（通信与信息系统专业论文）软交换计费系统的研究与实现.pdf

摘要 随着通信网络技术的发展，无论是电话业务提供商还是因特网业 务提供商，都一致认为能在一个一体化平台上同时提供话音、数据、 视频等多种业务的下一代网络( n g n ) 是网络发展的必然趋势。软交 换技术是n g n 中的核心技术。目前各方对软交换技术更多关注的是 基于其技术实现和未来发展方向上，但新业务的推广与其相应的计费 方法是息息相关的。 本文重点对软交换计费功能的原理和实现方法进行了研究。首先 对软交换技术的优点进行了分析。然后，对h 3 2 3 协议和s i p 协议进 行了比较，指出了s i p 协议的优点。设计并实现了一个基于s i p 协议 的软电话软件，此设计采用s i p 协议的点对点直接呼叫方式，声音的 采集和播放操作w i n d o w sm d k 底层音频数据块结构，语音的传送和 接收采用r t p 协议。经过测试，此软电话可以实现p c 机之问的呼叫 和语音通话，通话声音清晰，延迟较小。再次，设计并实现了一个基 于r a d i u s 协议的软交换平台，提出了一个软交换计费系统模型，其 计费要求符合软交换设备总体技术要求( 修订版) 对软交换的计 费标准。 最后，对软交换业务计费方法进行了研究。设计并实现了一个软 交换计费系统，此计费系统能够综合考虑业务类型( 话音、视频等) 、 通话类型( 市话、长话等) 、计费模式( 按时长或流量) 、q o s 等级、 按时段、按日期优惠等因素进行计费。经过测试，此计费系统计费处 理能力强，响应速度快，稳定性强。 关键词：软交换，计费，h 3 2 3 ，s i p ，r a d i u s ，软电话 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r kt e c h n o l o g y , b o t ht h ep h o n ea n dt h ei n t e r n e ts e r v i c ep r o v i d e r sc o n s i d e rt h a tt h en e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k ( n g n ) i st h et r e n do ft h en e t w o r kd e v e l o p m e n t n g nc a np r o v i d es o u n d ，d a t a ，v i d e oo p e r a t i o no na ni n c o r p o r a t ep l a t f o r m t h es o f i s w i t c hi st h ec o r et e c h n i q u eo fn g n a tp r e s e n tp e o p l ec o n c e r n m o r ea b o u tt h ef i l t u r ed e v e l o p m e n ta n dt h et e c h n o l o g ya c t u a l i z a t i o no f t h es o f l s w i t c ht e c h n i q u e ，b u tt h ep o p u l a r i z a t i o no fan e wo p e r a t i o ni s i n t e r r e l a t e dt ot h ec o r r e s p o n d i n gb i l l i n gm e t h o d t h i sp a p e rm a i n l yr e s e a r c h e so nt h ep r i n c i p l ea n dt h ea c t u a l i z a t i o n m e t h o do fs o f l s w i t c h b i l l i n gf u n c t i o n f i r s t l y , t h i sp a p e ra n a l y s e st h e a d v a n t a g eo ft h es o f t s w i t c ht e c h n i q u e s e c o n d l y , t h r o u g hc o m p a r i n go f t h eh 3 2 3p r o t o c o la n ds i pp r o t o c o l ，t h i sp a p e rp o i n t so u tt h ea d v a n t a g e o ft h es i pp r o t o c 0 1 as o f tp h o n es o f t w a r ei sd e s i g n e da n da c t u a l i z e d t h e d e s i g na d o p t sp o i n t t o p o i n tc a l lm o d eo fs i pp r o t o c 0 1 t h ec o l l e c t i o n a n dp l a yo ft h es o u n do p e r a t eo nt h eb o t t o ma u d i od a t ab l o c ko fw i n d o w s m d k t h et r a n s m i s s i o na n dr e c e i v i n ga d o p tr t pp r o t o c 0 1 t h r o u g h t e s t i n g ，t h i ss o f tp h o n ec a na c t u a l i z ec a l la n ds o u n dc o m m u n i c a t i o n t h e s o u n di sc l e a r t h ed e l a yi ss m a l l a n dt h e n as o f l s w i t c hp l a t f o r mb a s e d o nr a d i u sp r o t o c o li sd e s i g n e da n da c t u a l i z e d t h ep a p e ra l s ob r i n g s f o r w a r das o f l s w i t c hb i l l i n gs y s t e mm o d e lw h i c hb i l l i n gr e q u e s ta c c o r d s w i t ht h eb i l l i n gs t a n d a r di n t h es o f l s w i t c he q u i p m e n tc o l l e c t i v i t y t e c h n i q u ed e m a n d ( a m e n d m e n te d i t i o n ) ) ) a t1 a s t ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e so nt h eb i l l i n gm e t h o do ft h es o f l s w i t c h as o f l s w i t c hb i l l i n gs y s t e mi sd e s i g n e da n da c t u a l i z e d t h eb i l l i n gs y s t e m c a nc o n s i d e ro p e r a t i o nt y p e ( s o u n d ，v i d e o ) ，c a l lt y p e ( c i t yt e l e p h o n e ， l o n g d i s t a n c ec a l l ) ，b i l l i n gm o d e ( a c c o r d i n gt i m ee l a p s e do rv o l u m eo f t r a f f i c ) ，q o sg r a d ea n dd i s c o u n t i n ga c c o r d i n gt i m ea n dd a t es y n t h e t i c a l l y t h r o u g ht e s t i n g ，t h ed i s p o s a la b i l i t yo ft h i sb i l l i n gs y s t e mi sp o w e r f u l i t s r e s p o n s ev e l o c i t yi sq u i c k i t ss t a b i l i t yi sb e t t e r k e y w o r d s ：s o f l s w i t c h ，b i l l i n g ，h 3 2 3 ，s i p ，r a d i u s ，s o f t p h o n e i i 原创性声明 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。尽我所知，除了论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 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：至起壹鍪日期：碰年上月卫日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：缢谭导师签名埠吼巡饵月垡日 硕士学位论文第章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 进入2 l 世纪，中国电信市场的发展继续呈现良好的势头。固定电话用户数和 移动电话用户数保持稳定的增长，因特网数据用户数更以指数形式增长。与全球 电信市场一样，中国的数据业务量的增长率已超过话音业务量的增长率，在不久 的将来，整体数据业务量将超过话音业务量，然而，话音业务的收入仍然占总体 电信业务收入的绝大部分。目前国内话音业务收入所占比例超过9 0 7 6 ，而且这种 情况将维持颇长一段时间【i “。 对于各网络运营商来说，高速增长的数据用户及业务量意味着运营商所不可 忽视的巨大潜在商机，各网络运营商都加紧部署分组网络和发展自己的客户基 础，为争取市场份额做准备。另一方面，各网络运营商也都把业务重点放在争夺 话音业务收入上，以便有充足的资金去支持分组网络的建设。 虽然话音业务是运营商收入的主要来源，但它毕竟已变为普通消费品了，激 烈的市场竞争使运营商倍受价格压力。为了维持利润水平，运营商必须寻找成本 更低、效率更高的方式提供话音业务。在业界，无论是电话业务提供商还是因特 网业务提供商，都一致认为能在一个一体化平台上同时提供话音、数据、视频等 多种业务的下一代网络【2 ，6 】( n g n ) 是唯一的出路。毫无疑问，在2 1 世纪，随着中 国电信市场的开放，运营商竞争的战场将从传统的t d m 话音网络和分组数据网络 转向下一代网络( n g n ) 。n g n 体系结构包括接入平面、传输平面、控制平面和业 务平面，其中软交换技术在控制平面中起核心作用。 软交换是在i p 电话的基础上逐步发展起来的- - f 3 新技术或一个新概念。在i p 电话网中，为增强网关功能的灵活性、可扩展性和高效性，提出了分解网关功能 的思路，在此基础上，逐步产生了软交换的概念。 在传统的i p 电话系统中，i p 电话网关可以建立电路交换网( s c n ) 和i n t e m e t 之间的呼叫连接，其实现方式 3 1 如图卜1 所示。 图1 - 1 传统i p 电话实现方式 最 k 一 硕士学位论文第一章绪论 在图卜1 中，网关不但要执行媒体格式变换，还要进行信令转换，在i n t e r n e t 一侧执行h 3 2 3 或s i p 协议，在s c n 一侧执行i s u p 信令。除此之外，还要控制网关 内部资源，为每个呼叫建立网关内部话音通道。 这种网关结构对i p 电话的大规模部署具有相当多的制约，主要表现在：网关 集多种功能与一身，过于复杂。可扩展性差，没有故障保障机制。于是出现了网 关功能分解的概念，其功能分解模型如图卜2 所示，即传统的网关被分解成以下 三个部分。 s c n i p s c n i p 信令 语音 酣鲁 图1 2 网关功能分解模型 1 、媒体网关( m e d i ag a t e w a y ，m g ) m g 负责媒体转换以及s c n 和i p 两侧通路的连接。 2 、信令网关( s i g n a l i n gg a t e w a y ，s g ) s g 负责信令转换。但s g 只是进j t s c n 信令的底层转换，即从t d m 电路方式转换 成t c p i p 传送方式，并不改变其应用层消息。 3 、媒体网关控制器( m e d i ag a t e w a yc o n t r o l l e r ，m g c ) m g c 负责根据收到的信令控制媒体网关的连接建立和释放，真正对信令消息 进行分析和处理，并进行应用层的互通变换；m g c 还控制资源，负责认证和网络 安全，是整个系统的控制者。 后来，在i e t f 的相关文档中，又提出了呼叫代理( c a l la g e n t ) 的概念，呼 叫代理实际上也就是媒体网关控制器，更进一步又提出了呼叫服务器以及软交换 ( s o f t s w i t c h ) 的概念。软交换将呼叫代理的功能进行了进一步的扩展，除了提 供呼叫控制功能外，还可以提供计费、认证、路由、资源管理和分配，以及协议 处理等其他功能。 网关分离导致了新的接口标准的出现，如：m g c 和m g 之间的接口a ，m g c 和s g 之间的接口b 。接口a 采用m e g a c o ( 或是m g c p ) 协议，接i z l b 采用s i g t r a n 协议。 以软交换为控制核心是n g n 的重要特征。和传统的电路交换网相比，软交换 网有诸多优势，图1 - 3 为从电路交换至软交换韵演化示意。 软交换网络与传统电信网络的比较口】： 硕士学位论文- 第一章绪论 传统电信网中，为用户提供的服务直接依赖于传统的交换机，传统的交换机 是属于某一厂商专用的系统，它提供的服务与硬件、软件及业务应用绑定在一起， 电路交换 业务和应用 呼叫控制和交换 传输硬件 软交换 l 业务、应用和管理等 i a p i 软交换的呼叫控制 i a p l 传输硬件 图1 3 从电路交换到软交换的演化示意 开放性差，且传统电信网络在设计和容量上都有所限制。软交换网络克服了传统 电信网络的不足，它具有如下优点i l j ： ( 1 ) 软交换网络是基于开放体系结构的系统，在不同层次均提供基于标准 协议的开放接1 3 ，易于改进、更新和扩展，有利于不同网络设备之间的互通和集 成，具有良好的伸缩性。 ( 2 ) 在软交换网络中，服务运营商可根据发展需要对网络进行合理的扩容， 自由选择第三方提供的增值产品来改进或增加提供的服务，所需业务的提供简单 到只需增加一个服务器就可完成。 ( 3 ) 软交换网络提供的服务与采用的硬件设备、厂家、技术( i p 、a t m 、 t d m ) 以及协议都无关，服务运营商可以自行配置和定义自己的业务特征，而 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具有较大的 灵活性。 ( 4 ) 软交换网络克服了传统电信网络在设计和容量上的限制，它支持语音、 传真、数据、视频等多种业务，而且可生成新的多媒体业务，在同等网络规模下 比传统电信网络更灵活更经济。它可以从只有几百个用户开始发展，而传统的交 换机需要网络达到一定的规模。软交换网络通过利用基于分组交换的网络( 如i p 、 a t m 、f r 等) 进行承载传送，克n t 基于t d m 的传统电信网络容量不足的缺 点。 ( 5 ) 软交换网络既能在p s t n ( 公众交换电话网) 中传送数据业务，又可 以在分组网中以一定的质量传送话音，克n t 异构网络环境下进行业务交换的难 题，使得运营商在异构网络环境中更有效的进行网络管理，实时地监测和调整网 络性能。 ( 6 ) 软交换将网络的媒体传送部分、呼叫控制部分以及业务生成部分相分 离，解决了上层服务交替时难以平滑过渡的问题。 目前各方对软交换更多关注的是基于其技术实现和未来发展方向上，但从以 三一 硕士学位论文第一章绪论 往的业务推出和实践经验不难看出，新业务的推广和普及程度与其相应的计费方 式和资费标准是息息相关的。对于用户来说，丰富多彩的业务固然好，但也要量 入为出，新业务所带来的利益如不能高于或平衡于它的价值的话，用户是不会轻 易使用的。因而，运营商在考虑引入软交换这一新业务的同时也不应该忽略它所 带来的计费问题。 基于此，本课题提出了对软交换技术及其计费功能的研究。 1 2 研究目的与意义 1 2 1 研究目的 本课题重点对软交换计费功能的原理和实现方法进行研究。首先对h3 2 3 协 议和s i p 协议进行比较，指出s i p 协议的优点，设计并实现一个基于s i p 协议的 软电话软件；通过对r a d i u s 协议的研究，设计并实现一个基于r a d i u s 协议的软 交换平台，提出一个软交换计费系统的模型；通过对软交换计费方法的研究，设 计并实现一个基于软交换技术的计费系统。 1 2 2 研究软交换计费的意义 通信计费的研究涉及三个方面的内容1 2 0 】：一是分析用户的通信行为；二是研 究各种通信系统支持不同业务时所表现出的网络行为；三是不同经济和技术发展 时期国家对通信建设的宏观调控政策和资费政策。 众所周知，用户是通信的服务对象，用户的通信行为是引导通信发展的关键 因素。当通信处于垄断经营状态时，用户对通信消费的选择权被剥夺了。在这种 情况下，用户的通信行为对通信发展的影响力很小；在通信行业的垄断经营状态 被打破、公平的通信竞争局面出现之后，用户的通信行为首先表现为对通信消费 的选择，这主要表现在对不同通信运营商的服务质量、技术水平、资费优惠政策 等的比较选择上。用户的通信行为和通信选择是促使通信行业不断开发新业务、 提高服务质量、提升技术层次的动力。因此，对用户的通信行为和通信消费心理 的研究分析是各个通信公司市场营销部门需要进行的更深层次的工作。 通信计费就像一个窗口。打开这扇窗口，可以透视用户的通信行为、通信系 统的网络行为和国家的通信资费政策。用户的通信行为全部记录在用户的通信计 费账单上，通过对所有用户计费账单数据的统计分析，即可得出用户的平均消费 水平，壶口q 和被日q 通信时间的分布规律，通信到达和逦蠛麟长的分布规律，各神 不同通信业务营业状况的统计分析和变化趋势，新、老用户在网情况分析，大客 硕士学位论文第一章绪论 户的通信消费状况等。通过数据挖掘，可以建立相关数学模型，预测用户对不同 业务未来的需求，提前进行正确的设备投资和技术升级决策，这是在通信市场竞 争中立于不败之地的关键。 通过计费这个窗口，还可以分析一个城市、一个地区乃至一个国家的经济发 展状况。研究表明，一个地区的经济发展水平与本地用户对通信的消费量的关系 密不可分。如果一个地区或城市经济发展起点高、速度快，则该地区的通信用户 对通信的消费量必然很高，对通信业务的种类和新业务的接受程度也强；同样， 通信的高速发展对本地的经济发展又具有促进作用。 通过计费这个窗口，还可以分析一个地区的社会稳定状况。用户的通信用量 犹如一个人的脉搏跳动频率，其数值应该保持在一个相对稳定的变化范围内。如 果一个人的脉搏跳动频率突然过大或过小，意味着此人的身体必然处于一种不正 常的状态。同样如果一个地区的通信量突然出现较大范围起伏不定的变化，意味 着该地区发生了自然的或人为的灾害，比如地震、战争、洪灾等，因为只有这些 突发因素才有可能导致一个地区通信用量的大起大落。 由此可见，研究通信计费，不仅具有经济、技术方面的意义，还有重要的社 会意义。通常，国家的通信资费政策属于政府决策部门的研究内容，用户的通信 消费行为属于消费心理学和消费行为学的研究范畴。在国家的通信资费政策一定 的情况下，对通信计费研究的核心内容体现在对通信系统的网络行为和计费的实 现技术的研究上。 未来网络发展的趋势是下一代网络( n g n ) ，而软交换技术又是下一代网络的 核心技术。软交换业务的推广和普及程度与它的计费方式和资费标准是相关的， 费用问题是与供应商和消费者的利益互相联系的，一个良好的计费策略一方面可 以提高软交换运营商的运行效率，另一方面也可以提高软交换运营商自身的业务 创新能力。计费的合理性又是计费的根本性问题，有一个合理的计费方法才能体 现出计费的合理性。所以研究软交换的计费对软交换技术的推广起到了不可估测 的作用。 1 3 国内外研究现状与水平 1 3 1 国内外软交换技术的发展现状 目前，欧洲电信运营商对于软交换( 下一代网络) 的发展和应用大体上采用比 较务实和谨慎的态度，运营商都是根据自身网络的实际情况和业务的发展来采取 对策。德国电信聚焦海外市场，积极开拓国际i p 网的话音业务，并在新技术投入 使用之前，注重新技术和新设备的试验和评估。2 0 0 1 年开始在国际网络进行软交 硕士学位论文第一章绪论 换的试验，放置了一台软交换机和4 个媒体网关开展i p 网络提供语音业务、呼叫 中心业务和v p n 业务的试验，其软交换的标准采用s i p t 协议。英国电信则逐步地 在长途网和本地网实现分组话音，本地网有5 个节点开展了软交换实验，部分已 经商用，并且试验规模在逐步扩展。在提供话音质量的保证方面，英国电信己在 其承载网络内全面采用a t m 技术。比利时电信认为2 0 0 4 年以后引入n g n 比较适当， 但目前需注意跟踪技术和设备的发展，比利时电信的技术部门在n g n 方面重点研 究未来分组话音网络的体系架构和需求、开展n g n 技术培训、建立n g n 实验室，为 开展现场试验进行技术准备。一些北美电信运营商也正在积极开展有利于软交换 提供话音业务的试验，有些运营商已经开始提供商用业务。 2 0 0 2 年3 月，中国电信下一代网络( n g n ) 试验项目1 6 j 在北京、上海、广州、深 圳4 城市启动。中国电信与北电网络、爱立信、西门子、中兴通讯、上海贝尔5 厂家签订了下一代网络试验工程设备合同。合同涉及金额近l 亿元人民币。根据 中国电信与北电网络签署的合同，在北京、上海、广州和深圳4 城市部署北电网 络的s u c c e s s i o n 下一代网络解决方案。n g n 网络全国试验网项目涉及的技术面、 提供的业务量、网络覆盖的广度、深度均在全球首屈一指。 在设备制造商方面，特别值得一提的是加拿大北电网络【1 1 ，其n g n 产品为 s u c c e s s i o n ( 继往开来) 解决方案，于1 9 9 9 年在b t s p a i n 首次正式商用，迄今为止， 在全球超过2 4 个国家的4 0 多个网络中得到试验或商用。其商用客户中包括 v e r i z o n 、s p r i n t 、中国电信、香港宽频( h k b n ) 、新世界电信( n e ww o r l dt e l ) 及 铁通等。 s u c c e s s i o n 的应用类型包括了长途及汇接( c 4 ) 业务、本地接入( c 5 ) 及多媒体 业务、无线汇接及3 g 核心网业务以及有线电视多网合一业务。目前几种解决方案 已经在实际网络中运用。其中，v e r i z o n 的软交换本地汇接网络包含2 个软交换节 点及7 0 多个媒体网关，每个节点每天处理超过1 1 0 0 万次呼叫。s p r i n t 作为全美第 一个实现t d m 端局以软交换替换的运营商，其第一期工程( 3 5 0 万线) 全部采用北电 的s u c c e s s i o n 方案。香港宽频应用s u c c e s s i o n 本地i a d 接入方案，在短短的1 7 个 月时间内，已拥有1 6 万用户，是全球最大的基于以太网i a d 接入的n g n 网络，目前 运营稳定良好。在最近的市场调研报告中，北电网络列全球软交换市场份额第一， 也是全球v o i p 和v o a t m 媒体网关市场份额第一u ，。 1 3 2 软交换发展存在的问题 目前，虽然不少设备供应商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，但新技术的应用需要相当长的时间来完善。在新兴运营商积粳探 索分组交换网是否能够提供语音业务时，传统运营商正在思考这种新的架构是否 6 硕士学位论文 第一章绪论 能够提供新的业务。 虽然软交换有诸多优势，而且很多设备供应商已经推出了很多设备，但由于 软交换技术的不成熟和协议的多样性，软交换在实际应用中还有许多问题需要解 决，如组网能力、q o s 保证、业务提供、信令互通和网络管理等。 新技术总是需要时间来完善的。从目前设备供应商所提供的解决方案来看， 所存在的主要问题口j 如下所述： ( 1 ) 国际上尚无大型网络的组网和运营经验。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n g n 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，还是采用分区域选 路结构等，在技术和实践方面都有待进一步的探索。 ( 2 ) 协议尚未做到兼容性，标准还在发展之中。不同厂家的软交换在技术标 准的选用及协议的兼容性方面还难以做到相互兼容。b i c c 协议、s i p - t 协议和 h 2 4 8 协议也在发展之中，协议的选项需要运营商根据业务的需要来进一步确定。 ( 3 ) a p i 没有成熟的产品。基于开放的业务平台，采用标准的a p i 接口为网络 运营商提供新业务开创了未来美好的前景，但是相应的产品仍在探索和研发之 中。 ( 4 ) 业务开发问题。标准、开放的a p i 接口能够快速、灵活地提供丰富的业务， 这是软交换体系的一个优势所在，但目前厂家能够提供的业务多集中为基本语音 业务及补充业务、i n 类业务、p i n t 业务、多媒体终端之间的同步浏览、统一消息、 多媒体会议等，究竟什么业务才是运营商手中的杀手业务，才能真正带来收益， 是目前运营商和设备商在共同苦思冥想的问题，目前并未出现使人眼前为之一亮 的业务。 ( 5 ) 网络安全和网络q o s 问题。目前业界还没有一个非常完善的方法来解决网 络安全性的问题，只能通过要求t g 、软交换等网络设备应具备一定的反入侵能力 以增强系统的安全性，用户账号、密码等用户数据的安全则只能采用加密的方式 解决。在网络q o s 方面，i e t f 组织已经提出了多种服务模型和机制来满足o o s 的需 求，其中比较著名的有综合业务模型( i n t s e r v ) 、区分业务模型( d i f f s e r v ) 、m p l s 技术、流量工程等，具体这些方案如何组合使用、可行性如何，效果如何，有待 研究。 ( 6 ) 商业模型。软交换应用的商业模型有待深入研究。 总之，软交换要想实现电信级的运营，还面临很多非常现实的问题。这些问 题得不到解决，就会影响软交换和下一代网络技术的发展和应用。但我们相信， 在各标准化组织、研究人员、设备提供商和运营商的共同努力下，这些问题最终 都会得到很好的解决。以上问题的存在并不会阻碍软交换技术的应用，相反运营 硕士学位论文 第一章绪论 商会与设备供应商一起冷静地解决这些问题，并积极进行试验，不断加以完善。 1 3 3 软交换计费的发展现状 目前软交换的计费技术还不完善，还没有统一的标准。不同的软交换网络有 自己的计费模式。四川联通软交换网采用统一计费方法m 】应用于其计费系统中， 综合考虑了业务类型( 话音、视频等) 、通话类型( 市话、长途等) 、计费模式( 按 流量或时长) 、o o s 等级、按时段、按日期优惠等因素。 在基于软交换的各种业务计费方面也有所研讨【2 3 1 ，提出基于软交换实现的语 音业务的计费方式基本上应沿用原电路交换网中语音类业务的计费方式，只是由 于软交换的i p 网络承载淡化了长途的概念，在呼叫控制消息上将s s n 7 中的 a n m ，r e l 映射到软交换网络中支持的各协议消息中；传真业务的通信过程在呼叫 控制消息和承载方式上与单纯的话音通信过程相同，因而它的计费方式也与单纯 的话音业务相同；数据业务实行按时长或是包月的计费方式；对于视频多媒体业 务，按照不同的媒体及业务形式分别计费，除音频业务以外，目前总的来说有包 月计费、按时长计费和按流量计费几种方式。华为、中兴、北电、阿尔卡特、3 c o m 、 朗讯、西门子和u t 斯达康等公司都提出了自己的软交换解决方案，同时根据自 己的软交换网络特点实行相应的计费方式。 1 4 论文工作介绍 本文第一章对软交换技术的优点及其计费功能在软交换技术中的重要作用 进行了分析，从而引出了本研究课题的来源，分析了此课题的研究意义。对国内 外软交换技术及其计费功能的发展现状进行了分析。 第二章主要对软交换网络的体系结构和协议进行了简要的分析，对软交换的 功能分别进行了简要介绍，为计费功能的研究做基础。 第三章主要对h 3 2 3 协议和s i p 协议进行了深入的研究，通过对两种协议的 比较，指出了s i p 协议的优点所在，设计并实现了一个基于s i p 协议的软电话软 件，为第五章计费系统的实现打下了基础。 第四章主要介绍了软交换的计费方式和功能要求，然后提出了一个基于 r a d i u s 协议的软交换计费平台，并对此计费平台进行了设计和实现。 第五章主要对基于软交换实现的业务进行了分类；然后对软交换业务计费方 法进行了研究；最后介绍了计费系统的设计方法和实现过程。 第六章主要对该文所做的研究工作进行了总结，并且提出了进一步值得研究 的问题。 硕士学位论文 第二章软交换技术 第二章软交换技术 2 i 软交换网络的体系结构和协议 与传统电路交换网相比，软交换网络是一个全开放的体系结构，如图2 - i 所 示，它包括四个相对独立的层次【3 - 7 】，从下到上分别是接入层、传送层、控制层 和业务层。 接入层为固定、移动电话以及各种数据终端提供访问软交换网络资源的入 口，这些终端需要通过网关或者其他接入设备接入软交换网络。 业务层圈匦圈圈 控制层 传送层 圈圈 围困臣圆 拟层巫多至多 代理服务器( p r o x y ) ，主要完成用户消息的转发。它在转发请求之前可能改 写原请求消息中的内容。 重定向服务器( r e d i r e c ts e r v e r ) ，接收s i p 请求，把请求中的原地址映射 成零个或多个新地址，返回给客户机。 注册服务器( r e g i s t e r ) ，接收客户机的注册请求，完成用户地址的注册。 应用层 传输层 网络层 链路层 物理层 媒体 信令 媒体封装 厂可 ( g 7 x x 和h 2 6 l 等) 应用 l l r t s ps i p f r t p d n sd h c p jjlji t c pu d p ll 幸 l v m e t h e m e t 图3 - 8s i p 协议栈 图3 - 9s i p 系统的网络结构 硕士学位论文第三章基于s i p 协议的软电话的设计与实现 2 、s i p 协议的主要特点1 3 j s i p 可以发起会话，通过s d p 协议，s i p 可以在呼叫进行过程中对会话参 数进行协商，如会话带宽要求、传输的媒体类型( 语音、视频和数据等) 、 媒体的编解码格式，以及对组播和单播的支持等；s i p 可以提供呼叫控制 功能( 如呼叫保持、呼叫路由、呼叫转移和媒体转换等) 。 s i p 可以支持单播会话，也可以支持多播会话。 s i p 与网络协议独立，即与低层协议无关。s i p 可以在不同的传输层协议 上工作，如t c p 或u d p 。当使用u d p 的时候，s i p 可以更好的支持多播会 话：当使用t c p 的时候，s i p 可以更容易通过防火墙。s i p 采用自己的应 用层可靠性机制来保证消息的可靠传送。 s i p 支持很多其他协议，如r s v p ，r t p ，r t c p ，r t s p ，s a p 和s d p 等。但是， s i p 的功能和操作不取决于以上任何协议。 s i p 是基于文本的协议，简单灵活，可扩展性好。s i p 采用c l i e n t s e r v e r 的体系结构，在很大程度上继承了h t t p 和s m t p 协议的特征。 s i p 协议是无状态的( m i n i m a ls t a t e ) ，服务器可以保持也可以不保持呼 叫状态。 s i p 透明支持名字映射和重定向服务，可以实现i s d n 和i n 电话用户服务； 通过网关，s i p 可以实现p s t n 电话之间的呼叫。 3 、s i p 协议的基本功能 用户定位( u s e rl o c m i o n ) 决定哪个终端系统参加通信； 用户能力( u s e rc a p a b i l i t i e s ) 协商决定通信所采用的媒体和媒体参 数： 用户可用性( u s e r a v m l a b i l i t y ) 决定被叫方是否愿意加入通信过程； 呼叫建立( c a l ls e t u p ) 振铃、主叫方和被叫方的连接和参数的建立； 呼叫处理( c a l lh a n d l i n g ) 呼叫转移和终止呼叫等。 4 、s i p 的消息定义和格式 s i p 的消息定义完全基于文本的方式。分为消息头和消息体，其中消息头主 要有如下几个字段。 t o ： 注册的目的地址。 f r o m ： 注册的源地址。如果是第一次注册，则与目的地址相同。 c o n t e n t t y p e ：消息的类型 c o n t e n t l e n g t h ：消息的长度 r e q u e s t u r i ： 注册请求的目的地址 c a l i - i d ： 所有的来自一个客户机的注册都是用相同的c a l l i d 硕士学位论文 第三章基于s i p 协议的软电话的设计与实现 c s e q ：以相同c a l l - i d 的注册必须拥有递增的c s e q 号。 消息体则包括有关需要交换的媒体的一些信息，如r t p 载体类型，地址和端 口，包含在r f c 2 3 2 7 3 6 ，5 9 】畔1 指定的s d p ( s e s s i o nd e s c r i p t i o np r o t o c 0 1 ) 协议中。 5 、s i p 协议通信流程的实现 s i p 协议支持三种呼叫方式【3 】： 点对点直接呼叫方式，即由用户代理客户机( u a c ) 向用户代理服务器 ( u a s ) 直接呼叫； 代理服务器方式，即由代理服务器代表u a c 向被叫方发起呼叫； 重定向服务器方式：即由u a c 在重定向服务器的辅助下进行重定向呼叫； ( 1 ) 点对点直接呼叫流程 如图3 一l o 所示；点对点直接呼叫流程中包括了呼叫建立成功流程、呼 叫释放流程。呼叫中由用户代理客户机( u a i ) 向用户代理服务器( u a 2 ) 直接呼 叫。 ( 2 ) 代理服务器方式呼叫流程 如图3 - 1 1 所示，代理服务器方式呼叫流程是由代理服务器( p r o x ys e r v e r ) 代表主叫u a l 向被叫u a 2 发起呼叫。 主叫u a l 向代理服务器发送i n v i t e 请求，代理服务器接收i n v i t e 请求，发 送1 0 0t r y i n g 消息表示正在处理，并发送i n v i t e 请求通知被叫u a 2 ； 被叫u a 2 向代理服务器返回连接成功消息1 8 0r i n g i n g 2 0 0o k ，代理服务器 向主叫返回连接成功消息1 8 0r i n g i n g 2 0 0o k ； 主叫u a l 返回a c k 确认连接成功建立，代理服务返回a c k 给被叫u a 2 确认连 1 u a i j a 2 u a l 融 u a 2 翰 呼叫建立成功流程 呼日释放流程 图3 一l o 点对点直接呼叫流程 硕士学位论文 第三章基于s i p 协议的软电话的设计与实现 图3 - 1 1 代理服务器方式呼叫流程 接成功建立； 媒体流r t p 建立。 ( 3 ) 重定向服务器方式呼叫流程 如图3 1 2 所示，重定向服务器方式呼叫是u a l 在重定向服务器( r e d i r e c t s e r v e r ) 的辅助下进行重定向的，然后，向被叫u a 2 直接发起呼叫。 主叫u a l 向重定向服务器发送i n v i t e 请求： 重定向服务器接收i n v i t e 请求，将新地址返回给主叫u a l ； 主叫u a l 向重定向服务器返回a c k 确认； 主叫u a l 直接根据新地址向被叫u a 2 发送i n v i t e 请求： 图3 1 2 重定向服务器方式呼叫流程 硕士学位论文 第三章基于s i p 协议的软电话的设计与实现 被叫u a 2 接受请求，响应2 0 0o k 消息 主叫u a l 向u a 2 返回a c k 确认； 媒体流r t p 建立。 3 1 3s i p 协议与h 3 2 3 协议的比较 h 3 2 3 和s i p 设计之初都是作为多媒体通信的应用层控制( 信令) 协议，目 前一般用于i p 电话。它们能实现的信令功能基本相同，也都利用r t p 作为媒体 传输的协议。但两者的设计风格截然不同，这是由于其推出的两大阵营( 电信领 域与i n t e m e t 领域) 都想沿袭自己的传统。h 3 2 3 是由国际电联提出来的，它企 图把i p 电话当作是众所周知的传统电话，只是传输方式由电路交换变成了分组 交换，就如同模拟传输变成数字传输、同轴电缆传输变成了光纤传输。而s i p 侧 重于i p 电话作为i n t e m e t 上的一个应用，较其他应用( 如f t p 、e m a i l 等) 增加 了信令和q o s 的要求。h 3 2 3 推出较早，协议发展得比较成熟；由于其采用的是 传统的实现电话信令的模式，便于与现有的电话网互通，但相对复杂得多。s i p 借鉴了其他i n t e m e t 标准和协议的设计思想，有其突出的优点。 ( 1 ) 它是基于文本的协议，而h 3 2 3 采用基于a s n 1 和压缩编码规则的二 进制方法表示其消息，因此，s i p 对文本形式表示的消息的词法和语法分析就比 较简单。 ( 2 ) s i p 会话请求过程和媒体协商过程等是一起进行的，因此呼叫建立时 间短，而在h 3 2 3 中呼叫建立过程和进行媒体参数等协商的信令控制过程是分开 进行的。 ( 3 ) h 3 2 3 为实现补充业务定义了专门的协议，如h 4 5 0 1 、h 4 5 0 2 、h 4 5 0 3 等，而s i p 只是充分利用已定义的头域，必要时对头域进行简单扩展就能很方便 地支持补充业务或智能业务。 ( 4 ) h 3 2 3 进行集中、层次式控制，这种控制模式与电信的管理模式是匹 配的，较易实现与电信网络和融合。但是当用于控肯4 大型会议电话时，h 3 2 3 中 执行会议控制功能的多点控制单元很可能成为瓶颈。而s i p ，类似于其他的 i n t e m e t 协议，设计上就为分布式的呼叫模式服务的，具有分布式的组播功能。 表3 - 1 是关于h 3 2 3 和s i p 协议的详细比较d , 2 4 】。 但是，值得注意的是s i p 要求它的终端是智能的，而 l 3 2 3 由于其提供的是 一种集中处理和管理的工作模式，功能不可能分配到边缘，正好符合电话是无智 能的这一特点，因而目前电信网中使用的i p 电话几乎都采用基于h 3 2 3 的i p 电 话工作模式。与此同时，现在的h 3 2 3 以及对于该协议的相关发展，多级多域i p 电话体系结构和多屡非广播方式地址解析机理的研究，使其具有任意规模的i p 硕士学位论文第三章基于s i p 协议的软电话的设计与实现 电话系统的能力。 表3 - 1s i p 和h 3 23 的比较 s i p h 3 2 3 i e t f 的标准 i t u 的标准 定义一个协议定义了一个协议集 用于i n t e r n e t ，向所有i p 用户开放面向l a n 设计 基于文本( a s c i i ) 的协议基于a s n 1 的协议 参照h t t p 和s m t p 设计参照q 9 3 1 通过u r l 寻址 通过e 1 6 4 或邮件地址寻址 定义了s i p 服务器和终端，不需要网关定义了编码方式、终端、网守和网关 通过t c p u d p 传递通过t c p u d p 传递 呼叫控制在终端完成 呼叫控制在网守完成 呼叫建立简单呼叫建立复杂 代理服务器可以无状态： 作，可以基于状态工作网守需要基于状态工作 代理服务器只参与呼叫的建立网守参与呼叫过程 多媒体能力协商简单多媒体能力协商复杂 移动性是s i p 一部分功能没有考虑用户的移动性 容易集成在i p 网络中容易与p s t n 协调工作 标准正在完善过程中已经比较成熟 3 2 基于s i p 协议软电话的设计与实现 在3 1 节中已经对s i p 协议进行了研究，s i p 是应用层控制信令协议，会议 中的成员可以通过多点传送方式或单点传送方式甚至两者混合的方式进行通信。 s i p 协议结构设计上优于h 3 2 3 ，而且没有h 3 2 3 那么复杂，很