软交换网络的主要设备教材(PPT 88页).ppt

1、第3章软交换网络的主要设备,主要内容,3.1 软交换网络概述 3.2 软交换设备 3.3 媒体网关 3.4 信令网关 3.5 归属位置寄存器HLR,学习要求,掌握：软交换设备、中继媒体网关（综合媒体网关）、综合接入设备IAD、信令网关和归属位置寄存器HLR的功能和接口。 了解：软交换设备、中继媒体网关（综合媒体网关）、综合接入设备IAD、信令网关和归属位置寄存器HLR的硬件结构和软件结构。,3.1 软交换网络概述,高带宽、有一定QOS保证的分组网络,利用各种接入设备实现不同用户的接入,是软交换网络的呼叫控制核心,利用各种设备为软交换网络体系提供业务上的支持,传送层一般为IP网，或ATM网。,控

2、制层主要设备：软交换机（呼叫代理）或媒体网关控制器（MGC）。,接入层的设备没有呼叫控制的功能，它必须和控制层设备相配合，才能完成所需要的操作。,综合接入网关AG：它的电路侧提供了比中继网关更为丰富的接口。,媒体服务器：是软交换体系中提供专用媒体资源功能的独立设备，也是下一代分组网语音网络中的重要设备，提供基本和增强业务中的媒体处理功能。,3.2 软交换设备1. 软交换设备的功能,固定网络软交换设备的功能结构,移动软交换设备的功能结构,呼叫控制功能,Context=286,A0 A100000034,软交换,10.54.250.187 : 2944,10.54.250.43 : 2944,10

3、.54.250.18 : 2944,H.248,IP语音数据,接入网关1,接入网关2,Context=287,A100000035 A1,:18300 G.723,:18296 G.723,UserA,UserB,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，包括呼叫请求的处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等。,业务交换功能,软交换设备的业务交换功能主要包括： 业务控制触发的识别以及与业务控制功能SCF间的通信。,管理呼叫控制功能和SCF之间的信令。,在SCF控制下处理智能网业务请求,业务交互作用管理。,传统SCP,协议功能,软交换设备采用标准协议与各种功能实体进行通信，这些

4、协议包括： 媒体控制协议：H.248、MGCP、SIP等。 呼叫控制协议：ISUP、TUP、BICC、PRI、BRI、V5.2、H.323等。 传输控制协议：SCTP、UDP、TCP、M3UA等。 业务应用协议：PARLAY、JAIN、INAP、CAMEL、MAP、RADIUS等。 维护管理协议：SNMP、CORBA、COPS等。,业务提供功能,方式一：软交换设备自身提供业务，包括话音、视频； 方式二：软交换设备与智能网设备配合提供成熟智能网业务； 方式三：软交换与应用服务器协同提供提供多媒体增值业务。,互通功能,采用SIP、SIP-T或BICC协议与其他软交换设备互通； 通过信令网关及中继网

5、关实现与PSTN、无线市话网络和移动网的互通； 通过信令网关实现分组网与现有No.7信令网的互通； 通过信令网关与现有智能网互通，为用户提供多种智能业务； 通过H.323协议实现与现有H.323体系的IP电话网的互通； 可以通过软交换中的互通模块，采用SIP协议实现与未来SIP网络体系的互通。,资源管理功能,软交换设备对系统中的各种资源进行集中的管理，如资源的分配、释放和控制，接受网关的报告，掌握资源当前状态，对使用情况进行统计，以便决定此次呼叫请求是否进行接续等。,计费功能,软交换设备能够根据不同的计费对象进行计费和信息采集。 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

6、,具有采集详细话单及复式计次的功能，并能够按照运营商的需求将话单传送到相应的计费中心。,认证与授权功能,能够与认证中心连接，并可以将所管辖区域内的用户、媒体网关信息(如IP地址及MAC地址等)送往认证中心进行认证与授权，以防止非法用户/设备的接入。,地址解析及路由功能,E.164地址至IP地址，SIP用户URL编码方式至IP地址的转换功能，同时也可完成重定向的功能。,能够对号码进行路由分析，通过预设的路由原则(如拥塞控制路由原则)找到合适的被叫软交换设备，将呼叫请求送至被叫软交换设备。,软交换应具有配置多区号的能力。,语音处理功能,控制媒体网关之间语音编码方式的协商过程，语音编码算法至少包括

7、G.711、G.729、G.723等。对于移动软交换，算法应支持UMTS-AMR2编解码(必选)、UMTS_AMR编解码可选)和G711A编解码。,控制媒体网关是否采用回声抑制功能；,向媒体网关提供语音包缓存区的最大容量，以减少抖动对语音质量带来的影响。,过负荷控制能力,能在系统或网络过负荷时，具有对负荷控制的能力，例如限制某些方向的呼叫或自动逐级限制普通用户的呼出等。,能根据网络拥塞的不同程度进行分级拥塞控制。,能根据资源的使用情况和网络的拥塞情况，动态调整编码方式，并通知网关设备(可选功能)。,能够定义服务质量的门限值并下发给网关设备。,能对话务统计数据和设备运行状态进行分析。,能按百分比

8、根据来话的主叫类别、主叫号码、时间段、入中继群标识来限制至特定出中继、目的码的呼叫量。,能根据来话的主叫类别、主叫号码、时间段、入中继群标识来限制在规定的时间间隔内至特定出中继、目的码允许选择路由的最大试呼次数。,与移动业务相关的功能,除了完成固定软交换设备需完成的功能外，移动软交换服务器需增加的功能主要包含： 移动性管理功能 安全保密功能 查询被叫移动位置，完成对被叫移动用户呼叫控制,2.软交换设备的性能及可靠性指标,系统容量 位于端局时为10 万以上； 位于汇接局为20万中继以上,系统处理能力（BHCA ） 位于端局时为140万BHCA以上； 位于汇接局时为300万BHCA以上,时延 平均

9、为50ms，保证时延不超过200ms的概率为95,系统可靠性和可用性 达到或超过99.999%的可用性，全系统每年的中断时间3min 具有高可靠性和高稳定性。有热备份冗余，并支持热插拔功能 。,3.软交换设备的维护管理要求,故障管理 能根据故障的严重程度分类，以产生不同程度的告警信息。,配置管理 提供SNMP（简单网络管理协议）配置管理、脱机/在线配置、远程配置等方式；提供数据备份功能和数据升级功能等。,计费管理 根据计费对象进行计费和信息采集功能，并负责将采集信息送往计费中心，同时还应可选支持复式计费、立即计费的功能。,安全管理 对维护员的访问权限有严格的规定，记录所有操作员的操作日志 。,

10、性能管理 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。 通过人机命令预定或即时执行话务控制命令，有效疏通正常话务，遏制超量话务对网络冲击。,4.软交换设备的硬件结构,业务处理子系统（又称“主机”或“前台” ）,宽带信令处理板处理经过IP转发模块分发的IP包，进行UDP、SCTP、M3UA、H.248等协议的处理后，将消息分发到相应的固定呼叫控制板进行事务层业务层处理。,主要包括宽带信令处理板、多媒体信令处理板、固定呼叫控制板、中心数据库板、系统管理板等部分。,设备的核心部分，主要完成业务处理、资源管理等功能。,协议的处理和业务生成、控制全部由软件完成。各个模块通过高速以太网连接在一

11、起。,系统管理板完成系统程序、数据加载和管理功能，通过串口总线、共享资源总线对机框中所有单板进行管理并将其状态反馈给后台，控制系统的显示面板指示灯的状态。,中心数据库板作为设备的核心数据库，存储软交换系统中所有与呼叫定位、网关资源管理、出局中继选路等有关的数据。,固定呼叫控制板完成MTP3、ISUP、INAP、MGCP、H.248、H.323、SIP等呼叫控制及协议的处理，M3UA、IUA、V5UA消息的转发，并生成话单。,多媒体信令处理板完成UDP、TCP和H.323、SIP多媒体协议的处理。,核心交换网络,由两个以太网（LAN）交换机组成。,完成主机系统各单板之间的通信，主机系统各单板与后

12、台的维护管理子系统和计费网关之间的通信。,主要完成操作维护、话单管理等功能。 由维护管理模块BAM、应急工作站、操作维护终端、计费网关和连接设备构成。,维护管理子系统（又称“后台” ）,提供经过IP网络与各类网关设备的外部接口。 主要由IP网络接口板和IP转发模块板组成。,计费网关,与计费中心通信。,网络接口,5.软交换设备的软件结构,软交换设备的运行软件由程序和数据两大部份组成。,软交换设备的程序,呼叫服务器：系统的控制枢纽，提供统一的呼叫控制。呼叫服务器模块主要包括呼叫控制程序、呼叫分析程序和资源管理程序。,设备(协议)适配层：处理外部（信令网关或媒体网关）通过各种标准协议发来的信令消息，

13、并将这些信令消息转化为统一的内部消息送给呼叫服务器进行处理，或相反。,数据管理器：提供对内部数据库的统一存取接口。,业务处理器：负责提供软交换控制设备与上层SCP、应用服务器之间的交互。,资源管理器：负责与呼叫相关的电路资源和各种媒体资源的管理和分配。,软交换设备的数据,局数据,基础数据 硬件数据：主要说明软交换设备安装的位置。例如：机架所处的机房的编号、单板的模块号、IP地址等。 本局数据：定义软交换机在No.7信令网中的基础信息和与呼叫处理有关的基础信息。例如：软交换机的信令点编码 、软交换机所在国家的国家码、所在地区的区号等。 计费数据：说明如何确定各类呼叫的付费方（主叫付费，被叫付费，

14、第三方付费和免费），计费的费率，话费记录方式（详细话单、计次表）。,对接数据 定义软交换与媒体网关、PSTN交换机、其它软交换、PBX等设备对接时与信令、协议以及中继密切相关的数据。 主要包括媒体网关数据、媒体资源服务器资源数据、协议数据、信令数据、路由数据、中继数据。,业务数据 定义拨号方案、用户号码分配方案、限呼方案、业务配合信息、业务规则信息等数据。 主要包括号码分析数据、限呼数据、话务控制 网管控制、智能业务数据、查询智能用户数据库数据和其他应用数据。,用户数据,对于多媒体用户，还包括设备标识、协议类型、设备类型、认证方式和认证密码等。,包括各类用户的电话号码，设备安装位置（用户所在的

15、媒体网关的地址和用户的终端标识号），处理该用户的呼叫控制板的模块号，用户对应的呼叫源码，计费源码，呼入呼出权限（国际长途有权、国内长途有权、本地网有权等）用户可使用的补充业务数据（如无条件前转业务、来电显示等）。,一、媒体网关的概念及分类,3.3 媒体网关,概念：将一种网络中的媒体转换成另一网络所要求的媒体格式的设备。,媒体网关处于接入层的位置，媒体网关不具备任何呼叫控制的功能，它只按照控制层软交换设备的指令来执行操作。,2、按接入方式分类： 中继媒体网关 接入媒体网关 无线接入媒体网关 按承载方式进行分类： VoATM媒体网关 VoIP媒体网关 VoIPoATM媒体网关,在软交换设备的控制下

16、，实现基于分组网的长途语音业务。,用于实现本地用户接入，一般被放置在最靠近用户的端局，实现本地用户的分组语音业务。,提供无线接入手段，将无线用户接入到软交换网络中。,分组侧连接的是ATM网，媒体网关将语音流转换为ATM信元，向用户提供VoATM 语音业务。,网关分组侧连接的是IP网，媒体网关将语音流转换为IP包，向用户提供VoIP的语音业务。,网关分组侧连接的是ATM网，媒体网关内部将语音流先转换为IP包，再转换为ATM信元，向用户提供VoIPoATM的语音业务。,中继媒体网关,中继媒体网关是在电路交换网和IP分组网络之间的网关，主要完成电路交换网的承载通道和分组网的媒体流之间的转换。,接入媒

17、体网关,是用户终端设备和核心分组网之间的接入设备，用于为各种用户提供多种类型的业务接入。,综合接入设备(IAD) 小型用户接入层设备，用户端口数一般不超过48个。,ATM是在电路交换和分组交换的基础上发展起来的，它综合了电路交换的简单性和分组交换的灵活性，使交换节点能具有很高的工作速度，能适应各种不同的业务。,用分组网络传输语音主要有三种方式：帧中继语音技术，ATM语音技术和IP语音技术。其中，IP语音技术应用得最广。,二、媒体网关的功能,负责各种用户和网络的接入 具备分组网的接入功能。,媒体网关需要正确分配完成一次呼叫所需要的所有资源以及释放这些资源；当资源出现故障不能被正常使用时，媒体网关

18、还要能及时侦测到资源的状态变化，并上报给软交换设备。,接入功能,资源控制和管理功能,维护管理功能,协议处理功能,媒体网关控制协议，这类协议用在媒体网关和控制层的软交换设备之间。 媒体网关还要处理用户侧的窄带信令，例如模拟用户信令。,作为一个运营级的设备，媒体网关是可维护，可管理的。对媒体网关的管理可以采用三种手段： 通过集中网管系统进行管理； 通过媒体网关的远程维护终端进行管理； 通过媒体网关本地维护端口进行管理。,语音压缩和处理功能,在现有的软交换网络解决方案中，媒体网关都被用在传统电话网和分组网之间，实现语音流和分组包之间的转换。,从目前业界的观点看，编码方式的切换有多种方式：,在媒体网关

19、上通过手工 的方式进行切换；,在控制层的软交换设备上人工指定某种编码方式，并利用媒体网关控制协议通知媒体网关；,控制层的软交换设备根据分组网的拥塞情况，动态决定采用何种编码方式，并与媒体网关进行协商。,媒体网关根据分组网的拥塞情况，动态决定采用何种编码方式。,在后两种方法中，网关设备可以自动地或在软交换设备的控制下，动态的完成较高速率的语音编码方式和较低速率的语音编码方式之间的转换。 这一点是媒体网关实现服务质量保证的重要手段之一。,三、媒体网关的相关技术,IP语音分组的基本过程,语音处理主要需解决两个问题：,语音处理技术,在保证一定语音质量的前提下尽可能降低编码比特率。,在IP网络环境下保证

20、一定的通话质量。,主要是语音编码技术和静音监测,包括分组丢失补偿、消除抖动和回波抵消技术。,（1）语音编码技术 选择语音编码算法要考虑四个方面：编码比特率、语音质量、时延和算法复杂度。 比特率 降低语音编解码比特率可以减少语音在网络中的流量，以便充分利用网络的带宽资源。 时延 包括5部分：算法时延，处理时延，打包时延，传输时延，抖动缓冲时延。 复杂度 复杂度决定了编解码器硬件的成本和功耗，也影响到编解码器的实时性。 语音质量 衡量语音编码算法的优劣的主要性能之一。,语音编码方式的带宽需求和延时,一个IP分组中所含的语音部分的大小。,为一个IP分组的时长。,（2）时延（语音优先） 算法时延 处理

21、时延 网络时延,与语音编解码器有关。,处理器运行时间和所采用的编码算法造成的。,网络时延是整个时延中最为显著的参数。,语音通信实时性要求较高。为了保证提供高音质的IP电话通信，一般要求媒体网关采用语音优先技术。,（3）抖动处理 网络时延抖动是指IP包传输时间的长短变化。,解决办法：采用抖动缓冲技术，在接收端设定一个较大的缓冲池缓存接收到的语音包，然后从缓冲池中均匀地取出语音包解压，播放给受话者。,（4）回声消除,采用回波抵消方法消除回声,（5）静音压缩和舒适噪音的产生,当呼叫的双方长时间不通话时，需要对静音进行压缩。媒体网关传送和接收的语音包进行侦测，对静音包进行压缩。,可靠地侦测出语音的存在

22、与否。 以尽可能小的传输花费条件下产生与实际背景噪音相匹配的噪音。,（6）分组丢失的侦测和补偿 对于分组丢失的处理包括预防和补偿两步：,有些先进的VOIP网关采用了一项保证音质的技术，就是前向纠错技术。,预防就是将语音等业务打上高的优先级，优先传送这类业务。,补偿就是媒体网关设备必须能够实现对分组的再生功能。,3.综合媒体网关的硬件结构,网关控制子系统,协议处理单元：完成H.248协议传输层、网络层协议的解析和适配，同时完成H.248协议栈的处理和消息解析及封装； 连接管理单元：除了具备协议处理单元的功能外，还将H.248消息转化为对设备内部承载资源和业务资源的调用和管理操作。,分组处理子系统

23、,提供接入分组网的接口，可接入IP网和ATM网。 将从IP侧来的数据包转发给指定的语音处理单元，完成语音业务流的码变换和回波抵消功能，或者通过IP分组接口转发来自语音处理单元的数据包。 为网关控制子系统提供H.248协议交互或传送SIGTRAN的物理接口。,TDM处理子系统,提供TDM业务接入和交换功能。 将接入的信令通过内部时隙连接转发给信令处理子系统 。,信令转发子系统 基于标准的SIGTRAN协议来实现信令的适配和转发。 业务资源子系统 提供各种业务资源和业务流格式转换，支持G.711G.729G.726G.723/AMR语音编解码，支持放音、收号、回声抑制和混音功能。 用户接入子系统

24、提供POTS、ISDN BRI 、ISDN PR、ADSL、ADSL2+、10Base-T和/或100Base-T等用户接口，提供多种业务的接入 时钟子系统 为综合媒体网关设备提供参考时钟。 操作维护子系统 完成设备的操作维护、数据配置和设备管理。 级联子系统: 提供综合媒体网关的框间级联功能。,4.综合媒体网关的软件结构,综合媒体网关的运行软件由程序和数据两大部份组成。,综合媒体网关的程序,承载子系统,驻留在各硬件单板的CPU上，主要完成用户电路的挂机检测、用户电路的测试，放音、DTMF收发号、ISDN用户消息收集转发、VOIP编解码、T网的接续、ADSL用户的配置管理等功能。 承载系统对上

25、提供完成其特定功能的接口，可以方便的被其他模块调用。,网关协议处理子系统,负责维持本系统和软交换设备之间的通信连接。 网关和软交换设备之间的协议可以是H.248、MGCP中的一种 。,业务控制（CALL）子系统,主要实现整个系统的呼叫控制，本模块完成网关控制命令（如H.248的控制命令）的执行。 将从软交换接收到的命令转换为对MG中设备的控制命令，完成对硬件的驱动； 将从 MG外围设备接收到的信号转换为标准的H.248的并通过网关协议处理模块转发给软交换设备。,窄带信令处理子系统,包含TDM和IP两侧，负责原交换机的信令（7号信令NO7、V5接口信令、ISDN用户-网络接口信令PRA、随路信令

26、CAS）的处理，实现PSTN设备与软交换设备的信令互通，和业务控制模块一起来完成整个呼叫。,操作维护子系统,完成对综合媒体网关的维护管理，并对外提供操作维护接口。,综合媒体网关的数据,POTS用户：每个POTS用户所在的端口的物理位置、媒体网关标识、终端标识号和用户的电话号码。 ISDN用户：每个ISDN用户所在的端口的物理位置、媒体网关标识、终端标识号、IUA链路集号、ISDN接口ID和用户的电话号码。,用户数据,硬件数据,说明综合媒体网关安装的位置。例如：机架所处的机房的编号、各种单板的安装位置等。,对接数据,说明与所属的软交换设备之间的对接数据。 接口数据说明媒体网关的以太网接口板的IP

27、地址，地址掩码及所连接的IP网关的IP地址（下一跳地址） 协议数据用来说明媒体网关与软交换设备之间采用的协议类型、综合媒体网关所归属的媒体网关控制器MGC的 IP地址和协议端口号。 H.248协议采用的传输协议类型(SCTP或UDP)， 本地IP地址、本地端口号、目的IP地址、目的端口号，处理H.248协议的协议处理板所在的位置等数据。H.248信令链路所连接的虚拟媒体网关号和软交换设备的号码。,3.4 信令网关1.信令网关的组网结构,信令网关(SG)是在No.7信令网与IP网的边缘接收和发送信令消息的信令代理。,信令网关设备的组网应用,信令点代理的组网应用,信令转接点组网应用,2.信令网关的

28、功能,协议的适配功能要求 No.7信令网侧：支持MTP1-3和SCCP IP网侧：支持链路层协议、IP协议、SCTP协议、M3UA协议、M2PA协议。 消息屏蔽功能 包括MTP消息的屏蔽和SCCP消息的屏蔽。 操作、管理和维护要求 配置管理、状态管理、故障管理、性能管理和消息维护监视功能 接口要求 提供连接到No.7信令网的TDM接口和连接到IP网络的接口。,3.信令网关的性能,容量要求：64kbit/s信令链路的最大数量应不小于512。2Mbit/s信令链路最大的数量应不小于128。等等。 信令处理能力：不小于1.6万MSU/s 负荷：采用2Mbit/s信令链路时，一条信令链路的正常负荷应不

29、小于0.2Erl，最大负荷不小于0.4Er1。 GTT能力：GTT译码的最大数量应不小于2万，每秒处理GTT的最大数量应不小于8000GTT/s。 时延 可用性：99.999% 准确度：MTP不能检出的差错率应不大于10-10等,4. 信令网关的硬件结构,系统支撑模块 实现软件/数据加载、设备管理维护及板间通信等功能 信令接口模块 窄带接口单元提供到固定电话网PSTN、移动通信网PLMN的信令接口 宽带接口单元提供到IP网络的以太网接口。 信令底层处理模块 提供信令的底层协议处理功能。 包括No.7信令MTP2处理单元、SIGTRAN协议消息处理单元、LAN驱动及IP分发单元 业务处理模块 由

30、多个业务处理单元组成，完成业务特性所需的底层协议(SCTP、M2PA) 和上层信令协议(MTP3、M3UA、SCCP)的处理。,5.信令网关的软件结构,信令网关软件由实时操作系统、支撑子系统、IP协议栈、操作维护子系统、SG信令处理模块和数据库组成。 SG信令处理模块包括MTP处理模块、SCCP处理模块和SIGTRAN协议处理系统。,3.5 归属位置寄存器HLR,HLR在移动软交换网络中的位置,1.HLR的主要功能,存储归属地移动用户的用户数据 一是用户的用户数据，包括移动用户识别号码IMSI、MSISDN、基本电信业务签约信息、业务限制（例如限制漫游）、运营者决定的闭锁业务ODB数据和始发C

31、AMEL签约信息O-CSI、终结CAMEL签约信息T-CSI等数据； 一是有关用户目前所处位置（当前所在的MSC、VLR地址）的信息，以便建立至移动台的呼叫路由。 另外，对于GPRS用户，还存储GPRS签约数据、SGSN CAMEL签约信息（包含GPRS CAMEL签约信息和SMS CAMEL签约信息）。,支持CAMEL3相关的CSI数据的签约和管理 支持与SCP之间的ATI，ATM，ATSI操作 用户鉴权数据管理 向鉴权中心AUC请求鉴权参数组，并能依VLR/SGSN请求向VLR/SGSN提供鉴权参数 HLR恢复功能 虚拟HLR功能 支持电路域移动性管理 包括位置更新和位置删除等，存储归属地移动用户目前所处位置（当前所在的MSC、VLR地址）的信息。,支持分组域移动性管理 支持呼叫相关的处理 被叫取路由和获取漫游号码的过程 支持为分组业务提供路由信息(可选) 补充业务操作 与MS配合完成补充业务的激活、去活、登记、删除、口令修改等程序。,2.固定电话本地网中的SHLR的主要功能,保存全网用户(PSTN、PHS及3G)的用户数据 包括逻辑号码、地址号码、业务接入码及用户增值业务签约信息等数据。 完成智能业务触发 可根据智能业务的类别给MS/S