軟交換技術及其應用分析

梁亞寧

(西安鐵路職業技術學院，陜西 西安710014)

軟交換技術及其應用分析

梁亞寧

(西安鐵路職業技術學院，陜西 西安710014)

軟交換技術是下一代網NGN的核心技術，其能兼顧各種接入技術，完成多種通信業務的交換。介紹了軟交換的概念，分析了軟交換技術在網絡中的功能；結合軟交換的網絡結構，分析了不同網絡層軟交換技術涉及到的主要設備及其相關功能；基于軟交換獨特的協議功能，分析了軟交換的交換原理。軟交換技術已經廣泛應用于與通信技術相關的各行各業，通過應用實例表明了其技術上的優越性和適用性，充分說明了軟交換技術有著不可估量的發展前景。

軟交換；軟交換網絡結構；軟交換協議；軟交換技術原理；軟交換應用

隨著通信技術的飛速發展，人們對通信業務的需求不只是電話業務，還有音頻、視頻、圖像和數據等多媒體通信業務。軟交換技術繼承了傳統通信技術中可運營和可管理的理念，同時吸收了IP網靈活、簡單和開放的特點，是傳統電信技術與IP技術的有機結合，并且是優勢互補[1]。傳統的電信網是基于電路交換方式的程控交換網絡，而下一代話音網則是基于軟交換的分組網絡。軟交換技術兼顧各種接入技術，可以完成多種通信業務的交換。

1 軟交換的概念

軟交換概念最早起源于美國，它打破了傳統的電路交換結構，將傳輸、呼叫控制和業務控制三大功能之間接口打開，采用開放的接口和通用的協議，形成了一個分布的、多廠家應用的系統結構。其可使業務提供者靈活選擇最佳的組合來構建網絡，加速新業務的開發、生成和部署，快速實現低成本廣域業務覆蓋，推進語音和數據的融合。

2 軟交換技術的功能

軟交換是多種邏輯功能實體的集合，它提供綜合業務的呼叫控制、連接和部分業務功能，是下一代電信網語音、數據、視頻業務呼叫、控制和業務提供的核心部件，主要功能有以下幾個方面。

1)呼叫控制和處理功能。該功能是軟交換的重要功能之一，是整個網絡的核心，它可為基本呼叫的建立、維持和釋放提供控制功能；接收來自業務交換功能的監視請求，并對與呼叫相關的事件進行處理；接收來自業務交換的呼叫控制相關信息，支持呼叫的建立和監視；支持兩方或多方呼叫控制功能，提供多方呼叫控制功能，包括多方呼叫特殊邏輯關系、呼叫成員的加入、退出、隔離、旁聽和混音控制等；識別媒體網關報告的用戶摘機、撥號和掛機等事件控制媒體網關向用戶發送音信號，如撥號音、振鈴音和回鈴音等，滿足運營商的撥號計劃。

2)媒體網關接入功能。

3)協議功能。支持相應標準協議，包括H.248、SCTP、H.232、SNMP和SIP等。

4)業務提供功能。可提供各種通用的或個性化的業務。

5)互通功能。可通過各種網關實現與響應設備的互通。

6)資源管理功能。對系統中的各種資源進行集中管理，如資源的分配、釋放和控制。

7)計費功能。根據運營需求將話單傳送至計費中心。

8)認證/授權功能。可進行認證與授權，防止非法用戶或設備接入。

9)地址解析和語音處理功能。

軟交換的功能是在媒體設備和媒體網關的配合下，通過計算機編程軟件來實現對各種媒體流進行協議轉換，并基于分組網絡(IP/ATM)的架構實現IP網、ATM網和PSTN網等的相互連接，以提供和電路交換方式具有相同功能并便于業務增值和靈活伸縮的功能。

3 軟交換網絡結構及設備

軟交換系統由多種設備構成(見圖1)，主要包括軟交換設備、中繼網關、信令網關、接入網關、媒體服務器和應用服務器等網絡側設備，以及IAD和SIP終端等終端側設備，軟交換系統設備包括業務層、控制層、傳輸層和接入層[2]。

圖1 軟交換系統設備

1)業務層設備主要包括業務控制點SCP、數據庫、AAA服務器、應用服務器和策略服務器。業務控制點SCP和應用服務器等構成業務平臺，完成新業務生成和提供功能；AAA(認證、授權和計費)服務器、大容量分布式數據庫和策略服務器等是系統的主要支撐設備，為軟交換系統的運行提供必要的支持。

2)控制層設備主要是軟交換機。軟交換機是網絡中的核心控制設備，其主要設計思想是業務控制與傳送接入相分離，各實體之間通過標準的協議進行連接和通信。

3)傳輸層設備包括IP路由器和ATM交換機等分組網核心設備。新一代路由器使用轉發緩存來簡化分組的轉發操作。ATM(即異步傳輸模式)是一種面向連接的快速分組交換技術，建立在異步時分復用基礎上，并使用固定長度的信元，支持包括數據、語音和圖像在內的各種業務的傳送。ATM技術具有電路交換和分組交換的雙重性。

4)接入層設備主要包括媒體網關、接入網關、中繼網關、信令網關、綜合接入設備IAD和IP終端等。

4 軟交換主要協議

接口代表著相鄰2個網絡實體間的連接點，而協議則是這些接口上交換信息需要遵守的規則。在不同的接口上往往會使用不同的協議，同一個接口上也可能使用不同的協議。

軟交換協議實體包括MGCP、H.248、SCTP 、M2UA、M3UA、ISUP、TUP、SIP、H.323、BICC、RADIUS、INAP和SNMP等。軟交換網絡的接口協議如圖2所示。

圖2 軟交換網絡的接口協議

按照功能和特點來分，NGN協議可以分為呼叫控制協議、傳輸控制協議、媒體控制協議、業務應用協議和維護管理協議等。呼叫控制協議包括BICC(承載無關呼叫控制協議)、SIP-T、H.323、ISUP、TUP、Q.931和QSIG；傳輸控制協議包括SIGTRAN、SCTP、TCAP、SCCP、IUA、M3UA、MTP3、RTP、RTCP、TCP、UDP、IP和ATM；媒體控制協議包括H.248/MEGACO、SIP和MGCP(媒體網關控制協議)；業務應用協議包括ParLay、JAIN、INAP、MAP、LDAP和RADIUS；維護管理協議包括SNMP和COPS(公共開放策略服務)協議。

5 軟交換技術原理

軟交換技術是為了構建一個“全業務網”，即在同一個網上實現語音、數據和多媒體視頻流業務的融合。為了實現這個目的，其將呼叫控制和業務功能在功能實體上進行了分離。軟交換技術的基本設計原理是創建一個具有很好的伸縮性、接口標準性和業務開放性等特點的分布式軟件系統，其不僅要完成對呼叫的控制和媒體連接的管理，而且要為業務層提供對底層平臺的能力抽象，決定上層業務的種類與數量。

為了實現呼叫控制功能與具體的網絡實現無關，應先進行協議轉換的操作，然后將呼叫控制消息轉換為抽象的中間消息進行統一處理，上層軟件看到1條呼叫建立的消息時，只需要根據呼叫處理流程進行下一步處理即可。

6 軟交換技術的應用

與電路交換相比，應用軟交換技術成本低，性能價格比每年可提高60%～80%。該技術已廣泛應用到電信業務中。

6.1 在語音轉接業務和語音直接接入業務中的應用

現階段，語音業務仍舊在通信業務中占據主導地位，也是各電信運營商盈利的主要來源。軟交換網要實現多業務的融合，應能夠提供至少與PSTN相同的語音業務。各設備廠商也將對語音業務的支持列為首要任務。

語音轉接業務由軟交換網中的虛擬中繼業務提供，實際上是利用軟交換網轉接PSTN端局之間的語音業務，此時軟交換網的功能類似于PSTN中的匯接局或長途局的功能。軟交換網中應配置TG、SG和軟交換機設備，若僅提供與PSTN相同的語音轉接業務，則不需要單獨的應用服務器。呼叫控制和業務的實現均是由軟交換機來完成。

語音直接接入業務要求軟交換網具備PSTN本地端局的功能。軟交換網中為直接接入用戶應配置AG和/或IAD設備與PSTN相連，另外還需配置TG和SG設備。目前，各軟交換設備供應商提供的系統均已能夠提供基本的語音直接接入業務，對于PSTN智能網實現的各種語音增值業務，各廠家提供的軟交換系統也是通過智能網方式來實現的，此時的軟交換機具備SSP功能、觸發智能網業務以及訪問智能網的SCP。

6.2 在IP話吧業務中的應用

在IP話吧業務中的應用如圖3所示。由于寬帶固話的方便性，可在有寬帶的地方大力發展IP話吧業務。與經營公話的話吧合作，采用寬帶固話方案，可同時上網和打電話。

圖3 在IP話吧業務中的應用

6.3 在城軌公務電話網中的應用

采用軟交換技術構建城軌公務電話網。建立承載公務電話的計算機網絡，即在控制中心、車輛段和各車站建立承載公務電話的IP局域網(LAN)，并利用MSTP/SDH或MSTP/RPR城軌專用傳輸網的IP帶寬資源，連接控制中心、車輛段和各車站IP局域網，組成承載公務電話的IP廣域網。在控制中心和車輛段的IP局域網中配置軟交換設備、應用服務器、網關服務器與接入網關等，在控制中心、車輛段與各車站IP局域網中配置用戶接入網關連接用戶分機，從而構成城軌公務電話網[3]。城軌公務電話網如圖4所示，圖4中SS1b為軟交換設備，MSG為綜合媒體網關，MSAG為綜合業務接入網關，APPS為應用服務器，N31為綜合網關服務器。

圖4 城軌公務電話網

6.4 在移動3G網絡中的應用

無論是WCDMA還是CDMA2000，其發展目標均是在核心網絡實現語音和數據業務的統一承載和交換，軟交換技術無疑將是一種較好的選擇。在3G網絡中，原MSC將裂變為MSC-GW和MSC-SERVER，MSC-GW完成媒體網關的功能，MSC-SERVER完成軟交換機的功能。IP網絡作為3G網絡的統一語音和數據媒體流的承載網絡，實現各種業務數據流的融合。

6.5 在電力通信網中的應用

電力通信網中的電話網擁有電力系統獨有的載波電話網絡，并且是以IP協議為基礎的分組網絡。應用軟交換技術可以提供支持多種信令協議的接口，很好地實現電話網和計算機網之間的信令互通及不同網關的互操作，可使計算機網絡更方便地對電話網進行管理和支持，同時電話網也可以和計算機網絡配合，更好地提供服務。

7 結語

目前，軟交換技術是下一代網絡的關鍵性技術，是通信技術的研究熱點，國內外很多的科研和生產機構都在從事這方面的研究。軟交換技術對PSTN向分組網絡的過渡提供無縫連接，在公用電話網、專用電話網、電力通信網和IP等多種網絡都已經應用。軟交換技術仍然存在很多問題，還需要做進一步的研究。

[1] 范興娟.程控交換與軟交換技術[M].北京：北京郵電大學出版社，2011.

[2] 楊芳春.軟交換與IMS技術[M].北京：北京郵電大學出版社，2007.

[3] 李偉章.城市軌道交通通信[M].北京：中國鐵道出版社，2013.

責任編輯馬彤

SoftSwitchingTechnologyandItsApplicationAnalysis

LIANG Yaning

(Xi′an Institute of Railway Technology, Xi′an 710014, China)

Soft switching technology is the core technology of the next generation network NGN, which can take into account of all kinds of access technology, switching to complete a variety of communication services. This paper firstly introduces the concept of soft switch, analyzed the function of soft switch technology in network; combined with the network structure of the soft switch, this paper analyzed the different main network equipment relates to a layer of soft switch technology and related functions; unique protocol based on soft switch function, the paper also analyzes the exchange principle of soft switch. Soft switching technology is widely used in communication technologies involved in all walks of life, based on the example of a variety of applications, embodied the superiority and applicability on its technology, fully shows that the soft switching technology is the development prospects of inestimable.

soft switch, soft switch network structure, soft switch protocol，soft switch principle，application of soft switch

TN 916.4

：A

梁亞寧(1974-)，女，講師，工程師，主要從事交換技術等方面的研究。

2014-07-24