軟交換技術(shù)在VoIP中的應用分析

姚玉坤 劉合武 2007/03/13

圖1 基于H.323協(xié)議的VoIP網(wǎng)絡(luò )

2、基于軟交換技術(shù)的VoIP網(wǎng)絡(luò )

　　軟交換(Softswitch)技術(shù)正是在VoIP基礎產(chǎn)生的。其主要思想來(lái)源于分解網(wǎng)關(guān)概念，將呼叫控制與接入/傳送功能相分離，即將VoIP網(wǎng)關(guān)分解為媒體網(wǎng)關(guān)(MG)、信令網(wǎng)關(guān)(SG)、媒體網(wǎng)關(guān)控制器(MGC)，其中媒體網(wǎng)關(guān)控制器是軟交換的前身。網(wǎng)關(guān)功能分離模型如圖2所示。

圖2 網(wǎng)關(guān)功能分離模型

　　 圖2中，由媒體網(wǎng)關(guān)實(shí)現媒體流的轉換功能；媒體網(wǎng)關(guān)控制器(MGC)/軟交換提供各種業(yè)務(wù)的基本呼叫控制功能；信令網(wǎng)關(guān)負責網(wǎng)絡(luò )的信令處理，實(shí)現異構網(wǎng)絡(luò )不同信令之間轉換；各部件之間通過(guò)相應的標準協(xié)議進(jìn)行通信。另外，軟交換技術(shù)的主要設計思想還借鑒了傳統智能網(wǎng)的“呼叫與控制相分離”的方式。使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)提供變得更加靈活和開(kāi)放。

2.1軟交換技術(shù)網(wǎng)絡(luò )結構

　　基于軟交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò )結構是以軟交換設備為核心，能夠實(shí)現業(yè)務(wù)與控制、接入與承載彼此分離，各功能部件之間采用標準協(xié)議進(jìn)行互通的體系結構。通過(guò)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )結構實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的融合和業(yè)務(wù)的融合，使得分組交換網(wǎng)絡(luò )能夠繼承原有電路交換網(wǎng)中豐富的業(yè)務(wù)功能，同時(shí)可以在全網(wǎng)范圍內快速提供原有網(wǎng)絡(luò )難以提供的新型業(yè)務(wù)。

　　軟交換網(wǎng)絡(luò )結構可分成接入層、傳輸層、控制層和業(yè)務(wù)層四個(gè)層面，見(jiàn)圖3所示。

圖3 軟交換網(wǎng)絡(luò )結構

圖3中各層的功能如下：

　　接入層主要實(shí)現異構網(wǎng)絡(luò )到核心傳送網(wǎng)以及異構網(wǎng)絡(luò )之間的互聯(lián)互通，集中業(yè)務(wù)數據量并將其通過(guò)路由選擇傳送到目的地。其中，媒體網(wǎng)關(guān)是使用不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )(如PSTN網(wǎng)和IP網(wǎng))間的接口；信令網(wǎng)關(guān)對電話(huà)信令消息進(jìn)行轉換，使其能在分組網(wǎng)上傳輸。

　　傳輸層完成業(yè)務(wù)數據和控制層與接入層控制信息的集中承載傳輸。

　　控制層決定呼叫的建立、接續和交換，將呼叫控制與媒體業(yè)務(wù)相分離，理解上層生成的業(yè)務(wù)請求，通知下層網(wǎng)絡(luò )單元如何處理業(yè)務(wù)流。

　　業(yè)務(wù)/應用層：業(yè)務(wù)層主要指面向用戶(hù)提供各種應用和服務(wù)的設備。采用開(kāi)放、綜合的業(yè)務(wù)接入平臺，為下一代網(wǎng)絡(luò )提供各種增值業(yè)務(wù)、多媒體業(yè)務(wù)和第三方業(yè)務(wù)，還具有相應的業(yè)務(wù)生成和維護環(huán)境。業(yè)務(wù)層可能包括應用服務(wù)器、AAA服務(wù)器、業(yè)務(wù)控制點(diǎn)(SCP)、策略服務(wù)器、第三方服務(wù)器。

　　其中軟交換設備是軟交換網(wǎng)絡(luò )體系的核心設備，位于網(wǎng)絡(luò )控制層，軟交換是多種邏輯功能實(shí)體的集合，提供綜合業(yè)務(wù)的呼叫控制、連接和部分業(yè)務(wù)功能。軟交換作為一個(gè)開(kāi)放的功能實(shí)體，采用標準的開(kāi)放協(xié)議與外部實(shí)體實(shí)現通信。

　　媒體網(wǎng)關(guān)與軟交換之間的接口用于軟交換對媒體網(wǎng)關(guān)進(jìn)行承載控制和資源管理。接口采用H.248協(xié)議，可考慮采用媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議MGCP和Internet設備控制協(xié)議(IPDC)。信令網(wǎng)關(guān)與軟交換之間的接口完成軟交換和信令網(wǎng)關(guān)之間信令信息的傳遞，接口采用信令控制協(xié)議(SCTP)。軟交換與網(wǎng)管中心之間的接口實(shí)現對軟交換的管理，采用簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)議(SNMP)。軟交換與智能網(wǎng)SCP之間的接口提供對現有智能網(wǎng)業(yè)務(wù)的支持，接口使用智能網(wǎng)應用協(xié)議INAP。軟交換與應用服務(wù)器間的接口提供對第三方應用和各種增值業(yè)務(wù)的支持功能，可采用SIP協(xié)議或軟交換提供的API。軟交換與策略服務(wù)器間的接口實(shí)現對網(wǎng)絡(luò )設備的工作進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整，可使用COPS協(xié)議。軟交換間的接口主要實(shí)現不同軟交換設備之間的交互，采用SIP-T或ITU-T最新推出的BICC協(xié)議。

2.2軟交換網(wǎng)絡(luò )的VoIP實(shí)現

　　圖4為基于軟交換網(wǎng)絡(luò )的VoIP應用網(wǎng)絡(luò )，在此網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中有幾個(gè)基本部件：軟交換、中繼網(wǎng)關(guān)、媒體網(wǎng)關(guān)、信令網(wǎng)關(guān)以及各類(lèi)接入網(wǎng)關(guān)，還有網(wǎng)管服務(wù)器、策略服務(wù)器等。

圖4 基于軟交換網(wǎng)絡(luò )的VoIP應用網(wǎng)絡(luò )

　　從圖4中可以看出，軟交換的功能類(lèi)似于現行電路交換傳送系統間的交換/長(cháng)途網(wǎng)，但長(cháng)途交換機用軟交換系統和一組中繼/媒體網(wǎng)關(guān)的組合所取代，見(jiàn)圖5。中繼/媒體網(wǎng)關(guān)自身是由軟交換技術(shù)利用主/被叫協(xié)議控制，這個(gè)協(xié)議是與來(lái)自某個(gè)具有指定源/目的的RTP/UDP/IP流的電路交換機的一個(gè)指定時(shí)隙相關(guān)的MGCP/IPDC協(xié)議。另外，軟交換技術(shù)作為呼叫處理的組成部分，其標識要被用來(lái)終結該呼叫的最有可能的出口網(wǎng)關(guān)，并利用這個(gè)信息來(lái)命令中繼網(wǎng)關(guān)執行所指定的功能，即軟交換技術(shù)能夠通過(guò)選擇一個(gè)最小代價(jià)的路由來(lái)完成每次呼叫，以使所選擇的出口網(wǎng)關(guān)最接近目的電話(huà)。于是，就完成了原有通過(guò)電路交換網(wǎng)執行的呼叫處理操作功能。

圖5 軟交換與長(cháng)途交換機對照示意圖

　　 在圖4中，接入網(wǎng)關(guān)既可以終結ISDN的PRI，也可以終結來(lái)自企業(yè)PBX的CAS信令。這種接入網(wǎng)關(guān)能夠被軟交換以基于分組電話(huà)協(xié)議的多種方式進(jìn)行控制；對于基于H.323協(xié)議的網(wǎng)關(guān)，軟交換使用H.323協(xié)議與之實(shí)現互通和控制；如果接入網(wǎng)關(guān)隧道PRI(Q.931)或CAS信令返回到軟交換，則軟交換使用MGCP/IPDC協(xié)議以更好的方式控制接入網(wǎng)關(guān)。

　　軟交換技術(shù)通過(guò)SIP協(xié)議接到電纜網(wǎng)絡(luò )上，以支持企業(yè)的IPPBX及IP電話(huà)。并通過(guò)TCP/IP協(xié)議接入SCP，也可通過(guò)TCP/SCCP協(xié)議接入到SS7網(wǎng)絡(luò )上，使與PSTN及當前的VoIP網(wǎng)絡(luò )無(wú)縫互連成為可能。

　　基于軟交換技術(shù)網(wǎng)絡(luò )體系的VoIP通信實(shí)現的基本工作過(guò)程如下：當主叫用戶(hù)摘機后，中繼/媒體網(wǎng)關(guān)檢測到該事件并報告給軟交換設備；軟交換設備查詢(xún)主叫用戶(hù)數據，進(jìn)行身份鑒權；若是有權用戶(hù)，軟交換設備向媒體網(wǎng)關(guān)發(fā)送撥號計劃，要求網(wǎng)關(guān)向主叫用戶(hù)發(fā)送撥號音；軟交換設備收到網(wǎng)關(guān)送來(lái)的被叫號碼后，進(jìn)行被叫號碼分析、黑白名單分析等，找到被叫所屬的軟交換設備地址，并將呼叫請求轉發(fā)到被叫軟交換設備；軟交換設備控制主、被叫網(wǎng)關(guān)選擇空閑的媒體資源，完成編碼格式及媒體連接地址等的協(xié)商；呼叫中，軟交換設備可以控制媒體資源服務(wù)器提供交互語(yǔ)音響應(IVR，InteractiveVoiceResponse)功能，以完成諸如二次撥號、通知音播放、監聽(tīng)等多種業(yè)務(wù)；若呼叫過(guò)程涉及多方成員參與，軟交換設備可提供多方呼叫控制功能，包括多方呼叫的特殊邏輯關(guān)系，呼叫成員的加入、退出、隔離、旁聽(tīng)，以及混音過(guò)程的控制等；呼叫過(guò)程中，軟交換設備控制網(wǎng)關(guān)向用戶(hù)發(fā)送振鈴音、回鈴音、忙音等音頻信號；用戶(hù)掛機后，中繼/媒體網(wǎng)關(guān)檢測該事件并報告給軟交換設備，軟交換設備控制各網(wǎng)關(guān)及終端設備進(jìn)行資源的釋放。

　　在上述通信過(guò)程中，AAA服務(wù)器進(jìn)行認證和授權，網(wǎng)管服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )管理，媒體服務(wù)器提供各種資源，如語(yǔ)音資源、傳真資源、語(yǔ)音識別資源等，應用服務(wù)器則完成用戶(hù)所需業(yè)務(wù)的提供和管理。

2.3 基于軟交換的VoIP應用網(wǎng)絡(luò )優(yōu)勢分析

　　與基于H.323協(xié)議的VoIP網(wǎng)絡(luò )相比，基于軟交換的VoIP應用網(wǎng)絡(luò )結構由于采用了分層的網(wǎng)絡(luò )結構，具有全面的開(kāi)放性，在綜合接入能力、互通兼容能力、業(yè)務(wù)提供能力、網(wǎng)絡(luò )管理能力、鑒權認證和計費等方面都有明顯的優(yōu)勢。

　　在綜合接入方面：軟交換網(wǎng)絡(luò )結構由于網(wǎng)絡(luò )采用分層模型，各設備功能相對單一。軟交換完成協(xié)議處理、呼叫控制、資源管理、業(yè)務(wù)實(shí)現等功能，中繼/媒體網(wǎng)關(guān)在軟交換的控制下完成媒體流轉換及相關(guān)控制功能。這樣，軟交換通過(guò)控制各種類(lèi)型的網(wǎng)關(guān)設備，實(shí)現綜合接入。而基于H.323的體系結構還不是一個(gè)開(kāi)放的體系結構，它可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)設備實(shí)現與PSTN的簡(jiǎn)單語(yǔ)音互通，但在其上增加其他接入方式較困難。

　　在網(wǎng)絡(luò )互通兼容方面：基于軟交換的VoIP應用網(wǎng)絡(luò )結構采用分層的開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )架構，各層之間以及各設備之間都通過(guò)標準的協(xié)議通信，只要遵守約定的規則和協(xié)議，不同廠(chǎng)商的設備都可以很容易的接入網(wǎng)絡(luò )，并實(shí)現彼此的互通，從而靈活有效地實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的擴展和升級。而H.323是一系列協(xié)議的集合，本身比較復雜，各廠(chǎng)商對其理解又存在著(zhù)很大差異，導致所制造產(chǎn)品的H.323協(xié)議兼容性一直存在問(wèn)題。

　　業(yè)務(wù)提供方面：在基于軟交換網(wǎng)絡(luò )結構中，軟交換技術(shù)的業(yè)務(wù)生成獨立于網(wǎng)絡(luò )，新業(yè)務(wù)通過(guò)應用服務(wù)器完成。運營(yíng)商根據自身的實(shí)際情況，既可以自己開(kāi)發(fā)、也可以委托產(chǎn)品制造商第三方開(kāi)發(fā)商靈活定制所需的業(yè)務(wù)；另外，也可以繼續沿用原有的傳統智能業(yè)務(wù)。由于軟交換系統提供統一的業(yè)務(wù)生成平臺，業(yè)務(wù)一旦生成，即為全網(wǎng)所共享。而采用H.323，其業(yè)務(wù)生成基本上都是在網(wǎng)關(guān)上進(jìn)行的，某些情況下也需要網(wǎng)守的支持。而網(wǎng)守、網(wǎng)關(guān)都是相對封閉的實(shí)體，由于不同制造商的業(yè)務(wù)提供方式不盡相同，加之采用內部協(xié)議而未提供標準的開(kāi)放接口，這樣不僅使得運營(yíng)商各自提供業(yè)務(wù)的能力有限，更導致了全網(wǎng)的新業(yè)務(wù)統一變得相當困難。

　　在網(wǎng)絡(luò )管理方面：H.323采用基于SNMP的網(wǎng)絡(luò )管理，無(wú)實(shí)時(shí)性，對人工干預的依賴(lài)性較大，難以對大型網(wǎng)絡(luò )作出有效、及時(shí)的反應。而在基于軟交換網(wǎng)絡(luò )中，軟交換技術(shù)提供COPS協(xié)議接口，接受策略服務(wù)器的管理和調節，實(shí)現基于策略的網(wǎng)絡(luò )管理功能，進(jìn)行集中、實(shí)時(shí)、智能化的策略管理服務(wù)，完成了由傳統的靜態(tài)網(wǎng)管向動(dòng)態(tài)網(wǎng)管的飛躍。同時(shí)，軟交換也能支持基于SNMP的傳統網(wǎng)絡(luò )管理。

　　鑒權認證和計費方面：在軟交換網(wǎng)絡(luò )中，軟交換控制設備通過(guò)RADIUS協(xié)議與AAA服務(wù)器交互，實(shí)現集中用戶(hù)鑒權、認證、計費。接入設備只需完成簡(jiǎn)單的接入功能，無(wú)需支持太多的協(xié)議。而在H.323網(wǎng)絡(luò )中，用戶(hù)鑒權、認證是在網(wǎng)守中實(shí)現的，網(wǎng)關(guān)通過(guò)RAS與網(wǎng)守交互，完成用戶(hù)認證、計費，過(guò)程比較復雜。

3、結束語(yǔ)

　　軟交換技術(shù)的出現一方面造就了網(wǎng)絡(luò )的融合，另一方面軟交換采用了開(kāi)放式應用程序接口，方便了第三方應用的開(kāi)發(fā)和新業(yè)務(wù)的引進(jìn)。隨著(zhù)軟交換網(wǎng)絡(luò )向著(zhù)組網(wǎng)更加靈活、信息傳送更加高效、業(yè)務(wù)生成更加多樣的方向不斷發(fā)展，我們有理由相信，VoIP也必將在軟交換網(wǎng)絡(luò )中得到成功應用。

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