（计算机应用技术专业论文）基于软交换的新业务实现方法的研究.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 随着电信业的迅速发展，用户对新业务的需求不断增加，传统的以电路交换为主的 电信体系已经不能适应新业务的需求，因此建设以软交换为核心的下一代网络势在必行。 下一代网络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。 本文首先介绍了下一代网络和软交换的相关概念：然后介绍软交换系统中新业务的开 发方法，将有限状态机的思想引入到软交换系统新业务的开发中，利用有限状态机来进行 新业务的开发，并根据该思想给出了新业务在软交换上的实现方案；最后，以呼叫转移业 务为例说明利用这种简明的状态机模型来描述复杂的软交换系统，不但有助于从全局上把 握系统，也能大大缩短软交换新业务的开发周期，并且易于维护。 关键词：下一代网络，软交换，有限状态机 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t ab 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 h et e l e c o mi n d u s t r ya n dt h ei n c r e a s i n gd e m a n df o rn e w s e r v i c e s 。t h et r a d i t i o n a lt e l e c o ma r c h i t e c t u r eb a s e do nt h ew i r e l i n ec i r c u i t s w i t c h e ds t r u c t u r ec a n n o tm e e tt h ed e m a n d ，s oi ti si m p e r a t i v ef o rt h et e l e c o m m u n i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e rt ob u i l dt h e n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r kw i t ht h es o f t s w i t c ha sc o r e 。 t h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r kc a np r o v i d en e ws e r v i c e se f f e c t i v e l ya n dm e e ta l lk i n d so f d e m a n d s i nt h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ，t h es e r v i c ei m p l e m e n ti si n d e p e n d e n to ft h ed i f f e r e n t n e t w o r k sb e c a u s ei ti san e wa r c h i t e c t u r ew h i c hc a ns e p a r a t et h es e r v i c e sa n dt h ec a l lc o n t r o l ，t h e c a l ic o n t r o ia n dt h em e d i ab e a r e r f i r s t l y , t h et h e s i s i n t r o d u c e st h ec o n c e p to ft h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r ka n dt h e s o f t s w i t c h t h e ni td i s c u s s e st h em e t h o dt o p r o v i d en e ws e r v i c e s i nt h es o f t s w i t c h 。w h i c h i n t r o d u c e st h ef i n i t es t a t em a c h i n ei n t ot h es o f t s w i t c ha r c h i t e c t u r e f i n a l l y , t h et h e s i sa n a l y z e st h e m e t h o db yt a k i n gt h ec a l lf o r w a r d i n gs e r v i c ea n dt h ec a l lw a i t i n gs e r v i c ea sa ne x a m p l e k e yw o r d s ：n g n n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) ，s o f t s w i t c h ，f i n i t es t a t em a c h i n e i i 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个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 含为获得南京邮电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 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：二奠定日期：圳 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生豁上红导师始2 咄期：粤盟 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 1 1 论文研究的背景 第一章绪论 随着社会的进步和发展，以i n t e r n e t 为代表的新技术革命正在深刻地改变着传统的 电信观念和体系架构，人们对网络应用的需求不断向多样化、智能化和个性化方向发展， 从而对于带宽和服务质量的要求也在迅速增长。传统的p s t n ，虽然能够提供优良的服 务品质，但对新业务的支持却显得力不从心；而分组网在得到迅速发展的同时，却在如 何保证服务质量方面遇到非常复杂的问题。基于p s t n 、i n t e m e t 、p l m n 等多种异构网 络融合，能够提供多媒体和移动综合业务的、开放的下一代网络，已成为目前国内外电 信界和网络界关注的热点。下一代网络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。 下一代网络将是以i p 为代表的分组化网络，这已成为业界的共识。然而，分组化 网络还存在不少问题，而且从传统的电路交换网络向分组化网络的演进将是一个长期过 程，因此在未来很长一段时期内，电信运营商将同时支持两种网络，解决两网之间的互 通以及各自业务和应用之间的互操作性，从而最终完成平滑过渡，而软交换将是完成这 一过渡任务的关键。而在软交换中的新业务如何实现，采用什么样的方法能够更好地满 足用户的需求是一个值得探讨的问题，因此本文所研究的就是如何在软交换系统中为新 业务建立模型和实现。 1 2 论文的组织结构 本文中其它各章节内容如下： 第二章简单说明下一代网络n g n 的一些基本概念、特征和研究现状。 第三章主要介绍下一代网络的核心技术软交换的定义、组织结构、主要协议、 基本原理和相关应用。 第四章研究在软交换系统中开发新业务的方法，主要是将有限状态机的思想引入到 软交换新业务的开发中，进行了软交换系统业务控制模块的设计，并以呼叫转移为例来 说明这种设计思想。 第五章给出基于有限状态机的软交换新业务系统的测试方案，设计多个测试用例检 南京邮电盔竺堡主堑壅生兰垡垒奎 苎二童堕笙 _ _ - - _ - _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ i _ - - - - _ _ i - l _ _ i _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一一 测系统的可行性，并对系统可靠性方面堪a - - 。i 、斌，总结了在软交换系统中利用有限状 态机开发新业务的可行性。 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章下代网络( n g n ) 概述 第二章下一代网络( n g n ) 概述 2 1n g n 的概念 2 1 1n g n 出现的背景1 一百多年来电信网络体系经历了很多重要的演变。从模拟到数字是电话网时代有代 表性的技术革命，因特网的崛起是其中又一个重要的里程碑，移动通信业务的发展和迅 速普及则进一步开拓了电信网技术和应用的新领域。随着世界范围的网络经济泡沫的破 灭，全球通信行业的发展趋缓，部分大型电信设备制造商从财源滚滚到裁员滚滚。使得 设备制造商从全面的产品扩张转向寻求重点技术产品研发。作为电信产业链的一环，面 临全球通信的a r p u ( 平均用户通信消费额) 值普遍下降的局面，电信运营商也感受到前 所未有的压力，都急于寻找能以更低成本提供多样化，融合语音、数据、视频业务的下 一代网络架构，来走出困境并支持运营商的可持续性发展。 在新的市场环境下，竞争已由简单的网络规模竞争、价格竞争发展成为高层次的业 务竞争、网络服务竞争和商业模式的竞争，不能简单地通过降价来扩大市场份额，而是 要通过技术创新、业务创新、管理创新、机制创新等多种手段获得竞争优势。运营商要 维持电信业务收入的持续稳定增长，必须将战略重点转移到业务开发、信息服务和新的 运营模式上来，必须努力提高网络和业务的科技含量，以新技术、新业务的发展带动话 务量的增长，培育新的利润增长点，创造出新的利润空间，通过业务创新及优质服务在 激烈竞争中立于不败之地。 随着i p 网络及技术的快速发展，用户对业务的需求已不局限于基本的语音业务及 低速的数据业务，用户希望能够通过各种类型终端，在任何时间、任何地点享有相同的 业务，希望运营商可以提供高速的接入方式，快速地提供满足用户个性化要求的语音、 数据和多媒体融合业务。 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，但是各种网络丰富的业务属性及特征还不能通过互通和互操作实现跨网络共享，难 以满足用户的需求。 固网运营商经营着p s t n 、p h s 网及数据网，将来还可能获得移动网络运营牌照。 不同的组网技术意味着各网都需要投入不同的网络设备及运维人员，资源分散、利用率 3 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二苹f 一代网络( n g n ) 概述 不高，使运营商将投入大量的建设成本及运营成本。多运营商竞争的局面，使得用户与 运营商之间的关系变得松散，忠诚度降低，由于价格、服务等原因，用户能够随意更换 提供服务的运营商。面对这一情况，运营商应如何应对呢? 价格战显然不是长久之计， 真正的解决办法只有提高企业自身的业务提供能力，向用户提供更有竞争力的业务及服 务，以获得在市场竞争中的优势，留住客户。 因此，打破网络专用组网技术的限制，真正实现多网络的融合，为使用各种类型终 端的用户快速提供统一的跨网融合业务，将是运营商必须思考的问题。 对大部分运营商而言，语音业务仍是目前电信运营的主要收入来源，但数据业务量 迅速发展的势头不容忽视，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? 如何保护原有的网络投资? 如何向其它业务领域拓 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，因此可以说电 信网业务和技术目前都走到了发展的十字路口，电信网技术面临换代的前夜。此时， n g n 的出现无疑为电信界带来了希望。 通信网路从电路交换向以软交换为核心的下一代网络演进已成为不争的趋势。n g n 的结构不仅有利于话音和数据的融合，而且也有利于光传输与分组技术融合，以及固定 网络与移动网络融合n 1 ： 向n g n 演进的主要动力是当数据业务取代语音业务成为主要的收益来源时， 向以数据为主的分组网络演进不可避免，但由于语音仍是一种重要的业务，这 就要求下一代网络必须根据不同业务的要求提供相应的q o s 保证。 向n g n 演进的第二个推动力是用户对各种类型的高级业务和应用的需求，尤 其是对多媒体业务的需求。从运营商的观点来看，向用户提供范围广泛、使用 方便的业务可以获得更多的收益，提高竞争力。因此n g n 是业务驱动的网络。 向n g n 演进的第三个推动力是电信市场的竞争加剧促使老牌运营商重新审视 自己的经营模式，而新运营商则寻找更有盈利空间的商机。因此，n g n 必须 支持各种经营模式，为每种经营模式提供最高效益和最低成本的解决方案。不 同的运营策略意味着不同的优先次序，但最终都是提供一个完整的端到端的解 决方案，完成从电路交换网向分组网的过渡。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章下一代网络( n g n ) 概述 2 1 2n g n 的定义 1 、e t s i 和i t u t 对n g n 的定义 2 0 0 2 年欧洲电信标准组织e t s i 首次对n g n 进行了定义d 1 ：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 4 年2 月i t u - - t s g l 3 会议经过激烈的辩论，给出了n g n 的定义“1 ：n g n 是 一个分组网络，它提供包括电信业务在内的多种业务，能够利用多种带宽和具有q o s 能力的传送技术，实现业务功能与底层传送技术的分离；它提供用户对不同业务提供商 网络的自由接入，并支持通用移动性，实现用户对业务使用的一致性和统一性。 2 、信息产业部对n g n 的定义 我国信息产业部电信传输研究所对软交换及n g n 的定义是妫： 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。而n g n 是一 个以软交换设备为控制核心的新的交换体系架构。 2 2n g n 的特征 下一代网络n g n 是三网融合的产物，是可以提供包括话音、数据和多媒体等各种 业务的综合开放的网络。n g n 的体系架构成为国内外颇为关注的焦点，在向n g n 演进 的过程中，网络发展的趋势是统一的i p 核心网、分层结构和开放的接口。软交换体系 是目前备受推崇的一种n g n 演进方案，是面向网络融合的新一代多媒体业务整体解决 方案。它通过优化网络结构不但实现了网络的融合，更重要的是实现了业务的融合。软 交换定位于n g n 的控制层，是n g n 的核心技术。 从现有的p s t n 网向基于软交换的n g n 网络演进，是电信网发展的必然方向。而 分离网关的思想、统一的i p 核心网、开放的接口，是n g n 的关键特征1 。 2 2 1 分离网关的思想 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 p 网之间的 呼叫连接。传统网关不但要执行媒体格式转换，还要进行信令转换，在i p 网一侧执行 5 塑塞坐皇奎兰堡圭坐窒生兰堡堡壅 翌三垩! = 垡堕堡! 型旦坚! 堑垄 h 3 2 3 或s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o l ，会话启动协议1 ) 协议，在s c n 一侧执行 i s d n p s t n 信令，除此之外，系统还要控制网关内部资源，为每个呼叫建立网关内部 的话音通路。 这种集成的网关结构对i p 电话的大规模部署具有相当大的制约力，主要表现在： 网关集多种功能于身，过于复杂，导致了可扩展性差且没有故障保障机制，于是业界 提出了网关分解的概念。传统的网关被分解成三部分：媒体网关( m g ) 负责媒体变换 以及s c n 和i p 两侧通路的连接：信令网关( s g ) 负责信令转换，只是进行s c n 信令 的底层转换，即从t d m 电路方式转换成i p 网传送方式，并不改变其应用层消息：软交 换负责根据收到的信令控制媒体网关的连接建立和释放。软交换才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。软交换还控制资源，负责认证和网络安全，是 整个系统的控制者。软交换又称为呼叫代理或媒体网关控制器。 网关分离导致出现了新的协议标准。软交换和m g 之间的接口a 采用m e g a c o ( 又 称为h 2 4 8 ) 或m g c p ，软交换和s g 之间的接口b 采用s i g t r a n 。软交换中有m e g a c o 协议栈和s i g t r a n 协议栈；m g 中有m e g a c o 协议栈；s g 中i p 侧是与软交换中一致的 s i g t r a n 协议栈，s c n 侧是s s 7 协议栈。 2 2 2 统一的lp 核心网 n g n 采用统一的i p 核心网结构，从上到下由业务层、控制层、媒体层和接入层四 层构成。应用服务器位于业务层，负责提供增值业务和管理功能；软交换在控制层，负 责完成各种呼叫控制和相应业务处理信息的传送，是n g n 的核心控制设备；网关在媒 体层，负责用户送来的信息与i p 网上传送格式的转换：无线网、电话网、有线电视网 在接入层，都将作为接入网存在。 传统的有线和移动电话有各自独立的交换和传输网络，而移动电话的接入网络更是 复杂，它们有着不同的空中传输标准，这不仅增加了成本，也给使用者、管理者带来不 便。在n g n 中将实现固定网和移动网的融合，固定和移动通信仅仅是接入方法不同。 i p 网采用开放的体系结构、统一的标准协议，任何接入网络只要是采用i p 协议都 可以和它互通互连。接入网可以是固定电话网、移动电话网、有线电视网、a d s l 、l a n 接入等。统一的i p 核心网用一套统一的设备代替了原来各系统的独立设备，可以大大 降低开发和运营成本。 从现有网络到n g n 是一个渐进演化的过程，为了充分利用现有设备，以软交换为 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章下一代网络( n g n ) 概述 核心的重迭网策略是一种可行的过渡策略。软交换是下一代分组网络的核心设备，它独 立于接入网，主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等功能，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。 软交换是s c n 和i p 网协调的中心，通过对各种网关( 如：s o 和m g ) 的控制实现不 同网络之间的业务层的融合。 2 2 。3 开放的接口 以软交换为核心是n g n 的主要特征之一，和传统的电路交换相比，它有诸多优势。 传统的电路交换是一体化的，不同的子系统间通信采用专有的协议；软交换是开放、分 层的体系结构，层间有开放的a p i 接口。这样，某一层的改变，不会影响其它层。 软交换又称为软s s p ，因为它的功能相当于传统智能网中的s s p 。但软交换的体系 结构是开放的并且是可编程的。一方面，软交换与下层的接口是协议a p i ，融合了i p 网中的多种协议。如：s i p 、h 3 2 3 、m e g a c o 、i s u p i p 等。另一方面，软交换与上层的 接口是应用a p i ，对于业务的提供者和第三方开发者是可编程的。软交换真正实现了业 务与呼叫控制分离以及呼叫控制与承载业务分离。“业务由用户编程实现”这一思想并 非软交换首创，传统智能网就是基于这种思想的。但是，由于智能网建立在电路交换网 络之上，因此业务和交换的分离是不彻底的；同时，其接入和控制功能也没有分离，不 便于设备在多种网络融合时的综合接入：而且智能网的s c e ( 业务生成环境) 是依靠 s i b ( 与业务无关的构成块) 来实现的，s i b 又与复杂的i n a p ( 智能网应用协议) 密切 相关，不利于第三方应用商的大规模参与，无法方便、快捷地生成新业务。 软交换吸取了i p 、a t m 、i n ( 智能网) 和t d m 等众家之长，形成分层、全开放的 体系架构，不但实现了网络的融合，更重要的是实现了业务的融合。业务真正独立于网 络，能够灵活有效地实现业务的提供。 目前，国际上关于开放a p i 的研究主要有p a r l a y a p i 、j a i n 和o s a 。p a r l a y a p i 属 于应用a p i ；j a i n a p i 包括应用a p i 和协议a p i ( s i p 、m g c p 、h 3 2 3 、t c a p 、i s u p 、 i n a p a i n 、m a p 等) ：o s a 属于应用a p i ，侧重于移动终端的服务。最新的研究趋势 表明，三者正趋于融合。 南京邮电大学顾j ：研究生学位论文第二章下一代网络( n g n ) 概述 2 3n g n 标准研究现状 2 3 1it u 的n g n 标准研究 2 0 0 5 年1 1 月i t u t n g n 焦点组n 1 ( f g n g n ，f o c u sg r o u po v e rn g n ) 结束工作后， 向s g l 3 ( n g n 研究组) 提交了n g nr e l e a s e l 的研究报告，相关研究报告作为建议草 案继续在s g l 3 进行完善。 继f g n g n 后，为加快推动n g n 的标准化进程，2 0 0 6 年1 月i t u t 成立了n g n g s i ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r kg l o b a ls t a n d a r d si n i t i a t i v e ，n g n 全球标准举措) ，联合相关标 准研究组的专家，致力于研究和制定与n g n 网络的业务提供和部署相关的标准；n g n g s i 涉及的组别目前主要包括i t u ts g l l 、1 3 和1 9 ，其中s g l 3 负责需求和架构的标 准制定，s g l l 负责接口协议的标准制定，s g l 9 负责f m c 业务需求和架构的标准制定， 其它组别的标准如运行维护、管理、编号等目前尚未启动。 2 0 0 6 年4 月2 0 2 8 日，n g ng s i 联合研究组会议在日本召开，联合召开会议的研究 组包括s g l 3 ，s g l l 和s g l 9 。n g ng s i 会上针对不同的课题，分别召开跨研究组的联 合会议，共同推动标准的进展。 s g l 3n g n 需求和架构相关标准目前基本稳定，s g l1 中n g nq o s 相关的标准已经 有一定的进展，s g l 9 目前处于f m c 需求和架构的研究阶段。 2 3 2e t sltls p a n 的n g n 标准研究 t i s p a n 分8 个工作组研究有关n g n 的问题，包括业务、体系架构、协议、号码与 路由、服务质量、测试、安全还有网关。t i s p a n 在2 0 0 5 年底发布了n g nr 1 的内容， 该版本关注需求分析、网络架构、业务标准和接口定义；r 2 版本定义固定接入i m s 的 协议和接口流程，计划将在2 0 0 8 年发布，r 3 版本关注无缝移动性，计划将在2 0 0 9 年 发布。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章下一代网络的核心技术软交换 第三章下_ 代网络的核心技术软交换 3 1 软交换的来源及定义 软交换的概念最早起源于美国。当时在企业网络环境下，用户采用基于以太网的 电话，通过一套基于p c 服务器的呼叫控制软件( c a l lm a n a g e r 、c a l ls e r v e r ) ，实现p b x 功能( i pp b x ) 。对于这样一套设备，系统不需单独铺设网络，而只通过与局域网共享 就可实现管理与维护的统一，综合成本远低于传统的p b x 。由于企业网环境对设备的 可靠性、计费和管理要求不高，主要用于满足通信需求，设备门坎低，许多设备商都可 提供此类解决方案，因此i pp b x 应用获得了巨大成功。受到i pp b x 成功的启发，为了 提高网络综合运营效益，网络的发展更加趋于合理、开放，更好的服务于用户。业界提 出了这样一种思想：将传统的交换设备部件化，分为呼叫控制与媒体处理，二者之间采 用标准协议( m g c p 、h 2 4 8 ) 且主要使用纯软件进行处理，于是，s o f l s w i t c h ( 软交换) 技术应运而生8 1 。 我国信息产业部电信传输研究所对软交换的定义是1 ：“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。 国际s o f t s w i t c h 论坛i s c 的定义，s o f t s w i t c h 是基于分组网利用程控软件提供呼叫控 制功能和媒体处理相分离的设备和系统。因此，软交换的基本含义就是将呼叫控制功能 从媒体网关( 传输层) 中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，从而实现呼叫传 输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。软交换主要提 供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细 记录等功能。与此同时，软交换还将网络资源、网络能力封装起来，通过标准开放的业 务界面和业务应用层相连，可方便地在网络上快速提供新的业务。 广义上讲，软交换是一个分布式的网络体系结构，该网络中由集中的网络智能设备 负责呼叫的建立和业务的提供j 狭义上讲，软交换是一个设备，特指在软交换网络中的核心智能设备( 软交换机 s o f t s w i t c h ) 、呼叫性能服务器( c a l lf e a t u r es e r v e r ) 、媒体网关控制器( m e d i ag a t e w a y c o n t r o l l e r ) 和呼叫代理( c a l la g e n t ) 。 简单地看，软交换是实现传统程控交换机的“呼叫控制”功能的实体，但传统的“呼 0 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第三章下一代网络的核心技术软交换 叫控制”功能是和业务结合在一起的，不同的业务所需要的呼叫控制功能不同，而软交 换则是与业务无关的，这要求软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。 3 2 基于软交换的网络体系结构 软交换的重要思想之一就是分层的体系结构，各层之间采用标准协议进行通信。基 于软交换的网络体系结构一共分为4 层9 1 ，由下到上依次是接入层、传送层、控制层、 应用层，如图3 1 所示。 3 2 1 接入层 图3 1 软交换网络的分层结构 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( 在接入层内那些来自终端用户的话务必须经过必要的编码才能通过i p 网 络：同样，接入层也能看到来自i p 网络的话务并译码使得能传给对端用户) ，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。接入层中包括各种接入设 备，其中主要有： l o 南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章下一代网络的核心技术软交换 信令网关( s i g n a l i n gg a t e w a y , s g ) ：是跨接在n o 7 信令网与软交换网络之间的功能 实体，信令网关是接收和发送信令消息的信令代理，它用在n o 7 信令网与i p 网的 关口，对信令消息进行中继翻译或终结处理。 中继网关( t r u n k i n gg a t e w a y , t g ) - 其一侧通过电路与传统电话网的交换局连接，另 一侧与分组网连接，通过与控制层设备的配合，在分组网上实现话音业务的长途 汇接功能。 接入网关( a c c e s sg a t e w a y , a g ) ：与中继网关一样，接入网关也主要是为了在分组网 上传送话音而设计。不同的是，接入网关的电路侧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 ，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。还可用于直接连接电话用户，电话用户可直接通过用户线连接到a g 。 媒体资源服务器( m e d i as e r v e r , m s ) ：是一种特殊的网关设备，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。与其它接入层设备一样，媒体服务器本身没有 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( i n t e g r a t e d a c c e s sd e v i c e ，i a dn 们) ：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。 无线接入设备( w i r e l e s sa c c e s sg a t e w a y ) ：其主要作用是实现无线用户的接入。 智能终端：接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，可以实现传统网络上难 以实现的一些业务。智能终端的形式多种多样，它可以是一个类似普通话机的硬件 终端，也可以是安装在个人计算机上的软件终端。智能终端与控制层设备之间同样 采用标准协议，现在用得比较多的是s i p 协议。 3 2 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，有一定的q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ，业务质量“1 保证的分组网络，目前主要是指i p 和a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e r m o d e ，异步传送模式) 两种网络。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章下一代网络的核心技术软交换 3 2 3 控制层 控制层是软交换网络的呼叫控制核心，该层的设备被称为软交换设备、软交换机或 媒体网关控制器( m g c ) ，它是为了实现端到端连接而提供的一种对媒体资源进行控制 和管理的机制，其功能是完成各种呼叫控制，并负责相应业务处理信息的传送。 控制层中的物理实体是软交换，软交换的主要功能如下： 对各种网关的控制，指示媒体网关应与哪个媒体网关建立连接关系、信息压缩 编码方式的控制、回声抑制功能控制、业务流量控制； 基本话音业务的呼叫处理和连接控制； 数据业务的处理和连接控制： 提供与更高层应用的接口： 计费功能； s i p ( s e s s i o ni n i t i a t e dp r o t o c o l ，会话初始协议) n 2 1 代理等。 3 2 4 应用层 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。 应用层是一个开放、结合的业务接入平台，在电信网络环境中智能地接入各种业务，提 供各种增值服务，而在多媒体网络环境中，也需要相应的业务生成和维护环境。此外， 应用层还负责业务相关的管理功能，如业务认证等。 应用层主要包括以下设备： 应用服务器( a p p l i c a t i o ns e r v e r ) 它主要提供业务逻辑执行环境，并可以负责 业务逻辑的生成和管理功能。应用服务器通过控制软交换网络的资源执行业务 操作，通过这种方式，能快速有效地提供增值业务；另外，应用服务器提供标 准的接口，可以供第三方应用业务开发商在应用服务器上开发各种有特色的增 值业务。 a a a 服务器：用于用户的认证、管理和授权。 s c p 是传统智能网中的设备，通过i n a p 和软交换设备互通。软交换设备类似 于传统智能网中的s s p ，软交换系统和现有智能网的s c p 进行互通，从而实现 现有p s t n 网络的传统智能业务。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第三章下一代网络的核心技术软交换 网管服务器：实现网络管理。 3 3 软交换的主要协议介绍 软交换网络是一个开放的体系结构，软交换设备、媒体网关、信令网关、终端之间 采用标准协议进行通信，软交换体系的协议包括： 媒体控制协议：h 2 4 8 、m g c p 、s i p 等； 呼叫控制协议：i s u p 、t u p 、b i c c 、p r i 、b r i 、v 5 2 、h 3 2 3 等： 传输控制协议：s c t p 、u d p 、t c p 、m 3 u a 等： 业务应用协议：p a r l a y 、j a i n 、i n a p 、c a m e l 、m a p 、r a d i u s 等； 维护管理协议：s n m p 、c o r b a 、c o p s 等。 在组网中，关键的协议包括软交换之间互通的s i p 、与p s t n 互通的s i g t r a n 协 议( 如s c t p 协议和m 3 u a 协议) 以及媒体网关控制协议。 3 3 1 3 3 4 节对这四种主要协议分别进行介绍。 3 3 1sip 协议 s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 协议是一个应用层控制协议，用于建立、修改和终止 双方或多方多媒体会话，在实现上独立于底层传输协议，因此底层可以采用 t c p 舢d p s c t p 中的任何一种。s i p 是一个基于文本的协议，采用基于文本的客户服务 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。 通过与r t p r t c p 、s d p 、r t s p 等协议及d n s 配合，s i p 在能力上可支持语音、视 频、数据、状态呈现、实时通信、游戏等业务。 s i p 主要用于s i p 终端与软交换设备之间、软交换设备与软交换设备之间、软交换 设备与应用服务器之间。 s i p t m l 是s i p 的扩展协议，增加了对电话应用的支持，继承t s l p 的灵活性，为基 于s s 7 的p s t n 用户和基于s i p 的i p 电话用户间的呼叫建立提供了互通机制。 3 3 2h 2 4 8 m e g a c o 协议 h 2 4 8 1 m e g a c o 协议是i e t f 和i t u t 合作的结果n ，它是一个非对等协议，2 0 0 0 1 3 南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章下一代网络的核心技术软交换 年6 月，i t u t 的s g l 6 工作组和i e t f 的m e g a c o 工作组经过协商讨论，将原来h 2 4 8 协议和m e g a c o 协议进行融合，正式发布了h 2 4 8 m e g a c o 协议第一版本。h 2 4 8 协议是 网关分离概念的产物。网关分离的核心是业务和控制分离，控制和承载分离。这样使业 务、控制和承载可独立发展，运营商在充分利用新技术的同时，还可提供丰富多彩的业 务，通过不断创新的业务提升网络价值。 h 2 4 8 m e g a c o 是在m g c p 协议“”( r f c 2 7 0 5 定义) 的基础上，结合其它媒体网关 控制协议特点发展而成的一种协议，它提供控制媒体的建立、修改和释放机制，同时也 可携带某些随路呼叫信令，支持传统网络终端的呼叫，使得语音、传真和多媒体信号在 p s t n 和i p 网之间进行交换成为可能。在软交换系统中，该协议主要用于软交换和媒体 网关，软交换与h 2 4 8 终端之间，软交换与媒体服务器之间。 h 2 4 8 提出的网关的连接模型有两个基本构件：终端( t e r m i n a t i o n ) 和关联域 ( c o n t e x t ) 。终端是媒体流的源或宿，中继时隙、i p 端口或a m 虚通道都可以用终端来 抽象。关联域用来描述终端之间的连接关系，如拓扑结构、媒体混合或交换的方式。 h 2 4 8 通过a d d 、m o d i f y 、s u b t r a c t 、m o v e 、a u d i t v a l u e 、a u d i t c a p a b i l i t y 、n o t i f y 和 s e r v i c e c h a n g e8 个命令完成对终端和关联域之间的操作，从而完成呼叫的建立和释放。 3 3 3s c t p 协议 s c t p 是s i g t r a n 定义的信令传送协议，主要用来在无连接的i p 网络上传送信令 消息，该协议可以用来在i p 网上提供可靠的信令数据传送。i p 网中的一般消息交换通 常是使用u d p 或t c p 来完成，但这两者都不能完全满足电信网中信令承载的要求：u d p 方式不能保证消息的可靠传送；t c p 方式的消息传送效率和安全性不高。s c t p 综合发 展了u d p 和t c p 两种协议的长处，是建立在无连接、不可靠的分组交换网络上的一种 可靠的传输协议。根据r f c 2 9 6 0 的定义，s c t p 具有以下功能n 钉： 在确认方式下，无差错无重复地传送用户数据； 根据通路的最大通信单元m t u 限制，进行用户数据的分段： 在多个流中保证用户消息的顺序递交； 把多个用户的消息复用到一个s c t p 的数据块中； 利用s c t p 偶联的机制( 在偶联的一端或两端提供多归属的机制) 来提供网络 级的故障情况下，用户信息可靠传送的保证； s c t p 的设计中包含了避免拥塞的功能和避免遭受泛播和匿名的攻击。 1 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章下一代网络的核心技术软交换 s c t p 可以在i p 网上承载7 号信令，完成i p 网与现有7 号信令网和智能网的互通， 同时s c t p 还可以承载h 2 4 8 i s d n s i p b i c c 等控制协议，它是i p 网上呼叫控制协 议的主要承载者。 3 3 4m 3 u a 协议 m 3 u a ( m t p 3 u s e ra d a p t a t i o nl a y e r , m t p 第三级用户的适配层协议) ，该协议允 许信令网关向媒体网关控制器或i p 数据库传送m t p 3 的用户信息( 如i s u p s c c p 消息) ， 对s s 7 信令网和i p 网提供无缝的网管互通功能。信令网关终结窄带s s 7 信令网或i p 网 的信令消息，然后由信令网关把m t p 消息转换为i p 网中的m 3 u a 消息格式或把m 3 u a 消息转换为m t p 消息，高层信令消息不变。软交换采用m 3 u a 与传统s s 7 信令网互通 的协议栈结构如图3 2 所示“7 1 ： 传统s s 7 节点 s g ( 信令网关) m t p 3m 3 u a m t p 2s c t p m t p li p 软交换节点 ji s c c p i s u p m 3 u a s c t p i p 图3 2 软交换采用m 3 u a 与传统s s 7 信令网互通的协议栈结构 3 4 软交换的基本原理 软交换的主要设计思想就是业务控制与传送接入分离，各实体之间通过标准的 协议进行连接和通信，以便在网上更加灵活地提供业务。更具体地讲，软交换是一个基 于软件的分布式交换控制平台，将呼叫控制功能从传输层( 传统交换机) 中分离出来， 利用分组网络代替交换矩阵，通过服务器或网元上的软件实现呼叫控制功能，而话路的 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第三章下一代网络的核心技术软交换 交换与传输由媒体网关来完成，从而实现呼叫控制与传输的分离，为控制、交换提供了 软件可编程的分布式处理。 t d m 电 路 电路交换 t d m 电 路 t d m 电 路 媒体网关媒体网关 软交换 图3 3 电路交换模式与软交换模式 t d m 电 路 如图3 3 所示“盯，在电路交换网中，呼叫控制、业务提供以及交换矩阵全部集 中在一个“黑盒式”的交换设备中，要在该设备上提供新的业务或进行扩容就必须对整 个交换设备进行改造，开销巨大。而软交换中实现了业务提供与呼叫控制的分离，以及 呼叫控制和媒体传输的分离，各个实体之间相对独立，并通过标准协议进行连接和通信， 因此便于灵活地引入新业务和进行扩容，而没有必要像传统交换机一样整个改动。 3 5 软交换的应用 3 5 1 软交换应用领域 软交换设备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。由于软交换具有高效灵活性的特点，因此软交换设备即可以作为独立的下一代网络 部件分布在网络的各处，为所有用户提供基本业务和补充业务，也可以与其它的增强业 务结点结合，开成新的产品。软交换的这种