浅谈软交换技术及应用

摘要：文章简要的介绍了软交换技术，包括软交换产生的背景及其概念、特点、功能、支持的协议，最后结合实际探索了其在网络中的应用。

关键词：软交换；NGN；协议

中图分类号:TP393. 08 文献标识码:A

一、软交换技术产生的背景

软交换的概念最早起源于美国。当时在企业网络环境下，用户采用基于以太网的电话，通过一套基于PC服务器的呼叫控制软件（CallManager、CallServer），实现PBX功能（IPPBX）。对于这样一套设备，系统不需单独铺设网络，而只通过与局域网共享就可实现管理与维护的统一，综合成本远低于传统的PBX。由于企业网环境对设备的可靠性、计费和管理要求不高，主要用于满足通信需求，设备门槛低，许多设备商都可提供此类解决方案，因此IP PBX应用获得了巨大成功。受到IP PBX成功的启发，为了提高网络综合运营效益，网络的发展更加趋于合理、开放，更好的服务于用户。业界提出了这样一种思想：将传统的交换设备部件化，分为呼叫控制与媒体处理，二者之间采用标准协议（MGCP、H248）且主要使用纯软件进行处理，于是，SoftSwitch（软交换）技术应运而生。

二、软交换技术的概念

软交换是下一代网络的控制功能实体，为下一代网络(NGN)具有实时性要求的业务的提供呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。

从广义上看，软交换是一种体系结构，利用该体系结构可以建立NGN的网络框架，其功能涵盖了NGN的层次结构中的接入和传输层、媒体层、控制层、业务和应用层，主要由服务器、软交换设备、媒体网关、信令网关、综合接入设备等组成。

从狭义上看，软交换可以理解为是定义在控制层而上的软交换设备，一般根据应用也可称为呼叫、呼叫服务器、媒体网关控制器等。在传统的交换节点中，业务提供、呼叫控制和交换矩阵都集中在一起，而软交换基于"网络就是交换"的理念，将呼叫控制从网络中分离出来，以分组网代替交换矩阵的功能，开放业务、控制、接入间的协议，可以更方便地引入新生业务。

三、软交换技术的特点及功能

1．软交换的主要特点有：

⑴ 高效灵活软交换体系结构的最大优势在于将应用层和控制层与核心网络完全分开，有利于以最快的速度、最有效的方式引入各种新业务。

⑵ 开放性由于软交换体系架构中的所有网络部件之间采用标准协议，因此各个部件之间既能独立发展，又能有机地组成一个整体，实现互联互通。

⑶ 多用户模拟用户、数字用户、移动用户、ADSL 用户、ISDN 用户、IP 窄带网络用户、IP 宽带网络用户都可以享用软交换提供的业务。

⑷ 强大的业务功能软交换可以提供包括语音、数据、多媒体等各种业务，这也是软交换被越来越多的运营商接受和利用的主要原因。

2.软交换的主要功能

(1)媒体网关接入功能

媒体网关功能是接入到IP网络的一个端点/网络中继或几个端点的集合，它是分组网络和外部网络之间的接口设备，提供媒体流映射或代码转换的功能。例如，PSTN/ISDNIP中继媒体网关、ATM媒体网关、用户媒体网关和综合接入网关等，支持MGCP协议和H.248/MEGACO协议来实现资源控制、媒体处理控制、信号与事件处理、连接管理、维护管理、传输和安全等多种复杂的功能。

(2)呼叫控制和处理功能

呼叫控制和处理功能是软交换的重要功能之一，可以说是整个网络的灵魂。它可以为基本业务/多媒体业务呼叫的建立、保持和释放提供控制功能，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等。支持基本的双方呼叫控制功能和多方呼叫控制功能，多方呼叫控制功能包括多方呼叫的特殊逻辑关系、呼叫成员的加入/退出/隔离/旁听等。

(3)业务提供功能

在网络从电路交换向分组交换的演进过程中，软交换技术必须能够实现PSTN/ISDN交换机所提供的全部业务，包括基本业务和补充业务，还应该与现有的智能网配合提供智能网业务，也可以与第三方合作，提供多种增值业务和智能业务。

(4)互连互通功能

下一代网络并不是一个孤立的网络，尤其是在现有网络向下一代网络的发展演进中，不可避免地要实现与现有网络的协同工作、互连互通、平滑演进。例如，可以通过信令网关实现分组网与现有7号信令网的互通;可以通过信令网关与现有智能网互通，为用户提供多种智能业务;可以采用H.323协议实现与现有H.323体系的IP电话网的互通;可以采用SIP协议实现与未来SIP网络体系的互通;可以采用SIP或BICC协议与其他软交换技术互联;还可以提供IP网内H.248终端、SIP终端和MGCP终端之间的互通。

(5)协议功能

软交换是一个开放的、多协议的实体，因此必须采用各种标准协议与各种媒体网关、应用服务器、终端和网络进行通信，最大限度地保护用户投资并充分发挥现有通信网络的作用。这些协议包括H.323、SIP、H.248、MGCP、SIGTRAN、RTP、INAP等。

(6)资源管理功能

软交换应提供资源管理功能，对系统中的各种资源进行集中管理，如资源的分配、释放、配置和控制，资源状态的检测，资源使用情况统计，设置资源的使用门限等。

(7)计费功能

软交换应具有采集详细话单及复式计次功能，并能够按照运营商的需求将话单传送到相应的计费中心。

(8)认证与授权功能

软交换应支持本地认证功能，可以对所管辖区域内的用户、媒体网关进行认证与授权，以防止非法用户/设备的接入。同时，它应能够与认证中心连接，并可以将所管辖区域内的用户、媒体网关信息送往认证中心进行接入认证与授权，以防止非法用户，设备的接入。

(9)地址解析功能

软交换设备应可以完成E.164地址至IP地址、别名地址至IP地址的转换功能，同时也可以完成重定向的功能。对于号码分析和存储功能，要求软交换技术支持存储主叫号码20位，被叫号码24位，而且具有分析10位号码然后选取路由的能力，具有在任意位置增、删号码的能力。

(10)话音处理功能

软交换设备应可以控制媒体网关是否采用语音信号压缩，并提供可以选择的话音压缩算法，算法应至少包括G.729、G.723.1算法，可选G.726算法。同时，可以控制媒体网关是否采用回声抵消技术，并可对话音包缓存区的大小进行设置，以减少抖动对话音质量带来的影响。

四、软交换支持的协议

1.H.248、MGCP协议

H.248是由ITU-T提出的，相应IETF(internet engi-neering task force)提出的标准为MEGACO(media gateway control)，两者基本一致，成为 ITU-T和IETF联合批准的信令协议。这标志着电信界与因特网界为推进下一代网建设而作出的一次重大努力。该协议引入了终结点和关联两个概念，通过8个命令完成终结点和关联之间的操作，从而完成呼叫的建立和释放。MGCP也是由IETF提出，但比MEGACO提出的时间早，没有MEGACO完善。

2.H.323、SIP协议

H.323协议是ITU-T制订的分组通信网上多媒体通信的协议集，主要包含RAS(registration admission and status)协议、H.225.0协议、H.245协议。其中RAS协议用于完成终端与关守之间的登记注册、授权许可、带宽改变、脱离解除等过程;H.225.0协议用于建立媒体控制信道(H.245逻辑信道)，采用类似N-ISDN中Q.931协议的呼叫建立流程建立H.323设备之间媒体控制信道;H.245协议负责终端之间的能力交换、打开关闭媒体流逻辑信道。目前H.323协议在IP电话中得到广泛应用 。

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SIP协议是IETF提出的在IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议:会话初始协议。其设计思想与H.323完全不同，采用基于文本格式的客户机、服务器方式，以文本的形式表示消息的语法、语义和编码。SIP协议具有简单灵活、易扩展的特点，成为H.323协议的强大竞争对手。

3.BICC协议

BICC(bear independent call control)协议是ITU-T提出的用于建立、修改、终结呼叫的应用层控制协议，基于ISUP形式，采用呼叫信令和承载功能分离的思路，使得异种承载网络之间的业务互通变得十分简单，BICC是可用于softswitch设备之间的信令协议。在 softswitch 之间可采用BICC或SIP，具体采用哪一中尚未有定论。

4.Parlay技术

应用服务器通过ParlayAPI与softswitch通信，提供各种新业务。ParlayAPI是一组开放的、技术独立、可扩展的API，目前提供两大类接口：业务接口(提供给高层应用访问网络资源和信息的能力)和框架接口(为业务接口提供相应的支持功能，如安全、管理等)。第3方业务开发商、独立软件提供商通过API接口可大大降低新业务的开放周期，彻底突破了现有智能网业务开发的封闭性。ParlayAPI采用面向对象的方法，使用UML(unified modeling language)进行描述。在具体实现过程中可采用具体的网络技术，如 CORBA、Java，使用 Microsoft IDL、CORBA IDL语言。ParlayAPI具有以下特征:面向对象，支持多媒体，可管理性，安全性，简单，可扩充，支持定位功能，网络独立性。

Parlay技术目前还处于发展阶段，可以预料当Parlay技术成熟并市场化后，必将给网络业务带来巨大的发展。与Parlay技术处于竞争地位的是JAIN(java advance intelligent network)技术。

5.LDAP、COPS、RADIUS协议

LDAP(lightweight directory access protocol)是简易的目录访问协议，定义了客户和服务器之间如何通信来得到目录信息。LDAP服务器持有一个包含用户情况、应用与相应网络策略的目录簿，通过它，网络运营商能针对特定的用户需求给出服务水平协议(SLA)和分层次的带宽服务，softswitch通过对目录服务器的访问对应用进行优先化处理以及对服务需求进行管理。

COPS(common open policy server)是一个问答式协议用来在策略服务器与softswitch之间交换策略信息 。

RADIUS(remote authentication dial-in user service)是当前流行的AAA(authorization、authentication、accounting)，授权、验证和计费 协议，采用客户机/服务器结构、请求/响应的操作模式，集中管理用户验证、口令加密、服务选择过滤和呼叫计费。RADIUS采用UDP(user datagram proto-col)作为传输协议，使用1812端口作为验证端口、1813端口作为计费端口。

6.SCTP协议

SCTP(simple control transmission protocol)是为了在IP网上传输信令消息而设计的通用信令传输协议，它为命令报文的传输提供可靠、有序的传输服务。SCTP与TCP一样是面向连接的可靠传输协议，但相对TCP又具有一些改进和特色，使SCTP更加适合于提供信令消息的传输服务，如它克服了TCP不能及时知道连接中断的缺点;它是面向报文的连接协议，而TCP是面向流的连接等。

SCTP可以在IP网上承载七号信令，实现IP网和现有七号信令网、智能网的互通。同时SCTP还可以承载H.248、SIP、BICC等信令协议，预计SCTP将成为IP网上控制协议的主要承载者。

五、软交换技术的应用

伴随着软交换多年的发展，现网上已经出现了很多的软交换应用。在这些应用中，有两类应用非常符合软交换以分组交换为基础提供传统话音业务的定位。这两类应用分别是：软交换在语音长途网中的应用以及软交换在固网智能化改造中的应用。

事实上还有一类应用，就是3GPP系统网络结构中的电路域(CS)应用。因为3GPP R4和R5等版本系统网络结构中的CS控制实体--移动交换中心服务器(MSC Server)，采用的就是移动软交换技术。

1.软交换在语音长途网中的应用

软交换在语音长途网中的应用，最能够体现出软交换的技术优势。

首先，软交换应用于语音长途网相比于传统电路交换具有如下优势：(1)更大的系统容量使得网络结构更简单。(2)资源调配效率更高。软交换设备的呼叫处理能力大于传统交换机，因此在部署语音长途网时，可以设置更少的交换节点。交换节点的减少所带来的优势是非常明显的，最直接的好处是网络结构变得简单，路由的配置和维护也更为容易。间接的好处还有减少了机房的占用面积，降低了传输资源配置的难度等等。由于软交换网络是基于分组交换的，并且实现了控制与承载分离，因此相对于电路交换来说对资源进行重新调配更为简单，效率也更高。在调整承载资源时，网络结构以及信令路由等都不需要做相应的变化。

其次，软交换应用于语音长途网，回避了这种技术在其他场景应用所遇到的问题。第一，长途网软交换不携带终端用户，避免了安全攻击、用户资源控制等问题；第二，长途网不涉及城域网或接入网，而骨干IP传输网的带宽又比较容易保障，因此也不存在QoS保障问题。

正是基于上述原因，软交换在PSTN语音长途网的改造和扩容中获得了广泛的应用。

2．软交换在网络智能化改造中的应用

在PSTN网络智能化改造过程中使用软交换机也是软交换应用的一个方向。在这种应用中，软交换机主要用于替代PSTN汇接局交换机。

用软交换替代传统汇接局交换机，可以为网络带来更低的维护成本。另外得益于软交换网络容量大、扩容方便的优势，在今后本地网规模不断扩大的情况下，在承载资源充足的前提下，只需在端局层面放置更多接入网关(AG)或中继网关(TG)，在软交换设备中相应地增加处理板，对网络的架构没有任何影响。

另一方面，软交换对智能网的支持也使得其足以胜任这一角色。对智能网应用协议(INAP)的支持已经成为软交换设备的一种必备能力，无论采用IP承载INAP(INAP over IP)的方式，还是通过信令网关(SG)进行信令转接的方式，软交换都可以很容易地实现与传统智能网设备的对接，同时软交换本身还可以具备业务交换点(SSP)的功能。

当然，正如前面讨论软交换网络架构部分中提及的，软交换在应用于网络智能化改造时，可能需要支持外置的用户签约属性集中数据库，因为使用外置的签约属性数据库是实现网络智能化业务触发的主流方式。

结束语

在未来的发展中，软交换应该主要定位于继承传统的话音业务，同时可以适当地发展一些基本的IP多媒体业务。在此定位的基础上，软交换仍然可以在PSTN长途网、网络智能化改造等方面获得大量的应用。同时，基于业务发展及服务质量提高的需求，软交换网络架构也将不断向前发展。总之，只要人们理性地看待软交换，并以实用为原则，即使在IMS已经大行其道的今天，软交换仍然能够获得足够的发展空间。

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