软交换技术在电网生产调度中的应用研究

摘 要：IPT（IP Telephony）使所有类型的通信业务（包括音频、视频和数据以及无线和有线语音业务）都可以在一套IP（互联网协议）网络上传输，并实现统一管理。软交换技术的出现一方面造就了网络的融合，另一方面软交换采用了开放式应用程序接口（API），方便了第三方应用的开发和新业务的引进。文章主要立足服务于电网生产调度的电力专用通信网，从软交换提出的必然性、软交换的概念和主要功能特点等方面对软交换技术进行论述，并对软交换技术在电网生产调度通信专网中的应用作了具体的建议和分析介绍。

关键词：软交换；NGN；网络融合；电网生产调度；电力通信网

引言

1978年，国家批准电力部门组建电力专用通信网服务于电网的生产调度。之后在相当长的一段时期里，电力通信逐步发展成为以音频、载波、模拟微波、调度总机等设备组成的多用户、多功能的综合通信专网。随着大规模集成电路的发展，出现了数字微波、光纤通信、程控交换机等，这也是目前电网通信系统的主要组成单元。高新技术的发展，特别是计算机技术与通信技术取得了惊人的发展，两者相互融合、渗透，奠定了现代信息社会的基础。新技术改变着传统电信的概念和体系，通信体制正发生着深刻的变革，现代通信正经历着从电路交换（面向连接）到IP包交换（无连接）的演变过程。

电力通信作为行业性的专用通信网，是随电力系统的发展需要而逐步形成和发展的。它主要用来缓解公网发展缓慢而造成的通信能力不足并填补公网难以满足一些电力部门特殊通信需求的矛盾，以保证电力专业化生产正常高效地进行。电力通信的业务可划分为关键运行业务和事务管理业务两大类。关键运行业务是指远动信号、数据采集与监视控制系统、能量管理系统、 继电保护信号和调度电话等；事务管理业务包括行政电话、会议电话和会议电视、管理信息数据等。不同的电力通信业务，要求也不同。关键运行业务信息量不大。但对通信的实时性、准确性和可靠性要求很高；事务管理性业务则是业务种类多、变化快、通信流量大。

软交换技术的引入，将可以解决电力通信网目前面临的一系列问题。例如：实现电力通信网中各网络间互通，可以很好实现电话网和计算机网之间的信令互通及不同网关的互操作问题。这就是使得计算机网可以更方便地对电话网进行管理和支持，电话网也可以和计算机网络配合，更好地提供服务。统一不同介质的网络，在一台交换服务器上可对多种介质的信息进行交换，并且具有操作维护功能（主要包括业务统计和告警等）。

1 软交换技术和新一代网络（NGN）

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，实现PBX功能（IP-PBX）。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。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，更好地服务于用户。业界提出了这样一种设想：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、H.248）且主要使用纯软件进行处理，于是，软交换（Softswitch）技术便应运而生。

根据国际软交换论坛的定义，Softswitch是基于分组网利用程控软件提供呼叫控制功能和媒体处理相分离的设备和系统。因此，软交换的基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关（传输层）中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。

1.1 软交换体系结构

异构网络并存是目前网络的现状，多种异构网络融合则是大势所趋。随着IP网的迅速发展，软交换将以IP网为骨干，在各种网络相互融合的基础上，以一种统一的方式灵活地提供业务。软交换控制器（Softswitch）是软交换体系中的控制核心，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，可以向用户提供现有网络能够提供的业务，并向业务支撑环境提供底层网络能力的访问接口。应用服务器则是软交换体系中业务支撑环境的主体，也是业务提供、开发和管理的核心。

软交换网络从功能上可以分为业务/应用层、控制层、传输层和媒体/接入层。其分层体系结构见图1：

1.1.1 媒体/接入层提供各种网络和设备接入到核心骨干网的方式和手段，主要包括信令网关、媒体网关、接入网关等多种接入设备。

1.1.2 传输层负责提供各种信令和媒体流传输的通道，网络的核心传输网将是IP分组网络。

1.1.3 控制层主要提供呼叫控制、连接控制、协议处理等能力，并为业务平面提供访问底层各种网络资源的开放接口。该平面的主要组成部分是软交换设备。

1.1.4 业务/应用层利用底层的各种网络资源为用户提供丰富多样的网络业务。主要包括功能服务器、应用服务器和策略服务器等。其中最主要的功能实体是应用服务器，它是软交换网络体系中业务的执行环境。

可以看出，软交换采用分层、开放的体系结构，将传统交换机的功能模块分离成独立的网络实体，各实体间采用开放的协议或API接口，从而打破了传统通信网封闭的格局，实现了多种异构网络间的融合。下一代网络的体系通过将业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离，来实现相对独立的业务体系，使得上层业务与底层的异构网络无关，灵活、有效地实现业务的提供，从而能够满足人们多样的、不断发展的业务需求。可以说，软交换完全体现了业务驱动的思想和理念，很好地实现了多网络的融合，提供了开放灵活的业务提供体系。

软交换设备位于控制层，提供多种业务的连接控制、路由、网络资源管理、计费、认证等功能。软交换设备与各种媒体网关、终端、应用服务器、其他软交换设备间采用标准协议相互通信。

1.2 软交换的主要功能

软交换主要有以下功能：媒体网关接入功能、信令网关功能、呼叫控制功能、业务提供功能、互通功能、关口功能、运行维护功能、计费功能等。

1.2.1 媒体网关接入功能

该功能可以认为是一种适配功能。它可以连接各种媒体网关，如PSTN/ISDN的IP中继媒体网关、ATM媒体网关、用户媒体网关、无线媒体网关、数据媒体网关等，完成H.248协议功能。同时还可以直接与H.323终端和SIP客户端终端进行连接，提供相应业务。

1.2.2 呼叫控制功能

呼叫控制功能是软交换的重要功能之一。它完成基本呼叫的建立、维持和释放，所提供的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。业务提供功能。

由于软交换在网络从电路交换向分组交换演进的过程中起着十分重要的作用，因此软交换应能够支持PSTN/ISDN交换机提供的全部业务，包括基本业务和补充业务；同时还应该可以与现有智能网配合，提供现有智能网提供的业务。

1.2.3 互联互通功能

目前，存在两种比较流行的IP电话体系结构，一种是ITU-T制定的H.323协议，另一种是IETF制定的SIP协议标准，两者是并列的、不可兼容的体系结构，均可以完成呼叫建立、释放、补充业务、能力交换等功能。软交换可以支持多种协议，当然也可以同时支持这两种协议。

1.2.4 其它功能

支持开放的业务/应用接口功能；认证与授权功能；计费功能；资源控制功能和QoS管理功能；协议和接口功能。

软交换具有操作维护功能（主要包括业务统计和告警等）。对业务繁杂的电力系统来说，引入软交换可以对各种业务进行统一的统计。若出现故障还可以及时地发出告警信号。另外，软交换还可以采集详细的清单，实现对用电量和电话费等的计费。

2 电力通信网的软交换技术方案

考虑到现有设备和传统数据通信业务的状况，尽可能保证充分利用现有资源，采用先进成熟技术构造新一代多层结构信息网，就要求新一代电力通信网络所提供的业务平台不但要满足现存的数据格式透明度差、协议多种且不兼容、业务处理多样的功能，还要为将来的网络规模扩展及新型业务的接入提供可能。

2.1 网络基本架构

电力系统可以考虑构造一个基于IP网络技术的Intranet网络。以广东电网公司为例，整个电网可以按地区供电局划分局域网，只是在形式上的各有差异。可以按照区域组网，也可以按照能源类型组网，还可以按照效能匹配原则组网等。底层各节点均有相应的完全遵循新型网络传输方式的独立于任何网络硬件和网络配置的逻辑地址号，便于统一控制与管理。

当重要应用需要较高安全可靠性时，通信系统可提供独特而安全的冗余机制。使用通信服务器冗余，可以通过IP链路从一个通信服务器切换到其镜像的通信服务器。在这种配置中，两台通信服务器共存于同一系统中，其中一台服务器是主用的，是主通信服务器；而另一台服务器随时处于待机监视模式。如果主用服务器发生故障，备用服务器将自动接管。该备用通信服务器随时保持更新，而且随时可用作主服务器。

出于安全目的，以上两台通信服务器部署在不同的物理位置，甚至位于不同的子网络中。在正常操作的情况下，在主用和备用服务器之间需要建立并维持一个轮询对话。轮询对话一旦中断，就会通知备用服务器：主用服务器已经消失，然后备用服务器将接替主用服务器。

被动式通信服务器（PCS）是通信专网的特色功能，这是针对服务器与网关之间信令备份方式的补充和加强。一旦通信服务器不可用时，PCS为媒体网关提供呼叫处理服务。PCS解决方案提供了集中处理呼叫的功能（节约运行成本），而其所谓被动功能是针对两种情况时有能力接管呼叫处理：在中心节点（具有备份服务器）和远端节点的IP链路中断时PCS接管远端节点的呼叫处理；或是两个镜像服务器失去能力时，PCS分别接管所属域的系统呼叫处理。

2.2 电力通信网的网络互通

电力通信网中的电话网是一种交换网络，而且拥有电力系统独有的载波电话网络；同时电力通信网中也存在计算机网络，它们是以IP协议为基础的分组网络。软交换可以提供支持多种信令协议的接口，可以很好的实现电话网和计算机网之间的信令互通及不同网关的互操作问题。这就是使得计算机网可以更方便地对电话网进行管理和支持，电话网也可以和计算机网络配合，更好地提供服务。

电力通信网作为一个企业专网，在承担内部通信的同时，还需要与下一代网络（NGN）的互联。由于企业专网在交换方式和信令协议均已支持最新的标准，因此，专网实际上可以作为NGN网络的一部分无缝接入NGN。

2.3 电力网引入软交换的意义

传统的语音通信网是基于程控交换机的网络，那么下一代网络（NGN）则是基于软交换的网络。软交换是新旧网络融合的枢纽。这主要表现在以下几个方面：

从经济角度考虑，与电路交换机相比，软交换成本低。软交换由于采用了开放式平台，易于接收革新应用，且软交换利用的是普遍计算机器件，其性价比每年提高80%，远高于电路交换（每年提高20%），可见软交换在经济方面有很大优势。

从用户角度考虑，在传统的交换网络中，一个设备厂商往往供应软件、硬件和应用等所有的东西，用户被锁定在供应商那里，没有选择的空间，实现和维护的费用也很高。基于软交换的新型网络彻底打破了这种局面，因为厂商的产品都是基于开放标准的，所以用户可以向多个厂商购买各种层次的产品，可以在每一类产品中选择性价比最好的来构建自己的网络。

软交换可以提高网络的可靠性。软交换将以前的电路交换的核心功能进行了分类，将功能以功能软件的形式分配到分组网络的骨干网中。这种分门别类的分布式结构是可编程的，并对服务供应商和第三方特性开发商是开放的。由于所有的功能都以标准的计算机平台为基础，可以很容易地实现网络的可伸缩性和可靠性。

随着VOIP技术的成熟和实施， 企业可以实现将语音和数据融合在一个单一的网络中，这种融合网络带来的三个显著好处是：可以优化带宽，提高带宽利用率 （在广域网中尤为明显）；可以优化网络安装和管理；简化了今后的融合（CTI等）应用。

3 结束语

电力通信网中存在多种传输介质，且各自相对独立，都各有自己的一套设备，若引进了软交换技术，在一台交换服务器上可对多种介质的信息进行交换。这不但在经济方面避免了设备的浪费，而且提高了网络的可靠性，各种介质的网络达到了一定的融合互通，在不同介质的网络中传递信息时也省掉了复杂的转换环节。在管理上也更方便，只需对一个设备进行维护就可实现整个网络的信息交换。

目前，电力通信网中传输的信息主要是语音和数据，但随着网络的演进和计算机技术的不断发展，对视频业务和多媒体业务也提出了新的要求。软交换技术不但能很好地支持语音业务，利用新的网络设施可以提供各种增值业务和补充业务，而且软交换提供了开放式的应用程序接口（API），非常便于提供新业务。这对电力系统专用通信网络来说，引入软交换技术无疑是一种明智的选择，基于软交换的融合网络可以用更低的成本、更短的周期为内部及用户提供更好的服务，更好地树立电力系统的形象。

参考文献

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