软交换技术在通信网中的应用.docx

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软交换技术在通信网中的应用

目录

中文摘要：

1

中文关键字：

1

1.本地网络的概况介绍2

1.1本地网的概念2

1.2本地电信网现状分析2

1.3目前网络的存在问题2

1.4软交换技术的引入3

2.下一代网络与软交换技术研究5

2.1下一代网络与软交换的概述5

2.1.1下一代网络产生的背景5

2.1.2下一代网络的概念5

2.1.3软交换体系结构6

2.2下一代网络中采用的协议6

2.2.1下一代网络中传输媒体信息的协议6

2.2.2SIP和SDP7

2.2.3H.248协议7

2.2.4BICC协议7

2.2.5信令传输协议8

2.3下一代网络业务的实现方式8

2.4下一代网络的承载网9

3.软交换技术的具体应用14

3.1软交换技术的应用概述14

3.2软交换的具体应用14

3.2.1通过IP承载POTS业务14

3.2.2通过IP承载的接入网15

3.2.3通过IP承载的Cable接入15

3.2.4通过IP承载的DSL和IAD接入16

3.2.5通过IP承载的无线接入16

3.2.6软交换在3G的应用17

致谢20

参考文献21

中文摘要：

随着经济及科学技术的发展，人们生活水平和工作要求也相应提高，传统的宽带通信已经不能满足人们工作业务的需求，相关人员对网络通信技术不断的研究，提出了一种既满足客户要求又具有个性的下一代网络概念，该通信技术目前尚处于研究阶段，而下一代通信网络的核心是软交换技术，因此软交换技术成了该行业关注的焦点，本文简单的介绍了软交换技术的概念优势及其应用。

中文关键字：

软交换;网络通信;应用

1.本地网络的概况介绍

1.1本地网的概念

什么是本地网？

本地网（localtelephonenetwork）在一个长途编号区内、由若干端局（或端局与汇接局）、局间中继线、长市中继线及端局用户线所组成的自动电话网,又称为本地电话网。

每个本地网都是一个自动电话交换网，有单独的长途区号，这个长途区号的范围就是本地网的范围。

同一个本地网内，用户相互之间呼叫只需拨本地电话号码,而呼叫本地网以外的用户则需按长途程序拨号。

本地网是由市话网扩大而形成的，在城市郊区、郊县城镇和农村实现了自动接续条件后，把城市及其周围郊区、郊县城镇和农村统一起来组成本地网。

组成本地网的目的是为有利于电信业务的发展、方便用户使用，网络建设综合投资经济、提高效益，便于管理。

在一个长途拨号区内的传输网络都属于本地网，移动通信是以一个拨号区段内的本地网信号覆盖区域确定本地网网络区域的。

本地网是由主干光缆、中继光缆、支线光缆、接入层光缆、用户光缆组成的本地光缆通信网络系统。

1.2本地电信网现状分析 

电信业近年来发展迅猛，以互联网为代表的新技术革命不断影响改变传统电信的概念和体系，基于电路交换的PSTN电话网虽然可以提供64kbit/s的数据业务，但其业务功能和控制功能都是由程控交换机来完成的，无法满足客户日益频繁提出的新需求，在竞争日趋激烈的电信市场显得力不从心。

作为电信公司利润主要产生点的本地网，如何提高市场响应速度，缩短新业务提供周期，在竞争中占领有利地位，引进新的融话音、数据、图像为一体，业务与控制分离的下一代网络显得尤为重要。

当前本地电信网络并存有语音和数据两个网络。

目前网络的结构特点如下：

a.基于电路交换的语音网络（PSTN/ISDN）和基于包交换的数据网络（IP）是两个相互独立的网络；

b.语音和数据网络按照各自承载的业务进行优化组合；

c.语音网络具有QoS保证，能够提供丰富的业务性能；

d.数据网络具有较高的带宽利用率和开放的网络协议；

e.两个网络通过相应的网关实现业务互通，如拨号服务器和VOIP网关。

1.3目前网络的存在问题

大量的拨号数据业务造成PSTN/ISDN语音网络的拥塞。

这种拥塞包括：

交换机用户侧接入单元内部线路拥塞；交换端局与汇接局之间局间中继拥塞；汇接局与拨号接入服务器（RAS）间线路拥塞。

a.用户通过拨号上网的带宽非常有限，无法适应未来各种多媒体业务的应用。

b.基于数据网络的实时话音业务（VoIP、VoATM）的附加业务性能过于简单。

c.语音网络和数据网络的网间连接协议过于简单。

可以看出，目前存在的这种网络结构具有一定的优点，如PSTN/ISDN语音网络丰富的业务性能和IP数据网络灵活的带宽利用率。

但它同时也存在着明显的不足：

交换网络和数据网络分离带来建设维护的不便、拨号数据业务造成的网络拥塞、接入带宽有限、VoIP业务简单、过度集成的交换设备造成网络业务提供的不灵活等。

因此，目前的网络已逐渐不能适应电信网络业务的发展。

随着技术的不断发展和商业应用的逐步展开，三网合一的概念被不断提出并为人们所接受，未来的电信运营商将只建设一个核心网，它将同时承载话音业务、数据业务、图像业务，为用户提供全面整体解决方案。

1.4软交换技术的引入

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（CallManager、CallServer），实现PBX（PrivateBrancheXchange，用户级交换机）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IPPBX应用获得了巨大成功。

受到IPPBX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，SoftSwitch（软交换）技术应运而生。

软交换是一种正在发展的概念，包含许多功能。

其核心是一个采用标准化协议和应用编程接口（API）的开放体系结构。

这就为第三方开发新应用和新业务敞开了大门。

软交换体系结构的其它重要特性还包括应用分离（de-couplingofapplications）、呼叫控制和承载控制。

软交换是一种功能实体，为下一代网络NGN提供具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。

简单地看，软交换是实现传统程控交换机的“呼叫控制”功能的实体，但传统的“呼叫控制”功能是和业务结合在一起的，不同的业务所需要的呼叫控制功能不同，而软交换是与业务无关的，这要求软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。

交换技术的主要特点为支持各种不同的PSTN、ATM和IP协议等各种网络的可编程呼叫处理系统；可方便地运行在各种商用计算机和操作系统上；高效灵活性；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；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）；具有可编程的后营业室特性；具有先进的基于策略服务器的管理所有软件组件的特性。

2.下一代网络与软交换技术研究

2.1下一代网络与软交换的概述

2.1.1下一代网络产生的背景

目前电信业务发展迅猛，以互联网为代表的新技术革命正在深刻地改变这传统电信的概念和体系，电信网正面临着一场百年未遇的巨变，推动网络向下一代网络发展的主要因素有以下两个方面。

从基础技术层面看，微电子技术将继续按摩尔定律发展，CPU的性能价格比每18个月翻一番，估计还可以持续10到15年；光传输容量的增长速度以超摩尔定律发展，每14个月翻一番，估计至少还可以持续5到10年，密集波分复用（DenseWavelengthDivisionMultiplexingDWDM）技术使光纤的通信容量大大增加，也提高了核心路由器的传输能力。

从业务量的组成来看，也出现了根本性的变化。

100多年来，电信网的业务量一直以电话业务量为主，因而以电路交换网为中心的传统网络在支撑这种业务时是基本胜任的。

然而，近几年来，以IP为主的数据业务飞速发展打破了这种传统格局，数据业务已经成为电信网的主导业务量。

为了有效支撑这种突发型的数据业务，需要有新的下一代网络结构。

2.1.2下一代网络的概念

下一代网络（NextGenerationNetwork,NGN）的概念可分为广义和狭义两种。

从广义来讲，下一代网络泛指一个不同于现有网路，大量采用当前业界公认的新技术，可以提供语音、数据及多媒体业务，能够实现各网络终端用户之间的业务互通及共享的融合网络。

下一代网络包括下一代传送网、下一代接入网、下一代交换网、下一代互联网和下一代移动网。

从狭义来讲，下一代网络特指以软交换设备为控制核心，能够实现语音、数据和多媒体业务的开放的分层体系架构。

在这种分层体系架构下，能够实现业务控制与呼叫控制分离，呼叫控制与接入和承载彼此分离，各功能部件之间采用标准的协议进行互通，能够兼容公共交换电话网络PSTN、IP网、移动网等技术，提供丰富的用户接入手段，支持标准的业务开发接口，并采用统一的分组网络进行传送。

2.1.3软交换体系结构

软交换的主要设计思想是业务与控制分离、承载与接入分离的思想，把传统交换机功能实体离散分布在网络之中。

软交换技术是一种功能实体，为软交换网络提供具有实时性要求软交换网络是基于分组交换的网络，在原有电路交换机的基础上，将业务功能（业务提供）、控制功能（呼叫和信令控制）和接入功能（中继和用户接入）相分离，形成软交换网络的用服务器、控制设备、信令网关和各种接入媒体网关。

软交换网络是一个可以同时向用户提供语音、数据、视频等业务的开放网络。

它采用一种分层的网络结构，使得组网更加灵活和方便。

整个网络被分成接入层、传送层、控制层和业务层（如图），即把控制和业务的提供从媒体层中分离出来。

的业务的呼叫控制和连接控制功能。

图2-1

2.2下一代网络中采用的协议

2.2.1下一代网络中传输媒体信息的协议

IP协议位于网络层。

提供无连接的数据报传输机制，虽然不能保证传输的可靠性却是简单有效。

用户数据报协议（UDP）用户数据报协议（UDP）建立在IP协议之上，提供无连接的数据包传输。

相对于IP协议，它唯一增加的能力是提供协议端口号码以保证进程通信。

UDP提供无连接的通信，且不对传送包进行可靠保证，适合一次传输少量数据或实时性较高的流媒体数据，数据的可靠传输由应用层负责。

RTP协议RTP不仅用于IP电话语音流的传送，还能够为语音、图像、数据等多种需实时传输的数据提供端到端的传输功能。

RTP和UDP一同完成传输层的功能。

RTP数据包由头部和负荷两部分共同组成，一个或多个RTP包可放在一个UDP包中传送。

RTP数据包用来传送媒体数据。

在RTP数据包的包头中主要包含了传输媒体的类型、格式、序列号和时间戳等重要信息，使接收端能根据这些信息正确的重组媒体流，并为RTCP进行相应监测和控制提供了基础。

RTCP协议主要用来传送监视实时数据传送质量的统计数据，是提供数据传输质量的反馈。

2.2.2SIP和SDP

SIP－会话启动协议，是一个基于IP网络的，特别是在Internet这样结构的网络环境中实现实时通信应用的一种信令协议。

SIP系统的呼叫控制信令用会话启动协议SIP协议传送，媒体描述用会话会话描述协议SDP定义。

SIP消息是SIP客户机和服务器之间通信的基本信息单元。

它是一个基于文本的协议。

以空格为间隔符，以回车换行符CRLF为行结束符。

SIP请求消息

定义了6种基本的请求消息：

INVITE（邀请）ACK（证实）OPTION（询问）BYE（再见）CANCE（取消）REGISTER（登记）

2.2.3H.248协议

H.248/Megaco协议是软交换设备与媒体网关之间的一种媒体网关控制协议。

它提供控制媒体的建立、修改和释放机制，同时也可携带某些随路呼叫信令，支持传统网络终端的呼叫。

H.248可以支持更多类型的接入技术并支持终端的移动。

H.248协议可以采用TCP、UDP或SCTP用作协议的传输层协议。

H.248协议的目的是对媒体网关的承载连接行为进行控制和监视，因此，一个首要的问题是如何对媒体网关内部对象进行抽象和描述。

因此，H.248提出了网关的连接模型概念，模型的基本构件有两个：

终端和关联域。

H.248协议使用命令对连接模型中的逻辑实体进行管理，命令提供了对关联域和终端特性进行控制的机制。

大部分命令都是由MGC作为命令起始者发起，MG作为命令响应者接收，从而实现MGC对MG的控制。

2.2.4BICC协议

BICC协议由ITU-TSG11研究组完成标准化，由ISUP协议演进而来，是一种在骨干网中实现使用与业务承载无关的呼叫的控制协议。

BICC定义了信令传送转换器（STC）、应用传送机制（APM）、承载控制隧道协议（BCTP）和IP承载控制协议（IPBCP）。

通过点编码建立信令联系，信令链路通过静态SCTP连接，BICC节点中采用正常呼叫的选路原则选定路由，为呼叫的信令建立通路。

信令信息利用信令传送转换器转换之后，采用APM传送BICC特定的控制信息。

BICC协议把支持BICC信令的节点分为服务节点（SN）和呼叫协调节点（CMN），SN具有承载控制功能（BCF），CMN不具有承载控制功能。

对于SN，呼叫功能和承载控制功能在物理上既可以分开，也可以不分开。

如果分开，那么呼叫功能和承载控制功能实体需要用呼叫承载控制（CBC）信令来发送消息。

SN和CMN都使用“半呼叫”模型，每个完整的呼叫分为“入局”和“出局”呼叫，所允许的连接类型有3.1kHz音频、64kbit/s、２×64kbit/s、384kbit/s、1536kbit/s、1920kbit/s、N×64kbit/sN＝2～30等。

BICC信令消息包括初始地址消息（IAM）、地址全消息（ACM）、应答消息（ANM）、CIC系列消息，等等。

BICC从真正意义上解决了呼叫控制和承载控制相分离的问题，可以用于任何承载网络，如ATM、IP、STM。

ATM具有很好的QoS保证和呼叫处理能力，BICC能够更好地支持ATM网络承载

2.2.5信令传输协议

信令网关的作用：

就是完成两个不同网络之间控制信息的相互转换，以实现一个网络中的控制信息能够在另一个网络中延续传输。

SIGTRAN协议是一套在IP网络上传送PSTN信令的传输控制协议。

SIGTRAN定义了一个比较完善的SIGTRAN协议堆栈，分为IP协议，信令传输，信令传输适配层和信令应用层。

SCTP协议中的一些术语,SCTP偶联：

SCTP的偶联概念要比TCP中的连接感念含义更广，一个偶联的两个SCTP端点都向对方提供一个SCTP端口号和一个IP地址列表，每个偶联都由两个SCTP端口号和两个IP地址列表来识别。

所以SCTP能在两个端点间建立稳固的通信。

一个SCTP偶联可以包含多个可能的起源与目的地址的组合，这些组合包含在每个端点的传送地址列表中。

这样使得一个偶联可以在多个传输路径间选择和切换，提高了网络容错的能力。

2.3下一代网络业务的实现方式

基本业务是在软交换网络中提供的最普通的业务，是组成补充业务的基础。

由软交换设备提供。

包括基本话音、传真和点对点视频多媒体业务。

补充业务在基本业务的基础上增加用户的业务数据和业务特征并由软交换进行业务控制而实现的业务。

例如：

呼叫转移、群振呼叫。

增强业务这些业务的业务控制和业务数据功能通常由各种服务器或者第三方提供，软交换仅作为呼叫控制实体。

例如：

点击拨号、即时消息、被叫集中付费。

基于软交换的业务实现方式：

1.由软交换设备提供业务软交换通过不同协议的基本呼叫流程来控制呼叫的建立、连接和释放，控制媒体资源服务器提供语音资源，实现基本业务。

补充业务基于软交换的业务数据查询、业务逻辑控制和媒体资源服务器的媒体资源来实现。

2.由各种服务器提供业务应用服务器提供业务控制和业务数据功能，控制软交换设备完成呼叫控制，控制媒体资源服务器为业务提供各种媒体资源。

3.由第三方提供业务第三方利用应用编程接口API完成业务控制和业务数据功能。

通过API网关控制软交换完成呼叫控制功能，控制媒体资源服务器设备为各种业务提供各种媒体资源。

4.由智能网提供业务，软交换作为智能网的业务交换点，当识别到智能业务时通过信令网关向业务控制点报告，在业务控制点执行业务控制程序，查询业务数据和用户数据，控制软交换完成智能业务。

（业务触发方式）软交换网络中的应用服务器访问智能网SCP中的数据。

（数据访问方式）

应用服务器的功能：

业务控制功能；媒体控制功能；业务数据功能；协议处理功能；应用执行环境；计费功能；操作维护功能；API和网关功能

媒体控制功能

应用服务器根据业务逻辑的需要向媒体资源服务器请求资源，对媒体资源服务器上的媒

体资源进行控制，并把这些资源关联到相应的业务实例中。

2.4下一代网络的承载网

NGN承载网的技术分析

对于NGN的研究必须从业务需求着手综合考虑网络装备分析承载网络网络传送的基础设施要求在IP地址分配QoS和网络安全等方面精心设计确保业务顺利展开 对于国内的主要运营商来说NGN承载网必须能够覆盖到全国建设历程可分阶段地从小容量向大容量过度这就要求网络必须具备灵活平滑的扩展方案最终形成覆盖全国数百个软交换端局和上亿终端设备的分层网络此外NGN还必须能够有效地为小区企业用户提供话音视频IP等业务

可以预见NGN承载网将是一个非常复杂的网络在IP地址规划路由规划QoS保证和安全保证等方面对目前的数据网提出了挑战

 NGN承载网的结构 

目前各大运营商均建有数据网络根据网络的结构和实际建设情况可将网络模型抽象为国家骨干网城域骨干网城域接入网三层典型结构多样化的运营环境和网络技术选择导致各运营商的NGN承载网的建网思路各有千秋在骨干网 城域网和接入网均具多种建设模式如骨干网可基于IP或ATM有的支持MPLS有的不支持MPLS城域网有IP城域网ATM城域网或双平面网络接入网有专线DSL以太接入等方式还有小区用户接入网和企业商业客户接入网举个例子来讲采用MPLS技术的国家IP骨干网可以以特大型城市路由器作为LSR其余国干节点路由器和个别城市采用的路由器作为LERIP城域网分为城域骨干层和城域接入层对于特大城市城域网骨干/汇聚层节点以路器为主而其他城市骨干层均采用路由器城市小区以太网接入层采用二层交换机进行组网在数据网上构造NGN话音网络有以下两种基本思路NGN网络不独立成网不建立NGN业务专用逻辑网络 NGN终端与其他业务终端采用相同的地址段在城域网和骨干网不为NGN业务提供专用的网络资源包括接口VLANPVC路由等这种思路不采用VPNVLAN等虚拟网络技术分组NGN终端业务直接由数据网络IP层承载。

在目前的技术和网络条件下这是一种可行的方案这是因为目前的路由器交换机对承载话音等实时业务都比较理想终端采用编码压缩消抖回波抵消等技术可吸收部分网络性能波动对话音等实时业务质量的影响目前北美欧洲和部分第三世界地区包括中国的大部分地区的IP网络已具有满足承载话音的质量要求这种思路实现容易管理简单，对运营商数据网络/IP网络没有苛刻要求便于初期业务开展但是随着分组用户终端数目的增多和业务流程的增长会遇到许多棘手问题如IP地址紧缺用户安全用

户管理和QoS保证等问题。

NGN承载网的IP地址

当NGN宽带终端发展至上千万至上亿规模时IP地址的分配方案将直接关系到业务的正常运营采用公有地址每个终端都需要一个公有地址这无疑无法满足上千万用户规模的需求如果不准备规模发展分组终端用户则可有限度地使用公网地址如果在短期内需要发展大量终端用户则必须为终端用户分配私有地址为了降低整网的复杂性避免大量使用NAT设备

可在全国范围内统一规划私有地址选用A类私有地址10.X网段一个A类地址段包含1千6百万个地址排除组网开销后最多支持1千万用户全网采用一个私有地址段10.X无法满足几千万到上亿用户数目的需求因此必须采用组合方式实现

NGN承载网QoS

目前IP承载网络主要提供尽力而为型业务随着NGN业务的引入如话音视频会议等实时业务，对QoS提出了严格要求。

QoS是一项非常复杂的课题增加网络带宽可在一定程度上缓解QoS问题。

随着光纤技术的迅猛发展特别是DWDM技术为这一问题带来了曙光，但是在短期内由于宽带交换资源还非常昂贵接入网资源宽带化实现困难使网络容量难以大量扩充为了满足IP网络QoS引入了诸多概念和机制典型的IPQoS体系包括综合业务模型。

IntServ区分业务模型DiffServ等。

但这两种IP业务模型均不能完全满足QoS要求，MPLS技术通过为数据流定义不同的颗粒度granularity，借助支持QoS的协议根据业务流对QoS分配不同的规格标记MPLS，还可应用于流量工程路径保护和VPN领域。

目前IP承载网实现QoS的方法包含以下几种选择：

1只支持Diffserv或CoS；2基于Best-Effort尽力而为的流量工程；3基于Best-Effort的流量工程+Diffsev或CoS；4基于Diffserv的流量工程具体实现时，必须考虑QoS演进策略首先实现方案1或2，再支持方案4采用方案2网络的可用性达到99.9%，方案3对实时业务的网络可用性可达99.99%，方案4快速重新路由对实时业务的支持有望达到电信级QoS流量工程。

可对网络的使用情况进行监控监控项目，包括网络的拥塞状况点到点流量，便于网络的规划升级和是否需实施，流量工程若要达到电信级QoSDiffserv流量支持工程十分重要。

在NGN实时话音业务与其他IP业务在接口分开的情况下，城域网和接入网部分的QoS保证，可通过定义二层以太网VLAN的优先级或DSLAMPVC连接来保证在话音业务流所经过的L3L2，设置话音流所在的VLAN为高优先级，如果L2或L3设备不支持基于VLAN设置优先级则可采用802.1p协议，在城域二层网络的边缘将所有流入的MAC帧打上802.1p高优先级标志保证高优先级。

MAC帧在L3或L2设备中优先转发避免在网络拥塞时丢失如果NGN实时话音业务与其他IP业务公用接入设备逻辑/物理接口那么设备，必须具有流分类功能，根据配置分类规则区分出NGN实时业务并设置优先级在用户接入层。

目前可实现以下QoS用户流量限制，将普通用户的带宽限制到较低程度而对话音数据分配较高的带宽限制，防止普通用户对带宽的无节制泛用2用户流量隔离在二层进行隔离，避免用户广播流量和错误地址流量对小区网带宽的消耗3不同用户业务的优先级。

当NGN实时话音业务与其他IP业务在接口上，分开可根据VLAN域将话音业务配置为高优先级保证话音业务，在NAS优先转发出现拥塞时采用队列调度算法优先保证话音数据流的转发，当NGN实时话音业务与其他IP业务公用接入设备逻辑/物理接口时，根据五元组流分类功能和配置分类规则可区分NGN实时业务并设置优先级。

承载网的服务质量

NGN业务网络不再是社会公益性网络，而是商用网络所以提供QoS保障是运营商运营的基础。

由于NGN业务要求端到端的QoS保证，这就需要承载网全网支持QoS机制。

典型的IPQoS体系包括综合业务模型（IntServ）和区分业务模型（DiffServ），但结合到实际应用，这两种IP业务型均不能完全满足QoS要求。

结合网络技术及建设水平的现状，基于DiffServ的流量工程结合快速重路由等技术对实时业务的支持有望达到电信级服务。

具体实施时需要考虑QoS的演进策略，可以先在承载网上实现DiffServ服务，在初期