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续合元:软交换技术的发展和问题

http://www.sina.com.cn 2004年03月16日 15:55 新浪科技

  续合元

  1概述

  软交换是电路交换网向分组网演进的核心设备,也是下一代电信网络的重要设备之一,它独立于底层承载协议,主要完成呼叫控制、媒体网关接入控制、资源分配、协议处理
、路由、认证、计费等主要功能,并可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务以及多样化的第三方业务。软交换的概念是随着IP网和ATM网的发展而产生的,而且也是下一代网路发展中所采用的理念。它的主要特点是:

  -----业务提供和呼叫控制分开;

  ----呼叫控制和承载连接分开;

  ----开放的接口,便于第三方提供业务;

  ----智能化、个性化和移动性;

  ----软交换是用于话音、数据、移动业务和多媒体业务的综合呼叫控制系统,用户通过各种接入设备包括中继媒体网关、接入媒体网关、无线接入网关等以及各种IP/ATM终端连接到IP/ATM网。通过IP/ATM承载提供各种呼叫连接,通过各种业务提供系统向用户提供各种服务。

  目前我国电信运营商基本上都在做程度不同的各种软交换试验,其中有些是纯试验(试验中不带商业用户),有些是商业试验(试验中带商业用户),但是都没有大规模地在自己的电信网中发展软交换,究其原因,一是软交换是一种新的技术,从网络的发展来看是一种方向,它在用户接入和业务提供上较传统的电路交换网有许多优越性,所以各运营商都比较关注这个问题而进行软交换试验,探索未来的发展方向;另一方面软交换这种组网技术还存在一些问题,因此各运营商还在犹豫。本文就软交换的发展和存在的问题两方面探讨一下软交换技术,同时提出一些意见和看法供大家参考。

  2软交换的组网

  下一代网络必然是集话音、数据、传真和视频业务于一体的全新的网络。在向未来网络发展的过程中,运营商们已经越来越清楚地意识到这一点,软交换的思想正是在下一代网络建设的强烈需求下孕育而生的。软交换思想吸取了IP、ATM、IN和TDM等众家之长,完全形成分层的全开放的体系架构,使得各个运营商可以根据自己的需要,全部或者部分利用软交换体系的产品,采用适合自己的网络解决方案,在充分利用现有资源的同时,寻找到自己的网络立足点。

  软交换是下一代网络的核心控制设备,软交换的组网可以分为四个层面:业务应用层、控制层、承载传送层和接入层,其网络体系模型如下图1所示。

  图1软交换的组网的体系架构

  2.1接入层

  接入层将各种不同的网络及终端设备接入,主要是把现有网络相关的各种网关或终端设备接入软交换控制的网中。接入层包括信令网关(SG)、中继网关(TG)、接入网关(AG)、综合接入网关(IAD)、无线接入网关(WAG)、网络接入服务器(NAS)等。

  信令网关是No.7信令网与分组网的边缘接收和发送信令消息的信令代理,它完成No.7信令网的消息传递部分(MTP)与IP侧信令传送(SIGTRAN)的转换,而对高层No.7信令用户部分,例如电话用户部分(TUP)、ISDN用户部分(ISUP)、信令连接控制部分(SCCP)进行透明传送。

  中继网关主要用于软交换和PSTN/ISDN/PLMN通过E1中继互通时,完成电路交换网的承载通道和分组网的媒体流之间进行转换处理功能。

  接入网关用于为各种用户提供多种类型的业务接入,如:模拟用户接入、ADSL接入、局域网接入、V5接入等。

  综合接入设备主要是面向个人用户及小型企业用户的网关设备,将用户端各类终端设备(如PC、电话、传真)接入到分组交换网中,基于IP网的IAD完成如下功能:

  ——对数据业务进行透传;

  ——对语音提供VOIP处理;

  ——为用户提供多项业务。

  无线接入网关主要完成无线用户的接入。

  网络接入服务器主要完成拨号上网用户或宽带上网用户接入到Internet。实际上,用户的上网并不受软交换的控制。

  2.2承载层

  承载层为采用分组交换技术的分组交换网络,主要由路由器及ATM交换机构成,为下一代网络提供一个高可靠性、具有服务质量保证、大带宽的统一综合传送平台。

  2.3控制层

  软交换的主要设计思想是业务/控制与承载传送分离,各实体之间通过标准的协议进行连接和通信。其主要功能包括以下几部分:

  ——呼叫控制功能

  ——业务提供功能

  ——业务交换功能

  ——互通功能

  ——SIP代理功能

  ——计费功能

  ——网管功能

  ——路由、地址解析和认证功能

  2.4业务层

  业务层主要指面向用户提供各种应用和服务的设备。它采用开放、综合的业务接入平台,为下一代网络提供各种增值业务、多媒体业务和第三方业务,同时还具有相应的业务生成和维护环境。业务层可能包括应用服务器、AAA服务器、业务控制点(SCP)、策略服务器、第三方服务器。

  应用服务器负责各种增值业务和智能业务(可选)的逻辑执行和管理,并且提供各种开放的API,为第三方业务的开发提供创作平台,应用服务器是一个独立的组件,与控制层的软交换无关,从而实现业务和呼叫控制的分离,有利于新业务的引入。

  AAA服务器通过与软交换的交互完成用户的认证、鉴权、计费等功能。

  第三方服务器是由第三方开发商,通过应用服务器的标准业务API接口或独立的API网关提供的API接口,不断为用户开发出各种新型业务。

  策略服务器是按照一定的策略对网络特性进行实时、智能、集中式的调整和干预,以保证整个系统的稳定性和可靠性。

  3软交换的优势和发展方向

  原理上,未来发展软交换技术有许多优越性,例如软交换真正实现了电信级的解决方案、分层的网络结构保证了高可靠性、灵活的组网方式提供了多样的解决方案、降低了网络的建设成本、更多的新业务提供手段创造了新的收入来源、集中智能的网络管理体系等,但是我国发展软交换或吸引某些运营的发展潜力和可能性主要是软交换组网灵活的接入方式、更多的新业务提供手段和更短的业务提供周期、终端的个性化和智能化。

  3.1软交换组网灵活的接入方式

  自从我国的电信业由原来的中国电信独家经营变为现在的5+1格局后,竞争更加激烈。目前各运营者不再像以前盲目地进行投资,而是经过实际地研究和调查之后,根据本公司的发展方向而进行投资。而IP电话在中国经过几年的风风雨雨之后,一些运营者已经对IP电话有了重新的认识,认为H.323 IP电话不会替换传统的电路交换网,但是H.323 IP电话可以作为传统长途电路交换网的补充手段,向特定的用户群提供业务质量稍差但价格便宜的服务,而对于业务质量要求高的高端用户,还是需要电路交换网向用户提供业务。

  对于运营者,软交换或NGN的诱惑力,并不是长途IP电话的价格便宜,而是利用软交换特有的技术,向用户的住宅、办公室放一根五类线,就可以提供话音数据视频多媒体业务的一整套解决方案,而不象传统的运营模式,向用户提供话音服务要向用户的住宅或办公室放一对铜线,向用户提供数据或上网服务又要向用户的住宅或办公室放网线,这对于用户是很难接受的。因此软交换或NGN对新的运营者或没有本地网的运营者,在与传统电信运营商的发展新用户的竞争中,能够向用户提供新的服务,就具有了较强的竞争力。下面是采用软交换组网的技术,把用户接入网络提供业务的几种方式。

  3.1.1个人办公方案

  如图2所示,它采用软交换+TG+SG+IAD的方式,其环境是用户只有五类线,无双绞线资源,主要应用于家庭/SOHO(small office home office)、楼道、学校、商业楼宇及企业。其中的TG和SG解决用户与PSTN用户的互通,IAD把用户的话音和数据业务接入网络。

  图2个人办公接入方案

  从图中可以看出,虽然用户到局方的交换机没有双绞线,只有五类线,但是它可以利用软交换控制的综合接入设备提供的下行Z接口和RJ45口向办公室、家中、商业楼宇/楼道提供话音、数据业务。这种方案的优点是方式简单,一方面其可利用现有数据网资源迅速提供用户语音业务,另一方面无需用户侧有双绞线资源,用户接入迅速。

  3.1.2小区方案

  如图3所示,采用软交换+TG+SG+AG方案,可以为几百到几千用户提供语音接入,其特点是用户接入容量大,适用于大型企业、集团用户、学校和商业楼宇等。如果在一个小区,既有双绞线到户,又有五类线到户、PRI到户或XDSL到户,同时集中用户比较多,可以考虑采用AG的方案。

  图3小区接入方案

  从图中可以看出,TG和SG是解决用户与PSTN用户的互通,AG把各种用户(例如双绞线用户、XDSL用户、五类线用户等)接入网络,AG设置在社区进行集中管理,它适合于大型企业、集团,便于实现用户的统一管理与资费,便于为企业提供统一的业务,成本低廉。

  3.1.3智能终端方案

  如图4所示,采用软交换+TG+SG+IP-电话机或PC-电话机方案,用户终端IP话机或PC机直接接入分组网,可灵活地为用户提供VOIP语音业务和各项智能增值业务。

  图4智能终端接入方案

  智能终端方案,是指将IP语音终端直接接入分组网,在终端将语音信号压缩并编码为RTP流,每一个语音终端分配一个确定的IP地址,目前智能终端主要采用的是H.323终端、SIP终端。在软交换的控制管理下,智能终端可以实现智能终端与智能终端之间、智能终端与其他接入网关及IAD用户之间、终端与固定电话网之间的互通。

  从上面介绍的几种接入方式,可以看出采用软交换技术后可以方便地把各种用户接入网络,提供一整套解决方案

  3.2新的业务提供方式

  传统电话网的业务主要有两种,交换机提供的基本业务、补充业务、智能业务和智能网提供的智能网业务,而采用软交换的组网技术之后,有了更多的业务提供方式和更多的业务,并且提供业务的周期也相应地缩短。

  3.2.1软交换提供的业务

  软交换继承了PSTN/ISDN原有电信网的基本业务和补充业务,可以实现电话业务、传真业务、号码识别类补充业务、呼叫提供类补充业务、呼叫完成类补充业务、多方通信类补充业务、centrex业务等,还可以与网络的其他实体结合提供新的业务。

  3.2.2与Internet结合提供的业务

  1)用户对业务的个性化管理

  用户可以通过上网登录到一个WEB服务器,对用户的各种业务进行设置,然后WEB服务器再把设置的业务装载到应用服务器或软交换。例如用户通过上网配置各种呼叫前转地数据、配置呼叫筛选(可有选择地接听和拒绝呼叫)、根据来电配置铃声、当被叫用户注册了多个接续号码时,可配置接续的方式和次序等。

  2)多媒体业务

  网络提供的不再是简单的话音业务,还可以提供各种类型媒体的业务。例如多媒体视频业务,通过文本在不同用户间在线聊天的即时消息业务,主动向对方推送WEB页面实现同址浏览的PUSH业务,通过白板、文件传送、剪贴板共享和在线游戏等手段实现跨地域的协同工作业务等。

  3.2.3应用服务器提供的业务

  传统的电话交换网提供的智能网业务是在业务交换点检出触发点之后,在业务控制点(SCP)的控制下执行业务逻辑。由于信令网关实现了软交换与No.7信令网的互通,软交换可以访问No.7信令网中地SCP,因此在软交换也可以触发智能网中定义的业务。

  如果这些智能网业务定义在应用服务器,也是这些业务提供的一种方式,它与传统智能网业务的不同之处在于,传统智能网业务的业务规程是在No.7信令网的MTP/SCCP上传送,而这种业务的应用规程是基于IP的传送层传送。

  应用服务器还可以向用户提供个性化的业务,例如对不同来电方提供不同个性化问候的个性化问候业务、对来电基于TOD(Time Of Day)、DOW(Day Of Week)进行屏蔽的屏蔽业务等业务。

  3.2.4第三方提供的业务

  从图1软交换的组网的体系架构中可以看出,在业务应用层面包含应用服务器和第三方服务器。也就是说未来的业务可以由电信运营商在应用服务器提供,也可以由认证的第三方在第三方服务器来提供。具体的实现方式是电信运营商向第三方的应用服务器提供一种应用编程接口(API),第三方服务器使用API完成业务的实现。其中API是屏蔽了具体的网络资源(例如SIP、INAP、MAP等)而抽象出的一种接口,它包括呼叫控制、用户交互、移动性、终端能力、计费等,Parlay就是其中的一种API。API与网络资源的映射由API网关实现,它可以由应用服务器完成,也可以由独立的API网关完成。

  从上可以看出,提供业务的第三方可以不再关心复杂的网络资源,而利用较为高级API接口来实现业务逻辑,因此可以快速灵活地完成各种新业务的生成和控制,而加载新业务对整个系统的影响很小,不象传统交换机的升级那么复杂,而电信运营商也勿需又要运营网络,还要维护业务。

  上面只是侧重了业务在实现时的某种方式,事实上某种具体业务的实现可能采用这种方式提供,也可能采用另一种方式实现,或上述几种方式的组合。

  3.3终端的多功能

  软交换或NGN体系中用户终端也发生了相应的变化,传统电路交换网中的终端是普通的模拟电话机,最基本的业务就是拨打接听电话,如果增加新的业务就需要用户换具有新功能的终端,例如向用户提供主叫用户号码显示业务和固定网短消息业务,都需要用户更新终端。而软交换或NGN体系中的终端将是智能终端,它可以是专用的智能终端,也可以是装载专用软件的普通电脑,这样向用户提供新的业务并不需要用户更换终端,而只需要装载新的软件则可。但是有些人担心提终端的智能化会脱离运营商的管理和控制,因此笔者认为提未来的终端多功能、多媒体更合适。

  4发展软交换的问题

  目前我国各电信运营商虽然对软交换技术投入较大的热情,但是对软交换技术投入商用持谨慎态度,原因是软交换的商用还存在许多问题,下面就这个话题提出几个问题。

  4.1 IP地址

  软交换、IAD、用户智能终端作为交换网中的节点,必须具有唯一的网络标识号(IP网中即为IP地址)。而IP v4的IP地址是有限的,不能任意分配。随着软交换网络规模的扩大和用户接入数量的增加,这个问题将越来越突出。一个的解决办法是启用私有地址,但随之而来的就是公有地址私有地址的映射转换问题。

  目前进行公有地址私有地址的映射转换由网络地址翻译(NAT)设备完成,为了实现公网和私网之间的双向通信,NAT必须要具备应用层网关(ALG)的功能,例如MGCP ALG、SIP ALG等。这样在呼叫建立时NAT分配一个公有地址、端口对应这个呼叫和这个呼叫的私有地址及其端口,然后NAT需要对后续的呼叫消息和业务消息解析其高层协议,根据呼叫和地址的对应关系确定公有地址私有地址的映射。

  因此NAT设备不仅仅是IP层地址的转换,还需要解析高层应用协议。NAT支持的网络协议越多、覆盖的网络范围越大用户数越多,它的实现就越复杂。目前厂家支持的NAT还没有经过真正的大用户、大业务量的检验。

  4.2网络的控制和管理

  软交换是网络业务的控制设备,因此所有的呼叫都应经软交换进行连接,由软交换监控呼叫的建立、通话和释放,记录呼叫的发生过程,产生计费所需的信息。如果终端之间的呼叫不经过软交换而直接在终端之间进行,这样软交换就不知道呼叫的过程,运营商也就无法对其进行管理计费。因此网络提供商如何使用户的呼叫处于网络的控制下就是一个非常严肃的课题。

  电话交换网所以安全、可管理、可控制,原因是电话交换网只提供单一的语言业务(传真业务和数据业务也是调制在语音上的业务),而且用户接入网络必须通过本地交换机,因此本地交换机具备对用户呼叫的管理和控制即可。而IP网是一个提供多业务多协议的网络,网络并不知道网中跑的是什么业务,所以为了网络的安全、管理控制,必须在网络的接入设备中就对业务进行认证,包括控制平面和承载平面。对于软交换控制的接入网关用户,因为接入网关一般情况下是由运营商管理的设备,所以不会存在以上问题;但对于IAD用户和智能终端用户,就必须在接入网络时对IP上传送的业务进行认证,确认其合法性。目前用户和终端的接入认证方面已经有了一些解决方案,但在这方面国内外基本上还是空白。

  4.3软交换的互联互通

  软交换作为下一代网的控制核心,不可能是孤岛式地通过PSTN相互连接起来,而必须实现软交换之间的互联互通。目前软交换之间的互联互通协议主要是会话初始协议(SIP)和与承载无关的呼叫控制(BICC)。BICC是基于N-ISUP的信令协议,在不影响现有网的接口和端到端业务的情况下在宽带网上支持窄带ISDN业务,与现有网络和携载语音消息的任何系统完全兼容。目前ITU-T的第11研究组(SG11)研究的BICC CS2支持ATM和IP的承载网,因此BICC从协议、程序的的完善性、可用性方面,更安全、可靠,更适合大的电信网络。而对于基于SIP的呼叫控制,虽然IETF也已经提出了一系列SIP的标准,例如RFC3261(代替了RFC2543)、RFC3262、RFC3263、RFC3261、RFC3265、RFC2976等,但没有一个RFC是专门用于软交换之间的SIP的呼叫控制标准。

  但为什么SIP在软交换控制的网络中还是得到了很快的应用,甚至有人认为将来软交换之间采用的控制协议就是SIP。原因何在?笔者认为,软交换发展的初期,出于能够提供相对于电路中继价格便宜的长途中继,从而使用软交换控制技术代替电路交换网的长途中继。但是对于运营商而言,软交换或NGN的诱惑力,并不是长途IP电话的价格便宜,而是利用软交换特有的技术,能够向用户提供新的服务。多媒体业务是未来软交换能够提供的具有竞争力的业务,而SIP终端就是提供多媒体业务的一种终端,因此软交换要支持SIP终端,就需要支持SIP协议。如果软交换之间采用BICC,那么软交换网在支持传统的语音业务时,软交换就使用BICC;支持SIP终端的多媒体业务时,就使用SIP,这样在软交换控制的网络中就会同时有两张网:BICC和SIP。对于运营者而言,要同时管理维护性质不同的两张网,非常困难,也会遇到许多预想不到的问题,而采用一种核心控制协议应该是不错的选择,那就是SIP。如图5所示。

  图5软交换之间的协议

  虽然SIP更可能是发展的方向,但是由于SIP并不是专门用于呼叫控制,因此目前不同厂家的软交换使用SIP还不能实现互通,还需要进一步加强这方面的标准化工作。

  4.4视频业务和终端

  目前提供视频业务的终端主要要两类终端:SIP终端和H .323终端。SIP终端就是采用SIP协议的终端,它应该是未来的一种终端;H.323终端所以成为软交换体系中的一种视频终端,原因是现在的视频终端种类比较少,因此在制定软交换的规范时就要求软交换支持H.323终端。为了支持H.323终端,软交换就需要支持H.323协议体系,为了支持一种终端,需要软交换额外的开销。此外,H.323协议体系采用TCP传送应用层协议,而TCP这种面向连接的协议对传送长消息的弱点毕竟不如UDP灵活。所以将来制定标准最好只要求软交换只支持SIP视频终端,简化软交换的协议族。

  呼叫连接时,为了确定业务类型,例如是普通话音连接还是视频连接,软交换需要打开SIP协议中封装的会话数据描述(SDP)来作为计费的一种考虑,但是有些厂家并不支持这种功能。此外用户对视频业务可能有许多要求,例如用户需要时同时传送音频和视频,不需要视频时只传送音频,目前从软交换和终端还都不能实现,视频业务标准化还需要一段时间。

  5结束语

  本文从软交换的发展和存在的问题探讨了一些话题,笔者认为软交换技术应该是有发展前途的,特别是一些没有本地网的运营商,可以利用软交换接入组网和业务提供上的一些优势,在市场竞争中为自己争得用户,目前存在的一些问题可以通过标准化组织和厂家的共同努力而克服,为软交换的发展创造一个光辉的明天。但是目前软交换的组网方案也不可能完全替代电路交换网,网络的演进应该是一个渐进的过程。


  
  
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