軟交換技術在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網絡

2、基于軟交換技術的VoIP網絡

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

圖2 網關功能分離模型

　　 圖2中，由媒體網關實現(xiàn)媒體流的轉換功能；媒體網關控制器(MGC)/軟交換提供各種業(yè)務的基本呼叫控制功能；信令網關負責網絡的信令處理，實現(xiàn)異構網絡不同信令之間轉換；各部件之間通過相應的標準協(xié)議進行通信。另外，軟交換技術的主要設計思想還借鑒了傳統(tǒng)智能網的“呼叫與控制相分離”的方式。使得整個網絡的業(yè)務提供變得更加靈活和開放。

2.1軟交換技術網絡結構

　　基于軟交換技術的網絡結構是以軟交換設備為核心，能夠實現(xiàn)業(yè)務與控制、接入與承載彼此分離，各功能部件之間采用標準協(xié)議進行互通的體系結構。通過優(yōu)化網絡結構實現(xiàn)網絡的融合和業(yè)務的融合，使得分組交換網絡能夠繼承原有電路交換網中豐富的業(yè)務功能，同時可以在全網范圍內快速提供原有網絡難以提供的新型業(yè)務。

　　軟交換網絡結構可分成接入層、傳輸層、控制層和業(yè)務層四個層面，見圖3所示。

圖3 軟交換網絡結構

圖3中各層的功能如下：

　　接入層主要實現(xiàn)異構網絡到核心傳送網以及異構網絡之間的互聯(lián)互通，集中業(yè)務數(shù)據(jù)量并將其通過路由選擇傳送到目的地。其中，媒體網關是使用不同協(xié)議的網絡(如PSTN網和IP網)間的接口；信令網關對電話信令消息進行轉換，使其能在分組網上傳輸。

　　傳輸層完成業(yè)務數(shù)據(jù)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(xù)和交換，將呼叫控制與媒體業(yè)務相分離，理解上層生成的業(yè)務請求，通知下層網絡單元如何處理業(yè)務流。

　　業(yè)務/應用層：業(yè)務層主要指面向用戶提供各種應用和服務的設備。采用開放、綜合的業(yè)務接入平臺，為下一代網絡提供各種增值業(yè)務、多媒體業(yè)務和第三方業(yè)務，還具有相應的業(yè)務生成和維護環(huán)境。業(yè)務層可能包括應用服務器、AAA服務器、業(yè)務控制點(SCP)、策略服務器、第三方服務器。

　　其中軟交換設備是軟交換網絡體系的核心設備，位于網絡控制層，軟交換是多種邏輯功能實體的集合，提供綜合業(yè)務的呼叫控制、連接和部分業(yè)務功能。軟交換作為一個開放的功能實體，采用標準的開放協(xié)議與外部實體實現(xiàn)通信。

　　媒體網關與軟交換之間的接口用于軟交換對媒體網關進行承載控制和資源管理。接口采用H.248協(xié)議，可考慮采用媒體網關控制協(xié)議MGCP和Internet設備控制協(xié)議(IPDC)。信令網關與軟交換之間的接口完成軟交換和信令網關之間信令信息的傳遞，接口采用信令控制協(xié)議(SCTP)。軟交換與網管中心之間的接口實現(xiàn)對軟交換的管理，采用簡單網絡管理協(xié)議(SNMP)。軟交換與智能網SCP之間的接口提供對現(xiàn)有智能網業(yè)務的支持，接口使用智能網應用協(xié)議INAP。軟交換與應用服務器間的接口提供對第三方應用和各種增值業(yè)務的支持功能，可采用SIP協(xié)議或軟交換提供的API。軟交換與策略服務器間的接口實現(xiàn)對網絡設備的工作進行動態(tài)調整，可使用COPS協(xié)議。軟交換間的接口主要實現(xiàn)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軟交換網絡的VoIP實現(xiàn)

　　圖4為基于軟交換網絡的VoIP應用網絡，在此網絡環(huán)境中有幾個基本部件：軟交換、中繼網關、媒體網關、信令網關以及各類接入網關，還有網管服務器、策略服務器等。

圖4 基于軟交換網絡的VoIP應用網絡

　　從圖4中可以看出，軟交換的功能類似于現(xiàn)行電路交換傳送系統(tǒng)間的交換/長途網，但長途交換機用軟交換系統(tǒng)和一組中繼/媒體網關的組合所取代，見圖5。中繼/媒體網關自身是由軟交換技術利用主/被叫協(xié)議控制，這個協(xié)議是與來自某個具有指定源/目的的RTP/UDP/IP流的電路交換機的一個指定時隙相關的MGCP/IPDC協(xié)議。另外，軟交換技術作為呼叫處理的組成部分，其標識要被用來終結該呼叫的最有可能的出口網關，并利用這個信息來命令中繼網關執(zhí)行所指定的功能，即軟交換技術能夠通過選擇一個最小代價的路由來完成每次呼叫，以使所選擇的出口網關最接近目的電話。于是，就完成了原有通過電路交換網執(zhí)行的呼叫處理操作功能。

圖5 軟交換與長途交換機對照示意圖

　　 在圖4中，接入網關既可以終結ISDN的PRI，也可以終結來自企業(yè)PBX的CAS信令。這種接入網關能夠被軟交換以基于分組電話協(xié)議的多種方式進行控制；對于基于H.323協(xié)議的網關，軟交換使用H.323協(xié)議與之實現(xiàn)互通和控制；如果接入網關隧道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關。

　　軟交換技術通過SIP協(xié)議接到電纜網絡上，以支持企業(yè)的IPPBX及IP電話。并通過TCP/IP協(xié)議接入SCP，也可通過TCP/SCCP協(xié)議接入到SS7網絡上，使與PSTN及當前的VoIP網絡無縫互連成為可能。

　　基于軟交換技術網絡體系的VoIP通信實現(xiàn)的基本工作過程如下：當主叫用戶摘機后，中繼/媒體網關檢測到該事件并報告給軟交換設備；軟交換設備查詢主叫用戶數(shù)據(jù)，進行身份鑒權；若是有權用戶，軟交換設備向媒體網關發(fā)送撥號計劃，要求網關向主叫用戶發(fā)送撥號音；軟交換設備收到網關送來的被叫號碼后，進行被叫號碼分析、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、被叫網關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器提供交互語音響應(IVR，InteractiveVoiceResponse)功能，以完成諸如二次撥號、通知音播放、監(jiān)聽等多種業(yè)務；若呼叫過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系，呼叫成員的加入、退出、隔離、旁聽，以及混音過程的控制等；呼叫過程中，軟交換設備控制網關向用戶發(fā)送振鈴音、回鈴音、忙音等音頻信號；用戶掛機后，中繼/媒體網關檢測該事件并報告給軟交換設備，軟交換設備控制各網關及終端設備進行資源的釋放。

　　在上述通信過程中，AAA服務器進行認證和授權，網管服務器進行網絡管理，媒體服務器提供各種資源，如語音資源、傳真資源、語音識別資源等，應用服務器則完成用戶所需業(yè)務的提供和管理。

2.3 基于軟交換的VoIP應用網絡優(yōu)勢分析

　　與基于H.323協(xié)議的VoIP網絡相比，基于軟交換的VoIP應用網絡結構由于采用了分層的網絡結構，具有全面的開放性，在綜合接入能力、互通兼容能力、業(yè)務提供能力、網絡管理能力、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：軟交換網絡結構由于網絡采用分層模型，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)務實現(xiàn)等功能，中繼/媒體網關在軟交換的控制下完成媒體流轉換及相關控制功能。這樣，軟交換通過控制各種類型的網關設備，實現(xiàn)綜合接入。而基于H.323的體系結構還不是一個開放的體系結構，它可以通過網關設備實現(xiàn)與PSTN的簡單語音互通，但在其上增加其他接入方式較困難。

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

　　業(yè)務提供方面：在基于軟交換網絡結構中，軟交換技術的業(yè)務生成獨立于網絡，新業(yè)務通過應用服務器完成。運營商根據(jù)自身的實際情況，既可以自己開發(fā)、也可以委托產品制造商第三方開發(fā)商靈活定制所需的業(yè)務；另外，也可以繼續(xù)沿用原有的傳統(tǒng)智能業(yè)務。由于軟交換系統(tǒng)提供統(tǒng)一的業(yè)務生成平臺，業(yè)務一旦生成，即為全網所共享。而采用H.323，其業(yè)務生成基本上都是在網關上進行的，某些情況下也需要網守的支持。而網守、網關都是相對封閉的實體，由于不同制造商的業(yè)務提供方式不盡相同，加之采用內部協(xié)議而未提供標準的開放接口，這樣不僅使得運營商各自提供業(yè)務的能力有限，更導致了全網的新業(yè)務統(tǒng)一變得相當困難。

　　在網絡管理方面：H.323采用基于SNMP的網絡管理，無實時性，對人工干預的依賴性較大，難以對大型網絡作出有效、及時的反應。而在基于軟交換網絡中，軟交換技術提供COPS協(xié)議接口，接受策略服務器的管理和調節(jié)，實現(xiàn)基于策略的網絡管理功能，進行集中、實時、智能化的策略管理服務，完成了由傳統(tǒng)的靜態(tài)網管向動態(tài)網管的飛躍。同時，軟交換也能支持基于SNMP的傳統(tǒng)網絡管理。

　　鑒權認證和計費方面：在軟交換網絡中，軟交換控制設備通過RADIUS協(xié)議與AAA服務器交互，實現(xiàn)集中用戶鑒權、認證、計費。接入設備只需完成簡單的接入功能，無需支持太多的協(xié)議。而在H.323網絡中，用戶鑒權、認證是在網守中實現(xiàn)的，網關通過RAS與網守交互，完成用戶認證、計費，過程比較復雜。

3、結束語

　　軟交換技術的出現(xiàn)一方面造就了網絡的融合，另一方面軟交換采用了開放式應用程序接口，方便了第三方應用的開發(fā)和新業(yè)務的引進。隨著軟交換網絡向著組網更加靈活、信息傳送更加高效、業(yè)務生成更加多樣的方向不斷發(fā)展，我們有理由相信，VoIP也必將在軟交換網絡中得到成功應用。

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