（通信与信息系统专业论文）软交换技术在电力通信中的研究与应用.pdf

摘要 摘要 软交换是一种适合于网络业务从当今分离的体系结构，是向未来完全集成开 放体系结构演进的技术。它作为下一代网络( n g n ) 技术对话音及图象数据的融 合技术，已经在全世界得到了广泛的应用。 软交换技术在电信行业发展的同时，i p 话音的融合在专网中也得到了快速的 发展。在向未来i p 网络( i n t e r n e t i n t r a n e t ) 演进的过程中，如何融合传统电信业 务和i p 网络务显得非常重要。传统电信行业i p 语言融合的整个过程大致要分为 四个部分，首先把p s t n 中数据业务从话音交换网中分离，再从长途局、市话局、 端局通过v o l p 的融合逐步过渡到全软交换网络。目前软交换产品在专网中也逐步 得到应用，一些传统交换厂商广泛推出他们的软交换融合的产品，在银行、公安、 大型企业中都有着典型的应用。 借鉴于软交换系统的在电信行业的发展，本文重点分析了已有的电力通信所 承载的业务和电力已有或者将来建设的网络情况。通过比较，针对目前电力交换 技术体制，提出了软交换技术在电力长途、县级供电分公司、镇供电所、小区驻 地网业务的i p 话音融合的解决方案。随后，以南方电网的行政交换网络的设计为 例，具体介绍了软交换在电力系统中的应用实例，分析了南方电网大楼内部采用 软交换融合的可行性和必要性。最后提出南方电网行政交换网在i p 融合时的过渡 方案，作为整体设计了南方电网行政交换整个系统结构。在第五章则分析了电力 系统软交换融合时在实现的过程之中能遇到的穿透防火墙n a t 等问题，并比较了 各种方案，提出采用适用于电力系统的v p n + 代理的解决方案。方案中不但能够 解决宽带接入，还能从一定程度上保证i p 话音的q o s 及保密性。 对于电力系统通信在应用软交换融合过程，承载整个话音业务的网络还是i p 城域网技术。结合电力系统光缆、业务的特点，对电力城域网的组建本文提出了 骨干层采用m p l s + v p n 和接入层采用g e + c w d m 等多种接入技术的方案，从 传输介质上从而保证了在今后在电力通信今后能够全面部署软交换系统，平滑过 渡到下一代网络。 软交换技术于电力系统的应用研究在电力通信规划、设计和建设时有着理论 的指导意义，实践证明组网技术目前已在广东电力部分接入系统得到初步的应用。 关键字：软交换；电力通信；话音融合；防火墙；城域网 a b s t r a c t a b s t r ac t s o f l s w i t c hi st h es u i t a b l e t e c h n o l o g y o f n e t w o r k i n g s e r v i c e s e v o l v i n g f r o m s e p a r a t ea r c h i t e c t u r er e c e n t l yt of u l li n t e g r a t i n ga n do p e n i n ga r c h i t e c t u r ei nt h ef u t u r e s o f t s w i t c h ，t h e n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k n g n t e c h n o l o g y t h a t c o n v e r g e n c e s b e t w e e nv o i c ea n di m a g et r a f f i c ，i sa p p l i e dw i d e l yi ng r o b a lw o r l d a p p l i c a t i o n o fs o f t s w i t c hi sg r o w n w i d e l yi nt e l e c o m m u n i c a t i o n s m e a n w h i l et h e c o n v e r g e n c y o fv o i c eb a s e d - i pi sa l s o d e v e l o p e dr a p i d l y i n p r i v a t e n e t w o r ko f e n t e r p r i s e s d u r i n gt h ec o n v e r g e n c y t of u t u r ev o l p n e t w o r k ( i n t e r n e t i n t r a n e t ) ，h o wt o c o n v e r g e n c ei st h ec a s ei np o i n t t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ee n t i r ec o u r s eo ft h ev o l p c o n v e r g e n c yi n t r a d i t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o ni n d u s t r yi sd i v i d e di n t of o u r p a r t s f i r s t l y ，t h ed a t at r a f f i c si ss e p a r a t e df r o mt h ep s t n ，a n dt h e ns t e pb ys t e pf r o mt o l l c e n t e r ，l o c a le x c h a n g ec e n t e r ，t a n d e m c e n t e rt of u l ls o f t s w i t c h b y v o i c ei p c o n v e r g r e n c y a n d i np r i v a t en e t w o r k s ，m a n yp r o d u c t so fs o f t s w i t c hc o n v e r g e n c i n gi p p a c k e t sw h i c ha r ep r o d u c e db yt r a d i t i o ns w i t c h i n gm a n u f a c t u r e s ，a r ef u r n i s h e d ，s u c h a sb a n k s ，p o l i c e s ，m u l t i n a t i o n a le n t e r p r i s e sn e t w o r k s o w n i n g t ot h ed e v e l o p m e n to fs o f t s w i t e hs y s t e mi nt e l e c o m m u n i c a t i o ni n d u s t r y ， t h i st h e s i sa n a l y z e st h es e r v i c e sp r o v i d e db yp o w e rs y s t e ma n dt h en e t w o r ks t a t u si n q u o b yc o m p a r i s o n ，g e n e r a ls o l u t i o n sa r ep o s e dt h a ts o , s w i t c ht e c h n o l o g yi su s e d t o t o l lo f f i c e st e l e p h o n yw h i c hb a s e di pt e c h n o l o g y ，o t h e ra d m i n i s t r a t i v eb r a n c ho f f i c e s a n di n t r a n e ti nu p t o w ni np o w e rs y s t e m a n dt h e ne x a m p l e sa r et a k e nf o rt h ed e s i g n o ft h ea d m i n i s t r a t i v es w i t c h i n gn e t w o r ko fs o u t h e r np o w e rg r i dg r o u pc o m p a n y ， w h i c hi n t r o d u c e st h e c o n v e r g e n c es o l u t i o n o fv o l ps o f t s w i t c hi na d m i n i s t r a t i v e s w i t c h i n gn e t w o r k a st h ew h o l ep r o j e c t ，t h et h e s i sa n a l y z e st h es y s t e mc o n s t r u c t i o n o fa d m i n i s t r a t i v es w i t c h i n gn e t w o r k s e c o n d l y ，p a p e ra n a l y z e ss o m eq u e s t i o nt h a tc a n b em e tw h e ns o f t s w i t c hi sa p p l i e d ，s u c ha st h r o u g hn a t f i r e w a l l a n da u t h o rp o s e sa s o l u t i o nw h i c hi ss u i t a b l ef o rt h ep o w e rs y s t e mn e t w o r kb yu s i n gv p np l u sp r o x y ， a n dw h i c hc a np r o v i d et h eb r o a d b a n da c c e s sn e ta n de n s u r et h eq o s i pa n ds e c u r i t yo f v o i c eo v e ri nd i f f e r e n td e g r e e s f i n a l l y ，t h ep a p e ra n a l y z e st h ep o w e rs y s t e m m e t r on e t w o r kw h i c hw i l lc a r r ya l l v o l pt r a f f i c sd u r i n gt h ec o u v e r g e n c e so fs o f t s w i t c h c o m b i n i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c s o f o p t i c a l c a b l e sa n ds e r v i c e si np o w e r s y s t e m ，a s o l u t i o ni s p o s e d t h a t h a c k b o n e m e t r on e t w o r kc a nu t i l i z et h em p l sp l u sv p nt e c h u o l e d g e ，a n da c c e s s l l t 华南理工大学硕士学位论文 l a y e ri nm e t r o n e t w o r kb yg ep l u sc w d mt e c h n o l o g y t h es o l u t i o n si sa d a p tw i d e l y t od e p l o yt h es o f t s w i t c hs y s t e mi np o w e r s y s t e m c o m m u n i c a t i o n t h er e s e a r c ho fs o f i s w i t c hi np o w e rc o m m u n i c a t i o nh a si n s t r u c t i o n a lm e a n i n gi n t h e o r y ，a n dt h en e t w o r k i n gt e c h n o l o g yw a su t i l i t i e dt o a c c e s s m e t r oi ng u a n g d o n g p o w e r n e t w o r k i n g k e y w o r d s ： s o f t s w i t c h ，p o w e rc o m m u n i c a t i o n ，v o l p c o n v e r g e n c e ，f i r e w a l l ， m e t r o a r e a n e t w o r k ( m a n ) i v 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： ；为俄。日期：例乒年g 月口 学位论文版权使用授权书 本学位沦文作者完伞了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本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 和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密耐。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 日期：冲弘年6 月目 日期：舻t 年6 月& 日 第一章绪论 1 1 话音传输与软交换 第一章绪论 自从1 8 7 6 年a l e x a n d e r g r a h a m b e l l 成功的完成了第一次语音传输试验以来， 语音通信技术已发展了1 0 0 多年。电话交换是伴随着电话通信的出现而同时产生 的，随着电话通信技术的飞速发展，交换系统发展经过了人工交换机步进制交 换桃纵横制交换机程控交换机等几个主要阶段。 以上阶段的交换技术还全部是基于电路交换原理，随着网络的进步和i p 技术 的日益发展，基于分组交换的话音交换技术也开始从p c 到p c 的模式，逐步转 变到电话机到电话机的方式过渡。它利用数据网首先把话音信号封装成数据包( 通 常是指i p 包) ，并通过统计复用形式来提高数据网络带宽的利用率，从而获得了 比电路交换更为便宜的话音通信，在此基础上逐步形成软交换体系。国际上为了 使得这些终端和交换系统能够互通，相继成立一些标准组织，形成了一些标准， 如h 3 2 3 、s i p 、h 2 4 8 、m g c p 等【l 】，并逐步提出了软交换模型。 电路分组采用t d m ( 肘分复用) 的方式来传输语音。以8 k s 采样速率，并 采用8 b i t 编码，形成6 4 k b s 的基本速率单位，之后传输采用复用的方式一步一步 提高容量。在我国采用e 1 为一个基群速率，它复用3 0 路6 4 k b s 的话音信号，容 量为2 0 4 8 k b s 的基群速率。随着数字同步同步系列技术的发展，把6 4 个e i 信号 通过复用形成基群传输通道s t m 1 ，其带宽为1 5 5 m b t s 。目前s d h 的带宽速率也 变得越来越宽，复用成s t m 一4 ( 6 2 2 m b s ) 、s t m 1 6 ( 2 5 g b s ) 、s t m 6 4 ( 1 0 g b s ) 甚至更高带宽，见下图所示。 圈1 - 1t d m 铸式话音复用通道结构圈 华南理工人学硕士学位论文 电路交换技术的主要特征是：采用面向连接的基于6 4 k b s 信道的电路交换， 通过信令来控制连接，传输上使用t d m 制式来复用传输，并通过同步传输模式 ( s t m ) 来获得更大的传输带宽适用于骨干网大容量的传输。电路交换技术方式 的主要优点是有着非常高的话音质量：主叫和被叫一旦连接成功之后、在整个传 输通道上就分配了固定的时隙来传输这路6 4 k 的话音，信令和控制相对简单。但 是随着通信业务需求的变化和技术进步，其缺点也一步一步体现出来，如通常一 个通话基本上有6 0 的时间处于静音状态，但是受到电路交换技术体制的制约， 整个通道在静音时间仍让需要占用整个系统资源。导致了整个系统资源利用率低， 从经济上来看就体现投资的浪费。 而从语音分组交换的软交换模型来看，广义讲并不等于下代网络，软交换 只是n g n 广泛内容( 例如：以智能光网技术、采用3 g 、4 g 的下一代无线通信 网络、i p v 6 等) 中的一个予集旧“，它的出发点只是话音网的下一代组网模型。 软交换从狭义( 语音) 方面讲，它作为话音网向数据网融合的下一代网络( n g n ) 的主要技术，以清晰的业务分层模式，高效的分组交换机制正日益受到电信运营 商的重视。 比较而言，新兴的运营商和一些大型有很多分支机构的企业对软交换更感兴 趣。目前一些传统的厂商都在对推广他们的向下一代网络过渡的软交换融合方案， 而且基于i p 的话音交换技术市场上也逐渐占有更多的比重。i p 多媒体应用( 包 括话音的i p 化、数据宽带化等) 的性能价格比，逐渐使得大家的认同。 1 2 软交换应用及相关技术动态 1 2 1 国内外标准及产品发展状况 目前，i t u t 、i e t f 、国际软交换协会i s c 等国际组织正在合作制定和完善 相关的协议和标准。i s c 组织的成立，使软交换技术得到了迅速发展，相关的标 准、协议、规范都得到了i t u t 、i e t f 等国际标准化组织的重视。h 3 2 3 、m g c p 等一些老的协议不断完善成熟，b i c c 、s i p s i p t 等些新协议不断推出，一些 基于软交换技术的产品已经进入实用化阶段。下一代网络的目标是建设一个能够 提供话音、数据、多媒体等多种业务的，集通信、信息、电子商务、娱乐于一体， 满足自由通信的分组融合网络。为了实现这一目标，i e t f 、i t u t 等国际组织制 定并完善了一系列标准协议： h 2 4 8 m e g a c o ：i e t f 、i t u t 制定的媒体网关控制协议，用于媒体网关 控制器和媒体网关之间的通信； s i p ：i e t f 制定的会话初始协议，用于多方多媒体通信； 2 第一苹绪论 h 3 2 3 ：i t u t 制定的i p 电话和多媒体通信协议，提供v o l p 和多媒体应 用； b i c c ：i t u t 制定的与承载无关的呼叫控制协议，可使呼叫控制与承载 控制分离； s i g t r a n ：由i e t fs i g t r a n 组织制定的在i p 网上传送p s t n ，i s d n 的 信令协议。 总体来说i t u 和其他一些国际标准组织对于n g n 都还在处于研究阶段，没 有明确完整的定义，但是从上面可以看出他们对于n g n 的主要特征已有一些共 识【3 j 【“。 同时不同厂家根据自己对软交换的理解和在本行业的自身优势，对软交换体 系结构提出了不同的看法，产生了两种倾向。传统电信厂商( 如北电、阿尔卡特、 西门子等) 提出的模式更偏向分流替代的模式，他们的优势在于于传统p s t n 网 一侧具有良好的互通性。而新兴的电信厂商( 如思科、亚信等) 更倾向取代的模 式，他们的优势则在于与i p 数据网一侧具有良好的互通性。但是这些体系结构都 遵循n g n 软交换最初的框架原则，即都采用了分层原则。分层使得上下层之间 只通过标准的接口进行交互，层次内部的技术是相互独立的。这增加了网络体系 结构的灵活性，同时，也将应用层和网络承载层分离，使业务真正独立于网络， 对于日后业务的开展有一定的帮组。 1 2 2 国内外电信行业软交换的发展情况 软交换作为话音网向数据网融合的下一代网络的主要技术，以清晰的业务分 层模式、高校的分组交换机机制正日益受到电信运营商的重视。 比较而言，新兴的运营商对n g n 软交换更感兴趣。对他们来说，软交换不 仅可以实现诸多的新业务，而且可以方便他们在c 4 和c 5 局上的建设。传统电信 运营商对n g n 软交换的使用更多是迫于竞争压力和无奈。i p 多媒体应用( 包括 话音的i p 化、数据宽带化等) 的性能价格比，能够使一批客户动心从而产生客户 分流的现象雎i 。 建设情况； 2 0 0 3 年5 月8 日产品技术通信世界专稿国内运营商在n g n 方面的发展状况 国内n g n 的发展获得了信息产业部梧关部门的大力支持，其中，电信传输研究 所牵头的网络与交换标准研究组和i p 与多媒体研究组早于2 0 0 0 年开始，制定并 颁布了中国n g n 体系框架，组网设备，组网协议等方面的技术规范以及测试规 范。在入网检测方面，信息产业部电信设备入阿检测中心也于2 0 0 2 年中陆续完成 了部分厂家较交换设备的入网测试，北电瞬络、中兴通信等公司率先取得了入网 3 华南理工大学硕士学位论文 认证。自2 0 0 0 年起，国内的电信运营商纷纷成立内部项目组，展开对n g n 网 络技术和业务能力的调研。其中，中国电信更是捷足先登，在2 0 0 1 年陆续完成 对北电网络、朗讯科技、爱立信等公司的n g n 解决方案的试验室测试，并于2 0 0 2 年3 月，开展了中国电信集团n g n 试验网工程，其中，北电网络获得了在 广州、深圳、上海、杭州等4 个城市建设n g n 试验网络的合同。其它参与中国 电信ng n 试验网项目的厂家还有阿尔卡特、西门子、爱立信和中兴通信公司。 除中国电信之夕卜，中国铁通也于2 0 0 1 年中完成了北京、上海、广州三地的 n g n 分组中继长途话音试验网的测试，并随后在重庆开展了n g n 本地话音，验 网的测试，并随后在重庆开展了n g n 本地话音商用试验网的测试和部署。中国 联通也于2 0 0 2 年底完成了中国联通n g n 试验网络测试规范。即将启动全国 范围内6 城市的n g n 试验网工程。与国内主要运营商在n g n 方面的进展相比， 香港的电信运营商为了抢占市场，取得竞争优势，在n g n 方面的步伐较快。其 中，2 0 0 2 年6 月，香港的新兴电信运营商香港宽频宣布采用北电网络s u c c e s s i o n 本 地接入分组话音解决方案，在香港本地开展话音业务。到2 0 0 3 年，用户数已激增 至7 万。2 0 0 2 年1 2 月，香港另外一家电信运营商新世界电信( n e w w o r l dt e l e c o m ) 也宣布采用北电网络的s u c c e s s i o n 本地话音解决方案，加入香港本地话音业务的 角逐，提供分组话音，数据和未来的多媒体新业务【4 】。 纵观全球运营商在n g n 方面的试验和应用情况，充分验证了n g n 网络的发 展劲头，它给竞争环境下的电信运营商提供正确的网络发展建设框架，而且满足 了运营商在业务发展创新方面的需求。 1 2 3 专网n g n 的发展情况 今天的商业现实对企业通信提出了很高的要求。最初动机往往是降低成本， 总的来说推动企业部署新技术的一些最迫切的任务可以概括如下： 对提高业务表现的需要，即避免错过机遇，提高客户忠诚度，提高员工 产出率； 对提高业务连续性的需要，即在地理上分散企业职能，确保在紧急情况 下能够保持运转，实现基础设施组成部分的标准化，以便简化恢复过程； 降低运营成本的需要，即方便对外包资源的利用，利用通用基础设施和 管理，保护对系统投资，使之不迅速过时。 目前一些大型跨国公司基本上都趋向于采用语音i p 融合的平台组建廉价的 通信平台，提供更多的服务。在国内，银行、保险业、公安等企业专网都热衷于 布署软交换网络，并且银行、公安等在广泛的应用 5 1 1 6 l 【7 1 。 4 第一章绪论 1 3 课题研究的主要内容和目的 在电力系统中，行政交换网是系统通信的重要组成部分，其基本功能是实现： 电力系统管理单位与电力系统内部各单位之间业务互通； 电力系统各子公司之间业务互通； 电力系统内部与公用电话交换网( p s t n ) 业务互通； 电力系统内部与其它电信营业商( i s p ) 业务互通。 其主要业务包括话音通信、电传及传真等，是实现电力系统现代化管理的重 要技术手段之一。同时，行政交换网作为电力调度交换网的备用手段，为电力生 产的安全运行起到十分重要的作用。 随着信息技术的飞速发展以及用户对多种业务包括话音，数据业务以及视频 图象业务的需求日益迫切，传统的通信概念及单纯话音业务的通讯网络在新业务 新技术的要求下已不能满足使用者的要求。因此通信网络的规划与建设要立足于 适应未来综合多媒体业务的发展需要，已成为网络建设者及网络设备制造商的共 识，要求网络上的设备不但能满足当前使用要求，而且能适应未来的技术发展需 要，为客户提供新功能新业务。 传统语音i p 化的融合，应用开放的i p 技术传送话音成了目前语音技术的发 展趋势，在各个专网、电信营业商有着广泛的应用。语音i p 交换，终端i p 话机 可以实现更多的功能及更为灵活的组网方式，并且可以节省大量的长途专网投资 费用。而传统行政交换机其固有的优点也不能随意排斥，因此在传统的交换网络 功能上合适的选择可扩展下一代软交换技术及产品，是电力系统中行政交换网的 关键。 本论文以软交换技术及电力通信系统为研究背景，具体研究了软交换在电力 系统中的可行性及各种应用架构。并以南方电网行政交换系统的设计为例，研究 了南方电网行政交换系统的结构和技术方案，重点体现了下一代网络软交换技术 的融合应用。并针对工程实际情况，研究了现实中出现的应用于软交换的几种关 键技术。并结合电力系统网络通信规划，对适应于下一代软交换系统的电力城域 网组网方案作了进一步的研究，提出了适合于电力系统组网的几种模型。 本论文提出了电力系统软交换系统各种应用架构及组网方案，理论上和工程 上证明软交换系统将在电力通信中将逐步得到推广和应用。本论文将对电力系统 网络规划、通信设计等有着指导性作用，为电力通信的下一代融合做出技术上的 探索。 1 4 论文结构安排 本论文根据软交换在电力系统的融合应用为主线贯穿全文，借鉴软交换在电 5 华南理工大学硕士学位论文 信及专网中的融合技术，研究了电力系统软交换的融合方案，同时提出电力系统 应用软交换系统的几个关键问题的解决方案，并研究了几种适用于电力系统的软 交换核心支撑网的组网技术。结构安排主要介绍如下： 1 绪论：介绍软交换技术的发展前景和现状，并提出本论文的研究意义目 的和论文的结构安排。 2 软交换技术发展及应用：介绍软交换技术的原理和技术流程，研究软交 换技术在电信行业应用方案，和电信行业的软交换的融合的几个过渡步 骤，并针对专网中的软交换融合应用做出分析，为后面分析电力系统软 交换的应用做好铺垫。 3 电力交换网技术体制研究：本章主要针对电力行业已有的业务及网络情 况，研究软交换技术在电力行业应用的可能性和必要性，并提出软交换 技术应用于电力行业各种不同业务和不同阶段的软交换融合技术体制。 4 南方电网行政交换网络方案设计：本章以南方电网的行政交换系统为例， 研究了软交换系统在南方电网中的实际应用。作为一个整体研究南方电 网行政交换网络结构、信令组网方案、中继组网方式、和话务量等内容， 重点体现了南方电网软交换融合过程的应用。 5 软交换穿透防火墙技术；本章分析了电力系统及一些专网中布署软交换 时常常遇到的穿透防火墙n a t 等问题。并通过电力系统业务自己本身特 色，提出了适用电力软交换的穿透防火墙的应用方案。 6 软交换核心支撑组网技术：归根到底，软交换系统关键问题还是为解决 其带宽与q o s 问题的i p 组网技术，本章根据电力系统光缆及业务特点， 提出适用于电力城域网组网技术，并提出全光网络今后在电力系统中应 用于软交换技术的核心支撑发展趋势。 7 论文总结：本章总结全文的知识结构，并概况了作者在全文中所研究的 几个部分内容，还对软交换技术在电力系统通信应用做了进一步的展望。 1 5 本章小结 在向未来i p 网络演进的过程中，如何融合传统电信业务和i p 网络 ( i n t e r n e t i n t r a n e t ) q l ，= 务是非常重要的。就目前的技术来看，软交换技术比较适合于 网络业务从今天分离的体系结构向未来完全集成开放体系结构的演进要求。 从软交换在电信行业及专两中得到了大规模的应用着手，本章介绍了本论文 课题的研究意义及目的，并分析了目前国内外软交换的应用前景及技术规范的进 展情况。初步的向读者展示了软交换在电信行业和专网的应用及其魅力，并概括 本文的内容章节及脉络，为后面的成文打下基础。 6 第二章软交换技术发展及应用 第二章软交换技术发展及应用 2 1 下一代网络( n g n ) e t s i 对n g n 有如下定义：“n g n 是一种规范和部署网络的概念，通过使用 分层、分面和开放接口的方式，给业务提供者和运营者提供一个平台，借助这一 平台逐步演进以生成、部署和管理新的业务。”i t u 在一些文件中对n g n 的解 释是：n g n 表示了实现全球信息基础设旌( g i i ) 的关键技术。n g n 被看作是 g i i 的网络联邦( 用i p 能力增强的传统电信、广播和数据网的联合) 的一部分d 】1 8 】【9 】。 我国现在的电信网对电话业务是相当成熟的和有效的，但以电话网来传输数 据的方式难以适应高速数据业务的日益增长，以电路交换方式来传送分组交互的 数据其效率有限。虽然i p 数据网有其自身的一些缺陷，从网络资源的利用和管理 以及用户的使用方便特射是多媒体业务的发展考虑，总是希望网络能够成为多业 务平台，已是提出了人们理想并且期待的下一代网络( n g n ) 3 1 。 目前i t u 和其他一些国际标准组织对于n g n 都还在处于研究阶段，没有明 确完整的定义，从上面的定义中可以看出他们对于n g n 的主要特征已有一些共 识。从业务能力来讲，n g n 具有以下的共同特点： 1 支持业务的多样化，包括话音、数据和多媒体业务。支撑宽范围的业务 包括实时的，流月e 实时的业务和多媒体业务，回时应支持业务的个性化、 业务的移动性、开放性和灵活性。 2 基于包的传输。 3 承载能力与控制功能、呼叫，会晤、应用，业务隔离。 4 两络体系采用分层结梅，即分为传送层、控制层、业务层、接入层。 1 1 传送层：传送层负责将消息从用户的一端传到另一端。 2 1 控制层：控制层控制媒体层完成消息的传送、计费、管理和维护。 3 ) 业务层( 应用层) ：负责在基本业务的基础上完成各种附加业务的提供。 4 1 接入网：用户通过各种接入方式接入到核心媒体层。 网络的分层体系是下一代网络的一个主要的特点，它避免了传统电路交 换网将各种功能集中在一个接点上的缺陷，不仅将业务的提供和呼口q 控制分 开，而且将呼叫控翻j 和承载连接分开，改变了现有传统的电路交换网中呼叫 控制与承载连接紧密捆绑的状况，可以灵活、方便地组织网络和提供业务。 5 业务和阿路松耦合并且提供开放地接口。通过各种标准地接口可以方便 地由第三方完成业务地提供。特别要利用运营公司、设备弗4 造公司、增 7 华南理下大学硕士学位论文 值业务经营公司、内容提供公司、系统集成公司、通信软件公司结合起 来做开发多种业务。 6 具有端到端地宽带传送的能力。n g n 的物理承载将主要采用基于w d m 的光传输系统，并在光传输系统中逐步引入光交换设备( 全光网络) 。 7 支持终端的移动性，满足日益增长的移动业务的需要。 8 ，可方便管理，并具有足够的安全性和可靠性。 9 ，能与传统网配合，因为无论网络如何演进。现有的传统两络还要继续发 挥作用，还要充分利用现有的网络资源。因此下一代网络必须解决与传 统的现有的各种网路的配合和互通。实现可持续发展。 2 2 软交换技术 2 2 1 概述 n g n 广义上不只是单单指软交换技术，从其技术来看所有的移动3 g 、4 g 技 术，软交换、i p v 6 、全光网络都属于下一代网络的范畴，软交换技术从狭义上将 只是话音网的下一代网络1 。软交换它采用i p 分组交换技术为核心，并提出了分 层策略，增加了软交换机作为业务控制层的主要应用，并基于软件实现呼叫控制、 媒体网管控制等功能。它作为一个开放体系，可以用于软交换体系的呼叫控制和 媒体控制协议有很多种，如软交换机与媒体网馆间可用m g c p 或h 2 4 8 m e g a e o ， 软交换机与终端之间除了使用上面列出的协议之外。还可使用i e t f 开发的s i p ( 会议启动协议) ，s i p 也可以用在软交换机与应用服务器间以及软交换机之间。 目前i t u 开发在软交换机间的协议还有b i c c ( 与运载无关的呼叫控制协议) 。利 用以上协议，软交换机仅仅需要实现各种业务公用的基本呼叫控制能力，而与业 务有关的功能放在业务应用服务器。因此软交换系统使用户宽窄带各种业务，在 容量和功能上都具有过去智能网不能真正做到的快速生成新业务的功能。 2 2 2 软交换基本结构 软交换具有将业务提供与呼叫控制分开，将呼叫控制与承载连接分开的基本 特点。软交换网络从网络层次上可以划分为以下几个平面：接入平面、传送层面、 控制平面、业务平面，如图2 1 所示。其中软交换位于下一代网络的控制层面， 是软交换网络的核心设备之一1 【l ”。 因此后面提到的n g n 通常指狭义的软交换。 8 第二章软交换技术发展及应用 业务层 控甫口层 传送层 接入层 里2 - 1软交换月络结构层次圈 接入层的主要功能是提供丰富的接入手段，将各类用户连接到分组网络， 并将信息格式转换成能够在分组网络上传递的信息格式。 传送层的主要功能是采用分组技术，提供一个高可靠、端到端的q o s 保 证的综合传送平台，它是软交换的核心支撑技术。 控制层主要实现呼叫控制和连接管理，支配网络资源。 业务层提供业务的平台，提供传统交换机的业务和其他的增值业务。它 可以提供开放的业务接口，由第三方提供业务。 软交换的发展从h 3 2 3 协议开始慢慢发展壮大，这里以h 3 2 3 协议为例，介 绍基于h 3 2 3 标准的软交换的结构。整个h 3 2 3 系统由网守( g a t e k e e p e r ) 、网关 ( g a t e w a y ) 、多点控制单元( m c u ) 、网管计费单元、及软交换终端机。其中软交换 终端机主要包括数字话机( d i g i tp h o n e ) 、传真( f a x ) 、视频话机( v i d e o p h o n e ) 、 软件电话( s o f t w a r ep h o n e ) 等设备通过i p 网络使用h 3 2 3 标准互连而成，如图 2 2 所示。 9 华南理工大学硕士学位论文 圈2 - 2h 3 2 3 罔络结构墨 各部分主要功能介绍如下： 网守( g k ) ：是整个系统的核心，主要完成呼叫控制、信道建立等网络管理等 功能，及软交换模块，对于软交换架构则处于控制层： 网关( g w ) ：用于和传统的p b x 或i s d n s c n 网络互连，实现各种信令的呼叫， 及不同数据包的转换，相当于接入层： 多点控制单元( m c u ) ：实现多方会议功能，主要实现各方视频，视频流的数 据混合及控制。 管理，计费系统：实现对系统的网络管理，和系统计费功能，提供各种应用服 务，与软交换的业务层对应。 用户终端：提供用户的话音接入，可以是数字话机，软件电话，传真等终端， 作为各种接入层设备。 以太网( 局域网) ：这里相当于软交换中的分组传送网的功能，它也可以是 任意的分组网，如广域网、城域网等。 2 3 软交换各种应用模式 软交换技术快速发展，并逐渐走向成熟，其目标是通过新的网络架构向用户 提供灵活、多样的现有业务和新业务，为用户提供个性化的服务。 软交换网络以其提供综合性、融合性业务的特点也受到了许多运营商的关注， 它通过呼叫控制、媒体交换及承载的分离，实现了开放的分层架构，进而可以为 各类客户群提供全面的解决方案。因此软交换从2 0 世纪末开始就得到了电信营业 商和企业用户的关注。 基于软交换技术对不同的用户可以体现出各种解决方案，除了为提高电信竟 1 0 第二章软交换技术发展及应用 争力的解决能力之外，软交换系统逐步融入到本地接入驻地网( i n t r a n e t ) 、集团 用户、大中院校和宽带小区网等。针对不同的对象，软交换的各种解决方案不一， 各种方案都适应不同的条件，并逐步走向一致。 2 3 1 长途话音软交换的研究 在电信行业中，话音业务的i p 长途化将使用户获得更廉价的沟通。因此不管 是新型的电信运营商和老的电信运营商都逐渐的建设的长途i p 话音软交换网络。 利用“软交换+ 中继网关”组网方案，可以向用户提供基于软交换的v o l p 长途 电话业务，作为对传统长途电话业务的有效补充，如图2 3 所示。 圈2 - 3 软交换长途解决方案示意田 解决方案中集中设置在一些较大城市部署中继网关。中继网关与本地p s t n 交换机相连，实现与p s t n 域的互通。本地p s t n 交换机通过7 号信令实现与软 交换的信令互通【l ，1 1 。 另外，为了保证整个系统的可靠性和安全性，可以部署两个软交换核心系统， 两套软交换设备采用负载分担工作方式。在正常工作情况下，两套软交换设备各 自负责自己域内的用户，当其中一套软交换发生故障时，另外一套软交换设备就 会切换为主用状态，为整个软交换域的甩户提供服务。 软交换组网方案相对于现有的电话交换网和h 3 2 3i p 电话网具有组网灵活、 容量大的优势，并可降低建设成本和运维费用。 方案为今后电信市场提供现有长途电话提供的业务、与传统智能网互通的业 务、i p 电话业务等。 华南理工大学硕士学位论文 2 3 2 驻地网话音的接入研究 所谓驻地网一般指用户终端至用户网络接口所包含的机线设备( 通常在同一 机房内) ，由完成通信和控制功能的用户驻地布线系统组成。 接入网关( a c c e s sg a t e w a y ，a g ) 通常能够提供不同数量的用户线接入，可 以接入p o t s 电话机、i p 电话机、数据业务及p b x 等。因此对于驻地网的接入网 关其产品主要定位于企业集团用户、小区用户，使用前提是在所接入区域已具备 双绞线资源。可以用以取代企业集团用户交换机、p s t n 端局。如对于小区接入 只需在小区以太网交换机旁安装一台接入网关，就可为小区提供几百到几千双绞 线用户的接入，如图2 4 所示。 圈2 - 4 采用接入霸关接入示意图 2 3 3 以太网i a d 接入应用 l a d 通常称为综合接入设备( i n t e g r a t i o na c c e s sd e v i c e ) ，该系统方案，对于 商业楼宇或小区的楼道它比较适合，与楼道的以太网交换机并行提供语音与数据 业务。 以太网i a d 网络，侧提供一个以太两接口，用户侧提供一个以太网接口与若 干个z 接口，接用户p c 机与普通话机，提供数据与语音的综合接入。如图2 5 所示。 圈2 - 5 以太固i a d 接入应用示意田 1 2 第二章软交换技术发展及应用 对于i a d 的接入方式，语音的接续由软交换控制，通常软交换与以太网l a d 的控制协议采用h 2 4 8 或者m g c p 。 i a d 与i a d 电话用户的互通，由软交换完成信令的处理与媒体的控制。i a d 用户与p s t n 网用户的互通。是在软交换的控制下，通过媒体网关实现媒体流的 转换，由信令网关完成i p 网与p s t n 网七号信令的互通”，最终完成呼叫的建立 与释放。 2 3 4 智能终端接入应用 对于城域网五类线已经到户的用户，可以利用现有的线路资源，采用智能终 端接入设备。只需将这根五类线接s i p 话机或者h 3 2 3 话机，同时有些智能终端 还可以提供另外的以太网口，相当与集线器的功能，这样就可以再接用户p c 机， 实现用户数据与语音的综合接入，如图2 - 6 所示。 圈2 - 6 智能终端接入应用示意田 智能终端方案，是指将i p 语音终端直接接入运营商数据网，在终端将语音信 号压缩并编码为r t p 流，每一个智能终端分配一个i p 地址。在软交换的控制管 理下，智能终端可以实现话机与话机之间、话机与其他接入网关及i a d 用户之间、 话机与固定电话网之间的互通。 2 3 5 软终端接入应用 对于一些家庭安装了网络的用户，则可以直接利用p c 机资源，利用厂家提 供的s l p 或者h 3 2 3 软件安装到p c 上，可以方便的实现语音与数据融合的业务， 网络结构图2 7 所。 华南理工大学硕士学位论文 圈2 - 7 软终娴接入应用示意圈 这种组网方式相当于把智能终端内置于p c 机中，只是在p c 机中通过软件完 成硬智能终端的功能，其组网结构简单，无需改变原有数据网的线路及连线。无 需额外增加终端语音设备的投资。 2 4 软交换在电信业的融合 对于下一代网络，无论从概念和可操作性来看，很多问题还停留在探讨和研 究的阶段，如i p 技术的q o s 、安全问题、i p v 6 和e 1 6 4 编码等】【l “。 在未来的网络对于传统的电信网络应该如何演进到n g n ，逐渐引入软交换技 术，保护其现有的投资，并且能够为用户提供更好质量、服务等业务，在电信运 营商中得到了很大的重视。因此大部分运营