（通信与信息系统专业论文）软交换网络规划方法和规划软件的研究.pdf

： 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工科通信与信息系统 研究方向：网络与应用技术 作 者：2 0 0 7 级硕士研究生陈航凌 指导教师：唐宝民教授 题 目：软交换网络规划方法和规划软件的研究 英文题目：r e s e a r c ho f p l a n n i n gm e t h o da n dp l a n n i n gs o f t w a r e f o rs o f f s w i t c hn e t w o r k 主题词：软交换，容量模型，网络规划，规划软件 k e y w o r d s ：s o f f s w i t c h ，c a p a c i t ym o d e l ，n e t w o r kp l a n n i n g ， p l a n n i n gs o f t w a r e _ 。t 南京邮电大学硕士学位论文 摘要 摘要 软交换网络是下一代网络的核心，实现了业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离， 软交换网络的规划和建设是现阶段我国各大运营商的重点。软交换网络的规划方法主要包 括业务建模、网络建模和网络优化算法等，本文在软交换网络规划方法的基础上开发了一 个软交换网络软件，为用户提供了一个软交换网络规划软件的参考。 本文首先介绍了软交换网络的概念，软交换网络的规划理论和方法以及软交换承载网 的规划，然后研究了软交换网络的承载网的容量规划模型，介绍了o c c 算法，其采用了 迭代算法将m 网络的容量规划分为三个步骤：最优q o s 划分和路由选择( o p q r - g ) ，容 量规划( c a ) 和费用最小化( c m ) 。结合了网络的负载均衡的性能指标对o c c 算法进行 了改进，并命名为o c c b 算法，即在o c c 算法里加入了步骤：负载均衡( l b ) ，并运用 优化工具c p l e x ，通过仿真实验验证了o c c b 算法在负载均衡方面与o c c 算法相比，性 能得到了改善。同时，介绍了移动软交换网中的m s cp o o l 技术及其组网的优势和存在的 问题。 最后，基于前面的理论，使用工具q t 开发了一个软交换网络规划软件。其功能包括 了网元规划、带宽规划、网络规划、m s cp o o l 的功能和数据库功能。网元规划和带宽规划 的功能实现了网络中主要设备的b h c a 值和媒体流、信令流的带宽的计算；网络规划功能 的实现是在已知网络拓扑图和路由集的条件下，根据o c c 算法和o c c b 算法来规划给定 的网络；m s cp o o l 的功能实现了m s cp o o l 中每个m s c s 的负载数目的规划：数据库功 能采用了a c c e s s 数据库，使用q t s q l 接口对数据库进行保存，修改以及显示。 关键字：软交换，容量模型，网络规划，规划软件 ；， q 南京邮电大学硕士学位论文 a b s t r a c t i h es o f l s w i t c hn e t w o r ki st h ec o r eo fn g n i tr e a l i z et h es e p a r a t i o no ft r a f f i cc o n t r o la n d c a l lc o n t r o l ，a n da c h i e v e sa l s o t h es e p a r a t i o no fc a l lc o n t r o la n db e a r i n g p l a n n i n ga n d c o n s t r a c t i n gt h es o r s w i c hn e t w o r ki sa l li s p sk e y s t o n ei no u rc o u n t r yn o w t h em e t h o do f p l a n n i n gt h es o f l s w i c hn e t w o r km a i n l yi n c l u d e sm o d e l i n gt r a f f i c ，m o d e l i n gn e t w o r k ，n e t w o r k o p t i m i z a t i o na n ds oo n t h i sp a p e rs t u d i e st h em e t h o do fp l a n n i n gt h es o f l s w i c hn e t w o r k , t h e n d e v e l o p sas o f l s w i t c hn e t w o r ks o r w a r ew h i c hc a l lb eu s e da sar e f e r e n c ew h e np l a n n i n gt h e s o f t s w i c hn e t w o r ko rm a k i n gt h es o f t w a r eo ft h es o f l s w i c hn e t w o r k t h i sp a p e rf i r s ti n t r o d u c e st h ec o n c e p ta n dt h e o r yo ft h es o f l s w i c hn e t w o r k , p e r s e n t st h e m e t h o do fp l a n n i n gt h es o f l s w i c hn e t w o r k , s t u d y sc a p a c i t yp l a n n i n gm o d e lo fs o 缸w i c hb e a r n e t w o r k , t h e n , i ti n t r o d u c e st h eo c ca l g o r i t h mw h i c ha d o p t si t e r a t i v ea l g o r i t h m ，1 1 ko c c a l g o r i t h md e v i d e st h ec a p a c i t yp l a n n i n go fi pn e t w o r ki n t ot h r e es t e p s ：o p t i m a lq o sp a r t i t i o n a n dr o u t i n gi ng e n e r a l ( o p q r - g ) ，c a p a c i t ya l l o c a t i o n ( c a ) a n dc o s tm i n i m i s a t i o n ( c m ) i nt h e g u i d eo fk e e p i n gt h eb a n l a n c eo ft h el o a d i n go ft h en e t w o r k ，w h i c hi san e t w o r kp e r f o r m a n c e i n d i c a t o r , t h eo c ca r i t h m e t i ci sb ei m p r o v e da n db en a m e da so c c ba r i t h m e t i c ，t h a ti s ，a d d i n g t h es t e po fl o a d i n gb a n l a n c e ( l b ) t h e n , u s i n gt h eo p t i m i z a t i o nt o o lc p l e xt os i m u l a t eo c c a l g o r i t h ma n do c c ba l g o r i t h m ，t h er e s u l t st e l l su st h a to c c bh a sas i g n i f i c a n ta d v a n t a g ef o r b a l a n c i n gn e t w o r kl o a dc o m p a r e dt oo c c w h a t sm o r e ，t h i sp a p e rp r e s e n t st h em s cp o o l t e c h n i q u eo fm o b i l es o f l s w i c hn e t w o r k ，t h ea d v a n t a g ea n dt h ec u u r r e n tp r o b l e mo fm s c p 0 0 1 f i n a l l y , b a s e do nt h ea b o v et h e o r y , as o f t w a r ef o rp l a n n i n gs o f l s w i c hn e t w o r ki sd e v e l o p e d u s i n gt h ed e v e l o pt o o lq t t h ef u n t i o n so ft h es o f t 、) v a r ei n c l u d en e t w o r ke l e m e m t s p l a n n i n g ， b a n d w i d t hp l a n n i n g ，n e t w o r kp l a n n i n g ，m s cp o o lf u n c t i o na n dd a t a b a s ef u n c t i o n e l e m e m t sa n d b a n d w i d t hp l a n n i n gi m p l e m e n t sb h c av a l u ea n dm e d i a , s i g n a l i n gs t r e a mc a l c u l a t i n go ft h e m a i nd e v i c e si nn e t w o r k n e t w o r kp l a n n i n gi m p l e m e n t sp l a n n i n gg i v e nn e t w o r ka c c o r d i n gt o o c ca r i t h m e t i ca n do c c ba r i t h m e t i c ，i nc o n d i t i o no fk n o w nn e t w o r kt o p o l o g ya n dr o u t es e t s t h em s cp o o lf u n c t i o nc a np l a nt h el o a dn u m b e ro fe a c hm s c si nm s cp 0 0 1 t h ed a t a b a s e f u c t i o na d o p t sa c c e s sd a t a b a s e ，i tc a ns a v e ，m o d i f ya n ds h o wt h ed a t ai nd a t a b a s ew i t hq t s q l i n t e r f a c e k e y w o r d s ：s o f l s w i t c h ，c a p a c i t ym o d e l ，n e t w o r kp l a n n i n g ，p l a n n i n gs o f t w a r e 厶 南京邮电大学硕士学位论文目录 摘要 目录 目录 第一章绪论 l 1 1 概i a ! 1 1 2 国内外研究综述l 1 3 本论文主要完成的工作1 1 4 本论文的组织结构2 第二章软交换网络的概述。3 2 1 软交换网络的定义3 2 2 软交换的体系架构4 2 3 软交换网络的设备、协议和业务6 2 4 软交换网络建设的安全问题7 第三章软交换网络的规划。 9 3 1 软交换网络的规划9 3 1 1 软交换网络规划的概念和目的。9 3 1 2 软交换网络规划的内容。l o 3 2 软交换承载网的规划1 l 3 2 1 软交换承载网的q o s 分析1 l 3 2 2 软交换承载网的安全性与可靠性分析1 3 3 2 - 3 软交换承载网的结构1 4 第四章承载网的容量规划模型1 5 4 1 概运昼l5 4 2q o s 机带u 15 4 3o c c 算法的模型1 6 4 4o c c 算法介绍1 7 4 4 1 最优q o s 划分和路由选择问题( o p q r g ) 。1 9 4 4 2 容量分配问题( c a ) 2 1 4 4 3 最优化问题( c m ) 2 3 4 4 4o c c 算法总结2 4 4 5o c c 算法的改进- - o c c b 算法2 4 4 6 算法的c p l e x 仿真分析2 6 4 6 1 网络模型2 6 4 6 2 使用c p l e x 计算两种算法的过程2 7 4 6 3 两种算法的结果比较2 8 第五章移动软交换 5 1m s cp o o l 的原理3 0 5 1 1m s cp o o l 技术概述3l 5 1 2m s cp o o l 的实现原理3 2 5 1 3n n s f 算法3 4 5 1 4m s c p o o l 切换原理3 5 5 1 5m s cp o o l 容灾原理3 5 5 2m s c p o o l 的规划3 6 南京邮电大学硕士学位论文目录 5 2 1 目标网的规划。3 6 5 2 2m s cp o o l 中s e r v e r 和m g w 规划3 7 5 3m s cp o o l 组网方案的优势3 8 5 4 现阶段采用m s c p o o l 组网存在的问题。3 9 第六章软交换网络规划软件的设计和开发 6 1 软交换网络规划软件的设计工具4 0 6 1 1 ( ) 1 r 简介4 0 6 1 2q t 的特征4 0 6 1 3q t 组件4 1 6 2 软交换网络规划软件的设计4 2 6 3 软交换网络规划软件的开发4 3 6 3 1 软交换网络规划软件的界面4 3 6 3 2 承载网的规划。4 4 6 3 3 数据库功能5 2 6 3 4m s cp o o l 规划5 7 第七章总论与展望 7 1 本文所做的工作6 0 7 2 下一步工作6 l 致谢 参考文献 附录：攻读硕士期间发表的论文 6 2 南京邮电大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 概述 软交换是下一代网络的控制功能实体，给下一代网络( n g n ) 中具有实时性要求的业 务提供呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫和控制的核心。现阶段，软交换能够 提供包括语音、数据、视频和多媒体业务的基于分组技术的综合开放的网络架构；具备汇 接局和端局能力；呼叫控制与媒体层和业务层分离。 软交换是i p 技术带动电信业发展的产物，它为运营商解决目前多种网络、多种技术和 多种系统共存的现象提供了良好的解决方案，所以全球范围内已有多家电信运营商开始进 行软交换方面的实验和商用部署。 1 2 国内外研究综述 我国网络与交换标准研究组在1 9 9 9 年下半年启动了软交换项目的研究，“软交换设备 总体技术要求 规范了软交换在网络中的位置和其功能、业务、操作维护，接口等的要求， 规定了与i p 电话及智能网的互通要求等。软交换系列标准对指导厂商的设备开发和网络应 用起到积极的作用。关于软交换的研究工作我国处于与世界的同步水平。我国高科技8 6 3 计划开始了有关软交换系统在移动通信系统和多媒体业务和应用于无线系统的软交换体 系，采用开放式a p i 的业务及应用支撑环境以及软交换系统的组网技术。 软交换网络在国外使用情况主要是面向系统架构革新方面，由于p s t n 网络经过近百 年的发展，优缺点一览无余；多种网络并存的局面使得电信业务增长和运营维护成本大幅攀 升。在这种情况下，国外电信运营商便采用软交换网络作为网络升级更新换代的利器。 国际四大标准组织i t u t 、e t s i 、3 g p p 和i e t f 都在不同的范畴对软交换技术进行了 研究和标准的制定。中国标准化组织也做了不少工作，总体来看，标准化工作处于世界的 前列。国内几大运营商也加入到软交换网络建设中。 软交换网络是目前电信界关注的焦点问题之一。建设软交换网络，构建高起点、开放 的网络平台，实现技术创新、业务创新和管理创新成为运营商赢取市场先机的必由之路。 网络建设，规划先行。在此大规模建设软交换网络之际，建立软交换网络规划方法具备重 大意义。 1 3 本文主要完成的工作 本论文的目的是研究软交换网络规划的方法，并根据所研究出的软交换网络规划方法 南京邮电大学硕士学位论文 第一荦绪论 和软交换网络的规划理论，开发出一个软交换网络规划软件，提供软交换网络规划软件的 一个参考。 本论文研究的软交换网络规划方法主要包括网元规划、带宽规划、网络规划和m s c p o o l 规划，研究了软交换网络中承载网的容量模型，在基于o c c 算法的基础上提出了 o c c b 算法，并运用优化工具c p l e x ，通过仿真实验验证了o c c b 算法在负载均衡方面 与o c c 算法相比，性能得到了改善。基于这些理论，使用跨平台的c 抖图形用户界面应 用程序框架q t 来开发了一个软交换网络规划软件，本软件的功能包括了网元规划、带宽 规划、网络规划、m s cp o o l 的功能和数据库功能。其中，网元规划和带宽规划的功能实现 了网络中主要设备的b h c a 值和媒体流、信令流的带宽的计算；网络规划功能的实现是在 已知网络拓扑图和路由集的条件下，根据o c c 算法和o c c b 算法来规划给定的网络；m s c p o o l 的功能规划了m s cp o o l 中每个m s c s 的负载数目。本软件也实现了数据库功能，后 台使用的是a c c e s s 数据库，通过q t s q l 接口对数据库进行保存，修改以及显示。 1 4 本文的组织结构 本文共分六章，各章的主要内容如下： 第一章，简要阐述了软交换的概念，介绍了目前软交换网络在国内外的发展情况以及 本论文主要完成的工作。 第二章，介绍了软交换网络的定义、体系架构、设备、协议、业务以及安全问题，阐 述了软交换网络规划的概念、目的和内容。 第三章，介绍了软交换网络规划的概念、目的和内容，软交换承载网的q o s 分析，软 交换承载网的安全性与可靠性分析以及软交换承载网的结构。 第四章，介绍了软交换网络中承载网的容量规划模型o c c 算法，并在o c c 算法的基 础上提出了o c c b 算法；使用c p l e x 优化工具分别对o c c 算法和o c c b 算法进行了仿 真计算，并对其结果进行了分析。 第五章，介绍了m s cp o o l 的原理，包括实现原理，切换原理和容灾原理；m s cp o o l 规划的相关内容以及其组网的优势和所存在的问题。 第六章，根据前面研究的方法和理论，利用跨平台的c + + 图形用户界面工具包q t 开 发了一个软交换网络规划软件，其功能包括包括网元规划、带宽规划、网络规划、m s cp o o l 组网和数据库。 最后，对全文进行总结，并指出下一步的研究方向。 2 南京邮电大学硕士学位论文第二章软交换网络的概述 第二章软交换网络概述 在传统的基于t d m 的p s t n 网络中，呼叫控制、业务提供和交换矩阵都集中在一个 交换系统中。由于交换机的数量十分庞大，而且原理、结构、设计方法和软件各不相同。 每增加一种新业务必须修改网络中所有交换机软件，涉及的面和工作量都很大，所以新业 务推广进程非常缓慢。因此，运营商引入了智能网来加快新业务的开发和推广。但由于智 能网仍然建立在电路交换网络上，业务和交换分离得不彻底，而且其接入和控制功能也没 有分离，不利于设备在多种网络融合时的综合接入【4 】。 因此，软交换应运而生，借鉴智能网中业务和交换相分离的思想，随着承载的多样化， 将呼叫控制和承载连接进一步分离，并进一步分离业务和控制，形成接入、承载、控制、 业务相分离的分层结构。 2 1 软交换网络的定义 近来，新业务层出不穷，数据业务的快速发展，数据业务量迅速膨胀，一些经济发达 国家，数据业务量已经超过话音业务量。相对于话音通信，基于i p 的网络通信有着令人难 以置信的增长速度，其占用带宽的增长速度也远高于话音通信。m 通信的高速增长推动着 传输和分组交换技术的进步。密集波分复用技术使光纤的通信容量大大增加，提高了核心 路由器的传输能力。这些技术又降低了i p 通信传输和交换的成本，因此分组语音业务得到 迅猛发展。所以基于t d m 的p s t n 话音网必将和分组交换数据网融合形成可以传递话音 和数据等综合业务的新一代网络。 软交换作为n g n 网络的核心技术，其发展受到越来越多的关注。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。 从狭义上讲，软交换是一种功能实体，即软交换网络的一层，为软交换网络提供具有 实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能，是软交换网络呼叫与控制的核心。软交换 位于网络分层中的呼叫控制层，与网关交互接收处理呼叫，指示网关完成呼叫。软交换主 要处理实时业务，包含语音、视频和多媒体业务。主要任务是在各点建立关系，可以是简 单的呼叫，也可以是复杂的处理，通常提供一些补充业务，相当于传统交换机的呼叫控制 和基本业务提供求【2 1 。 3 堕塞塑皇奎兰堡圭兰垡笙奎笙三童鏊銮垫旦垒箜塑堕 软交换机，也称呼叫代理、呼叫服务器或媒体网关控制器，其含义是把呼叫控制功能 从媒体网关中分离出来，即将呼叫控制从传输层面分离出来，通过服务器上的软件，实现 基本呼叫控制，包含呼叫选路、建立会话、拆除会话、信令互通等。因此，软交换机以媒 体网关控制器为基础，采用开放式应用程序接口( a p i ) ，在交换机制中引入新业务，提供 连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫记录生成 等功能。因此，软交换机所完成的是原有交换机提供的所有功能【l j 。 2 2 软交换的体系架构 随着i p 网络的迅速发展，软交换网络将以i p 网为骨干，在各种网络相互融合的基础 上，以一种统一的方式灵活地提供业务，采用业务、控制和承载相分离的体系架构。软交 换控制器( s o f l s w i t c h ) 是软交换体系中的控制核心，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、计费等主要功能，可以 向用户提供现有网络能够提供的业务，并向业务支撑环境提供底层网络能力的访问接口。 应用服务器则是软交换体系中业务支撑环境的主体，也是业务提供、开发和管理的核心。 软交换网络从功能上可以分为业务平面、控制平面、传输平面和接入平面。软交换网 络体系如图2 1 所示。 4 南京邮电大学硕士学位论文 第二章软交换网络的概述 业务平面 控制平面 传输平面 接入平面 业务支撑环境 羁业务管理服务器i l 应用服务器 ll 业务生成环境i a a a 服务器网管服务器 开放协议， r a d u i ss n 厦p a p i s i p 1 侣i c c 软交换设备软交换设备 ( ：“簪簪暖i _ 二 l 信令网关媒体网关接入网关 图2 - 1 软交换网络的体系结构 1 接入平面提供各种网络和设备接入到核心骨干网的方式和手段，主要包括信令网 关、媒体网关、接入网关等多种接入设备。 2 传输平面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口分组 网络。 3 控制平面主要提供呼叫控制、连接控制、协议处理等能力，并为业务平面提供访 问底层各种网络资源的开放接口。该平面的主要组成部分是软交换设备。 4 应用平面利用底层的各种网络资源为用户提供丰富多样的网络业务。主要包括应 用服务器( a p p l i c a t i o ns e r v e r ) 、策略管理服务器( p o l i c ys e r v e r ) 、丸蚣服务器( a u t h o r 时 a u t h e n t i c a t i o na n da c c o u n t i n gs e r v e r ) 等。其中最主要的功能实体是应用服务器，它是软交 换网络体系中业务的执行环境。 5 业务支撑环境主要包括应用服务器、业务管理服务器和业务生成环境。它们互相配 合，共同快速完成向用户提供多样灵活的基于下一代网络增值业务的任务。其中应用服务 器是业务支撑环境的主体，业务管理服务器和业务生成环境可以作为应用服务器的组成部 分出现。 5 壹室堂皇奎兰堡主兰垡丝窒差三兰鏊銮垫塑竺堕塑堕 目前，关于软交换网络体系中各实体之间的接口还没有最终确定，但己初步达成若干 共识，信息产业部也已有了相关的标准草案。信令方面，s s 7 信令通过信令网关转换成i e t f 制定的s i g t r a n 信令作为与软交换设备之间的接口，软交换设备通过i t u t 和i e t f 共 同制定的m e g a c o h 2 4 8 控制媒体网关和接入网关，软交换设备之间通过i e t f 制定的s i p t 协议或i t u t 制定的b i c c 协议进行通信。而软交换设备和应用服务器之间的接口，采用 开放的a p i 规范，媒体方面，媒体网关将传统的固定、移动网的话音打包成分组，以r t p 流的形式在核心i p 网上传输。 可以看出，软交换采用分层、开放的体系结构，将传统交换机的功能模块分离成独立 的网络实体，各实体间采用开放的协议或a p i 接口，从而打破了传统电信网封闭的格局， 实现了多种异构网络间的融合。下一代网络的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，灵活、 有效地实现业务的提供，从而能够满足人们多样的、不断发展的业务需求。可以说，软交 换完全体现了业务驱动的思想和理念，很好地实现了多种网络的融合，提供了开放灵活的 业务提供体系。 2 3 软交换网络的设备、协议和业务 软交换网络的设备有软交换机( s s ) 、位置服务器转接软交换机、中继媒体网关( t g ) 、 信令网关( s o ) 、接入网关( a g ) 、综合接入设备( i a d ) 、软交换业务接入控制设备( s a c ) 、 应用服务器( a s ) 、w e b 服务器、媒体服务器( m s ) 、归属位置业务寄存器( h l s r ) 、应 用网关、网络边界点( n b p ) 等节点以及连接这些节点的d 分组承载网组成。 软交换机( s s ) 位于软交换网的控制层，是软交换网络的核心控制设备；位置服务器 位于软交换网的控制层，用于存放路由信息，完成s s 发送的地址解析请求的解析；中继 网关位于软交换网络的边缘接入层，连接p s t n 和软交换网络，完成电路中继( 基于p c m 编码的6 4 k 链路) 和分组网上的媒体流的转换；信令网关( s g ) 位于软交换网的接入层， 负责对n o 7 信令消息进行转接、翻译或终结处理；接入网关位于软交换网的接入层，实现 用户侧语音、传真信号和分组网络媒体信息的转换；综合接入设备位于软交换网的接入层， 用于将用户的语音、数据及视频等应用综合接入到软交换网中；软交换业务接入控制设备 位于软交换网的接入层，用于软交换网与i n t e m e t 的互通；应用服务器位于软交换网的业 务应用层，负责增值业务逻辑的执行、业务数据和用户数据的访问、业务的计费和管理等； 媒体服务器位于软交换网的业务应用层，提供基本和增强业务中的媒体处理功能；w e b 服 务器位于软交换网的业务应用层，将用户所点击的链接的相关信息发送给应用服务器或应 6 南京邮电大学硕士学位论文第二章软交换网络的概述 用网关；归属位置业务寄存器位于软交换网的业务应用层，负责对软交换用户和软交换终 端进行认证、鉴权、密钥分发和管理；应用网关位于软交换网的业务应用层，用于向应用 服务器或第三方服务器提供开放的、标准的接口，以方便业务的引入，并提供统一的业务 执行平台。网络边界点跨接在软交换网和其他运营商基于n g n 的网络之间，实现软交换 网与其他运营商基于n g n 的网络特别是其他运营商的软交换网络之间的互通。 软交换网中的主要信令包括：s i g t r a n 协议、h 2 4 8 m g c p 协议和s i p s i p t 协议等。 软交换机和应用服务器、应用网关之间的接口使用s i p 协议，软交换机和软交换机之间的 接口以及转接软交换机之间及与软交换机之间的接口使用s i p t 协议，软交换机和媒体服 务器之间的接口以及应用服务器、应用网关和媒体服务器之间的接口使用s i p 、h 2 4 8 或 m g c p 协议，软交换机和接入网关之间的接口以及软交换机和l a d 之间的接口使用h 2 4 8 协议，也可采用m g c p 协议，软交换机和信令网关之间的接口以及应用服务器、应用网关 和信令网关之间的接口使用s i g t r a n 协议。 软交换网络由于其控制和承载分离、业务和控制分离的架构，可以提供非常丰富的业 务种类，总体上可以分为两大类：一类是目前p s t n 网络就可以提供的业务，如长途中继 话音业务、本地话音业务、补充业务、p s t n 增值业务、智能网业务等；另一类是网络融 合而产生的新型增值业务，如i pc e n t r e x 业务、u p t 业务、u c 企业统一通信业务、点击 类( 点击拨号、点击传真、点击会议等) 业务等。软交换网络能够提供的业务包括基本语 言音业务、传真业务、各类补充业务、点到点视频业务、各种智能网业务和各种增值业务。 2 4 软交换网络建设的安全问题 目前，软交换组建的方案大多处于实验中，尚未形成大规模应用，许多问题仍然需要 继续关注，如：q o s 、安全性问题等。 1 安全问题 根据软交换网络的结构特点，将安全问题分成三个部分：网络安全，用户数据安全和 业务安全。其中，网络安全是指软交换网络本身的安全即保证软交换网络中的媒体网关、 软交换机、应用服务器设备不会受到非法攻击。由于软交换技术选择i p 网作为承载网，i p 协议的简单和统一为网络黑客提供了便利条件，必须采用合适的安全策略，以保证软交换 网络的网络安全。用户数据安全是指用户的签约信息和通信信息的安全，即不会被非法的 第三方窃取和监听。软交换网络需采用必要的安全认证策略来保证用户签约信息的安全和 用户通信信息的安全，最基本的以i p 网的安全策略作为保证。业务安全是指防止业务的非 法盗用，非法抢占带宽，防止非法终端和设备访问网络。 7 南京邮电大学硕士学位论文第二章软交换网络的概述 2 q o s 服务质量保证 软交换网的业务承载在邛网上，基于“b e s te f f o r t 服务策略的i p 网很难贯彻软交换 机的q o s 策略。因此，必须要求在核心网中采用必要的服务质量保证策略。 3 软交换网络的管理 从软交换目前实现情况来看，大部分采用s n m p ( 简单网络协议) 作为软交换系统的 网管协议。但s n m p 网管主要以静态管理方式为主，无法针对各种不同业务的需求变化进 行综合管理。s n m p 采用的是基于u d p 的承载方式，因此不能很好的保证网管信息的可靠 传输。如今软交换网络提供很多的实时业务，这就要求网管系统必须具有一定的q o s 管理 能力，但目前基于软交换的网络管理系统处理这方面的能力比较差，还需进一步的改进、 完善，才能满足用户对服务质量的要求。所以软交换网采取的安全措施至少包含以下方面： ( 1 ) 防止合法用户超越权限地访问软交换网设备，即防止不具备相应管理权限的人 员获取软交换网设备的配置信息、对软交换网设备的配置进行修改。 ( 2 ) 防止非法用户的i p 包流入、流出软交换网设备所在局域网，即防止恶意用户向 软交换网设备发送将会导致软交换网设备停止工作的命令。 ( 3 ) 防止非法用户对软交换网设备所需的i p 承载网资源的大量占用，导致软交换网 设备因无法使用p 承载网资源而退出服务。 、 ( 4 ) 防止软交换网元设备之间的i p 包的中途监听。即防止“第三方 截取软交换网 元设备之间的i p 包，以获得重要用户信息、用户的通信内容。 ( 5 ) 防止病毒感染和扩散。 8 南京邮电大学硕士学位论文 第三章软交换网络规划 第三章软交换网络规划 本章介绍了软交换网络规划的概念、目的和内容，介绍了软交换承载网的q o s 分析， 软交换承载网的安全性与可靠性分析以及软交换承载网的结构。 3 1 软交换网络的规划 3 1 1 软交换网络规划的概念和目的 网络规划主要是根据业务规划的结果，结合通信技术发展的情况，考虑如何以最小的 代价，最大限度地实现业务规划的目标，大多都是在已有网络的基础上进行规划。网络规 划往往是重复工作的结果，不同角度，不同的出发点得出的网络规划方案可能会有较大的 差异，往往需要对网络容量、技术先进性、安全可靠性、性价比等因素进行综合比较。 软交换网络规划是指对软交换业务网络在未来一段时间内发展方向、发展目标和发展 策略的确定，以及为实现目标而投入的物质资金和采用的解决方案。软交换网络的规划方 法，是在解决软交换相关技术难题和探索软交换规模商用模式阶段，同样需要重点关注的 问题、。 简单地说，软交换网络规划的目的，在于确定网络未来发展的目标、步骤和方式方法， 寻求最合理的网络结构、最小的投资风险于最优的性价比，基本任务可以概括为以下三个 方面： ( 1 ) 研究、制定通信发展的方向、目标、发展速度和重大比例关系。 ( 2 ) 探索通信发展的规律和趋势。 ( 3 ) 提出规划期内有关的重大建设项目和技术经济分析，研究规划的实施方案，分 析讨论可能出现的问题以及相应的对策和措施。 软交换网络规划的步骤一般遵循以下步骤： ( 1 ) 对网络、业务、市场的现状进行调查研究。 ( 2 ) 确定规划目标。包括满足社会需求目标、技术发展目标、保证社会经济发展的 目标等。 ( 3 ) 对网络的用户数( 业务量) 、采用的技术等发展动向、趋势和前景进行科学的预 测。 ( 4 ) 对网络发展的规划。这也是网络规划的核心所在。针对不同的网络，有不同的 9 堕塞塑皇奎兰堡主堂垡堡奎 一 蔓三皇鏊奎垫堕竺塑型 规划方法和优化模型。在这一阶段中，可大量采用定量分析和优化技术，还可采用计算机 辅助优化的方式进行，同时要注意定量分析和定性分析相结合。 3 1 2 软交换网络规划的内容 软交换网络的规划方法主要包括业务建模、网络建模和网络优化算法等几部分：业务 建模，根据各类业务的特性，采用合适的数学模型进行描述，作为n g n 模型的输入业务 流；网络建模，确定各主要网络功能模块以及它们之间的主流信令协议；网络优化，主要 包括路由技术和网络设备容量的优化配置。 软交换网络的规划步骤包括参数设置、业务量输入、带宽测算、设备容量测算和投资 估算等，大致可以归类为以下几部分： 1 确定计算模型：包括业务模型、设计模型、带宽计算参数等； ( a ) 业务模型规划是指规划中软交换网络所提供业务的典型业务模型，根据各类业务 的特性，采用合适的数学模型进行描述，作为网络模型的输入业务流。对于话音业务，包 括单机话务量、长途比重、自局比重等参数；对于数据业务，包括用户平均上网时长、忙 时集中系数等参数。 ( b ) 设备模型是指规划中软交换设备的主要性能参数，如忙时处理能力、等效中继 数量、端口类型和数量等。针对不同的网元设备，性能指标有所不同；不同厂家的设备， 同一性能指标的具体数值有所不同。 ( c ) 带宽计算参数指在测算软交换网络中的媒体流带宽和信令流带宽时所涉及到的参 数，如配置参数、协议交互消息个数、平均消息字节长度、打包方式和包头长度等。 2 业务预测 业务预测是网络规划的前提，是整个规划的定量数据和定性发展的基础和依据，其准 确程度将直接影响到规划的规模、发展和实用性。业务预测应以业务开放和发展现状为基 础，紧密围绕业务策略，对规划期内的重点业务进行需求分析。预测所涉及的关键问题是 如何运用科学的预测方法进行实际的计算和操作，并依据技术、业务、市场等发展趋势对 项测结果的合理胜进行判断，并进行必要的修正。 软交换网络的业务预测无论采用何种业务模式，其业务预测都包括了下个最基本的内 容：用户数预测、业务量预测和流量流向预侧，其中用户数和业务量预测是网络规划的基 础。 用户数预测是指对规划期内潜在的用户市场的判断； 业务量预测是指根据用户特性、业务特性等计算的业务规模； 网络流量流向预测是在业务量预测基础上，按照一定的原则将各地区的业务量滩分到 1 0 南京邮电大学硕士学位论文第三章软交换网络规划 各个网络节点方向上。 针对软交换网络承载的传统业务，如：语音、带宽等，可采用原有预测方法进行定量 预测。对于软交换网络承载的新型综合业务，如u p t u c 等，可按照客户群定位不同采用 渗透率等方法预测用户数，再配合一定的业务模型测算其业务量。网络流量流向测算是在 业务量预测基础上，按照一定的原则将各地区的业务量摊分到各个网络节点方向上，具体 采用的分配方法可根据业务类型不同而采用双因子平衡法、重力法等。 3 确定网络组织原则：包括网络结构、网元设置、互联互通等： ( a ) 根据规划范围的不同，网络结构部分需要明确软交换网络的层次结构( 主要从软 交换设备角度) 。 ( b ) 网元设置部分应根据组网需要、设备性能、维护管理等多方面综合考虑，给出 明确的各种网元的设置原则和门限。 ( c ) 互联互通原则需要说明软交换网络与现有交换网、信令网、智能网、数据网等网 络的互联点，互联原则和可选互联方案等。 4 计算网络规模：包括网元数量、网元设置、带宽测算等； 5 资源规划：包括号码分配、号码分析、p 地址分配等内容。 3 2 软交换承载网的规划 软交换承载网是一个复杂的多功能网络，m 技术作为成功的互联网分组应用技术，m 网最终成为实现未来网络融合的基石和各种业务的统一网络层承载平台。在软交换中将采 用