新興運營商運營指南之概念篇--軟交換
思巴得信息淺析未來運營市場
2007/09/06
一、軟交換產(chǎn)生背景
自1876年美國貝爾發(fā)明電話以來，解決了人們異地通信的問題，早期主要應(yīng)用于政府、軍事等重要機構(gòu)，隨著科技水平的不斷提高和社會的不斷進步，電話交換技術(shù)一直處于迅速的變革和發(fā)展之中，電話的普及范圍越來越廣泛，應(yīng)用到各行各業(yè)并深入千家萬戶，成為人們進行溝通最主要的通信方式，是人們生活、工作中必不可少的組成部分。
電話網(wǎng)的核心為電話交換機，其從交換機實現(xiàn)方式上看，經(jīng)歷了磁石式、供電制式、步進制、縱橫制、程控制5個發(fā)展階段，交換技術(shù)從人工交換時代邁入機電交換時代再到電子交換時代三個時代發(fā)展歷程。由于程控數(shù)字交換技術(shù)的先進性和設(shè)備的經(jīng)濟性，使電話交換跨上了一個新的臺階，程控制電話交換機采用資源獨占的電路交換方式，采用了先進的體系結(jié)構(gòu)，是一個歷史性的變革。但業(yè)務(wù)控制與呼叫控制以及傳輸承載都集中在交換機里，ＰＳＴＮ的各項業(yè)務(wù)必須通過ＴＤＭ交換機進行實現(xiàn)，新業(yè)務(wù)拓展周期長。
隨著時代的發(fā)展，又相繼出現(xiàn)了數(shù)據(jù)網(wǎng)、多媒體網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)，但一直以來，電話網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、多媒體網(wǎng)都各自獨立為陣，分別提供語音、數(shù)據(jù)、視頻等業(yè)務(wù)。隨著技術(shù)的不斷進步、需求的日益提高，通信也已從原來的電話進入了信息化通信時代，各種花樣繁多的通信方式和日益高漲的通信需求，使得傳統(tǒng)的語音通信已遠遠不能滿足各行業(yè)企業(yè)的需求。另外隨著電信行業(yè)管制政策的放松，電信運營商之間競爭加劇，誰能夠提供個性化的業(yè)務(wù)，誰能在第一時間滿足用戶需求，誰就能獲取競爭優(yōu)勢，立于不敗之地。而PSTN由于固有的局限性，無法快速靈活地拓展新業(yè)務(wù)，且部署成本高。為滿足用戶對新業(yè)務(wù)的需求，人們在PSTN/ISDN的基礎(chǔ)上提出了智能網(wǎng)的概念。PSTN智能網(wǎng)首次提出并實現(xiàn)了將呼叫控制和接續(xù)功能與業(yè)務(wù)提供相分離，交換機只完成基本的呼叫控制和接續(xù)功能，而業(yè)務(wù)則由疊加在PSTN/ISDN上的智能網(wǎng)來提供。這種呼叫控制與業(yè)務(wù)的分離大大提高了網(wǎng)絡(luò)集中提供業(yè)務(wù)的能力和速度，不過這種分離還較為初步。而隨著IP技術(shù)的發(fā)展，在互聯(lián)網(wǎng)上部署業(yè)務(wù)相對容易，IP網(wǎng)中傳送的IP包能夠承載任何用戶數(shù)據(jù)信息，人們想能否通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)便宜的承載語音，節(jié)省組網(wǎng)成本，降低用戶資費呢？能否充分利用IP網(wǎng)的優(yōu)勢，將語音、數(shù)據(jù)、多媒體流等多種信息均在一個統(tǒng)一的IP網(wǎng)上承載，提供比傳統(tǒng)業(yè)務(wù)更多、更好的服務(wù)呢？因此更進一步期待實現(xiàn)將呼叫控制與承載做進一步的分離，從而更加靈活有效地實現(xiàn)IP電話及其相關(guān)業(yè)務(wù)和多媒體應(yīng)用的融合，對所有的媒體流提供統(tǒng)一承載平臺。在這一背景下，人們期待一種新的網(wǎng)絡(luò)來解決目前網(wǎng)絡(luò)面臨的諸多問題，進而NGN、軟交換概念應(yīng)運而生，誕生了NGN下一代網(wǎng)絡(luò)模型。
2004年2月的ITU-TSG13會議給出了NGN（下一代網(wǎng)絡(luò)）的基本定義，即NGN是基于分組技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)；能夠提供包括電信業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)；能夠利用多種寬帶和具有QoS支持能力的傳送技術(shù)；業(yè)務(wù)功能與底層傳送相關(guān)技術(shù)相互獨立；能夠使用戶自由接入不同的業(yè)務(wù)提供商；能夠支持通用移動性，從而向用戶提供一致的和無處不在的業(yè)務(wù)。ＮＧＮ下一代網(wǎng)絡(luò)將具有提供話音、數(shù)據(jù)、視頻和多媒體等各種業(yè)務(wù)的綜合性質(zhì)網(wǎng)絡(luò)體系的結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)的交換機功能模塊分離為獨立的網(wǎng)絡(luò)部件，軟交換技術(shù)將廣泛應(yīng)用其中，并成為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心。
二、軟交換概念
軟交換技術(shù)是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心，軟交換基本概念是將呼叫控制從媒體網(wǎng)關(guān)中分離出來，通過軟件實現(xiàn)基本呼叫控制功能，包括呼叫選路、管理控制、連接控制（建立/拆除會話）和信令互通，從而實現(xiàn)呼叫傳輸與呼叫控制的分離，為控制、交換和軟件可編程功能建立分離的平面。作為NGN網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，軟交換的發(fā)展因而受到越來越多的關(guān)注，作為下一代網(wǎng)絡(luò)的控制功能模塊，軟交換為下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)具有實時性要求的業(yè)務(wù)提供呼叫控制和連接控制功能。我國信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所對軟交換的定義是：“軟交換是網(wǎng)絡(luò)演進以及下一代分組網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備之一，它獨立于傳送網(wǎng)絡(luò)，主要完成呼叫控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認證、計費等主要功能，同時可以向用戶提供現(xiàn)有電路交換機所能提供的所有業(yè)務(wù)，并向第三方提供可編程能力。”
軟交換將網(wǎng)絡(luò)資源、網(wǎng)絡(luò)能力封裝起來，通過標準開放的業(yè)務(wù)接口和業(yè)務(wù)應(yīng)用層相連，從而可方便地在網(wǎng)絡(luò)上快速提供新業(yè)務(wù)。在分組交換日益普及的情況下，軟交換技術(shù)無論在固網(wǎng)還是移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和融合當中，作為網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，發(fā)揮著重要的粘合作用。
三、軟交換網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
軟交換網(wǎng)絡(luò)是業(yè)務(wù)驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)。通過業(yè)務(wù)與呼叫控制分離以及呼叫控制與承載控制分離實現(xiàn)相對獨立的業(yè)務(wù)體系，使業(yè)務(wù)真正獨立于網(wǎng)絡(luò)，靈活有效地實現(xiàn)業(yè)務(wù)的提供。用戶可以自行配置和定義業(yè)務(wù)特征，而不必關(guān)心承載業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)形式與終端類型，使業(yè)務(wù)和應(yīng)用的提供有較大靈活性，從而滿足用戶不斷發(fā)展更新的業(yè)務(wù)需求，也使網(wǎng)絡(luò)具有可持續(xù)發(fā)展的能力和強大的競爭力。
語音、數(shù)據(jù)、視頻等異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)并存是目前網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀，多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合則是大勢所趨。 隨著IP網(wǎng)的迅速發(fā)展，軟交換將以IP網(wǎng)為骨干，在各種網(wǎng)絡(luò)相互融合的基礎(chǔ)上，以一種統(tǒng)一的方式靈活地提供業(yè)務(wù)。軟交換網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)采用開放的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，將傳統(tǒng)交換機的功能模塊分離成獨立的網(wǎng)絡(luò)部件，分別由不同的物理實體實現(xiàn)，各部件各自獨立發(fā)展，均提供標準的接口協(xié)議，使得網(wǎng)絡(luò)更加開放，可依業(yè)務(wù)需求自由組合各部件來組建網(wǎng)絡(luò)，部件間協(xié)議的標準化有利于異構(gòu)網(wǎng)的互聯(lián)互通。因此通過一個統(tǒng)一的IP網(wǎng)絡(luò)將各物理實體連接起來，構(gòu)成了軟交換網(wǎng)絡(luò)，是一個統(tǒng)一、開放的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。軟交換網(wǎng)絡(luò)從功能上分接入層、傳輸層、控制層、業(yè)務(wù)層四層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
�？梢�，要想設(shè)計一個好的軟交換系統(tǒng)并非一件易事，必須有一個好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，首先必須滿足市場的需求，確定基本功能；二是采用標準全開放的業(yè)務(wù)接口，業(yè)務(wù)拓展要靈活；三是要支持多種協(xié)議，保證互聯(lián)互通性好；四是必須具備穩(wěn)定性強的特點，如基于穩(wěn)定性好的sun服務(wù)器上開發(fā)，因為window和Linux系統(tǒng)不穩(wěn)定易受攻擊；五是有強大的管理能力，不可管理的軟交換系統(tǒng)，不能稱之為好的系統(tǒng)；六是應(yīng)采用的先進的技術(shù)和很好的算法提高系統(tǒng)的處理能力。下面簡單介紹軟交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各層的含義。
接入層
采用各種接入手段通過各種接入設(shè)備將用戶連接至網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)中的各種業(yè)務(wù)。軟交換網(wǎng)絡(luò)是一個綜合接入平臺，可以接入多種用戶。模擬/數(shù)字電話PSTN用戶、移動用戶、無線用戶、寬帶網(wǎng)絡(luò)用戶都能有效地支持。實現(xiàn)了各種網(wǎng)絡(luò)用戶的各種業(yè)務(wù)的接入，并將信息適配為適合在軟交換網(wǎng)內(nèi)傳送的IP包。為傳統(tǒng)運營商和新興運營商都開辟了有效的業(yè)務(wù)發(fā)展途徑。
軟交換技術(shù)將電話交換機的業(yè)務(wù)接入模塊獨立成為一個物理實體，完成數(shù)據(jù)格式和協(xié)議的轉(zhuǎn)換，將接入的所有媒體信息流均轉(zhuǎn)換為采用IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包在軟交換網(wǎng)絡(luò)中傳送，稱為媒體網(wǎng)關(guān)(MG)。MG分為多種接入設(shè)備，如：用于完成與PSTN交換機的中繼連接，將電話交換機PCM中繼中的64kbit/s的語音信號轉(zhuǎn)換為IP包的中繼網(wǎng)關(guān)(TG)；主要完成PSTN/ISDN側(cè)基于TDM電路的七號信令與IP網(wǎng)側(cè)信令的轉(zhuǎn)換功能，用于連接7號信令網(wǎng)與IP網(wǎng)的設(shè)備為信令網(wǎng)關(guān)（SG）,
TG和SG共同完成了軟交換網(wǎng)與PSTN電話網(wǎng)的連接，將PSTN中的普通電話用戶及其業(yè)務(wù)接入到了軟交換網(wǎng)中。提供模擬用戶線接口的接入網(wǎng)關(guān)（AG），用于直接將普通電話用戶接入到軟交換網(wǎng)中；
綜合接入設(shè)備(IAD，IntegratedAccessDevice)將用戶的語音、數(shù)據(jù)及視頻等應(yīng)用接入到分組交換網(wǎng)絡(luò)中，在分組交換網(wǎng)絡(luò)中完成相應(yīng)的功能；無線接入媒體網(wǎng)關(guān)(WAG，WirelessAccessGateway)完成無線用戶接入至軟交換網(wǎng)；還有各種智能IP電話終端或軟終端為用戶終端設(shè)備，直接接入軟交換網(wǎng)絡(luò)。
通過各類MG，軟交換網(wǎng)實現(xiàn)了將PSTN用戶、IP電話用戶、普通有線電話用戶、無線接入用戶的語音、數(shù)據(jù)、多媒體業(yè)務(wù)的綜合接入。
傳輸層
傳送層即承載語音、數(shù)據(jù)、視頻等多媒體信息的IP網(wǎng)絡(luò)，此承載網(wǎng)絡(luò)無需重新組網(wǎng)，價格低廉，協(xié)議簡單。此層的作用和功能就是將邊緣接入層中的各種媒體網(wǎng)關(guān)、控制層中的軟交換機、業(yè)務(wù)應(yīng)用層中的各種服務(wù)器平臺等各個軟交換網(wǎng)網(wǎng)元連接起來。
軟交換網(wǎng)中各網(wǎng)元之間均是將各種控制信息和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息封裝在IP數(shù)據(jù)包中，通過核心傳送層的IP網(wǎng)進行通信。
控制層
控制層是完成對接入層中的所有媒體網(wǎng)關(guān)的業(yè)務(wù)控制及媒體網(wǎng)關(guān)之間通信的控制，即軟交換機。在傳統(tǒng)的電話交換結(jié)點中，業(yè)務(wù)提供、呼叫控制和交換矩陣都集中在一起，而軟交換將呼叫控制從網(wǎng)關(guān)中分離出來，以分組網(wǎng)代替控制底層網(wǎng)絡(luò)元素對業(yè)務(wù)流的處理，提供呼叫連接的建立和釋放，以及媒體網(wǎng)關(guān)接入功能、媒體網(wǎng)關(guān)資源管理、信令互通、安全管理、用戶管理、號碼管理、呼叫路由和產(chǎn)生CDR信息等功能，并為業(yè)務(wù)平面提供訪問底層各種網(wǎng)絡(luò)資源的開放接口。相當于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中提供信令和業(yè)務(wù)控制的節(jié)點。
業(yè)務(wù)和應(yīng)用層
業(yè)務(wù)層主要包括應(yīng)用服務(wù)器、第三方應(yīng)用接口和傳統(tǒng)智能網(wǎng)功能。軟交換與業(yè)務(wù)/應(yīng)用層之間的接口提供訪問各種數(shù)據(jù)庫、三方應(yīng)用平臺、功能服務(wù)器等接口，實現(xiàn)對增值業(yè)務(wù)、管理業(yè)務(wù)和三方應(yīng)用的支持。該業(yè)務(wù)層通過開放的業(yè)務(wù)層接口提供業(yè)務(wù)執(zhí)行環(huán)境，負責為接入軟交換網(wǎng)絡(luò)的用戶提供傳統(tǒng)智能網(wǎng)業(yè)務(wù)、個性化的第三方業(yè)務(wù)和增值業(yè)務(wù)。
四、軟交換支持的協(xié)議
軟交換技術(shù)是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，軟交換網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)采用開放的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，將傳統(tǒng)交換機的功能模塊分離成獨立的網(wǎng)絡(luò)部件，軟交換網(wǎng)絡(luò)中同層網(wǎng)元之間、不同層的網(wǎng)元之間均是通過軟交換技術(shù)定義的標準協(xié)議進行通信的。國際上從事軟交換相關(guān)標準制定的組織主要是IETF和ITU-T。它們分別從計算機界和電信界的立場出發(fā)，對軟交換網(wǎng)協(xié)議作出了貢獻。軟交換技術(shù)主流通信協(xié)議分為三種，即：H.323協(xié)議、SIP協(xié)議、MGCP協(xié)議。
H.323協(xié)議標準是ITU-T的study group16在1996年提出來的，并于1998年2月修訂第二版，該標準是用于包交換網(wǎng)的多媒體通信的標準。H.323是一個廣范的標準，包括獨立的設(shè)備、個人計算機嵌入技術(shù)以及點對點和多點會議系統(tǒng)。H.323還涉及呼叫控制、多媒體管理、帶寬管理以及和各種網(wǎng)絡(luò)之間的接口。H.323基于集中式對等結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是協(xié)議成熟，定義完全，設(shè)備的穩(wěn)定性強，互通性較好，缺點是協(xié)議復(fù)雜，成本高，不能與No.7集成，不適用于組建大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，且沒有擁塞控制機制，服務(wù)質(zhì)量不能得到保證，效率和擴展性較差。
SIP(Session Initiation Protoco1)是“會話初始協(xié)議”，是IETF(Internet Engineering
Task Force)提出的在IP網(wǎng)絡(luò)上進行多媒體通信的應(yīng)用層控制協(xié)議，采用基于文本格式的C／S的工作方式，由客戶機發(fā)起請求，服務(wù)器進行響應(yīng)。SIP獨立于低層協(xié)議，采用自己的應(yīng)用層可靠性機制來保證消息的可靠傳送。SIP非常類似于其他的Internet協(xié)議，采用分布式的呼叫控制與管理模型。SIP協(xié)議特點是簡單、靈活，很容易增加新業(yè)務(wù)，擴展性強，具備終端能力檢測、在線檢測、支持移動性、組播等能力，而且采用文本格式，開發(fā)人員容易理解，并被指定為3G的控制協(xié)議，具有很大的發(fā)展前景。
MGCP(Media Gateway Control Protoco1)是1998年年底SGCP與新的VoIP協(xié)議IPDC(1P DeviceContr01)合并而成，由IETF所提出的。MGCP一被提出來就受到業(yè)界極大的關(guān)注，MGCP針對H．323在VoIP應(yīng)用上的缺點進行了改良，在MGCP中擴充了原本SGCP中Call
Agent的功能成為MGC(Media Gateway Controller)。在軟交換系統(tǒng)中，MGCP協(xié)議主要用于軟交換和媒體網(wǎng)關(guān)或軟交換與MGCP終端之間，軟交換通過此協(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。MGCP協(xié)議基于主從結(jié)構(gòu)，因此其解決方案有利于網(wǎng)關(guān)的互連，適合構(gòu)建大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，且可以和No．7信令網(wǎng)關(guān)配合工作，能與No．7信令網(wǎng)良好集成，協(xié)議具有很好的擴展性。此外，由于呼叫控制與媒體處理分離，使得運營商可用多個廠家的設(shè)備來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。
軟交換網(wǎng)絡(luò)是基于統(tǒng)一協(xié)議的分組網(wǎng)絡(luò)。目前存在的通信網(wǎng)，無論是電信網(wǎng)，計算機網(wǎng)，還是有線電視網(wǎng)都不可能單獨作為信息基礎(chǔ)設(shè)施的平臺，而IP技術(shù)的發(fā)展使人們認識到各種網(wǎng)絡(luò)都將最終匯合到IP網(wǎng)絡(luò)，各種以IP為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)能在不同的網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)互通，從技術(shù)上為軟交換網(wǎng)絡(luò)奠定了堅實的基礎(chǔ)。以IP為基礎(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)，其規(guī)模和數(shù)量僅次于電信網(wǎng)和有線電視網(wǎng)，它強大的能力，如覆蓋全球，全方位命名，全方位服務(wù)，開放性系統(tǒng)，支持音頻、視頻多種業(yè)務(wù)等特性是電話網(wǎng)所不能比擬的，互聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展的趨勢必定會促使行業(yè)間的相互滲透和重組，所以語音網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、多媒體網(wǎng)的融合將是軟交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然。
CTI論壇編輯
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