電信業(yè)務基礎設施：業(yè)務驅動的多媒體軟交換平臺

楊 景 首席科學家，黃小慶 首席技術官(CTO) 2004/01/06

圖1：電信業(yè)務的發(fā)展需要業(yè)務驅動的軟交換平臺的支持

2. 業(yè)務驅動軟交換平臺的業(yè)務管理對象

　　我們已經看到，軟交換技術支持的電信業(yè)務能力一直在不斷發(fā)展，開發(fā)新的電信業(yè)務已經成為電信運營商市場競爭的重要條件。事實上，業(yè)務能力是電信運營商或是電信用戶關心的基本問題，而不是實現這種業(yè)務的具體的技術和體系結構。選擇何種技術和結構，則是電信運營商依據自有的資源做出的選擇。因此，業(yè)務驅動的軟交換平臺需要根據實際的情況選取合適的技術和結構實現所需的業(yè)務。我們把實現電信業(yè)務中涉及的要素稱為業(yè)務管理對象。軟交換平臺涉及到以下的六類業(yè)務管理對象：會話協議體系、接入/互連控制、業(yè)務控制、應用控制、內容控制和網絡控制。會話協議體系是任何電信業(yè)務的基礎。對接入、互聯、業(yè)務、應用和內容的控制也是建立電信業(yè)務所必需的。網絡控制涉及到一個新業(yè)務和網絡全局的關系。除了平臺管理業(yè)務之外，每個業(yè)務管理對象均包含一個可選擇/可設計的集合，供業(yè)務設計時使用。所有這些業(yè)務管理對象的集合，構成了業(yè)務驅動軟交換平臺的控制功能的整體。下圖給除了業(yè)務驅動軟交換平臺上的業(yè)務管理對象，以及從這些業(yè)務管理對象映射的軟交換系統(tǒng)實例。

2.1. 會話協議體系

　　會話協議體系是業(yè)務驅動的軟交換平臺上第一個業(yè)務管理對象。首先，業(yè)務的會話協議體系是可能具有多種選擇的，并可能是多種協議體系同時存在的，是需要與不同體系結構的同類業(yè)務互聯的�；�礎的軟交換業(yè)務，例如電話業(yè)務的呼叫處理，是可以通過傳統(tǒng)的呼叫處理控制體系結構如ISUP(SIP-T)和H.323(Q.931/H.225.0)和基于H.248的中央呼叫處理，或是開放的SIP體系結構來實現。對于多用戶的會議業(yè)務，需要H.323或是SIP的支撐。但是對于多用戶多媒體的組群業(yè)務，在涉及到需要定制呼叫處理過程的會話業(yè)務，只有SIP才能支持。業(yè)務的另一個方面是不同網絡之間的互連性。顯然，采用傳統(tǒng)協議的軟交換體系與傳統(tǒng)網絡的互連是最簡單的，采用SIP協議會帶來互聯的復雜性問題。因此，為一個業(yè)務選擇協議體系不是絕對的。開發(fā)新業(yè)務時不僅要在一個體系結構下產生新的業(yè)務能力，還要支持在多種基礎協議下進行選擇和互聯的能力。

2.2. 接入/互連控制

　　業(yè)務能力的第二個重要的業(yè)務管理對象是接入/互連控制。我們知道，軟交換網絡可能通過不同的接入網和終端提供IP核心網的電信業(yè)務；需要提供和不同的傳統(tǒng)業(yè)務網絡(如PSTN/IN)和不同協議體系的互連能力。這種接入/互聯的能力是由網關提供的。從位置上看，網關分為接入網關和互聯網關。從功能上看，網關分成媒體網關和信令網關。從和網關接入/互聯的網絡上看，種類是十分繁多的。每一類可以具有不同的傳輸機制如TDM，ATM，ADSL，Ethernet等，可以具有不同的承載機制，如話音、媒體流、實時交互、盡力而為或綜合業(yè)務等，可以是面向連接的或是非連接的；可以支持不同的業(yè)務和不同的信令，如PSTN，GSM和3G的CS和PS等。因此，接入/互連控制需要針對每個具體的連接依照業(yè)務的需要為這個業(yè)務管理對象進行選擇配置。

圖2：業(yè)務驅動軟交換平臺的業(yè)務管理對象和對業(yè)務實例的映射

2.3. 業(yè)務控制

　　業(yè)務驅動的軟交換平臺的第三個重要業(yè)務管理對象是業(yè)務控制。在面向業(yè)務的呼叫處理協議體系下(ISUP, H.323, SIP-T)，業(yè)務控制是建立在呼叫處理基礎之上的，如同傳統(tǒng)智能網SCP實現的業(yè)務控制功能。在業(yè)務無關的會話協議(SIP)體系下，業(yè)務相關的呼叫處理功能是建立在業(yè)務控制功能之上的，而業(yè)務控制是由會話協議支持的。顯然，在單業(yè)務點到點通信的情況下，兩種結構的效果是一樣的(如果把會話處理看成是呼叫處理的話)。在多業(yè)務多用戶的情況下，兩者的效果是完全不同的。特別是在傳統(tǒng)的協議結構下，端對端的呼叫處理操作和對智能網服務器的業(yè)務控制操作信令是不同的；但在SIP協議的結構下，用戶之間呼叫處理和對服務器操作都是業(yè)務控制，是使用相同的協議體系的。因此，對業(yè)務的控制也面臨協議體系結構的選擇和互聯的選擇問題。業(yè)務驅動的軟交換平臺要支持業(yè)務開發(fā)者根據業(yè)務自身的特征對業(yè)務控制做出選擇和配置。

2.4. 應用控制

　　應用控制是開放應用環(huán)境下實現業(yè)務能力的重要業(yè)務管理對象。這個問題在傳統(tǒng)業(yè)務的構架下僅僅涉及到智能網的終端鑒權和屬于OSS的業(yè)務認證、業(yè)務的生成、投放、生效和計費。在基于SIP、PARLAY的開放多媒體應用的環(huán)境下，由于所有應用服務器和OSS服務器都被等效為開放的應用，并且不存在基于業(yè)務邏輯和功能分解的固定結構下的業(yè)務管理，對應用的控制因此還應包括對應用服務器組合提供的應用生成、投放和管理的過程。由于應用是用戶使用電信業(yè)務的最終目標，也是電信運營商實現開發(fā)新業(yè)務和業(yè)務客戶化的基礎，應用控制的選擇、配置和實現應該成為業(yè)務驅動的軟交換平臺的重要的功能。

2.5. 內容控制

　　在用戶之間直接通信的業(yè)務中，一般不涉及內容控制。但是在由運營商提供的用戶和服務器通信的業(yè)務中，內容的選取、變換、過濾和分發(fā)是十分重要的功能。內容控制的目標主要包括來自第三方的內容(如網頁、文件、軟件、游戲、電影等)和運營商對自身服務器(用戶信息服務器、業(yè)務受理服務器、計費處理服務器、會話控制服務器、業(yè)務控制服務器、應用控制服務器、內容控制服務器和網絡控制服務器等)和用戶端(CPE，IAD，手機、機頂盒，PC等)軟件的發(fā)放和更新。內容控制主要涉及到對網絡上內容存儲服務器的資源配置、內容處理服務器的功能配置、內容分發(fā)服務器的資源管理、以及分發(fā)控制的算法和協議的選擇。

2.6. 網絡控制

　　網絡控制對象包括了核心網絡、接入網絡和相關的支持業(yè)務的呼叫處理服務器和應用服務器。在業(yè)務驅動的原則下，每一個新業(yè)務的引入，都會對網絡的承載產生影響。首先，網絡需要具備新業(yè)務對應的承載能力和承載質量；第二，網絡需要支持新的業(yè)務需要的信令傳輸、轉換、處理能力；第三，新的業(yè)務需要新的網絡計算能力和存儲能力的支持；最后，新業(yè)務需要新增的網絡容錯能力和故障恢復能力。這些能力是通過對承載控制服務器、流量控制服務器和策略控制服務器的配置來實現的。這也是業(yè)務驅動的軟交換平臺的重要功能之一。

業(yè)務驅動的軟交換平臺通過對會話協議體系、接入/互連控制、業(yè)務控制、應用控制、內容控制以及對網絡的控制提供開發(fā)和管理新業(yè)務的全面解決方案。電信運營商通過這個平臺，可以從最基本的業(yè)務開始(例如電話業(yè)務)逐漸發(fā)展軟交換的體系結構、不斷開發(fā)和引入新的應用和新的業(yè)務，推動電信網絡和業(yè)務的不斷發(fā)展。

3. 業(yè)務驅動軟交換平臺的基本功能結構

　　業(yè)務驅動軟交換平臺是建立在IP基礎設施之上的自我管理的分布式的開放網絡計算環(huán)境。是向下一代電信業(yè)務演進的重要基礎設施。業(yè)務驅動軟交換平臺的結構是組件式的。支持組件之間通信的軟交換硬件平臺、軟交換操作系統(tǒng)和軟交換消息總線將這些軟硬件組件構成一個業(yè)務整體。同時，業(yè)務驅動的軟交換具備業(yè)務開發(fā)的支持工具以實現對業(yè)務的開發(fā)。這個軟交換平臺同時也具備對自身的管理功能。下圖描述了業(yè)務驅動軟交換平臺上的組件和它們的關系。

圖3:業(yè)務驅動軟交換平臺上的組件

3.1. 電信業(yè)務的實現是對軟交換平臺組件的組裝

　　理論上一個電信業(yè)務的實現對電信業(yè)務管理對象的一個操作過程。具體來說，是對業(yè)務驅動軟交換平臺上的組件的組裝過程。它包含了對終端和接入網協議的匹配，和其它業(yè)務網絡的互聯定義，對相關業(yè)務會話處理的定義，對業(yè)務服務器、應用服務器和內容服務器的功能組合(業(yè)務創(chuàng)建)，對用戶狀態(tài)和使用業(yè)務的定義，業(yè)務定制和提供的方法以及計費處理的完整的過程。這個過程中涉及到IP基礎設施上的各種業(yè)務實體，還涉及到和已由網絡和業(yè)務的互聯，以及和第三方的應用互聯。業(yè)務驅動的軟交換平臺必須為電信業(yè)務的實現提供組件的支持，還要支持電信業(yè)務實現的全過程，以及考慮了新的用戶通信業(yè)務和相關業(yè)務的網絡流量管理、質量管理的需求。因此，業(yè)務驅動的軟交換平臺為電信運營商提供了一個電信業(yè)務開發(fā)、投放、運營和管理的有力的工具。

3.2. 業(yè)務驅動軟交換平臺的組件

　　從結構上看，業(yè)務驅動的軟交換平臺是一個復雜的多域多層組件平臺。一個電信業(yè)務的實現是對平臺上的組件的組裝過程。業(yè)務驅動的軟交換平臺上的組件分為用戶平面、基礎業(yè)務平面、接入/互連/移動控制平面、應用平面、內容平面和業(yè)務管理平面。用戶平面的組件負責維護用戶的注冊信息、位置信息、狀態(tài)信息、業(yè)務信息和業(yè)務使用信息。基礎業(yè)務平面的組件分為三大類型：電路基礎業(yè)務、包交換基礎業(yè)務和多媒體交換基礎業(yè)務。每個基礎業(yè)務分成傳輸層、承載層、媒體層、呼叫處理層和業(yè)務層，其中的控制包括了對各層功能的控制協議和層間交互的控制協議。接入/互連/移動控制平面中包含了對各種接入網絡的控制、對互聯網絡的控制和對移動性的控制協議，也分成傳輸層、承載層、媒體層、呼叫處理層和業(yè)務層的控制組件。應用平面的組件分為三種類型，基于傳統(tǒng)智能網(IN, CAMEL)的應用，SIP應用和PARLAY應用。他們邏輯上都是可以和任何一種基礎業(yè)務互聯的，如果可能的話。內容平面的組件，包含存儲管理、分發(fā)管理、內容處理等不同的類型。業(yè)務管理平面的組件負責業(yè)務的生成、維護、投放、使用和計費的管理。它的功能分為三個視圖，基礎業(yè)務視圖、用戶視圖和網絡視圖，分別在不同的角度對業(yè)務進行管理。業(yè)務的開發(fā)和維護是通過平臺提供的業(yè)務管理能力來實現的。它包括了對業(yè)務模塊的選取，協議的組裝，業(yè)務的組裝和應用的組裝。

　　依據軟交換業(yè)務模塊的功能劃分，業(yè)務驅動的軟交換平臺上的組件分成專用件和通用件。面向連接的業(yè)務的通用呼叫處理(GCP)是一個典型的基礎業(yè)務通用件。它可以支持TUP，ISUP，V5，H.323，SIP-T，MAP以至BICC的呼叫處理過程，具備和HSS的接口、和呼叫處理/業(yè)務處理路由服務器的接口、和智能網的接口、和開放應用的SIP、PARLAY接口以及和OSS業(yè)務提供和計費的接口，幾乎涵蓋了所有的電話業(yè)務呼叫處理相關的功能。另一個基礎業(yè)務的通用件是基于SIP會話的IP多媒體業(yè)務通用呼叫處理功能(CSCF)。它包含了狀態(tài)相關和狀態(tài)無關的邊緣轉接，中繼轉接和業(yè)務轉接Proxy的所有功能，也具備和HSS，位置/路由服務器、智能網和SIP/PARLAY應用服務器以及OSS的業(yè)務提供和計費的接口。軟交換平臺上的業(yè)務組件還可以分為運營商內網組件和第三方外網組件。運營商內網組件是電信運營商為自己用戶的提供業(yè)務的專用組件，它和其他的專用組件一起運行在運營商自己的專網上，不僅可以通過標準的協議互聯，還可以通過運營商自己的軟交換總線和軟交換操作系統(tǒng)緊密互聯，提高信息共享能力、處理能力和安全性。外網組件是運行在公網上的第三方組件，類似于Internet 業(yè)務提供商(SP)、應用提供商(AP)和內容提供商(CP)提供的業(yè)務組件。對這些組件的集成有兩種方式，一是僅僅通過標準的協議(例如SIP)與運營商內網組件互聯，另外是通過運營商提供的支持開放業(yè)務存取(OSA)的業(yè)務能力服務器實現互聯。

3.3. 軟交換操作系統(tǒng)和軟交換消息總線

　　作為一個分布式的計算環(huán)境，實際的業(yè)務使用過程是平臺上多個平面多個層次各個視圖動態(tài)交互的結果，這些參與交互的功能實體可能不在同一個設備中，或是不在同一個進程中。我們看到，涉及到這種交互的實體中，用戶數據、用戶狀態(tài)、業(yè)務狀態(tài)和計費控制需要同步地存儲在不同的網絡節(jié)點中以實現高速的訪問和處理。這種交互和數據同步除了通過網絡標準協議方式之外，還需要內部的消息方式、訪問方式和交易方式來加快處理速度和提高性能，業(yè)務驅動的軟交換平臺為這些功能的交互提供軟交換操作系統(tǒng)和軟交換消息總線的支持。軟交換操作系統(tǒng)為分布在不同網絡節(jié)點中的軟交換功能組件提供共享信息資源、操作資源、網絡協議資源、網絡通信資源、信令資源和交易資源能力。軟交換總線提供分布在不同的網絡節(jié)點中的軟交換功能組件之間快速信令能力。

　　軟交換操作系統(tǒng)和消息總線的功能是通過特定的軟交換交易服務器組成的網絡實現的。在業(yè)務驅動的軟交換平臺上，每個網絡實體都包含了軟交換交易服務器的代理。同時，軟交換交易服務器是均勻分布在軟交換網絡上的。這種靈活的結構可以根據軟交換業(yè)務規(guī)模的需要調整軟交換操作系統(tǒng)和消息總線的容量和能力。

3.4. 軟交換業(yè)務的管理

　　由于電信業(yè)務的種類、能力和處理容量都是動態(tài)變化的，用于支持軟交換電信業(yè)務的網絡基礎設施也是在不斷發(fā)展的，同時軟交換和其他網絡的接口也將隨著業(yè)務的發(fā)展不斷擴充，軟交換平臺上的業(yè)務、軟件和硬件模塊的配置和連接也需要進行管理。這種管理首先表現在提供對業(yè)務開發(fā)能力的支持上。業(yè)務驅動軟交換平臺要提供業(yè)務開發(fā)工具來協助業(yè)務開發(fā)者完成對業(yè)務的定義，對會話協議體系、接入/互連控制、業(yè)務控制、應用控制和內容控制中的對象選取、配置和連接。同時支持從網絡角度的資源配置和控制。軟交換平臺管理的另一個重要任務是根據業(yè)務的需要確定平臺的信息同步和緩存機制、版本加載、卸載和升級機制、設備和系統(tǒng)容錯機制以及系統(tǒng)恢復機制的配置。

　　業(yè)務驅動的軟交換平臺是一個結構化的開放平臺。它包含了大量的用于構建電信的組件，支持對通用組件的引入和對外網組件的引入，在軟交換操作系統(tǒng)和消息總線的支持下，電信運營商可以通過軟交換業(yè)務管理工具方便地開發(fā)新的電信業(yè)務和對自身進行管理。因此，業(yè)務驅動的軟交換平臺是實現電信網絡和業(yè)務從傳統(tǒng)的面向業(yè)務靜態(tài)結構向下一代建造在IP基礎設施上的、多業(yè)務、多接入、多媒體的網絡順利演進的重要的業(yè)務基礎設施。

4. 小結

　　作為建立在IP基礎設施上實現電信業(yè)務的基礎技術，軟交換技術正在不斷推動電信業(yè)務的發(fā)展。軟交換技術的應用也已經從在電信網絡中局部的應用、對傳統(tǒng)業(yè)務的替代，發(fā)展到對新業(yè)務的開發(fā)。將軟交換作為提供特定業(yè)務或是特定應用的產品只是軟交換技術發(fā)展過程中的一個階段，作為在激烈的電信業(yè)務是廠商競爭的電信運營商，需要的是能夠不斷開發(fā)新業(yè)務、不斷擴充業(yè)務能力和業(yè)務容量的可管理的電信業(yè)務系統(tǒng)。業(yè)務驅動的軟交換平臺是實現這個任務的重要基礎。我們提出的業(yè)務驅動的軟交換平臺面向對電信業(yè)務整個生命周期和發(fā)展環(huán)境中的業(yè)務管理對象，采用組件化結構，通過軟交換操作系統(tǒng)和消息總線對軟交換業(yè)務的開發(fā)提供支持。在軟交換業(yè)務開發(fā)和管理工具的支持下，新的電信業(yè)務，包括自身的會話協議結構、接入/互連控制、業(yè)務控制、應用控制、內容控制和相應的網絡控制功能都可以在這個平臺上得到實現。我們依照業(yè)務驅動軟交換平臺的結構開發(fā)的mSwitch產品，從采用軟交換技術支持無線市話業(yè)務開始，推動電信業(yè)務的發(fā)展，支持寬帶接入的話吧/網吧業(yè)務，支持虛擬組群業(yè)務、媒體流業(yè)務，以及大量的增值業(yè)務和綜合業(yè)務。同時，通過基礎業(yè)務的配置，mSwitch可以支持H.248/MGCP，H.323特別是SIP與業(yè)務無關的呼叫處理協議體系，支持支持多種無線/有線/窄帶/寬帶的接入模式。我們可以得出結論，業(yè)務驅動的軟交換平臺將是在IP基礎設施之上實現向下一代電信業(yè)務演進的重要電信業(yè)務基礎設施。

5. 參考資料

1. 楊景，黃曉慶，《NGN跨網絡集成業(yè)務下的個人通信》，June, 2003

2. 楊景，黃曉慶，《網格業(yè)務：下一代電信業(yè)務資源管理的核心技術》，電信技術軟交換�？�，Sept. 2003

3. 楊景，黃曉慶，《多媒體、集群化：下一代業(yè)務的發(fā)展趨勢》，現代電信科技, 3G觀察，Sept. 2003

4. 楊景，黃曉慶，《業(yè)務使能軟交換：走向下一代電信業(yè)務的關鍵技術》，鐵路通信技術，May, 2003

5. 楊景，黃曉慶，《軟交換業(yè)務交易平臺》，電信技術，June-July, 2002

6. 楊景，黃曉慶，《軟交換新技術：分布式垂直業(yè)務集成體系結構》，Feb. 2002

7. ITU-T SG13 NGN 2004 Project: contribution of ETSI TS 101 xyz [wi SPAN-140006] v0.3.0: Draft of “Open Network Services and Architecture (ONSA); Abstract Architecture and Reference Points Definition; Mapping of functional architecture and requirements for NGN”, Feb. 2003

8. 3GPP TS 23.228: “IP Multimedia Subsystem (IMS) Stage 2”, Release 6.1, March, 2003

9. 3GPP TS 23.141: “Presence Service: Architecture and Functional Decription Stage 2”, Release 6.3, June, 2003

10. 3GPP TS 22.250: “IP Multimedia Subsystem (IMS) Group Management Stage 1”, Release 6.0, Dec, 2002

11. 3GPP TR 22.121: “The Virtual Home Environment”, Release 5.3, July, 2002

12. 3GPP TS23.127: “Virtual Home Environment/Open Service Access”, Release 6.0, Jan. 2003

13. ITU-T Recommendation H.323: “Packet-based multimedia communication systems”, 2000

14. ITU-T Recommendation H.248: “Media Gateway Control Protocol”, 2000

15. ITU-T Recommendation H.245: “Control Protocol for multimedia communication”, 2000

16. ITU-T Recommendation Q.1902.1: “Bearer Independent Call Control Protocol Functional Description”, July 2001.

17. IETF RFC 3261: “SIP: Session Initiation Protocol”

18. IETF RFC 2778: “ A Model for Presence and Instant Messaging”, Feb. 2000

19. IETF RFC 2779: “Instant Messaging/Presence Protocol Requirements”, Feb. 2000

20. Drafts of IETF SIMPLE working group, http://www.ietf.org/html.charters/simple-charter.html

21. IETF XMPP working group/Jabber Software Foundation, Dec., 2002

22. UMTS Forum Report 27: “Strategic Considerations for IMS – the 3G Evolution”, Jan. 2003.

23. Wireless Village white paper: “The mobile IMPS Initiative”, 2002，http://www.wirelessvillage.org 24. Janet R. Dianda, Vijay K. Gurbani, Mark H. Jones, “Session Initiation Protocol Services Architecture”, Bell Lab Technical Journel, 7(1), 3-23 (2002)

中國通信網(www.c114.net)