软交换技术.ppt

2020 2 4 1 软交换技术 2020 2 4 2 前言 软交换 的概念是在20世纪90年代中期由美国的贝尔实验室首次提出 软交换技术是传统电信网络向下一代网络演变的核心技术 软交换技术不但实现了网络的融合 更重要的是实现了业务的融合 软交换系统吸取了IP网络技术 ATM网络技术和智能网技术等众家之长 形成了分层 全开放的体系结构 软交换的标准化组织结构 ITU IETF ISC 2020 2 4 3 网络现状 PSTN由于固有的局限性 无法快速灵活地开发新业务 而且新业务部署成本高 互联网虽然部署业务相对容易 但IP网络存在的固有缺陷 使得它难以提供优质的电信级业务 目前的网络难以满足人们对话音 数据及多媒体通信融合业务的渴望 难以实现人们在任何时间 任何地点以任何方式通信的美好愿望 2020 2 4 4 下一代网络的各层面 基础传送层 大容量的智能光网络承载层面 以MPLS和IPv6为方向的有QoS和安全保障的分组网 接入层面 多元化综合化的宽带有线与无线相结合的接入网 网络控制层 软交换网络移动通信 3G与后3G业务 集话音 数据与多媒体业务 以及固定与移动业务于一身的 开放的智能化多业务平台 2020 2 4 5 下一代网络的基本定义 NGN是基于分组技术的网络 能够提供包括电信业务在内的多种业务 能够利用多种宽带和具有QoS支持能力的传送技术 业务相关功能与底层传送技术相互独立 能够使用户自由接入不同的业务提供商 能够支持通用移动性 向用户提供一致的和无处不在的业务 2020 2 4 6 软交换产生的背景 现有通信网根据所提供的不同业务被垂直划分为几个单业务网络 它们都是针对某类特定业务设计的 因而制约了向其他类型业务的扩展 传统的基于电路交换的网络体系结构中 业务与交换 控制与交换结构互不分离 缺少开放性和灵活性 虽然在智能网中可实现业务控制与业务交换的分离 但连接与控制功能仍未分离 不便于网络融合时的综合接入 多种网络长期并存的现实促使它们逐步走向融合 以便最大限度地利用原有网络资源 期望能有一个按功能进行水平分层的多用途 多业务的网络 并最终演变为一个能支持多媒体业务的综合业务网 水平业务布署 取代 垂直应用布署 屏蔽底层各种电信协议的细节 给业务开发者提供一个统一的编程接口应用程序可以在各个网络上移植 App1 App2 App3 Appn 2020 2 4 8 对下一代网络的要求 具有高度的开放性 灵活性和可扩展性 以满足技术和应用不断变换和发展的需求 能够快速 方便 经济地提供新业务和易于实现业务的客户化 相对低的建设和运营成本 软交换技术正是能适应上述要求的下一代网络的解决方案 2020 2 4 9 研究软交换的目的 以分组交换为基础 建设下一代公众网络 实现PSTN和新网的融合 电路交换网顺利平滑地向分组交换网过渡 节省运营成本和投资 创建具有竞争性的新特性和新业务 获得新的收入渠道 2020 2 4 10 软交换网络与传统电信网络的比较 在传统电信网络中 为用户提供的服务直接依赖于程控交换机 因此 当程控交换机增加新的功能或业务 如三方通话 呼叫等待 来电显示等业务时 要求呼叫所涉及的网络路径中每一个交换节点都要支持这些业务 才能保证业务的提供 传统交换网络采用依靠交换机和信令来提供业务的方式 在制订交换机规范时就已确定该交换机应提供的功能 因此 在增加新的业务时 必须要对交换机和相关的信令流程作相应的修改 2020 2 4 11 为了满足快速修改和生成业务的需要 缩短提供业务的时间 出现了公共的业务平台 即智能网 智能网的设计思想是把呼叫控制和业务提供分离开 交换机完成呼叫控制 智能网完成业务提供 智能网的出现大大增强了传统电信网络提供业务的能力 缩短了业务提供的时间 但是这种分离仅仅是第一步 随着承载的多样化还必须将呼叫和承载连接进一步分离 这就是软交换技术的核心思想 软交换网络与传统电信网络的比较 2020 2 4 12 传统的交换机是属于某一厂商专用的系统 它提供的服务与硬件 软件及业务应用绑定在一起 开放性差 软交换网络是基于开放体系结构的系统 在不同层次均提供基于标准协议的开放接口 易于改进 更新和扩展 软交换网络提供的服务与采用的硬件设备 厂家 技术以及协议无关 运营商可以自行配置和定义自己的业务特征 不必关心承载业务的网络形式及终端类型 软交换网络也使得运营商在异构网络环境中更有效地进行网络管理 实时地检测和调整网络性能 软交换网络与传统电信网络的比较 2020 2 4 13 软交换网络是开放型的 可以在PSTN及分组网中传送业务 克服了异构网络环境下进行业务交换的难题 软交换将网络的媒体传输部分 呼叫控制部分及业务生成部分相分离 解决了上层服务交替时难以平滑过渡的问题 软交换网络在各层与各单元之间采用标准协议和开放接口进行通信 有利于不同网络设备之间的互通和集成 软交换网络通过利用基于分组交换的网络进行承载传送 克服了基于TDM的传统网络容量不足的缺点 软交换网络可以克服现有电信网络存在的以下问题 2020 2 4 14 新的网络结构固然有其优势所在 但原有网络近期不会消失 就产生了新 旧网络融合 互通的问题 如何灵活 有效地使现有的PSTN网络与分组网络实现互通 将PSTN逐步地向IP网络演进 其关键的技术就是软交换 2020 2 4 15 软交换的定义及概念 软交换的概念是从IP电话的基础上逐步发展而来的 早期的IP电话网关都是集成型网关 这个网关的缺点是设备复杂 扩展性差 没有故障保证机制 不利于组建大规模电信级的IP电话网络 IETF 为了克服这种缺陷 提出了一个网关分解模型 将网关的功能分解为信令网关 SG 媒体网关 MG 媒体网关控制器 MGC 3个功能实体 如图所示 媒体网关 负责电路交换网和分组网络之间媒体格式的转换 信令网关 负责信令转换 即将电路交换网络的信令消息转换成分组网络中的传送格式 媒体网关控制器 负责根据收到的信令控制媒体网关的连接建立与释放 控制媒体网关内部的资源等 SCN 电路交换网 2020 2 4 16 媒体网关控制器是一个软件实体 其作用与电路交换机的呼叫处理软件的功能相当 主要是进行信令分析和处理 完成呼叫控制的功能 后来 IETF在相关的文档中又提出了呼叫代理 CallAgent 呼叫服务器的概念 含义与媒体网关控制器基本相同 更进一步地 人们把呼叫代理的功能进行扩展 除了呼叫控制功能以外 还可以提供计费 认证 路由 资源管理 资源分配 协议处理等功能 人们把具有这些功能的软件实体称为软交换 2020 2 4 17 软交换的定义 广义软交换是指以软交换设备为控制核心的软交换网络 包括接入层 传送层 控制层及业务层 通常称之为软交换系统 狭义一种建立在开放平台上能够实现分布式通信功能并为下一代网络提供呼叫控制和信令的开放式标准软件是网络演进以及下一代分组网络的核心设备之一 它独立于传输网络通常称之为软交换设备或者软交换控制器 2020 2 4 18 软交换的概念 软交换能够集成话音 数据和视频业务 能够在不同网络之间 比如无线网络和有线电视网络之间 完成不同通信协议的转换 软交换技术用于解决现有通信中不同网络 电路交换网和分组交换网 不同设备 不同技术间的互通问题 是传统电信网向下一代网络演进的核心技术 软交换技术的目标是在媒体设备和媒体网关的配合下 通过计算机软件编程的方式来实现对各种媒体流进行协议转换 并基于分组网络的构架来实现IP网 ATM网 PSTN网等的互联互通 以提供和电路交换机具有相同功能并便于业务增值和灵活伸缩的设备 软交换技术作为业务与控制分离 传送与接入分离思想的体现 其核心思想是硬件软件化 通过软件的方式来实现原来交换机的控制 接续 业务处理等功能 各实体之间通过标准的协议进行连接和通信 2020 2 4 19 软交换的概念 软交换的基本设计思想是设法创建一个可扩展的 分布式的软件系统 它独立于特定的底层硬件系统 操作系统 并且能够处理各种各样的通信协议 软交换本质上提供一个开放的网络体系构架 为不同的厂家开发各个层面的产品提供开放的标准 引入软交换是为了建立一个集有线 无线 话音 数据 多媒体业务为一体的综合性的网络 这是化零为整的思想 而在网络组件的设计上 又采用化整为零的方法 分离业务与呼叫控制 分离呼叫与承载 这是为了方便各个组件独立演进 软交换技术以一个庞大的软件系统来实现协议间的转换 降低了对硬件复杂度的要求 但同时也提高了实现控制层面和网络管理系统的难度 软交换所面临的最大的挑战就是多协议 即软交换技术所支持的协议很多 而且这些协议分别来自不同的标准化组织 这给技术研究 设备生产 通信运营等各方面带来了很多协调方面的困难 软交换技术的相关标准还有待完善 统一和被广泛接收 2020 2 4 20 电路交换与软交换 电路交换 呼叫控制 业务提供以及交换矩阵均集中在一个交换系统中软交换 业务与控制 呼叫与承载分离 各实体之间通过标准的协议进行连接和通信 以便灵活提供业务 2020 2 4 21 软交换系统功能 1 软交换系统功能要求软交换的主要设计思想是业务 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 其主要功能包括 呼叫控制功能 业务提供功能 业务交换功能 互通功能 SIP代理功能 计费功能 网管功能 H 248终端 SIP终端 MGCP终端的控制和管理功能 7号信令 即MTP及其应用部分 功能 任选 H 323终端控制 管理功能 任选 2020 2 4 22 2 软交换几项主要功能说明 1 呼叫控制和处理功能软交换设备可以为基本呼叫的建立 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 支持两方和多方呼叫控制功能 2020 2 4 23 2 协议功能开放性要求软交换具备丰富的协议功能 呼叫控制协议传输控制协议媒体控制协议业务应用协议维护管理协议分别位于软交换和网络中其他部件之间 2020 2 4 24 3 业务提供功能相对于传统网络中业务由设备水平决定 下一代网络是以软交换设备和应用服务器为核心 以业务驱动网络 网络运营为业务运营商提供开放式接口 引入独立于网络运营商的业务运营商 业务运营商将利用不同的技术为用户提供个性化的服务 4 业务交换功能识别智能网呼叫并把它上报给业务控制功能 最终由SCF控制整个呼叫从而保证软交换网络内的用户享用现有智能业务 2020 2 4 25 5 操作维护功能 配置管理查看媒体网关 查看中继线及中继组配置 路由的配置客户服务查看配置的电话号码 以及相应号码所开通的业务系统监控查看系统进程信息和中继资源信息用户管理不同用户可以授予不同权限历史话务统计分析某一时间段内话务量连续变化告警系统查看各类历史告警纪录人机命令交互功能通过OAM的人机命令终端 发送管理命令 并查看结果 2020 2 4 26 6 计费功能具有根据计费对象进行计费和信息采集的功能 并负责将采集的信息送往计费中心 计费原则计费信息采集点在软交换设备保证安全性计费策略主叫计费 被叫计费 帐号计费按时间计费 按流量计费 按内容计费 2020 2 4 27 7 软交换与其它网络互通作为下一代网络的核心设备 必须考虑与其它现存设备的互通问题 2020 2 4 28 软交换系统架构的主要组成 软交换控制设备 核心信令网关 对不同的信令消息进行中继 翻译或终结处理 主要使用呼叫控制协议 媒体网关 将一种网络媒体中的媒体转换成另一种网络所要求的格式 IP终端 PC IPPBX IPPhone业务支撑环境 应用服务器 业务生成环境 业务管理服务器 其他支撑设备 2020 2 4 29 基于软交换的网络体系结构 从功能上可分为 业务平面控制平面传输平面接入平面 2020 2 4 30 软交换的特点和优点 特点开放分布式的网络结构 业务控制与呼叫控制分开 呼叫控制与承载连接分开 为第三方开发者创建下一代业务提供开放的应用编程接口 API 高效的包交换网络 同时支持语音 数据 视频等业务独立的网络控制层 将呼叫控制从媒体网关中分离出来 通过软件实现基本的呼叫控制功能 网路互通和网络设备网关化 通过媒体网关 中继媒体网关及信令网关 可实现与PSTN等网络的互通 有效继承原网络的业务 2020 2 4 31 软交换的优点 高效灵活软交换网络结构的最大优势在于将应用层和控制层与承载网络完全分开 有利于快速 有效 灵活地引入各类新业务 开放性软交换网络结构中各种网络部件之间采用标准的协议 各个部件既能独立发展 互不干涉 又能有机地组合成一个整体 实现互联互通 多用户迎合了电信网 计算机网和有线电视网三网融合的大趋势 模拟 数字 移动 ADSL ISDN 宽带用户都可以接入网络享受软交换设备提供的业务强大的业务功能可以利用标准的全开放应用平台为客户制定各种新业务和综合业务 最大限度地满足客户的需求 分布和集中相结合的网络解决方案网络互通功能由分布式的网关完成 呼叫控制功能和业务控制功能集中于少数软交换机完成 2020 2 4 32 软交换系统支持的协议 H 248MGCPSIPBICCSCTPM2PAM3UA 2020 2 4 33 H 248 媒体网关控制协议之一 由ITU T第16组提出 引入了两个重要概念 终接点可以发送或接收媒体流或控制流 中继时隙DS0 RTP端口或ATM虚通道均可用终结点进行抽象关联用来描述终结点之间的连接关系 例如拓扑结构 媒体混合或交换的方式等 2020 2 4 34 MGCP MediaGatewayControlProtocol 媒体网关控制协议之一 主要用于软交换与媒体网关或软交换与MGCP终端之间的控制过程 2020 2 4 35 SIP SessionInitiationProtocol IETF开发的一个在IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议 负责会话的建立 调整和终止 会话初始协议 当SIP邀请参与者加入一次会话时 它可与会话描述协议 SDP 配合 把有关参与者可以使用的媒体类型及媒体的编码格式等信息进行交换和确认 从而进行数据传输 在整个会话过程中 参与者可以通过发送新的SIP信息随时进行更新 2020 2 4 36 BICC BearerIndependentCallControlProtocol ITU TSG11小组制定的与承载无关的呼叫控制协议 主要目的是解决呼叫控制和承载控制分离的问题 使呼叫控制信令可在各种网络上承载 包括消息传递部分 MTP No 7网络 ATM网络 IP网络 BICC协议由ISUP ISDN用户部分 演变而来 完全与现有业务兼容 是传统电信网络向综合多业务网络演进的一个重要协议 2020 2 4 37 SCTP StreamControlTransmissionProtocol 是流控制传送协议 主要是在无连接的网络上传送PSTN信令消息 该协议可以在IP网上提供可靠的数据传输协议 M2PA MTP2Peer to PeerAdaptationLayer 是把7号信令的MTP3层适配到SCTP层的协议 M3UA MTPLevel3 MTP3 UserAdaptationLayer 是把7号信令的MTP3层用户信令适配到SCTP层的协议 2020 2 4 38 IP电话协议 IP电话是利用IP网络传递语音业务 即在分组交换网上通过TCP IP协议实现传统的电话应用 IP电话技术有两种体系 一个是H 323体系结构 另一个是SIP体系结构 软交换 ITU T的H 323系列建议定义了在无服务质量保证的Internet或其他分组网络上进行多媒体通信的协议及其规程 最初是在局域网上作为不保证服务质量的多媒体通信协议而提出的 逐步发展成为能满足Internet电话技术复杂要求的协议系列 SIP是IETF提出的在IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议 可用于建立 修改和终结多媒体会话与呼叫 2020 2 4 39 SIP和H 323协议的比较 在VoIP技术中 SIP和H 323是主要的两种呼叫控制协议 H 323协议集已经比较成熟并已在VoIP领域广泛应用 SIP协议制定较晚 吸收了H 323在实际应用中的一些经验教训并考虑了目前应用的发展趋势 H 323协议复杂 难以用在手机和PDA等小型终端上 运营商无法依靠H 323将所有的传统电信业务过渡到IP网上 SIP是根据IP电话网上已经存在的问题来开发的新协议 具有更多的灵活性 功能更强 标准在进一步完善中 2020 2 4 40 SIP和H 323协议的比较 现在全球大的运营商大多转向了SIP 在中国 主要受监管和资费政策等因素影响 使H 323被广泛应用 中国联通已建成了世界上最大的H 323网络 目前还存在多种不兼容的H 323标准版本 SIP来源于IETF IETF来源于计算机行业 推崇尽力而为 免费服务与分布的控制 H 323来源于ITU ITU来源于电信行业 推崇保证服务质量 收费服务与集中控制 H 323和SIP各有利弊 但SIP的简单 灵活等特点整吸引着越来越多的设备商和业务提供商的关注和支持 2020 2 4 41 软交换系统的媒体网关和信令网关 1 网关 GW 完成两个异构网络之间信息 包括媒体信息和用于控制的信令信息 的相互转换 以便使一个网络中的信息能够在另一网络中传输 现行的各种网络将作为边缘网络并通过一个称作网关的设备接入到IP骨干网 从而实现全网的融合 2020 2 4 42 VoIP和网关 PSTN和IP网络的差别地址解决方案不同语音编码格式不同信令协议不同为了建立PSTN和Internet之间的连接 网关需要执行媒体格式转换信令转换控制内部资源包含以上所有功能的网关结构对于IP电话的大规模部署具有相当大的制约 表现在 扩展性 与PSTN的无缝融合 可用性 7号信令能力网关体系结构的突破势在必行 2020 2 4 43 网关功能分解 IETF的RFC2719给出了网关的总体模型 将网关的特征分为三个功能媒体网关 MG 功能媒体网关控制 MGC 功能信令网关 SG 功能 2020 2 4 44 2 媒体网关 媒体网关是将一种网络中的媒体转换成另一种网络所要求的媒体格式的设备 它位于传统交换网络和分组网络之间 媒体网关的主要功能 进行不同媒体格式之间的转换 一般位于传统交换网和分组网之间 处理音频 视频等媒体流 2020 2 4 45 1 媒体网关在网络中的位置 媒体网关位于接入平面 将各种用户和网络接入到传输网络平面 控制平面 2020 2 4 46 2 媒体网关的分类 按照媒体网关设备在网络中的位置 媒体网关可分为以下几类 中继媒体网关综合接入媒体网关小区或企业用媒体网关 2020 2 4 47 中继媒体网关 在不同的网络之间提供媒体流映射或代码转换功能 负责将传统的PSTN ISDN接入到ATM或IP网络 主要实现VoATM或VoIPPSTN中继网关PSTN接入IP网络时 信令流通过信令网关接入 媒体流通过中继网关接入 中继网关只进行媒体处理 TGW负责桥接PSTN和IP网络RGW负责采集IP电话用户的事件信息ATM中继网关 2020 2 4 48 综合接入媒体网关 负责各种用户或接入网的综合接入 集合了媒体网关和信令网关的功能 直接面向用户的接入 一般放在靠近用户的端局 同时它还具有拨号数据业务分流的功能 小区或企业用媒体网关 2020 2 4 49 3 媒体网关的功能 媒体网关位于NGN的接入平面 将各种用户和