現(xiàn)代交換原理——軟交換技術(shù)與NGN

1、軟交換與下一代網(wǎng)絡(luò)主講人：目 錄1.概述2. 軟交換概念3. 軟交換主要協(xié)議介紹4.軟交換原理5.軟交換、IP交換、光交換對比6. 發(fā)展前景概 述 隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對于寬帶及業(yè)務(wù)的要求也在迅速增長，為了向用戶提供更加靈活、多樣的現(xiàn)有業(yè)務(wù)和新增業(yè)務(wù)，提供給用戶更加個性化的服務(wù)，提出了下一代網(wǎng)絡(luò)的概念，而軟交換技術(shù)又是下一代通信網(wǎng)絡(luò)解決方案中的焦點之一，已成為近年來業(yè)界討論的熱點話題。概 述 軟交換的概念最早起源于美國。它是受到IP PBX（用戶采用基于以太網(wǎng)的電話，通過一套基于PC服務(wù)器的呼叫，實現(xiàn)PBX功能）控制軟件成功的啟發(fā)，為了提高網(wǎng)絡(luò)綜合運營效益，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展更加趨于合理、

2、開放，更好的服務(wù)于用戶。提出了這樣一種思想：將傳統(tǒng)的交換設(shè)備部件化，分為呼叫控制與媒體處理，二者之間采用標準協(xié)議（MGCP、H.248）且主要使用純軟件進行處理，于是，softswitch（軟交換）技術(shù)應(yīng)運而生。概 述n NGN（next generation network）即下一代網(wǎng)絡(luò)，是電信發(fā)展史上的一個里程碑，它標志著新一代電信網(wǎng)絡(luò)時代的到來。n NGN實現(xiàn)了傳統(tǒng)的以電路交換為主的PSTN網(wǎng)絡(luò)向以分組交換為主的IP電信網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變。n NGN在繼承了原有PSTN網(wǎng)絡(luò)所有業(yè)務(wù)的同時，可以減輕PSTN網(wǎng)絡(luò)的負荷，又因為網(wǎng)絡(luò)融合的新特性，增加了許多新型的業(yè)務(wù)。n NGN使得在IP網(wǎng)絡(luò)上發(fā)展語音

3、、視頻、數(shù)據(jù)等多媒體綜合業(yè)務(wù)成為可能。n NGN是業(yè)務(wù)驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)，業(yè)界公認的主要特征有：業(yè)務(wù)和終端趨于IP化；高速寬帶，能綜合實時業(yè)務(wù)、非實時業(yè)務(wù)、寬帶業(yè)務(wù)、窄帶業(yè)務(wù)以及多媒體業(yè)務(wù)；業(yè)務(wù)網(wǎng)采用業(yè)務(wù)與呼叫控制分離，呼叫與承載分離的體系結(jié)構(gòu)；安全可信的網(wǎng)絡(luò)；能夠保證電信級的服務(wù)質(zhì)量；有良好的生態(tài)模型和商業(yè)價值鏈。軟交換的基本概念n 從廣義上看軟交換泛指一種體系結(jié)構(gòu)，它包括了4個功能層面：媒體/接入層、傳輸層、控制層和業(yè)務(wù)/應(yīng)用層，如圖1所示。軟交換的基本概念n 從狹義上看，軟交換指軟交換設(shè)備，定位在控制層。n 軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)的控制功能實體。n 軟交換為下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)具有實時性要求的業(yè)務(wù)提

4、供呼叫控制和連接控制功能。n 軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)呼叫與控制的核心。軟交換特點l 軟交換系統(tǒng)的最大優(yōu)勢是將應(yīng)用層和控制層與核心網(wǎng)絡(luò)完全分開，有利于快速方便的引進新業(yè)務(wù)；l 軟交換將傳統(tǒng)交換機的功能模塊分離成為獨立的網(wǎng)絡(luò)部件，各個部件可以按相應(yīng)的功能劃分各自獨立發(fā)展；l 軟交換系統(tǒng)中部件間的協(xié)議接口基于相應(yīng)的標準。部件化使得電信網(wǎng)絡(luò)逐步走向開放，運營商可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要自由組合各部分的功能產(chǎn)品來組建網(wǎng)絡(luò)，而且部件之間協(xié)議接口的標準化方便了各種異構(gòu)網(wǎng)互通的實現(xiàn)；l 軟交換系統(tǒng)可以為模擬用戶、數(shù)字用戶、移動用戶、IP網(wǎng)絡(luò)用戶、ISDN用戶等多種網(wǎng)絡(luò)用戶提供業(yè)務(wù)；l 軟交換可以利用標準的全開放應(yīng)用平臺為客

5、戶定制各種新業(yè)務(wù)和綜合業(yè)務(wù)，最大限度的滿足用戶需求。軟交換功能 軟交換的主要設(shè)計思想是業(yè)務(wù)/控制與傳送/接入分離，各實體之間通過標準的協(xié)議進行連接和通信。軟交換主要完成以下功能：媒體網(wǎng)關(guān)接入功能、呼叫控制功能、業(yè)務(wù)提供功能、互連互通功能（H.232和SIP、INAP）、支持開放的業(yè)務(wù)/應(yīng)用接口功能、認證與授權(quán)功能、計費功能、資源控制功能和QoS管理功能、協(xié)議和接口功能等。它的主要功能如圖2所示： 圖2 軟交換功能結(jié)構(gòu)示意圖1. 媒體網(wǎng)關(guān)接入功能。該功能可以認為是一種適配功能，可以連接各種媒體網(wǎng)關(guān)，完成H.248協(xié)議功能。同時還可以直接與H.232終端和SIP客戶端終端進行連接，提供相應(yīng)業(yè)務(wù)。2

6、. 呼叫控制和處理功能。呼叫控制功能是軟交換的重要功能之一，它完成基本呼叫的建立、維持和釋放，提供控制功能，包括呼叫處理、連接控制、智能呼叫觸發(fā)檢測和資源控制等，是整個網(wǎng)絡(luò)的中樞。3.協(xié)議功能。軟交換是一個開放的實體，與外部的接口必須采用開放的協(xié)議。 媒體網(wǎng)關(guān)與軟交換間的接口。 信令網(wǎng)關(guān)與軟交換間的接口。 軟交換間的接口 軟交換與應(yīng)用/業(yè)務(wù)層之間的接口4.業(yè)務(wù)提供功能。軟交換能夠提供PSTN/ISDN交換機提供的全部業(yè)務(wù)，包括基本業(yè)務(wù)和補充業(yè)務(wù)。同時還可以與現(xiàn)有智能網(wǎng)配合提供現(xiàn)有智能網(wǎng)提供的業(yè)務(wù)。也可以提供第三方業(yè)務(wù)平臺，提供多種增值業(yè)務(wù)和智能業(yè)務(wù)。5.互通功能。可以通過信令網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)分組網(wǎng)與現(xiàn)

7、有No.7信令網(wǎng)、智能網(wǎng)的互通，可以通過互通模塊，采用H.323協(xié)議與IP電話網(wǎng)互通，采用SIP協(xié)議與SIP網(wǎng)絡(luò)互通。軟交換主要協(xié)議介紹H.323MGCPH.248/MegacoSIP 一、 H.323 H.323是一個框架性協(xié)議，它是由一系列協(xié)議組成。其協(xié)議棧如圖3所示：H.225.0H.245T.120H.26xUDPRTPRTCPRASG.7xxTCPIP 圖3 H.323協(xié)議棧 H.323一共定義了四種部件：終端、網(wǎng)關(guān)、關(guān)守和多點控制單元（MCU)；1. 終端。在基于IP的網(wǎng)絡(luò)上是一個客戶端。它需要支持三項功能：信令和媒體控制、支持實時通信、編碼。2. 網(wǎng)關(guān)。提供分組交換網(wǎng)和電路交換網(wǎng)

8、之間的連接。3. 關(guān)守。完成地址翻譯、接入控制、寬帶控制、域管理四個功能。還支持呼叫控制信令、呼叫鑒權(quán)、帶寬管理和呼叫管理四個可選的功能。4. 多點控制單元。支持三個以上的終端用戶進行會話。二、MGCP H.323網(wǎng)絡(luò)向下一代IP電話網(wǎng)絡(luò)演進時，H.323網(wǎng)關(guān)的媒體和信令處理功能分離：媒體網(wǎng)關(guān)（MG）負責(zé)媒體的處理，信令處理功能將會轉(zhuǎn)移到媒體網(wǎng)關(guān)控制器（MGC）中。 MGCP主要應(yīng)用在MGCP終端和軟件交換之間、MGCP媒體網(wǎng)關(guān)和軟交換之間，如圖4所示：MGCP媒體網(wǎng)關(guān)軟交換MGCP終端MGCPMGCP圖4 MGCP協(xié)議應(yīng)用范圍三、H.248/Megaco H.248/Megaco為IETF與

9、ITU共同制定的，用于代替MGCP協(xié)議。該協(xié)議在IETF中稱之為Megaco，在ITU中稱之為H.248。 H.248協(xié)議是MGCP協(xié)議的發(fā)展，因此，H.248協(xié)議與MGCP協(xié)議有類似的體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)用在媒體網(wǎng)關(guān)和軟交換之間軟交換與H.248/Megaco終端之間，是軟件換的重要協(xié)議。如圖5所示：媒體網(wǎng)關(guān)軟交換 H.248H.248H.248/Megaco終端圖H.248協(xié)議應(yīng)用范圍四、SIP 會話初始協(xié)議（SIP）是IETF提出的在IP網(wǎng)上進行多媒體通信的應(yīng)用層控制協(xié)議。 SIP系統(tǒng)的基礎(chǔ)協(xié)議是SIP協(xié)議和用于SIP消息體的會話描述協(xié)議（SDP：session description prot

10、ocol）。 SIP主要用于SIP終端和軟交換之間、軟交換和軟交換之間以及軟交換與各種應(yīng)用服務(wù)器之間，如圖6所示：應(yīng)用服務(wù)器軟交換軟交換SIP終端SIP終端SIP SIPSIP圖6 SIP協(xié)議應(yīng)用范圍網(wǎng)關(guān)技術(shù)l 軟交換中的網(wǎng)關(guān)按處理的信息類型不同分為兩類：媒體網(wǎng)關(guān)和信令網(wǎng)關(guān)。l 按照媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的位置不同，又可分為：中繼網(wǎng)關(guān)、綜合接入網(wǎng)關(guān)、住戶網(wǎng)關(guān)。l 按照信令網(wǎng)關(guān)處理的信令不同可分為：No.7信令網(wǎng)關(guān)、用戶信令網(wǎng)關(guān)。 軟交換控制原理例：假設(shè)護叫在兩個PSTN網(wǎng)之間傳送，主叫用戶位于SG1和MG1的管轄范圍，被叫用戶位于SG2和MG2的管轄范圍，No.7信令使用ISUP，MG1和MG2

11、屬于同一個軟交換控制的范圍。如圖10所示。SG1軟交換SG2MG2MG1PSTNPSTNIP網(wǎng)主叫被叫圖10 網(wǎng)絡(luò)連接圖SIGTRANMGCP/H.248MGCP/H.248TDMTDMRTP/RTCPMG1SG1軟交換MG2SG2開始通話IAMADDReplyADDReplyIAMACMACMModifyReplyANMRELRLCRLCRELReplyReplySubtractSubtractACMModifyReply軟交換、IP交換、光交換對比 光交換是指不經(jīng)過任何光/電轉(zhuǎn)換，在光域內(nèi)為輸入光信號選擇不同輸出信道的交換方式，但光交換的難點主要是控制部分，也就是 不易在光域?qū)崿F(xiàn)交換控制。

12、 光交換有三種：空分、時分和波分光交換，他們分別完成空分信道、時分信道和波分信道的交換； IP交換應(yīng)用廣泛，技術(shù)簡單，可擴展性好，路由靈活，但傳輸效率低，無法保證服務(wù)質(zhì)量。 軟交換代表著一種網(wǎng)絡(luò)融合的趨勢：以電路交換為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)電信網(wǎng)向以分組交換為基礎(chǔ)的IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。軟交換是發(fā)展下一代網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。發(fā)展前景 NGN(下一代網(wǎng)絡(luò))一直是業(yè)界的熱點與焦點，國外的政府、行業(yè)團體、運營商、設(shè)備廠商等都在進行NGN的研究與探索，從國外的有關(guān)NGN的研究與行動上來看，NGN包含的內(nèi)容非常廣泛，例如：采用軟交換技術(shù)的分組化的話音網(wǎng)；以智能光網(wǎng)為核心的下一代光網(wǎng)絡(luò)；以MPLS、IPv6為重點的下一代IP網(wǎng)；以及

13、采用3G、4G的下一代無線通信網(wǎng)等等。 一些行業(yè)組織和標準化機構(gòu)也啟動了本領(lǐng)域的NGN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究，如：IETF的下一代IP網(wǎng)、3GPP與UMTS論壇的下一代移動通信網(wǎng)、ITU-T的NGN Project 2004。 NGN代表著網(wǎng)絡(luò)未來的發(fā)展方向，各個國家的政府都把對NGN技術(shù)的掌握視為提升本國(或本地區(qū))經(jīng)濟、增強競爭實力的重要內(nèi)容。 歐美在目前的5年計劃FP5中，專門設(shè)立一個關(guān)于NGN的項目NGNI，研究內(nèi)容包括：Qos、IPv6、光網(wǎng)、接入網(wǎng)、有線與無線的融合、內(nèi)容與網(wǎng)絡(luò)的管理、業(yè)務(wù)、衛(wèi)星、移動通信、互操作性等不僅包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和演進，還包括業(yè)務(wù)需求與業(yè)務(wù)模型、管制政策等內(nèi)容。 隨著對NGN研究的深入，歐盟在2002年底提出NGN 2010。NGN 2010比目前的NGNI又向前進了一大步，內(nèi)容增加了：家庭網(wǎng)絡(luò)、NM(網(wǎng)管)、AAA、DTV(數(shù)字視頻廣播)、衛(wèi)星、技術(shù)經(jīng)濟性等內(nèi)容。 下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)技術(shù)是ITU-T研究的一大熱點。在2004年2月的研究組全會上提出了NGN功能特性的建議草案(NGN-Overview)，對N