第六章 軟交換技術(shù)

第六章

軟交換技術(shù)

2004.2，ITU-T在新頒布的《Y.NGN-overview》建議草案中給出了下一代網(wǎng)絡(luò)的初步定義：“NGN是一個分組網(wǎng)絡(luò)，它提供包括電信業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)，能夠利用多種帶寬和具有QoS能力的傳送技術(shù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)功能與底層傳送技術(shù)的分離；它提供用戶對不同業(yè)務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)的自由接入，并支持通用移動性，實現(xiàn)用戶對業(yè)務(wù)使用的一致性和統(tǒng)一性。”軟交換（SS，SoftwareSwitching）是NGN的核心技術(shù)。軟交換思想是在電信網(wǎng)向NGN演進(jìn)的需求下產(chǎn)生的。下一代網(wǎng)絡(luò)NGN定義NGN主要技術(shù)方向下一代傳送網(wǎng)：MSTPULHASON下一代互聯(lián)網(wǎng)：NGI/IPv6下一代交換網(wǎng)：軟交換IMS

下一代移動網(wǎng)：3GE3GB3GNGN下一代接入網(wǎng)：Wimax,GPON，IPTVEndUser以軟交換為核心的NGN示意模型《程控交換與軟交換技術(shù)》

北京郵電大學(xué)出版社《現(xiàn)代交換原理與技術(shù)》

電子工業(yè)出版社《軟交換與IMS技術(shù)》

北京郵電大學(xué)出版社《軟交換與NGN》

人民郵電出版社《基于軟交換的下一代網(wǎng)絡(luò)解決方案》

北京郵電大學(xué)出版社參考書目內(nèi)容安排21軟交換技術(shù)產(chǎn)生的背景3軟交換系統(tǒng)原理軟交換組網(wǎng)思考：軟交換的主要技術(shù)特征是什么？面臨什么問題（背景）采用什么方法（原理）1軟交換技術(shù)產(chǎn)生的背景業(yè)務(wù)需求的驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)融合的驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)開放的驅(qū)動電話網(wǎng)中程控交換機(jī)的歷史貢獻(xiàn)：路由選擇（交換）和呼叫業(yè)務(wù)控制用軟件實現(xiàn)對交換的控制主要特點：電路交換方式，雙向64kbit/s固定帶寬信道存在問題：不適于承載突發(fā)數(shù)據(jù)量大、上下行數(shù)據(jù)流量差異大的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

1.業(yè)務(wù)需求的驅(qū)動數(shù)據(jù)（IP）網(wǎng)的核心設(shè)備：路由器主要特點：分組交換方式，根據(jù)業(yè)務(wù)量需要動態(tài)地占用上下行傳輸通道存在問題：IP網(wǎng)本身并不提供任何高層業(yè)務(wù)控制功能若在IP網(wǎng)上開放語音業(yè)務(wù)，必須額外增加電話業(yè)務(wù)的控制設(shè)備。1.業(yè)務(wù)需求的驅(qū)動2.網(wǎng)絡(luò)融合的驅(qū)動多種接入統(tǒng)一傳輸開放業(yè)務(wù)ApplicationFrameworkInterfacesServiceInterfaceServiceInterface...ResourceInterfaceResourceInterfaceResourceInterfaceApplication業(yè)務(wù)/應(yīng)用1）為網(wǎng)絡(luò)運營商范圍之外的第三方提供安全可控的接入網(wǎng)絡(luò)資源的能力2)提供資源能力的注冊、查找和訂購提供目前和將來網(wǎng)絡(luò)能夠提供的各種網(wǎng)絡(luò)資源的控制能力資源應(yīng)用編程接口API

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中間件的產(chǎn)生3.網(wǎng)絡(luò)開放的驅(qū)動ParlayAPIEndUserApplicationsNetworkResourcesNetworkResourcesCallControlUserInteractionPolicyManagementMobilityChargingAccountManagementTerminalCapabilitiesDataSessionControlConnectivityManagementGenericMessagingFRAMEWORKPresence能力特征集：1）基本呼叫控制2）多方呼叫控制3）多媒體呼叫控制4）會議呼叫控制5）基本用戶交互6）移動性管理7）終端能力8）數(shù)據(jù)會話控制9）通用消息10）連通性管理11）帳戶管理12）計費管理13）策略管理14）呈現(xiàn)和可用性管理15）多媒體消息……網(wǎng)絡(luò)能力的開放213軟交換系統(tǒng)原理軟交換概念軟交換系統(tǒng)組成軟交換系統(tǒng)協(xié)議棧軟交換系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)和接入技術(shù)軟交換系統(tǒng)業(yè)務(wù)技術(shù)軟交換控制器原理

外圍模塊電路交換矩陣信令/呼叫控制管理/業(yè)務(wù)控制1.軟交換概念接入層接入網(wǎng)關(guān)業(yè)務(wù)控制層網(wǎng)絡(luò)管理與計費

應(yīng)用服務(wù)器軟交換體系結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)電路交換機(jī)體系結(jié)構(gòu)媒體交換層分組交換網(wǎng)呼叫控制層軟交換機(jī)開放的接口協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)以及下一代分組網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備之一。它獨立于傳送網(wǎng)絡(luò)，主要完成呼叫控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認(rèn)證、計費等主要功能，同時可以向用戶提供現(xiàn)有電路交換機(jī)所能提供的所有業(yè)務(wù)，并向第三方提供可編程能力。

-----信息產(chǎn)業(yè)部軟交換定義

外圍接入層核心傳送層會話控制層業(yè)務(wù)/管理層NMC運行支撐系統(tǒng)業(yè)務(wù)提供商PSTN各類接入網(wǎng)7號信令網(wǎng)絡(luò)其它VoIP系統(tǒng)其它軟交換系統(tǒng)智能網(wǎng)SGMGASAGSCPMSSSC軟交換控制器（軟交換機(jī)）呼叫控制資源管理路由控制地址解析/翻譯信令網(wǎng)關(guān)－連接SS7和IP網(wǎng)絡(luò)－實現(xiàn)SS7信令傳輸格式轉(zhuǎn)換中繼媒體網(wǎng)關(guān)－連接PSTN與IP網(wǎng)絡(luò)－實現(xiàn)媒體傳輸格式轉(zhuǎn)換－主要用于中繼接入接入網(wǎng)關(guān)－用于終端用戶/PBX/無線基站的接入－完成媒體流轉(zhuǎn)換和用戶信令處理等功能應(yīng)用服務(wù)器提供業(yè)務(wù)執(zhí)行，管理，開發(fā)環(huán)境媒體服務(wù)器－提供特殊媒體資源－提供IVR功能系統(tǒng)管理中心－提供系統(tǒng)管理功能－連接運行支撐系統(tǒng)IAD綜合接入設(shè)備－用于傳統(tǒng)用戶終端設(shè)備的接入－完成用戶端數(shù)據(jù)、語音等的接入功能2.軟交換系統(tǒng)組成3.軟交換的主要特點軟交換系統(tǒng)的最大優(yōu)勢是將應(yīng)用層和控制層完全分開，有利于快速方便的引入新業(yè)務(wù)。軟交換將傳統(tǒng)交換機(jī)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。軟交換系統(tǒng)部件間的協(xié)議接口基于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，方便了各種異構(gòu)網(wǎng)互通的實現(xiàn)。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)。軟交換可以利用標(biāo)準(zhǔn)的全開放應(yīng)用平臺為客戶定制各種新業(yè)務(wù)和綜合業(yè)務(wù)，最大限度的滿足用戶需求。

應(yīng)用服務(wù)器AAA服務(wù)器網(wǎng)管系統(tǒng)業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)管理計費SSF呼叫控制互通軟交換H.323網(wǎng)絡(luò)SIP網(wǎng)絡(luò)軟交換SG現(xiàn)有IN媒體網(wǎng)關(guān)SIP終端H.248終端MGCP終端SGNo.7網(wǎng)絡(luò)Radius待定SNMPSIPH.323SIP/BICCSIPH.248MGCPH.248INAP/IPSS7/IP4.軟交換的主要功能主要功能呼叫控制和處理功能呼叫的建立、維持和釋放控制功能。協(xié)議功能呼叫控制協(xié)議；傳輸控制協(xié)議；媒體控制協(xié)議；應(yīng)用協(xié)議；管理協(xié)議。業(yè)務(wù)提供功能基本業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、增值業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)交換功能SSP操作維護(hù)功能用戶使用、配置、監(jiān)視軟交換設(shè)備的工具集。計費功能

5.軟交換網(wǎng)關(guān)和接入技術(shù)信令網(wǎng)關(guān)SG媒體網(wǎng)關(guān)MG：

中繼網(wǎng)關(guān)TG接入網(wǎng)關(guān)AG綜合接入設(shè)備IAD實現(xiàn)SCN網(wǎng)絡(luò)與IP網(wǎng)絡(luò)的信令互通，提供SS7信令點和IP網(wǎng)內(nèi)呼叫控制實體（軟交換/呼叫服務(wù)器/媒體網(wǎng)關(guān)控制器）雙向的信令接口，實現(xiàn)SCN信令的中繼、轉(zhuǎn)換或終結(jié)處理。信令網(wǎng)關(guān)的協(xié)議包含兩部分：SCN側(cè)信令協(xié)議：信令網(wǎng)關(guān)必須發(fā)送、接收標(biāo)準(zhǔn)的SCN信令消息，如標(biāo)準(zhǔn)的七號信令協(xié)議。IP網(wǎng)絡(luò)側(cè)協(xié)議：采用IETF的SIGTRAN協(xié)議，完成7號信令在IP網(wǎng)絡(luò)層的封裝，解決7號信令網(wǎng)與IP網(wǎng)實體相互跨界訪問的需要。信令網(wǎng)關(guān)（SG）

軟交換體系中提供專用媒體資源功能的獨立設(shè)備，可以提供音頻或視頻信號的播放以及一些附加功能，用于融合網(wǎng)絡(luò)的增強(qiáng)服務(wù)。

媒體服務(wù)器基本的資源功能有DTMF數(shù)字接收、信號音產(chǎn)生、錄音通知發(fā)送、媒體流合成、傳真等，除此之外還具有會議橋、語音識別、文本語音轉(zhuǎn)換等專用資源。媒體服務(wù)器（MS)

提供中繼接入，可以和軟交換以及信令網(wǎng)關(guān)配合替代現(xiàn)有的匯接/長途局，因此可放置在現(xiàn)有電話網(wǎng)的匯接/長途局位置。中繼網(wǎng)關(guān)由軟交換控制，主要作用是將媒體從一種傳輸格式轉(zhuǎn)換為另一種傳輸格式，最常見的是將電路媒體格式轉(zhuǎn)換為分組媒體格式。中繼網(wǎng)關(guān)要實現(xiàn)以下幾種功能：1）異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入2）媒體流的映射功能3）受控操作功能：在軟交換的控制下，中繼網(wǎng)關(guān)能夠選擇編碼壓縮算法、能夠檢測各種特殊的信號，能夠?qū)ψ陨碣Y源進(jìn)行申請、預(yù)約、占用、釋放等操作。4）管理和統(tǒng)計功能中繼網(wǎng)關(guān)（TG/TMG）應(yīng)用舉例

用戶網(wǎng)絡(luò)接入軟交換核心傳送層的“入口”，負(fù)責(zé)大容量密集用戶或各種接入網(wǎng)用戶的綜合接入。與中繼網(wǎng)關(guān)相同點：接入網(wǎng)關(guān)的主要功能是媒體處理功能，負(fù)責(zé)將SCN側(cè)語音轉(zhuǎn)換為RTP/RTCP分組進(jìn)行發(fā)送，反之亦然。接入網(wǎng)關(guān)可以通過各種具有語音動態(tài)預(yù)測編碼技術(shù)的編碼器（如G.711、G.723和G.726及其變種）來優(yōu)化帶寬。與中繼網(wǎng)關(guān)不同的點：接入網(wǎng)關(guān)除具有媒體處理功能外，通常還具有用戶信令處理功能。接入網(wǎng)關(guān)(AG/AMG)

將用戶端的語音、數(shù)據(jù)和圖像視頻等應(yīng)用需求接入到分組交換網(wǎng)絡(luò)中，并在分組交換網(wǎng)絡(luò)中完成相應(yīng)的功能。IAD用戶端口數(shù)一般不超過48個，無需專門機(jī)房，一般放置于離用戶較近的地方。IAD接入方式使用比較靈活、適應(yīng)范圍廣，如家庭、樓道、桌面、IP超市等。綜合接入設(shè)備IAD

基于IP分組網(wǎng)絡(luò)的智能電話終端。該類終端的語音、視頻和數(shù)據(jù)及信令都是直接基于IP分組方式，采用分組電話信令（H.323、MGCP/H.248、SIP），接受軟交換設(shè)備的控制以實現(xiàn)語音、視頻、數(shù)據(jù)通信功能。智能終端是一個完整的硬件、軟件結(jié)合體，可以通過LAN或ADSL的方式接入IP網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)各類通信功能，因此一般都需要通過靜態(tài)或動態(tài)的方式得到一個IP地址。智能終端雖然可直接實現(xiàn)點對點的通信，但在一個運營商大網(wǎng)絡(luò)中通信時，為了合法的得到服務(wù)，必須有一個到軟交換設(shè)備的顯示的注冊過程以及終端自身的配置過程，這與普通PSTN電話終端插上即用的方式是有一定區(qū)別的。

同時，IP智能終端還必須提供一定的接口以接受軟交換網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)的管理和維護(hù)。IP智能終端6.軟交換系統(tǒng)協(xié)議棧（體現(xiàn)通信軟件特征）SIGTRAN協(xié)議分類按功能實體劃分：軟交換設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器間的接口：SIP、INAP和ParlayAPI等；軟交換設(shè)備和媒體網(wǎng)關(guān)間的接口：MGCP和Megaco/H.248等；軟交換設(shè)備之間的接口：BICC和SIP-T；軟交換設(shè)備和媒體服務(wù)器間的接口：MGCP和SIP；軟交換設(shè)備和IP終端之間的接口：MGCP、SIP和H.323等；軟交換設(shè)備和維護(hù)管理服務(wù)器間的接口：SNMP和COPS等。按協(xié)議功能劃分：呼叫控制協(xié)議：包括ISUP、BICC、SIP-T、SIP、H.323等；媒體控制協(xié)議：包括H.248、MGCP、SIP等；應(yīng)用支持協(xié)議：包括PARLAY、SIP、INAP、MAP、LDAP、RADIUS等；維護(hù)管理協(xié)議：包括SNMP、COPS。軟交換的主要協(xié)議一、H.323

H.323協(xié)議原是ITU為在局域網(wǎng)上開展多媒體業(yè)務(wù)制定的，其初衷是希望該協(xié)議用于多媒體會議系統(tǒng)，但目前它卻在IP電話領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并取得很好效果。目前普遍認(rèn)為H.323協(xié)議是在分組網(wǎng)上支持話音、圖像和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)最成熟的協(xié)議。H.323是一個框架性協(xié)議，它由一系列協(xié)議組成。下圖是H.323協(xié)議棧。

軟交換的主要協(xié)議H.323協(xié)議棧H.323一共定義了四種部件：終端（Terminal）：在基于IP的網(wǎng)絡(luò)上是一個客戶端點?？梢赃M(jìn)行實時單向、雙向通信。終端間使用H.245協(xié)議來進(jìn)行信道容量等的協(xié)商，使用H.255.0協(xié)議進(jìn)行連接建立，使用實時傳輸協(xié)議RTP/實時傳輸控制協(xié)議RTCP進(jìn)行音頻和視頻分組傳輸。網(wǎng)關(guān)（Gateway）：提供分組交換網(wǎng)和電路交換網(wǎng)之間的一個連接。完成通信協(xié)議轉(zhuǎn)換和音視頻編碼格式轉(zhuǎn)換。軟交換的主要協(xié)議關(guān)守（Gatekeeper）：是H.323會議系統(tǒng)的一個可選部件，當(dāng)一個H.323系統(tǒng)中有關(guān)守時，所有類型的終端用戶在建立一次呼叫之前都需要到關(guān)守登錄并獲得它的許可。多點控制單元（MCU）：支持3個以上的終端用戶進(jìn)行會話。典型的MCU包括一個多點控制器（MC）和若干個多點處理器（MP）。MC提供控制功能，如終端之間的協(xié)商，決定處理話音或視頻共有的能力。MP完成會話中的媒體流的處理，如話音的混合、話音/視頻交換。軟交換的主要協(xié)議二、MGCP（媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議

）H.323網(wǎng)絡(luò)向下一代IP電話網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)時，H.323網(wǎng)關(guān)的媒體和信令處理功能將會分離：媒體網(wǎng)關(guān)（MG）只負(fù)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。MGC和MG之間的通信采用MGCP或H.248協(xié)議。其中MGCP為IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組：全球互聯(lián)網(wǎng)最具權(quán)威的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織）的標(biāo)準(zhǔn)，H.248為ITU-T（國際電信聯(lián)盟）的標(biāo)準(zhǔn)。ISO已經(jīng)明確指出MGCP最終將被H.248協(xié)議所代替，但在一定時間內(nèi)MGCP還會繼續(xù)存在。軟交換的主要協(xié)議三、H.248協(xié)議H.248協(xié)議又稱為媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議Megaco。H.248是IETF和ITU-T制定的媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議，用于媒體網(wǎng)關(guān)控制器和媒體網(wǎng)關(guān)之間的通信。H.248/Megaco是在MGCP基礎(chǔ)上發(fā)展和演變而來的，兩者的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和控制機(jī)理完全相同。H.248/Megaco在功能上有所擴(kuò)展，如MGCP只支持文本編碼，H.248/Megaco則增加了二進(jìn)制編碼。雖然主流廠商大多已開發(fā)出支持MGCP設(shè)備，ISO明確指出MGCP最終將被H.248/Megaco替代。軟交換的主要協(xié)議H.248協(xié)議應(yīng)用在媒體網(wǎng)關(guān)和軟交換之間、軟交換和H.248/Megaco終端之間，是軟交換支持的重要協(xié)議。如下圖：H.248協(xié)議應(yīng)用范圍所示。軟交換的主要協(xié)議H.248/Megaco協(xié)議的兩個基本概念：終端：媒體網(wǎng)關(guān)邏輯實體，能夠發(fā)送和接受一個或多個媒體，如模擬用戶接入網(wǎng)關(guān)中的電話線、中繼網(wǎng)關(guān)中的中繼電路。一臺終端在任一時刻屬于且只能屬于一個上下文。上下文：一些終端之間的聯(lián)系，是描述終端間拓?fù)潢P(guān)系和媒體交換的參數(shù)，可通過Add命令進(jìn)行創(chuàng)建，通過Subtract、Move命令進(jìn)行刪除。軟交換的主要協(xié)議H.248通過Add、Modify、Subtract、Move、AuditValue、AuditCapability、Notify和ServiceChange八個命令完成對終結(jié)點和關(guān)聯(lián)之間的操作，從而完成呼叫的建立和釋放。典型的H.248/Megaco呼叫過程為：（1）主叫摘機(jī)；（2）媒體網(wǎng)關(guān)（MG）檢測到摘機(jī)信息后，通過Notify命令將摘機(jī)事件報告給媒體網(wǎng)關(guān)控制器（MGC）；（3）MGC通過Add命令讓MG將主叫端口加入一個上下文Context，并向主叫送撥號音；（4）用戶撥號，MG將收到的號碼通過Notify命令報告給MGC；（5）MGC分析被叫號碼，找出被叫MG，命令被叫方MG將被叫端口加入一個Context；（6）MGC命令主叫MG向主叫送回鈴音，被叫MG向被叫送振鈴音；（7）被叫摘機(jī)，MGC命令兩個MG連接主被叫；（8）主/被叫掛機(jī)，MGC命令各MG釋放主被叫連接，將主/被叫端口Context清空。軟交換的主要協(xié)議四、SIP協(xié)議SIP(會話啟動協(xié)議)是IETF提出的在IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行多媒體通信的應(yīng)用層控制協(xié)議，利用SIP可實現(xiàn)會話的發(fā)起、建立和釋放，支持單播、組播和移動性，SIP還可與SDP（會話描述協(xié)議）配合，動態(tài)調(diào)整和修改會話屬性，如通話帶寬、傳輸媒體類型及媒體的編解碼格式。在各類軟交換系統(tǒng)中，SIP協(xié)議主要應(yīng)用于軟交換與SIP終端之間，或者將SIP協(xié)議用于軟交換與應(yīng)用服務(wù)器之間，提供基于SIP的增值業(yè)務(wù)。軟交換的主要協(xié)議SIP網(wǎng)絡(luò)采用客戶機(jī)/服務(wù)器工作方式，包含兩類組件：用戶代理(UserAgent)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(NetworkServer)。用戶代理又分為用戶代理客戶端(UAC)和用戶代理服務(wù)器(UAS)，其中UAC負(fù)責(zé)發(fā)起SIP呼叫請求，UAS負(fù)責(zé)對呼叫請求做出響應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器主要為用戶代理提供注冊、認(rèn)證、鑒權(quán)、路由等服務(wù)，分為代理服務(wù)器(ProxyServer)、重定向服務(wù)器(RedirectServer)和注冊服務(wù)器(Register)三種。軟交換的主要協(xié)議SIP的主要請求消息：Register：本地服務(wù)登記Invite：初始化呼叫Ack：證實客戶機(jī)收到了對Invite請求的最終響應(yīng)Cancel：取消正在進(jìn)行中的請求Bye：結(jié)束會話Options：詢問遠(yuǎn)端支持的特性軟交換的主要協(xié)議例：假設(shè)呼叫在兩個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，MG1和MG2屬于同一個軟交換控制的范圍。7.軟交換呼叫控制原理43具體信令交互流程：44