（计算机应用技术专业论文）基于软交换技术的传真服务器的研究与应用.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 随着通讯技术的发展，以软交换代表的下一代网络技术已经得到广泛的应用。 本文深入研究了软交换的相关概念及其具体实现技术，设计了基于软交换技术的传 真服务器的系统架构，成功实现了口实时传真技术与传真服务器的融合，并搭配了 相应的系统平台进行了试验。论文详细阐述了传真服务器和t 3 8 传真网关的设计与 实现，并对m o d e m 编程、a t 指令以及t 3 8 协议数据包的构成等相关技术进行了深 入的探讨。最后，针对口传真服务质量的问题进行了讨论，并对其未来的发展进行 了展望。 关键词t 软交换，传真服务器，i p 传真 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 nt e c h n o l o g y , t h en e x tg e n e r a t i o n n e t w o r kt e c h n o l o g yw h i c hi sr e p r e s e n t e db ys o f t s w i t c hh a sb e e nw i d e l ya p p l i e d t h i sp a p e rs t u d i e st h er e l a t e dc o n c e p t so fs o f t s w i t c ha n di t ss p e c i f i cr e a l i z a t i o n t e c h n o l o g y , a n dt h e nf o r m st h ef a xs e r v e rs y s t e ma r c h i t e c t u r e b a s e do nt h a t ，t h e i n t e g r a t i o no fr e a l - t i m ei pf a xt e c h n o l o g ya n df a xs e r v c rh a sb e e ni m p l e m e n t e d s u c c e s s f u l l y t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ef a xs e r v e ra n dt 3 8f a xg a t e w a yd e s i g ni n d e t a i l ，a n dh a sad e p t hd i s c u s s i o nw i t ht h er e l a t e dt e c h n o l o g y , s u c ha sm o d e m p r o g r a m m i n g ，a tc o m m a n da n dd a t ap a c k e t so ft 3 8p r o t o c 0 1 i nt h ee n d ，t h i sp a p e r d i s c u s s e sa b o u tt h eq o so fi pf a xa n d p r o s p e c t sf o ri t sd e v e l o p m e n t r e nj u n ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f w a n gy i n g k e yw o r d s ：s o f t s w i t c h ，f a xs e r v e r , i pf a x 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于软交换技术的传真服务器的研究 与应用是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取 得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力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。 学位论文作者签名：垂塑日期：凼1 2 ：扩 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅：学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：至丝 日 期：d 薹丑：f 9苎 名 期 签j y导 日 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题研究的背景与意义 第一章 引言 自1 8 7 6 年贝尔发明电话以来，通信网始终是语音业务占主导地位，并以电话 交换为主导。进入2 0 世纪9 0 年代后，通信网的业务结构发生了极大的变化。全球 传统电话业务的年增长率为5 一l o ，而数据业务的年增长率高达2 5 4 0 ，呈指 数式增长，特别是自2 0 世纪9 0 年代中期以来，随着w w w 业务的问世。以因特网 ( 1 a t e r n e q 为主的口业务每6 - 1 2 个月翻一番，比著名的摩尔定律指出的c p u 性能每 隔1 8 个月就翻番的速度还要快1 5 - 3 倍【。至本世纪初，出现了电信业1 0 0 多年 来的一个历史转折点：全球的数据业务量已超过电话业务量，从网络的承载流量来 看，数据业务已成为主导业务。在此背景下，各国大力投资扩建碑网络，增加其带 宽，有效地提高了i n t e r a c t 传送质量，反过来又促进了i n t e r n e t 业务的发展和用户数 的增长。 我国通信网业务的发展遵循同样的规律，据统计，1 9 9 9 ，2 0 0 3 年i n t e r n e t 和电话 业务量的年平均增长率分别为3 6 2 和4 1 8 9 ，2 0 0 3 年的增长率则分别为1 4 3 和 2 9 6 9 。至2 0 0 2 年底，i n t e r n e t 业务量已超过电话业务量。 与此同时，i n t e r n c t 的传送内容也从e m a i l 的低速率普通文本，到包括语音和 圈像在虑豹中速率数据，直至如网络游戏或影视等含凌动图像的高速率信号，其提 供的服务已进入电话网的领域，传统电信网和计算机网壁垒分明的界线已被打破。 由此可知，由于i n t e r n e t 的高速发展和成功应用，不仅使数据业务量超过了电 话业务量，而且使口技术进入了包括语音和视频在内的传统电信网领域。因此，网 络业务数据化发展趋势对通信网技术的发展必将带来深刻的影响。 腰技术屏蔽了底层技术的细节，能支持多种业务与应用，是促进各网络融合的 主要技术。面向数据应用的i n t c r n e t 有其固有的缺陷特别是缺乏传统通信网固有 的高服务质量、高可靠性、完备的网络管理和网络智能等优异的性能，由于这些性 能的缺损，造成基于i n t e r n e t 的信息网络长期高流量、低收益的局面，这对于一个 公众运营网络的可持续发展是不可接受的。在此背景下，引发了关于究竟什么是未 来通信网的争论。争论促成计算机界和通信界通力合作、达成共识，认识到通信网 和i n t e r n e t 之间应该是互补关系。而不是替代关系，只有充分借鉴和综合两者的技 术优势，才可能构建新一代的通信网【2 1 。 一个基本构想是，未来通信网采用i p 作为其网络层核心技术，将重用i n t e r n e t 已有的网络技术。同时要借鉴通信网成熟的网络管理技术，两者结合构成一个可管 华北电力大学硕士学位论文 理的口网络。然后再综合通信网络的智能技术和计算机网络的分布计算技术，赋予 该口网络灵活提供增值业务的能力，最后形成一个可管理、可运营、可盈利的腰 通信网络，这样的新一代网络就称之为n g n 。 在n g n 中。最关键的便是软交换技术f 3 】。其主要解决的问题是如何在i p 通信 网中引入控制功能，包括呼口q 控制和业务控制，并建立增值业务平台。软交换技术 最初由计算机网络设备商提出，设备主要基于商用计算机平台，处理能力相对不高， 主要用于解决企业用户的v o 腰通信。与此同时，计算机得到普及，信息通信网用户 数里爆炸式增长，球技术深刻改变了传统的电信观念及体系框架，传统运营商也在 努力寻找通信网业务与i i i 业务紧密结合的途径。随着业界对软交换体系的逐步认识 及肯定，传统交换设备制造商纷纷加入到软交换系统的研制队伍中。并陆续推出运 营级的解决方案，使得软交换网络的规模从企业级应用迈向了运营级应用 目前，这种电信运营级的软交换网络体系已经形成，它采用包交换技术和标准 接口的分布式体系结构，利用软交换设备完成呼叫接续及控制功能，业务逻辑提供 的功能由业务服务器完成，网关只负责媒体流的转换及传递【4 1 这样的体系结构能 够很好地解决语音、数据、视频等褶互融合的需求，并且利用业务层的a p i 接口增 强了网络的业务提供能力，与网络的发展目标相符【5 j 。 随着n g n 技术的迅猛发展，电话，会议电视、远程教育、电子商务等越来越 多的业务都可以在口网上传送，已有人提出了。e v e r y t h i n g o v e r i p ”的口号【酊。在 这种情形下，口传真也随之出现。 1 2 国内外研究与发展现状 1 2 1 国外发展现状 国际上研究n g n 相关技术的组织有很多，包括i t u t 、i e t f 、a t mf o r u m 、i s c 、 3 g p p 、m p l sf o r u m 等l ”。 2 0 0 3 年删t 开始了n g n 2 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l 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 n f o c u s g r o u p 组织，这是r r u 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【引。该组织每两个月开一次会，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 定义更加清晰了，对业务分类更明确了，也便于实施。n g nf o c u sg r o u p 的分组、 研究范围及目前的成果见表1 - 1 。 2 华北电力大学硬士学位论文 工作组研究范围 成果 w g ls r ( 业务需求) n g n 范围l 陆 e a s e1 基本要求，业务及 能力，移动性业务及能力 w g 2 f a m ( 功能结构和移动性)n g n 的架构，功能性要求，移动性， 软路由的功能要求 l 岫a n da r c h i t c c t m 霉, f u n c t i o n a lr e q f o rn g nm o b i l i t y , f u n c t i o n a lr e q f o r s o f tr o u t e r w g 3 q o s ( 服务质量) t r - 1 2 3 q o s , t r - m s n n i q o s , t r - n o n q o s , t r - h o n n h n p e r f , t r e 2 e q o s 1 ，t r - e n e lt r - a t m i p a , t r - r a c s , t r - i p a q o s w g 5s e c ( 安全能力)n g n 安全框架 w g 6e v o l ( 演进) 向n g n 的网络演进，p s t n 向n g n 的演进 w g 7f p b n ( 基于分组网的未 未来分组网的需求 来) 在i t u 启动对n o n 的标准化工作之前，欧洲电信标准化组织e t s i 的n g n 研 究小组就对n g n 进行了初步定义，在其研究报告中将n g n 定义如下：n g n 是一 种规范和部署网络的概念，通过分层、分平面和开放接口的方式，给业务提供商和 运营商提供一个平台，该平台可以逐步演进以创造、部署和管理创新业务。 2 0 0 3 年1 2 月，e t s i 下的t i s p a n 开始研究n g n 的体系结构，它主要关注于 增强3 g p p 的i m s 体系结构以满足固定网络的需求，并考虑p s t n 的演进，支持先 进的多媒体业务。研究课题共分为业务、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，分成p a c k a g e l 1 、p a c k a g e l 2 、p a c k a g c l 。3 、p a c k a g e l 0 ： ( 1 ) p a c k a g e1 1 ( 2 0 0 5 年6 月1 ； 业务需求和能力 业务描述 概貌和分系统的结构 ( 2 ) p a c k a g e1 2 ( 2 0 0 5 年9 月) ： 详细的功能性要求 3 华北电力大学硕士学位论文 特殊业务，附加业务定义 演进及i m s 的协议规范 互通规范和测试 ( 3 ) p a c k a g e1 3 ( 2 0 0 5 年1 2 月k 其他要求和架构 协议 o s s ( 4 ) p a c k a g e l 0 ( 2 0 0 5 年9 月一1 2 月) ： 范围指南，术语 q o s 安全管理框架 e n u m 相关 目前在欧洲、北美、中东、亚大、拉美等地的许多国家的各大运营商都对下一 代网络技术采取了比较积极的态度，有的运营商在进行相关的试验，有的则引入 n g n 网络进行一定规模的商用。 欧洲的运营商对于软交换的发展和应用比较务实和谨慎，他们根据网络的实际 情况和业务的发展来采取对策。1 9 9 9 年5 月英国的长途与多媒体业务提供商b t s p a i n 为了创造新的收入来源和竞争长途语音业务，基于软交换技术建立了全球第 一个端到端的电信级v o i p 网络。比利时电信( b e l g a t o m ) 目前主要是跟踪技术和 设备的发展。比利时电信的技术部门在n g n 方面，重点研究未来分组语音网络的 体系架构和需求，开展n g n 技术培调，建立n g n 实验室，为开展现场实验进行 技术准备，研究新型网络管理等n g n 技术培训。 在美国，新运营商对软交换技术十分敏感，有许多运营商进行了网络实验。美 国首家传统电信运营商s p r i n t 公司本地电信业务部宣布开始利用n g n 解决方案 将其整个电话网络改造为基于分组的下一代网络，成为美国第一个将整个现有电话 网络( 包括本地和汇接) 分组化的运营商，目前该网络已经成功实现了7 2 小时 4 2 0 0 万次大话务量呼叫测试，并支持1 2 万用户线：2 0 0 4 年初，美国最大的全球 性固定和无线运营商v e r i z o n 宣布采用n g n 解决方案，大规模部署分组交换技 术，提供集成的话音和数据业务 巴西t e l e f o n i c a 公司测试了1 1 家厂商的n g n 产品，包括西门子，北电、朗 讯、3 c o m 等。测试表明，n g n 在支持长途层、汇接层、端局层的分组语音等方 面，已经有了满意的解决方案 在日本，新的宽带网络运营商希望将软交换技术作为传统运营商竞争的武器。 n 兀d oc o m o 在积极研发软交换技术，趋向于在3 g 系统中采用软交换技术，而 n ，兀则把软交换列为其下一代光纤到户的发展计划中。 4 华北电力大学硕士学位论文 1 2 2 国内n g n 标准研究状况 n o n 作为个新的研究领域，n g n 的标准化在国内、国际都有一个过程。我 国在2 0 世纪9 0 年代末就已经开始了下一代网络发展战略的研究，。十五”期间的 国家“8 6 3 ”高科技计划以及信息产业部的有关科技项目中都有关予n o n 的课题研 究。n o n 的体系架构能否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1 9 】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，口与多媒体及无线通信等 一些工作组中开展有关研究： ( 1 ) 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 + 技术，综合接入系统的技术要求， 甚高速数字用户线。 ( 2 ) 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。 ( 3 ) 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、m 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 草案协议方面完成的标准主要是媒体网关m g c p 方面的技术要求、测试方法，还 有与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。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。 ( 4 ) 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，两是因为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 。 n - 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 o n 的一部分，国家正在启动c n g i 的项目，且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 i v 6 路由器等通信产品的生产研制工作，目前已完 5 华北电力大学硕士学位论文 成了i p v 6 相应的技术标准目前完成的i p v 6 技术标准主要包括i p v 6 基本的协议， m v 4 向i p v 6 演迸方面的规定，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 方面还要加紧制定一些更深层次的标准。 ( 5 ) 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 项标准，分为t d s c d m a 、c d m a 2 0 、w c d m a 三类。这些标准正在 做最后的审查和修改，即将报批。 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，为厂家制定相关 的设备规范都起到了很好的指导作用。 1 3 本文的主要研究工作和组织结构 1 3 1 本文的主要研究工作 一、根据咖- t 的标准，研究n g n 的网络架构，并根据n g n 网络融合的特性， 设计基于n g n 软交换的传真服务器的网络架构。 二、研究传真工作原理和a t 指令，研究l i n u x 平台下的m o d e m 编程，设计实 现l i n u x 下的传真服务器各功能模块。 三、研究n g n 网络的通信原理，对l i n u x 平台下的软交换a s t e r i s k 作深入剖析； 研究口实时传真，设计实现基于a s t e r i s k 软交换的口传真网关。 1 ，3 。2 本文的组织结构 本文的组织结构如下： 第一章是绪论，介绍了以软交换技术为核心的n g n 网络的技术背景及国内外 发展现状，论述了论文研究的实际意义以及本文的研究目标与内容。 第二章介绍了软交换、传真技术、h 3 2 3 协议栈等论文研究工作的相关技术， 为论文的下一步研究作铺垫。 第三章描述了传真服务器的实现，并介绍了m o d e m 编程技术以及a t 指令在 l i n u x 系统中的编程实现。 第四章描述了传真服务器的3 3 8 虚拟m o d e m 的实现，并详细介绍了t 3 8 协 议及其编程实现 第五章总结了本文的研究成果，提出了迸一步的研究方向。 6 华北电力大学硬士学位论文 第二章传真与软交换相关技术 2 。1 传真的基本概念 传真是把记录在纸上的文字、图像等信息通过扫描传输出去，在接收端的记录 纸上重现与发送端相同或相似图像的通信手段其主要特点是可以处理任意的黑白 图形和具有可记录性。也就是说。传真通信实际上是一种传送静止图象的“记录通 信”故有人亦称之为“远程复印”或“电传字画”【1 0 l 。 传真的基本思想是英国物理学家亚历山大贝恩( a l c x 粕d e rb a i n ) 早在1 8 4 3 年提 出的，当时的设想是用电流自动传输和记录图像。后来为了对传真进行改进，1 8 5 7 年在巴黎一里昂，巴黎一马奏之间进行了传真实验。其后又结合照相技术的发展， 改进为相片传真，才使传真技术进入了实用阶段。1 9 7 2 年电话网传真业务开放以来， 传真通信爆炸性地发展起来，幂用电话同的传真通信激起了办公自动化的浪潮。 传真机的工作原理相对简单，首先将需要传真的文件通过光电扫描技术将图 像、文字转化为采用霍夫曼编码方式的数字信号，经v 2 9 、v , 1 7 等方式调制后转成 音频信号，然后通过传统电话线进行传送。接收方的传真机接到信号后，会将信号 复原然后打印出来。这样，接收方就会收到一份原发送文件的复印件。 根据n 1 j - t 建议，目前将已应用与开发的文件传真机分为四类：即一类机、二 类机、三类视( g 3 ) 与四类机( g 4 ) 。 一类传真机为双边带调制，其发送信号不采取任何频带压缩措施，适用于在电 话线路上以3 8 5 l r a m 的扫描密度，在6 分钟内传送一页i s oa 4 幅面文件的传 真设备。 二类传真机是采用频带压缩技术，在3 8 5 i , m m 的扫描密度下，约在3 分钟内 在一个话路上，传送一页i s oa 4 幅面文件的传真设备。 三类传真机需在调制处理前采取措施，以减少报文信号中的信息冗余度，以主 扫描线密度8 d o t r a m ，副扫描线密度3 8 5 l m m 及7 7 l r a m ，能在1 分钟左右时 间，以传输速率4 8 0 0 b p s 在一个话路上传送一页i s o a 4 幅面的典型打字文件的传真 设备 四类传真机对发送前的报文信号采取了减少信息冗余度措施，主要用于公共数 据网( p d n ) 的设备。此类设备是适用于公共数据网的通信规程，并保证文件的无 差错接收。它能以6 4 k l , i t s 的数据信号速率，在1 5 秒内传送一页i s oa 4 幅面文 件的传真设备。 目前占市场统治地位的是三类传真机。 7 华北奄力大学硕士学位论文 2 2 软交换相关知识 2 2 1 软交换的概念 在2 0 世纪9 0 年代后期，随着口技术的迅速发展，人们开始研究i p 技术在通 信领域中的应用，提出了以口网络作为未来信息网统一传送平台的设想，并得到了 广泛的认同。诤多媒体技术的突破口依然是语音通信，其标志性应用就是职电话， 也就是v o l p 技术。此技术推出后，由于其低廉的成本和良好的技术发展前景，很快 在全球赢得了市场，受到业界的高度重视。u - t 在原来局限用于局域网无质量保 证的可视电话的h 3 2 3 第一舨本( v 1 ) 的基础上，制订出了用于口网络多媒体通 信的h 3 2 3 v 2 标准，成为m 电话最重要的国际标准，有力地推动了m 实时通信应 用的进展【l l j 与此同时，i e t f 提出以s i p 协议为基础实现v o 口的方案。由于s i p 体系的简 单性、灵活性和开放性，特别是和i n t e r n e t 设计思想的一致性，赋予它强大的技术 发展潜力。随着i n t e r a c t 的快速发展，s i p 技术已越来越引起人们的重视，已成为下 一代网络的重要候选技术1 1 2 1 。 无论是h 3 2 3 还是s i p ，实现v o i p 的一个重要的元素就是网关( g w ，g a t e w a y ) ， 口网通过网关实现与各种不同网络的互通，完成不同网络中媒体格式的转换和必要 的控制功能【埘。通过网关实现互通也可运用于a t m 等其他宽带分组网络，它是网 络演进的一个重要机制，已为通信业界广泛采用。制造厂商在交换机内置i p 接入服 务器的基础上增设疋电话网关的功能，增强交换机的功能，对交换机技术向i p 方 向演进也产生了很大的影响。 在一开始提出的标准中，所有互通功能都由网关实现，随着应用的扩展，网关 的功能要求越来越高。这样的设计原则会使网关变得愈益复杂，成本愈益升高。另 一方面，相当多的网关是由计算机终端设备厂商开发的，其电信级可靠性难以得到 保障【1 4 i 。为了使口电话系统能在公众网上运行，人们又提出了分离网关的概念， 就是把网关的控制功能和承载功能分离，网关只负责不同网络的媒体格式的适配转 换，故称之为媒体网关( m g w ，m e d i ag a t e w a y ) 1 s l 。所有控制功能包括呼叫控制、 接入控制和资源控制等功能由另外设置的独立的媒体网关控制器( m g c ，m e d i a g a t e w a yc o n t r o l l e r ) 负责，并在媒体网关和媒体网关控制器之间定义标准的控制协 议。这样，众多的媒体网关的功能要求将大为降低，其可靠性要求也大为放宽，确 保通信质量的关键网络设备将是为数不多的媒体网关控制器，它可由专业的电信设 备制造商制造。这种思路实际上回归传统电信网集中控制的机制，目的是保证i p 通 信系统的可扩展性和高度可靠性。 由于m g c 的基础功能是呼叫控制，其地位相当于电话网中的交换机，但是和 8 华北电力大学硕士学位论文 普通交换机不同的是，m g c 并不具体负责语音信号的传送，只是向m g w 发出指 令，由后者完成语音信号的传送和格式转换。相当于m g c 中只包含交换机的控制 软件，而具体语音信号的交换则位于m g w 之中正因为如此，l u c e n t 首先提出“软 交换”这一名词，并进一步提出了以软交换为核心的网络演进方案。这一想法受到 业界的普遍认同。各电信设备制造厂商积极开发各自的产品系列及其网关设备控制 协议。 2 2 2 软交换网络功能结构 i s c 提出基于软交换技术的网络分层结构如图2 - 1 所示【垌。由下而上，它由四 个功能层组成：传送层、控制层、应用层和数据层。管理平面和所有功能层交互， 提供各层的网络管理功能。 图2 - 1 软交换的网络分层结构图 传送层负责用户信息从源端到目的地端的传送，传送技术可以是电路交换型的 t d m 方式、面向连接的分组方式( 如a t m 、f r 等) ，或者是无连接的讲分组方式。 其中，交换功能和逻辑端口功能分别对应于面向连接的t d m 或a t m 技术和无连接 的i p 技术，各传送技术仍然沿用各自的承载控制协议，如t d m 的7 号信令、a t m 的带宽信令协议和i p 的路由协议。适配功能则完成用户信息经由不同传送网时的格 式转换。另外，传送层还负责带内信令和直连方式信令的物理终接，并将其传送至 9 华北电力大学硕士学位论文 控制平面。 控制层负责通信各方之间的呼叫建立和释放需要指出的是，虽然i p 是一种无 连接的技术，它不要求源和目的地之间在通信开始之前预先建立连接，通信路由也 可随网络情况的交化而动态调整，但是从应用层面考虑，口技术用于通信应用，通 信双方登须事先建立某种联系，以确定终接端口地址和终端能力，网络也必须对通 信过程有一定的监视机制，以支持安全接入、计费、资源管理等功能。因此，任何 传送技术用于坤通信网仍然需要端到端或沿到沿的联系控制机制，在球网中称为 会话控制，在通信开始之前要先建立会话联系，相当于通信中的呼叫控制。在软交 换中，会话，呼叫控制和承载控制相互分离，分别由控制层和传送层完成，这样使得 控制层定义的较交换功能独立于传送技术。其中，设备控制功能和承载琏接控制功 能分别对应于球网络设备( 如l l i 网关) 的会话控制和面向连接的网络设备( 如a t m 网关) 的呼叫控制功能。信令处理功能解释并处理由传送层或信令网关传送来的传 统通信网信令，与设备控制功能和承载连接控制功能协调完成分组网络的媒体信道 控制。月守，代理功能可增强控制层的能力，分别源自r r u - t 的h 3 2 3 系统和i e t f 的s i p 系统。分支控制功能则应在应用层的控制下，对多方通信的不丽分支支路会 话呼叫进行相应的控制。 应用层利用下面两层提供的网络能力，构建和实现各种用户所需的应用，或称 为增值业务。软交换沿用了传统通信网中的智能网机制( 但不再用i n a f 控制协议) ， 将业务控制和呼叫控制相分离，前者由应用层实现，后者由控制层实现。其中，业 务逻辑功能定义了增值业务的控制程序，翻译和路由完成地址翻译和路由选择功 能，在它们的配合下，会话控制功能根据特定业务的要求命令控制层改变其缺省连 接方式。策略决策则完成基于策略的网络管理、资源配置和环境支配等功能 数据层提供网络数据库能力，供应用层和控制层使用。其中，最重要的一类数 据库就是口网络中特有的目录服务数据库，它为软交换网络地址解析提供数据服 务。另一类数据库是支持软交换网络增值业务的用户数据库和业务数据库；其地位 与传统智能网中的s d f 相似。 管理平面则提供网络管理、运营支撑、用户配置、业务配置、计费结算等各类 管理功能，这些功能分布于相应的各个层次中实现。 2 2 3 软交换网络结构示例 图2 - 2 表示了软交换用于固定网演进的典型网络结构 x t l 。该网络支持 p s t n i s d n 和口网络的互通，也支持i p 终端的直接接入。其中，p s t n 的交换机 中继线通过中继网关t g 和球网络相连，控制中继线路的7 号信令通过信令网关 ( s g ) 由s i g t r a n 协议转接送往软交换机( s s w ) 有线和无线接入网线路则通 华北电力大学硕士学位论文 过接入网关( a g ) 和i p 网络相连，由于接入信令( 如v 5 信令、i s d n 用户信令) 通常是直连方式传送的。因此直接通过a g 由s i g t r a n 协议转接送往s s w 。s s w 解析p s t n ，i s d n 的信令后，经地址解析和选路，选定输出网关或者作为被叫的口 终端。这里的坤终端可以是s 璩终端、h 3 2 3 终端或m g c p 终端，通过相应的协议 向s s w 发起呼叫请求或由s s w 接受呼叫。如果主被叫分属不同的s s w 管辖，则 s s w 之间通过s i p 、h 3 2 3 或b i c c 协议交互，完成呼叫建立过程。口网络中的增 值业务由应用服务器( a s ) 提供，a s 通过p a r l a y 接口向s s w 发出关于网络操作的 请求，再由后者控制实现媒体服务器( m s 配合a s 完威增值业务，并支持多方 会议通信，m s 的操作由s s w 经由m g c p 控制【埔l 。 偿令藏 2 2 4 软交换关键技术 t g m g 一群体漉 图2 - 2 软交换网络结构图 作为可管理、可盈利、可运营的n g n 重要支撑的软交换，其关键技术包括： ( 1 ) 组网技术 作为一个定位于公众通信网的软交换网络必须具有良好的可扩展性，能够支持 大规模组网应用。为此，一方面应该充分借鉴通信网已有的技术，另一方面必须考 虑n g n 的网络环境并提出特定的技术。 首先，必须解决地址和路由问题。在传统通信网中，大量的是电话终端，普遍 l l 华北电力大学硕士学位论文 使用的是e 1 6 4 形式的地址，该类地址便于选择，结构具有良好的可扩展性。但是， 在n g n 中使用的口终端类型繁多，具有各自不同的地址形式，一个基本问题就是 如何支持不同地址形式的统一寻址尤其是在n g n 和传统通信网的互通情况下， 普通电话终端如何呼叫璩终端是一个必须要解决的问题另外，在口网络中，无 论采用何种地址形式，最终要归结为诤地址，而目前i p v 4 地址容量严重不足，这 将是制约n g n 规模发展的最重要的因素。这里的路由指的是信令路由，并非分组 数据包本身的路由，它直接关系到呼叫建立的性能，要解决的主要问题是确定合理 的信令路由结构和技术，既要保证较低的端到端信令传送时延，又要支持大规模网 络的组网要求。 其次，要解决多域组网的阔题。为了顺从电信市场开放的趋势，鼓励多厂竞争， 通常在同一地区都会有多个运营商提供服务，形如如何交换域问路由信息，在 p s t n i p 互通的情况下如何搜索合适的网关等另外，一个十分重要的多域问题是 口私网和口公网之间的通信，由私网至公网必须经由m 网络地址翻译( n 衄) ，这 样的翻译会造成许多协议出错，从而使私网和公网通信失败。这就是所谓的n a t 穿 越问题。 另外一个问题就是如何支持传统通信网关至n g n 组喇的平滑演进，也就是如 何用软交换技术逐步取代电路交换技术，最后演进到全口通信网络，包括n g n 最 佳网络结构和最佳控制信令的选择问题。 ( 2 ) 业务技术 业务是运营商最为关心的问题，直接关系到n g n 能否健康生存和发展。软交 换网络继承传统智能网的思路，设置和控制层分离的业务层，支持灵活快速地提供 增值业务。但是，和智能网根本不同的是，软交换网络的控制层和业务层之间不再 采用通信网专用的协议接口，而是采用计算机a p i 形式的开放式接口，主流技术就 是p a r l a ya p i 技术。3 g p p 提出的基于p a r l a y 技术的开放式业务接入( o s a ) 结构 体现了n g n 的业务发展方向。 ( 3 ) q o s 技术 就0 0 s ( 服务质量) 而言，软交换网络和i n t e r n e t 有两个重要的不同之处。首 先，它是一个多媒体通信网络，不但要支持口网络的传统数据应用，而且要支持高 质量的实时音视频通信业务。其次，它是一个商业运营网络，必需向用户提供承诺 的服务质量，而且需根据所提供的服务质量计费。因此，必须根据不同的应用需求， 提供相应的q o s 在技术上，软交换网络和传统的p s t n 也有很大的不同。p s t n 是电路交换网， 当网络话务量大捌一定程度时，由于网络资源全部被占用，交换机将拒绝后来的呼 叫请求。拒绝一个呼叫只影响一个用户，对于正在进行中的呼叫没有任何影响。软 交换网络是资源统计复用的分组网络，当网络业务量增大时，网络资源使用出现拥 1 2 华北电力大学硕士学位论文 塞，后来的呼叫虽然仍然可以进入网络，但是其q o s 将下降，不但如此，正在进行 中的呼叫的o o s 也将受到影响。因此，阿络o o s 闯题比p s t n 要复杂得多。 虽然a t m 已有成熟得o o s 技术，但是需要复杂的信令和大量的开销，只适用 于面向连接的厨络，为此，i e t f 提出了具有良好可扩展性的区分服务( d i f f s e r v ) 技术t 1 9 l 。然而，d i f i s e r v 技术只能提供相对优先级的服务质量，并不能确保用户要 求的质量指标，其根本原因是它并没有考虑网络资源的预留。因此，有必要在 d i f f s e r v 技术的基础上，借鉴a t m 的o o s 技术思想，研究既能确保质量指标又相 对简单高效的q o s 架构和技术。这就要求充分融合通信网和i n t e r n e t 思想和技术， 至今为止，尚无完备的解决方案，特别是多业务口网络的o o s 问题是一个具有极 大挑战性的闯题。 ( 4 ) 安全技术 由于传统通信网是一个封闭式的网络，用户只能通过专用的接入线路或接口才 能使用网络服务，这样的网络，特别是固定通信网是安全的。但是，n g n 是以口 为核心的，口网络的开放性决定了软交换网络必定存在的众多安全威胁，因此，安 全技术是决定n g n 能否实际运营的极为重要的因素。原则上说，安全技术分为信 息安全和网络安全两大类，前者主要是通信内容本身的加密保护，后者主要任务是 保护网络不受恶意攻击的侵袭，保证网络的安全运行。t r u t 定义的网络安全标准 主要是h 2 3 5 协议，i e t f 定义的网络安全标准主要是i p s e c 。此外还要辅之以各个 层面的安全机制，才能得到软交换网络完善的安全技术。 ( 5 ) 终端技术 口网络区另于传统通信网的一个重要特点是，它的终端都是智能终端。正因为 如此，i n t e r n e t 才能方便地提供便捷的信息服务。目前固定网向n g n 过渡的时候， 普遍存在有竞争力业务匮乏的困境，其重要原因之一就是没有合适的终端。因此， 研究适合于n g n 环境的经济、高效、使用方便的智能终端也是软交换的一项重要 的研究课题。普遍认为，新的终端应该具有视频功能，并有良好的性能价格比。 2 3h 3 2 3 协议 为了能在不保证q o s 的分组交换网络上展开多媒体通信，由i t u 的第1 5 研究 组于1 9 9 6 年通过h 3 2 3 协议的第一版，并在1 9 9 8 年提出了h 3 2 3 的第二版。h 3 2 3 制定了无q o s 保证的分组网络p b n o ) m e m c p y ( & b u f l ! 【c o u n t ，t e m p b u f e , n r e a d ) ； c o t m t + = n r c a d ； i f ( c o t m 嘧1 3 ) b u f f c o u n t + 1 = w ： b r e a k ； d o s e ( f d ) ； p t h r e a de x i t ( n u l l ) ； ) 华北电力大学硕士学位论文 3 4 传真通信过程 国际通用的传真通信标准是i t u t 制定的t 3 0 协议，它定义了三类传真机的传 真过程。 3 4 1t 3 0 传真协议 基于t 3 0 协议 矧传真过程如图3 2 所示。 i 消息中过程f 卜刊 阶段a阶段b 阶段c t 阶段d阶段e 阶段c 2 图3 - 2t 3 0 传真过程示意图 简单的说，各阶段完成的工作如下： ( 1 ) 阶段a ：呼叫建立过程 呼叫建立是通过主叫拨号和被叫应答，在公共电话交换网上建立连接的过程。 在真正进入传真阶段，即阶段b 前，传真机还要发送两个信号，分别是c e d ( 被叫 终端标识，c a l l e dt e r m i n a li d e n t i f i c a t i o n ) ，c n g ( 主叫单音c a l l i n gt o n e ) 。 ( 2 ) 阶段b ；前消息处理过程 阶段b 主要完成能力协商和线路i j i i 练。能力协商主要是速率、编码和纠错方面 的协商，线路训练则是主叫与被叫终端交换容量与识别信息，如电话号码和公司名 称这个过程就是m o d e m 的协商过程。 ( 3 ) 阶段c ：消息中过程 阶段c 又分为c 1 和c 2 两个阶段，主要完成报文传输，并且c 1 阶段和c 2 阶 段是同时进行的。c 1 完成报文同步、误码检测和线路监控等工作。c 2 则是报文传 输过程。 ( 4 ) 阶段d ：后消息过程 主叫方发送多页信号、报文结束信号和传真结束信号；而被叫终端发送确认信 号证实接收到主叫终端的信息。该阶段完成证实多页还是单页文件的传输，以及报 文结束，传真结束信号的发送接收。 华北电力大学硕士学位论文 ( 5 ) 阶段e ：呼叫释放过程 本阶段非常简单，就是两部分：一部分是针对传真的释放，另一部分是针对阶 段a 呼叫的释放针对传真的释放就是信号d c n ( 挂断信号) ，这时传真机由传真 状态切回语音通话状态。而呼叫的释放就由交换机根据信令的类型来完成。 3 4 2 传真通讯流程图 图3 - 3 表示的是传真通讯的一般流程1 2 6 1 主叫 图3 - 3 传真通讯流程图 被叫 首先，主叫发送单音信号c n g ，表示要进入传真状态；被叫接到c n g 信号后 返回信号c e d ，标识终端信息。这两个信号是阶段a 最后的两个信号。 然后，被叫发送信号d i s ，标识被叫能力，此时进入阶段b 。主叫收到d i s 信 号后发送d c s 信号表示响应，接着再发送t c f 信号进入训练阶段。训练完毕后， 被叫发送c f r 信号表示训练完毕，可以进行文件传送。此时阶段b 完成，进入阶 段c - 一传送阶段。 传送一页后，主叫如果发送m p s 信号，表示还有文件要进行传送，这时被叫返 回信号m c f ，表示已经收到满意的报文可以再发送其他文件。这时主叫再进入训练 状态并发送传真消息。 多页传真完毕后就进入了阶段d 。这时主叫发送e o p 信号表示传真已发送完毕， 享王主车一 华北电力大学硕士学位论文 无后续信号传送，这时被叫返回m c f 信号