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软交换

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随着通信网络技术的飞速发展,人们对于宽带及业务的要求也在迅速增长,为了向用户提供更加灵活、多样的现有业务和新增业务,提供给用户更加个性化的服务,提出了下一代网络的概念,且目前各大电信运营商已开始着手进行下一代通信网络的实验。软交换技术又是下一代通信网络解决方案中的焦点之一,已成为近年来业界讨论的热点话题。中国网络与交换标准研究组已经完成了有关软交换体系的总体技术要求框架,863计划也对有关软交换系统在多媒体和移动通信系统方面的研究课题进行了立项。
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1 概述
2 软交换与NGN
3 软交换的驱动优势
4 解决方案
5 演进
6 软交换与“小灵通”
7 软交换与3G
8 许可证
9 多媒体软交换系统
10 传统电话软交换系统
11 相关国际组织的有关情况
12 IP承载解决方案
13 参考资料
软交换-概述
1、软交换概念的提出及定义
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(Call Manager、Call Server),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。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、H.248)且主要使用纯软件进行处理,于是,SoftSwitch(软交换)技术应运而生。
软交换概念一经提出,很快便得到了业界的广泛认同和重视,ISC的成立更加快了软交换技术的发展步伐,软交换相关标准和协议得到了IETF、ITU-T等国际标准化组织的重视。
根据国际SoftSwitch论坛ISC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。软交换主要提供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细记录等功能。与此同时,软交换还将网络资源、网络能力封装起来,通过标准开放的业务接口和业务应用层相连,可方便地在网络上快速提供新的业务。
2、于软交换技术的网络结构
软交换是下一代网络的核心设备之一,各运营商在组建基于软交换技术的网络结构时,必须考虑到与其它各种网络的互通。在下一代网络中,应有一个较统一的网络系统结构。基于软交换技术的网络结构如图1所示。

由图中可以看出,软交换位于网络控制层,较好地实现了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功能。
软交换与应用/业务层之间的接口提供访问各种数据库、三方应用平台、功能服务器等接口,实现对增值业务、管理业务和三方应用的支持。其中:软交换与应用服务器间的接口可采用SIP、API,如Parlay,提供对三方应用和增值业务的支持;软交换与策略服务器间的接口对网络设备工作进行动态干预,可采用COPS协议;软交换与网关中心间的接口实现网络管理,采用SNMP;软交换与智能网SCP之间的接口实现对现有智能网业务的支持,采用INAP协议。
通过核心分组网与媒体层网关的交互,接收处理中的呼叫相关信息,指示网关完成呼叫。其主要任务是在各点之间建立关系,这些关系可以是简单的呼叫,也可以是一个较为复杂的处理。软交换技术主要用于处理实时业务,如话音业务、视频业务、多媒体业务等。
软交换之间的接口实现不同与软交换之间的交互,可采用SIP-T、H.323或BICC协议。
3、软交换技术的设计原理及其实现目标
软交换技术是一个分布式的软件系统,可以在基于各种不同技术、协议和设备的网络之间提供无缝的互操作性,其基本设计原理是设法创建一个具有很好的伸缩性、接口标准性、业务开放性等特点的分布式软件系统,它独立于特定的底层硬件/操作系统,并能够很好地处理各种业务所需要的同步通信协议,在一个理想的位置上把该架构推向摩尔曲线轨道。并且它应该有能力支持下列基本要求:
(1)独立于协议和设备的呼叫?熏设备的呼叫处理和/同步会晤管理应用的开发。
(2)在其软交换网络中能够安全地执行多个第三方应用而不存在由恶意或错误行为的应用所引起的任何有害影响。
 
(3)第三方硬件销售商能增加支持新设备和协议的能力。
(4)业务和应用提供者能增加支持全系统范围的策略能力而不会危害其性能和安全。
(5)有能力进行同步通信控制,以支持包括帐单、网络管理和其他运行支持系统的各种各样的后营业室系统。
(6)支持运行时间捆绑或有助于结构改善的同步通信控制网络的动态拓扑。
(7)从小到大的网络可伸缩性和支持彻底的故障恢复能力。
软交换的实现目标是在媒体设备和媒体网关的配合下,通过计算机软件编程的方式来实现对各种媒体流进行协议转换,并基于分组网络(IP/ATM)的架构实现IP网、ATM网、PSTN网等的互连,以提供和电路交换机具有相同功能并便于业务增值和灵活伸缩的设备。
软交换系统的参考模型如图2。
4、软交换所使用的主要协议
软交换体系涉及协议非常众多,包括H.248、SCTP、ISUP、TUP、INAP、H.323、RADIUS、SNMP、SIP、M3UA、MGCP、BICC、PRI、BRI等。国际上,IETF、ITU-T、SoftSwitch ORG等组织对软交换及协议的研究工作一直起着积极的主导作用,许多关键协议都已制定完成,或趋于完成。这些协议将规范整个软交换的研发工作,使产品从使用各厂家私有协议阶段进入使用业界共同标准协议阶段,各家之间产品互通成为可能,真正实现软交换产生的初衷——提供一个标准、开放的系统结构,各网络部件可独立发展。在软交换的研究进展方面,中国处于世界同步水平。信息产业部“网络与交换标准研究组”在1999年下半年就启动了软交换项目的研究,目前已完成了《软交换设备总体技术要求》。此外,“IP标准研究组”正在研制有关中继媒体网关(TG)、信令网关(SG)、接入网关(AG)、综合接入设备(IAD)等设备技术规范。
下面对几个主要协议做一简单介绍。
1)H.248/MEGACO
H.248和MEGACO协议均称为媒体网关控制协议,应用在媒体网关和H.248/MEGACO与软交换设备之间。两个协议的内容基本相同,只是H.248是由ITU提出来的,而MEGACO是由IETF提出来的,且是双方共同推荐的协议。它们引入了Termination(终端)和Context(关联)两个抽象概念。在Termination(终端)中,封装了媒体流的参数、MODEM和承载能力参数,而Context(关联)则表明了在一些Termination(终端)之间的相互连接关系。H.248/MEGACO通过ADD、Modify、Subtract、Move等8个命令完成对Termination(终端)和Context(关联)之间的操作,从而完成了呼叫的建立和释放。
2)媒体网关控制协议(MGCP)
媒体网关控制协议(MGCP)是由IETF提出来的,是简单网关控制协议(SGCP)和IP设备控制协议(IPDC)相结合的产物。MEGACO协议是对MGCP协议的进一步改进、完善和提高,MGCP协议可以说是一个比较成熟的协议,协议的内容与MEGACO协议比较相似。目前软交换系统设备大都支持该协议,其不足也慢慢表现出来,将来可能要被H.248/MEGACO协议所取代。
在软交换系统中,MGCP协议与H.248/MEGACO协议一样,应用在媒体网关和MGCP终端与软交换设备之间,通过此协议来控制媒体网关和MGCP终端上的媒体/控制流的连接、建立和释放。
3)会话初始协议(SIP)
会话初始协议(SIP)是IETF提出的在IP网上进行多媒体通信的应用层控制协议。以Internet协议(HTTP)为基础,遵循Internet的设计原则,基于对等工作模式。利用SIP现会话的连接、建立和释放,并支持单播、组播和可移动性。此外,SIP如果与SDP配合使用,可以动态地调整和修改会话属性,如通话带宽、所传输的媒体类型及编解码格式。其具体内容可参见IETF RFC 2543 bis。
在软交换系统中,SIP协议主要应用于软交换与SIP终端之间,也有的厂家将SIP协议应用于软交换与应用服务器之间,提供基于SIP协议实现的增值业务。总的来说,SIP协议主要应用于语音和数据相结合的业务,以及多媒体业务之间的呼叫建立与释放。特别是SIP协议以其简单、灵活的特点,使作为移动通信标准化组织的3GPP已经决定在其基础上建立第三代移动通信的全IP网络,并要求未来的3G终端必须支持SIP协议。
4)SCTP协议
SCTP协议是由IETF提出的一种关于流控制传送协议。主要是在无连接的网络上传送PSTN信令信息,该协议可以在IP网上提供可靠的数据传输。SCTP可以在确认方式下,无差错、无重复地传送用户数据,并根据通路的MTU的限制,进行用户数据的分段;在多个流上保证用户消息的顺序递交,把多个用户的消息复制到SCTP的数据块中。利用SCTP偶连的机制来保证网络级的部分故障自处理。SCTP还具有避免拥塞和避免遭受泛播及匿名攻击的特点。
SCTP协议在软交换中起着控制协议的主要承载者的作用。
5、软交换技术的主要特点和功能
软交换技术的主要特点表现在以下几个方面:
(1)支持各种不同的PSTN、ATM和IP协议等各种网络的可编程呼叫处理系统。
(2)可方便地运行在各种商用计算机和操作系统上。
(3)高效灵活性。例如:
·软交换加上一个中继网关便是一个长途/汇接交换机(C4交换机)的替代,在骨干网中具有VoIP或VTOA功能。
·软交换加上一个接入网关便是一个语音虚拟专用网(VPN)/专用小交换机(PBX)中继线的替代,在骨干网中具有VoIP功能。
软交换加上一个RAS,便可利用公用承载中继来提供受管的MODEM业务。
软交换加上一个中继网关和一个本地性能服务器便是一个本地交换机(C5交换机)的替代,在骨干网中具有VoIP或VTOA功能。
(4)开放性 通过一个开放的和灵活的号码簿接口便可以再利用IN(智能网)业务。例如,它提供一个具有接入到关系数据库管理系统、轻量级号码簿访问协议和事务能力应用部分号簿的号码簿嵌入机制。
(5)为第三方开发者创建下一代业务提供开放的应用编程接口(API)。
(6)具有可编程的后营业室特性。例如:可编程的事件详细记录、详细呼叫事件写到一个业务提供者的收集事件装置中。
(7)具有先进的基于策略服务器的管理所有软件组件的特性。包括展露给所有组件的简单网络管理协议接口、策略描述语言和一个编写及执行客户策略的系统。
软交换是多种逻辑功能实体的集合,它提供综合业务的呼叫控制、连接和部分业务功能,是下一代电信网语音/数据/视频业务呼叫、控制、业务提供的核心设备。主要功能表现在以下几个方面:
(1)呼叫控制和处理 为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能。
(2)协议功能 支持相应标准协议,包括H.248、SCTP、H.323、SNMP、SIP等。
(3)业务提供功能 可提供各种通用的或个性化的业务。
(4)业务交换功能
(5)互通功能 可通过各种网关实现与响应设备的互通。
(6)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、释放和控制。
(7)计费功能 根据运营需求将话单传送至计费中心。
(8)认证/授权功能 可进行认证与授权,防止非法用户或设备接入。
(9)地址解析功能和语音处理功能。

6、 基于软交换的应用
随着通信网络技术的不断发展和软交换各种标准的制定与补充,不少厂家都推出了软交换的解决方案,各运营商也在积极进行相关实验。目前,国内外许多电信设备制造商,如西门子、阿尔卡特、爱立信、北电、中兴等都在积极发展新的交换机过渡平台,提出了软交换在下一代网络中的解决方案。这里简要介绍一下软交换在VoIP中的应用,图3为基于软交换技术的VoIP网络结构。
从图中可以看出,它的功能非常类似于现行电路交换传送系统间的交换/长途网,C4交换机用软交换系统和一组中继网关的组合体所取代。中继网关自身是由软交换技术利用主/被叫协议控制,这个协议就是与来自某个具有指定源/目的的RTP/UDP/IP流的电路交换机的一个指定时隙相关的MGCP/IPDC协议。
软交换技术作为呼叫处理的组成部分,其标识要被用来终结该呼叫的最有可能的出口网关,并利用这个信息来命令中继网关执行所指定的功能,亦即软交换技术能够通过选择一个最小代价的路由来完成每次呼叫,以使所选择的出口网关最接近目的电话。于是,就完成了原有通过电路交换网执行的呼叫操作功能。
接入网关既可以终结ISDN的PRI,也可以终结来自企业PBX的CAS信令。这种接入网关能够被软交换以基于分组电话协议的多种方式进行控制;对于基于H.323协议的网关,软交换能够像一个H.323网关那样动作;如果接入网关隧道PRI(Q.931)或CAS信令返回到软交换,那么软交换还能够使用像MGCP/IPDC协议以更好的方式控制接入网关。这也体现了软交换技术处理接入网关的能力。
软交换技术通过SIP协议接到电缆网络上,以支持企业的 IP PBX及IP电话。它还能够通过TCP/IP协议接入SCP,也可通过TCP/SCCP协议接入到SS7网络上,使无缝互连成为可能。
7、基于软交换的下一代网络中需要继续关注的主要问题
虽然基于软交换的下一代网络是一个比较完整的网络解决方案,可以应用在各种通信领域,但由于其技术新,目前的解决方案大多处于实验阶段,尚未形成大规模应用,许多问题仍需要继续关注,如QoS、网关、安全性、业务提供方式、与现有网络的有机结合等问题。
1)QoS问题
对任何网络来说,QoS的保证都是一个非常重要的问题。从根本上说,软交换本身并不能解决QoS问题,而是靠其承载网络来保证服务质量的。承载网络目前有两种方式:ATM和IP。对于ATM的承载网络来说,其本身就有很强的QoS机制。但是,对于IP的承载网络来说,如何解决好QoS问题。在基于软交换的下一代网络中是一个非常关键的问题,因为从目前厂家的设备开发情况和网络发展的总的趋势来看,以IP为承载网络应该是大势所趋。
2) 软交换网络的管理
从软交换目前的实现情况来看,大部分都采用SNMP协议作为软交换系统的网管协议,但SNMP网管系统具有一定的局限性,SNMP网管以静态管理方式为主,无法针对各种不同业务的需求变化进行综合管理。由于SNMP采用的是基于UDP的承载方式,因此不能很好的保证网管信息的可靠传输。同时,基于软交换的下一代网络提供的是实时业务,而要求网管系统必须具有一定的QOS管理能力。但目前基于软交换的网管系统处理这方面的能力比较差,还需进一步的改进、完善,才能满足用户对服务质量的要求
3) 软交换涉及的协议尚需继续完善
软交换网络的各个网络接口之间采用开放的协议进行通讯。但是,目前不论是从协议的制定情况,还是各个厂家的开发情况来看,接口的标准化还不完善,大多数协议还处于扩充完善阶段。因此,离最终的开放网络还需要有一段时间。
综上所述,软交换虽然具有很大的发展潜力,但目前仍处于发展的起步阶段。以软交换为核心的通信系统将会提供业务开放能力,符合三网合一的发展趋势,提供话音、数据、视频业务和多媒体融合业务,满足通信个性化、移动化和随时随地获取信息的发展目标。
软交换-软交换与NGN
中国电信集团公司总工程师韦乐平指出,泛义的NGN包容了所有新一代网络技术,狭义的NGN就是指软交换。在国内,人们往往把NGN与软交换联系在一起,甚至将它们等同起来。实际上,由国际上有关NGN的研究与行动可以看出,NGN包含的内容非常广泛。
1996年,美国政府与大学分别牵头提出下一代Internet行动计划(NGI)与Internet2。另外,国际上还有很多政府部门、行业团体、标准化组织等机构参与的NGN行动计划,如IETF的下一代IP、3GPP与UMTS论坛的下一代移动通信、加拿大的CANET3、欧盟的NGN行动计划等。这些NGN计划与行动很多与软交换没有什么关系,它们有的是专门研究本领域的网络技术发展(例如IETF的“下一代IP”研究的是如何从IPv4向IPv6过渡),有的则是包容了多种网络技术与应用的综合研究项目。
当然,国际上也有一些专门研究针对话音网的下一代组网技术,例如Telcordia(原Bellcore)提出的基于软交换的NGN方案。但是说NGN就是软交换,无疑是很值得商榷的。根据国内目前所提出的NGN解决方案,作为其最重要的特征之一,软交换平台的开放性可以为运营商提供一个灵活快捷的新业务开发模式,让NGN真正成为业务驱动的网络。
“但是软交换并不就是NGN,甚至可以说,软交换不一定就是NGN的核心技术。”国家IP与多媒体标准研究组主席蒋林涛指出。他认为:“NGN涉及的核心技术存在两个层次:一个是承载网层面,备选的核心技术有TDM、ATM、IP等,软交换并不在其中;一个是业务网层面,软交换技术将发挥核心的作用。”未来VoIP的核心技术将是软交换。软交换是NGN中语音部分,即下一代电话业务网(包括固定网、移动网)中的核心技术,但是NGN所要承载的业务模式今天还不是很清楚,我们很难断定VoIP就是未来NGN的核心通信业务。因此有业内人士认为,不能简单地断定,软交换就是NGN的核心技术。
那么认为NGN就是软交换,或是NGN寄希望于单一的“软交换”综合性设备,会带来什么样的后果呢?殷康认为,这势必会造成NGN解决方案缺乏可行的整体系统网络效益和目标,使得NGN的思考和讨论局限于单一类别设备以及相关技术的局部结构体系和范畴。更严重的是,“软交换”的设备特征和技术特征自身只能提供非常有限的“网络”概念和功能,这很可能造成NGN的组网方式和其总体网络体系结构成为无解之惑。
有资料指出,目前美国的Bell Atlantic、Level3、英国电信、英国大东、德国电信、日本NTT等很多运营商都开展了NGN试验,也取得了一些阶段性的成果。由于软交换本身的成熟性,它们的试验绝大部分限于软交换的汇接功能,能够提供一些简单的多媒体业务,但大部分都是单域的小规模的网路。
UT 斯达康首席科学家杨景认为,NGN的核心应该体现在跨网络业务上,而不是开放业务接口。他说:“与其说NGN是一个交换网,还不如说它是一个基于IP基础设施的业务网。”目前,中国电信软交换试验网的技术也要求在 CLASS4 (长途链路)以及 CLASS5( 接入层)都实现软交换机制。
“软交换机体现的是通过媒体控制协议MGCP/H248技术来实现呼叫控制与媒体传输相分离的思想,软交换机概念的提出使NGN的语音业务功能和与传统PSTN网的交换机功能可以完全透明地兼容,从根本上确保了IP电话技术能够完全替代PSTN网络中的交换机,” 殷康说,“软交换机是NGN的重要组成部分,但它更多的是关注在IP网中呼叫控制功能的设备和系统,其本身并不能构成特别的整体组网技术机制和网络体系构架。完全围绕软交换机为核心进行相互联接的组网方式没有太大试验和探讨价值。它限定了NGN只能是软交换机静态配置的、互为联接的,也即是所谓全平面网的‘无网模式’。”
殷康认为,‘无网模式’的NGN体系结构只能支持一个或几个软交换机,没有可扩展性也没有灵活性,是不适合规模运营的。软交换机必须具有与“网络”相联的能力。这个“网络”就是NGN的多媒体信令网。他说:“软交换机之间通过NGN多媒体信令不仅可以保障无限的可扩展性,选路结构的动态和灵活性,还真正实现了‘网络就是交换机’的目标。”
“下一代网的组网是采用分层的多媒体信令网和平坦的媒体流结构,多媒体信令网通过多媒体信令协议体系和多媒体信令传送点网元来实现。由于多媒体信令网的主要功能不涉及媒体控制,所以,一般不由软交换机组成,而是由专门的多媒体信令服务器来构成。” 殷康说,“真正意义的下一代网既需要智能端点业务的创新繁荣,又需要其系统可规模经营管理。就目前的技术成熟和发展来看,ITU-H323协议、IETF-SIP协议和MGCP/H248协议为特征的软交换机等三种技术都是IP电话通信和下一代网的实现手段。这三种技术各有区别和特长需要相辅相成,只有采用融合三种技术的网络架构体系和实现手段,才为上策。”
许多学者很早以前就指出,软交换机也可以看成是在H323和SIP体系下,智能网关分解的结果。它在下一代网中承担着区域或端局系统平台的重任,肩负着同时控制网络接入话务和控制PSTN网络边缘互联话务的功能。但是,软交换机仍然需要其他关键技术和设备来协同工作以确保可行的QoS和网络安全方案。软交换机提供现有电路交换机的各种语音业务,并支持语音、数据、视频融合的多媒体端点新业务和多样化的第三方业务(包括视频电话,视频电话会议,PC-Phone),但软交换机并不应看成是通用的数据、视频业务和应用的控制平台。因此,只有对软交换机在NGN中给予适当的定位,使其担当恰如其分的角色,才是发挥其在NGN中重要和关键的功能的正确方法。
软交换-软交换的驱动优势
降低成本
今天的大多数网络运营商最为关注的是保证其现有业务的安全。在近期内,话音和拨号业务仍是他们的主要收入来源,且流量还会继续增长。虽然宽带接入正在增长,但在大多数市场中仍然非常有限。与此同时,解除管制和竞争导致价格下降并侵蚀了运营商的利润。这些因素,再加上资金有限,迫使运营商不得不降低运营和资本开支(OPEX和CAPEX)。
然而在实现这些节约的过程中,运营商投资于未来技术显然比利用现有技术优化网络更好一些,虽然许多情况下后者也能够实现类似的节约。这一决策主要是从商业而非技术方面考虑的。
新的收入
只降低成本还远远不够。虽然通过提供传统业务来降低成本可以带来保护运营商的利润,但是创造和部署能够产生收入的新业务才是固定电话业务提供商得以生存的关键。从图1中的图表可以看出,固定电话收入正在“缩水”。
基本业务(如添加/取消媒体、演示、消息传递、以及媒体组合等)将被整合,从而为最终用户提供可以任何接入形式访问的会话式多媒体业务。这些业务可能包括视频会议、可视电话、话音增强式游戏以及由用户控制的呼叫处理等。
一种改良方法
目前的普遍观点认为:网络运营商的发展方向将是基于分组交换的多业务网络环境,由软交换提供呼叫和会话控制。
然而,在目前的商业形势下,向软交换环境融合存在着巨大的挑战。如果现有基础设施不能有效满足其目标应用和客户的需求,它根本不可能存在。任何替代技术都必须能够与现有解决方案一样、或更出色地处理某一应用--在功能和/或价格方面更具优势。另外,新的业务模式必须证明能够满足对现有技术所支持业务的需求。但是,由于电话仍然是运营商的主要收入来源,所以不能提供全套PSTN业务和电信级服务质量(QoS)的PSTN替代解决方案不能获得采用。运营商们不能拿自己的电话客户和收入去冒险。
通信服务提供商需要采取渐进式发展方法,把软交换技术作为经济高效的宽带多业务网络的一部分进行部署。

软交换-解决方案
爱立信多业务网络高级战略家Svante Bjorklund指出,软交换实际上就是从软交换系统中分离出来的呼叫或会话控制器。他说:“从业务角度来看,可以给软交换一个更形象的定义:它是一种针对与传统电话业务和新型多媒体业务相关的网络和业务问题的解决方案。”
以“分离交换和控制”为核心思想的软交换打破了旧有的电信网络结构,为数据和话音的融合、催生大量新业务做好了充足准备,这也是软交换被广泛认为是“NGN的核心”的原因。
除了技术上的因素,业内人士认为,电信市场的开放与竞争是运营商接受软交换最根本的原因。2001年开始,国内运营商便开始了软交换的商用实验。中国电信南北拆分以及“5+1”新格局的形成,更是为软交换的发展提供了机会。中国电信和中国网通都需要在对方“领地”建网,传统的PSTN无疑不是最佳之选,包括软交换技术在内的全IP分组交换网络将成为运营商的首选。对于缺少固网资源的运营商以及新兴的电信运营商,拥有可以提供新颖、丰富的业务种类的网络才可以在激烈的市场竞争中胜出,软交换网络也是一种不错的选择。
从2002年初开始,网通宽带电话项目工程在全国8个城市同时进行,2002年底以宁波网通为代表的,可运营、可管理、可商用的典型模式得到了认可,并正式进入规模商用。到了2002年,6大运营商中已经有5家投入了软交换实质性的测试和商用。
一方面,电信业长期迅猛的发展使得现有的、已经发展成熟的PSTN技术,传统VoIP技术等跟不上用户越来越多的业务需求,业务和终端设备的客户化与个性化,管理与维护的统一便捷成为运营商提高收益的重要条件。另一方面,软交换技术汲取了智能网和Internet两方面的优势,从一开始就体现了其技术的成熟性与先进性,采用分层网络模型,有效地解决了现有通信网络的演进和融合问题,顺应了网络建设和发展的两大趋势:一是不同形态的通信网络开始融合,二是业务运营和网络运营逐渐分离。
软交换-演进
虽然目前运营商和厂商都非常看好软交换,但是它们也开始从更现实和更实用的角度,来看待软交换如何能够使现有的单业务网络移植到未来的全IP网络。软交换技术的发展,必须满足几个条件: 不影响现有网络的发展,为运营商提供投资成本更低,性价比更高的切实可行的方案。
软交换系统可以承载在LAN、WLAN、CATV、ATM等数据网络上,甚至包括DDN、微波网络、3.5G等,它使得运营商能够充分利用已有的网络资源;终端接入方式灵活多样,可以提供TG/SG、AG、IAD、MSAG、Cable IAD等各种接入,与现有的固定、移动、多媒体终端进行互通;尤其对ADSL、PHS、WLAN用户的接入,对争取现有网络的用户有很强的竞争力;软交换系统的终端设备小型化多样化,大大提高了工程的实际放装率,为运营商节省大量的流动资金,设备回收时间明显缩短。就目前的市场估计,软交换系统的投资回收期在3年以内,相比之下3G的投资回收时间为8年。
软交换系统还提供了全新的运营模式。初期可以在多个区域同时进行,采用统一的软交换核心控制设备。当某个区域的用户发展到一定数量后,可以单独配置相应的控制设备及运营支撑系统,形成独立的可运营系统。一些地区运营商与企业用户对于软交换网络提供的语音、数据、多媒体等统一业务的特点也很感兴趣,尤其是本地宽带运营商,在以往建设宽带网络时只能提供数据业务,而传统的语音电信业务还要由电信局来提供,大大降低了它们的市场竞争能力,而新的基于软交换的宽带网络,可以同时为用户提供其需要的所有电信服务。
与此同时,Svante Bjorklund等专家也指出,在目前的商业形势下,向软交换环境演进依旧存在着一些挑战。今天的大多数运营商最为关注的是保证其现有业务的安全。在近期内,话音和拨号业务仍是它们的主要收入来源,且流量还会继续增长。任何替代技术都必须能够与现有解决方案一样,或更出色地处理某一应用——在功能和/或价格方面更具优势。另外,新的业务模式必须证明能够满足对现有技术所支持业务的需求。
Svante Bjorklund说:“解除管制与竞争都将导致价格下降并侵蚀了运营商的利润。这些因素,再加上资金有限,都会迫使运营商不得不降低运营和资本开支。只降低成本还远远不够。虽然通过提供传统业务来降低成本可以保护运营商的利润,但是创造和部署能够增加收入的新业务才是固定电话业务提供商得以生存的关键。运营商投资于未来技术显然比利用现有技术优化网络更好一些。”
软交换-软交换与“小灵通”
国际软交换组织的一项调查表明,软交换技术已经成功地实现了对长途电话交换业务的替代,但在本地电话接入业务和智能业务的替代上很难得到运营商的青睐。杨景说:“UT斯达康从1998年就开始做软交换,很多厂商用软交换来做长途电话,我们当时就没有那样做。”
杨景说:“UT斯达康专注于软交换接入的性能,把移动网络体系结构完全搬到固定网络上面,通过基于mSwitch多业务软交换平台提供网络会议、统一信息、VPN、预付费等业务。”UT斯达康小灵通(iPAS)就是基于软交换平台提供的市内移动通信业务。杨景介绍,mSwitch软交换系统可以支持各种接入方式,为NGN从有线到无线、窄带到宽带、PSTN线路交换到IP软交换提供了完善统一的平台。
软交换-软交换与3G
上海贝尔阿尔卡特副总裁谢铁林认为,3G网络的发展在很多方面应用了NGN下一代网络的技术。从网络结构、接口协议,业务以及业务开发各方面,3G与NGN的发展是协调一致的。在网络结构方面,NGN和3G中都提出了分层的网络结构;在接口协议方面,3G网络与NGN所采用的协议许多都是一致的,包括H.248/MEGAO协议、BICC协议、SIP协议、SIGTRAN协议;在业务方面,3G和NGN不仅提供的业务种类是相似的,例如各种多媒体业务,而且在业务的实现方式上也是类似的,3G和NGN都支持开放业务接口,所以二者在业务层面上是统一的,架构上也是一致的,也就是说,对于相似的业务,可以同时构建在NGN固定网和3G移动网络之上。软交换与3G网络的核心结构和业务模型十分吻合,为未来网络的完全融合提供了可能。Svante Bjorklund也指出,最理想情况是,多媒体软交换系统是构建在与3GPP相同的体系结构之上,并使用会话始发协议(SIP)。SIP是一种新兴的互联网标准,能够灵活地集成消息传递、存在业务、多媒体会议和实时通信。
目前,很多厂商提供软交换解决方案时,都考虑了遵从3GPP体系架构设计,在多媒体域可以与3G核心网共享。中兴通讯网络事业部严华认为,软交换在中国国内的发展应该是:从语音业务着手,争取广泛的用户群;逐步发展多媒体业务,以提高用户附着力;然后适当引入移动业务,实现与现有移动业务的互通,扩大用户范围;最终实现移动多媒体综合业务,以及更多的未来网络新业务。
软交换-许可证
2003年春节前后,UT斯达康、爱立信、大唐都拿到了信息产业部颁布的软交换设备入网的试用许可证;在2002年,北电与华为获得了同样的入网试用证;中兴通讯更是在2001年就得到了信息产业部颁发的这张试用许可证。尽管只是试用的许可证,这些设备商还是非常高兴地宣扬了一把。因为这个许可证对于它们非常重要,国内运营商在进行NGN(下一代网络)试验以及试商用时,这张许可证就是它们进入的“门票”。
软交换-多媒体软交换系统
多媒体软交换是为提供以下类型的业务和应用而设计的:
会话式多媒体--在两方或更多方之间同时使用多种媒体进行的实时、延迟敏感的多向通信,如可视电话或视频会议。视频会议可以轻松处理媒体,在会话过程中添加或删除媒体;
组合业务--会话业务结合信息相关应用,如目录信息或基于位置的业务(例如业务和白板的存在调用);
会话业务与其它多媒体业务组合--如在线游戏结合可视电话或3D电话会议,组成包含社交活动的有趣而丰富多彩的业务。
支持这些类型的业务需要开放体系结构、API和协议。系统必须能够处理多媒体,包括实时视频、视频数据流、三维环绕立体声、数据(包括文本)、图像(如相片和图片)、以及传统但现在可以选择质量等级的话音。
真正使软交换业务与众不同的特点是存在管理(presence management)功能,它允许用户通过软交换系统进行自主控制并轻松使用所有通信业务。由于在开始时极少使用新特性,对于大多数用户而言服务似曾相识,因此用户更容易接受新系统。随着时间的推移,用户将发现越来越多的新特性,而且很快就会离不开这些特性。这样,就没有必要在这种平台上重复提供PSTN业务,事实上那样做是一种倒退。
此外,还需要通过互联网上的应用开发商社区以低成本进行应用开发和部署;同样还需要为新用户设备提供多种能力以进行媒体播放和用户输入。
理想情况是,多媒体软交换系统构建在与3GPP(第3代移动网络标准)相同的体系结构之上,并使用会话始发协议(SIP)。SIP是一种新兴的互联网标准,能够灵活地集成消息传递、存在业务、多媒体会议和实时通信(如电话)。它经过精心设计,采用模块化结构,以创新方法集成应用,可以扩展,从而支持新的技术。
使用SIP并在3GPP标准上构建体系结构具有许多重要优势。
首先,SIP是互联网社区的理想选择,基于文本的简单格式使应用开发商能够很快上手(例如,它比二进制格式的H.323更容易使用)。这意味着SIP能够支持更多的应用。
第二,在支持3G移动网络的3GPP体系结构上构建,这就可以使用一个平台为固定和移动用户提供通用的多媒体应用。
第三,SIP使用支持Web应用(如电子邮件和Web浏览器)的现有协议,同时H.323也可以或多或少地重新用于处理这些应用。这意味着在SIP环境中可以更轻松和平滑地进行互通。
爱立信确信SIP是对会话式多媒体通信进行会话控制的一种出色协议。与目前的多媒体业务解决方案相比,新型多媒体软交换系统能够以更高的安全性和更优异的服务质量(QoS)提供多媒体业务,并灵活地进行计费。
开放API(如SIP 插件和Parlay)为应用服务提供商和第三方应用开发商开辟了蕴藏巨大商机的新市场。大规模应用开发行业能够确保快速而经济高效地开发应用,并为市场提供更多创新应用。这将帮助运营商丰富其业务产品,减少客户的失去,吸引更多用户、以及提高使用率和增加收入。
软交换-传统电话软交换系统
100多年以来,传统电话一直是大型运营商的核心业务,而且电路交换机也在有线和移动网络中得到广泛部署。时分复用(TDM)交换技术是网络中最核心的技术之一,它具有集成应用、控制和连接平台,并且与接入和传统运营支持系统(OSS)密切相关。如果运营商大规模更换他们的TDM交换机,则不但可能失去收入丰厚的本地和汇接电话业务,而且还有为分离接入和OSS付出高昂成本的风险。
最近的标准化工作规定使用H.248和BICC等新信令协议把传统电路交换网络融合到分组交换网络。TDM交换机被撤销,连接平台也从中央处理器和应用软件中分离出来。连接目前主要由分组基础设施(ATM或IP)来执行,其余的交换机则变成了电话服务器。电话服务器解决方案重新使用电话应用软件和处理器在多业务网络上无逢提供传统电话业务。
多功能软交换解决方案
目前,软交换主要针对特定用户需求,并仅限于满足当前的运营商要求。因此为了充分利用新的市场机遇,需要提供多功能软交换解决方案。
软交换的发展就是平衡早期市场占有率与新老业务采用率。将“达到极限”的传统电话业务与支持窄带和宽带SIP业务的平台组合起来,有助于自始至终优化运营商的收入结构。
随着新业务的开发和在用户群中的部署,运营商可以在传统电话业务的收入基础上获得额外的收入。
但是,必须认识和考虑到创新性新业务使用率增长缓慢的现状:移动电话和文本消息传递业务经历了5-10年之久才被大众市场广泛接受。包含更多功能的新业务将最终取代传统的电话业务;并且如上所述,个性化的存在管理将会加快这些新业务的流行。因此,在新平台上重新实施所有传统电话业务没有经济价值。此外,这将为现有业电话业务的服务透明度、服务质量以及收入带来风险。
另一方面,使用同一多功能软交换解决方案在彼此独立的呼叫或会话控制平台上分别实施传统电话业务和新型多媒体业务,这意味着可以在避免突然改变收入来源的同时迅速融合所有的传统业务。这还意味着拥有足够的时间等待从软交换系统的各个方面获得回报。此外,在QoS分组骨干上进行构建还意味着这种投资可以使OPEX和CAPEX降至最低,而不会失去任何新的多媒体商机。
采用多功能软交换解决方案,运营商们可以确保现有传统业务的总体透明度;同时获得一个通过全新业务实现收入增长的稳定平台。
软交换-相关国际组织的有关情况
1)软交换国际论坛ISC(InternationalSoftswitch Consortium)
专门从事软交换体系研究的公认的权威性国际组织。倡导将开放的结构和多厂商互操作性用于下一代的语音、图像和数据解决方案。分为Application、Architecture、Carriers、Device Control、Legal Intercept、Marketing、Session Management和SIP等8个工作组。截至2000年底,已有195个成员。目前国际上的主要设备制造商和运营商都参与进来。
2)ITU-T在软交换方面所做的工作
ITU-T为了满足电路网向分组网过渡的需要,在ISUP的基础上制订了用于软交换控制设备之间互通的BICC协议,同时完成了软交换控制设备和MG之间控制关系的H.248协议。
3)IETF在软交换方面所做的工作
IETF在描述MGC和MG之间的控制关系的MGCP协议基础上制订Megaco协议。将SS7信令移植到IP网上,为此制订了SCTP和M3UA。制订了用于软交换控制设备和数据终端设备之间的控制协议SIP,以及软交换控制设备之间互通的SIP BCP-T协议。

软交换-IP承载解决方案
移动技术从2G向3G、后3G发展推动着移动传输网络从传统的TDM技术向着更高带宽、更低成本的分组技术演进。一方面,3G核心网软交换架构的部署,在全球范围内推动了大规模的骨干IP承载网的建设。另一方面,3G所带来的数据业务流量增长,要求更适应于数据业务的高带宽、低成本的回传技术,以保证数据业务的持续盈利能力,这种要求在HSPA业务引入后将变得更加迫切,推动着回传网络技术从TDM、ATM向以太演进。
在分组传输技术向IP和以太迁移的过程中,MPLS起到了关键的“使能”作用。首先,MPLS提高了IP网络的可靠性和可用性,使之达到电信级的传输性能;其次,MPLS提供了TDM、ATM、以太等多业务的承载和融合能力,使IP网络成为了理想的多业务传输平台。
阿尔卡特朗讯移动IP承载网络解决方案基于端到端的IP/MPLS技术,可分成两个部分,一是用于承载移动软交换核心网的骨干部分,二是用于移动回传的接入部分,这里我们主要介绍第一部分。
移动软交换核心网的IP承载网络解决方案
移动软交换核心网把控制和承载相分离,通过一个融合的IP承载网络来互联所有移动网元,使得移动核心网络更加扁平化,是目前典型的3G核心网部署模式。承载移动软交换核心网的IP骨干网需要解决的主要问题是:提供高度的可靠性和可用性,在低成本地传输数据业务的同时确保关键业务的服务质量,为不同类型的业务流量提供虚拟分隔,并提供良好的可管理性。
阿尔卡特朗讯IP骨干网解决方案基于ALU 7750 SR业务路由器,通过MPLS流量工程来提高网络的可靠性、可用性和流量的可规划性,通过MPLS VPN来进行网络虚拟化和流量隔离,通过层次化QoS管理来实现关键业务的服务质量保证和普通数据业务的低成本传输。
阿尔卡特朗讯IP骨干网解决方案通过在一个IP/MPLS网络上划分若干MPLS VPN来隔离和承载多种类型的业务流量,包括MGW之间的媒体流,MGW和移动软交换之间的信令流,GPRS/EDGE数据流,移动网元(MGW、SGSN、RNC、Node B等)的网管流量,计费数据流量,运营商内部的若干办公VPN,集团客户VPN(GGSN和客户多个站点之间),以及IMS域的流量等。

图1阿尔卡特朗讯移动软交换承载网络解决方案

在网络的可靠性设计方面,通过全面应用从设备层(不间断路由、不间断业务、在线软件升级)、链路层(双向转发检测、链路捆绑双归冗余)、网络层(路由协议和信令快速收敛、MPLS快速重路由)到业务层(三层VPN的快速恢复和转发、多机框链路捆绑、伪线冗余、跨机箱同步、用户冗余路由信息转发等)等多层次的可靠性技术,使得IP承载网络达到了电信级的可靠性和可用性指标,即节点达到了99.999%的可用性,网络达到了50ms的快速恢复时间。
在服务质量管理方面,通过把信令、话音、数据等不同类型的流量映射为不同的MPLS EXP字段,再通过7750 SR的层次化QoS管理机制,能够在保证信令、话音等高等级流量的传输质量的同时,以统计复用的方式低成本地传送数据业务。通过预设的QoS调度方案,能够在网络容量紧张时,优先丢弃低级别的业务流量,使得网络能以最低的成本提供大业务量数据业务的传输。
在网络管理方面,通过5620 SAM提供全面的网络管理能力,包括网元管理,IP路由协议、MPLS路径和隧道、MPLS L2VPN/L3VPN的配置管理,以及统计、测试、报告、告警等功能。另外,针对IP/MPLS网络管理的不透明性和复杂性,还提供了5650 CPAM管理工具,提供对IP/MPLS控制平面的可视化管理,简化了控制平面的验证和诊断能力,实现了对控制平面的主动式、预防性的监控。
移动IP承载网络解决方案的主要目的,一是降低传输成本,以支持数据业务和移动宽带业务的发展;二是充分保护已有的投资,降低向全IP架构演进的风险。阿尔卡特朗讯IP承载网络解决方案基于成熟的IP/MPLS技术和全球广泛部署的7750 SR业务路由器系列产品,为运营商提供了电信级的可用性、高性能和扩展性。骨干网解决方案支持在一个融合的承载网上部署移动软交换、GPRS/EDGE数据、网管系统、计费系统、内部办公系统、集团客户商用业务和IMS系统等。
软交换-参考资料 http://tech.c114.net/201/a278743.html
http://www.51cto.com/art/200512/13396.htm
http://www.chinaitlab.com/www/special/softswitch.asp



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移动通信    

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