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东北大学硕士学位论文 基于软交换思想的 智能信息终端的设计与实现 摘要 随着网络的发展，人们认识到无论电信网、计算机网还是有线电视网都不 可能以其中某一种网络作为基础平台，这三种网络必将融合在一起，最终汇集 成统一的i p 网络。以i p 为基础的下一代网络的兴起将现代网络推到了一个新 的领域。 下一代网络的核心技术是软交换技术，其核心思想是将业务控制与传送 接入分离，各实体之间通过标准的协议进行连接和通信，在技术上真正实现硬 件软件化，通过软件来实现交换机的控制、接续和业务处理功能。 本文提出了在下一代网络中符合软交换思想的智能信息终端。这种信息终 端相当于传统交换中的数字电话，它与平台服务器之间的交换完全通过软件来 实现，它本身支持语音业务、数字业务和电子支付业务等平台所提供的各种w e b s e r v i c e ，通过指定的通信协议来实现上述服务。 智能信息终端主要由两部分组成：i c 卡读写器和p c 机。这两部分之间通过 u s b 接口来连接，与传统的r s 2 3 2 串形接口相比，u s b 接口不仅具有快速的通信 速率，而且支持多种传输方式，带有即插即用的特性。这里采用符合u s b i 1 协 议的p d i u s b d l 2 作为u s b 的驱动芯片，a t m e l 公司的8 9 c 5 2 作为m c u ，2 4 c 0 1 作为 e 2 p r o m ，设计出终端获知信息的主要设备i c 卡读写器。在v i s u a lc + + 的环境下， 完成了i c 卡读写器、本地p c 机和远端平台服务器之间的通信，真正的实现了 符合软交换思想的智能信息终端的全部功能。 关键字：下一代网络软交换智能信息终端u s b单片机i c 卡 东北大学硕士学住论文 b s t r a c t t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o ft h ei n t e l l e c t i v e i n f o r m a t i o nt e r m i n a lw i t hs o f t s w i t c h a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r k ，p e o p l er e a l i z et h a tt h et e l e e o mn e t w o r k ， i u t e m e ta n dc a t vn e t w o r km u s tg e tt o g e t h e r , a n db e c o m et h ei pn e t w o r ki nt h e e n d w i t ht h er i s i n go fn e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ( n g n ) ，t h em o d e r nn e t w o r kh a s b e e n p u s h e d i n t oan e wf i e l d t h em a i nt e c h n o l o g yo fn o ni st h et e c h n o l o g yo fs o r s w i t c h n 地m a i ni d e a o ft h e t e c h a o l o g y o fs o f t s w i t c hi st h a tt h e f u n c t i o n c o n t r o l l i n g a n dt h e t r a n s m i s s i o n i n p u t i n gm u s tb ed i v i d e d ，a n do n ee n t i t yi s c o m m u n i c a t e dw i t ht h e o t h e r s b yt h e n o r m a l p r o t o c 0 1 a n d i tc o m e st r u et h a tt h e c o n t r o l l i n g ，t h e c o n n e c t i o ns e q u e n c ea n dt h e o p e r a t i o nf u n c t i o no ft h e s w i t c hc a nb ed o n eb y s o f e w a r e t h i sp a p e ra d v a n c e st h ei n t e l l e e t i v ei n f o r m a t i o nt e r m i n a lw h i c hi sb a s e do n t h ei d e ao fs o f e s w i t c hi nn g n t h ef u n c t i o no ft h i st e r m i n a li sj u s tl i k et h ed i g i t a l t e l e p h o n ei nt r a d i t i o n a l s w i t c h t h et e r m i n a li sc o m m u n i c a t e dw i t ht h es e r v e rb y s o f t w a r e a n di ta l s os u s t a i n st h ew e bs e r v i c ew h i c hi ss u p p o r t e db yt h es e r v e r s u c ha sv o i c eo p e r e t i o n ，d i g i t a lo p e r a t i o na n de l e c t r o n i co p e r a t i o n 1 1 1 ei n t e l l e e t i v ei n f o r m a t i o nt e r m i n a li n c l u d e st w op a r t s ：t h e r e a d i n ga n d w r i t i n gt o o lo f t h ei cc a r da n dt h ec o m p u t e r t h eu s bi n t e r f a c ec o n n e c t st h et w o p a r t s t h er e a d i n g a n d w r i t i n gt o o lo f t h ei cc a r di st h em a i nd e v i c ei nt h et e r m i n a l t h ed r i v i n gc h i pi sp d i u s b d l 2o f p h i l i p s t h em c u i s8 9 c 5 2o fa t m e l m e e p r o mi s2 4 c 0 1 t h er e a d i n ga n dw r i t i n gt o o lo ft h ei cc a r di sc o m m u n i c a t e d 、v i t l lt h e c o m p u t e r a n dt h es e r v e rb yt h es p e c i a lp r o t o c 0 1 a n dt h ew h o l ef u n c t i o no f t h ei u t e l l e e t i v ei n f o r m a t i o nt e r m i n a lw i l lc o m et r u ei n 也ee n d k e yw o r d s ：n g n ，s o f t s w i t c h ，t h ei n t e l l e c t i v ei n f o r m a t i o nt e r m i n a l ，u s b ， s c m ，i c c a r d i i 东北大学硕士学住论文声明 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材 料。与我共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。 本人签名： 夏矸欠 日 期：加专净，阁7 螭 i i i 东北大学硕士学位论文 1 1 研究的背景 第一章绪论 技术与业务的发展，支持当今信息社会的三大网络，即电信网、以因特网为 代表的计算机网和有线电视网的融合。其中电信网最初是为开展电话业务设计 的，非常适合电话业务的发展，但对传送数据业务不仅效率低，而且不灵活，它 也不能满足视频业务的需要。因特网可很好地满足数据业务的需要，但它主要采 用“尽力传输”的方式，不能很好地满足电话与视频的实时高服务质量的需要。 有线电视网当初主要是为开展视频业务设计的，采用单向广播传输方式，要改造 成双向传输以满足电话与数据业务的需要很不容易。但三网有它们共同接受的通 信协议i p 协议，这在技术上为三网的融合奠定了良好的基础，也就为下一代 网络奠定了基础。 下一代网络( n g n ) 是一个不同于目前一代的、大量采用创新技术的、以i p 为 中心的同时可以支持语音、数据和多媒体业务的融合网络。从业务上看，n g n 应支 持语音、数据和多媒体业务：从网络上看，在垂直方向应包括业务层和传送层等 不同层面，在水平方向应覆盖核心网和接入网乃至用户驻地网。可见，下一代网 络是一种业务网，也是一种传送网。从广义上讲，下一代网络包含了新一代网络 的所有技术；从狭义上讲，它是以软交换为控制层，兼容所有三网技术的开放体 系构架。 软交换是下一代网络的核心技术，随着下代网络的不断成熟和发展，就必 然要求有与之相适应的基于软交换思想的数字终端。这种数字终端能够支持平台 所提供的各种服务，支持与软交换平台进行通信的各种协议，它的研究与开发对 下一代网络的发展起到了推动的作用。 1 2 课题的提出 传统的交换机是基于电路交换技术的。话音通信信息以6 4 k b i t s 的速率在网 络中传输的。在交换杌的接口处6 4 k b i t s 的信号流经时分复用后进入高速数字 设备。呼叫路由与特色处理的智能化控制和电路交换网络紧密地结合起。 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、组网方式还是从交换方式上来讲，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。 东北大学硕士学位论文 绪论 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很完善，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。 软交换技术为下一代网络提供了具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接 控制功能，是下一代网络的核心技术。与传统交换相比，软交换是与业务无关 的，它提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。它的发展变得逐渐简 单化，将智能控制功能尽可能地移至外部的业务和应用层。 蓝光计划就是基于软交换思想将公话业务与数字网络成功嫁接，在新兴数 字网络技术的推动下，从单一的语音业务向数据通讯、信息服务等多业务方向 发展，拓宽了公话业务的空间，必将给人们的生活带来巨大的变化，使公用电 话成为城市信息化建设水平的表现载体和数字城市的象征。 蓝光计划的开发主要指运营平台、智能信息终端和平台w e bs e r v i c e 三部 分。其中智能信息终端信息服务部分采用a d s l 或i s d n 作为接入方式，以t c p i p 作为传输控制协议，认证、计费、管理既可采用数字传输认证方式，也可采用 原模拟传输方式。采用数字认证具有安全级别高、不干扰语音通话业务、传送 速度快、信息量大等优点。 1 3 论文的结构 本文主要根据下一代网络的结构，结合软交换的思想，详细的阐述了智能 信息终端的设计思想及实现方案。论文共分六章：第一章结合现代电信业发展 的趋势提出对基于软交换思想的智能信息终端研究的必要性；第二章介绍了下 一代网络的核心软交换技术的定义、特点、结构及功能；第三章首先讲述 了蓝光计划的课题背景和基本结构，并提出智能信息终端在整个蓝光计划中的 重要地位；第四章描述了智能信息终端的设计思想，包括智能信息终端的整体 结构、u s b 技术的简介及i c 卡读写器的设计思路；第五章结合项目的开发过 程，具体讲述如何实现智能信息终端的功能，从硬件电路板的原理和布线，到 上层通信协议的接口函数，为终端的进一步设计提出了完整的思路；第六章在 现在所设计出的智能信息终端的基础上做进一步的展望，提出了支持多媒体多 任务的智能信息终端的设计思想，为进一步的设计打下了良好的基础。 - 2 - 东北大学硕士学位论文 农芟挟炭苯 第二章软交换技术 2 1 下一代网络的核心软交换技术 2 1 1 下一代网络的产生 随着电信业的不断发展，以互联网为代表的新技术革命正在逐步改变着传统 电信的概念和体系。传统的基于t d m 的p s t n 语音网，虽然能够提供速率为 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，虽然保证了良好的语音 质量，但对新业务的提供却需要相当大的周期。相对于话音通信来说，基于i p 的网络通信占用的带宽要大得多，于是人们就想在i p 网络上传输语音业务，这 样就可以大大的降低成本。然而语音传输对实时性的要求要比数据传输对实时性 的要求强得多，于是如何保证服务质量对于语音业务来说又成了一个非常复杂的 问题。为了保证语音业务的服务质量就必须把基于t d m 的p s t n 语音网与分组 交换网相结合，形成一种可以传递语音和数据等综合业务的新一代网络。 从发展的角度来看，下一代网络( n g n ，n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k - ) 从传统 的以电路交换为主的p s t n 网络中，逐渐迈向以分组交换为主的网络中，它承载 了原有p s t n 网络的所有业务，把大量的数据传输卸载到网络中，以减轻p s t n 网络的重荷，又以m 技术的新特性增加和增强了许多新老业务。从这个意义上 讲，n g n 就是基于t d m 的p s t n 语音网络和基于i p 的分组网络融合的产物， 它使得在新一代网络上语音、视频、数据等综合业务成为了可能。n g n 不是哪 一种网络的简单发展延伸，而是电信、计算机、有线电视三网融合的产物。它不 仅具有今天各种网络的所有功能，还将具有网络融合后产生的新功能。它实现了 业务的融合，吸取了网络之间的互通，形成了分层的全开放的体系结构。 2 1 2 下一代网络的分层结构 如图2 1 1 所示，从功能上看，下一代网络可以分成如下四层结构： 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。 - 3 - 东北大擘硕士学位论文 软交换技术 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信息格式。 例如：将话音信号分割成a t m 信元或i p 包。此外，媒体层可以将信息选路至 目的地。 传堍弼络 信夸业务 传统丹培蔗律 企业用户 业务应用层 苎兰王苎兰! 竺竺些苎 钠_ ，_ _ ，、 控囊展 夕 、石1蝶傩居 接人和传输层 用户驻地两络 图2 1 下一代网络的分层结构图 f i g 2 1 t h el a y e rs t r u c t u r eo fn g n 控制层( c o n t r o ll a y e r ) ：包含呼叫智能。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。此层是n g n 的核心神经，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。 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 提供各种各样的增值业务，控制逻辑相应的网络管理及服务，以完成增值业 务处理。 2 1 3 下一代网络的特点 采用开放的网络构架体系 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；部件闻的协议接口基于相应的标准。 业务驱动的网络 业务与呼叫控制分离、呼叫与承载分离。 4 - 东北大学硕士学位论文 软交换技术 基于统一协议的分组网络 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，成为统一 的、为三大网都能接受的通信协议，从技术上为n g n 奠定了基础。 设备接入综合化 支持众多的协议，通过这些协议对各种接入设备进行统一控制，最大限度的 发挥网络性能。 设备控制策略化 采用基于策略的设备控制机制，通过专门的策略服务器可以对相关策略做增 加、删除或修改操作，便于对网络设备的工作进程进行动态干预和集中维护。 2 1 4 软交换技术的产生 下一代网络是集语音、数据、视频业务于一体的全新网络。在未来网络发展 的过程中，随着人们对下一代网络的需求的不断强烈，软交换思想孕育而生。软 交换作为一种功能实体，为下一代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，是下一代网络呼叫与控制的核心。 从广义上讲，软交换泛指一种体系结构，利用该体系结构可以建立下一代网 络框架，其功能涵盖四个功能层面：传输接入层面、媒体层面、控制层面和网络 服务层面，主要由软交换设备、信令网关、媒体网关、应用服务器等。 从狭义上讲，软交换指的是软交换设备，定位在控制层。它不仅包含了呼叫 服务器、呼叫代理、媒体网关服务器等设备的全部功能，还增加了一些扩展的功 能。 软交换的主要的设计思想是业务，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的提供业务。这种设计思想十分 符合n g n 的开放式体系架构、业务驱动、分组化的特点，完全形成分层的全开 放的体系架构，因此说软交换是下一代分组网中语音业务、数据业务和视频业务 提供的核心设备，是电路交换网向分组交换网演进的重要设备。 2 2 软交换的功能结构 软交换是n g n 的控制功能实体，为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n g n 呼叫与控制的核心，其主要功能如下： - 5 - 东北大学硕士学位论文 软交换技术 1 媒体网关按入功能： 该功能可以认为是一种适配功能，它可以连接各种媒体网关，如p s t n i s d n i p 中继媒体网关、a t m 媒体网关、用户媒体网关、无线媒体网关和数据媒体网关 等，完成h 2 4 8 协议功能。同时还可以直接与t 1 3 2 3 终端和s i p 客户端终端进行连接 提供相应的业务。 2 呼叫控制功能： 呼叫控制功能是软交换的重要功能之一，它为基本呼叫的建立、维持和释放 提供控制功能，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等，可 以说是整个网络的灵魂。 3 业务提供功能： 由于软交换在网络从电路交换向分组网演进的过程中起着十分重要的作用， 因此软交换应能够实现p s t n i s d n 交换机提供的全部业务，包括基本业务和补充 业务；同时，还应该可以与现有智能网配合提供现有智能网的业务。提供可编程 的、逻辑化控制的和开放的a p i 协议，实现与外部应用平台的互通。 4 互连互通功能： 软交换是下一代网络的核心设备，各运营商在组建以软交换为核心的软交换 网络时，其网络体系架构可能有所不同，但必须考虑与其他各种网络的互通。目 前，h 3 2 3 和s i p 是分组网内两大相互竞争的协议，其中，h 3 2 3 协议是i t u t s u 定 的标准，s i p 协议是i e t f $ 1 j 定的标准，两者均可以完成呼叫建立、释放、补充业务 和能力交换等功能。h 3 2 3 协议采用了i s d n 的设计思想，采用q 9 3 1 协议完成呼叫 的建立和释放，明显具有电信网可管理性和集中的特征。目前，h 3 2 3 协议已经在 网上得到广泛的应用，与s i p 比较，h 3 2 3 更成熟，因此目前我国各运营商的i p 电 话网均选用该协议。而s i p 协议具有简单、扩展性好以及和现有的i n t e r n e t 应用 紧密结合的特点，许多人认为该协议比较容易实施，最近在美国得到快速发展， 同时s i p 将在第三代移动通信核心网和智能业务中得到广泛应用。支持多种协议 是软交换的主要特点之一，因此软交换应可以同时支持这两种协议。 5 操作维护功能： 操作维护系统是软交换设备中负责系统的管理和操作维护的部分，是用户使 用、配置、管理、监视软交换设备的工具的集合。软交换设备具有完善的告警系 统，主要包括系统资源告警、各类媒体网关及连接状况告警、7 号信令网关告警 及传输质量告警等。软交换还提供业务统计功能，以反映本设备的业务负荷信息 和运行状况。 6 计费功能： 软交换具有根据计费对象进行计费和信息采集的功能，并负责将采集信息送 往计费中心。当用户接入授权认证通过并开始通话时，由软交换启动计费计数器； 东北大学硕士荦位论文 软交捷技术 当用户拆线或网络拆线时，终止计费计数器，并将采集的原始记录数据送到相应 的计费中心，再由该计费中心根据费率生成帐单，并汇总上交给相应的结算中心。 对智能业务的计费，主要是由s c p 决定是否计费、计费类别及计费相关信息，但 记录由软交换生成。当呼叫结束后，软交换将详细计费信息送往计费中心，将与 分摊相关的信息送到s c p ，由s c p 送往s m p ，再送到结算中心，由结算中心进行分 摊。 2 3 软交换支持的主要协议 2 3 1m c , c p 协议 贼p 协议是h 3 2 3 电话网关分解的结果，由 e t f 的m e g a c 0 工作组制定。在软 交换系统中，m g c p 协议主要用于软交换和媒体网关或软交换与m g c p 终端之间，软 交换通过此协议控制媒体网关m c - c p 终端上的媒体控制流的连接、建立和释放。 m g c p 协议定义的连接模型包括端点( e n d p o i n t ) 和连接( c o n n e c t i o n ) 两个 主要概念。端点是数据源或数据宿，可以是物理端点，也可以是虚拟端点。端点 类型包括数字通道、模拟线、录音服务器接入点及交互式话音响应接入点。端点 标识由端点所在网关域名和网关中的本地名两部分组成。连接可以是点到点连接 或多点连接。点到点连接是两个互相发送数据的端点之间的一种关联，该关联在 两个端点都建立起来后，就可开始传送数据。多点连接是多个端点之闯的关联。 连接可建在不同类型的承载网络上。 m g c p 采用文本协议，协议消息分为命令和响应，每个命令需要接收方回送响 应，采用三次握手方式证实。命令消息由命令行和若干参数行组成，响应消息带 有5 位数字的响应码。m g c p 采用媒体描述协议( s d p ) 向网关描述连接参数。为了 减小信令传送时延，m g c p 采用用户数据报协议( u d p ) 传送。其协议命令主要包 括：e n d p o i n t c o n f i g u r a t i o n 、n o t i f i c a t i o n r e q u e s t 、n o t i f y 、c r e a t c o n n e c t i o n 、 m o d i f y c o n n e c t i o n 、d e l e t e c o n n e c t i o n 、a u d i t e n d p o i n t 、r e s t a r t i n p r o g r e s s 。 2 3 2 h 2 4 8 m e g a c o 协议 与m g c p 一样，m e g a c o 也是n i e t f 的m e g a c 0 3 i 作组制定的，后来被提交给 i t u - ts g t 6 并被采纳，形成了i t u th 2 4 8 建议，因而h 2 4 8 和m e g a c o 实质上是 - 7 - 东北大学硕士学位论文 软交换技术 一样的，是i e t f 和i t u - t 共同认可的标准协议。在软交换系统中，h 2 4 8 协议主要 用于软交换和媒体网关或软交换与h 2 4 8 终端之间，软交换通过此协议控制媒体 网关h 2 4 8 终端上的媒体控制流的连接、建立和释放。 h 2 4 8 协议模型基于终结点( t e r m i n a t i o n ) 和关联( c o n t e x t ) 两个重要概念。 终结点为媒体网关h 2 4 8 终端上发起终结媒体控制流的逻辑实体，一个t e r m i n a t i o n 可发起终结多个媒体控制流，中继对隙d s o 、r t p 端口或a t ms v c 均可用 t e r m i n a t i o n 抽象表示。c o n t e x t 用于描述t e r m i n a t i o n 间的关系，如拓扑结构、媒 体混合交换的方式等。通过a d d 、m o d i f y 、s u b t 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 、s e r v i c e c h a n g e 8 个命令完成对终结点和关联之间的操作， 从而完成呼叫的建立和释放。 2 3 3 s i p 协议 s i p ( 会话初始协议) 是i e t f 提出的在i p 网络上进行多媒体通信的应用层控制 协议，采用基于文本格式的客户机服务器的工作方式，由客户机发起请求，服务 器进行响应。s i p 独立于低层协议，采用自己的应用层可靠性机制来保证消息的可 靠传送。s i 列e 常类似于其他的i n t e r n e t 协议，采用分布式的呼叫控制与管理模 型。s i p 协议最大的特点是仅需利用已定义的消息头字段，对其进行简单必要的 扩充就能很方便地支持各项新业务和智能业务，具有很强的灵活性和扩充性。在 软交换系统中，s i p 协议用于软交换与s i p 终端、软交换与应用服务器或软交换与 s i p 网络的互通。 s i p 网络基于i n t e r n e t 的客户机服务器的工作方式，包含用户代理( u s e r a g e n t ) 和s i p 网络服务器( n e t w o r k s e r v e r ) 两类组件。其中用户代理包含用户代 理客户机( u a c ) 和用户代理服务器( u a s ) 的应用程序，u a c 用于发起s i p 请求，u a s 则负责在收到请求后代表用户作出响应。网络服务器的主要功能是提供名字解析 和用户定位，包括代理服务器( p r o x ys e r v e r 或p r o x y ) 、重定向服务器( r e d i r e c t s e r v e r ) 和注册服务器3 种。 s i p 消息采用文本格式，有客户机到服务器的请求( r e q u e s t ) 和服务器到客 户机的响应( r e s p o n s e ) 两种形式，消息包含消息头和消息体两部分。s i p 请求消息 中的一个重要元素为方法( m e t h o d ) 。s i p 定义了i n v i t e 、a c k 、o p t i o n s 、b y e 、 c a n c e l 、r e g i s t e r 六种方法来控制呼叫。 2 3 4 b i c c 协议 b i c c 协议的全称为与承载无关的呼叫控制协议，它是d q l t u t 第l l 组提出的 - 8 - 东北大学硕士学位论文裁童接擞苯 信令协议。b i c c 协议属于应用层控制协议，可用于建立、修改和终结呼叫，可以 承载全方位的p s t n i s d n 业务。它采用呼叫信令和承载命令功能分离的思路，重 新定义一个骨干网络中使用的呼叫控制信令协议，包括7 号信令网、a t m 网络和i p 网络在内的各种网络。由于采用了呼叫与承载分离的机制，使得异种承载的网络 之间的业务互通变得十分简单，只需要完成承载级的互通，业务不用进行任何修 改。 b i c c 协议可以在软交换之间使用。目前软交换之间可以采用的控制协议有两 种：s i p 协议和b i c c 协议。从协议的成熟度上看，s i p 协议比, b i c c 协议发展的早， 但在现有7 号信令互通方面，b i c c 协议要强于s i p 协议。 2 3 5 s c t p 协议 s c t p 是i e t fs i g t r a n 小组提出的流控制传送协议，主要是在无连接的网络上 传送p s t n 信令消息，该协议可以在i p 网上提供可靠的数据传输协议。s c t p 用来在 确认方式下，无差错、无重复地传送用户数据；并在多个流上保证用户地顺序递 交；把多个用户地信息复用至t j s c t p 的数据快中；利用s c t p 偶联的机制来提供网络 级的故障情况下，用户信息可靠传送的保证。s c t p 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 y 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，因此它是i p 网上控制协议的主要承载者。 2 4 软交换技术的发展及应用 2 4 1 软交换技术的发展 自1 9 9 7 年贝尔实验室提出软交换概念以来，很快便得到了业界的广泛认同和 重视，在短短的几年中，国际上已经经历了3 个阶段：实验室阶段、市场推广阶 段、大规模应用阶段。在众多制造商和运营商的共同推动下，软交换产品逐步趋 于成熟，功能日益丰富，性能逐渐稳定，标准化工作正稳步推进，软交换技术正 走向市场。 目前，软交换技术得到长足的发展，经过这几年的努力，其基本框架结构、 主要功能、性能、应用范围等方面已经基本确定。具体表现在以下几方面： 在结构方面，软交换采用分层结构模型，所有设备之间通过标准接口互通， 提供基于策略的o s s 和通用业务平台，并支持平面组网方式； 在功能方面，软交换完成呼叫处理、协议适配、媒体接入、网络资源管理、 东北大学硕士学位论文 软交换技术 业务代理、互联互通、策略支持等功能。支持业务编程； 在性能方面，软交换满足电信级设备要求，在处理能力、高负荷话务量、冗 余备份、动态切换、呼叫保护等方西都达到了指定标准； 在覆盖范围方面，软交换定位于b g b ，当前主要解决现有通信网络，如p s t n 、 p l 愀、i n 、i n t e r n e t 、c a t v 等的融合问题，并和3 g 协同，最终完成在骨干包 交换网中提供综合多媒体业务； 许多建立在软交换技术基础上的电话业务及其高级智能业务的相关标准在 不断地完成； 多业务的软交换技术已经取得了很大发展，其体系结构成为目前业界研究的 热门话题； 基于局域网的i p 电话和基于i n t e r n e t 的i p 电话应用在不断增多： 无线通信网络采用软交换技术，提供移动电话业务已经有很多应用； 2 4 2 软交换技术的应用 1 日前的软交换设备对业务的支持情况 目前，语音业务仍旧在通信业务中占据主导地位，也是各电信运营商盈利的 主要来源，软交换网实现多业务的融合，应首先能够提供至少与p s t n 相同的语音 业务。因此，各设备厂商也将对语音业务的支持列为首要任务。语音业务可以分 为语音转接业务和语音直接接入业务。 语音转接业务，实际上就是利用软交换网转接p s t n 端局之间的语音业务，而 软交换网本身不直接接入语音终端用户，这时较交换网的功能类似于p s t n 中的汇 接局或长途局的功能。 语音直接接入业务，要求软交换网具备p s t n 本地端局的功能，在我国信息产 业部2 0 0 1 年5 月2 5 日发布的电话交换设备总技术规范以及补充件中规定了 p s t n 交换机应具备的各项功能，目前各软交换设备厂家均是利用软交换机来实 现上述功能，而未采用专用的应用服务器。对于用户信息和存储和鉴权认证也是 由软交换机来实现，也支持由专用的应用服务器或智能网s c p 来实现，因此，从 某种意义上说，目前各厂商提供的软交换系统对于基本语音业务仍未采用“呼叫 控制与业务应用的分离”的概念。对于p s t n 智能网实现的各种语音增值业务， 各厂家提供的软交换系统也是通过智能网方式来实现的。 近年来数据业务的增长较快，但业务应用主要集中在w 聊浏览、e i j ) a i l 、下 载、网络游戏、网络视频流媒体在线观看、网上购物、i c o 及网上聊天等业务。 软交换设备供应商推出了一些数据与语音相融合的业务： 上网呼叫等待业务：用户通过电话线拨号上网，当有电话呼入时，用户可 一1 0 东北大学硕士学位论文寝蔓拱擞笨 以在p c 界面上得到电话呼入的提示，并可选择接听、拒绝、前转来电。 点击拨号业务：通过点击w e b 页面上的t e l 或f a x 的号码，发起电话呼叫。 w e b8 0 0 业务：通过点击w e b 页面上的8 0 0 号码，通过p c 发起电话呼叫，话费 由被叫承担。 短消息业务：通过p c 发送、接收短消息至移动手机。 个人数据库业务：用户可以将自己的包括电话号码、e - m a i l 地址在内的通信 录、单日或多日的个人日程安排表等重要私人信息存放在系统为用户分配的 专用数据存储设备中，并可随时调用查看和编辑修改，以备纸制文件或手机 的遗失。 唯一信息业务：系统为用户分配专用的存储资源，用户的固定电话和手机电 话留言、e - m a i l 收件、网上购物定单等所有接收信息均存储在用户的统一信 箱中，用户可通过p i ：机访问自己的统一信箱而获得所有与自己相关的信息。 呼叫跟随业务：实际上是对电话业务中的呼叫前转业务的扩展，允许用户设 定多个被叫号码，来电在不同的时段转接至不同的被叫号码，且在同一时段， 来电顺序接至不同的被叫号码。 2 软交换网在未来的应用 长途语音业务： 目前，大部分软交换设备供应商已经能够提供成熟的虚拟中继业务，来转接 p s t n 语音业务。对于拥有庞大的、完善的i p 网络，但无p s t n 的电信运营商来说， 采用软交换网络提供长途语音业务是一种较好的选择，由于软交换网是采用i p 网作为承载，因此，可以节省t d m 传输电路建设的投资。建设软交换网的t g 、s g 和 软交换机，并完成与p s t n 连接，同时选择合适的用户鉴权方式即可开放业务。 对于拥有一个已经将自己各地分支机构通过i p 网连接起来的跨地域的企业来说， 采用软交换网将各分支机构的电话机连接起来，并建设软交换机即可使用内部网 络疏通长途电话业务，节省数目可观的电话费。 本地语音接入业务： 对于拥有庞大的、完善的本地i p 网络，但无本地p s t n 端局的电信运营商来 说，采用软交换网络接入用户也是一种较好的选择，本地p s t n 端局的覆盖范围 有限，且用户线布放的工程实施难度较大，因此，可以在用户端设置i a d 设备， 利用已有的小区宽带i p 网络连接至软交换i p 网络，完成各个i a d 与软交换机、 其它媒体网关设备的连接，即实现了本地电话机的接入，同时为了保证本地接入 的电话能够与其它运营商的p s t n 通信，还需完成软交换网与p s t n 的连接。 移动3 6 网络： 随着未来数据业务、多媒体业务主导地位的确立，整个电信网将朝着全i p 方向发展，i p 将作为语音、数据、信令的统一载体。软交换作为电路交换网向全 东北大学硕士学位论文 软变换技术 i p 分组交换网演进的核心技术，本着遵循业务、控制和承载的分离的原则，为电 信网提供一个不受话务传输模式限制的业务环境。3 g 的发展趋势是最终与i p 网融 合形成统一的i p 网，通过无线网络，用户可以随时随地获得因特网上所提供地服 务和信息。这个网络在提供宽带分组数据业务地同时，以v o i p 的方式提供语音业 务。 1 2 东北大学硕士学位论文 智能信息终端的提出 第三章智能信息终端的提出 3 1 蓝光计划的整体结构 蓝光计划是在原有的s t 2 0 0 0 智能电话系统的基础上提出的，它成功的将 公话业务和数字网络相结合，从单一的语音业务向数字化、信息化的多业务发 展，为现代城市逐渐走向数字化城市起到了推进的作用。其最终目标是使公共 电话成为新型公共信息服务载体，成为自助型通信及信息服务网络终端，利用 固网带宽优势，突破固网终端瓶颈，从公用电话延伸到企业家庭电话，提供统 一的智能电话服务。 蓝光计划在传统的语音平台的基础上，增加了数字接入运营平台、业务管 理中心及为用户提供信息服务的信息终端，从图3 1 1 可以看出，这三部分是 蓝光计划的核心和主要开发部分。 图3 1 总体功能模块图 f i g 3 1 t h ew h o l ef u n o t i o nm o d u l e 一1 3 东北大学硕士学位论文 智能信息终端的提出 3 1 1 数字接入运营平台 数字接入运营平台提供电子地图、电子黄页、娱乐游戏、e m a i l 服务、增 殖服务等业务，本城市的信息终端通过业务服务器的链接可直接访问其它城市 的业务服务器，这样既丰富了信息的来源，又为未来实现信息服务漫游功能提 供了技术基础。根据不同地市的特点，系统可灵活加载本地特色业务如信息查 询、有奖问答、地方新闯等。系统还提供通用的业务接口，可以为商场、宾馆、 机场、车站等专用数据库提供专用业务接口模块，由它们自己组织业务，这样 既可以保证信息的准确性和及时性，同时又保证了数据的安全性。 数字接入平台采用t c p i p 为传输控制协议，为智能i c 卡信息终端提供认 证、计费、管理、业务组织等功能；为增值业务提供商提供通用接口及结算凭 证。其具有一下基本功能： 接入门户功能：终端的t c p i p 接入识别，通讯协议的实现，异地服务器的 接入认证 业务组织功能：终端业务模版的定制，业务的组织，信息的加工处理( 具 有简单、明了的业务组织界面) 终端界面管理功能：终端界面的定制 终端维护管理功能：终端软件的远程下载，终端信息的统计，终端工作状 态的监控 i c p 代收费功能：i c p 计费 3 1 2 业务管理 在蓝光计划中，主要通过运营管理系统w e bs e r v i c e 对业务进行管理的。 w e bs e r v i c e 模块为i c p 提供信息计费、接入信息查询、平台资源控制、业务 下推等服务，其中主要以计费业务为主。采用s o a p 等最新的分布式技术，通过 x m l 作为媒介进行跨平台的对象访问，i c p 只需要通过i n t e r n e t 导出用w s d l ( w e b s e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 描述的接口就可以使用和集成w e bs e r v i c e 模块提供的服务，不需要知道w e bs e r v i c e 模块是如何实现的。 实现真正的动态远程方法调用，服务商可以实时的更新他在系统中行为， 并即时的反映在系统中。这些信息都以源数据的形式存储在数据库中，并由系 统根据客户的要求动态生成相应的远程调用，实现w e b 服务。 w e bs e r v i c e 系统主要完成以下两大功能： 1 4 东北大学硕士学位论文智能信息终端的提出 一为客户和服务间的联络建立通道： w e bs e r v i c e 系统作为各个服务商的代理为终端用户和服务商之间建立沟 通的通道，其主要功能有： 组织客户访问接口的表示层，提供一种通用的表示层模式。 根据服务商要求引导服务流程。 实现w e bs e r v i c e 应用服务的动态调用。 解决与平台系统的w e bs e r v i c e 服务接口的通信问题。 二为服务商提供注册和维护功能： 本部分的主要任务是为服务商提供方便的注册，维护，配置其w e b 服务的 应用接口和服务流程的功能，其具体内容如下： 为w e bs e r v i c e 应用接口注册，维护，设置提供手工配置g u i 方式。 为服务流程的设置提供手工设置g u i 方式。 3 1 3 智能信息终端 智能信息终端是蓝光计划的又一个重要的组成部分，在终端上要支持w e b s e r v i c e 所提供的所有业务，如语音业务、数字业务和电子支付业务等。终端 设计的是否完善，是否能及时有效的与运营管理系统建立连接，进行通信，将 关系到整个系统的运作情况，因此设计具有多业务同时支持语音和数据传输的 智能信息终端是蓝光计划的一项重要任务。 从结构上看，智能信息终端应该包括i c 卡读写器和p c 机两部分，这两部 分组合在一起相当于部数字话机，与运营管理系统及数字平台进行通信。这 里i c 卡读写器和p c 机之间数据的传输( 主要指i c 卡帐号、密码的读取及计费 的实现) 是通过u s b 接口来实现的，这样可以保证高速、有效、准确地进行数 据的传输。 从功能上看，智能信息终端要具有运营管理系统所提供的各项功能，这些 功能的实现主要是通过智能信息终端与运营管理系统之间的通信来实现的，那 么如何建立智能信息系统与运营管理系统之间的通信模型，将成为设计的关键 部分。在下面一节中将详细介绍智能信息终端与运营管理系统的通信模型。 1 5 东