浅析软交换技术

浅析软交换技术

刘全平1张科2

（1.成都军区信息化工作办公室副主任；

2. 成都军区信息化工作办公室参谋）

摘要：软交换技术进一步发展了IP通信的概念，通过使用SIP协议

（Session Initiation Protocol）和包括移动解决方案，真正地实现了

各类通信的统一和简化，不受位置、时间或设备的影响。通过软交换通信

解决方案，用户可按照喜好随时进行彼此通信，并可使用任意设备通过任

何媒体进行通信。软交换通信将我们常用的多个电话和设备—以及多个

网络(固定、互联网、有线、卫星、移动)结合在一起，以实现独立于地理

位置的通信，促进通信与业务流程的集成，简化运行并提高生产率。

关键词：融合通信软交换

“融合”已经成为通信产业继IP技术之后最热门的话题之一，融合源于网络，又回归于网络，就是网络的融合，最终的目的是要实现通信的融合，即现在最为时髦的叫法“融合通信”，也有人把它称为“统一通信”。

融合通信是指以IP为中心，把语音、数据和多媒体业务融合一体的新通信模式，覆盖了电信、IT和互联网三大领域。融合通信概念下的三网融合，已经远远超出了过去所说的电信网、互联网和广播电视网的“物理网络”融合，或者是固定网、移动网和无线接入网的融合，融合通信的新概念是服务的融合，是把三网的通信服务能力、信息服务能力和运行管理服务能力进行融合。

通过统一的IP技术来实现存储、通信、计算资源整合及统一管理调度，并能提供开放平台接口，实现合作伙伴及用户个性化开发要求，从而形成新的IT价值链。目前，IP技术已经演变成整个新IT架构的基础，是各种IT技术融合的黏合剂与催化剂，基于IP技术融合和发展新的IT架构是行业趋势所在。融合通信只是一个思想，要实现它提出的目标，需要具体的可实现的技术，“软交换”技术可以有效解决多设备、多网络“融合”通信的问题。

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（IPPBX）。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、H248）且主要使用纯软件进行处理，于是Soft Switch（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（International Soft Switch Consortium）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Soft Switch论坛ISC的定义，Soft Switch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 基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。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。

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、SoftSwitchOrg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，我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。

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，基于软交换技术的VOIP网络结构，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。

参考文献

[1]童晓渝.软交换技术与实现.西南交通大学出版社,2007.

[2]糜正琨.软交换技术与协议.科学出版社,2006.

[3]孟祥真.通信交换技术.北京邮电大学出版社,2008.

[4]张中荃.程控交换与宽带交换.人民邮电出版社,2004.

[5]杨放春,孙其博.软交换与IMS技术.背景有点大学出版社,2007.