软交换技术综述

1、 软交换技术综述姓 名：学 号：学 院：计算机学院专业班级：通信工程指导教师：软交换技术综述【摘要】随着通信网络技术的飞速发展，人们对于宽带及业务的要求也在迅速增长，为了向用户提供更加灵活、多样的现有业务和新增业务，提供给用户更加个性化的服务，提出了下一代网络的概念，且目前各大电信运营商已开始着手进行下一代通信网络的实验。另外为了提高网络综合运营效益，使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（MGCP、H248）且主要使用纯软件进行处理，于是，SoftSwitch（软交换）技术应运而生。软交换

2、技术又是下一代通信网络解决方案中的焦点之一，已成为近年来业界讨论的热点话题。本文简要介绍了软交换技术产生的背景及目前软交换的发展状况，软交换的主要特点、实现业务驱动的原理和功能划分及应用。【关键词】软交换 协议 信令 业务 服务器 呼叫一、 前言 电信网络、计算机网络及有线电视网络将最终汇集到统一的IP 网络，即人们通常所说的“三网”融合的大趋势。作为下一代网(NGN) 的核心技术软交换技术便是在这样的背景下应运而生的。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，在继承的基础上实现了目前各个业务网络之间的互通。软交换的概念与20世纪80年代提出的先进智能网有些类似，

3、但它具有更新、更多的含义，它将在业务融合、用户终端控制、第三方应用集成中起重要作用，是新老网络实现融合的枢纽。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。软交换是下一代网络的控制功能实体，提供具有实时性要求业务的呼叫控制和连接控制功能，是呼叫与控制的核心。如果说传统电信网络是基于程控交换机的网络，则下一代分组交换网络就是基于软交换的网络。软交换系统是业务驱动的网络，软交换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原来交换机的控制、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（API），允许在交换机制中灵活引入新业务。 软交

4、换作为一种开放的体系，必需采用标准的协议，并通过API接口提供对第三方应用的支持。目前ITU-T、IETF、ISC 等国际组织正在合作制定和完善相关的协议和标准。ISC的成立使软交换技术得到了迅速发展，软交换相关的标准和协议同时得到了ITU-T,IETF 等国际标准化组织的重视。经过几年的发展，软交换技术的标准化和产业化的工作也取得了长足进展，一些老协议如H.323、MGCP等不断完善成熟,BICC、SIP/SIP-T 等新协议也不断推出，一些基于软交换技术的产品已逐步进入实用化阶段。软交换技术已成为下一代网络中最活跃和最热门的话题。中国对软交换技术的研究始终保持与世界同步。软交换技术在中国的

5、发展前景非常广阔，目前已有企业推出了自己的软交换产品和方案。软交换技术发展至今，对于解决包交换网中的话音问题可以说比较成熟了，初步具备了实际应用条件，但必须在支持综合多媒体特性、提供开放业务接口、基于策略的管理等三个方面开展研究工作，才能使软交换技术得到发展和完善。二、 软交换系统的主要协议（1）通信控制协议目前，在分组网上实现话音、数据、多媒体等通信业务的控制协议主要有H.323 和SIP 它们是两大互相竞争的协议。H.323协议成熟，定义完全，而SIP协议简单、灵活。就目前中国的情况来看，H.323大势已成，SIP 难以与之抗衡，因此H.323将是中国研究和发展的重点。（2）媒体网关控制协

6、议媒体网关的控制协议目前也存在两种，H.248/MEGACO 和MGCP协议。由于H.248/MEGACO 的中国标准已经推出, 发展前景优于MGCP因此在中国应重点研究H.248/MEGACO。a、H.248/MEGACO H.248和MEGACO协议均称为媒体网关控制协议，应用在媒体网关和H.248/MEGACO与软交换设备之间。两个协议的内容基本相同，只是H.248是由ITU提出来的，而MEGACO是由IEFT提出来的，且是双方共同推荐的协议。它们引入了Termination（终端）和Context（关联）两个抽象概念。在Termination（终端）中，封装了媒体流的参数、MODEM和

7、承载能力参数，而Context（关联）则表明了在一些Termination（终端）之间的相互连接关系。H.248/MEGACO通过ADD、MODIFY、SUBTRATC、MOVE等个命令完成对Termination（终端）和Context（关联）之间的操作，从而完成了呼叫的建立和释放。 b、MGCP MGCP是由IEFT提出来的，是简单网关控制协议（SGCP）和IP设备控制协议（IPDC）相结合的产物。MEGACO协议是对MGCP协议的进一步改进、完善和提高，MGCP协议可以说是一个比较成熟的协议，协议的内容与MEGACO协议比较相似。目前软交换系统设备大都支持该协议，其不足也慢慢表现出来，将

8、来可能要被H.248/MEGACO协议所取代。 在软交换系统中，MGCP协议与H.248/MEGACO协议一样，应用在媒体网关和MGCP终端与软交换设备之间，通过此协议来控制媒体网关和MGCP终端上的媒体控制流的连接、建立和释放。 (3) 会话初始协议（SIP） 会话初始协议（SIP）是IEFT提出的在IP网上进行多媒体通信的应用层控制协议。以Internet协议（HTTP）为基础，遵循Internet的设计原则，基于对等工作模式。利用SIP可实现会话的连接、建立和释放，并支持单播、组播和可移动性。此外，SIP如果与SDP配合使用，可以动态地调整和修改会话属性，如通话带宽、所传输的媒体类型及编

9、解码格式。在软交换系统中，SIP协议主要应用于软交换与SIP终端之间，也有的厂家将SIP协议应用于软交换与应用服务器之间，提供基于SIP协议实现的增值业务。总的来说，SIP协议主要应用于语音和数据相结合的业务，以及多媒体业务之间的呼叫建立与释放。特别是SIP协议以其简单、灵活的特点，使作为移动通信标准化组织的3GPP已经决定在其基础上建立第三代移动通信的全IP网络，并要求未来的3G终端必须支持SIP协议。 (4) SCTP协议 SCTP协议是由IETF提出的一种关于流控制传送协议。主要是在无连接的网络上传送PSTN信令信息，该协议可以在IP网上提供可靠的数据传输。SCTP可以在确认方式下，无差

10、错、无重复地传送用户数据，并根据通路的MTU的限制，进行用户数据的分段；在多个流上保证用户消息的顺序递交，把多个用户的消息复制到SCTP的数据块中。利用SCTP偶连的机制来保证网络级的部分故障自处理。SCTP还具有避免拥塞和避免遭受泛播及匿名攻击的特点。 SCTP协议在软交换中起着控制协议的主要承载者的作用。 三、软交换技术的主要特点 软交换技术的主要特点表现在以下几个方面： 1）支持各种不同的PSTN、ATM和IP协议等各种网络的可编程呼叫处理系统。 2）可方便地运行在各种商用计算机和操作系统上。 3）高效灵活性。 4）开放性 通过一个开放的和灵活的号码簿接口便可以再利用IN（智能网）业务。

11、例如：它提供一个具有接入到关系数据库管理系统、轻量级号码簿访问协议和事务能力应用部分号簿的号码簿嵌入机制。 5）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）。 6）具有可编程的后营业室特性。例如：可编程的事件详细记录、详细呼叫事件写到一个业务提供者的收集事件装置中。 7）具有先进的基于策略服务器的管理所有软件组件的特性。包括展露给所有组 件的简单网络管理协议接口、策略描述语言和一个编写及执行客户策略的系统。四、 软交换系统原理41 软交换系统的分层结构软交换系统网络结构图软交换系统把传统的交换机的功能模块分离成独立的网络部件，通过开放接口进行互联，部件化使得原有的通信网络逐步走

12、向开放，使用者可以根据业务的需要，自由组合各部分的功能产品来组建新网络，部件间协议接口的标准化可以实现各种异构网的互通。用户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和终端类型，使得业务和应用的提供有较大的灵活性，真正对立于网络，从而满足用户不断发展更新的业务需求，也使得络具有可持续发展的能力和竞争力，因此软交换在功能上划分为四层，从下往上分别是：(1)边缘接入层 具有用户接入、媒体转换和本地业务交换功能。这层包括面向PSTN的TMG(TandemMediaGateway)汇接媒体网关、面向无线网络的WMG(WirelessMediaGateway)网关和面向IP或ATM等接

13、入的AMG(AccessMediaGateway)网关等。PSTN和分组交换网的无缝连接如上图所示，在软交换体系中，PSTN和分组交换网的无缝连接由媒体网关(MG)和信令网关(SG) 来完成。PSTN通过E1和ISDNPRI接入媒体网关，媒体网关和软交换机之间的通信遵循MegacoH248或MGCP协议，No7信令网接入信令网关，信令网关和软交换机之间的通信遵循SIGTRAN或SIP协议。(2)核心交换层 此层是数据传输和路由平台，包括高速的ATM交换机和IP交换机与路由器。(3)业务控制层软交换所在的层，主要提供呼叫业务控制功能和上层业务支撑平台。控制下层的用户接入、媒体转换和业务交换功能；

14、同时上层业务通过开放的接口协议访问该层来完成对下层的管理、控制功能。软交换机之间可以通过SIP-T、BICC或H.323协议通信。(4)业务管理层 该层主要提供增值业务和对下层业务的管理功能。在该层有应用服务器、策略服务器AAA（Accounting Authorization andAuthentication)服务器、网络管理服务器、数据库服务器和第三方业务提供等。网络管理服务器和软交换机之间的通信基于SNMP协议。网络管理服务器的主要功能是运行维护、采集统计、发出告警信息、网络配置管理。策略服务器和软交换机之间的通信基于COPS(CommonOpenPolicyService)协议。策略

15、服务器的主要功能是按业务需要动态地调控网络运行状况。AAA服务器和软交换机之间的通信基于RADRJs协议。AAA服务器的主要功能是帐户审核和权限认定。应用服务器与软交换机通过SIP(SessionInitiation Protocol，)通信，这样应用服务器通过软交换机取得部分的呼叫控制的功能。应用服务器开放了API标准。如JAIN(JavainAdvancedIntelligentNetwork）、Parlay等，第三方应用软件可以通过API调用来访问应用服务器，进而控制呼叫过程。这就为广大的软件开发商提供了参与开发增值业务的机会，使得业务应用更加丰富多彩。在这种情况下，增加一项新的业务并不

16、需要软交换结构有任何改变，这也正是采用软交换的一大优点。简单的看，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，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。4.2 系统组成软交换系统的一般组成有软交换设备、信令网关、媒体网关、媒体网关控制器、应用服务器等。各软交换设备间通过IP 网络互联，连接的协议选用SIP-T、BICC 或H.323。该系统将提供H.323、SIP、MGCP、H.248/MEGACO、RADIUS、SNMP协议的接入功能；信令的转换功能；新业务的生成功能。（1）系统主要接口a

17、. 软交换与信令网关间的接口信令控制传输协议SCTP，用于传送信令信息；b. 软交换与媒体网关或媒体网关控制器间的接口-MGCP/H.248，实现软交换设备对媒体网关或媒体网关控制器的控制；c. 软交换间的接口SIP 或H.323，用于不同软交换间的交互；d. 软交换与应用服务器间的接口SIP提供对第三方应用和各种增值业务的支持；e. 软交换与策略服务器间的接口COPS 协议，实现对网络设备的工作进行动态干预；f. 软交换与AAA服务器间的接口Radius协议，实现用户的认证、授权和审计功能；g. 软交换与智能网间的接口INAP，实现对智能网业务的支持。（2）系统主要功能a. 呼叫控制功能。可

18、以为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能，包括呼叫控制、连接控制等，这部分功能将由软交换设备实现；b. 业务提供功能。提供PSTN/ISDN交换机提供的业务，包括话音业务、补充业务和多媒体业务等基本业务和补充业务，可以与现有智能网配合提供现有智能网提供的业务，可以与第三方合作，提供多种增值业务和智能业务；c. 协议功能。软交换是一个开放的、多协议的实体，支持以下协议：H.248、MGCP、H323、SIP、SS7、ISUP、MTP、RADIUS, RADIUS 主要用于记费、认证和授权；d. 网管功能。提供基于策略的网络管理机制，实现动态的网络管理。e. 资源管理功能。资源管理模块类似于智能

19、网系统中的独立外设，主要负责收号以及向用户播放语音，很多业务涉及到与用户之间的交互，该模块起到一种语音导航的功能。f. 开放的业务APIsofts、7lritch应提供可编程的，逻辑化控制的开放API协议，实现与外部应用平台的互通，承接业务层增强业务节点的增强业务实现；softswitch可与增强业务节点捆绑，适应业务快速变化的需求。4.3 各部分功能及实现（1）软交换设备软交换设备位于控制层，是多种逻辑功能实体的集合，提供综合业务的呼叫控制、连接以及部分业务功能。它与各种媒体网关、终端、应用服务器、其他软交换设备间采用标准协议相互通信，是软交换系统中的核心设备，也是目前电路交换网走向分组网的

20、主要设备之一。a. 呼叫控制功能。实现呼叫的建立、维持和释放，实现的标准将完全按照H.323/SIP 进行；接收媒体网关报告的用户摘机、拨号和挂机等事件，并控制媒体网关向用户发送各种信号音，如拨号音、振铃音和回铃音等；b. 各种协议适配功能。负责完成各种接入协议(信令)的适配处理过程。包括用于媒体网关（MG）与软交换控制之间的通信协议H.248、用于与IP 网互通的H.323 或SIP 协议、软交换与信令网关的通信协议SCTP认证与授权的RADIUS 代理等；c. 业务提供和交换功能。提供PSTN/ISDN交换机体统的业务，可以与智能网配合提供智能网提供的业务，与第三方合作，提供新的业务种类；

21、d. 地址解析路由功能。可以完成E.164 地址至IP 地址、别名地址至IP地址的转换功能，同时也完成IP 网络上的路由功能；e. 互连互通功能。负责完成与其它对等实体互连互通。如：软交换系统模型和软交换系统模型之间的互通、软交换系统模型与IP电话网的互通、软交换系统模型与野战综合通信系统的互通；f. 网络功能。网络功能主要提供软交换设备与信令网关、媒体网关的网络连接，可采用具有路由功能的网络设备，如以太网交换机、路由器等。(2）信令网关信令网关是独立于软交换的物理设备，将TDM64bit/s或2Mbit/s 通道上传送的NO.7 信令转换为在IP 网用SIGTRAN传送NO.7信令的高层信息

22、，SIGTRAN的体系结构采用的通用信令传送协议为SCTP。(3）媒体网关媒体网关的功能是将接入的信息格式转换成能够在IP网络上传输的信息格式，送达对端的媒体网关，如将话音信号分割成IP 包，传送的协议为RTP。其功能如下：a. 用户或网络接入功能。负责各种用户或各种接入网络的综合接入如电话用户、以太网用户、PSTN/ISDN 网络接入等；b. 媒体流的映射功能。将一种媒体流格式转换成另一种媒体流格式，涉及到媒体编码格式、数据压缩算法等；c.受控操作功能。软交换设备控制媒体网关编码、压缩等与业务有关的操作，它们之间采用的协议是:MGCP或H.248。（4）多业务融合功能软交换系统除在内部通过呼

23、叫控制功能模块直接实现一些基本的业务功能外，还可与SCP 互通，与应用服务器一起，提供各种综合业务。a. 与SCP互通方式软交换设备可以实现SSP 功能，可以通过INAP协议与智能网的SCP互通，以继承原有智能网话音业务。这种方式没有改变智能网的拓扑结构，因此无论是SCP还是传统的交换机都不必做任何的改变，对原有智能网用户使用业务的方式也没有任何的影响。b. 应用服务器方式应用服务器是专为增值业务而引入，负责各种增值业务的逻辑产生和管理，软交换设备通过SIP 等协议与之进行会话连接，应用服务器利用开放的业务接口（如Parlay API）对第三方的业务开发提供创作平台，实现新的增值业务。由于应用

24、服务器是一个独立的组件，与控制层无关，从而实现了业务与呼叫控制的分离，有利于新业务的增加，这种方式真正实现了业务与网络、终端的逻辑独立，为向用户提供综合的多媒体业务应用奠定了基础，是软交换系统的主流业务提供方式。软交换设备可利用注册机制动态得知应用服务器的存在，也可通过在软交换设备上配置应用服务器的地址信息静态得知应用服务器的存在，从而将需要进行增值处理的呼叫切换至应用服务器进行增值处理，达到新增业务灵活加入的目的.五、软交换的应用 随着通信网络技术的不断发展和软交换各种标准的制定与补充，不少厂家都推出了软交换的解决方案，各运营商也在积极进行相关实验。目前，国内外许多电信设备制造商，如西门子、

25、阿尔卡特、爱立信、北电、中兴等都在积极发展新的交换机过渡平台，提出了软交换在下一代网络中的解决方案。这里简要介绍一下软交换在VOUP中的应用。 软交换技术作为呼叫处理的组成部分，其标识要被用来终结该呼叫的最有可能的出口网关，并利用这个信息来命令中继网关执行所指定的功能，亦即软交换技术能够通过选择一个最小代价的路由来完成每次呼叫，以使所选择的出口网关最接近目的电话。于是，就完成了原有通过电路交换网执行的呼叫操作功能。 接入网关既可以终结ISDN的PRI，也可以终结来自企业PBX的CAS信令。这种接入网关能够被软交换以基于分组电话协议的多种方式进行控制；对于基于H.323协议的网关，软交换能够像一个H.323网关那样动作；如果接入网关隧道PRI（Q.931）或CAS信令返回到软交换，那么软交换还能够使用像MGCP/IPDC协议以更好的方式控制接入网关。这也体现了软交换技术处理接入网关的能力。 软交换技术通过协议接到电缆网络上，以支持企业的 IP PBX及IP电话。它还能够通过TCP/IP协议接入SCP，也可通过TCP/SCCP协议接入到SS7网络上，使无缝互连成为可能。六、 软交换技术有待研究的问题为真正实现电路网络向分组网络的无缝过渡，还有如下问题需要进一步的研究，才能使软交换技术在下一代网络的应用前景更加光明。（1）国际上尚