眾望所歸—基于IP軟交換的關鍵技術與協(xié)議
北京郵電大學 戰(zhàn)曉蘇
2004/03/26
軟交換技術結合了傳統(tǒng)的語音網絡的可靠性和新興的IP技術的靈活性與有效性優(yōu)點，能使現(xiàn)有公共交換電話網的能力發(fā)揮得淋漓盡致，并使公共交換電話網穩(wěn)步地實現(xiàn)向IP數(shù)據網的轉移。
基于IP軟交換的技術特點
軟交換技術的產生主要基于以下三方面技術的發(fā)展：
一是IP技術應用于通信領域，成功地研究出基于VoIP技術的IP電話。
二是將電信網絡中的互聯(lián)設備——網關功能分解為兩部分：一部分只負責不同網絡的媒體格式的適配轉換，稱之為媒體網關（MGW）；另一部分是網關的所有控制功能單獨設置，稱之為媒體網關控制器（MGC）。
三是智能網技術。智能網將業(yè)務控制和呼叫控制分離，提出了獨立于交換網絡的業(yè)務控制架構。
上述三方面技術為軟交換技術的產生奠定了技術基礎。
軟交換技術的主要特點如下：
·呼叫控制與承載分離。軟交換技術的基本思想是把呼叫控制功能從媒體網關（傳輸層）中分離出來，通過服務器上的軟件實現(xiàn)基本呼叫控制功能，使得呼叫控制功能與承載網絡之間無過多的依存關系，這在當前多網并存的情況下，為實現(xiàn)承載層網絡融合提供了有利條件。
軟交換實現(xiàn)的呼叫控制功能包括呼叫選路、管理控制、連接控制（建立/拆除會話）和信令互通（如從No.7到IP）等。
·業(yè)務控制與呼叫控制分離。它使業(yè)務真正地從網絡中獨立出來，為縮短新業(yè)務開發(fā)周期提供了良好的條件。業(yè)務控制與呼叫控制分離使軟交換具備了靈活的業(yè)務提供方式，用戶可以自行配置和定義自己的業(yè)務特征，不必關心承載業(yè)務的網絡形式以及終端類型，真正實現(xiàn)“業(yè)務由用戶編程實現(xiàn)”的設想。
·采用開放式業(yè)務接口（API）及標準協(xié)議。軟交換把網絡資源、網絡能力封裝起來，通過標準開放的業(yè)務接口與業(yè)務應用層相連。各功能實體（控制層設備和傳輸層設備）之間通過標準的協(xié)議進行連接與通信，使業(yè)務提供者自由地將傳輸業(yè)務與控制協(xié)議相結合，實現(xiàn)業(yè)務轉移。這樣，下一代網絡中的功能部件就可以獨立發(fā)展、擴容和升級，也使各運營商可以根據自己的需要，全部或部分地利用軟交換體系的產品，采用適合自己的網絡解決方案。
軟交換技術參考模型
圖1為ISC（國際軟交換協(xié)會）推薦的軟交換技術參考模型，這一參考模型涉及到傳輸平面、控制平面、應用平面、數(shù)據平面和管理平面等五個平面。
傳輸平面處于最底層，負責語音視頻等具體承載數(shù)據的傳送，包括交換功能、邏輯端口功能、適配功能和物理信令功能等，與傳輸平面相關的參考點有A、B、C。其中：A為信令信道，采用IETF
IPS7協(xié)議；Ｂ參考點處于邏輯端口功能和設備控制功能之間，采用MGCP、MeGaCo、IPDC、Q.931等協(xié)議；C參考點采用VSI、GSMP等協(xié)議。傳輸平面與外部的接口1采用TDM話路或分組鏈路，包括帶內信令。
控制平面處于第二層，提供控制功能，如信令處理、承載連接控制、設備控制、呼叫腿（Leg）控制、網守（Gatekeeper）和代理信令等功能。其中：參考點D位于信令處理功能和數(shù)據庫功能之間，采用TCAP信令；參考點Ｅ在信令處理功能和會話控制功能之間，采用TCAP信令，用于IN請求等傳送，業(yè)務邏輯對呼叫的控制等消息傳送；參考點F1、F2分別采用呼叫控制API和承載連接控制API，如TAPI、JTAPI等�？刂破矫媾c外界的接口2采用H.323（H.225/H.245）、SIP、TCAP（TCAP/SCCP/M3UA/SCTP/IP）等協(xié)議和信令。
第三層應用平面提供業(yè)務和應用控制功能，包括會話控制、業(yè)務邏輯、翻譯、路由及策略等功能。其中：H參考點介于會話控制功能和業(yè)務邏輯功能之間，采用JAIN、Parlay等公共API；G參考點和I參考點采用TCAP、LDAP等協(xié)議；J參考點尚未定義。應用平面與外界的接口3采用H.323（H.225）、SIP、JCAT等協(xié)議。
數(shù)據平面提供數(shù)據庫功能，如計費服務，其具體功能、參考點和接口另文討論。
管理平面提供管理功能，包括對網絡操作/控制、網絡鑒權、網絡維護和網絡實體等管理，管理接口采用SNMP v2、CMIP等協(xié)議。
基于軟交換技術網絡的體系結構
基于軟交換的網絡體系結構分成媒體接入層、傳輸服務層、控制層和業(yè)務應用層，軟交換的核心位于控制層。
·媒體接入層：設有各種網關，用于實現(xiàn)異構網絡到核心傳輸網以及異構網絡之間的互連互通。
媒體網關負責管理PSTN與分組數(shù)據網絡之間的互通，以及不同媒體、信令的相互轉換（協(xié)議分析、語音編解碼、回聲消除、數(shù)字檢測和傳真轉發(fā)等）。
信令網關負責提供SS7信令網絡（SS7鏈路）和分組數(shù)據網絡之間的交換（包括協(xié)議ISUP、TCAP等的轉換）。
無線網關負責移動通信網到分組數(shù)據網絡的交換。
軟交換通過提供基本的呼叫控制和信令處理功能，對網絡中的傳輸和交換資源進行分配和管理，在這些網關之間建立呼叫或進行已定義的其他復雜處理，并生成本次處理的詳細記錄。
·傳輸服務層：提供各種信令和媒體流傳輸?shù)耐ǖ��；谲浗粨Q技術的混合網絡的傳輸網可以是IP、ATM或其他任何類型的分組網絡，但是更傾向使用IP分組網。
·控制層：提供呼叫控制、連接控制和協(xié)議處理能力，并為業(yè)務應用層提供訪問底層各種網絡資源的開放式接口。IP網絡用于傳統(tǒng)數(shù)據業(yè)務時沒有呼叫連接的概念，但是用于電信業(yè)務時，通信雙方還是需要先建立某種聯(lián)系（如確定對方端口地址）。這種聯(lián)系控制機制在IP網絡中被稱為會話控制，類似于電信中的呼叫控制。
控制層組成主要是軟交換設備。軟交換通過與各種媒體網關的交互作用，實現(xiàn)不同網絡之間的業(yè)務層融合。
·業(yè)務應用層：決定提供和生成哪些業(yè)務，并通知控制層做出相應的處理。該層有多種業(yè)務生成服務器，提供各種業(yè)務控制邏輯，完成增值業(yè)務處理。
應用服務器提供執(zhí)行、管理、生成業(yè)務的平臺，負責處理與控制層中軟交換的信令接口；駐留在應用服務器內的應用程序接口（API），為下面的業(yè)務和交換功能提供接入和生成的手段；應用服務器也可單獨生成和提供各種各樣增強的業(yè)務。
媒體服務器用于提供專用媒體資源（IVR、會議、傳真）的平臺，并負責處理與媒體網關的承載接口。
基于軟交換技術的混合網絡采用分層、開放的體系結構，使上層業(yè)務與底層的異構網絡無關，體現(xiàn)了業(yè)務驅動的理念，為實現(xiàn)多網融合和靈活的業(yè)務提供創(chuàng)造了條件。
與軟交換技術密切相關的協(xié)議
軟件交換技術的目標是建設一個能夠提供話音、數(shù)據、多媒體等多種業(yè)務的，集通信、信息、電子商務、娛樂于一體，滿足自由通信的分組融合網絡。為了實現(xiàn)這一目標，IETF、ITU-T、ISC、IPCC制定并不斷完善系列標準協(xié)議，如H.248/Megaco、SIP、BICC、SIGTRAN、H.323等。
1. 主要協(xié)議
（1）SIP協(xié)議（Session Initiation Protocol，會話初始協(xié)議） IETF制定的多媒體通信系統(tǒng)框架協(xié)議之一，它是一個基于文本的應用層控制協(xié)議，獨立于底層協(xié)議，用于建立、修改和終止IP網上的雙方或多方多媒體通信，即多媒體業(yè)務域間采用SIP協(xié)議。SIP是在SMTP（簡單郵件傳送協(xié)議）和HTTP（超文本傳送協(xié)議）基礎之上建立起來的。SIP用來生成、修改和終結一個或多個參與者之間的會話。這些會話包括因特網多媒體會議，因特網（或任何IP網絡）電話呼叫和多媒體發(fā)布。為了提供電話業(yè)務，SIP還需要不同標準和協(xié)議的配合，例如，實時傳輸協(xié)議（RTP）、能夠確保語音質量的RSVP、能夠提供目錄服務的LDAP、能夠鑒權用戶的RADIUS，并實現(xiàn)與當前電話網絡的信令互聯(lián)等。
SIP協(xié)議借鑒了HTTP、SMTP等協(xié)議，還與RTCP、SDP、RTSP、DNS等協(xié)議配合，支持代理、重定向、登記定位用戶等功能，支持用戶移動。
（2）BICC協(xié)議（Bearer Independent Call Control protocol, BICC協(xié)議） 解決了呼叫控制和承載控制分離的問題，使呼叫控制信令在各種網絡上承載，包括MTP SS7網絡、ATM網絡、IP網絡。BICC協(xié)議由ISUP演變而來，是傳統(tǒng)電信網絡向綜合多業(yè)務網絡演進的重要支撐工具，即電話業(yè)務域和多媒體業(yè)務域間采用BICC協(xié)議。
BICC協(xié)議由CS1（能力集1）逐步向CS2、CS3發(fā)展。CS1支持呼叫控制信令在MTP SS7、ATM上的承載，CS2增加了在IP網上的承載，CS3則關注MPLS、IP QoS等承載應用質量以及與SIP的互通問題。
�。�3）H.248/Megaco（Media Gataway Control Protocal） IETF、ITU-T制定的媒體網關控制協(xié)議，用于媒體網關控制器和媒體網關之間的通信。H.248協(xié)議又稱為MeGaCo/H.248。
H.248/Megaco協(xié)議是網關分離概念的產物。網關分離的核心是業(yè)務和控制分離，控制和承載分離。這樣使業(yè)務、控制和承載可獨立發(fā)展，運營商在充分利用新技術的同時，還可提供豐富多彩的業(yè)務，通過不斷創(chuàng)新的業(yè)務提升網絡價值。
H.248/Megaco是在MGCP協(xié)議（RFC2705定義）的基礎上，結合其他媒體網關控制協(xié)議特點發(fā)展而成的一種協(xié)議，它提供控制媒體的建立、修改和釋放機制，同時也可攜帶某些隨路呼叫信令，支持傳統(tǒng)網絡終端的呼叫。該協(xié)議在構建開放和多網融合的NGN中，發(fā)揮著重要作用。
�。�4）SIGTRAN IETF的一個工作組，其任務是建立一套在IP網絡上傳送PSTN/ISDN信令的協(xié)議，SIGTRAN協(xié)議包括SCTP、M2UA、M3UA，提供了和SS7 MTP同樣的功能，SIGTRAN協(xié)議棧如圖2所示。
·SCTP：流控制傳送協(xié)議，用于在IP網絡上可靠地傳輸PSTN信令，可替代TCP、UDP協(xié)議；SCTP在實時性和信息傳輸方面更可靠、更安全；TCP為單向流，且不提供多個IP連接，安全方面也受到限制；UDP不可靠，不提供順序控制和連接確認。
·M2UA：MTP2用戶適配，支持MTP3互通和鏈路狀態(tài)維護，提供與MTP2同樣的功能。
·M3UA： MTP3用戶適配，支持MTP3用戶部分互通，提供信令間編碼和IP地址的轉換。
·SUA：信令用戶適配，支持SCCP用戶互通，相當于TCAP Over IP。
·M2PA：MTP2用戶對等適配層協(xié)議，支持MTP3互通，支持本地MTP3功能，支持M2PA SG（信令網關），可以作為STP。
�。�5）H.323 一套在分組網上提供實時音頻、視頻和數(shù)據通信的標準，提供VoIP和多媒體應用，是具有電信網可管理性的IP電話體系。H.323是ITU-T制定的在各種網絡上提供多媒體通信的系列協(xié)議H.32x的一部分。
總之，基于IP軟交換的網絡是一個融合網絡，包括PSTN/ISDN、H.323、ATM/IP等各種網絡。SIP協(xié)議是NGN多媒體通信協(xié)議，用于軟交換、SIP服務器和SIP終端之間的通信控制和信息交互，擴展的SIP-T可使SIP消息攜帶ISUP信令；在需要媒體轉換的地方可設置媒體網關，H.248/Megaco為媒體網關控制器（MGC），用于控制媒體網關，完成媒體轉換功能，它并不負責呼叫控制功能；H.323也是多媒體通信協(xié)議，它比SIP、H.248/Megaco的發(fā)展歷史更長，是一項復雜的協(xié)議，升級和擴展性不是很好，SIP+H.248/Megaco可取代H.323，為了與H.323網絡互通，NGN必須支持該項協(xié)議;SIGTRAN用于解決IP網絡承載七號信令的問題，它允許七號信令穿過IP網絡到達目的地；BICC可使ISUP協(xié)議在不同承載網絡（ATM、IP、PSTN）上傳送。
2．協(xié)議分類
上述協(xié)議包含非對等和對等兩類協(xié)議。非對等協(xié)議主要指媒體網關控制協(xié)議H.248/Megaco；對等協(xié)議包括SIP、H.323、BICC等，SIGTRAN為信令傳送協(xié)議。由于歷史原因，這些協(xié)議有些相互補充，有些則相互競爭。H.248/Megaco是一個非對等主從協(xié)議，與其他協(xié)議配合可完成各種NGN業(yè)務。SIP、H.323均為對等協(xié)議，存在競爭關系，由于SIP具有簡單、通用、易于擴展等特性，逐漸發(fā)展成為主流協(xié)議。圖3和圖4分別為各協(xié)議之間的關系/分布與其體系結構。
軟交換的對外接口
軟交換與媒體網關之間的接口用于軟交換對媒體網關的承載控制、資源控制/管理，可使用媒體網關控制協(xié)議（MGCP）、Internet設備控制協(xié)議（IPDC）、SIP協(xié)議、H.323和H.248協(xié)議。
軟交換與信令網關間的接口用于傳遞軟交換和信令網關間的信令信息，可采用信令控制傳輸協(xié)議（SCTP）或其他類似協(xié)議。
軟交換之間的接口實現(xiàn)不同軟交換之間的交互，可采用SIP-T、H.323或BICC協(xié)議。
軟交換與應用/業(yè)務層之間的接口提供訪問各種數(shù)據庫、三方應用平臺、功能服務器等接口，實現(xiàn)對增值業(yè)務、管理業(yè)務和三方應用的支持。其中：軟交換與應用服務器間的接口可采用SIP、API，如Parlay，提供對三方應用和增值業(yè)務的支持；軟交換與策略服務器間的接口對網絡設備工作進行動態(tài)干預，可采用COPS協(xié)議；軟交換與網關中心間的接口實現(xiàn)網絡管理，采用SNMP；軟交換與智能網SCP之間的接口實現(xiàn)對現(xiàn)有智能網業(yè)務的支持，采用INAP協(xié)議。
·觀點·
軟交換今后要重點研究與解決的問題
我國從上個世紀90年代后期開始啟動軟交換技術的研究，正式參加了ITU-T SG 13組的研究工作。同時，在軟交換論壇（ISC，又稱國際軟交換協(xié)會）成立之初就參加到其中進行工作。ISC后又改名為IPCC（國際分組通信論壇）。在軟交換技術的研究方面，我國基本上與國際保持同步。
今后幾年，軟交換技術需要從以下幾個方面進行深入研究：
（1）基于軟交換技術的網絡控制體系結構與協(xié)議
考慮到基于軟交換技術的網絡體系結構中控制功能日趨分布的特性，需要研究以下內容：網絡接入側及核心網內部的資源與QoS、媒體處理、編碼轉換和信息傳送、呼叫/會話控制、業(yè)務控制。在這個結構中，應該包括：一是媒體訪問關口(在網絡邊界)管理，具有防火墻、NATP、傳送策略執(zhí)行等功能；二是具有資源控制管理，包括接納控制、接入請求處理功能；三是接入會話控制管理，包括地址分配、用戶定位、用戶訪問剖面(profile)管理功能；四是業(yè)務控制管理，包括用戶注冊、用戶業(yè)務剖面處理、業(yè)務請求處理、業(yè)務交互管理功能。
（2）協(xié)議的兼容性和互操作性
考慮軟交換技術在服務和網絡層面上將涉及大量的協(xié)議，因此必須保證系統(tǒng)和網絡間的互操作性。該研究領域主要研究內容包括：一是復雜系統(tǒng)互操作剖面規(guī)范，二是標準一致性認證規(guī)范，三是相關程序和文檔(包括開發(fā)工具)的研發(fā)。
各設備供應商的軟交換技術與產品在技術標準及協(xié)議方面還難以做到相互兼容。有些協(xié)議如BICC協(xié)議、STP-T協(xié)議、H.248協(xié)議還在不斷發(fā)展，協(xié)議的選擇要由運營商根據業(yè)務的需求進一步確定。
（3）服務能力和服務體系結構
考慮到現(xiàn)在的趨勢和將來用戶需求的變化，業(yè)務應當包括實時和非實時、有線和無線、人與人、人與機器以及機器與機器間的通信。主要研究問題包括：具體規(guī)定應用業(yè)務與網絡分離；建立適當?shù)臉I(yè)務體系結構，著重解決在接口處支持不同的商用模型和不同環(huán)境下的無縫通信；應考慮后向兼容性，即現(xiàn)有的業(yè)務和系統(tǒng)的演進。
（4）網絡QoS和安全問題的解決方案
（5）大型網絡的組網和運營經驗的積累，建立一個實用的商業(yè)模型
如何建立基于軟交換技術的商業(yè)模型是軟交換應用面臨的一個實際問題，其中包換網絡結構、用戶標識、終端管理、QoS保證和運營策略等各方面的問題。
計算機世界網(www.ccw.com.cn)
相關鏈接: