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軟交換組網(wǎng)技術(shù)及應用

朱曉潔 廣東省電信有限公司科學(xué)技術(shù)研究院 2004/07/20

　　摘要:基于分組交換的軟交換網(wǎng)絡(luò )中，路由的概念發(fā)生了很大的變化。通過(guò)引入路由服務(wù)器，合理規劃網(wǎng)絡(luò )結構，可以提高網(wǎng)絡(luò )的效率。本文闡述軟交換網(wǎng)絡(luò )的組網(wǎng)模式，并對軟交換網(wǎng)絡(luò )建設各個(gè)階段的組網(wǎng)模式應用及相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析和探討。

　　關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò )組織 路由服務(wù)器 無(wú)級網(wǎng) 分級網(wǎng) 應用

1、引言

　　隨著(zhù)IP網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，傳統電信業(yè)務(wù)向IP網(wǎng)絡(luò )轉移已經(jīng)形成一種不可逆轉的趨勢。而軟交換基于分組傳送網(wǎng)絡(luò )的體系架構正好迎合了IP網(wǎng)絡(luò )迅猛發(fā)展的趨勢。利用軟交換組建下一代網(wǎng)絡(luò )，提供語(yǔ)音/數據/圖像的綜合業(yè)務(wù)，成為各電信運營(yíng)商考慮的焦點(diǎn)。

　　軟交換由于其終端設備布放簡(jiǎn)單，業(yè)務(wù)開(kāi)展快捷等特點(diǎn)，目前已經(jīng)在國內外得到大量的應用。如何利用軟交換設備快速提供目前在現有網(wǎng)絡(luò )上實(shí)現困難的業(yè)務(wù)，以及軟交換如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )組織以適應數據網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)等問(wèn)題是業(yè)界探討較多的話(huà)題。

　　本文對軟交換網(wǎng)絡(luò )體系中的網(wǎng)絡(luò )組織問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)研究和探討。

2、路由服務(wù)器（RS）的引入

　　在PSTN網(wǎng)絡(luò )中，采用分級網(wǎng)絡(luò )架構，交換設備根據所處位置不同分為端局交換機、匯接交換機、長(cháng)途交換機三級。在一個(gè)呼叫中，信令和媒體都采用逐段轉發(fā)的方式，匯接和長(cháng)途交換機同時(shí)終結信令和媒體，因此匯接和長(cháng)途交換機實(shí)現了話(huà)務(wù)匯聚和中繼資源共享的功能。在路由選擇時(shí)有直達路由和迂回路由之分，對一個(gè)目標局可選擇的路由個(gè)數最大可達5個(gè)。

　　軟交換網(wǎng)絡(luò )體系中，網(wǎng)關(guān)之間的媒體承載是采用端到端的方式，而軟交換之間的協(xié)議消息可以是端到端，也可以中間經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的匯接軟交換轉發(fā)。但是，鑒于分組網(wǎng)絡(luò )盡力而為、服務(wù)質(zhì)量無(wú)保證等特點(diǎn)，應在組網(wǎng)時(shí)考慮盡量減少協(xié)議消息的中間轉發(fā)次數。

　　因此，軟交換網(wǎng)絡(luò )路由的概念跟PSTN網(wǎng)絡(luò )有很大的不同，不再有直達路由和迂回路由之分，針對一個(gè)呼叫的目標局路由將只有一個(gè)，即下一跳軟交換（可能是被叫所在的軟交換，也可能是中間匯接軟交換）。在軟交換網(wǎng)絡(luò )達到一定規模時(shí)，如果軟交換之間網(wǎng)狀連接，路由數據將十分龐大，通過(guò)軟交換本身細化路由配置難以實(shí)現。有必要引入大容量、高性能的服務(wù)器專(zhuān)門(mén)承擔路由解析工作，本文統一稱(chēng)為路由服務(wù)器（RS：Route Server），其功能等同于TRIP(Telephony Routing over IP)協(xié)議中的位置服務(wù)器（LS：Location Server）。

3、軟交換網(wǎng)絡(luò )結構

3.1 無(wú)級網(wǎng)

　　網(wǎng)絡(luò )的所有軟交換位于同一平面上，發(fā)端軟交換直接路由到收端軟交換，軟交換之間是一種網(wǎng)狀網(wǎng)結構。軟交換網(wǎng)絡(luò )的路由信息存放在RS中，RS可以分地域分級配置，RS之間可以實(shí)現路由信息的路由的查詢(xún)以及動(dòng)態(tài)同步更新。

3.1.1 網(wǎng)絡(luò )結構

　　RS分為兩層，其中，1）省級RS存儲的信息包括：與它相連的軟交換的用戶(hù)信息（例如SIP地址、E.164地址），以及軟交換地址信息；其他省級RS的地址及用戶(hù)信息。2）國家級RS存儲的信息包括省級RS的地址及用戶(hù)信息。

　　在RS完成路由同步后，省A軟交換A的用戶(hù)A需要與省B軟交換B的用戶(hù)B通話(huà)，具體過(guò)程如下：

1）省A軟交換A向RS_A查詢(xún)用戶(hù)B的位置信息；2) RS_A向RS_B查詢(xún)用戶(hù)B的位置信息；3) RS_B向RS_A返回用戶(hù)B所屬的軟交換B的地址信息；4) 軟交換A向軟交換B發(fā)送SIP信令，要求建立呼叫。

3.1.2 優(yōu)點(diǎn)和不足：

　　優(yōu)點(diǎn)：1）軟交換通過(guò)RS可以直接路由到目的軟交換，避免了呼叫信令消息在IP網(wǎng)中的多次處理轉發(fā)；2）路由數據集中設置，統一管理，一個(gè)軟交換的路由信息更新時(shí)，可以通過(guò)TRIP等協(xié)議及時(shí)廣播到其他RS，便于路由數據的配置管理。不足：1）需要配備系列的RS，網(wǎng)絡(luò )建設成本較高，初期可以考慮RS與軟交換合設以降低建設成本；2）所有呼叫需要向RS查詢(xún)路由數據，對軟交換系統的處理效率有一定影響；3）由于不同廠(chǎng)家采用的策略、協(xié)議有差別，目前設備互通困難。

3.2 分級網(wǎng)

　　呼叫控制協(xié)議消息通過(guò)多個(gè)軟交換轉接，媒體是端到端連接。軟交換可以分為本地服務(wù)軟交換和省際匯接軟交換兩個(gè)層面。本地服務(wù)軟交換負責給服務(wù)區域內用戶(hù)提供豐富的業(yè)務(wù)，包括話(huà)音/數據/圖像的綜合業(yè)務(wù)等。省際匯接軟交換負責匯接軟交換的省際業(yè)務(wù)，主要負責路由以及協(xié)議的轉接，不需要控制網(wǎng)關(guān)設備進(jìn)行媒體連接。

3.2.1 網(wǎng)絡(luò )結構

　　對路由服務(wù)器有以下要求：1）路由數據的存放，負責提供省內本地軟交換之間端到端的路由信息，及本地軟交換到省際軟交換的路由信息；2）本地軟交換路由數據變化只需要與本省的RS同步；省際軟交換數據變化時(shí)，需要與其他省RS進(jìn)行同步。3）對于同一個(gè)被叫地址，能根據發(fā)起查詢(xún)請求的軟交換級別不同返回不同的路由信息。如對于一個(gè)出省呼叫，本地軟交換查詢(xún)時(shí)，返回結果為省際軟交換的IP地址，省際軟交換查詢(xún)時(shí)，返回對端省際軟交換的IP地址信息。

　　在RS完成路由同步后，省A軟交換A的用戶(hù)A需要與省B軟交換B的用戶(hù)B通話(huà)，具體過(guò)程如下：

1）省A本地軟交換A向RS_A查詢(xún)用戶(hù)B的位置信息；2) RS_A向本地軟交換A返回省際軟交換A'的地址信息；3) RS_A向省際軟交換A'發(fā)送SIP消息，請求呼叫接續；4) 省際軟交換A'接收到SIP消息后，查詢(xún)RS_A，請求用戶(hù)B的路由信息。5）RS_A向省際軟交換A'返回省際軟交換B'的地址信息；6) 省際軟交換A' 向省際軟交換B' 發(fā)送SIP消息，請求呼叫接續；7) 省際軟交換B' 接收到SIP消息后，查詢(xún)RS_B，請求用戶(hù)B的路由信息；8) RS_B向省際軟交換B'返回本地軟交換B的地址信息；9）省際軟交換B' 向本地軟交換B發(fā)送SIP消息，請求呼叫接續。

3.2.2 優(yōu)點(diǎn)和不足：

　　優(yōu)點(diǎn)：1）只通過(guò)省際軟交換與外網(wǎng)互通，可以屏蔽省內軟交換的網(wǎng)絡(luò )狀況，安全性較好；2）采用RS機制，可以通過(guò)TRIP協(xié)議等靈活管理域內的路由信息。

　　不足：1）跨省呼叫的協(xié)議信息需要經(jīng)過(guò)多段轉發(fā)，對分組網(wǎng)絡(luò )可靠性要求提高；2）對呼叫的接續時(shí)間等相關(guān)服務(wù)質(zhì)量可能會(huì )有一定影響；3）省際軟交換規劃時(shí)需要考慮容量、安全備份等相關(guān)問(wèn)題。

3.3 組網(wǎng)模式應用建議

3.3.1 網(wǎng)絡(luò )建設初期

　　業(yè)務(wù)驅動(dòng)網(wǎng)絡(luò )建設，在建設初期，利用軟交換提供的業(yè)務(wù)量比較小，網(wǎng)絡(luò )規模也就相對較小。軟交換需要獨立設點(diǎn)，逐步由點(diǎn)到面，擴展網(wǎng)絡(luò )容量。

　　在多網(wǎng)并存、PSTN網(wǎng)占據絕對優(yōu)勢點(diǎn)面的情況下，軟交換沒(méi)有大面積鋪開(kāi)，能有直接聯(lián)系的軟交換數量有限，更多的用戶(hù)互通需要依賴(lài)SG、TG上電路交換網(wǎng)絡(luò )解決。因此，這一階段的網(wǎng)絡(luò )建設基本是采用無(wú)級網(wǎng)方式，且路由服務(wù)器與軟交換合設。

　　同時(shí)，因為軟交換提供的業(yè)務(wù)需要覆蓋多個(gè)本地網(wǎng)，一個(gè)軟交換設備必須能夠控制放置在多個(gè)本地網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)設備。軟交換網(wǎng)絡(luò )作為PSTN的疊加網(wǎng)提供業(yè)務(wù)。為了后續業(yè)務(wù)增長(cháng)時(shí)網(wǎng)絡(luò )擴展的便利，初期宜采用應用服務(wù)器與軟交換分設的模式，增值業(yè)務(wù)統一由應用服務(wù)器提供，軟交換只負責基本業(yè)務(wù)的功能實(shí)現以及增值業(yè)務(wù)的接入及觸發(fā)。

　　在功能上，需要對軟交換必須增加以下要求：（1）要求軟交換不僅有分權限管理的功能，還需要具備分地域對用戶(hù)、中繼等數據進(jìn)行管理的功能；（2）由于軟交換相當于現有PSTN網(wǎng)絡(luò )的長(cháng)途/市話(huà)/SSP合一的設備，提供業(yè)務(wù)豐富，因此需要在分域的基礎上，能夠分業(yè)務(wù)管理計費數據；（3）由于軟交換需要與多個(gè)本地網(wǎng)的交換機設備建立信令路由，而每個(gè)本地網(wǎng)的點(diǎn)碼分配機制不同，因此要求軟交換具備多信令點(diǎn)碼的功能。

3.3.2 網(wǎng)絡(luò )建設中期

　　隨著(zhù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，業(yè)務(wù)需求增加，網(wǎng)絡(luò )規模擴大，網(wǎng)絡(luò )中軟交換節點(diǎn)數逐步增加。軟交換所控制的包交換網(wǎng)與電路交換網(wǎng)所占用戶(hù)面極其接近甚至略勝一籌時(shí)，原有的電路交換網(wǎng)逐步退到邊緣，數據網(wǎng)用戶(hù)不斷增加。

　　這個(gè)時(shí)候要依靠軟交換本身細化相關(guān)路由的配置已經(jīng)很難實(shí)現，可以考慮引進(jìn)若干RS承擔起路由解析的重任，RS的出現可以開(kāi)始是個(gè)別的，分別負擔部分軟交換的路由信息，這時(shí)候RS全部處于一個(gè)層次。引入RS時(shí)，一方面要考察軟交換對相關(guān)協(xié)議的支持，另一方面要考察采用RS路由方式對軟交換處理能力等性能的影響。

　　由于每個(gè)地域軟交換網(wǎng)絡(luò )建設的步伐不一，因此這一階段，運營(yíng)商可以根據每個(gè)地域所采用設備對協(xié)議的支持情況，通過(guò)省際軟交換的方式，或省級RS的方式實(shí)現地域之間的軟交換網(wǎng)絡(luò )的互通。

3.3.3 網(wǎng)絡(luò )建設后期

　　軟交換控制的包交換網(wǎng)絡(luò )規模繼續擴大,當RS的個(gè)數增加到一定程度時(shí)每個(gè)RS都會(huì )面臨路由數據的配置及維護壓力,此時(shí)需要對RS的組網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)配置省級RS及國家級RS來(lái)緩解區域RS的困頓,網(wǎng)絡(luò )在演進(jìn)過(guò)程中逐步形成RS分級、軟交換扁平的組網(wǎng)模式。

4 其他相關(guān)問(wèn)題

4.1 與RS相關(guān)的協(xié)議能力要求

1）軟交換與RS之間的協(xié)議能力要求：

  • 路由信息的檢索；


    • 　　RS根據軟交換的請求檢索路由信息。

  • 路由信息的增加/刪除/修改；


    • 　　軟交換用戶(hù)號段變化或發(fā)現網(wǎng)絡(luò )擁塞引起路由信息的更改時(shí)，應能通過(guò)相關(guān)協(xié)議及時(shí)通知RS，RS對相關(guān)路由信息進(jìn)行更新并廣播通知其他相關(guān)RS。

  • RS對軟交換的鑒權認證；


    • 　　應能對發(fā)起請求的軟交換進(jìn)行鑒權認證。防止非法軟交換竊取路由信息。

  • 心跳機制。


    • 　　軟交換與RS之間應有心跳機制，定期檢測對方的存活信息。軟交換在發(fā)現與RS連接中斷時(shí)，可以切換到配對的RS。相應地，RS發(fā)現與某個(gè)軟交換的連接中斷時(shí)，應立即把到該軟交換的路由狀態(tài)信息進(jìn)行更新，并廣播通知相關(guān)RS。

    2）RS之間的協(xié)議能力要求：

  • 交換和同步RS之間的路由信息；


    • 　　RS之間路由表同步結束后，當路由表的內容發(fā)生改變時(shí)，將能向相關(guān)RS發(fā)送新的路由信息。

  • 路由的檢索；


    • 　　根據下一級RS發(fā)起的請求檢索路由信息。

  • 防止尋址的路由循環(huán)；


    • 　　防止尋址時(shí)產(chǎn)生RS之間的路由循環(huán)。

  • RS之間的鑒權認證；


    • 　　應能對交互信息的RS進(jìn)行鑒權認證。

  • 心跳機制


    • 　　RS之間可通過(guò)心跳機制,定期檢測對端的存活信息。

    4.2 運營(yíng)商之間軟交換網(wǎng)絡(luò )的互通

    　　不管運營(yíng)商內部網(wǎng)絡(luò )采用何種組網(wǎng)方式，在實(shí)現運營(yíng)商之間的網(wǎng)絡(luò )互通時(shí)，由于涉及互聯(lián)互通故障定位、費用結算等問(wèn)題，一般考慮采用關(guān)口軟交換和關(guān)口網(wǎng)關(guān)的組網(wǎng)方式。

    　　在網(wǎng)絡(luò )中設置若干個(gè)關(guān)口軟交換，負責匯聚運營(yíng)商之間的互通業(yè)務(wù)。一方面出于網(wǎng)絡(luò )的安全性考慮，需要屏蔽運營(yíng)商內部的網(wǎng)絡(luò )結構；另一方面這種結構也可以便于互聯(lián)互通故障的處理。這些關(guān)口軟交換需要完成協(xié)議的轉接以及對媒體流進(jìn)行控制。關(guān)口網(wǎng)關(guān)負責過(guò)網(wǎng)媒體流的匯聚。

    　　關(guān)口軟交換需要實(shí)現現有關(guān)口局的黑白名單、過(guò)負荷控制、計費等相關(guān)功能。關(guān)口軟交換與其他運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )的軟交換路由數據可以存放在關(guān)口軟交換中，直接路由到對端關(guān)口軟交換，也可以通過(guò)RS完成路由。

    5、結束語(yǔ)

    　　綜上所述，在軟交換控制的分組交換網(wǎng)絡(luò )中，路由的概念已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，采用路由服務(wù)器直接路由到目的軟交換是適應分組交換網(wǎng)絡(luò )的一種組網(wǎng)方案。路由服務(wù)器的引入，應在綜合考慮網(wǎng)絡(luò )規模，設備對協(xié)議的支持等問(wèn)題的基礎上，進(jìn)行統一的規劃和部署。

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