交換技術(shù)：基于軟交換的下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
劉海 2009/02/16
隨著產(chǎn)業(yè)界的融合趨勢(shì)，電話網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)、有線電視網(wǎng)趨于融合，網(wǎng)絡(luò)面臨的負(fù)荷在不斷增大，業(yè)務(wù)需求也趨于多樣化，運(yùn)營(yíng)商必須提供越來(lái)越多的多媒體業(yè)務(wù)才能吸引住用戶，如何建設(shè)一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與語(yǔ)音業(yè)務(wù)的融合, 加快面向用戶的業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)節(jié)奏及提高其靈活性,以保證運(yùn)營(yíng)商能在未來(lái)的數(shù)據(jù)多媒體業(yè)務(wù)中分得應(yīng)有的市場(chǎng)份額，是提出NGN網(wǎng)絡(luò)的根本出發(fā)點(diǎn)。
NGN的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)
NGN即下一代網(wǎng)絡(luò)。從發(fā)展的角度來(lái)看，NGN是從傳統(tǒng)的以電路交換為主的PSTN網(wǎng)絡(luò)中逐漸邁向以分組交換為主，它承載了原有PSTN網(wǎng)絡(luò)的所有業(yè)務(wù)，把大量的數(shù)據(jù)傳輸卸載到IP網(wǎng)絡(luò)中以減輕PSTN網(wǎng)絡(luò)的重荷，又以IP技術(shù)的新特性增加和增強(qiáng)了許多新老業(yè)務(wù)。從這個(gè)意義上講，NGN是基于TDM的PSTN語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)和基于IP/ATM的分組網(wǎng)絡(luò)融合的產(chǎn)物，它使得在新一代網(wǎng)絡(luò)上語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務(wù)成為了可能。從網(wǎng)絡(luò)功能上看,NGN不是今天哪一種網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)單發(fā)展延伸,而是三網(wǎng)融合的產(chǎn)物。它不僅將具有今天各種網(wǎng)絡(luò)的所有功能,還將具有網(wǎng)絡(luò)融合后產(chǎn)生的新功能。NGN技術(shù)實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)的融合，吸取網(wǎng)絡(luò)（PSTN/ISDN、PLMN、IN、Internet）之間的互通，在全網(wǎng)內(nèi)快速提供新的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像，融合了IP、ATM、IN和TDM等眾家之長(zhǎng)，形成分層的全開(kāi)放的體系架構(gòu)。此外,在NGN中還將實(shí)現(xiàn)固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的融合。在網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)方面NGN將從今天的IP網(wǎng)演化形成。首先是網(wǎng)絡(luò)的IP化。從終端接入網(wǎng)、城域網(wǎng)到廣域網(wǎng)都將實(shí)現(xiàn)IP化。進(jìn)一步的演化是改進(jìn)IP網(wǎng)的結(jié)構(gòu),發(fā)展新協(xié)議以滿足NGN的要求。
NGN是業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)，是業(yè)務(wù)獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)演變成下一代網(wǎng)絡(luò)并非一日之工，而原有的網(wǎng)絡(luò)與新網(wǎng)絡(luò)并存需相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，所以新網(wǎng)絡(luò)還需能夠和原有網(wǎng)絡(luò)互通，這就要求新的網(wǎng)絡(luò)體系能夠完成以下功能：采用TDM傳輸網(wǎng)和SS7信令網(wǎng)互通、與現(xiàn)有的業(yè)務(wù)(如智能網(wǎng)提供的業(yè)務(wù))互通和與現(xiàn)有的PSTN網(wǎng)絡(luò)體系融合。NGN通過(guò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)， 例如PSTN、ISDN和GSM等的互通， 同時(shí)NGN也支持現(xiàn)有終端和IP智能終端， 包括模擬電話、傳真機(jī)、ISDN終端、移動(dòng)電話、GPRS終端、SIP終端、 H.248終端、MGCP終端、通過(guò)PC的以太網(wǎng)電話、線纜調(diào)制解調(diào)器等。
NGN是一種融合多種業(yè)務(wù)的新型目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，NGN(下一代網(wǎng)絡(luò))的突出優(yōu)點(diǎn)是由一系列的關(guān)鍵技術(shù)來(lái)保障的, 勢(shì)必涉及相當(dāng)多的傳統(tǒng)技術(shù)和新型協(xié)議，如軟交換技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)、數(shù)字傳輸技術(shù)、路由技術(shù)、基于IP的相關(guān)通信協(xié)議等。許多技術(shù)和協(xié)議還將不斷出現(xiàn)，需進(jìn)一步完善, 因此研究和建設(shè)NGN是一個(gè)探索性、階段性、艱巨的過(guò)程。但NGN開(kāi)放的業(yè)務(wù)平臺(tái)為其自身發(fā)展提供了更廣闊的空間,而這正是運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的焦點(diǎn)。
NGN的分層結(jié)構(gòu)
一般認(rèn)為， NGN在功能上可劃分為四個(gè)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)層次：接入和傳輸層、媒體傳送層、控制層、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)層各層的功能及部件構(gòu)成如下：
1.接入和傳輸層
其功能是將各類用戶連接至網(wǎng)絡(luò)，然后集中用戶業(yè)務(wù)將它們傳遞至目的地，其中包括各種接入手段,如寬窄帶，移動(dòng)或固定用戶接入等。由各種媒體網(wǎng)關(guān)或智能接入終端設(shè)備組成，主要設(shè)備有：信令網(wǎng)關(guān)（SG）、中繼網(wǎng)關(guān)（TG）、接入網(wǎng)關(guān)（AG）、綜合接入設(shè)備（IAD）、無(wú)線接入網(wǎng)關(guān)（WAG）、媒體資源服務(wù)器、H.323網(wǎng)關(guān)（H.323 GW）。
2.媒體傳送層
將信息格式轉(zhuǎn)換成為能夠在網(wǎng)絡(luò)上傳遞的信息格式。例如：將話音信號(hào)分割成ATM信元或IP包。此外，媒體層可以將信息媒體流選路至目的地。
3.控制層
主要涉及軟交換相關(guān)的功能，完成業(yè)務(wù)邏輯的具體執(zhí)行，其中包含呼叫控制，資源管理，接續(xù)控制和路由等操作，實(shí)現(xiàn)各種信令協(xié)議的互通和轉(zhuǎn)換。此層是NGN的核心神經(jīng)，決定用戶收到的業(yè)務(wù)，并能控制低層網(wǎng)絡(luò)元素對(duì)業(yè)務(wù)流的處理。
4.網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)層
網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)層主要負(fù)責(zé)在呼叫建立的基礎(chǔ)上提供各種各樣的增值業(yè)務(wù)控制邏輯相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)管理及服務(wù)，完成增值業(yè)務(wù)處理。如業(yè)務(wù)生成、業(yè)務(wù)邏輯定義和業(yè)務(wù)編程接口等。此外，業(yè)務(wù)層還負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)相關(guān)的管理功能，如業(yè)務(wù)認(rèn)證和業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)等。同時(shí)提供開(kāi)放的第三方可編程接口，易于引入新型業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)層由一系列的業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器組成，包括：SCP、AAA服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、策略服務(wù)器。
NGN的核心技術(shù) 軟交換
軟交換技術(shù)是實(shí)現(xiàn)新一代話音通信及多媒體和數(shù)據(jù)交互的核心技術(shù)。從應(yīng)用來(lái)說(shuō),軟交換主要是應(yīng)用在IP網(wǎng)上的。軟交換用在IP網(wǎng)絡(luò)是非常自然的，因?yàn)镮P網(wǎng)絡(luò)所需的呼叫控制與承載連接是分開(kāi)的。軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)呼叫與控制的核心，是NGN體系結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵技術(shù)，其核心思想是硬件軟件化，通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)原來(lái)交換機(jī)的控制接續(xù)和業(yè)務(wù)處理等功能，各實(shí)體間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議進(jìn)行連接和通信，便于在NGN中更快地實(shí)現(xiàn)各類復(fù)雜的協(xié)議，更方便地提供業(yè)務(wù)。是NGN中語(yǔ)音/數(shù)據(jù)/視頻業(yè)務(wù)呼叫、控制、業(yè)務(wù)提供的核心設(shè)備。目前軟交換主要完成以下功能：媒體網(wǎng)關(guān)接入功能、呼叫控制功能、業(yè)務(wù)提供功能、互連互通功能、支持開(kāi)放的業(yè)務(wù)/應(yīng)用接口功能、認(rèn)證與授權(quán)功能、計(jì)費(fèi)功能、資源控制功能和QoS管理功能、協(xié)議和接口功能等。
簡(jiǎn)單地看，軟交換是實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)程控交換機(jī)的"呼叫控制"功能的實(shí)體，但傳統(tǒng)的"呼叫控制"功能是和業(yè)務(wù)結(jié)合在一起的，由于不同的業(yè)務(wù)所需要的呼叫控制功能不同，因此要求軟交換提供的呼叫控制功能是各種業(yè)務(wù)的基本呼叫控制。軟交換的重要特點(diǎn)之一是為三方應(yīng)用提供平臺(tái),允許用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程，創(chuàng)建新業(yè)務(wù)，從而不僅增加了服務(wù)種類，而且加快了服務(wù)應(yīng)用速度。另外，軟交換采用了開(kāi)放式應(yīng)用程序接口(API)，允許在交換機(jī)制中靈活引入新業(yè)務(wù)。軟交換技術(shù)體現(xiàn)了業(yè)務(wù)/控制與傳送/接入分離的思想，在整個(gè)軟交換體系中，完成接續(xù)、控制功能的信令協(xié)議起到核心作用，決定了業(yè)務(wù)提供能力的強(qiáng)弱。把傳輸與呼叫控制分離開(kāi)來(lái)，為控制、交換和軟件可編程功能建立了分離的平面，使業(yè)務(wù)提供者可以自由地將傳輸業(yè)務(wù)與控制協(xié)議結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移,使軟交換能無(wú)縫軟統(tǒng)一于通信數(shù)據(jù)、傳真、視頻等多媒體業(yè)務(wù)。
軟交換結(jié)合了傳統(tǒng)話音網(wǎng)絡(luò)的可靠性和IP技術(shù)的靈活性、有效性和開(kāi)放性等優(yōu)點(diǎn)，使得傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)商和新興運(yùn)營(yíng)商都十分看好這一技術(shù)的發(fā)展前景。軟交換所面臨的首要的也是最主要的挑戰(zhàn)就是多協(xié)議，即軟交換所支持的協(xié)議很多，而且這些協(xié)議分別來(lái)自不同的標(biāo)準(zhǔn)化組織，這為技術(shù)研究、設(shè)備生產(chǎn)、通信運(yùn)營(yíng)等各方面都帶來(lái)了很多協(xié)調(diào)方面的困難。軟交換技術(shù)已成為業(yè)界的新熱點(diǎn)，它的出現(xiàn)使語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)走向開(kāi)放的新型體系架構(gòu)。作為下一代網(wǎng)絡(luò)交換核心的SoftSwitch，結(jié)合了傳統(tǒng)的電話網(wǎng)絡(luò)的可靠性和IP技術(shù)的靈活性及有效性的優(yōu)點(diǎn)，是新興運(yùn)營(yíng)者進(jìn)入語(yǔ)音市場(chǎng)的新的技術(shù)手段，也是傳統(tǒng)語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)向分組語(yǔ)音演進(jìn)的方式，由其所形成的系列網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將對(duì)我國(guó)電信網(wǎng)的演進(jìn)以及利用IP網(wǎng)絡(luò)提供豐富的業(yè)務(wù)起重要的作用，具有廣闊的發(fā)展前景。
NGN的幾個(gè)重要協(xié)議
在通信系統(tǒng)中，控制是通過(guò)協(xié)商解決的，相應(yīng)的就須有協(xié)議。在NGN體系結(jié)構(gòu)中，軟交換作為控制中心,正是通過(guò)支持MGCP、H.248/MEGACO、SIP等多種協(xié)議實(shí)現(xiàn)的。
1.MGCP
MGCP是由IETF的MEGACO工作組較早定義的媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議。在軟交換系統(tǒng)中，MGCP主要用于從功能的角度定義軟交換和媒體網(wǎng)關(guān)或軟交換與MGCP終端之間的行為,軟交換通過(guò)此協(xié)議控制媒體網(wǎng)關(guān)/MGCP終端上的媒體/控制流的連接、建立和釋放。它的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，沒(méi)有H.248那樣對(duì)包和屬性的詳細(xì)定義，事件交互的機(jī)制也比較簡(jiǎn)單。因此，MGCP具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但其互通性和支持業(yè)務(wù)的能力受到限制。
2.H.248/MEGACO
H.248/MEGACO協(xié)議是由IETF的MEGACO工作組制定的,后被ITU-T SG16采納形成了ITU-T H.248建議, 是在MGCP(媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議)協(xié)議(RFC2705)的基礎(chǔ)上,結(jié)合了其他媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議的一些特點(diǎn)發(fā)展而成。此協(xié)議提供了控制媒體網(wǎng)關(guān)/H.248終端上的媒體/控制流的建立、連接、釋放的命令與保證這些命令執(zhí)行的機(jī)制,同時(shí)也可以攜帶一些隨路呼叫信令。 在解決了H.323的復(fù)雜，伸縮性差等缺點(diǎn)之后,H.248／MEGACO因其功能靈活、支持業(yè)務(wù)能力強(qiáng)而受到重視，而且不斷有新的附件補(bǔ)充其能力，得到了廣泛的廠商支持,是目前媒體網(wǎng)關(guān)和軟交換之間的主流協(xié)議，目前國(guó)內(nèi)通信標(biāo)準(zhǔn)推薦軟交換和媒體網(wǎng)關(guān)之間應(yīng)用H.248協(xié)議。
3.SIP
SIP協(xié)議是一種基于UDP/IP技術(shù)的應(yīng)用層協(xié)議。在RFC2543協(xié)議文本上僅對(duì)SIP作了應(yīng)用層的描述，規(guī)定了SIP協(xié)議可以承載在UDP/IP上，對(duì)具體的底層實(shí)現(xiàn)技術(shù)完全不必理睬。SIP是完全基于文本的明文協(xié)議，一切的控制包無(wú)須專門(mén)的、昂貴的解碼儀表即能人工肉眼看懂。SIP協(xié)議非常簡(jiǎn)單，僅有6條命令（INVITE、ACK、BYE、CANCEL、OPTION、REGISTER），返回代碼和HTTP協(xié)議基本一樣。SIP最大的特點(diǎn)是僅需利用已定義的消息頭字段,對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單必要的擴(kuò)充就能很方便地支持各項(xiàng)新業(yè)務(wù)和智能業(yè)務(wù),具有很強(qiáng)的靈活性和擴(kuò)充性。由于實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常方便，效率高，維護(hù)成本也相對(duì)較低，據(jù)調(diào)查、在各大設(shè)備制作廠商的開(kāi)發(fā)計(jì)劃中,支持SIP協(xié)議的廠商正大輻度增加。SIP協(xié)議已被廣泛接受為包括3G移動(dòng)多媒體在內(nèi)的多媒體業(yè)務(wù)與應(yīng)用的核心協(xié)議。目前SIP本身的主體協(xié)議（RFC2543）已經(jīng)完成，可以完成大部分的多媒體呼叫控制功能，SIP的補(bǔ)充協(xié)議草案在制訂和討論中。
NGN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中需要關(guān)注的問(wèn)題
任何新技術(shù)在開(kāi)始應(yīng)用時(shí)都不是十全十美的，需要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并加以完善。NGN是一種全新的網(wǎng)絡(luò)，其建設(shè)必然存在一些問(wèn)題：
- 體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的兼容性與不成熟問(wèn)題；
- 沒(méi)有令人滿意的網(wǎng)絡(luò)控制和端到端的QoS全程保證問(wèn)題；
- 業(yè)務(wù)平臺(tái)開(kāi)發(fā)問(wèn)題；
- 網(wǎng)絡(luò)管理問(wèn)題；
- 網(wǎng)絡(luò)安全性問(wèn)題；
- 如何組建大網(wǎng)問(wèn)題；
- 如何實(shí)現(xiàn)私網(wǎng)穿透問(wèn)題；
- 其它問(wèn)題 ：會(huì)晤和呼叫管理（包括用于計(jì)費(fèi)、統(tǒng)計(jì)和故障監(jiān)視的可靠的事件記錄等），支持緊急呼叫業(yè)務(wù)和優(yōu)先服務(wù)的機(jī)制，API接口技術(shù)，IP地址分配等。
這些技術(shù)問(wèn)題都有待我們?nèi)ミM(jìn)一步研究。NGN網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)模式也有很大區(qū)別，這一點(diǎn)非常重要。運(yùn)營(yíng)商與設(shè)備供應(yīng)商應(yīng)當(dāng)一起冷靜地解決這些問(wèn)題，并積極進(jìn)行試驗(yàn)，不斷加以完善。IETF組織已經(jīng)提出了多種模型，我們相信開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)和靈活的業(yè)務(wù)平臺(tái)將是發(fā)展的方向。
結(jié)束語(yǔ)
NGN技術(shù)的出現(xiàn)使得運(yùn)營(yíng)商們紛紛開(kāi)始投入對(duì)下一代網(wǎng)絡(luò)的研究和試探。國(guó)外國(guó)內(nèi)多家運(yùn)營(yíng)商正在積極進(jìn)行NGN網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)和試運(yùn)營(yíng)。目前,西門(mén)子、阿爾卡特、北電網(wǎng)絡(luò)、中興等不少設(shè)備供應(yīng)商都推出了下一代網(wǎng)絡(luò)的解決方案�？梢哉f(shuō)，NGN蘊(yùn)含著巨大的商業(yè)利益，NGN對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的改造將很大程度上增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)NGN中的多媒體業(yè)務(wù)將是各大運(yùn)營(yíng)商的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。隨著產(chǎn)品、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的不斷成熟，相信在不久的將來(lái)，NGN必然會(huì)成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主流。
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