詳細解析軟交換技術(shù)在長途網(wǎng)中的應(yīng)用

1、軟交換技術(shù)簡介

1.1軟交換的概念

軟交換思想是在下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）建設(shè)的強烈需求下孕育而生的。軟交換概念一經(jīng)提出，便得到了業(yè)界的廣泛認同和重視，與軟交換相關(guān)的標準和協(xié)議也得到了IETF、ITU—T等國際標準化組織的重視。經(jīng)過幾年的發(fā)展，軟交換技術(shù)的標準化和產(chǎn)業(yè)化的工作已取得了長足進展。一些老協(xié)議（如H.323、MGCP等）不斷完善成熟，BICC、SIP／SIP-T等新協(xié)議也不斷推出。一些基于軟交換技術(shù)的產(chǎn)品已逐步進入實用化階段。軟交換成為NGN中最活躍和熱門的話題。

軟交換思想吸取了IP、ATM、IN和TDM等眾家之長，形成了分層的全開放的體系架構(gòu)，使得各個運營商可以根據(jù)自己的需要，全部或者部分利用軟交換體系的產(chǎn)品，采用適合自己的網(wǎng)絡(luò)解決方案，在充分利用現(xiàn)有資源的同時，尋找到自己的網(wǎng)絡(luò)立足點。

軟交換是NGN的控制功能實體，為NGN提供具有實時性要求的業(yè)務(wù)的呼叫控制和連接控制功能，是NGN呼叫與控制的核心。

簡單地看，軟交換所完成的功能相當于原有交換機所提供的功能，是實現(xiàn)傳統(tǒng)程控交換機呼叫控制功能的實體。但傳統(tǒng)的呼叫控制功能是和業(yè)務(wù)結(jié)合在一起的，不同的業(yè)務(wù)所需要的呼叫控制功能不同，而軟交換則是與業(yè)務(wù)無關(guān)的，這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。未來的軟交換應(yīng)該是盡可能簡單的，智能則盡可能地移至外部的業(yè)務(wù)層或應(yīng)用層。

具體而言，軟交換主要完成以下功能：

a）媒體網(wǎng)關(guān)控制功能。該功能可以認為是一種適配功能，它可以連接各種媒體網(wǎng)關(guān)（如PSTN/ISDNIP中繼媒體網(wǎng)關(guān)、ATM中繼媒體網(wǎng)關(guān)、用戶媒體網(wǎng)關(guān)、無線媒體網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)媒體網(wǎng)關(guān)等），完成H.248協(xié)議功能。同時還可以直接與H.323終端和SIP客戶端終端進行連接，提供相應(yīng)業(yè)務(wù)。

b）呼叫控制功能。該功能是軟交換的重要功能之一，它為基本呼叫的建立、維持和釋放提供控制功能，包括呼叫處理、翻譯和選路、連接控制、智能呼叫觸發(fā)檢出和資源控制等，可以說軟交換是整個NGN的靈魂。

c）業(yè)務(wù)提供功能。由于軟交換在網(wǎng)絡(luò)從電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)演進的過程中起著十分重要的作用，因此軟交換應(yīng)能夠提供交換機提供的全部業(yè)務(wù)，包括基本業(yè)務(wù)和補充業(yè)務(wù)，同時還可以與現(xiàn)有智能網(wǎng)配合，提供現(xiàn)有智能網(wǎng)提供的業(yè)務(wù)。

d）信令互通功能。軟交換為NGN的控制中心，它可以通過一定的協(xié)議與外部實體，如媒體網(wǎng)關(guān)、應(yīng)用服務(wù)器、SCP、媒體服務(wù)器、多媒體服務(wù)器、策略服務(wù)器、信令網(wǎng)關(guān)及其他軟交換進行交互，NGN系統(tǒng)內(nèi)部各實體協(xié)同運作來完成各種復(fù)雜業(yè)務(wù)。

軟交換設(shè)備不僅是下一代分組網(wǎng)中語音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)呼叫、控制、業(yè)務(wù)提供的核心設(shè)備，也是電路交換電信網(wǎng)向分組網(wǎng)演進的重要設(shè)備。

1.2　軟交換的主要通信接口

作為NGN中的核心設(shè)備，軟交換要與網(wǎng)絡(luò)中很多的功能實體進行交互。為了便于網(wǎng)絡(luò)各部件的獨立發(fā)展，軟交換與其他功能實體間必須采用標準的、開放的接口及各種協(xié)議。

軟交換主要有以下通信接口：

a）軟交換與媒體網(wǎng)關(guān)間的接口。該接口用于軟交換對媒體網(wǎng)關(guān)的承載控制、資源控制及管理，可使用媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議（MGCP）或H.248/Megaco協(xié)議。

b）軟交換間的接口。該接口可采用SIP-T（SIPforTelephony）或承載無關(guān)呼叫控制（BICC）協(xié)議，用于不同軟交換間的交互。BICC協(xié)議由ITU-T提出，由于其與七號信令（SS7）網(wǎng)絡(luò)的高度兼容性而成為多數(shù)運營商的首選。SIP-T協(xié)議由IETF提出，其優(yōu)點是擴展能力強，也將作為NGN軟交換間的可選接口。目前SIP-T要解決的問題是其自身的穩(wěn)定和與SS7網(wǎng)絡(luò)的互通。

c）軟交換與應(yīng)用服務(wù)器之間的接口。該接口提供對第3方應(yīng)用和各種增值業(yè)務(wù)的支持功能。目前被廣泛接受的接口協(xié)議是SIP，軟交換作為應(yīng)用服務(wù)器前端的SIP代理（SIPProxy）。該接口也可以使用API，如ParlayAPI等。另外一種趨勢是使用SIP-S（SIP-Servlet）。

d）軟交換與策略服務(wù)器之間的接口。該接口提供對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作進行動態(tài)干預(yù)的功能，可使用公共開放策略服務(wù)（COPS）協(xié)議。

e）軟交換與信令網(wǎng)關(guān)間的接口。該接口用于傳遞軟交換和信令網(wǎng)關(guān)間的信令信息，一般采用信令控制傳輸協(xié)議（SCTP）。根據(jù)被傳送的信令信息的不同，在SCTP之上可以使用不同的SIGTRAN協(xié)議棧，如SCTP/M3UA、SCTP/M2UA、SCTP/IUA等。

f）軟交換與媒體服務(wù)器之間的接口。該接口協(xié)議一般采用MGCP、H.248協(xié)議。軟交換也可以通過SIP協(xié)議來引導(dǎo)媒體服務(wù)器提供必要的媒體交互功能。軟交換同樣可以通過SIP協(xié)議或H.323協(xié)議將呼叫傳送到應(yīng)用服務(wù)器，在這種情況下，應(yīng)用服務(wù)器接受該呼叫，并驅(qū)動媒體服務(wù)器提供必要的媒體交互功能。值得注意的是，在采用SIP協(xié)議的情況下，軟交換或應(yīng)用服務(wù)器是采用第3方呼叫控制方式來控制媒體服務(wù)器的，而且媒體服務(wù)器只能被動等待軟交換或應(yīng)用服務(wù)器的“邀請（INVITE）”，媒體服務(wù)器本身不能發(fā)出“INVITE”。

g）軟交換與SIP代理間的接口。該接口用于SIP代理的接入，采用SIP協(xié)議。

h）軟交換與網(wǎng)管服務(wù)器之間的接口。該接口用于提供網(wǎng)絡(luò)管理功能，可使用簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）。

i）軟交換與計費中心、數(shù)據(jù)庫、目錄服務(wù)器之間的接口。該接口提供對數(shù)據(jù)庫、目錄服務(wù)等的訪問，并向計費中心提供計費信息等。該接口為各種API。

j）軟交換與智能網(wǎng)業(yè)務(wù)控制點（SCP）間的接口。該接口提供對現(xiàn)有智能業(yè)務(wù)的支持能力，采用現(xiàn)有的智能網(wǎng)應(yīng)用協(xié)議，如INAP、CAMEL。

k）軟交換與網(wǎng)守之間的接口。該接口用于基于H.323的IP電話系統(tǒng)的網(wǎng)守設(shè)備接入軟交換體系，可采用H.323的登記、接納和狀態(tài)（RAS）協(xié)議。

2、軟交換技術(shù)在長途網(wǎng)中的應(yīng)用

2.1　軟交換技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用

軟交換技術(shù)可以應(yīng)用于固定通信和移動通信領(lǐng)域的多個方面，包括軟交換長途匯接網(wǎng)、固定NGN、3GPPR4移動軟交換、3GPPR5/R6IMS系統(tǒng)等。

對于由3GPP進行標準化工作的3G網(wǎng)絡(luò)，3GR99電路域網(wǎng)絡(luò)仍然采用傳統(tǒng)TDM程控交換方式組網(wǎng)。從R4開始，3GPP逐步借鑒了軟交換的思想。

3GPPR4定義了呼叫控制與媒體承載相分離的移動軟交換結(jié)構(gòu)。3GPPR5定義了基于SIP協(xié)議的IMS系統(tǒng)，3G核心網(wǎng)絡(luò)將走向基于軟交換的NGN。

軟交換長途匯接網(wǎng)可以為GSM網(wǎng)絡(luò)及今后的3G電路域網(wǎng)絡(luò)提供省際話務(wù)匯接。在中國最早進行大規(guī)模商用的是基于軟交換的長途匯接網(wǎng)，中國移動于2004年將大約30％的長途話務(wù)量轉(zhuǎn)移到長途軟交換網(wǎng)上，并安全度過了2005年春節(jié)話務(wù)高峰的沖擊，目前承擔了大約30萬Erl的長途話務(wù)量。隨著長途軟交換的成功應(yīng)用，目前各運營商均開始大規(guī)模進行軟交換網(wǎng)絡(luò)的商用進程，如固網(wǎng)的長途軟交換、固網(wǎng)本地網(wǎng)的軟交換應(yīng)用、大客戶接入的軟交換應(yīng)用、GSM移動端局的軟交換應(yīng)用等。

以下將針對最先進行大規(guī)模商用的長途軟交換網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中的若干問題進行討論，供今后的軟交換網(wǎng)絡(luò)建設(shè)借鑒。

2.2　相關(guān)協(xié)議的選擇

2.2.1　軟交換機間的協(xié)議選擇

目前，業(yè)界軟交換機之間采用的標準協(xié)議底層為SCTP/IP，高層主要有BICC和SIP-T兩種。BICC協(xié)議是ITU-T制定的標準協(xié)議，主要是將七號信令中的ISUP協(xié)議進行封裝；SIP-T是IETF制定的標準協(xié)議，主要是對SIP協(xié)議進行擴展。

具體采用什么協(xié)議，可以結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的定位及未來的發(fā)展進行考慮。移動網(wǎng)主要定位于疏通2G移動網(wǎng)絡(luò)及今后3G電路域網(wǎng)絡(luò)的省際話務(wù)，而通過表1可知，BICC協(xié)議對窄帶話音業(yè)務(wù)的支持能力較SIP-T強，與ISUP協(xié)議的互通性比SIP-T完善和成熟，因此移動網(wǎng)中可優(yōu)先考慮采用BICC（CS2）/SCTP/IP進行通信。固定網(wǎng)主要定位于疏通固定網(wǎng)的長途話務(wù)及今后與本地網(wǎng)融合進行多媒體業(yè)務(wù)的疏通，在這方面SIP-T要優(yōu)于BICC，因此對于固定網(wǎng)可優(yōu)先考慮SIP-T進行通信。

2.2.2　信令網(wǎng)關(guān)（SG）與軟交換機間的協(xié)議選擇

軟交換機需要與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)（GSM網(wǎng)、固定網(wǎng)）中的TDM交換機采用七號信令I(lǐng)SUP協(xié)議互通，SG作為連接TDM交換機與軟交換機之間的樞紐，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中的TDM交換機之間采用ISUP/MTP標準七號信令協(xié)議互通，與軟交換機之間采用SIGTRAN/IP協(xié)議通信。

SIGTRAN的底層為傳輸層協(xié)議，采用SCTP協(xié)議，為七號信令在TCP/IP網(wǎng)上傳送提供可靠的連接；高層為適配層協(xié)議，可以分為M2PA、M2UA和M3UA。

1）M2PA協(xié)議的特點

a）SG必須具備MTP1～MTP3層協(xié)議、M2PA/SCTP/IP協(xié)議，軟交換機必須具備MISUP/MTP3/M2PA/SCTP/IP協(xié)議。

b）從SG的協(xié)議棧上看，SG完全等同于一個連接TDMSP與IPSP之間的STP（信令轉(zhuǎn)接點），SG將信令鏈路的承載（MTP-1層定義的標準）轉(zhuǎn)換基于IP承載，將MTP2層定義幀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為M2PA的幀結(jié)構(gòu)，同時將SLC信令鏈路適配至一個或多個SCTP連接，同時M2PA必須保存各條七號信令鏈路至它的SCTP偶聯(lián)和相應(yīng)目的IP地址的對應(yīng)表。

c）SG支持MTP3層協(xié)議，具備信令網(wǎng)管理功能，可以將SG與軟交換機之間的IP信令鏈路狀態(tài)信息傳送給TDM交換機，也可以將SG與TDM交換機之間的TDM信令鏈路狀態(tài)信息傳送給軟交換機。

d）SG具備信令轉(zhuǎn)接功能，支持七號信令消息在多個通過IP網(wǎng)絡(luò)相連的SG之間轉(zhuǎn)發(fā)。

因此，可以說采用M2PA協(xié)議能夠構(gòu)建一個TDM信令鏈路與IP信令鏈路無縫連接的信令網(wǎng)，而SG是連接TDM信令鏈路與IP鏈路鏈路的STP。作為可選功能，SG可具備SCCP層功能，實現(xiàn)MAP消息在TDMSP與IPSP之間的傳送。采用M2PA協(xié)議，SG和軟交換機均需具備獨立的信令點編碼，SG只能采用信令轉(zhuǎn)接點方式工作。

2）M2UA協(xié)議特點

a）SG必須具備MTP1和MTP2層協(xié)議、M2UA/SCTP/IP協(xié)議，軟交換機必須具備MISUP/MTP3/M2UA/SCTP/IP協(xié)議，同時還必須支持MTP2與MTP3層之間的層間原語。

b）從SG的協(xié)議棧上看，SG完全等同于一個軟交換機在TDM與IP網(wǎng)絡(luò)交界處設(shè)置的一個代理點，且僅代理MTP1和MTP2層的功能，SG將信令鏈路的承載（MTP-1層定義的標準）轉(zhuǎn)換基于IP承載，對信令消息進行MTP2層解封裝后，將需要調(diào)用的MTP2與MTP3層之間的層間原語封裝在M2UA消息包后，通過SCTP連接送至其所代理的軟交換機，因此，可以把SG和其所代理的軟交換機看作是同一個信令點，且信令點編碼在軟交換機，SG不需具備信令點編碼。

c）SG只能采用信令代理方式工作，且1個SG僅能代理1個軟交換機，而1個軟交換機可由多個SG代理。

d）當軟交換機通過SG與TDM交換機通過直聯(lián)信令鏈路相連時，軟交換機可采用不同的SG作為代理，連接不同的TDM交換機；當1個軟交換機通過多個SG與TDM交換機通過經(jīng)STP組織的準直聯(lián)信令鏈路相連時，STP將與之相連的多個SG視為1個SG，且多個SG與一對STP之間最多僅能夠設(shè)置16條信令鏈路。

e）由于SG不處理MTP3層協(xié)議，因此不具備信令網(wǎng)管理功能，不能將SG與軟交換機之間的IP鏈路狀態(tài)告訴TDM交換機，即TDM交換機與軟交換機之間通過2個以上的SG相連。當一個SG與軟交換機之間的SCP/IP鏈路故障時，無法通知TDM交換機將所有信令消息均倒換至另一個SG。

f）由于SG不需要具備信令點編碼，在軟交換機不采用多信令點編碼的情況下，軟交換網(wǎng)網(wǎng)元對信令點編碼數(shù)量的需求較少。

g）由于SG不具備MTP3層功能，因此，SG不可能具備SCCP功能。

3）M3UA協(xié)議特點

a）SG必須具備MTP1～MTP3層協(xié)議、M3UA/SCTP/IP協(xié)議，軟交換機必須具備MISUP/M3UA/SCTP/IP協(xié)議，同時還必須支持MTP3與MISUP層之間的層間原語。

b）從SG的協(xié)議棧上看，表面上，SG完全等同于一個軟交換機在TDM與IP網(wǎng)絡(luò)交界處設(shè)置的一個具備MTP1～MTP3層協(xié)議代理點，但由于SG具備MTP3層協(xié)議處理的功能，因此，SG既可以作為某個軟交換機的代理，也可以作為STP為具備信令點編碼的軟交換機提供信令消息功能。

c）當SG采用信令轉(zhuǎn)接點方式工作時，M3UA所能夠?qū)崿F(xiàn)的功能與M2PA基本相同，只是由于M3UA在SG終結(jié)了MTP3層協(xié)議，信令消息不能在采用IP網(wǎng)絡(luò)相連的SG之間轉(zhuǎn)發(fā)。

d）SG采用代理方式工作時，M3UA所能夠?qū)崿F(xiàn)的功能與M2UA基本相同，M3UA具有MTP3層功能，能夠?qū)崿F(xiàn)信令網(wǎng)管理功能。另外，由于SG具有MTP3層功能，因此SCCP功能也是SG的可選功能。

通過對M2PA、M2UA、M3UA協(xié)議的分析可見：

a）M2PA具備較為強大的IP信令網(wǎng)組網(wǎng)能力，適用于利用IP網(wǎng)組建與傳統(tǒng)七號信令網(wǎng)功能基本相同的信令網(wǎng)情況，但對于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對較為簡單的軟交換匯接網(wǎng)來說基本用不到。

b）M2UA協(xié)議降低了對SG處理能力的要求，但同時增加了對軟交換機處理能力的要求，適用于軟交換機通過SG直接與TDM交換機設(shè)置直聯(lián)信令鏈路的組網(wǎng)模式。而對于軟交換機通過SG經(jīng)STP與TDM交換機通過準直聯(lián)信令鏈路相連的組網(wǎng)模式，則存在一定的缺陷。

c）而M3UA協(xié)議，SG既可以工作在信令轉(zhuǎn)接點模式，又可以工作在信令代理模式，在網(wǎng)絡(luò)組織上具有較大的靈活性。工作在信令轉(zhuǎn)接點方式時，具備M2PA協(xié)議幾乎所有的優(yōu)點，雖然不能夠?qū)崿F(xiàn)信令消息在IP網(wǎng)內(nèi)經(jīng)多個SG轉(zhuǎn)接，但在不需要支持MAP、CAP協(xié)議的軟交換匯接網(wǎng)上不需要此功能。

由于代理方式在對軟交換機通過SG經(jīng)STP與TDM交換機采用準直聯(lián)鏈路相連的組網(wǎng)模式上存在一定的缺陷，因此，最好不采用SG信令代理的工作模式。對于長途匯接網(wǎng)來說，由于存在一個服務(wù)器帶多個省的MGW的情況，可考慮采用M3UA協(xié)議、且SG工作在信令轉(zhuǎn)接點模式。

3、語音編碼方式的選擇

目前，傳統(tǒng)的TDM交換機均采用G.711語音編碼方式，因此長途匯接網(wǎng)中的TMG（TG）設(shè)備與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)內(nèi)網(wǎng)元間也將采用G.711進行語音編碼。

TMG設(shè)備間承載在IP網(wǎng)上的語音編碼目前主要有G.711、G.729和G.723.1。其中G.711編碼的比特率為64kbit/s，G.729編碼的比特率為8kbit/s，G.723.1編碼的比特率為5.3或6.3kbit/s。

在不考慮IP網(wǎng)傳輸丟包、時延的前提下，3種編碼方式下的話音質(zhì)量相差不大，但如果在IP網(wǎng)傳輸過程中發(fā)生了丟包，則G.711編碼方式下的話音質(zhì)量明顯優(yōu)于G.729和G.723.1編碼方式，而G.729和G.723.1編碼方式下的話音質(zhì)量相差不大。

從對傳輸帶寬資源的占用上看，G.729編碼方式下對傳輸帶寬占用約是G.711編碼方式的1/8，而G.723.1編碼方式比G.729編碼方式節(jié)省的傳輸帶寬較為有限。因此，應(yīng)要求TMG（TG）設(shè)備同時支持G.711和G.729兩種語音編碼方式。對于64kbit/s承載類業(yè)務(wù)，軟交換機控制TMG采用G.711編碼；對于普通話音業(yè)務(wù)，軟交換機應(yīng)能夠根據(jù)IP承載網(wǎng)絡(luò)資源情況，控制TMG采用G.711或G.729編碼。在IP承載網(wǎng)絡(luò)資源較為充裕的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用G.711編碼方式；在IP承載網(wǎng)絡(luò)資源較為緊張的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用G.729編碼方式，即軟交換機能夠根據(jù)IP承載網(wǎng)絡(luò)資源情況動態(tài)控制TMG選用G.711或G.729編碼方式。

4、信令網(wǎng)關(guān)（SG）的設(shè)置

SG設(shè)備用于實現(xiàn)基于IP技術(shù)的軟交換機與TDM交換機之間的七號信令互通，其設(shè)置存在以下3種方式：

a）方式一：與TMG綜合設(shè)置。方式一節(jié)省信令鏈路傳輸，現(xiàn)網(wǎng)TDM的各網(wǎng)元可以通過統(tǒng)一的TDM連接，同時將信令、承載向就近的TMG上連接。

b）方式二：獨立設(shè)置。方式二組網(wǎng)靈活，信令通過SG轉(zhuǎn)發(fā)，可以屏蔽大量的數(shù)據(jù)修改，可以解決現(xiàn)網(wǎng)STP容量緊張的問題。但獨立設(shè)置一臺SG會增加建網(wǎng)成本，另外，TDM的網(wǎng)元上需要配置將信令、承載分離在不同的E1端口上對外連接。

c）方式三：與軟交換機綜合設(shè)置。方式三充分利用現(xiàn)網(wǎng)STP資源。SG和現(xiàn)網(wǎng)TDM局間仍采用的是TDM網(wǎng)走信令，可靠性高。但因為軟交換機上信令流量非常大，對軟交換機所在地的STP的沖擊很大。其主要需求如表4所示。

從以上的比較可以看出，對于長途網(wǎng)的應(yīng)用，SG與TMG（TG）綜合設(shè)置還是比較合適的。

5、結(jié)束語

本文只是討論了軟交換技術(shù)在長途網(wǎng)中應(yīng)用的幾個問題。軟交換技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于端局、匯接局等網(wǎng)元中，在不同的應(yīng)用中，還存在著其他的問題需要探討，但不管存在什么樣的問題，軟交換技術(shù)已經(jīng)從純理論，發(fā)展到大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用，成為今后核心網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要技術(shù)。