（计算机应用技术专业论文）软交换ip电话综合业务系统研究.pdf

摘要 i p 电话利用计算机网络作为语音传输的媒介，开创了语音通信的一种全新模式。随 着i p 电话技术的进一步发展，传统的电路交换网正面临着向分组交换网络的过渡与融 合，不同网络间的互通、通信方式的变革、通信载体的多样化正成为电信发展的大趋势。 软交换的出现为解决这个命题提供了一个可供探讨的有效途径。 鉴于软交换体系可以包容数据网络以及电路交换接入端口，可将不同协议的网络互 联互通，实现异构网络间的充分融合。其次，软交换体系可承载多种媒体、多种应用， 从而构造i p 电话系统的多种功能，为人们提供了形形色色的勾通方式。特别是软交换 体系源于t c p i p 网络架构，其低廉的成本打破了传统高投入电信系统的壁垒，可方便 为大、中、小企业定制自身的语音专属业务。因此将软交换体系引入各行业，开发符合 企业业务发展需要的软交换i p 电话综合业务系统具有现实意义。 本文首先介绍了软交换体系的技术特点，研究了软交换业务提供方式；分析了在软交换 体系下开发综合业务系统的设计及关键技术，包括网络结构和软件体系结构等：提出了 软交换综合业务系统模型，特别是针对其核心内容的i p 电话调度会议系统，给出了框 架、流程、组织等方面的详细设计。 作者利用s o c k e t 技术在w i n d o w s 平台上进行了对软交换接入网的终端设备进行监 控、管理的分析研究。基于软交换体系之上进行系统优化，添加a p i 应用程序接口，用 于对软交换功能的直接控制。最后完成了软交换i p 电话系统的管理、监控、电话强拆、 强插、录音、监听、发起人电话会议等功能开发与实现。 关键词：软交换，a p i ，综合业务，i p 电话 a b s t r a c t v o i pi st h em e d i aw h i c hu s i n gc o m p u t e rn e t w o r kt ot r a n s m i tv o i c e ，a n dc r e a t e sa b r a n d - n e wc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yo fv o i c e w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft e l e c o m m u n i c a t i o n ， v o i ph a sb e e nd e v e l o p e da n di m p r o v e d ，a n dt h et r a d i t i o n a lc i r c u i to fe x c h a n g en e t w o r kf a c e s ap r o b l e mh o wt oc a r r yo u tt r a n s i t i o na n di n t e g r a t i o nt h en e t w o r ko fd i v i d i n gi n t og r o u p i ti s b e c o m i n gt h e t r e n dw i t hc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nd i f f e r e n tn e t w o r k , t r a n s f o r m a t i o no f c o m m u n i c a t i o nm e t h o da n dd i v e r s i t yo fc o m m u n i c a t i o nm e d i a e m e r g e n c eo fs o f t - s w i t c h o f f e r sa ne f f e c t i v ew a yt h a tc a nb ed i s c u s s e dw i t hs o l v i n gt h ep r o p o s i t i o n i tb e i n gt h ef a c tt h a ts o f t s w i t c hc a nc o m b i n ei n t e r f a c ea b o u td i g i t a ln e t w o r ka n dc i r c u i t n e t w o r k ，i n t e r c h a n g i n gi nd i v e r s i t yo fp r o t o c o l s ，a n di n t e g r a t i n gd i v e r s i t yo fn e t w o r k i n a d d i t i o n ，s o f t - s w i t c hs y s t e mc a nc a r r yo u tm u l t i m e d i aa n dm u l t i - a p p l i c a t i o n ，s ot h a ti ti s c o n s t r u c t e dp l e n t yo ff u n c t i o n st oo f f e ra b u n d a n tw a yo fc o m m u n i c a t i o n e s p e c i a l l y , s o f t s w i t c hs y s t e mh a so r i g i n a t e df r o mt c p i pn e t w o r k ，s oc h e a pc o s tb r e a ko u tt h eb a s t i o n s o ft r a d i t i o n a lc o m m u n i c a t i o nd e p a r t m e n t a n di to f f e r sd i v e r s i t yo p e r m i o nf o re n t e r p r i s ea n d c o r p o r a t i o n t o d a y , i th a ss i g n i f i c a n tm e a n i n gt oi n t r o d u c et h es o f t s w i t c ht oa l lk i n d so f i n d u s t r i e sa n dd e v e l o pt h eo p e r a t i o no fv o i pw h i c hs a t i s f yd i f f e r e n te n t e r p r i s en e e d f i r s to fa l l ，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h es o f t s w i t c ht e c h n o l o g ya n dt h ew a yo fo p e r a t i o n m o d e t h e nt h ek e yt e c h n o l o g yo fh o wt od e v e l o pt h ea l l a r o u n do p e r a t i o ns y s t e mi s r e s e a r c h e du n d e rt h es o f t s w i t c ha r c h i t e c t u r e ，i n c l u d i n gn e t w o r ks t r u c t u r ea n ds o f t w a r e s t r u c t u r e t h ep a p e ra l s op r o p o s e st h ea l l - a r o u n do p e r a t i o nm o d e l e s p e c i a l l y , t h ef r a m e w o r k ， p r o c e s s ，a n da r c h i t e c t u r ea r ep r o v i d e da i m i n ga tt h ec o r ec o n t e n to fi pp h o n ed i s p a t c h i n g m e e t i n gs y s t e m a u t h o ru s e st e c h n o l o g yo fs o c k e tt om o n i t o ra n dm a n a g et e r m i n a lu n i t e so nj o i no f s o f t - s w i t c hn e t w o r k a n dt h es o f t s w i t c hs y s t e mi si m p r o v e d ，a d d i n gi n t e r f a c eo fa p p l i c a t i o n p r o g r a mi no r d e rt oc o n t r o l lf u n c t i o no fs o f t - s w i t c hd i r e c t l y a tl a s tt h i sp a p e rp r o v i d e s d e v e l o p m e n ta n dr e a l i z a t i o nf o rm a n a g e m e n t ，m o n i t o r , p h o n ei n s e r t i n g ，p h o n eo f f , m o n i t o r l i s t e n i n ga n dh o w t oo r g a n i z em e e t i n go fp h o n ei ns o f t - s w i t c h k e yw o r d s ：s o f t - s w i t c h ，a p i ，a l l a r o u n do p e r a t i o n ，i pp h o n e 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：j b l山。7 年厂月瑚日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：j b上c l 矿口7 年s 月a 彦日 导师签名： 7 如 日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 随着分组交换技术的出现、计算机互联网络及计算机技术的飞速发展，出现了数据、 图像、话音等多媒体的通信。尤其是以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 人们对勾通需求的传统观念与架构。在此技术发展背景下v o i p 技术得到长足的发展， 即v o i c eo v e ri p 及v i d e oo v e ri p 为主体在i p 数据通信网进行可靠、有质量保障的传输。 1 9 9 7 年国际电信联盟i t u t 组织提出并发展了基于h 3 2 3 协议的v o i p 技术，1 9 9 9 年 i e t f 提交了基于s i p 协议的v o i p 技术。通信技术条件日渐成熟，使得传统的分组交 换网络逐步向分组交换网络过渡正在成为行业发展的大趋势。 另外随着p 网络的全面建设，网络的服务质量日益改善，i p 网的基础设施不断更 新换代，网络硬件设施( 从1 0 m 网络、1 0 0 m 到现在的1 0 0 0 m 以及将来的1 0 ，0 0 0 m 网 络) 不断发展。以软交换为核心的口电话技术( v 0 口) 作为一种以i p 数据网络为传输载 体的语音、传真、数据综合通信技术，一方面可以满足企业对语音、数据通信及多媒体 通信的需求，有效地利用网络带宽，节省企业电话费用：另一方面还可以在此基础上扩 充许多新业务，满足企业在信息技术高度发达的今天，信息的高度聚合与即时交流对现 有企业、公司的管理体制、信息化服务的内容提出了新的要求，同时也对现有的通信网 络的发展与规划引入了新的发展模式。 1 1 研究背景 以电话通信系统在行业应用解析为例，高速公路通信系统具有一定的表征作用，事 实上本文研究最初是基于高速公路现实应用而开展的。在早期高速公路建设时通信系统 作为机电系统的重要组成部单独设计，由于高速公路日常管理的复杂性导致即使在同一 条高速公路也存在不同的通信设备并存且相互独立，不通互通的格局。如部门办公采用 传统的程控电话交换机，建立电路交换网，用于办公部门内部之间以及与外界的通信； 收费车道与监控室之间采用直接敷设电缆连接，构建专门的对讲系统，设备较多的采用 爱峰对讲，功能是用于监控室与收费车道之间快速呼叫、对讲；路面流动执法人员由于 具有流动性的特点多采用无线对讲机设备，进行无线半双工对讲；而目前高速公路道路 两旁的紧急电话是目前紧急救援的基本呼救手段，依照原有高速公路的设计要求，沿线 的紧急救助电话1 k m 设置一对。紧急电话自身是单独的对讲系统，在监控设有专门的 应答设备用于响应。 导致这一现状的原因主要是原有的通信技术手段不能满足通信功能要求多元化的 第一章绪论 业务及管理需求。但是现阶段使用不同的技术体系不仅前期投资费用昂贵，后期维护也 过于复杂，最重要的问题还在于不同的通信技术要实现通信的互联互通是一件非常复杂 的工作。随着计算机网络技术的高速发展，多媒体技术在网络上的应用日益成熟，并且 单一的话音业务已不能满足现今管理和信息化发展的需要。因此建设一个能承载多种综 合业务、且能兼容原有旧的通信体系，具有高服务质量保证，能承载多种综合业务，并 且兼有可管理、可控制、可信任特点的通信网络成为企业目前迫切的需要。 软交换技术是近几年的一个热门课题，不仅能节约经济成本，而且可以把不同的业 务，包括数据、话音、视频等在p 网上进行传输，且拥有可管理、可控制、可扩展等 特点。软交换技术成为下阶段发展的必然不仅在于软交换技术的诸多优点，另一方面该 技术体现出来的异构网络融合、多种业务融合的思想可以有效地解决目前p 电话可能 遭遇的信息孤岛的问题，同时也保护了原有的投资。因此在口网络及信息化技术发展 的今天，软交换技术拥有良好的应用前景。 笔者在研究软交换口电话的基础上，结合企业在信息化发展过程中对语音业务的 需求进行研究与开发，致力于将软交换p 电话体系与企业日常通信业务需求相结合， 解决现有语音业务扩展成本高、实施困难大的问题，并提出了基于软交换口电话的综 合业务体系。本系统的研究与开发就是在这样一种工程环境背景下提出的。 1 2 国内外的研究现状 一、国内研究动态 我国的软交换技术研究始于1 9 9 8 年，始终保持与世界的同步。自2 0 0 0 年起，国内 的电信运营商纷纷成立内部项目组，展开对软交换技术和v o l p 业务能力的调研。其中， 中国电信在2 0 0 1 年陆续完成对北电网络、朗讯科技、爱立信等公司的软交换解决方案 的试验测试，并于2 0 0 2 年3 月开展了中国电信集团v o l p 试验网工程，2 0 0 3 年起开始进 入商业化阶段：中国卫星通信公司在全国1 7 0 个城市基于软交换体系开展的1 7 9 7 0 和 1 7 9 7 1 卡号v o l p 业务，可以支持5 万本网用户和6 0 0 万卡号用户，目前己经投入商用： 中国网通于2 0 0 1 年底在北京、杭州、广州、宁波等地建设了小规模的软交换业务测试 环境，从2 0 0 3 年7 月开始，网通集团加大了在网络建设和业务拓展方面的力度，其中 一项很重要的任务就是在中国南部各省部署接入网，加快全程全网的推进：中国铁通也 完成了北京、上海、广州三地的软交换i p 分组中继长途话音试验网的测试，并随后在 重庆开展了本地v o l p 话音商用试验网的测试和部署：另外，中国移动建成了基于软交换 2 长安大学硕士学位论文 的长途交换网，而中国联通也于2 0 0 2 年底完成了中国联通v o i p 试验网络测试规范， 并已启动全国范围内6 城市的试验网工程。 最近几年，国内主要的通信设备厂商和通信运营商都将注意力投入到n g n 和3 g 网 络研发和构建上，掀起了一股n g n 网络发展的浪潮。有关n g n 的各种规范也在紧张的制 定和修改当中。在软交换方面，我国已经完成并颁布了软交换设备总体技术要求 ( y d c 0 0 3 2 0 0 1 ) ，明确规范了软交换在网络中的位置，功能要求、业务要求、操作维护和 网管要求、协议和接口要求，计费要求和性能指标，并规定了与i p 电话及智能网的互 通要求等。与此同时，中国通信标准化协会与网络交换技术上作委员会更是组织审议了 1 2 个基于软交换的系列技术规范：号码显示类业务技术规范；点击拨号类业务技术规范； n 0 7 信令与i p 的信令网关设备测试方法；基于h 2 4 8 的媒体网关控制协议( 修订) ；媒 体网关控制协议( m g c p ) 技术要求。这些规范主要涉及到基于软交换的管理系统和业务要 求，并对协议和相关服务器要求进行了进一步的修订，它对我国软交换技术的发展具有 重要的指导意义和积极的推动作用。在实施方面，国内各大运营商已经开始了软交换系 统的实验网建设。华为、中兴等电信厂商更是参与到了国际软交换市场的竞争中去，在 软交换的设备和技术方面已经趋于成熟。其中以华为公司的s o f t x 3 0 0 0 软交换系统最为 成熟，它已经在世界多个国家的电信运营商那里开展实施上作，并在n g n 网络的发展潮 流中不断的成熟和完善。 二、国外研究动态 目前，以软交换为核心技术，以承载v o i p 业务的下一代网络技术研究，风头正劲： 美国的a t & t ，v e r i z o n 和s p r i n t ，英国的b t 等运营商都建成了自己的n g n 网络，并利 用n g n 开展了本地宽带电话和i pc e n t r e x 业务、c 4 c s 的全面替代和演进，以及长途旁 路i p 电话业务等应用；葡萄牙的p tp r i m e 、埃及电信、丹麦的s o n o f o n 等运营商己实 现了软交换技术的商用：文莱还在华为的帮助下建成了覆盖全国的软交换商用v o i p 网 络；在日本，新的宽带网络运营商希望将软交换技术作为传统运营商竞争的武器：n t t d o c o m ，也趋向于在3 g 系统中采用软交换技术口1 。 1 3 研究内容 本文研究的内容围绕软交换i p 电话综合业务相关的功能、模型及所涉及到的相关 技术的研究与探讨，是建立在对软交换技术和i p 电话技术研究的基础上，结合下一代 通信网络的特点，以多媒体业务为对象，研究综合业务的扩展模型与关键技术，并进行 开发与实现。 三l 第一章绪论 研究的内容包括对电话的监控、管理、录音、监听及电话状态的检测、数据库技术 及系统的安全性与软交换的集群热备技术，并给出了i p 电话调度会议系统及基于软交换 分布式呼叫中心的设计模型。涉及的主要功能技术包括： 1 ) i p 电话与p s t n 网络及移动网络的融合 2 ) 利用a p i 技术对软交换的控制技术 3 ) 电话会议在调度系统中的应用 4 ) 电话的录音、监听、强拆、强插等技术实现 5 ) 软交换平台的集群管理及安全保障机制的实现 1 4 论文结构 本文分共为六部分 第一章为绪论，是对本文研究背景、行业发展及国内外研究现状进行分析阐述，提 出了本课题研究内容与必要性。 第二章介绍了i p 电话技术的概念与原理，软交换技术的定义、功能与下一代网络的 关系和在下一代网络中的地位，同时也对软交换与i p 电话所涉及到的相关协议进行的 分析。 第三章对软交换i p 电话综合业务的总体设计及详细设计，并对调度指挥会议系统、 呼叫中心、企业信息资源发布的语音平台综合业务的逻辑模型进行分析与设计。 第四章对综合业务平台所提出的关键技术进行了研究，对i p 电话通话技术、影响语 音质量的因素、提高语音质量的方法、呼叫控制技术、接口模型、安全控制与保障技术 进行了研究。 第五章是综合业务系统的开发与实现，对与软交换的a p i 应用程序接口、通信技术、 录音、监控等功能的实现方法进行了阐述。 第六章对本课题的开发内容进行了介绍，并附上测试结果，对所做的工作进行了总 结，列出了一些尚需要改进的地方。 4 长安大学硕士学位论文 第二章软交换与ip 电话技术分析 2 1lp 电话技术 2 1 1l p 电话的概念 i p 电话指在以i p ( i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 为网络层协议的计算机网络进行语音通信 的系统。由于计算机网络采用的都是分组交换技术，其传送的数据单元都是由控制部分 和数据部分封闭而成的独立的数据包，通常称之为“分组 ( p a c k e t ) ，因此从更一般意 义上而言，i p 电话属于话音通信的范畴。从技术上说，i p 电话是以i p 为标志的网络分 组化和以多媒体为目标的网络业务综合化两大主流技术融合的结果口1 。 i p 电话与传统电话有点明显的区别：首先，传统电话使用公众电话网作为语音传输 的媒介，而i p 电话则是将语音信号在公众电话网和计算机网络间切换，对语音信号进行 压缩封装，转换成i p 包，同时，i p 技术允许多个用户共用同一带宽资源，改变了传统 电话由单个用户独占一个信道的方式；其次，由于技术和市场的推动及软交换技术的发 展，终端产品的价格越来越便宜；还有传统电话的业务功能单一，i p 电话可以拥有非富 的综合业务的功能，笔者将在后文重点阐述。 2 1 2 基本原理 i p 电话是建立在i p 技术上的分组化、数据化传输技术，其基本原理是通过语音压 缩算法对语音数据进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按i p 等相关协议进行打包， 经过i p 网络把数据传输到接收地，再把这些语音数据包串起来，经过解码解压缩处理 后，恢复成原来的语音信号，从而达到由i p 网络传送语音的目的。i p 电话系统把普通 电话的模拟信号转换成计算机可接入i p 数据包，同时也将收到的i p 数据包转换成声音 的模拟电信号啼1 。 2 1 3 呼叫流程 i p 电话首先是将发送方的语音信号进行数字化、压缩和打包，然后通过i p 分组传 输到通话方，通话方将接收到的i p 数据分组包进行解包、解压缩、重组，最后转换成 模拟语音信号，进行双向语音通信。从功能模块上看i p 电话通过模数转换、打包分组、 分配路由、存储交换、数模转换等交换处理在i p 网或互联网上实现语音通信。 l 、模数转换 首先i p 电话要对模拟的语音信号进行模数转换，即对模拟语音信号进行8 位的量 化，然后送入到缓冲存储区，缓冲器的大小可以根据延迟和编码的要求选择许多低比特 5 第二章软交换与i p 电话技术分析 率的编码器是采取以帧为单位进行编码，典型帧长为l o - 3 0 m s 阳1 。另方面，数字化可以使 用各种语音编码标准，如g 7 1 1 ，g 7 2 1 ，g 7 2 3 1 ，g 7 2 8 和g 7 2 9 等来实现。 2 、打包分组 将模拟信号进行数字编码后，还要将语音包以特定的帧长进行压缩。例如大部分的 编码器都有特定的帧长，若编码器使用1 5 m s 的帧，则将把个6 0 m s 的语音包分成4 帧， 并按顺序进行编码后，将4 个压缩的帧合成个压缩的语音包送入网络处理器。网络处理 器为语音添加包头，时标和其它信息。后通过网络传送到另端点。由于i p 网络不像电路 交换网络，它不形成连接，它要求把数据放在可变长的数据报进行分组，然后给每个数 据报附带寻址和控制信息，并通过网络发送，一站一站的地转发到目的地址。 3 、分配路由 在这个部分功能中，网络从输入端接收语音包，然后在特定的时间( t ) 内将其传送 到网络输出端。t 可以在某个范围内变化，反映了网络传输中抖动。网络节点检查每个 i p 数据附带的寻址信息，将压缩包按照寻址信息转发到目标路径的下一站，从而完成传 送过程。 4 、存储交换 在接收端，网络将根据需要提供个可变长度的缓冲器，用来调节网络产生的抖动。 目的地v o i p 设备接收到i p 语音数据包，解码器将语音包解压缩后产生新的语音包。这 个模块也可以按帧进行操作，完全和解码器的长度相同。 5 、数模转换 在这个过程，播放驱动器将缓冲器的语音样本取出送入声卡，通过扬声器按预定的 频率播出。由于话音属于实时业务，对时序、时延等有严格的要求。这同时也对i p 电 话在信令技术、编码技术、以及网络传输技术等技术上提出了较高的要求。 图2 1 以s i p 协议建立呼叫过程来描述i p 电话的呼叫到挂断的过程，描述了典型 的s i p 呼叫。u s e r l s i p l c o r n 作为个u a c 希望同u s e r 2 s i p 2 c o r n 通话，首先发出了个 i n v i t e 请求，本地的s i p 代理服务器s i p l t o m 接受到这个请求后，经过地址解析，将 其发送到s i p 代理服务器s i p 2 c o m ，同时、s i p l t o m ，返回给u s e r l 一个1 0 0t r y i n g 消息。s i p 2 t o m 接受到s i p l t o m 的i n v i t e 请求后，将其转发给u s e r 2 s i p 2 c o m ，并返 回给s i p l t o m 个t r y i n g 消息。u s e r 2 接受到i n v i t e 请求后，在应答之前，将返回给 s i p 2 c o m 个1 8 0r i n g i n g 消息，此r i n g i n g 消息将依次转发给s i p l c o m 和u s e r l 。如 果u s e r 2 决定应答呼叫，则返回个2 0 0o k 消息，此消息经过s i p 2 c o m ，s i p l c o m 后 6 长安大学硕士学位论文 到达u s e r l 。u s e r 在收到2 0 0o k 消息后，直接发送个a c k 确认消息给u s e r 2 。至此呼叫 建立过程完成，u s e r l 和n s e r 2 之间叫以建立媒体通道进行会话。当方想结束通话时， 发送个b y e 消息给对方来结束呼叫，对方返回个2 0 0o k 消息，s i p 呼叫即被终止。 图2 1s i p 语音通信流程 2 2 软交换技术 随着下一代网络( n g n ) 的提出，国内外对于软交换技术的研究兴趣也达到了高潮。 它是目前颇受推崇的面向网络融合、业务融合的新一代多媒体业务整体解决方案，它可 以在业务融合、用户终端控制、第三方应用集成中起重要作用。以软交换技术为核心的 下代网络在电信行业和其他行业得以推广的优势如下： 1 ) 基于数字技术的迅速发展，使得声音、数据和图像信号都可以通过统一的编码方式 进行传输和交换； 2 ) 由于光通信技术的发展，在传输层面上为传送各种系统的综合业务平台提供情报必 要的带宽和传输质量； 7 第二章软交换与i p 电话技术分析 3 ) 数据网络尤其是基于i p 路由的数据网络的发展为信息的传送提供了灵活的路由和 交换手段。 2 2 1 概念 软交换系统是业务应用驱动的网络，在软交换系统中业务与呼叫控制分离、接入与 承载无关，其核心思想是硬件软件化。通过软件的方式来实现传统交换机的控制、接续 和业务处理等功能，软交换采用了开放式应用编程接口( a p i ) ，允许在交换机制中灵活 引入各种新业务。 软交换不仅是连接各类型通信网络，诸如基于s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t e c t 会话发起协议) 协议的通信网络、基于h 3 2 3 ( 国际电信联盟制定的多媒体通信协议) 协议 的通信网络、基于t d m ( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x ，时分复用) 技术的p s t n ( p u b l i c s w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ，公共交换电话网络) 语音通信网络等的纽带，而且也是 协调和分配网络资源，控制和管理通信过程的中枢部件。软交换独立于传输网络，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业务，并向第三方提供可编程能力，使得各种各样的网 络应用业务可以在n g n 网络上自由的展开，使不同类型的通信网络可以相互融合、协同 工作m 。 2 2 2 体系架构 软交换的体系架构可以分为4 个层面：业务层、控制层、传输层和接入层拍1 ，如下 2 2 软交换网络结构拓扑图。 1 、接入层 接入层将各种不同的网络及终端设备接入主要是把与现有网络相关的各种网关或 终端设备接入软交换控制网络体系中。接入层包括信令网关( s g ) 、中继网关( t g ) 、接 入网关( a g ) 、综合接入网关( i a d ) 、无线接入网关( w a g ) 、网络接入服务器( n a s ) 等。 如下： 1 ) 信令网关( s g ) 是n o 7 信令网与分组网的边缘接收和发送信令消息的信令代理， 它完成n o 7 信令网的消息部分进行透明传送，例如电话用户部分用户部分信令连 接控制部分( s g c p ) 。 2 ) 中继网关( t g ) 主要用于软交换和p s t n 通过e 1 中继互通时，完成电路交换网的 承载通道和分组网的媒体流之间进行转换处理功能。 长安大学硕士学位论文 3 ) 接入网关( a g ) 用于为各种用户提供多种类型的业务接入，如模拟用户接入、局域 网接入等。 4 ) 综合接入设备( i a d ) 主要是面向个人用户及小型企业用户的网关设备，将各类终 端设备( 如p c 、电话、传真) 接入到分组交换网中。 5 ) 无线接入网关( w a g ) 主要完成无线用户的接入，可以解决移动办公人员的接入通 信，如高速公路路政人员、救援车辆可以通过无线接入到软交换网络。 图2 2 软交换网络结构拓扑 2 、传输层 传输层是采用分组交换技术的分组交换网络，主要由路由器、a t m 交换机等网络传 输设备构成，为下代网络提供一个高可靠性，具有服务质量保证的统一综合传送平台。 3 、控制层 控制层主要采用软交换技术完成呼叫控制和处理、业务交换和路由选择等功能，分 别完成对话音业务的控制和对多媒体业务的控制功能。控制层采用分组技术，即i p 承 载或a t m 承载，信令、话音以及数据都以i p 包或a t m 信元的形式在网络中传输，这 9 第二章软交换与i p 电话技术分析 层面上实现了资源的最有效利用，而且由于分组网络的规划简单，或以按照网络发展的 状况灵活扩容。接入层主要指各种接入方式，包括固定和移动的接入方式，例如普通电 话接入、a d s l 接入、w l a n 接入、2 g 接入和3 g 接入等多种方式，也就是说用户在不同的 时间和不同的场合可以灵活选择不同的接入方式来获取业务。其主要功能包括以下几个 方面： 1 ) 呼叫控制功能； 2 ) 业务提供功能； 3 ) 业务交换功能； 4 ) 互通功能； 5 ) s i p 代理功能； 6 ) 计费功能； 7 ) 网络管理功能； 8 ) 路由、地址解析和认证功能。 4 、业务层 业务层主要指面向用户提供各种应用和服务的设备。它采用开放、综合的业务接入 平台，为下一代网络提供各种增值业务、多媒体业务和第三方业务，同时还具有相应的 业务生成和维护环境。业务层可能包括应用服务器、数据库服务器。 2 2 3 功能 软交换的基本思想是业务与控制与传送与接入分离，各个实体之间通过标准的协议 进行连接和通信，并实现多异构网络间的融合通信1 。软交换系统就是以一种灵活的设 计方式为前提，在软交换的核心功能前提下，将基于i p 分组交换网络中的各种应用以 模块的方式动态加入软交换系统中来。在不失小型化的特性下，增加了应用的广泛性， 增强了系统的扩展能力。将控制与业务相分离，从而减轻了软交换系统的负荷，以一种 分布式的通信方式实现了更为灵活的通信管理和控制。多功能小型软交换系统提供了丰 ， 富的a p i 应用程序接口，可以动态的加入一些新的特性和对软交换系统功能新的扩展。 1 、媒体网关接入功能 这个功能可以认为是一种适配功能。软交换系统可以连接各种媒体网关，如p s t n 中继媒体网关、用户媒体网关，综合接入网关等；支持m g c p 媒体网关控制协议来实现 对媒体网关的控制、接入和管理。 l o 长安大学硕士学位论文 2 、呼叫控制功能 呼叫控制功能是软交换系统的重要功能之一。在呼叫过程中，实现呼叫的建立、维 护和释放等，包括呼叫处理、连接控制、资源控制等。 3 、业务提供功能 在网络从电路交换向分组交换的演化进程中，对终端用户而言，业务应该具有完全 的继承性。因此软交换系统应该实现传统p s t n 交换机所提供的业务及性能。 2 2 4 特点 软交换的核心是将呼叫控制功能与媒体网关( 传输层) 分离，通过网络或服务器上的 软件实现呼叫路由、连接控制( 建立与拆除) 及信令转换( 如从电路方式到i p 分组交 换) 。软交换采取分布交换、分布业务智能、集中网络智能的体系结构，智能集中于网 络，接入设备( 媒体网关) 只完成最基本的语音压缩编码等功能。 1 ) 高效灵活：软交换体系结构的最大优势在于将应用层和控制层与核心网络完全分开， 有利于以最快的速度、最有效的方式引入各类新业务，大大缩短了新业务的开发周 期。利用该体系架构，用户可以非常灵活地享受所提供的业务和应用。 2 ) 开放性：由于软交换体系架构中的所有网络部件之间均采用标准协议，因此各个部 件之间既能独立发展、互不干涉，又能有机组合成一个整体，实现互连互通。这样， “开放性成为软交换的一个最为主要的特点，运营商可以根据自己的需求选择市 场上的优势产品，实现最佳配置，而无需拘泥于某个公司、某种型号的产品。 3 ) 多用户：软交换的设计思想迎合了电信网、计算机网及有线电视网三网合一的大趋 势。模拟用户、数字用户、移动用户、a d s l 用户、i s d n 用户、i p 窄带网络用户、 i p 宽带网络用户都可以享用软交换提供的业务，因此为运营商提供了有力的技术手 段，开辟了有效的技术途径。 2 3 软交换接口与协议 2 3 1 软交换的接口 软交换作为一个开放的实体，与外部的接口必须采用开放的协议。软交换与外部的 接口般由以下几个方面： 1 、软交换与媒体网关( m g c p ) 的接口：用于软交换对媒体网关的承载控制、资源控制及 管理、可使用媒体网关控制协议( 粥c p ) 、i n t e r n e t 设备控制协议( i p d c ) 或h 2 4 8 协议。 第二章软交换与i p 电话技术分析 h 2 4 8 协议称为媒体网关控制协议，是由i t u t 第1 6 研究组提出来的，应用研究在 媒体网关和软交换之间、软交换与h 2 4 8 m e h a c o 终端之间，是软交换中最重要的协议 之一。目前，i t u tt s l 6 已经提出h 2 4 8 v 2 ，并对在实施过程中发现的h 2 4 8 存在的技 术问题、编辑错误和含糊之处提出了实施细则，从而进一步推进h 2 4 8 的应用及其兼容 性。“包”是h 2 4 8 中另一个重要概念，它通过对h 2 4 8 的扩展，大大加强了其灵活性。 m g c p 是i e t f 较早定义的媒体风头控制协议，主要从功能的角度定义媒体网关控制 器和媒体网关之间的行为，实现比较管理，没有h 2 4 8 那样对包和属性的详细定义，事 件交互的机制也比较简单。事件交换由一个操作和一个响应组成，对属性参数没有过多 的定义嘲。因此，m g c p 具有实现简单等到特点，但其互通性和支持业务的能力受到限制。 h 2 4 8 m e g a c o 因其功能灵活、支持业务能力强而受到重视，而且不断有新的附件补 充其能力，是目前媒体网关和软交换间的主流协议。目前，国内通信标准推荐软交换和 媒体网关之间采用h 2 4 8 协议。 2 、软交换与信令网关间的接口 用于软交换和信令网关间的信令住处可使用信令控制传输协议( s c t p ) 或其他类似 协议。 3 、软交换间的接口 实现不同软交换间的交互，可使用会话发起协议s i p 。 4 、软交换与应用业务层之间的接口 如a p i ，提供给第三方为各种增值业务的开发，提供支持可访问各种数据库、业务应 用平台及各种其它的服务器接口，实现对各种增值业务、管理业务和第三方开发的支持 2 3 2 协议 软交换是下一代网络的核心设备，虽然建立软交换网络的解决方案很多，但至少在 逻辑上分为两个层面：一部分为内部的呼叫控制、地址解析、用户认证、业务等功能； 而另一部分负责与其它网络的互通n 0 1 。 为了能实现与各种网络( p s t n 、n o 7 信令网、a t m 、i p 等) 进行互通，软交换需要 支持一些信令和协议，比如n o 7 信令。而且以软交换为核心的n g n 还要支持一些标准 的协议以实现网元间的通信，如m g c p h 2 4 8 、s i p - t 等。i p 电话的国际标准化组织主要 有：i t u t ( 国际电联标准化部门) ；e t s i ( 欧洲电信标准协会) ：i e t f ( i n t e r n e t 工程任务 组) 和i m t c ( 多媒体远程会议集团) 。下面就长用的几中协议进行说明： 1 2 长安大学硕士学位论文 l 、1 4 3 2 3 协议 h 3 2 3 标准协议簇1 4 3 2 3 是国际电信联盟( i t 沪- t ) 的一个标准协议栈，该协议栈 是一个有机的整体，根据功能可以将其分为四类协议，也就是说该协议从系统的总体框 架( h 3 2 3 ) 、视频编解码( h 2 6 3 ) 、音频编解码( h 7 2 3 1 ) 、系统控制( h 2 4 5 ) 、数据 流的复用( h 2 2 5 ) 等各方面作了比较详细的规定。为网络电话和可视电话会议系统的 进一步发展和系统的兼容性提供了良好的条件。其中系统控制协议包括h 3 2 3 、h 2 4 5 、 和1 4 2 2 5 0 ，q 9 3 1 和r t p r t c p 是1 4 2 2 5 0 的主要组成部份。系统控制是h 3 2 3 终端的 核心。整个系统控制由h ，2 4 5 控制信道、1 4 。2 2 5 0 呼叫信令信道和r a s ( 注册、许可、 状态) 信道提供，音频编解码协议包括g 7 1 1 协议( 必选) 、g 7 2 2 、g 7 2 3 1 、g 7 2 8 、 g 7 2 9 等。编码器使用的音频标准必须由h 2 4 5 协议协商确定。h 3 2 3 终端应由对本身 所具有的音频编解码能力进行非对称操作。如以g 7 11 发送，以g 7 2 9 接收。视频编解 码协议主要包括h 2 6 1 协议( 必选) 和h 2 6 3 协议。h 2 2 5 0 适用于不同类型的网络， 其中包括以太网、令牌环网等。h 2 2 5 0 被定义在诸如t c p i p ，s p x i p x 传输层。h 2 2 5 0 通信的范围是在h 3 2 3 网关之间，并且是在同一个网上，使用同一种传输协议。如果在 整个因特网上使用h 3 2 3 协议，通信性能将会下降。h 2 2 5 0 建立了一个呼叫模型，在 这个模型中，呼叫建立和性能协商没有使用r t p 传输地址，呼叫建立之后才建立若干个 r t p r t c p 连接1 。 1 4 3 2 3 协议规定，音频和视频分组必须被封装在实时协议r t p 中，并通过发送端和 接收端的一个u d p 的s o c k e t 对来进行承载。而实时控制协议r t c p 用来评估会话和连接 质量，以及在通信方之间提供反馈信息。相应的数据及其支持性的分组可以通过t c p 或 u d p 进行操作。h 3 2 3 协议还规定，所有的h 3 2 3 终端都必须带一个语音编码器，最低 要求是必须支持g 7 1 1 建议。图2 3h 3 2 3 协议栈的协议图。 第二章软交换与i p 电话技术分析 g 7 l l t h | t 1 2 6 t 1 2 7 h 2 4 5 g 7 2 2h 2 6 i g 7 2 3 i h 2 2 5 0 g 7 2 9 ah 2 6 3 t t1 2 4 t 1 2 2 ，了1 2 5 h r a s r t p t 1 2 3 r t c p * t c p u d p 网络层 链路层 物理层 图2 3h 3 2 3 协议栈 2 、s i p 协议栈 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) 是由i e t f 提出的i p 电话信 令协议，主要用于发起会话，它定义了会话创建、修改以及终结的过程。 s i p 协议的出发点是想借鉴w e b 业务成功的经验，它通过使用s ip 终端网络设备的 复杂性推向边缘，同时s i p 可以充分利用已定义的头域，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，有利于与i n t e r n e t 的各项应用集成开发v o i p 的 增值业务m 1 。 f媒体封装 i ( g 7 x x 、h 2 6 x ) 土 i s i p ) 甲呷甲牛 ， ， j r 、l 上 、l + ， 。t c p ) ( u d p ?。 ， 上 、 、 网络层 上 链路层 、 上 、