軟交換組網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用
朱曉潔 廣東省電信有限公司科學(xué)技術(shù)研究院
2004/07/20
摘要:基于分組交換的軟交換網(wǎng)絡(luò)中，路由的概念發(fā)生了很大的變化。通過引入路由服務(wù)器，合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以提高網(wǎng)絡(luò)的效率。本文闡述軟交換網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)模式，并對軟交換網(wǎng)絡(luò)建設(shè)各個階段的組網(wǎng)模式應(yīng)用及相關(guān)問題進(jìn)行分析和探討。
關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)組織 路由服務(wù)器 無級網(wǎng) 分級網(wǎng) 應(yīng)用
1、引言
隨著IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)向IP網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移已經(jīng)形成一種不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。而軟交換基于分組傳送網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)正好迎合了IP網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展的趨勢。利用軟交換組建下一代網(wǎng)絡(luò)，提供語音/數(shù)據(jù)/圖像的綜合業(yè)務(wù)，成為各電信運營商考慮的焦點。
軟交換由于其終端設(shè)備布放簡單，業(yè)務(wù)開展快捷等特點，目前已經(jīng)在國內(nèi)外得到大量的應(yīng)用。如何利用軟交換設(shè)備快速提供目前在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)困難的業(yè)務(wù)，以及軟交換如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組織以適應(yīng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的特點等問題是業(yè)界探討較多的話題。
本文對軟交換網(wǎng)絡(luò)體系中的網(wǎng)絡(luò)組織問題進(jìn)行技術(shù)研究和探討。
2、路由服務(wù)器（RS）的引入
在PSTN網(wǎng)絡(luò)中，采用分級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，交換設(shè)備根據(jù)所處位置不同分為端局交換機(jī)、匯接交換機(jī)、長途交換機(jī)三級。在一個呼叫中，信令和媒體都采用逐段轉(zhuǎn)發(fā)的方式，匯接和長途交換機(jī)同時終結(jié)信令和媒體，因此匯接和長途交換機(jī)實現(xiàn)了話務(wù)匯聚和中繼資源共享的功能。在路由選擇時有直達(dá)路由和迂回路由之分，對一個目標(biāo)局可選擇的路由個數(shù)最大可達(dá)5個。
軟交換網(wǎng)絡(luò)體系中，網(wǎng)關(guān)之間的媒體承載是采用端到端的方式，而軟交換之間的協(xié)議消息可以是端到端，也可以中間經(jīng)過專門的匯接軟交換轉(zhuǎn)發(fā)。但是，鑒于分組網(wǎng)絡(luò)盡力而為、服務(wù)質(zhì)量無保證等特點，應(yīng)在組網(wǎng)時考慮盡量減少協(xié)議消息的中間轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)。
因此，軟交換網(wǎng)絡(luò)路由的概念跟PSTN網(wǎng)絡(luò)有很大的不同，不再有直達(dá)路由和迂回路由之分，針對一個呼叫的目標(biāo)局路由將只有一個，即下一跳軟交換（可能是被叫所在的軟交換，也可能是中間匯接軟交換）。在軟交換網(wǎng)絡(luò)達(dá)到一定規(guī)模時，如果軟交換之間網(wǎng)狀連接，路由數(shù)據(jù)將十分龐大，通過軟交換本身細(xì)化路由配置難以實現(xiàn)。有必要引入大容量、高性能的服務(wù)器專門承擔(dān)路由解析工作，本文統(tǒng)一稱為路由服務(wù)器（RS：Route Server），其功能等同于TRIP(Telephony Routing over IP)協(xié)議中的位置服務(wù)器（LS：Location Server）。
3、軟交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
3.1 無級網(wǎng)
網(wǎng)絡(luò)的所有軟交換位于同一平面上，發(fā)端軟交換直接路由到收端軟交換，軟交換之間是一種網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)。軟交換網(wǎng)絡(luò)的路由信息存放在RS中，RS可以分地域分級配置，RS之間可以實現(xiàn)路由信息的路由的查詢以及動態(tài)同步更新。
3.1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
RS分為兩層，其中，1）省級RS存儲的信息包括：與它相連的軟交換的用戶信息（例如SIP地址、E.164地址），以及軟交換地址信息；其他省級RS的地址及用戶信息。2）國家級RS存儲的信息包括省級RS的地址及用戶信息。
在RS完成路由同步后，省A軟交換A的用戶A需要與省B軟交換B的用戶B通話，具體過程如下：
1）省A軟交換A向RS_A查詢用戶B的位置信息；2) RS_A向RS_B查詢用戶B的位置信息；3) RS_B向RS_A返回用戶B所屬的軟交換B的地址信息；4) 軟交換A向軟交換B發(fā)送SIP信令，要求建立呼叫。
3.1.2 優(yōu)點和不足：
優(yōu)點：1）軟交換通過RS可以直接路由到目的軟交換，避免了呼叫信令消息在IP網(wǎng)中的多次處理轉(zhuǎn)發(fā)；2）路由數(shù)據(jù)集中設(shè)置，統(tǒng)一管理，一個軟交換的路由信息更新時，可以通過TRIP等協(xié)議及時廣播到其他RS，便于路由數(shù)據(jù)的配置管理。不足：1）需要配備系列的RS，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本較高，初期可以考慮RS與軟交換合設(shè)以降低建設(shè)成本；2）所有呼叫需要向RS查詢路由數(shù)據(jù)，對軟交換系統(tǒng)的處理效率有一定影響；3）由于不同廠家采用的策略、協(xié)議有差別，目前設(shè)備互通困難。
3.2 分級網(wǎng)
呼叫控制協(xié)議消息通過多個軟交換轉(zhuǎn)接，媒體是端到端連接。軟交換可以分為本地服務(wù)軟交換和省際匯接軟交換兩個層面。本地服務(wù)軟交換負(fù)責(zé)給服務(wù)區(qū)域內(nèi)用戶提供豐富的業(yè)務(wù)，包括話音/數(shù)據(jù)/圖像的綜合業(yè)務(wù)等。省際匯接軟交換負(fù)責(zé)匯接軟交換的省際業(yè)務(wù)，主要負(fù)責(zé)路由以及協(xié)議的轉(zhuǎn)接，不需要控制網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行媒體連接。
3.2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
對路由服務(wù)器有以下要求：1）路由數(shù)據(jù)的存放，負(fù)責(zé)提供省內(nèi)本地軟交換之間端到端的路由信息，及本地軟交換到省際軟交換的路由信息；2）本地軟交換路由數(shù)據(jù)變化只需要與本省的RS同步；省際軟交換數(shù)據(jù)變化時，需要與其他省RS進(jìn)行同步。3）對于同一個被叫地址，能根據(jù)發(fā)起查詢請求的軟交換級別不同返回不同的路由信息。如對于一個出省呼叫，本地軟交換查詢時，返回結(jié)果為省際軟交換的IP地址，省際軟交換查詢時，返回對端省際軟交換的IP地址信息。
在RS完成路由同步后，省A軟交換A的用戶A需要與省B軟交換B的用戶B通話，具體過程如下：
1）省A本地軟交換A向RS_A查詢用戶B的位置信息；2) RS_A向本地軟交換A返回省際軟交換A'的地址信息；3) RS_A向省際軟交換A'發(fā)送SIP消息，請求呼叫接續(xù)；4) 省際軟交換A'接收到SIP消息后，查詢RS_A，請求用戶B的路由信息。5）RS_A向省際軟交換A'返回省際軟交換B'的地址信息；6) 省際軟交換A' 向省際軟交換B' 發(fā)送SIP消息，請求呼叫接續(xù)；7) 省際軟交換B' 接收到SIP消息后，查詢RS_B，請求用戶B的路由信息；8) RS_B向省際軟交換B'返回本地軟交換B的地址信息；9）省際軟交換B' 向本地軟交換B發(fā)送SIP消息，請求呼叫接續(xù)。
3.2.2 優(yōu)點和不足：
優(yōu)點：1）只通過省際軟交換與外網(wǎng)互通，可以屏蔽省內(nèi)軟交換的網(wǎng)絡(luò)狀況，安全性較好；2）采用RS機(jī)制，可以通過TRIP協(xié)議等靈活管理域內(nèi)的路由信息。
不足：1）跨省呼叫的協(xié)議信息需要經(jīng)過多段轉(zhuǎn)發(fā)，對分組網(wǎng)絡(luò)可靠性要求提高；2）對呼叫的接續(xù)時間等相關(guān)服務(wù)質(zhì)量可能會有一定影響；3）省際軟交換規(guī)劃時需要考慮容量、安全備份等相關(guān)問題。
3.3 組網(wǎng)模式應(yīng)用建議
3.3.1 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期
業(yè)務(wù)驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，在建設(shè)初期，利用軟交換提供的業(yè)務(wù)量比較小，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模也就相對較小。軟交換需要獨立設(shè)點，逐步由點到面，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容量。
在多網(wǎng)并存、PSTN網(wǎng)占據(jù)絕對優(yōu)勢點面的情況下，軟交換沒有大面積鋪開，能有直接聯(lián)系的軟交換數(shù)量有限，更多的用戶互通需要依賴SG、TG上電路交換網(wǎng)絡(luò)解決。因此，這一階段的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)基本是采用無級網(wǎng)方式，且路由服務(wù)器與軟交換合設(shè)。
同時，因為軟交換提供的業(yè)務(wù)需要覆蓋多個本地網(wǎng)，一個軟交換設(shè)備必須能夠控制放置在多個本地網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。軟交換網(wǎng)絡(luò)作為PSTN的疊加網(wǎng)提供業(yè)務(wù)。為了后續(xù)業(yè)務(wù)增長時網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的便利，初期宜采用應(yīng)用服務(wù)器與軟交換分設(shè)的模式，增值業(yè)務(wù)統(tǒng)一由應(yīng)用服務(wù)器提供，軟交換只負(fù)責(zé)基本業(yè)務(wù)的功能實現(xiàn)以及增值業(yè)務(wù)的接入及觸發(fā)。
在功能上，需要對軟交換必須增加以下要求：（1）要求軟交換不僅有分權(quán)限管理的功能，還需要具備分地域?qū)τ脩�、中繼等數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的功能；（2）由于軟交換相當(dāng)于現(xiàn)有PSTN網(wǎng)絡(luò)的長途/市話/SSP合一的設(shè)備，提供業(yè)務(wù)豐富，因此需要在分域的基礎(chǔ)上，能夠分業(yè)務(wù)管理計費數(shù)據(jù)；（3）由于軟交換需要與多個本地網(wǎng)的交換機(jī)設(shè)備建立信令路由，而每個本地網(wǎng)的點碼分配機(jī)制不同，因此要求軟交換具備多信令點碼的功能。
3.3.2 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中期
隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，業(yè)務(wù)需求增加，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)中軟交換節(jié)點數(shù)逐步增加。軟交換所控制的包交換網(wǎng)與電路交換網(wǎng)所占用戶面極其接近甚至略勝一籌時，原有的電路交換網(wǎng)逐步退到邊緣，數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶不斷增加。
這個時候要依靠軟交換本身細(xì)化相關(guān)路由的配置已經(jīng)很難實現(xiàn)，可以考慮引進(jìn)若干RS承擔(dān)起路由解析的重任，RS的出現(xiàn)可以開始是個別的，分別負(fù)擔(dān)部分軟交換的路由信息，這時候RS全部處于一個層次。引入RS時，一方面要考察軟交換對相關(guān)協(xié)議的支持，另一方面要考察采用RS路由方式對軟交換處理能力等性能的影響。
由于每個地域軟交換網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的步伐不一，因此這一階段，運營商可以根據(jù)每個地域所采用設(shè)備對協(xié)議的支持情況，通過省際軟交換的方式，或省級RS的方式實現(xiàn)地域之間的軟交換網(wǎng)絡(luò)的互通。
3.3.3 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)后期
軟交換控制的包交換網(wǎng)絡(luò)規(guī)模繼續(xù)擴(kuò)大,當(dāng)RS的個數(shù)增加到一定程度時每個RS都會面臨路由數(shù)據(jù)的配置及維護(hù)壓力,此時需要對RS的組網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化。通過配置省級RS及國家級RS來緩解區(qū)域RS的困頓,網(wǎng)絡(luò)在演進(jìn)過程中逐步形成RS分級、軟交換扁平的組網(wǎng)模式。
4 其他相關(guān)問題
4.1 與RS相關(guān)的協(xié)議能力要求
1）軟交換與RS之間的協(xié)議能力要求：
路由信息的檢索；
RS根據(jù)軟交換的請求檢索路由信息。
路由信息的增加/刪除/修改；
軟交換用戶號段變化或發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞引起路由信息的更改時，應(yīng)能通過相關(guān)協(xié)議及時通知RS，RS對相關(guān)路由信息進(jìn)行更新并廣播通知其他相關(guān)RS。
RS對軟交換的鑒權(quán)認(rèn)證；
應(yīng)能對發(fā)起請求的軟交換進(jìn)行鑒權(quán)認(rèn)證。防止非法軟交換竊取路由信息。
心跳機(jī)制。
軟交換與RS之間應(yīng)有心跳機(jī)制，定期檢測對方的存活信息。軟交換在發(fā)現(xiàn)與RS連接中斷時，可以切換到配對的RS。相應(yīng)地，RS發(fā)現(xiàn)與某個軟交換的連接中斷時，應(yīng)立即把到該軟交換的路由狀態(tài)信息進(jìn)行更新，并廣播通知相關(guān)RS。
2）RS之間的協(xié)議能力要求：
交換和同步RS之間的路由信息；
RS之間路由表同步結(jié)束后，當(dāng)路由表的內(nèi)容發(fā)生改變時，將能向相關(guān)RS發(fā)送新的路由信息。
路由的檢索；
根據(jù)下一級RS發(fā)起的請求檢索路由信息。
防止尋址的路由循環(huán)；
防止尋址時產(chǎn)生RS之間的路由循環(huán)。
RS之間的鑒權(quán)認(rèn)證；
應(yīng)能對交互信息的RS進(jìn)行鑒權(quán)認(rèn)證。
心跳機(jī)制
RS之間可通過心跳機(jī)制,定期檢測對端的存活信息。
4.2 運營商之間軟交換網(wǎng)絡(luò)的互通
不管運營商內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)采用何種組網(wǎng)方式，在實現(xiàn)運營商之間的網(wǎng)絡(luò)互通時，由于涉及互聯(lián)互通故障定位、費用結(jié)算等問題，一般考慮采用關(guān)口軟交換和關(guān)口網(wǎng)關(guān)的組網(wǎng)方式。
在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置若干個關(guān)口軟交換，負(fù)責(zé)匯聚運營商之間的互通業(yè)務(wù)。一方面出于網(wǎng)絡(luò)的安全性考慮，需要屏蔽運營商內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；另一方面這種結(jié)構(gòu)也可以便于互聯(lián)互通故障的處理。這些關(guān)口軟交換需要完成協(xié)議的轉(zhuǎn)接以及對媒體流進(jìn)行控制。關(guān)口網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)過網(wǎng)媒體流的匯聚。
關(guān)口軟交換需要實現(xiàn)現(xiàn)有關(guān)口局的黑白名單、過負(fù)荷控制、計費等相關(guān)功能。關(guān)口軟交換與其他運營商網(wǎng)絡(luò)的軟交換路由數(shù)據(jù)可以存放在關(guān)口軟交換中，直接路由到對端關(guān)口軟交換，也可以通過RS完成路由。
5、結(jié)束語
綜上所述，在軟交換控制的分組交換網(wǎng)絡(luò)中，路由的概念已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，采用路由服務(wù)器直接路由到目的軟交換是適應(yīng)分組交換網(wǎng)絡(luò)的一種組網(wǎng)方案。路由服務(wù)器的引入，應(yīng)在綜合考慮網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，設(shè)備對協(xié)議的支持等問題的基礎(chǔ)上，進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃和部署。
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