軟交換網(wǎng)絡(luò)的路由設(shè)計

　
　　軟交換(Softswitch)體系結(jié)構(gòu)是目前頗受推崇的面向網(wǎng)絡(luò)融合的新一代多媒體業(yè)務(wù)整體解決方案，具有層次化、呼叫控制與承載分離、快速開發(fā)業(yè)務(wù)、集中部署業(yè)務(wù)等特點，可以向用戶提供包含PSTN話音、無線話音、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)等各種業(yè)務(wù)。通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不但實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的融合，更重要的是實現(xiàn)了業(yè)務(wù)的融合，使得包交換網(wǎng)絡(luò)能夠繼承原有電路交換網(wǎng)中豐富的業(yè)務(wù)功能，同時，可以在全網(wǎng)范圍內(nèi)快速提供原有網(wǎng)絡(luò)難以提供的新型業(yè)務(wù)。

針對不同的網(wǎng)絡(luò)狀況和業(yè)務(wù)需求，目前軟交換的應(yīng)用主要在以下四個方面：

虛擬中繼(Virtual Trunking)：提供電信級、7號信令，端到端的大規(guī)模VoIP/ATM呼叫。軟交換與媒體網(wǎng)關(guān)(MG)之間通過MGCP/H.248協(xié)議通信，可向其它網(wǎng)絡(luò)提供SS7、INAP、H.323、SIP等多種協(xié)議，實現(xiàn)NGN和PSTN、IN、H.323、SIP等網(wǎng)絡(luò)的通信。

多媒體應(yīng)用(Multi-media Applications)：通過應(yīng)用服務(wù)器向第三方提供API，支持第三方的應(yīng)用開發(fā)。

電信級撥號接入(Carrier Class Dial-in)：其MG同時具備VoIP網(wǎng)關(guān)和RAS兩種功能，在軟交換控制下，使得全網(wǎng)MG能被統(tǒng)一管理，并能進(jìn)行撥號上網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)旁路，利用L2TP支持多ISP方案。

下一代本地交換系統(tǒng)(Next Generation Local Switch)：提供數(shù)據(jù)終端與PSTN網(wǎng)電信級互聯(lián)互通，支持對個人用戶(IP Phone/PC)、企業(yè)用戶(IP PBX)以及不同網(wǎng)絡(luò)(H.323/SIP)的接入。

軟交換的這些應(yīng)用適用于新興運營商利用現(xiàn)有的分組網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，通過合理的投資，為用戶提供包括傳統(tǒng)的TDM業(yè)務(wù)在內(nèi)的用戶端語音服務(wù)。因此，如何構(gòu)建一個技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的軟交換網(wǎng)絡(luò)，成為各運營商關(guān)注的焦點。

一、軟交換網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)

NGN是以在統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上解決各種綜合業(yè)務(wù)的靈活提供能力為目標(biāo)，提供諸如業(yè)務(wù)邏輯、業(yè)務(wù)的接入和傳送手段，業(yè)務(wù)的資源提供能力和業(yè)務(wù)的認(rèn)證管理等服務(wù)，以執(zhí)行各種業(yè)務(wù)邏輯的軟交換設(shè)備為核心進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架建設(shè)，業(yè)務(wù)邏輯可在應(yīng)用服務(wù)器上統(tǒng)一完成，并可向用戶提供開放的業(yè)務(wù)應(yīng)用編程接口（API），實現(xiàn)業(yè)務(wù)層面和業(yè)務(wù)控制層面的分離。對于媒體流的傳送和接入層面，NGN將通過各種接入手段將接入的業(yè)務(wù)流集中到統(tǒng)一的分組網(wǎng)絡(luò)平臺上傳送。一般認(rèn)為，NGN包括四個開放的層面。

1．接入和傳輸層(Access and Transport layer)

接入和傳輸層由各種媒體網(wǎng)關(guān)或智能接入終端設(shè)備組成，主要是與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的各種接入網(wǎng)關(guān)或終端設(shè)備，功能是將用戶連接至網(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。

2．核心媒體層(Media layer)

核心媒體層負(fù)責(zé)將信息格式轉(zhuǎn)換成能夠在網(wǎng)絡(luò)上傳遞的信息格式，并為信息包提供路由交換服務(wù)，主要是寬帶ATM交換機或IP路由器等骨干傳輸設(shè)備。

3．控制層(Control layer)

控制層主要涉及到與軟交換相關(guān)的功能，完成呼叫處理控制、接入?yún)f(xié)議適配、互連互通等綜合控制處理功能和業(yè)務(wù)邏輯的具體執(zhí)行。它決定了用戶收到的業(yè)務(wù)，并能控制低層網(wǎng)絡(luò)元素對業(yè)務(wù)流的處理。

4．網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)層(Network Service layer)

業(yè)務(wù)應(yīng)用層主要網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)層主要負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯的相關(guān)處理，提供面向客戶的綜合智能業(yè)務(wù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的客戶化，如業(yè)務(wù)生成、業(yè)務(wù)邏輯定義和業(yè)務(wù)編程接口以及與業(yè)務(wù)相關(guān)的管理功能，如業(yè)務(wù)認(rèn)證和業(yè)務(wù)計費等。

二、軟交換網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

軟交換網(wǎng)絡(luò)中，軟交換之間采用SIP-T、BICC協(xié)議；軟交換與信令網(wǎng)關(guān)之間采用SIGTRAN協(xié)議；軟交換與中繼網(wǎng)關(guān)之間采用MEGACO/H.248協(xié)議；軟交換與媒體網(wǎng)關(guān)、用戶媒體網(wǎng)關(guān)之間采用MEGACO/H.248、MGCP協(xié)議；軟交換與應(yīng)用服務(wù)器之間采用PALARY協(xié)議，軟交換與智能多媒體終端之間的互通協(xié)議采用SIP或H.323。軟交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1  軟交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

三、軟交換網(wǎng)絡(luò)的路由設(shè)計

1．路由服務(wù)器與域

我們在設(shè)計軟交換網(wǎng)絡(luò)時，需要考慮承載網(wǎng)絡(luò)的需求和規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)充性、可靠性、開放性和互連互通性，用戶業(yè)務(wù)及增值業(yè)務(wù)的提供方式和接入能力，業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量保證等問題。但由于軟交換的承載網(wǎng)絡(luò)是包交換網(wǎng)絡(luò)，所以，軟交換網(wǎng)絡(luò)的路由設(shè)計是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中最重要的部分。這里，引入路由服務(wù)器(Route Server，以下簡稱RS)概念。路由服務(wù)器本身是軟交換框架下的一個重要組成部分，它維護(hù)一個中央數(shù)據(jù)庫，包含了用于直接路由查詢的每個域中軟交換的信息。其功能和性能根據(jù)廠家實現(xiàn)的情況或許會存在若干差異，但具有下面的共性特征：

支持一種或多種協(xié)議信令完成路由服務(wù)器本身之間的信息互換；

支持一種或多種協(xié)議方式接受路由查詢申請(目前一般采用LDAP協(xié)議)；

支持基于E.164、IP地址、URI等等的路由信息；

支持類似電路交換網(wǎng)絡(luò)中的交換局分層概念，可分為區(qū)域路由服務(wù)器、骨干路由服務(wù)器、中央路由服務(wù)器等層次；

路由服務(wù)器按照規(guī)范的接口協(xié)議，經(jīng)過認(rèn)證，接受所服務(wù)的軟交換發(fā)起的查詢申請；

對于收到的查詢不屬于本路由服務(wù)器范疇的請求，可以按照預(yù)先配置數(shù)據(jù)向其他路由服務(wù)器發(fā)起協(xié)查請求或者將請求發(fā)向上級路由服務(wù)器；各級路由服務(wù)器均可以具備匯接查詢功能；

提供安全性服務(wù)以及根據(jù)政府等方面的特別需求做出一些監(jiān)控等特殊服務(wù)。

路由服務(wù)器可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)容量的大小隨意增刪設(shè)備，如果合理的規(guī)劃好各級路由服務(wù)器的管理范疇，就能很好地解決大型網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)問題。在由軟交換組建有路由服務(wù)器參與的大型網(wǎng)絡(luò)時，軟交換本身的配置將得到簡化�？紤]到每個呼叫都需要到路由服務(wù)器尋找路由信息，會延長連接建立的時間，軟交換本身可以保存自己控制范圍內(nèi)全體用戶的完整路由信息，使該軟交換所控制的用戶呼叫不需要借助路由服務(wù)器來建立連接。此外，軟交換可以對一些常用地址建立一個本地映射庫，來加快常用呼叫的接通時間。

我們在路由服務(wù)器的基礎(chǔ)上進(jìn)一步定義域，稱軟交換域，為歸屬于同一個路由服務(wù)器管理，這是彼此有路由信息交互的一群軟交換的組合。當(dāng)同一地域的軟交換擴(kuò)展到一定數(shù)量，并感受到路由信息配置的壓力后，可用路由服務(wù)器為一組軟交換提供路由服務(wù)，它可以取代該域中全體軟交換的路由壓力，而某些聯(lián)系密切的域內(nèi)軟交換之間，可以保持彼此的路由信息以確�？焖俚暮艚薪�立。當(dāng)有較多軟交換域配置路由服務(wù)器，且數(shù)量達(dá)到一定程度時，每個路由服務(wù)器同樣會出現(xiàn)路由數(shù)據(jù)庫與軟交換合二為一時承受的路由維護(hù)壓力，此時需要配置骨干路由服務(wù)器來緩解各個域內(nèi)路由服務(wù)器壓力。配置骨干路由服務(wù)器后，隨著網(wǎng)絡(luò)的繼續(xù)發(fā)展，則要引進(jìn)中央路由服務(wù)器�；�于路由服務(wù)器和域的概念，軟交換網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計可采用以下三種形式：

單域(Single Zone)結(jié)構(gòu)；

多域(Multiple Zone )結(jié)構(gòu)；

路由服務(wù)器服務(wù)結(jié)構(gòu)。

2．單域結(jié)構(gòu)

軟交換網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不設(shè)置單獨的路由服務(wù)器，路由服務(wù)器與軟交換合二為一，由于幾乎是孤立設(shè)點，一個軟交換就構(gòu)成了一個軟交換域，處于同一IP承載網(wǎng)上的軟交換之間全互連，使用同一個路由數(shù)據(jù)庫，每個軟交換/路由服務(wù)器都擁有網(wǎng)絡(luò)上其它軟交換的相關(guān)路由信息。其中的一個軟交換機維護(hù)主路域數(shù)據(jù)庫，其余的為從路由數(shù)據(jù)庫。當(dāng)主軟交換機的數(shù)據(jù)庫被修改時，所有從軟交換機的路由數(shù)據(jù)庫也將自動被修改。

單域結(jié)構(gòu)適用于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和發(fā)展的初期，多網(wǎng)并存、PSTN網(wǎng)占據(jù)絕對優(yōu)勢的情況下，軟交換獨立設(shè)點，逐步由點到面，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容量的狀況。此時，由于軟交換網(wǎng)絡(luò)沒有大面積鋪開，能有直接聯(lián)系的軟交換也有限，更多的用戶互通需要依賴信令網(wǎng)關(guān)(SG)、中繼網(wǎng)關(guān)(TG)上電路交換網(wǎng)絡(luò)解決，IP網(wǎng)上的直接數(shù)據(jù)用戶有限，這種組網(wǎng)方案經(jīng)濟(jì)簡便。單域軟交換路由結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2  單域軟交換路由結(jié)構(gòu)

    3. 多域結(jié)構(gòu)

在網(wǎng)路規(guī)模不大時，把所有的路由數(shù)據(jù)存入一個數(shù)據(jù)庫中并將它們復(fù)制給所有的軟交換是可行的。隨著網(wǎng)絡(luò)的增長，把整個網(wǎng)絡(luò)的路由信息放在一個數(shù)據(jù)庫中是很不經(jīng)濟(jì)的，增加了很多內(nèi)部軟交換間復(fù)制信息的流量，使路由數(shù)據(jù)庫過于龐大，而且路由數(shù)據(jù)變得難以管理和維護(hù)，會出現(xiàn)類似某個軟交換所屬部分用戶改號、升位時其他所有的軟交換均需要修改配置的情況。此時，需通過將單域結(jié)構(gòu)升級到多域結(jié)構(gòu)來支持大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)配置。在多域解決方案中，每個域維護(hù)一個自己的路由數(shù)據(jù)庫，并只把路由數(shù)據(jù)庫復(fù)制給本域的軟交換，不同域的軟交換不再共享同一個路由數(shù)據(jù)庫。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，多域網(wǎng)絡(luò)設(shè)計有兩種方法。

使用代理服務(wù)器對網(wǎng)絡(luò)分層。

多域體系允許把數(shù)據(jù)庫分布在多個主機中，這樣可以創(chuàng)建多個管理域。每個域有一個主路由數(shù)據(jù)庫和一個或多個路由數(shù)據(jù)庫。每個路由數(shù)據(jù)庫所在的軟交換只負(fù)責(zé)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)策略信息和該域內(nèi)的呼叫路由表。不同域中的路由數(shù)據(jù)庫可以交換并得到其它域的路由信息。這樣，就不用為每個軟交換復(fù)制整個數(shù)據(jù)庫，因而減化了配置和管理，提高了網(wǎng)路的性能，并使得升級變得更加容易。多域軟交換路由結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3  多域軟交換路由結(jié)構(gòu)

    4．路由服務(wù)器結(jié)構(gòu)

多域結(jié)構(gòu)只有在域的數(shù)量較少(少于10個域)時工作很好，當(dāng)軟交換網(wǎng)絡(luò)具有相當(dāng)規(guī)模后，就需要引入相當(dāng)數(shù)量的RS來提供路由服務(wù)。開始時RS可以是個別的，分別負(fù)擔(dān)部分軟交換，這時候RS全部處于一個層次；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)容量大到一定程度則網(wǎng)絡(luò)組建者可以考慮優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)骨干或中央RS。服務(wù)器將會對所有查詢它的軟交換返回路由信息，然后按照非分層的情況進(jìn)行處理。使用中央路由服務(wù)器進(jìn)行路由，減少了網(wǎng)絡(luò)中每個軟交換維護(hù)整個網(wǎng)絡(luò)路由信息的必要性，而且極大簡化了大型網(wǎng)絡(luò)的管理。路由服務(wù)器之間的信息更新、同步和交換可通過TRIP協(xié)議完成。

需要指出，在路由服務(wù)器結(jié)構(gòu)中，服務(wù)器維護(hù)的路由數(shù)據(jù)庫非常簡潔，它比每個域中的路由數(shù)據(jù)庫更趨于穩(wěn)定。使用把路由信息分層并使用不同系統(tǒng)組件去處理路由信息的策略非常重要，它使網(wǎng)絡(luò)可以升級到支持幾千萬條用戶甚至多于幾億條用戶。

軟交換網(wǎng)絡(luò)的最終結(jié)構(gòu)是：所有的語音用戶已經(jīng)構(gòu)架在包交換的網(wǎng)絡(luò)，由各類接入設(shè)備完成接入，由軟交換控制呼叫并支持完成各類業(yè)務(wù)，每個軟交換對控制域外用戶的呼叫需要一個或多個路由服務(wù)器提供路由服務(wù)。每個路由服務(wù)器負(fù)責(zé)為若干個軟交換提供路由尋址等信息，每個軟交換僅僅與特定的幾個路由服務(wù)器聯(lián)系(根據(jù)主備用或者負(fù)荷分擔(dān)的某些策略進(jìn)行)，從單次呼叫看僅與一個路由服務(wù)器聯(lián)系，由該路由服務(wù)器完成對落地軟交換的路由并響應(yīng)請求。

圖4給出一個大型軟交換網(wǎng)絡(luò)路由結(jié)構(gòu)圖。所有的軟交換構(gòu)成一個扁平的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但為軟交換提供路由信息的RS是具備分層結(jié)構(gòu)。以公用電信網(wǎng)絡(luò)為例，如果每個縣或大中城市的城區(qū)配置一臺軟交換，則若干個軟交換配置一個RS，構(gòu)成一個域，提供該地域范圍內(nèi)軟交換的路由服務(wù)；同一省內(nèi)各RS間可以提供路由服務(wù)，若話務(wù)聯(lián)系較少，也可由骨干RS服務(wù)，而不直接為對方RS服務(wù)；骨干RS間均提供路由服務(wù)，一個國際長途呼叫需要發(fā)起地的域RS、骨干RS至中央RS尋求路由服務(wù)，中央RS將向?qū)Ψ絿�家中央RS請求路由服務(wù)。此時的層次與現(xiàn)在PSTN的層次概念類似，只是PSTN中有真實的路由電路存在，而軟交換的RS提供路由服務(wù)時只有請求信息。

圖4  路由服務(wù)器路由結(jié)構(gòu)

    雖然許多設(shè)備供應(yīng)商和運營商都在思考和探索與軟交換網(wǎng)絡(luò)部署相關(guān)的各種問題，并且已部署了實驗網(wǎng)絡(luò)，但由于軟交換技術(shù)還需要時間來完善，目前，軟交換網(wǎng)絡(luò)建設(shè)還面臨著缺乏大型網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和運營經(jīng)驗、業(yè)務(wù)不明朗、沒有很好的商業(yè)模型、網(wǎng)絡(luò)QoS和安全問題沒有較好的解決方案等問題。如是采用基于軟交換的全平面結(jié)構(gòu)，還是分區(qū)域選路結(jié)構(gòu)等在技術(shù)和實踐方面都有待進(jìn)一步的探索；不同設(shè)備供應(yīng)商的軟交換在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選用及協(xié)議的兼容性方面還難以做到相互兼容，BICC協(xié)議、SIP-T協(xié)議和H.248協(xié)議也在發(fā)展之中，協(xié)議的選項需要運營商根據(jù)業(yè)務(wù)的需要來進(jìn)一步確定；采用IP網(wǎng)絡(luò)作為承載話音的網(wǎng)絡(luò)時，合理有效地調(diào)配網(wǎng)絡(luò)資源，解決QoS和網(wǎng)絡(luò)安全的問題一直希望有較為可行的方案，但軟交換還沒有提供較好的解決方案。通過運營商和設(shè)備供應(yīng)商共同努力，并積極進(jìn)行試驗，這些問題都是可以得到到解決，且軟交換網(wǎng)絡(luò)也會得到較好的應(yīng)用。