软交换技术的兴起提供新的通信业务环境 i p 技术迅速发展，互联网的应用扩展对传统电信固定网业务的分流1 3 益增 加，传统电信网络将逐步成为分组骨干网的边缘部分。电信网络从承载单一业 务的独立网络向承载多种业务的统一的下一代网络n g n 的演进正成为不争的 事实【l l 。随着未来数据业务、多媒体业务主导地位的确立，整个电信网将朝着 全i p 分组交换网方向发展，而软交换就是这种演进的核心技术，其主要特征是 遵循业务、控制和承载分离的原则，为电信网提供一个不受话务传输模式( i p 或a t m 、电路或分组) 限制的业务环境。 1 1 2 企业级的软交换技术尚不成熟 软交换技术应用的切入点【2 】基本上是从长途汇接局开始，再进入端局和接 入，然后扩展到多媒体应用和3 g 网络。目前，国际与国内电信运营商的较成 熟并投入商用的大多是在汇接局一级实现的软交换技术，即c l a s s 4 的软交换， 主要用于取代传统四类交换机来提供长途i p 电话业务【3 】。c l a s s 5 特别是面向企 业应用的软交换技术尚无成熟的解决方案。 1 1 3 广阔的应用前景 现代化企业如银行、保险、铁道、石油、民航等在管理与业务上需要大量 语音、数据等信息的传输，这些企业已经通过租用电信专线建立了自己的内部 i n t r a n e t 网络，每年的专线租金不菲，但带宽一般没有得到充分利用。若采用软 交换技术在企业i n t r a n e t 上实现语音、传真、视频等多媒体数据传输和其他软 交换个性化业务，即可充分利用现有专线的带宽而节省一大笔通信费用，又能 提高企业的信息化水平和运作效率，因此具有十分广阔的商用前景。可以想见， 作为c l a s s 5 软交换技术高端应用的企业级软交换系统将是当前和未来各研发机 构研究的重点领域。 第1 章绪论 1 2 软交换技术概述 1 2 1 软交换是n g n s 的核心技术之一 软交换是面向下一代网络的不同于现有基于电路程控交换的网络交换技 术。我国信息产业部电信传输研究所对软交换的定义【4 】是：“软交换是网络演 进以及下一代分组网络的核心设备之一，它独立于传送网络，主要完成呼叫控 制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，同时可以向用户提 供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力。” 相较于传统电路交换机系统，软交换架构具有十分明显的优势【5 1 1 6 ，表1 - 1 对二者做了简单的对比。 表1 1 软交换与传统电路交换系统的对比 功能软交换传统的电路交换 交换的基本方式基于软件基于电路 体系结构模块化的，基于开放式结构专用的，封闭的 灵活性高低 集成第三方应用的能力容易 难 个性化服务能力 强很难 比同等配置的传统交换机 价格较贵 便宜4 0 从几百个连接平滑过渡到几百个干线容量形成 扩展性 上百万个连接上百万个连接 可以提供几百个用户的小 线路容量比较需要较大数量的用户 交换机 视频会议很高的质量可以提供 主要是语音，对其他 交换媒体类型语音数据视频，传真 媒体能力有限 n g n s 是“下一代网络业务( n e x t g e n e r a t i o n n e t w o r k s e r v i c e ) ”的缩写。标 志着新一代电信网络时代的n g n l 7 1 是以软交换技术为核心，能够提供语音、视 频、数据等多媒体综合业务，采用开放、标准体系结构，能够提供丰富业务的 下一代网络。 1 _ 2 2 软交换体系的分层结构和接口协议 软交换广义上是指基于软交换的网络架构，狭义上则特指软交换设备即软 第1 章绪论 交换机。本文除特别说明外皆用软交换的广义含义。下面对软交换的分层结构 和基于软交换的系统网元之间的接口协议做一简介。 1 软交换的的分层结构 根据国际软交换协会( i s c ) 的定义，软交换系统将网络划分为如图1 1 中 的四个层面【8 】，各层面的功能相对独立，层与层之间通过标准化协议接口进行 通信，从而使得整个系统具备开放性、高可靠性和高可用性。 业务平面 控制平面 传输平面 接入平面 l 堕! ! ! ! ! 型fa a a 服i 务器f 嚏塑! ! ! ! 塑叫 软交换设备 ( 本 r r or - r 1 1r 二 【s gt g 【 a g m a s g lw a g 图1 - 1 软交换系统的分层结构 f i g u r e l 一1c o n f i g u r a t i o no f t h es o f t s w i t c hs y s t e m 业务层包括提供各种应用及服务设备，如应用服务器、计费管理服务器和 网络管理系统等。软交换应用服务器由业务执行系统、业务生成环境、业务测 试环境和开放性a p i 接口等内容组成，整套系统具有良好的可伸缩性、可扩展 性。 控制层由软交换即媒体网关控制器( m g c ) 组成。m g c 主要实现信令处 理、媒体控制、协议适配、语音路由、业务代理计费信息( c d r ) 生成等功能。 软交换媒体网关控制器应具有对多协议的支持能力。无论接入端设备采用h 2 4 8 协议、h 3 2 3 协议、s i p 协议或m g c p 协议，都能自动适应并实现不同协议间 信令的相互转换。 媒体传输层负责提供各种信令和媒体流传输的通道，网络的核心传输网将 是i p 分组网络。 边缘接入层由各种接入网关及终端设备构成，这些设备实现多种网络及业 务向数据网的回归。 2 软交换的协议接口 第1 章绪论 作为n g n 的核心设备，软交换要与网络中很多功能实体进行交互。各网 元与软交换的交互采用标准的开发接口协议，这有利于网络各部件的独立发展。 软交换系统的主要接口协议如图1 2 所示。 图1 1 2 软交换系统的接口协议 f i g u r e l 一2i n t e r f a c ep r o t o c o l so f t h es o r s w i t c hs y s t e m 11 2 3 软交换的研究应用现状 1 国外研究与应用现状 目前，软交换研究的主要国际组织是i s c 标准化组织，即国际软交换协会 ( i n t e r n a t i o n a ls o f l s w i t c hc o n s o r t i u m ，i s c ) ，成立于1 9 9 9 年5 月，目前有近1 8 0 个成员，国际上大多数知名的电信设备制造商均为该协会成员。软交换论坛正 在研究如下的六大课题： 1 ) 业务应用：负责业务功能制定、协调以及a p i 标准的应用； 2 ) 网络参考结构：负责软交换网络功能架构的制定： 3 ) 设备控制：负责软交换间以及软交换与其他网络设备间控制协议的制 定、补充和增强，如m g c p 、m e g 陡c o 和设备的兼容性等； 4 1 网络管理：负责网络管理的结构和协议制定； 5 ) s i p ：负责s i p 协议在软交换网络中的应用和增强； 6 ) 无线：负责研究软交换在移动网络中的应用。 产品方面，国外主要电信设备制造商均密切关注软交换技术发展前沿，适 时推出自己的软交换产品。 第1 章绪论 德国西门子公司基于分组宽带电信网的下一代网络解决方案s u r p a s s 是 面向电信级运营级软交换产品，提供超过1 0 0 个国家的i s u p 适配接口；法国阿 尔卡特5 0 2 0 m g c 软交换设备具有强大的运营商级处理能力，可提供6 2 0 万 b h c a 的处理能力，支持多达4 0 万中继和1 0 0 万用户；北电网络开发软交换 c s 3 0 0 0 主要用于支持长途v o i p 业务，单节点处理能力为3 0 0 k 次b h c a ，处 理能力可以达到7 5 m 次b h c a 。 2 国内研究现状与应用现状 1 ) 软交换技术体系标准化现状 中国标准化协会网络与交换技术工作委员会以及无线与移动技术工作委员 会根据软交换技术的发展和运营商试验的需求，负责制定软交换主要要标准。 根据信息产业部电信研究院通信标准研究所所长刘多发表的文献【2 1 】，目前，我 国软交换体系相关协议标准主要的1 4 项协议规范大类中，4 项报批，1 0 项正在 制定。软交换业务设备技术规范已经完成，测试规范尚在制定之中。业务接口 协议中已完成p a r l a ya p i 的技术规范，正在制定p a r l a yxw e b 服务器技术要求 规范。 2 ) 国内研究现状 目前进行软交换研究的主要国内机构是北京邮电大学的网络与交换国家重 点实验室，该实验室承担了国家8 6 3 计划立项关于软交换系统在移动和多媒体 应用的研究。该实验室副主任杨放春教授是智能网技术领域权威，他和他的研 究生目前主要从事n g n 的业务技术研究。在文献【2 2 】【2 3 【2 4 】中他们探讨了软 交换应用服务器技术和相关业务a p i 框架和计费问题。 南京邮电大学的糜正琨教授主要从事软交换相关协议的研究，出版了他的 专著软交换技术与通信协议【2 5 l 。并在文献【2 6 】中探讨了基于s i p 协议呼叫 控制的软交换多媒体业务技术。 中国电信集团北京研究院的赵慧玲教授主要从事基于软交换多业务的城域 传送网络技术研究，其文献 2 7 】中的软交换网络架构中增加会议电视网关，用于 对非数字终端的多媒体业务支持。 四川联通的陈俊博士主持开发四川联通的大型软交换计费系统，其文献 2 8 】 提出了一套综合地域与时段条件参数的软交换业务计费模型。 第1 章绪论 3 ) 技术应用状况 软交换技术应用方面【2 9 】【3 0 】，国内主流电信设备制造商如u t 斯达康、中兴、 华为等，它们同样紧跟软交换技术发展潮流，纷纷推出自己的产品，这些产品 仍以面向运营商为主。如华为u - s y s t m n g n 解决方案，其核心软交换设备 s o f f x 3 0 0 0 具备呼叫控制、信令和协议处理以及基本业务提供的能力，该系统 可实现现有全部p s t n 业务，满配置1 8 框5 个机柜，支持2 0 0 万用户3 6 万中 继，整机处理能力1 6 mb h c a 。 3 ，j 、结 综合上面的论述，目前软交换相关的技术标准与规范还有部分在制定发展 之中，产品方面，国内外公司提供的基本上是运营商级产品。业务提供方面还 处于以替代传统交换机语音业务为主的阶段。 1 3 基于软交换的v o i p 1 3 1 基于软交换的v o i p 现有的v o i p 技术是以i p 电话网关和网守为核心实现的，特别是网关要实 现p s t n 、i p 间的呼叫建立与释放、信令协议转换、编码转换、呼叫控制管理、 语音媒体流传输等多种功能，结构复杂，设备可靠性要求高。 随着v o i p 用户规模的迅速扩大和业务形式的多样化的发展，现有架构的 v o i p 逐渐显现出网关功能过于集中，无法适应大规模通信；处理能力有限，在 大用户量通信时易造成网络拥塞，影响通话质量，甚至难以正常建立通信和业 务拓展能力差等诸多问题。 图l 一3 是基于软交换架构的v o i p 拓扑结构简图。图中软交换负责控制媒 体网关并接受信令网关传送的信令信息实现业务过程的接续与实现。软交换的 核心思想就是将网关中的控制部分和媒体处理部分分离开来，由独立的物理实 体来实现，从而减轻了功能过于集中的传统网关的负荷，实现了一种分层结构， 这种结构具有良好的业务和网络结构的可扩展性，克服了传统架构的不足，可 以方便开发形式多样的业务。 6 第1 章绪论 图1 - 3 基于软交换的v o i p 拓扑简图 f i g u r e l 一3t o p o l o g yo fs o f t s w i t c h - b a s e dv o i p 1 ，3 。2 企业级的定位 由1 1 3 节的内容可知，目前的软交换系统研究与应用主要针对大型运营商 级，其特点是容量大( 十万百万用户级) ；运维成本高，技术复杂；设备昂贵。 而同时目前软交换业务实现仍以替代传统p s t n 业务为主( 主要是长途i p 电话 业务) 。 本课题的研究则定位在软交换的企业级应用： 1 规模：由于是企业网级的规模比较小，用户量小，同时旨在企业网内部 使用，传输安全性设计要求不高。 2 协议：由于安全性要求不高而业务形式多样，可以不使用现有的 d i a m e t e r 等大规模协议，而根据现有协议做自定义扩展和缩减。 3 设备：由于系统处理能力要求远低于运营商要求，主要硬件设备可采用 一般的企业p c 或服务器即可胜任。 4 业务形式：软交换架构的业务特点就是引入应用服务器及其业务a p i 第1 章绪论 后丰富的业务提供。企业级应用无需考虑大量的用户、市场、结算等复 杂的业务开发因素，而集中于满足企业的信息化个性业务需求，从而真 正发挥软交换系统的优势。 1 3 3 与传统v o i p 业务系统相比面临的新问题 目前实现的v o i p 业务主要是汇接局实现的五类长途i p 电话应用【3 1 1 ，采用 专网实现，企业级v o i p 应用面临的主要问题有【3 2 1 ： 1 基于软交换的新架构面临组网模式，异构网互联等问题； 2 q o s 问题。现有v o l p 技术是通过专网或v p n 技术实现的，企业级应 用直接i n t r a n e t 上实现业务，对占用带宽较大的增值业务如何解决q o s 问题： 3 a a a 问题。传统v o i p 的a a a 逻辑简单，实现集中在网关。软交换 架构要求引入独立a a a 服务器，负责处理用户的a a a 过程。 4 增值业务问题。软交换架构引入应用服务器和a p i 技术，相关技术开 发新业务的模式还处在起步阶段，需要进一步深入研究。 1 4 本文的研究内容与意义 1 4 1 本文研究和设计的主要内容 本文主要针对软交换业务系统的业务机制和业务管理展开，主要研究与设 计内容包括如下几个方面： 1 软交换业务系统研究，提出系统的框架模型，明确各模型中设备的功能 定义： 2 基于软交换的v o i p 基本业务机制研究，给出业务实现流程； 3 基于软交换p a r l a y a p i 技术的v o i p 增值业务机制研究，包括增值业务 实现机制和业务计费管理机制的研究； 4 在前文业务机制研究的基础上，对软交换业务系统控制层a a a 子系统 做详细分析、设计并编程实现。 1 4 2 本文的研究意义和创新点 软交换技术下一代语音网络的核心技术，软交换架构的网络运营离不开业 第1 章绪论 务系统的支持，这直接关系到运营商的利益和客户的满意度。企业级应用是软 交换的高端应用，面临着业务实现的软交换网络新架构，业务种类个性化需求 较多，业务参数丰富，实现复杂等诸多新问题。本文给出基于软交换的企业级 业务系统架构，并实现了其中核心的计费管理系统，课题来源于导师主持的国 家科技部项目，具备现实的研究意义，并对同类系统的研究有一定的参考价值。 本文创新点主要有以下三个方面： 1 针对企业级的应用的软交换业务系统架构提出完整新模型，特别是将业 务层细分为业务控制层和业务应用层，并明确其中的设备元素和他们的 相互关系； 2 对基于软交换架构的p a r l a y a p i 增值业务做了较为深入的研究。目前， p a r l a y 相关文献资料大多是综述性的，对p a r l a y 增值业务具体实现进行 探讨的文献不多( 仅北邮交换技术国家重点实验室的杨放春教授及其同 事研究人员给出关于业务实现和业务计费管理的文献) ，本文研究了基 于p a r l a ya p i 语音增值业务生成机制和增值业务管理的c h a r g i n gs c f 计费流程。 3 a a a 子系统是软交换业务系统控制层的核心模块之一，本文在前文业 务机制研究的基础上，设计并编程实现了基于软交换的业务系统a a a 子系统。 1 5 论文组织结构 全文共六章。 论文第一章简要介绍了课题涉及的技术背景，并对课题的研究内容和意义 做了阐述。 第二章对软交换业务系统的框架模型的分析构建做了介绍，并详细描述了 系统中的主要网元。 第三、四章介绍业务系统的计费管理子系统相关内容，包括详细的系统分 析，系统模型构建，功能定义以及系统各模块详细设计和程序实现、测试情况。 第五章介绍了v o i p 客服系统的设计和实现情况。 第六章中笔者对系统研发过程做了总结，总结提出尚存在的问题与不足， 对系统的迸一步开发做了展望。 第2 章软交换业务系统研究 第2 章软交换业务系统研究 2 1 软交换业务系统的概述 2 1 1 现有业务提供技术的主要缺陷 在传统的p s t n 网中，新业务的提供【3 3 j 是通过全面升级交换机的软件来实 现的，这样交换机的软件除了负责交换外，还要负责业务的控制。这种提供新 业务的方法的弊病十分明显：每增加一个新业务，就要大规模地升级全网交换 机的软件。 智能网( i n ，i n t e l l i g e n tn e t w o r k ) j e 是为了在p s t n 中快速提供新业务而提出 的。智能网的基本思想是把业务交换和业务控制相分离，交换机( s s p ，s e r v i c e s w i t c hp o i n o 只负责交换和业务接入功能，新业务由s c p ( s e r v i c ec o n t r o lp o i n t ) 来集中提供。在传统的智能网中，新业务的生成是由业务生成环境( s c e ，s e r v i c e c r e a t i o n e n v i r o n m e n t ) 来完成的。s c e 采用软件重用的技术，使用独立于业务的 积木式组件s i b ( s e r v i c ei n d e p e n d e n tb u i l d i n gb l o c k ) 作为可重用模块。在s c e 环 境下，业务制作者只需知道每个s i b 的功能，就可以用这些s i b 编写符合需求 的业务。 然而，传统的智能网是一个封闭的系统：智能业务由专业的业务开发人员 使用专用的s c e 工具创建，运行在同一个厂家的s c p 上。这种情况严重阻碍了 电信市场的开放进程。而且，业务创建过程需要专业的通信知识，业务开发难 度较大，业务提供周期仍然较长。 由以上分析看到，传统业务系统技术的主要缺陷就是上层业务逻辑与底层 设备呼叫控制的耦合以及开发方式的封闭性，这些问题促使以软交换为核心的 n g n 的提出。 2 1 _ 2 基于软交换的业务提供 与传统业务系统不同，基于软交换的网络业务体系的核心思想就是业务与 呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离。从理论上来说，软交换设备只完成最基 本的呼叫控制功能，所有的业务由业务层设备实现，以达到完全意义上的业务 与呼叫相分离。但实践中一些基本业务仍是在软交换机中完成的，这主要是为 第2 章软交换业务系统研究 了保证网络运行的稳定性和设备实现的经济性。软交换业务系统的业务提供方 式主要有以下三种。 1 直接在软交换内部实现 通过此种方式实现的一般是现有交换网的基本业务如v o i p 语音，此种方式 中软交换直接控制媒体网关完成业务逻辑，与上层业务服务器没有交互。这种 方式虽然实现效率最高，但扩展性和灵活性都很差，只能作为一种辅助手段实 现一些与基本呼叫密切关连、逻辑简单的业务。 2 与现有智能网互通 当软交换具备智能网的s s p 功能时，可与现有智能网的s c p 互通提供传统智 能业务，此种业务提供方式可以很好地利用现有网络资源，保护已有投资。 3 应用服务器方式 应用服务器是软交换网络中新引入的功能实体，它的引入真正体现了软交 换的核心思想：应用服务器提供增值业务逻辑，软交换负责基本呼叫控制，二 者配合实现各种增值业务。此外，应用服务器还提供向业务开发商开放的a p i ， 这克服了传统智能网的重要缺陷，使得第三方无需掌握大量通信知识，直接通 过a p i ，调用通信网络资源，从而降低通信业务开发的门槛，实现业务开发商和 网络运营者的有机结合。 2 2 软交换业务系统分层框架模型的提出 2 2 1 软交换业务系统框架新模型 软交换的业务层框架主要是指软交换业务层的业务生成与管理实体的组织 架构，构建此框架模型将对整个软交换系统及其v o i p 业务和增值业务的开发 起指导作用。图2 - 1 是笔者在现有软交换增值业务架构【3 4 l 基础上提出的软交换 系统业务层框架新模型。该模型对原有增值业务架构进行层次划分，特别在业 务层中进一步引入了业务控制层，从而较完整的描述了软交换业务系统的整体 架构，基本涵盖了软交换基本业务和增值业务的生成与管理状况。 第2 章软交换业务系统研究 增值业务 业务a p i 图2 - 1 软交换业务分层框架结构图 f i g u r e 2 - - 1f r a m e w o r ko f s o t l s w i t c h - b a s e ds e r v i c es y s t e m 模型对业务控制层和业务应用层的划分进一步明确了基于软交换的业务机 制。其中业务控制层的核心实体是a a a 服务器，而业务应用层的核心实体是 应用服务器，虚线框中的业务生成a p i 与增值业务逻辑都基于此实体。 2 2 2 模型各实体服务器功能定义 系统业务层由一系列的业务应用服务器组成，包括a a a 服务器、数据库 服务器、应用服务器、媒体服务器、网管服务器等。下面对这些服务器功能做 一简要介绍。 1 计费、鉴权、认证服务器( a a a 服务器) a a a 服务器是软交换业务平台的重要组成部分，它通过与软交换的交互完 成用户的认证、鉴权、计费等功能。 2 数据库服务器 数据库服务器负责存储用户和系统信息。具体来说，就是系统运行的参数 设置信息和日志信息。用户方面是用户的注册信息和帐务信息。数据库服务器 与a a a 服务器交互完成用户的业务管理工作。 3 网管服务器 网管理服务器位于软交换网络的业务应用与支撑层面，提供所有软交换框 广l f，ll，。1lj，lf1，llllllll，。j、lfi，蚓纠剖引。订_钏圳副剧。一，刚划割圆。 第2 章软交换业务系统研究 架体系下设备的网络管理功能。 4 策略服务器 策略服务器通过c o p s 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q o s ， 满足用户日益个性化的业务需求。 5 应用服务器 应用服务器位于软交换网络中的业务应用与支撑层面，提供增值业务执行 和管理功能，处理与呼叫控制功能实体间的信令接口，还提供了可以用于业务 开发的a p i 。它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，广义的应用服务器应包括传统的智能网s c p 、s i p 应用服务器和通过 p a r l a y 网关接入的第三方应用服务器。 6 媒体服务器 媒体服务器位于软交换网络中的业务应用与支撑层面，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d t m f 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功 能和管理维护功能。媒体服务器还负责处理与媒体网关的接口。 2 2 2 应用服务器与软交换的交互 增值业务的生成主要由应用服务器来完成。应用服务器与软交换之间以s i p 协议进行控制信令的交互，使得应用服务器可以参与软交换呼叫控制的创建， 修改和中止。当业务设计媒体资源的使用时，就需要媒体服务器的参与。应用 服务器不能直接对媒体资源进行控制，但让媒体服务器与应用服务器配合即应 用服务器处理呼叫的信令( s i p ) ，媒体服务器负责处理媒体流( r t p ) ，这样就可以 支持那些需要媒体流控制的多媒体业务。应用服务器与媒体服务器之间的接口 还没有最终确定下来，但目前看来不会开发新的协议，采用现有m g c p 协议的 可能性最大一j 。 2 3 软交换v o i p 业务的生成与管理 v o i p 语音通话业务是软交换系统需要实现的最基本业务，也是应用最为广 1 4 第2 章软交换业务系统研究 泛的业务种类。下面简要介绍基于软交换架构的v o i p 业务原理。 2 3 1v o i p 的基本业务机制 以客户终端区分，v o i p 基本语音业务可分为p ct op c ，p h o n et op h o n e 以 及p ct op h o n e 。这其中，p h o n e 终端还可区分为普通电话和s i p 智能电话终端 或智能手机终端。图2 2 描述了基于软交换的v o i p 基本业务接入和业务实现 的基本架构。 智能终端( p c 或s i pp h o n e ，可直接支持呼叫处理、媒体处理和视频、短 消息等增值业务功能) 与普通电话终端的所致业务过程的不同主要是后者一般 需要网关支持。 媒体网关负责在不同网络之间提供媒体流映射或代码转换 1 0 1 ，包括语音压 缩、传真转换、回声抵消和数字键检测等功能。信令网判1 1 】负责提供七号信令 网与分组网络之间的信令转换。 图2 - 2 基于软交换的v o i p 业务机制架构图 f i g u r e 2 - 2m e c h a n i s mo f s o l t s w i t c h - - b a s e dv o i ps e r v i c e 这其中，一般电话用户使用r g w ( 住宅网关) 接入i p 网直接与软交换交 互，p s t n 电话用户则通过汇接局与i p 网边缘的媒体网关和信令网关来实现口 电话业务( 主要实现长途电话业务) 。 图2 3 描述了v o i p 语音业务的基本流程。 第2 章软交换业务系统研究 1 网关检测到电话用户摘机事件，用户根据i v r ( i n t e r a c t i v ev o i c er e s p o n s e ) 的提示输入认证信息和被叫电话的号码。 2 网关向软交换发送呼叫业务请求，同时发送用户的信息、业务类型和业 务信息。 3 软交换与a a a 系统交互检查用户的帐户及业务授权情况；此时，软交 换也同时区分业务性质，若为增值业务则向上提交业务呼叫控制管理权 限。 4 软交换向网关发送呼叫控制指令信息，管理业务的接续过程。 图2 3 基于软交换的v o i p 基本语音业务流程 f i g u r e 2 - 3f l o wc h a r to fs o r s w i t c h - b a s e dv o i p 5 发起网关和目的网关连接，展开初始化通话过程。检测到通话进程真正 开始以后，会话发起网关向软交换发送一个呼叫开始信息，并附带上唯 一的计帐标识i d ( 避免未响应重复计费) 。 6 单侧网关检测到呼叫的结束即向软交换发送呼叫结束消息，并发送关于 该呼叫的相关信息( 如会话接续的时长，流量信息，软交换本身也可完 成时长记录) 。 第2 章软交换业务系统研究 7 软交换向a a a 系统发送呼叫结束消息，并提交c d r 数据。 8 a a a 系统返回确认消息。 9 确认消息送到双侧网关，通话结束。 基本语音通话业务的实现关键是软交换呼叫控制环节，他通过对网关的控 制完成整个会话的接续过程，由于这不是本文的研究重点，此处不作进一步分 析讨论。在这个业务过程中，本文的关注重点是a a a 服务器的参与时机，与 交互过程，由流程图我们注意到，a a a 服务器有两个时间点接入了业务过程， 即业务的开始和结束。软交换呼叫控制通过其r a d i u s 协议接口与a a a 服务器 交互获取用户的帐户权限信息，开始了用户的通话过程，并在通话结束后向 a a a 服务器提交了用户的c d r 数据。此外，注意到图2 3 中的业务识别过程， 应用服务器是负责提供增值业务的，软交换呼叫控制模块对接到的呼叫请求判 断是普通语音业务还是增值业务，如果是增值业务则通过其s i p 协议适配接口 向应用服务器移交呼叫控制的管理权，此时的业务逻辑实现由应用服务器负责， 软交换只提供下级基本接续呼叫支持，此处后文还有详细讨论。 2 3 2v o i p 基本业务的管理 v o i p 的管理包括业务的q o s 管理、业务的安全性管理和业务的计费管理。 1 业务的q o s 控制主要由网管服务器和策略服务器配合软交换来完成。 2 业务的安全性管理： 认证：即注册功能，主要是对用户的身份验证。 权限验证：即授权功能。验证用户能否使用某项业务 加密：重要信令消息如鉴权、权限验证和计费等信息的加密。 数据完整性：确保数据不被未授权的他人修改。 3 完整的业务计费： 计费功能：系统必须具有业务详细记录，包括付费方标识、业务类 型、呼叫时间、呼叫源和目的点、q o s 等级等，并据此生成客户完 整的帐务信息。 客户消费行为的管理：客户的余额验证，根据余额情况对预付费用 户做0 余额业务实时切断等。 运营商间结算管理：不同运行商之间应该能够交换如下信息：域间 管理信息、权限验证信息、业务、用户管理规则、用户帐务信息等。 第2 章软交换业务系统研究 现有的大型系统中经常将安全性管理中的鉴权与认证功能单独设置服务器 来完成，本文中不采用这种做法，而是将计费和安全性管理中客户认证鉴权的 部分内容合并入计费管理系统进行合并开发，这样做符合企业级应用的小规模、 功能简洁紧凑的要求。 2 4 基于p a y l a ya p i 的软交换增值业务 n g n 主要特性就是能够快速而灵活地提供增值业务。这是基于软交换架构 中增值业务a p i 来实现的。a p i 是屏蔽了具体的网络资源( 例如s i p ，i n a p ， m a p 等) 而抽象出的一种接口，它包括呼叫控制、用户交互、移动性、终端能 力、计费等。a p i 与网络资源的映射由a p i 网关实现，提供业务的第三方可以 不关心复杂的网络资源，而是利用较为高级a p i 接口来实现业务逻辑，可以快 速灵活地完成各种新业务的生成和控制，而加载新业务对整个系统的影响很小， 不象传统交换机的升级那么复杂，电信运营商也勿需再要运营网络和维护业务。 p a r l a ya p i 是目前国际上最为成熟的业务a p i ，我国也于2 0 0 3 年4 月颁布 了p 训a y 技术要求。下面首先简要介绍p a r l a y 的基本知识，然后对其实现增值 业务的流程及其业务管理做深入分析。 2 4 1p a r l a y 简介 p a r l a y 规范是由成立于1 9 9 8 年4 月的p a r l a yg r o u p 负责的制定开发f 3 7 】，它 由b t ( 英国电信) 、m i c r o s o f t 、n o t e l n e t w o r k 和s i m e n s 联合发起成立的，目前 成员已达6 0 多个。该组织的目标【1 2 】是要开放电信领域的能力，以使最大范围内 的市场参与者可开发和提供先进的电信业务。为此该组织制定了一套开放的、 独立于具体技术的、用于第三方业务开发和部署的a p i ，即p a r l a y a p i ( p a r l a y 规范) 。p a r l a y a p i 最大的优势是把各异构的网络资源分布、物理拓扑、信令格 式和数据传输格式等细节封装起来，使处在网络运营商之外的第三方业务开发 者无需了解底层网络通信技术细节就能掌握接入和控制核心网络资源的标准方 法。p a r l a ya p i 规范采用了面向对象的方法，用u m l ( u n i f i e dm o d e l i n g l a n g u a g e ) 进行描述，其a p i 实现可以基于任何一种中间件平台( 如c o r b a 、 d c o m 、j a v a 等) 。目前p a r l a y 已经发展到5 0 版本 3 8 】。 第2 章软交换业务系统研究 2 4 2p a r l a y 的体系架构 p a r l a y a p i 定义的业务体系结构如图2 4 所示。从图中可见，最上层是基于 p a r l a y 的增值业务，下层提供业务支持的w l a ya p i 包括两类接口：业务接口 ( s e r v i c ei n t e r f a c e s ) 和框架接口( f r a m e w o r ki n t e r f a c e s ) 。 基于p a r l a y 的业务 应用雎务器 i 。a r l a ) 7 a l l * p 丑r l 町a p i s _ ( 业务接口 )(框架接口) _ 一 呼叫控制用户交互服务注册ll 服务定购l 服务发现 消息移动性认证和鉴权 负载管理 、parlay g a t e w a y ( 资源接e 1 协议适配) 厂百i i m g c p f i n a pf 厂i j i 订丙丽网底层网络赉源 图2 - 4 p a r l a y 体系架构简图 f i g u r e 2 - 4s i m p l i f i e dd i a