（信号与信息处理专业论文）基于parlay的应用服务器体系结构的研究与实现.pdf

北京邮电大学硕上论文 基于p a r l a y 的麻用服务器的体系结构的研究与实现 基于p a r l a y 的应用服务器体系结构的研究与实现 摘要 随着通信技术和i n t e r n e t 的迅速发展，通信网、计算机网和有线 电视网逐渐融合，在未来将形成以开放性为主要特征的下一代网络 ( n g n ：n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k s ) 。与此同时，人们对电信增值业务 的需求也逐步呈现多样化、综合化和个性化的趋势。如何在开放的网 络环境下快速有效地提供吸引用户、产生利润的丰富业务己成为决定 运营商能否成功的一个极为关键的因素。 下一代网络的核心是软交换和应用服务器。软交换为下一代网络 提供控制功能；应用服务器则为下一代网络提供动态业务执行环境。 这两者与下一代网络的其他部件相互配合，使业务提供与呼叫控制分 离、呼叫控制与承载连接分离，从而实现了业务提供的灵活性。应用 服务器易于与开放a p i 结合，引入第三方业务开发商，丰富业务开发 的思路，检测和避免业务逻辑冲突，因此，研究应用服务器的设计和 实现具有重要的现实意义。 本文在综合分析下一代电信网络特点的基础上，以下一代网络的 开放性为核心研究了电信增值业务的开发、软交换的模型和各种曰益 成熟的电信网络开放接口标准如p a r l a y 、j a i n 等。之后围绕下代 网络中的电信应用服务器展开研究，介绍了电信应用服务器的分类、 功能和设计考虑，提出了三种应用服务器设计方案，并根据其中种 方案详细介绍了电信应用服务器的开发过程。最后介绍了在电信应用 服务器上开发和部署增值业务的实际案例，并探讨了下一代网络的商 业模式。 关键词：下一代网络、软交换、p a r l a y ，e j b ，应用服务器 北京邮电大学硕i j 论文基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究与实现 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft e l e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n d i n t e r n e t ，t h ec o n v e r g e n c eo ft l l ep s l l q ，r a d i om o b i l en e t w o r ka n d i n t e m e ti sr e q u i r e d t h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r kw i t ht h ek e yf e a t u r eo f o p e ni so nt h ec o r n e r a tt h es a m et i m e ，p e o p l ea l s oh a v ed e m a n df o rt h e d i v e r s i t y , i n t e g r i t ya n di n d i v i d u a t i o no ft e l e c o m m u n i c a t i o nv a l u e a d d e d s e r v i c e s oh o wt op r o v i d ean e wv a l u e a d d e ds e r v i c ee f f e c t i v e l yi nn g n b e c o m e sak e yf a c t o rf o r t h es u c c e s so f n e t w o r ko p e r a t o r s s c l f t s w i t c ha n da p p l i c a t i o ns e r v e ra r eb o t ht h em o s ti m p o r t a n t p a r t so fn g n s o f t s w i t c hr e a l i z e st h ec o n t r o lf u n c t i o nw h i l ea p p l i c a t i o n s e r v e rp r o v i d e st h ea c t i v er u n t i m ee n v i r o n m e n tf o rv a l u e a d d e ds e r v i c e t h e yw o r kw i t ho t h e rp a r t so fn g nt or e a l i z e 廿1 es e p a r a t i o nb e t w e e n s e r v i c ep r o v i d i n g c a l lc o n t r o la n dt r a n s m i s s i o n w i t l lt h eh e l po ft h i s m e c h a n i s m ，t h ef l e x i b i l i t yo fs e r v i c ep r o v i d i n gc a nb ea c h i e v e d t h e a p p l i c a t i o ns e r v e rc a nw o r kw e l lw i t ht h eo p e ns t a n d a r d si n t e r f a c e ， a t t r a c tm o r et h i r dp a r t ys e r v i c ep r o v i d e r si n v o l v e di nw i t hn u m e r o u s t h o u g h t so fs e r v i c e ，d e t e c ta n da v o i dt h ec o l l i s i o n so fs e r v i c el o g i c s ow e l a yag r e a te m p h a s i so nt h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no f a p p l i c a t i o ns e r v e r b ya n a l y z i n gt h ef e a t u r e so fn g n t h et h e s i si n t r o d u c e dt h e s o f t s w i t c ha r c h i t e c t u r e ，t h ed e v e l o p m e n to fv a l u e a d d e ds e r v i c ea n d v a r i o u so p e ni n t e r f a c es t a n d a r d ss u c ha sp a r l a y , j a i n i tf o c u s e do dt h e c a t e g o r ya n dt h ef u n c t i o no fa p p l i c a t i o ns e r v e r , p r o p o s e dt h r e ek i n d so f b l u ep r i n to fa p p l i c a t i o ns e r v e r , a n dp r e s e n t e dt h ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o no fo n eo ft h e mi nd e t a i l h e r ea l s oi l l u s t r a t e de x a m p l e so f h o wt od e v e l o pa n dd e p l o ys e r v i c eo na p p l i c a t i o ns e r v e r f i n a l l y , i t d i s c u s s e dt h eb u s i n e s sm o d eo f n g n k e yw o r d s ：n g n ，s o f t s w i t c h ，p a r l a y , e j b ，a p p l i c a t i o ns e r v e r 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的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，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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 何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 越掳日期：趁吐笔墨目型日 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 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，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期：2 2 亟：车墨8 型旦 日期：堕；2 二 北京邮电大学硕士论文基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究与实现 引言 随着通信技术的不断进步，通信网络的发展己由技术驱动转向业务驱动。在 传统的电信网络中，电信业务的提供主要由智能网( i n ) 来实现，这种业务提供 方式在一定时期内很好地满足了大众化业务的需求。但是随着用户业务需求的个 性化、多样化趋势的出现，传统的智能网业务提供方式已经不能够满足要求，因 此出现了应用服务器的概念。应用服务器作为下一代网络业务提供的核心，能够 为下一代网络提供业务驻留和执行的环境，其易于与软交换、开放电信网络能力 的接口相结合的优势能够很好地满足用户业务个性化的需求。本文主要围绕着应 用服务器的结构设计和实现展开论述。 本文作者在研究生的学习和实践阶段，主要研究下- - 4 2 网络软交换和应用服 务器技术，研究开放电信网络能力的接口p a r l a y 和增值业务的提供方式，负责设 计并实现下一代网络中的基于p a r l a y a p i 的应用服务器。下面各个章节将对作者 的工作进行详细深入的阐述。 本文的组织结构如下： 第一章：分析下一代网络出现的背景及传统智能网( 硝) 电信业务提供方式 存在的缺点，论述应用服务器存在的必要性，同时介绍下一代网络的体系结构及 其核心技术软交换。 第二章：基于下一代网络开放的特性，分析研究两种开放电信网络能力的接 口p a r l a y 和j a i n ，并对它们进行比较。通过与p a r l a y 或j a i n 相结合，应用服 务器能够更好地利用电信网络的能力为用户提供丰富的业务。 第三章：研究下一代网络中业务的驻留和执行环境应用服务器，包括应 用服务器的分类、功能及其与电信业务的接口；讲解如何基于开放接口利用应用 服务器来提供增值业务的生成和执行环境：详细介绍了应用服务器的设计过程， 包括应用服务器的体系结构设计和接口设计。 第四章：举例说明在应用服务器上开发增值业务的过程，同时探讨下一代网 络的商业模式。 北京邮电大学硕上论文 基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究与实现 第一章n g n 及其演进趋势 随着社会经济的进步，电信业务发展迅猛，阱互联网为代表的新技术革命正 在深刻地改变着传统电信的概念和体系，电信业界正在发生着巨大的变化，其特 点是： ( 1 ) 计算机技术的发展和计算机互连需求的增加，使得基于i p 或a t m 的 分组交换数据网日益壮大，这种分组交换网将适合各种类型信息的传送，而且网 络资源利用率高。 ( 2 ) 新业务层出不穷，数据业务快速发展，数据业务量迅速膨胀。在一些 经济发达国家，数据业务量已经超过话音业务量。 ( 3 ) 新的语音压缩技术已经可将话音信号压缩在低于6 4 k b i t s 的信道上传 递。未来网络的带宽资源将主要用于数据业务，而话音业务则可用固定不变的甚 至更少的带宽。 基于目前电信网的上述特点，传统的由智能网提供电信业务的方式已经不能 够满足快速开发新业务的市场需求，同时，随着i p 网络传输技术的进步，分组 语音业务迅猛发展，传统的p s t n 网必将和分组交换数据网相融合，逐渐过渡到 可以传递话音和数据等综合业务的下一代网络。 1 1 智能网结构及其缺陷 1 1 1 传统智能网的体系结构 智能网是在原有通信网络基础上为快速提供新业务而设置的一种附加网络 结构，其核心思想是在不改变现有各基础网络结构的条件下把对业务的控制从交 换机中分离出来，由附加的智能网络层完成对业务的集中控制，即交换机仅完成 最基本的呼叫接续功能，而对所有智能业务复杂的控制功能均由附加的网络层来 实现。这样，通过“业务控制和交换功能的分离”实现了集中的业务控制、业务 配置和业务管理以及业务生成等功能，从而达到快速而灵活地提供新业务的目 的。因此，智能网一来可以很好地保护网络运营商和设备供应商的原有投资，二 来可以有效地提供客户所需的各类新业务，并使客户对网络具有更强控制功能， 能够方便灵活地获取所需的信息，以及为各种通信网络提供服务，包括p s t n 、 北京邮电大学硕士论文 基于p a r l a y 的应用服务器的体系结掏的研究与实现 i s d n 、g s m 、c d m a 、i n t e m e t 及b i s d n 等。智能网体系结构如图1 1 所示， 包含业务控制点( s c p ) 、业务交换点( s s p ) 、业务数据点( s d p ) 、智能外设( i p ) 、 业务管理点( s m p ) 、业务管理接入点( s m a p ) 、业务生成环装( s c e p ) 等实体。 其中，s c e 负责新业务的生成和测试，当一项新业务由s c e 生成并经过验证后， 由s m p 提交给s c p 。业务集中在s c p 内执行，业务的一次执行由s c p 与s s p 共同完成。s s p 能支持签约信息、号码段和接入码等多种触发方式，具有检测智 能网业务请求的能力，即识别用户是否发起了对智能网的呼叫。如果是对智能网 呼叫，则通过七号信令网( s s 7 ) 连接到s c p 。s c p 是智能网的核心，它通过七 号信令网的相关协议向s s p 发送指令，指示s s p 进行呼叫接续及相应业务逻辑 的处理和控制。如果s c p 在运行业务逻辑的过程中需要到独立的数据库提取数 据或修改数据信息，则会向s d p 发送指令进行相应的操作。i p 主要提供智能业 务所需的语音提示和数字接收功能，即在业务执行的过程中，s c p 控制i p 向用 户播放录音通知和收集d t m f 拨号数据等。此外，s m a p 是一个具有业务管理 接入功能的设备，它为业务管理操作员提供接入到s m p 的能力，并通过s m p 来 修改、增删业务用户的数据及业务性能等。 ， ， ， 一一， 、 l 一一信令链路 数据链路 一话路 图1 1 智能网体系结构 智能网的引入不但能适应多种业务的需求，还可以向用户提供那些用传统方 式很难提供的业务，例如计帐卡呼叫业务、预付费业务等；它还可以使客户自己 o、 叫 、 一 、 北京邮电大学硕士论文基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究与实现 管理业务，例如虚拟专用网业务；同时，智能网还采用了模块化的设计思想，将 实现业务的基本功能分成若干个独立于业务的构造块( s i b ) ，如算法、鉴权、计 费和基本呼叫处理等，只要将所需的构造块按照不同的顺序组合成不同的业务逻 辑就可获得相应的新业务，这种生成新业务的灵活性和方便性，大大缩短了业务 的开发周期。正是由于智能网具有上述优点，使得其在短时间内得到了迅速的发 展。 1 1 2 传统智能网技术的主要缺陷 智能网的基本思想是业务控制和业务交换分离，将控制智能网业务所需的业 务逻辑及相应的数据库置于交换网络以外的智能节点业务控制点( s c p ) 中， 大量的业务交换点( s s p ) 通过与少量智能节点的协同工作向用户提供智能网服 务。虽然智能网取得了很大的成功，但是也逐渐暴露出缺陷。 1 体系结构方面：智能网与具体的承载网络绑定在一起，成为承载网络内的 实体，不同承载网内的智能网技术采用不同的协议。目前，国内电信运营商已经 先后组建了p s t n 固定智能网、g s m 移动智能网和c d m a 无线智能网，但由于 这3 种智能网分别基于p s t n 网、g s m 网和c d m a 网组建，智能网协议包括： p s t n 智能网协议，g s m 网的c a m e l 协议，c d m a 网的w 玳协议等，各智能 网问相互独立，所开展的新业务也仅局限于本网用户，跨网业务实现困难，也很 难推出面向所有用户群的综合业务。 2 业务开放方面：i t u t 在智能网标准中定义了若干独立于业务的可复用软 件功能块( s i b ) ，希望通过将不同的s i b 按业务逻辑连接在一起以达到快速创建 业务的目的。但是，在目前的智能网系统中很难实现s i b 的标准化，不同厂商开 发的s i b 差别很大，从而使业务的开发始终受制于智能网平台的实现方式。一般 网络运营商只有在设备供应商的技术支持下才能开放增值业务，从而封杀了独立 业务提供商和独立业务开发商的生存空间。 3 系统控制方面：传统智能网的业务控制点采用集中式控制技术，适合业务 种类和业务量较少的智能网初期阶段，但是这种集中式控制技术使s c p 的可扩 展性受到限制，成为网络处理能力的一个瓶颈。 4 业务种类方面：目前的智能网主要提供用户群非常大、生命周期比较长的 通用业务，不适合提供那些生命周期较短、针对特定用户群的特殊业务，也很难 适应根据用户的需求随时改变业务的行为。来自网络运营商的业务开发者很难具 有各行各业的专用知识，由于不了解业务，不可能快速发现和开发面向不同领域 北京邮电大学硕士论文基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究与实现 的新业务。 5 业务个性化程度方面：由于受集中控制s c p 的约束及电信业务开发封闭性 的限制，当前智能网业务通常是针对绝大多数用户的需求，在全局范围内为所有 用户服务，故很难满足用户对业务个性化的各种需求。 综上所述，传统智能网存在缺陷的根源在于它是一个封闭而非开放性的网 络，在下一代网络中，需要一种能够真正吸引网络运营商、业务运营商、业务开 发商和最终用户的开放的业务支撑体系，因此开放性成为n g n 的突出标志。我 们需要引入以软交换和应用服务器为核心的下一代网络技术。 1 2 下一代网络的简介 1 2 1 下一代网络的特点 开放性是n g n 的主要特点，n g n 基于开放的网络架构，可以提供话音、数 据和多媒体等业务，其最终目标是实现在任何时间、任何地点，以任何方式和任 何人进行通信。它有如下特征： ( 1 ) 采用开放的网络架构体系，其特点如下： 将传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件，各个部件可以 按相应的功能划分，各自独立发展。 部件间的协议接口基于相应的标准。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。部件间弥议接口的标准化可以实现各种异构网的互 通。 ( 2 ) 下一代网络是业务驱动的网络，其功能特点是： 业务控制和呼叫控制分离 呼叫控制和承载分离 分离的目标是使业务真正独立于网络，灵活有效地实现业务的提供。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。 ( 3 ) 下一代网络是基于统一协议的分组网络。 北京邮电大学硕士论文基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究与实j i c 现有的信息网络，无论是电信网、计算机网还是有线电视网都不可能以其中 某网络为基础平台来生长信息基础设施。但近几年随着i p 的发展，才使人们 真正认识到电信网络、计算机网络以及有线电视网络将最终汇集成为统一的i p 网络，即人们通常所说的“三网”融合。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，首次具有了统一的为三大网都能接受的协议，从技术 上为国家信息基础设施( n i i ) 奠定了最坚实的基础。l p 协议已经成为中国，乃 至世界信息产业界最热门的话题，它几乎成为信息网络的代名词，它将最终演化 成为当今世界各国极力推行的n i i 和全球信息基础设施( g i i ) 的核心。 下一代网络将会带来新的应用并将以低廉的成本获得新的增值收入。它会为 我们带来丰富多彩的生活。虽然p s t n 有着辉煌的功绩而且还在完善，但其主要 缺点限制了它的进一步发展：互操作和连接只能建立在网络层。这意味着在网络 层之上的媒体控制要依赖于像用户交换设备和电路交换机这样的硬件系统。而下 一代网络与p s t n 的不同之处就在于它最上面的两层( 应用层和媒体控制层) 分 离到开放的标准计算环境中，因此可以开发高附加值的应用。 基于以下一些原因，这种功能的分离是一种很好的方法： 致力与呼叫处理软件或分组交换硬件研究的小型企业可以提出创新的解 决方案。相比之下，在电路交换领域大公司占据着支配地位。 提出了一个呼叫处理软件的普遍解决方案。在传输层使用不同的分组语 音形式以适用不同的网络环境，包括电路交换网和分组交换网。 统一了计算平台、操作系统和开发环境，并由此带来了巨大的经济效益。 使运营商网络中的集中智能系统可以远程控制整个网络中的交换设备。 这种面向服务的技术促进了i n t e r n e t 和电子商务的发展，使运营商能够在已 有的业务基础上开展新的业务。集语音、数据、传真和视频等业务于体的下一 代网络要求有一种新的解决方案，软交换就是一个很好的办法，本论文后面的章 节中将详细介绍软交换。 1 , 2 2 下一代网络的体系结构 基于以上特点，n g n 分层体系结构如图1 2 所示。 1 业务层 利用底层各种网络资源为用户提供丰富的应用业务，在业务层上可以部署独 北京邮电大学硕士论文 基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究与实现 立的业务提供商运营的各种应用服务器，并在其上开发满足用户特定需求的应用 业务逻辑，业务逻辑可以内嵌调用p a r l a y a p i 函数。 2 控制层 控制层即软交换，实现了业务逻辑与呼叫控制、呼叫控制与承载连接的分离， 包括呼叫选路、管理控制和信令互通，提供开放的a p i 接口，从而使第三方快速、 灵活、有效地实现业务提供。 图1 2 下一代网络的体系结构 北京岍电大学硕士论文 基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究与实现 3 传输层 传输层即承载网络，采用高速分组交换的i p 网络，可实现p s t n 、互联网和 移动网的融合，同时支持话音、数据和视频等业务。 4 ，接入层 接入层支持多种接入方式，提供各种网络灵活接入到承载网的方式和手段， 包括媒体网络和信令网络等。 这种分层的网络架构实现了业务提供与呼叫控制分离，呼叫控制与承载连接 分离，打破了传统网络的封闭性，实现了电信网络的一次飞跃。 目前各层之间的接口还没有完全标准化，但也基本形成了一种共识：应用层 与控制层之间可采用s i p 协议或者开放的a p i 接口，如p a r l a y a p i 或者j a i n a p i ， 其中p a r l a ya p i 发展前景最被看好；传统七号信令接入i p 网采用i e t f 的s i g t r a n ， 传统媒体网关接入i p 采用i e t f 和i t u t 共同制定的m e g a c o h 2 4 8 。 1 2 3 下一代网络业务提供的优势 n g n 业务提供方式的发展过程是：传统p s t n 的集中提供方式一智能网的 集中提供方式一n g n 开放式的提供方式。 在传统的p s t n 中，业务交换和业务控制都集中在传统交换机中，所以新业 务的提供是通过全面升级交换机的软件来实现的。传统p s t n 提供新业务方式的 缺陷在于每增加一项新业务，就要大规模地升级全网交换机的软件。 智能网是为了在p s t n 中快速提供新业务而提出的。但传统的智能网仍是一 个封闭的系统，其所谓的开放仅局限在网络内部：智能业务由专业开发人员使用 专用的s c e 工具创建，运行在同一个厂商的s c p 上；并且业务创建过程需要专 门的知识，难度较大，业务提供的周期仍然较长。 n g n 将业务与呼叫控制分离，1 】乎叫控制与承载分离。分离的目标是使业务 真正独立于网络，为快速、灵活、有效地提供新业务创造了有利条件：业务不再 受制于网络承载类型及控制方式，便于第三方业务及新型业务的快速接入，同时 用户可以自行配置和定制自己的业务。 n g n 采用的实现技术在开放、分布和综合方面具有优势： ( 1 ) 开放性 首先，支持第3 方业务开发商和支持第3 方业务供应商。随着用户对增值业务 8 北京解电大学硕士论文基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究与实现 需求越来越多以及市场竞争日趋激烈，在未来的增值业务供应链中将会出现独立 业务提供商和开发商的行业。而不是象今天这样的网络运营商、业务提供商和业 务开发商三位一体的境况。其次，支持企业应用对网络核心资源的访问。当然网 络丌放的前提是必须有相应程度的网络安全性保障，新业务的配置和网络安全域 以外的应用对网络资源的访问不能影响电信网络的可靠性，并且不能妨碍其它增 值业务的运行。 ( 2 ) 分布性 随着增值业务类型( 如多参与方、多协议和多媒体业务) 的增多和业务量的 增大，集中式业务处理方式己成为制约整个智能网性能的主要因素。目前研究人 员比较一致的看法是采用基于c o r b a 环境的大型分布式处理系统。不同运营商 的业务平台可以进行相互协作，协同提供高级的增值业务，满足单个业务平台无 法满足的用户需求。另外，在分布式业务平台上设计业务时，设计者只需要专注 于应用逻辑本身，各种高级的分布式功能( 如访问透明性、容错透明性、复制透 明性和事务处理透明性等) 都由分布式平台来完成。 ( 3 ) 综合性 目前，网络融合的大趋势已经被学术界和工业界的专家所公认，并且这种趋 势在实践中已经有所体现。从网络智能化的角度来说，网络的融合主要是指业务 层面的融合。综合性对用户和业务( 包括业务的开发和运营) 来说屏蔽了网络的 具体差别，它以统一的视点，不仅支持原来单一网络所提供的各种业务，还可以 支持跨跃多个单一网络的混合业务。可以看出，n g n 采用分层、开放的体系结 构，其主要技术优势是各实体间采用开放的协议或a p i 接口，从而有利于打破传 统电信网封闭的格局，实现多种异构网络间的融合。更为准确地说，n g n 体系 通过将业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离来实现相对独立的业务体系， 使得上层业务与底层的异构网络无关，从而为实现业务提供了更为广阔的空间。 毫无疑问，如果将n g n 技术优势单纯定位在“系统化的v o i p 解决方案”或“c 4 c 5 交换局的替代产品”都有失偏颇。 提到了下一代网络，就不得不提下一代网络的核心之一软交换技术。 1 3 软交换简介 1 3 1 软交换的定义 下一代网络是集话音、数据、传真和视频业务于一体的全新网络。在向未来 北京邮电大学硕士论文 基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究与实现 网络发展的过程中，运营商们已经越来越清楚地意识到：业务已经逐渐成为运营 商区别于同行而立于不败之地的主要因素。软交换思想正是在下- - 4 2 网络建设的 强烈需求下产生的。 从广义上看，软交换泛指一种体系结构，利用该体系结构可以建立下一代网 络框架，其功能层面可以涵盖n g n 中的4 个功能层面：接入层、传输层、控制 层和业务层。它主要由软交换设备、信令网关、媒体网关、应用服务器等组成。 从狭义上看，软交换指软交换设备，定位在控制层。它还有多个名称，如呼 叫代理服务器、呼叫代理、媒体网关控制器等。软交换是基于“网络就是交换” 的理念，它是一个基于软件的分布式交换控制平台，将呼叫控制功能从网关中 分离出来，利用分组网代替交换矩阵，开放业务、控制、接入和交换间的协议， 从而真正实现多厂家的网络运营环境，并可以方便地在网上引入多种业务。 1 3 2 软交换的体系结构 软交换体系结构设计对于n g n 业务提供方式的实现起到关键作用。其结构 如图l 一3 所示。 软交换的基本功能是提供实时呼口q 控制和连接控制的能力，从功能上来说， 软交换设备相当于传统智能网中的s s p 。所以软交换的体系结构可以借鉴智能网 中s s p 的概念模型，大致包括：通用呼叫控制模型，软交换管理模型，接入网 关和s c p 接入管理及p a r l a y 网关接入管理等。 n g n 是一个多种异构网络融合的网络，软交换要对多种异构网的呼叫进行 控制和管理就需要个通用的呼叫控制模型，实现对跨网呼叫的统一处理。当呼 叫事件符合应用业务设定的触发点( 可以是s c p 或者应用服务器，它们主要提 供业务逻辑的生成) 时，激活上层的应用业务对呼叫进行控制，通用呼叫处理过 程暂时挂起，把检测到的p a r l a y 业务报告给应用业务或者把智能业务报告给 s c p ，从而实现应用业务对呼叫的控制。 通用呼叫模型包括两部分：基本呼叫控制模型( b c s m ) 和与呼叫无关的控 制模型( b c u s m ) 。基本呼叫控制模型用于处理呼叫链路的建立、修改和释放； 与呼叫无关的控制模型用于处理与应用业务逻辑之间面向呼叫不相关的关连连 接的交互。 软交换管理能够识别需要报告到上层s c p 或者应用服务器的呼叫连接处理 事件，并执行软交换状态模型处理，使上层s c p 或应用服务器能够控制通用呼 北京邮电大学硕士论文 基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究与实现 叫模型的能力和资源。 软交换要支持多协议接入，各种控制信令和承载控制通过接入网关接入到通 用呼叫模型，由通用呼叫模型对下层网络进行信令控制和承载控制。 s c p 接入管理主要用于对通用呼叫模型报告的智能事件进行管理，作为智能 网协议的适配接口：p a r l a y 网关接入管理主要用于对通用呼叫模型报告的p a r l a y 事件进行管理。 图1 3 软交换的体系结构 北京邮电大学硕士论文基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究与实现 1 3 3 软交换的特点 软交换主要有以下特点： ( 1 ) 高效灵活。软交换体系结构的最大优势在于将应用层和控制层与核心 网络完全分开，有利于以最快的速度、最有效的方式引入各类新业务，大大缩短 了新业务的开发周期，利用该体系架构，用户可以非常灵活地享受所提供的业务 和应用。 ( 2 ) 开放性。由于软交换体系架构中所有网络部件之问均采用标准协议， 因此各个部件之间既能独立发展、互不干涉。又能有机组合成一个整体，实现互 连互通。这样，“开放性”成为软交换最主要的一个特点，运营商可以根据自己 的需求选择市场上的优势产品，实现最佳配置，而无需拘泥于某个公司、某种型 号的产品。 ( 3 ) 多用户。软交换的设计思想迎合了电信网。计算机网及有线电视网三 网合一的趋势，因此它不仅为新兴运营商进入语音市场提供了有力的技术手段， 也为传统运营商保持优势开辟了有效的技术途径。 ( 4 ) 强大的业务功能。软交换可以利用标准的全开放应用平台为客户定制 各种新业务和综合业务，最大限度地满足用户需求。特别是软交换可以提供包括 语音、数据和多媒体等各种业务，这就是软交换被越来越多的运营商接受和利用 的主要原因。 1 3 4 软交换的主要功能 1 呼叫控制和处理功能 软交换设备可以为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能，包括呼叫处 理、连接控制、智能呼q 触发检出和资源控制等。 2 业务提供功能 网络发展得根本目的是提供业务。目前，许多厂家提供的软交换可以支持电 路交换杌提供的业务，如软交换自身可以提供诸如呼叫前转、主叫号码显示、呼 叫等待、缩位拨号、呼出限制、免打扰服务等程控交换机提供的补充业务，软交 换还可以与现有的智能网配合提供现有智能网的业务等。 3 ，协议功能 北京邮电大学硕士论文 基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究与实现 前面已经提到，开放性是软交换体系结构的一个主要特点，因此软交换应具 备丰富的协议功能。 ( 1 ) 呼叫控制协议：i s u p 、t u p 、p r i 、b r i 、b i c c 、s i p t 、h 3 2 3 等。 ( 2 ) 传输控制协议：t c p 、u d p 、s c t p 、m 3 u a 、m 2 p a 等。 ( 3 ) 媒体控制协议：h 2 4 8 、m g c p 、s i p 等。 ( 4 ) 业务应用协议：p a r l a y 、i n a p 、m a p 、l d a p 、m d i u s 等。 ( 5 ) 维护管理协议：s n m p 、c o p s 等。 它们分别应用于软交换与网络中其他部件之间，如软交换与媒体网关之间、 软交换与信令网关之间、软交换与软交换之间、软交换与h 3 2 3 终端之间等。 下一代网络可以说是业务驱动的网络，软交换的引入主要是提供控制功能， 而应用服务器( a p p l i c a t i o ns e r v e r ) 则是下一代网络中业务支撑环境的主体，也 是业务提供、开发和管理的核心，从这个角度来看，下一代网络是以软交换设备 和应用服务器为核心的网络。软交换的业务提供功能应主要体现在可以与第三方 合作，提供多种增值业务和智能业务。这样不仅增加了服务的种类，而且加快了 服务应用的速度。 4 业务交换功能 所谓业务交换功能就是识别智能网呼叫，并把它上报给业务控制功能 ( s c f ) ，最终由s c f 控制整个呼叫，从而保证软交换网络内的用户享用现有智 能业务。s c f 的主要功能是提供对智能业务进行逻辑控制的业务逻辑，处理与业 务有关的行为。 5 操作维护功能 操作维护系统是软交换设备中负责系统的管理和操作维护的部分，是用户使 用、配置、管理、监视软交换设备的工具集合。 6 计费功能 软交换具有根据计费对象进行计费和信息采集的功能，并负责将采集信息送 往计费中心。 计费的详细采集内容与各运营商的资费策略密切相关，但其主要内容可以包 括日期、通话开始时间、通话终止时间、p s t n i s d n 侧接通开始时间、p s t n i s d n 侧释放时间、通话时长、卡号、接入号码、被叫用户号码、主叫用户号码、入字 北京邮电大学硕士论文基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究与实现 节数、出字节数、业务类别、主叫侧媒体网关终端的i p 地址、被叫侧媒体网关 终端的i p 地址、主叫侧软交换设备i p 地址、被叫侧软交换设备i p 地址、通话 终止原因等。 7 软交换与其他网络的互通 软交换是下一代网络的核心设备，各运营商在组建以软交换为核心的软交换 网络时，其网络体系架构可能有所不同，但必须考虑与其他各种网络的互通，如 与现有7 号信令网的互通、与现有智能网的互通，以及与采用h 3 2 3 协议的i p 电话网的互通等。 例如，图l 一4 所示为软交换网络与基于h 3 2 3 协议的i p 电话网的互通示意 图，图中在同一运营商的网络内软交换网络与现有i p 电话网互通的互连点设置 在软交换设备与最低级网守之间，即通过软交换与h 3 2 3 体系中的二级或一级 ( 在没有二级网守的情况下) 网守完成这两个网络体系之间的互通。在不同运营 商之间的互通和互连点设置在软交换与顶级网守之间。 鞠礅网络 h3 2 3 网络 顶级网守 l 一一一 毒 鲋臣茶吾 图1 4 软交换与基于h 3 2 3 的i p 电话网互通示意图 1 3 5 软交换的主要协议 1 h 2 4 8 觚g a c o 北京邮电大学硕士论文 基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究与实现 h 2 4 8 和m e g a c o 协议均称为媒体网关控制协议，应用在媒体网关和软交 换之间、软交换与h 2 4 8 m e g a c o 终端之间。h 2 4 8 是由i t u t 第1 6 组提出来 的，而m e g a c o 是由i e t f 提出来的。 2 m g c p 协议 m g c p ( 媒体网关控制协议) 也是由i e t f 提出来的，但比m e g a c o 推出的 时间早，可以说m e g a c o 是对m g c p 的改进和进一步完善。m g c p 应用在m g c p 终端和软交换之间，当媒体网关支持m g c p 协议时，也可以在m g c p 媒体网关 和软交换之间使用m g c p 。 3 s i p 协议 s i p ( 会话初始协议) 是i e t f 另一个小组提出的在i p 网络上进行多媒体通 信的应用层控制协议，其设计思想与h 2 4 8 m e g a c o 以v i g c p 完全不同。s i p 协 议采用基于文本格式的客户一服务器方式，以文本的形式表示消息的语法、语义 和编码，客户机发起请求，服务器进行响应。s i p 主要用于s i p 终端和软交换之 间，软交换和软交换之间以及软交换与各种应用服务器之间。 s i p 协议的出发点是想借鉴w e b 业务成功的经验，它通过使用s i p 终端将网 络设备的复杂性推向边缘，同时s i p 可以充分利用已定义的头域，对其进行简单 必要的扩充就能很方便地支持各项新业务和智能业务，有利于与i n t e r n e t 的各项 应用集成开发v o l p 的增值业务。目前s i p 受到许多设备制造商，特别是数据产 品制造商和应用开发商的青睐。 4 b i c c 协议 b i c c 协议的全称为与承载无关的呼叫控制协议，它是由i t u t 第“组提 出的信令协议。b i c c 协议属于应用层控制协议，可用于建立、修改和终结呼叫， 可以承载全方位的p s t n i s d n 业务。 b i c c 协议可以在软交换之间使用。目前软交换之间可以采用的控制协议有 两种：s i p 协议和b i c c 协议，但具体应该采用哪种还没有定论。从协议的成熟 度上讲，由于s i p 协议的研究比b i c c 协议开展得要早，所以其成熟度要高于 b i c c 协议。但b i c c 由于采用了i s u p 形式，其与现有7 号信令互通方面要强于 s i p 。 5 s c t p s c t p 是i e t fs i g t r a n 小组提出的流控制传送协议，主要是在无线连接的 北京邮电大学硕士论文基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究q 实现 网络上传送p s t n 信令消息，该协议可以在i p 网上提供可靠的数据传输协议。 s c t p 用来在确认方式下，无差错、无重复地传送用户数据；根据通路的m t u 的限制，进行用户数据的分段；并在多个流上保证用户消息的顺序递交；把多个 用户的消息复制到s c t p 的数据块中；利用s c t p 偶联的机制来提供网络级的故 障情况下，用户信息可靠传送的保证，同时s c t p 还具有避免拥塞控制的特点和 避免遭受泛播和匿名的攻击。 6 m 2 p a m 2 p a ( m t p 2 层用户对等适配层协议) 是把n o 7m t p 3 层适配到s c t p 层 的协议，它描述的传输机制可使任何两个n o 7 节点通过i p 网上的通信完成m t p 3 消息处理和信令网管理功能，因此能够在i p 网上连接提供与m t p 3 协议的无缝 操作。此时软交换应具有一个独立的信令点，m 2 p a 提供的传输机制支持i p 网 络连接上的m t p 3 协议对等层的操作。 7 m 3 u a m 3 u p ( m t p 3 层用户适配协议) 是把n o 7m t p 3 层用户信令适配到s c t p 层的协议。它描述的传输机制支持全部m t p 3 用户消息( t u p ，i s u p ，s c c p ) 的传送、m t p 3 用户协议对等层的无缝操作、s c t p 传送偶联和话务的管理、多 个软交换之间的故障倒换和负荷分担以及状态改变的异步报告操作。m 3 u a 和上 层用户之间使用的原语相同，并且在底层也使用了s c t p 所提供的服务。 1 3 6 软交换通信流程示例 本节以由用户网关发起的呼叫建立和释放流程( 如图1 5 所示) 为例，说 明软交换在整个呼叫过程中所起的作用。用户媒体网关发起呼叫表示媒体网关直 接连接用户，由该用户发起相应呼叫。 本流程示例基于以下约定： 主叫用户与m g l 连接； 被叫用户与m g 2 连接； m g l 与m g 2 属于一个软交换的管辖区域内； 被叫先挂机。 ( 1 ) 软交换向m g l 和m g 2 分别发送m o d i f y 命令，即在n u l lc o n t e x t 中建立一 个t e r m i n a t i o n ，等待摘机事件。 北京邮电大学硕士论文 基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究与实现 ( 2 ) 主叫用户摘机，m g l 向软交换设备发送n o t i f y 命令，报告摘机事件。 m g l ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 7 ) ( 1 0 ) ( 1 2 ) 软交换m g 2 图1 5 由用户媒体网关发起的呼叫建立和释放流程 1 7 ( 6 ) ( 8 ) ( 9 ) 北京邮电大学硕士论文 基于p a r l a y 的应用服务器的体系结构的研究与实现