（计算机应用技术专业论文）基于软交换的voip呼叫路由设计与实现.pdf

摘要 传统的基于t d m 的p s t n 语音网，虽然丁以提供速率为6 4 k b i t s 的业务， 但业务和控制都是由交换机来完成的。这种技术虽然保证语音有优良的品质，但 对新业务的提供需要较长的周期，面对竞争日盏激烈的市场显得力4 ；从心。相对 于语音通信，基于1 p 的网络通信有着令人难以置信的增长速度，其占用带宽的 增加速度比语音通信高得多。在i p 网络上丌展语音业务也刊样可以降低成本。 同时，在i p 网络上的数据业务得到迅猛发展，其发展势头已远远超过语音业务 的增长势头。基于t d m 的p s t n 语音网络! 必将和分组交换数掘网融合，形成可 以传递语音和数据等综合业务的下一代网络。但是由于种种原因，成熟的软交换 网络商业应用还没有普遍，这就有必要探讨在现有的电信网络平台上，如何平滑 的过渡的软交换网络。 本文提出了一种通用的软交换网络的软件体系结构，这种软件体系结构实 现了软交换网络中的一些主要部件的软件部分，如软交换设备，信令网关，媒体 网关等。通过这样的一种解决方案，我们用这套软件体系结构，再配套一些必要 的硬件，就可以实现目前的一些软交换的基础设备。这样，企业在构建软交换网 络时，可以用这些设备先构成一个软交换实验网络，从中探讨未来构建真正的 软交换网络时的成本与收益，从而为软交换网络的成熟商用打下良好的基础。 呼叫路由是指主叫用户拨打被叫用户时，如何找到被叫号码的位置，是 v o i p 中的一个非常重要的模块，其设计的好坏与否关系到用户能否正常的拨打 电话和电话接续时问的长短。本文给出了一种基于树形结构的数据结构，来查找 电话号码，提高了用户拨打电话的效率。同时，还在此基础上给出了呼叫路由模 块的黑白名单、号码转换以及动态路由的设计与实现。 关键词：呼叫路由，v o i p ，i p 语音，软交换，黑白名单分析 a b s t r a c t a l t h o u g ht h et r a d i t i o n a lp s t nt e l e p h o n en e t w o r kb a s e do i l t d mc a np r o v i d e t h es e r v i c ea tt h er a t eo f 6 4 k b s ，i t ss e r v i c e s a n dc o n t r o lm u s tb e c o m p l e t e db y s w i t c h e n h o w e v e r ，a l t h o u g ht h et e c h n o l o g ym a y e n s u r eg o o dv o i c eq u a l i t y ，i t so f f e rt o n e ws e r v i c en e e dm u c h l o n g e rp e r i o d a n dc a n n o td e a lw i t h i n c r e a s i n g m a r k e t c o m p a r e d w i t hv o i c e t e l e c o m n r u n i c a t i o n ，i p n e t w o r kc o m m u n i c a t i o ni s i n c r e a s i n gi n c r e d i b l e l y ，w h o s e b a n d w i d t hi s i n c r e a s i n g m o r e r a p i d t h a nv o i c e c o m m u n i c a t i o n a d v a n c i n gv o i c es e r v i c eo v e ri pn e t w o r km a y a l s or e d u c ec o s t a tt h e s a m et i m e ，d a t as e r v i c eo v e ri pi sa d v a n c i n gm u c hm o r er a p i d l yt h a nv o i c es e r v i c ea s ar e s u l t ，t h ep s t nv o i c en e t w o r km u s tb ei n t e g r a t e di n t op a c k a g ed a t an e t w o r k ，w h i c h c o y l ei n t o b e i n g t h en e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k ( n g m b u t b e c a u s eo fs o m e r e a s o n s ，t h e r ei sn ov e r yg o o ds o f t s w i t c hi nb u s i n e s sf i e l d ，w h i c hu r g eu sr e s e a r c hi n t o h o ww eh a v ee x i s t i n gt e l e c o mn e t w o r kt r a n s f o r mi n t os o f l s w i t c hn e t w o r k i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w e p u tf o r w a r dau n i v e r s a ls o f t w a r ea r c h i t e c t u r e ，w h i c hi s b a s e do ns o f l s w i t c hn e t w o r k t h es o f t w a r ea r c h i t e c t u r ei m p l e m e n t sp r i m a r ys o f t w a r e p a r to fp r i m a r yc o m p o n e n t si n s o f l s w i t c hn e t w o r k , s u c ha ss o f l s w i t c h e q u i p m e n t ， s i g n a l i n gg a t e w a y , m e d i ag a t e w a y s o f l s w i t c hi sak i n do ff u n c t i o ne n t i t y , w h i c hp r o v i d en g nw i t hc a l l c o n t r o la n d c o n n e c t i o n c o n t r o lo fr e a l t i m e i ti sc e n t r eo fc a l l i n ga n dc o n t r o lo fn g n c a l l r o u t e d e a lw i t ht h et r a n s a c t i o nt h a tw h e nw ec a t lo t h e r s ，t h es o f t s w i t c hm u s tl o c a t et h e c a l l e d s oc a l l r o u t em o d u l ei sv e r yi m p o r ti nv o i p , a n dw h e t h e ri t s d e s i g ng o o do r n o ti sp e g i n e n tt on o r m a lc a l l i n go fu s e ra n dt h et i m eo fc o n n e c t i n g b a s e do nt h e s o l v e p r o j e c t , w em a yi m p l e m e n t a e x p e r i m e n t a l s o f l s w i t c hn e t w o l k t h r 0 1 = i g h t h e s o f t s w i t c ha r c h i t e c t u r ew i t hs o m eh a r d w a r e s oi t m a ys e t t l ed o w nt h eb a s ef o rt h e f u t u r er i p eb u s i n e s sa p p l i c a t i o no fs o f t s w i t c hn e t w o r k i nt h ep a p e r , w em a k eu c so fat r e ed a t as t m c tt o q u e r yp h o n en u m b e r , w h i c h i m p r o v e t h e e f f i c i e n c y o fc a l l i n g p h o n e a n d w ea l s o d e s i g n a n di m p l e m e n tt h e w h i t e - b l a c kl i s t ，p h o n en u m b e r t r a n s f o r m i n ga n dd y n a m i c c a l l - r o u t e k e yw o r d ：c a l l r o u t e r ，v o i p ，s o f t s w i t c h ，a n a l y s i so f w h i t e b l a c k l i s t 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 为获得电子科技大学或其它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。 签名：节、也 日期：2 。o s 年5 月) 。日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、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。本人授权电子科技大学可以将学位论文 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应遵守此规定) 签名：茧! 丝导师签名： 日期：1 s ，s 年，月土口日 电子科技大学硕士论文：基于软交换的v o i p 呼叫路由设计与实现 1 1 下一代网络概述 1 1 1 传统电话网 第一章引言 传统电话网采用的是电路交换技术，它的基本特点是为通信双方固定分配 一条固定带宽为6 4 k b i t s 的通信电路，一次通信包括三个过程：建立电路、通 话和释放电路，其中建立电路和释放电路需要信令的支持。通常将基于电路交换 技术的通信网称为电路交换网( s c n ) ，包括固定电话网和移动电话网。 s c n 采用的信令方式有随路信令方式和公共信道信令方式，随路信令的信令 通道就是话路本身，在通话建立前和释放时用来传送信令，公共信道信令则采用 专用的信令通道传送信令，信令通道和话音数据通道是分开的。 目前在传统电话网上可以实现的业务包括基本语音业务和补充业务。基本 语音业务是端到端的通信。补充业务包括呼叫转移、呼叫等待、限制呼出或呼入、 追踪恶意呼叫、三方通话、来电显示、呼叫代答、c e n t r e x 业务等。除此之外， 传统电话网还与智能网相结合，实现了智能业务，如卡号业务、8 0 0 号、大众投 票等。 对于语音通信，传统电话网能够保证足够带宽，确保低时延、低失真的实 时通信服务质量( o o s ) ，缺点是网络带宽利用率不高，一旦电路被占用，无论用 户是否处于讲话状态，分配的电路始终被占用。另一方面，传统电话网的接入手 段受限于双绞线，不能满足用户对带宽多媒体业务的需求。由于将所有业务逻辑 都存放在交换机内部，如果运营商要对业务进行改动或增加，就要对所有交换机 进行改造，操作复杂，工作量极大。同时由于各交换机支持的功能及版本不同， 涉及全网的业务也难以推广。虽然智能网是提供新业务的一种有效模式，但智能 网对外不是采用标准的业务开发接口，业务的生成仍依靠设备制造商。 1 1 2 下一代网络的兴起 传统的基于t d m 的p s t n 语音网，虽然可以提供速率为6 4 k b i t s 的业务， 但业务和控制都是由交换机来完成的。这种技术虽然保证语音由优良的品质，但 对新业务的提供需要较长的周期，面对竞争日益激烈的市场显得力不从心。相对 于语音通信，基于i p 的网络通信有着令人难以置信的增长速度，其占用带宽的 增加速度比语音通信高得多。i p 通信的高速增长推动着传输和分组交换技术的 电子科技大学硕士论文：基于软交换的v o i p 呼叫路由设计与实现 进步。密集波分复用( d w d m ) 技术使光纤的通信容量大大增加，也提高了核心路由 器的传输能力。这些技术反过来又降低了i p 通信传输和交换的成本。在i p 网络 上开展语音业务也同样可以降低成本。从网络角度看，传统的以电话业务为基础 的电路交换网无论从业务量设计、容量、组网方式还是交换方式上来讲，都已经 无法适应新的发展趋势，积极发展下一代网络已经成为电信发展的必然趋势。 下一代网络的兴起是一场变革。上个世纪建立起来的网络不会在一夜之间 被取代，下一代网络必须和已有的网络共存。在开放的工业标准下，对下一代网 络设施的投资建设会逐渐超过电路交换网。 下一代网络的兴起有着深刻的原因。在2 0 世纪的大部分时间里，绝大多数 的通信网络是被垄断的，而且这些垄断公司大多是由政府控制的。现在，这些公 司正在逐渐私有化，从而引入了竞争。同时，用户对带宽和服务质量的要求以几 何级数增长。可供用户选择的公司和用户的知识都在增加。 新的竞争者正在进入通信市场，已有的运营商也在调整和扩展自己的业务。 但同时，金融风险使得资本难以获得。运营商和网络设各提供商( n e p ) 之间的合 并与兼并( m & a ) 达到了历史上的顶峰。 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作法： 致力于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。在传输层上使用不同的分组语 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。 使运营商网路中的集中智能系统可以远程控制整个网络中的交换设备。 通过点到点的应用可以开展新的数据应用和服务，包括固定电话、手持电 话、i p 电话。计算机系统的媒体控制与网络互操作可以直达用户的桌面。这意 味着商业用户可以随心所欲地管理和使用网络资源，大大降低管理成本。 2 电子科技大学硕士论文：基于软交换的v o i p 呼叫路由设计与实现 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一体的下 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。 1 1 3 下一代网络是外延广泛的大通信网 随着全球网络经济泡沫的破灭，通信行业的发展趋缓，些大型的电信设 备制造商从“财源滚滚”到“裁员滚滚”。作为电信产业链的一环，电信运营商 也感受到前所未有的压力，全球通信的a r p u 值普遍下降，错误投资和过度的扩 张，使得许多运营商陷入了破产和濒临破产的边缘。自中国开始电信改革以来， 采取了各种手段打破垄断，引入竞争，目前中国电信业已经形成了6 强竞争的新 格局。 目前，p s t n 、i p 网及移动网分别拥有独立的网络，采用不同的组网技术， 通过特有的接入手段向各自的用户群提供业务。虽然在各网络的边界可以通过网 关进行业务互通，但是各网丰富的业务属性及特征还不能全部的互通和互操作。 在新的竞争模式下，对大多数运营商来说，虽然语音业务仍是电信运营的 主要收入来源，但数据业务的发展势头不容忽视，因此运营商必须考虑未来网络 的建设与发展问题。比如如何建设新的网络以满足新业务发展的需求? 如何保护 原有的传统网络投资? 如何向其他业务领域拓展? 如何在保持现有网络的盈利 前提下推进网络的发展与演进? 运营商需要一种新的技术来支持未来业务的发 展，通过统一的控制及业务提供，向使用各种接入手段的用户提供统一的业务， 实现不同网络用户之间业务互通和业务特征的完全共享。 i p 技术屏蔽了底层技术的细节，能支持各种业务与应用，是促进未来网络 融合的主要技术。随着i p 技术的广泛应用，传统电信网( p s t n ) 、计算机网络 和移动核心网络逐步走向融合是未来网络的发展总体趋势。作为业务层的技术， n g n 由于其兼有传统网络可运营可管理的特点和i p 网络开发、简单的特性，能 快速的生成各种业务，支持各种运营模式和商业模式，有效地降低网络投资和运 维成本，是促进未来业务融合的主要技术，在未来电信技术的发展中占据重要的 位置。 i n t e r n e t 工程任务组( i e t f ) 对n g n 的研究集中在i p 网络和光网络的融合 方面。n g n 在网络容量和资源方面将具有高带宽、大容量和足够的地址资源等重 要特征。目前光网络系统和i p 网络的研发都在朝着这一方向努力。我国8 6 3 高 技术通信专项也将研发t 比特量级的光传送系统和路由器。有关下一代网络的地 址问题将涉及i p v 6 的实现方案、编号( 如：en u m ) 以及与现有网络编号互通的 3 电子科技大学硕士论文：基于软交换的v o i p 呼叫路由设计与实现 问题。 目前i t u t 对n g n 的定义是g i 的外延，并建议有关g i i i 、；g n 的研究方向 包括： ( 1 ) 第一层和第二层的交换的研究，第一层指光网络基础设施引入光交 换，第二层指引入m p l s 的交换。 ( 2 ) i p 选路的研究。 ( 3 ) 在网络边缘提供业务平台的研究。 ( 4 ) 核心网络技术与相关协议体系结构的研究。 ( 5 ) 层间控制能力转化的研究。通常控制和管理的区别是有度的，例如交 叉连接和交换是用电路颗粒和反应时间来区别的，同样底层的保护倒换和i p 层 的动态选路之间的差别也有度的。因此有必要研究层间功能的变化。 ( 6 ) 网络端到端业务的研究，研究q o s 和带宽控制；控制和管理的融合， 研究动态选路和保护倒换等。 ( 7 ) 接入网的研究。研究新业务、新技术和新结构在接入网传送分组数据 和话音所需要的能力和接入网支持不同q o s 业务的能力。 另外智能定位以及传统网路的互通也将是n g n 的研究重点。 1 1 4 下一代网络的特点 下一代网络是可以提供包括语音、数据和多媒体等各种业务的综合开放的 网络架构，有三大特征。 ( 1 ) 采用开放的网络构架体系，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 件间协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，灵活有效地实现业务的提供。用户 4 电子科技大学硕士论文：基于软交换的v o p 呼叫路由设计与实现 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 ) 下一代网路是基于统一协议的分组网络。 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 中某一网络为基础平台来生长信息基础设施。但近几年随着i p 网的发展，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通信协议，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。i 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。 目前互联网已发展成为全球的信息网络，其规模和用户数量仅次于电话网 ( p s t n ) 和有线电视网，互联网的快速发展极大地改变了人类的社会、政治、经 济和文化生活。从其发展的过程来看，互联网有许多方面与构想中的g i i 有着惊 人的相似之处，如覆盖全球、全方位命名、全方位服务、开放型系统，可支持视 频、音频等多种业务等。而这些方面恰恰是p s t n 所固有的缺陷，因此互联网的 快速发展既给我们带来了机遇，又使我们面临严峻的挑战。专家预测互联网的未 来发展必然会促使行业之间的互相渗透、重组和新生，通信、广播、计算机和数 字技术等会如同凤凰涅磐，互联网在下一世纪的社会经济发展中将起到越来越重 要的作用。所以无论在技术上和业务上，话音网络与数据网络的融合成为网络发 展的必然趋势。 1 1 5 下一代网络的分层 下代网络在功能上可分为如下四层，如图1 1 所示。 接入和传输层( a c c e s sa n dt r a n s p o r tl a y e r ) ：将用户连接至网络， 集中用户业务并将它们传递至目的地，包括各种接入手段。 媒体层( m e d i al a y e r ) ：将信息格式转换成为能够在网络上传递的格式。 例如：将话音信号分割成a t m 信元和i p 包。此外，媒体层可以将信息选路至目 的地。 控制层( c o n t r o ll a y e r ) ：包括呼叫智能。此层决定用户收到的业务， 并能控制低层网络元素对业务流的处理。包括各种按入手段。 5 电子科技大学硕士论文：基于软交换的v o p 呼叫路由设计与实现 图1 ，1 下一代网络的分层结构图 业务应用层( n e t w o r ks e r v i c e a p p l i c a t i o nl a y e r ) ：在呼叫建立的基 础上提供额外的服务。但将现有网络演变成下一代网络并非一日之工，而原有的 网络与新网络将并存相当长的时间，所以新网络还需要能够和原有网络互通，这 要求新的网络体系能够完成以下功能： ( 1 ) 与现有n o 7 信令网互通。 ( 2 ) 与现有的业务( 如智能网提供的业务) 互通。 ( 3 ) 与现有的p s t n 网络体系融合。 1 2 软交换网络的出现 1 2 1 软交换网络的出现 为了增强企业竞争力，顺应市场发展，网络运营商者都在努力寻找着新的 办法以满足网络融合、业务融合的需求，满足降低成本和增加业务开发能力的需 要。 在原有的h 3 2 3 v o i p 体系中，用户信息传送和处理、业务接续和控制功能 集中在单个网关设备中实现，并将网络业务模块或服务器与网络的媒体与交换设 备绑定，使得网路利用率低、不易扩充、可靠性差，难以提供目益增多的新业务。 为此业界提出网络功能分布实现的理论，将网络业务提供及网络呼叫连接控制功 能逐步从网关中独立出来，独立出来的部分称为呼叫代理、呼叫服务器或媒体网 关控制器，1 9 9 9 年后开始称为软交换设备。 6 电子科技大学硕士论文：基于软交换的v o i p 呼叫路由设计与实现 软交换是一种功能实体，为下一代网络( n g n ) 提供具有实时性要求的业务 的呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。 软交换技术最初是由计算机网路设备商提出，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 i p 通信。与此同时，计算 机得到普及，信息通信网络用户数爆炸式增长，i p 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网络及业务与i p 发展趋势紧密结合 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q 接续及控制功能，业务逻 辑提供功能有业务服务器完成，网关只负责媒体流的转换及传递。这样的体系结 构能够很好地解决语音、数据、视频等相互融合的需求，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。 软交换网络不是现有各业务网络( 如p s t n 和i p 网) 的简单延伸和叠加， 而是它们发展与融合的产物。它的出现与发展不是对现有网络的革命，而是演进， 是在继承现有网络优势的基础上实现的网络的发展。从传统电路交换网到基于分 组传送的软交换网络的演进过程将是漫长的，未来的1 0 1 5 内将出现两种网络 并存的局面。随着时间的推移，软交换网络产品在网络中占有的比例将逐步加大， 最终实现整个网络平滑过渡到n g n ，而软交换将是完成这过渡任务的关键。 1 2 2 软交换技术给运营商带来的好处 ( 1 ) 降低了建设及运维成本 目前，p s t n 、数据网络、移动电话网路的技术及设施相互独立，公共资源 无法相互利用，导致了较高的建设及运营成本。 软交换网络体系采用公共、可管理的带宽分组网作为传送平台，使得原来 分立的各种网络有机地统一在一起，使用公共的网络资源，不再需要单独建设各 网络。而且，软交换网络中的设备普遍处理能力高。容量大，从而可以减少局所， 使得网路层次和结构得以简化，节约了网络建设成本。 网络中共享的部分增多，使得维护人员数量可以减少，技术培训费用及人 员开支降低，避免了维护多个分离业务网所带来的高成本和运维配置升级的复杂 性。统计复用技术、静音检测和压缩等技术的使用，提高了网络工作效率，使得 占企业每年总投资8 0 的运维成本得以降低。 7 电子科技大学硕士论文：基于软交换的v o i p 呼叫路由设计与实现 ( 2 ) 便于进入新的业务领域 软交换网络的发展使得技术间的差异不再成为业务差异的主要因素。经营 i p 网、移动通信网络、固定电话通信网络的各传统运营商可以利用这种网间技 术，方便地进入其他业务网领域，同时拥有属于其他业务网路地用户群，统一提 供更加丰富多彩地业务，使得电信服务更加贴近普通百姓的生活。 ( 3 ) 增强了企业的竞争力 现在的电信市场竞争日益激烈，如何提供令人满意、快捷的服务将是竞争 力的源泉所在。随着数据网的飞速发展，用户对业务的需求也不再局限于语音， 如何快速提供各种带宽多媒体业务是各运营商正苦苦思索的问题。 在软交换网络中，所有的业务逻辑及控制都集中在少数几个应用服务器上， 业务的接续和控制由软交换设备负责，使得业务提供基于可控、可管理的平台。 软交换设备的处理能力更高，控制的用户更多，业务的覆盖面更大，业务升级能 力强，便于业务的推广。网络通过标准的a p i 与第三方业务提供平台连接，运营 商及用户可随时根据市场所需，及时生成及修改业务，使得业务生成更加快速， 业务特征更加贴近需求。软交换网路采用集中用户数据库管理的办法，使得一些 诸如广域c e n t r e x 、广域v p n 、移机不换号、广域u p t 的广域联网业务更具吸引 力。软交换设备可以通过i n a p 信令直接调用现有智能网业务，使原有网络资源 不会浪费，网络得以平滑过渡。综上所述，软交换网络强大的业务提供能力大大 增强了企业的竞争力。 ( 4 ) 组网更加灵活 软交换网络采用分层的结构，将传统交换机的功能模块分离成为独立的网 络构件，构件间采用标准的接口协议且相对独立，使得各部件在地理上得以自由 分离，网络结构逐步走向开放，运营商也可根据业务的需要自由组合各部分的功 能产品来组建网络，实现各种异构网的互通，并且能够根据业务的发展有选择地 增加业务服务器及网关设备，适时扩大网络规模。 ( 5 ) 实现用户的综合接入 目前p s t n 用户的终端智能低，接入带宽窄，难以适应业务发展的速度。随 着网络和应用的发展，业务需求将朝着带宽多媒体方向发展，运营商的网络必须 能够提供各种接入手段才能留住用户。软交换网络能够提供各种业务及用户的综 合接入，满足用户对多媒体业务的需求。 ( 6 ) 可实现网络的平滑过渡 电子科技大学硕士论文：基于软交换的v o i p 呼叫路由设计与实现 p s t n 与软交换网络将在相当一段时间内共存，软交换网络不是对p s t n 资源 的淘汰，而是p s t n 的自然演进目标。原p s t n 交换机将继续使用到自然寿命终结， 其用户将通过中继网关实现与软交换网络用户的互通。对于p s t n 中新增的用户 需求，可通过使用接入网关、i a d 等设备解决用户的接入，通过使用中继网关设 备解决网络对汇接局及长途局的新设备需求，并逐步采用软交换设备替代p s t n 中己到寿命的设备，最终实现向软交换网络的平滑过渡。 ( 7 ) 盘活已有带宽资源 从目前情况看，无论是老牌电信运营商还是新兴运营商，都已采用光纤加 l a n 的方式建成了宽带城域网，应该说为用户提供了极为丰富的带宽资源。但由 于缺乏有力的业务支撑和用户基础，带宽资源不能形成规模应用。软交换网络是 个开放的网络，可以将大量的信息拥有者接入网络，提供丰富的应用。可以说， 在目前情况下，只有软交换网络才能使宽带城域网丰富的带宽真正应用于人们的 生活，还可缓解目前电话网难以满足信息化需求的矛盾。 ( 8 ) 提高了网络可靠性 软交换网络的一些创新技术，如呼叫控制节点的互相切换，网络拥塞或中 断时基于策路的呼叫路由选择，基于策略的网络路由优化，所有网元设备基于分 组网布放等，使设各的网络级备份得以实现，大大提高了网络可靠性。 ( 9 ) 有利于新的电信运营商进入 随着电信业自由竞争时代的来临，新运营商需要进行大规模的基础网络建 设。软交换网络的集中控制机制使得新运营商可以在提供i p 业务的同时，提供 实时的语音和视频业务，不用像传统电信运营商那样投入庞大的用户接入费用， 使业务与终端用户直接挂钩。 一直以来，工程浩大的用户管线建设使得其他运营商在发展用户上望而却 步，但软交换网络的出现打破了这一局面，方便了新运营商进入本地电话市场。 伴随着城域网的逐步完善，新运营商可以方便地将各类网关设备、综合接入设备、 智能终端设备布放到各地，向终端用户提供各种接口，如模拟电话r j 4 5 口，x d s l 、 以太网口等，使用户接入更加容易，享有各种多媒体业务。 由此可见，软交换技术可以给新老运营商都带来极大的优势。 1 3 发展软交换网络面临的主要问题 解决 因为软交换网络还是一个新生事务，因此目前它还有下列的重要问题需要 9 电子科技大学硕士论文：基于软交换的v o i p 呼叫路由设计与实现 ( 1 ) 分组网的服务质量保证 现有的分组网当初是为了实现非实时性的业务而设计的，没有考虑到服务 质量保证的问题。一旦将其用到软交换网络中，就要用它来承载语音等实时性的 业务。这些实时性业务对服务质量的要求要远远高于非实时性的业务，因此在现 有分组网的基础之上去解决服务质量保证的问题就成为软交换网络中必须解决 的问题之一。 ( 2 ) 协议的不成熟 目前软交换网络用到的诸如s i p 、h 2 4 8 、s i g t r a n 等协议还处于研究阶段， 许多功能还有待通过研究进行补充和增加。协议的不够成熟进一步导致了设备的 不够成熟。 由于在软交换网络中，各节点间可以采用的协议不止一种，而到目前为止， 还没有一个明确的倾向选择那种协议，因此设备生产厂家在开发产品时，选择也 是多种多样的。即使两个厂家选择的是同一种协议，但因为协议还不成熟，对协 议的理解也不尽相同，各厂家均按照自己的理解来开发，会存在偏差。这些都会 限制不同厂家设备间的互通。 ( 3 ) 网络安全性的保证 在软交换网络中，所有的媒体流和控制流均承载于分组网上，各个设备也 成为分组网上的一个节点。众所周知，从安全性上看，分组网要远弱于电话网。 软交换网络中的各个设备放在分组网上，就存在着遭受恶意攻击的可能性。因此， 如何保证网络的安全性也是将来在组网时要重点解决的问题。 另外，软交换网络中的用户数据和业务流都是承载在分组网上的，因此用 户数据的安全和业务流的安全性也是需要解决的问题。 ( 4 ) 设备的不成熟 虽然说目前国际上的各大通信设备制造商都已经基本上停止了对传统交换 机的研究，转为研究软交换网络，但从现有设备的情况看，还存在着种种问题， 远不如传统交换机功能齐全，运行稳定。 目前设备制造商对软交换网络的研究基本上都是从传统语音业务着手，从 而导致现有的软交换网络设备最成熟的功能仍然是提供语音业务。这就与软交换 网络产生的主要目的相违背，也限制了软交换网络的推广和应用。 ( 5 ) 运营经验的缺乏 纵观业界对软交换网络的应用，成功的范例还都集中在利用软交换网络向 】o 电子科技大学硕士论文：基于软交换的v o i p 呼叫路由设计与实现 用户提供语音业务，缺乏利用软交换网络提供多媒体业务的应用实例。而且目前 已有的实例中，软交换网络的范围还不是很大。因此业界还缺乏大规模运用软交 换网络的经验，对于大规模运用后可能出现的种种问题还没有很好的解决方法。 这也是在进行软交换网路的实际商用之前需要解决的问题之一。 1 4 本文研究内容和主要工作 综上所述，由于软交换实现了呼叫控制与业务的分离，是下一代网络呼叫 与控制的核心，基于软交换的下一代网络是未来网络发展的方向。但是由于上一 节提到的种种原因，成熟的软交换网络商业应用还没有普遍，这就有必要探讨在 现有的电信网络平台上，如何平滑的过渡的软交换网络。 本文提出了一种通用的软交换网络的软件体系结构，这种软件体系结构实 现了软交换网络中的一些主要部件的软件部分，如软交换设备，信令网关，媒体 网关等。通过这样的一种解决方案，我们用这套软件体系结构，再配套一些必要 的硬件，就可以实现目前的一些软交换的基础设备。这样，企业在构建软交换网 络时，可以用这些设备先构成一个软交换实验网络，从中探讨未来构建真正的 软交换网络时的成本与收益，从而为软交换网络的成熟商用打下良好的基础。 在提出软件体系结构后，本文的主要任务是实现其中呼叫控制处理中的呼 叫路由部分。在传统的程控交换机中，呼叫处理程序负责整个交换机所有呼叫及 其电话服务功能的建立与释放，它集中体现了交换机软件程序实时性和并发行的 特点。在软交换网络中，呼叫处理程序同样处于至关重要的地位，呼叫处理程序 效率的高低直接关系着软交换网络的整体效率，而其中的呼叫路由( 有的称为号 码分析) 又是呼叫处理程序的设计核心。因此，设计一个好的呼叫路由模块是一 件非常重要的工作。 电子科技大学硕士论文：基于软交换的v o p 呼叫路由设计与实现 2 1 软交换网络的结构 第二章软交换体系中的设备 软交换网络是一个可以同时向用户提供语音、数据、视频等业务的开放网 络。它采用一种分层的网络结构，使得组网更加灵活和方便。软交换网络的体系 结构如图2 1 所示。 2 1 1 接入层 应用层 控制层 侍输层 接 层 |业务支撑环境 l | 业务管理服务器l l 应用服务嚣lj 业务生成环境 | ia 服务器i f网管服务器 l l p , a i ) u i s 开蒯协议 p i s n m p 匝豇卜 堕田 ：二二二核心传输网络，r 网二) 夏誊2 4 8 藿l 图2 1 软交换网络体系结构 接入层的主要作用是利用各种接入设备实现不同用户的接入，并实现不同 信息格式之间的转换，其功能有些类似传统程控交换机中的用户模块或中继模 块。接入层的设备都没有呼叫控制的功能，它必须要和控制层设备相配合，才能 完成所需要的操作。接入层中包括各种各样的接入设备，其中主要的有： 信令网关( s g ，s i g n a l i n gg a t e w a y ) ，它的作用是通过电路与n o 7 信令 网相连，将窄带的n o 7 信令转换为可以在分组网上传送的信令，并传递给控制 层设备进行处理。 中继网关( t g ，t r u n k i n gg a t e w a y ) ，它的一侧通过电路与传统电话网的 】2 电子科技大学硕士论文：基于软交换的v o i p 呼叫路由设计与实现 交换局连接，一侧与分组网连接，通过与控制层设各的配合，在分组网上实现语 音业务的长途汇接功能。 接入网关( a g ，a c c e s sg a t e w a y ) ，与中继网关一样，接入网关也主要是 为了在分组网上传送语音而设计。所不同的是，接入网关的电路恻提供了比中继 网关更为丰富的接口。这些接口包括直接连接模拟电话用户的p o t s 接口、连接 传统接入模块的v 5 2 接口、连接p b x 小交换机的p r i 接口以及x d s l 接口等等， 从而实现了铜线方式的综合接入功能。 媒体资源服务器( m s ，m e d i as e r v e r ) ，是种特殊的网络设备，它的功 能主要分为两大块：其一是向软交换网络中的用户提供各种录音通知：其二是为 多方呼叫、语音或视频会议等业务提供会议桥资源。与其他接入层设备一样，媒 体资源服务器本身没有呼叫控制的功能，需要接受控制层设备的控制进行操作。 综合接入设备( 1 a d ，i n t e g r a t e da c c e s sd e v i c e ) ，与接入网关相比，综 合接入设备是一个小型的接入层设备。它向用户同时提供模拟端口和数据端口， 实现用户的综合接入。 无线接入网关( w a g ，w i r e l e s sa c c e s sd e v i c e ) ，它的主要作用是实现无 线用户的接入。 智能终端，按入层中还有一个设备就是智能终端，与现在用户所用的普通 终端相比，它的智能化程度更高。通过智能终端与控制层设备的配合，可以实现 现有传统网络上难以实现的些业务。智能终端的形式多种多样，它可以是一个 类似普通电话机的硬件终端，也可以是安装在个人计算机上的软件终端。智能终 端与控制层终端之间同样采用的是标准协议，现在用得比较多的协议是s i p 。 2 1 2 传送层 在软交换网络中，所有的业务、所有的媒体流都是通过一个统一的传送网 络传递，这就是传送层需要完成的功能。传送层要求是一个高带宽的，有一定 q o s 保证的分组网络。目前主要是指i p 和a t m 两种网络。 2 1 3 控制层 控制层是软交换网络的呼叫控制核心，该层的设备被成为软交换设备、软 交换机或媒体网关控制器( m g c ) 。虽然名称不同，但是它们的含义是一样的， 都是用来控制接入层设备完成呼叫接续。软交换设备的主要功能包括呼叫控制、 业务提供、业务交换、资源管理、用户认证、s i p 代理等。 目前可以见到的软交换设各大致有三类：一类是只提供窄带语音业务的软 13 电子科技大学颧士论文：基于软交换的v o i p 呼叫路由设计与实现 交换设备，我们也把这种软交换设备所能够控制的范围称为窄带域；一类是只提 供宽带多媒体业务的软交换设备，我们把这种软交换设备所能够控制的范围成为 宽带域；还有一类是能够同时提供这两种业务的综合的软交换设备。 2 1 4 应用层 在传统网络中，因为受设备的限制，业务的开发直是一个比较复杂的事 情，软交换网络之所以产生的原因之一就是要降低业务开发的复杂度，让运营商 能够更加灵活地向用户提供更多更好的业务。因此，软交换网络采用了业务与控 制相分离的思想，将与业务相关的部分独立出来，形成了应用层。应用层的作用 就是利用各种设备为整个软交换网络体系提供业务上的支持。该层的主要设备包 括： 应用服务器( a d p l i e 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 的应用程序接口( a p i ) ，该接口独立于实际的网络情况，业务开发者可以在不了解 网络条件的前提下进行业务的开发和提供。 用户数据库，用于存储网络配置和用户数据。 a a a 服务器，用于用户的认证、管理和授权。 2 2 软交换设备的特点 从广义上来讲，软交换是指以软交换设各为控制核心的软交换网络，包括4 个功能层面： 接入层、传送层、控制层及应用层。 从狭义上来讲，软交换特指位于控制层的软交换设备。 我国信息产业部软交换设备总体技术要求中对软交换设备的定义如下： “软交换设备s o f t s w i t c h 是电路交换网向分组网演进的核心设备，也是下一代 电信网络的重要设备之一，它独立于底层承载协议，主要完成呼叫控制、媒体网 关接入控制、资源分配、协议处理、路由认证和计费等主要功能”。 软交换设备定位于软交换网络的控制层，是软交换网络的核心控制功能实 体，为软交换网络实时业务提供呼叫控制和连接功能。通过对各种媒体网关的控 制，实现了p s t n i s d n 、p l m n ( 公众陆地移动网) 、i n ( 智能网) 、c a t v ( 有线 电视) 和i n t e r n e t 等业务网络之间业务层面的互通。 使分组交换网能继承原有电路交换网的丰富的业务功能，并可提供各种新 业务；又能将p s t n 逐步向分组化网络演进，适应网络的发展方向。 1 4 电子科技大学硕士论文：基于软交换的v o