交換技術(shù)：基于軟交換的下一代網(wǎng)絡技術(shù)
劉海 2009/02/16
隨著產(chǎn)業(yè)界的融合趨勢，電話網(wǎng)、計算機網(wǎng)、有線電視網(wǎng)趨于融合，網(wǎng)絡面臨的負荷在不斷增大，業(yè)務需求也趨于多樣化，運營商必須提供越來越多的多媒體業(yè)務才能吸引住用戶，如何建設一個可持續(xù)發(fā)展的網(wǎng)絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與語音業(yè)務的融合, 加快面向用戶的業(yè)務開發(fā)節(jié)奏及提高其靈活性,以保證運營商能在未來的數(shù)據(jù)多媒體業(yè)務中分得應有的市場份額，是提出NGN網(wǎng)絡的根本出發(fā)點。
NGN的網(wǎng)絡特點
NGN即下一代網(wǎng)絡。從發(fā)展的角度來看，NGN是從傳統(tǒng)的以電路交換為主的PSTN網(wǎng)絡中逐漸邁向以分組交換為主，它承載了原有PSTN網(wǎng)絡的所有業(yè)務，把大量的數(shù)據(jù)傳輸卸載到IP網(wǎng)絡中以減輕PSTN網(wǎng)絡的重荷，又以IP技術(shù)的新特性增加和增強了許多新老業(yè)務。從這個意義上講，NGN是基于TDM的PSTN語音網(wǎng)絡和基于IP/ATM的分組網(wǎng)絡融合的產(chǎn)物，它使得在新一代網(wǎng)絡上語音、視頻、數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務成為了可能。從網(wǎng)絡功能上看,NGN不是今天哪一種網(wǎng)絡的簡單發(fā)展延伸,而是三網(wǎng)融合的產(chǎn)物。它不僅將具有今天各種網(wǎng)絡的所有功能,還將具有網(wǎng)絡融合后產(chǎn)生的新功能。NGN技術(shù)實現(xiàn)了業(yè)務的融合，吸取網(wǎng)絡（PSTN/ISDN、PLMN、IN、Internet）之間的互通，在全網(wǎng)內(nèi)快速提供新的語音、數(shù)據(jù)、圖像，融合了IP、ATM、IN和TDM等眾家之長，形成分層的全開放的體系架構(gòu)。此外,在NGN中還將實現(xiàn)固定網(wǎng)絡和移動網(wǎng)絡的融合。在網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)方面NGN將從今天的IP網(wǎng)演化形成。首先是網(wǎng)絡的IP化。從終端接入網(wǎng)、城域網(wǎng)到廣域網(wǎng)都將實現(xiàn)IP化。進一步的演化是改進IP網(wǎng)的結(jié)構(gòu),發(fā)展新協(xié)議以滿足NGN的要求。
NGN是業(yè)務驅(qū)動的網(wǎng)絡，是業(yè)務獨立于網(wǎng)絡的網(wǎng)絡，將現(xiàn)有網(wǎng)絡演變成下一代網(wǎng)絡并非一日之工，而原有的網(wǎng)絡與新網(wǎng)絡并存需相當長的時間，所以新網(wǎng)絡還需能夠和原有網(wǎng)絡互通，這就要求新的網(wǎng)絡體系能夠完成以下功能：采用TDM傳輸網(wǎng)和SS7信令網(wǎng)互通、與現(xiàn)有的業(yè)務(如智能網(wǎng)提供的業(yè)務)互通和與現(xiàn)有的PSTN網(wǎng)絡體系融合。NGN通過網(wǎng)關(guān)設備實現(xiàn)與現(xiàn)有網(wǎng)絡， 例如PSTN、ISDN和GSM等的互通， 同時NGN也支持現(xiàn)有終端和IP智能終端， 包括模擬電話、傳真機、ISDN終端、移動電話、GPRS終端、SIP終端、 H.248終端、MGCP終端、通過PC的以太網(wǎng)電話、線纜調(diào)制解調(diào)器等。
NGN是一種融合多種業(yè)務的新型目標網(wǎng)絡，NGN(下一代網(wǎng)絡)的突出優(yōu)點是由一系列的關(guān)鍵技術(shù)來保障的, 勢必涉及相當多的傳統(tǒng)技術(shù)和新型協(xié)議，如軟交換技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)、數(shù)字傳輸技術(shù)、路由技術(shù)、基于IP的相關(guān)通信協(xié)議等。許多技術(shù)和協(xié)議還將不斷出現(xiàn)，需進一步完善, 因此研究和建設NGN是一個探索性、階段性、艱巨的過程。但NGN開放的業(yè)務平臺為其自身發(fā)展提供了更廣闊的空間,而這正是運營商關(guān)注的焦點。
NGN的分層結(jié)構(gòu)
一般認為， NGN在功能上可劃分為四個開放的網(wǎng)絡層次：接入和傳輸層、媒體傳送層、控制層、網(wǎng)絡業(yè)務層各層的功能及部件構(gòu)成如下：
1.接入和傳輸層
其功能是將各類用戶連接至網(wǎng)絡，然后集中用戶業(yè)務將它們傳遞至目的地，其中包括各種接入手段,如寬窄帶，移動或固定用戶接入等。由各種媒體網(wǎng)關(guān)或智能接入終端設備組成，主要設備有：信令網(wǎng)關(guān)（SG）、中繼網(wǎng)關(guān)（TG）、接入網(wǎng)關(guān)（AG）、綜合接入設備（IAD）、無線接入網(wǎng)關(guān)（WAG）、媒體資源服務器、H.323網(wǎng)關(guān)（H.323 GW）。
2.媒體傳送層
將信息格式轉(zhuǎn)換成為能夠在網(wǎng)絡上傳遞的信息格式。例如：將話音信號分割成ATM信元或IP包。此外，媒體層可以將信息媒體流選路至目的地。
3.控制層
主要涉及軟交換相關(guān)的功能，完成業(yè)務邏輯的具體執(zhí)行，其中包含呼叫控制，資源管理，接續(xù)控制和路由等操作，實現(xiàn)各種信令協(xié)議的互通和轉(zhuǎn)換。此層是NGN的核心神經(jīng)，決定用戶收到的業(yè)務，并能控制低層網(wǎng)絡元素對業(yè)務流的處理。
4.網(wǎng)絡業(yè)務層
網(wǎng)絡業(yè)務層主要負責在呼叫建立的基礎上提供各種各樣的增值業(yè)務控制邏輯相應的網(wǎng)絡管理及服務，完成增值業(yè)務處理。如業(yè)務生成、業(yè)務邏輯定義和業(yè)務編程接口等。此外，業(yè)務層還負責業(yè)務相關(guān)的管理功能，如業(yè)務認證和業(yè)務計費等。同時提供開放的第三方可編程接口，易于引入新型業(yè)務。業(yè)務層由一系列的業(yè)務應用服務器組成，包括：SCP、AAA服務器、應用服務器、策略服務器。
NGN的核心技術(shù) 軟交換
軟交換技術(shù)是實現(xiàn)新一代話音通信及多媒體和數(shù)據(jù)交互的核心技術(shù)。從應用來說,軟交換主要是應用在IP網(wǎng)上的。軟交換用在IP網(wǎng)絡是非常自然的，因為IP網(wǎng)絡所需的呼叫控制與承載連接是分開的。軟交換是下一代網(wǎng)絡呼叫與控制的核心，是NGN體系結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵技術(shù)，其核心思想是硬件軟件化，通過軟件來實現(xiàn)原來交換機的控制接續(xù)和業(yè)務處理等功能，各實體間通過標準化協(xié)議進行連接和通信，便于在NGN中更快地實現(xiàn)各類復雜的協(xié)議，更方便地提供業(yè)務。是NGN中語音/數(shù)據(jù)/視頻業(yè)務呼叫、控制、業(yè)務提供的核心設備。目前軟交換主要完成以下功能：媒體網(wǎng)關(guān)接入功能、呼叫控制功能、業(yè)務提供功能、互連互通功能、支持開放的業(yè)務/應用接口功能、認證與授權(quán)功能、計費功能、資源控制功能和QoS管理功能、協(xié)議和接口功能等。
簡單地看，軟交換是實現(xiàn)傳統(tǒng)程控交換機的"呼叫控制"功能的實體，但傳統(tǒng)的"呼叫控制"功能是和業(yè)務結(jié)合在一起的，由于不同的業(yè)務所需要的呼叫控制功能不同，因此要求軟交換提供的呼叫控制功能是各種業(yè)務的基本呼叫控制。軟交換的重要特點之一是為三方應用提供平臺,允許用戶對系統(tǒng)進行編程，創(chuàng)建新業(yè)務，從而不僅增加了服務種類，而且加快了服務應用速度。另外，軟交換采用了開放式應用程序接口(API)，允許在交換機制中靈活引入新業(yè)務。軟交換技術(shù)體現(xiàn)了業(yè)務/控制與傳送/接入分離的思想，在整個軟交換體系中，完成接續(xù)、控制功能的信令協(xié)議起到核心作用，決定了業(yè)務提供能力的強弱。把傳輸與呼叫控制分離開來，為控制、交換和軟件可編程功能建立了分離的平面，使業(yè)務提供者可以自由地將傳輸業(yè)務與控制協(xié)議結(jié)合起來，實現(xiàn)業(yè)務轉(zhuǎn)移,使軟交換能無縫軟統(tǒng)一于通信數(shù)據(jù)、傳真、視頻等多媒體業(yè)務。
軟交換結(jié)合了傳統(tǒng)話音網(wǎng)絡的可靠性和IP技術(shù)的靈活性、有效性和開放性等優(yōu)點，使得傳統(tǒng)電信運營商和新興運營商都十分看好這一技術(shù)的發(fā)展前景。軟交換所面臨的首要的也是最主要的挑戰(zhàn)就是多協(xié)議，即軟交換所支持的協(xié)議很多，而且這些協(xié)議分別來自不同的標準化組織，這為技術(shù)研究、設備生產(chǎn)、通信運營等各方面都帶來了很多協(xié)調(diào)方面的困難。軟交換技術(shù)已成為業(yè)界的新熱點，它的出現(xiàn)使語音網(wǎng)絡走向開放的新型體系架構(gòu)。作為下一代網(wǎng)絡交換核心的SoftSwitch，結(jié)合了傳統(tǒng)的電話網(wǎng)絡的可靠性和IP技術(shù)的靈活性及有效性的優(yōu)點，是新興運營者進入語音市場的新的技術(shù)手段，也是傳統(tǒng)語音網(wǎng)絡向分組語音演進的方式，由其所形成的系列網(wǎng)絡設備將對我國電信網(wǎng)的演進以及利用IP網(wǎng)絡提供豐富的業(yè)務起重要的作用，具有廣闊的發(fā)展前景。
NGN的幾個重要協(xié)議
在通信系統(tǒng)中，控制是通過協(xié)商解決的，相應的就須有協(xié)議。在NGN體系結(jié)構(gòu)中，軟交換作為控制中心,正是通過支持MGCP、H.248/MEGACO、SIP等多種協(xié)議實現(xiàn)的。
1.MGCP
MGCP是由IETF的MEGACO工作組較早定義的媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議。在軟交換系統(tǒng)中，MGCP主要用于從功能的角度定義軟交換和媒體網(wǎng)關(guān)或軟交換與MGCP終端之間的行為,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。它的實現(xiàn)比較簡單，沒有H.248那樣對包和屬性的詳細定義，事件交互的機制也比較簡單。因此，MGCP具有實現(xiàn)簡單等特點，但其互通性和支持業(yè)務的能力受到限制。
2.H.248/MEGACO
H.248/MEGACO協(xié)議是由IETF的MEGACO工作組制定的,后被ITU-T SG16采納形成了ITU-T H.248建議, 是在MGCP(媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議)協(xié)議(RFC2705)的基礎上,結(jié)合了其他媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議的一些特點發(fā)展而成。此協(xié)議提供了控制媒體網(wǎng)關(guān)/H.248終端上的媒體/控制流的建立、連接、釋放的命令與保證這些命令執(zhí)行的機制,同時也可以攜帶一些隨路呼叫信令。 在解決了H.323的復雜，伸縮性差等缺點之后,H.248／MEGACO因其功能靈活、支持業(yè)務能力強而受到重視，而且不斷有新的附件補充其能力，得到了廣泛的廠商支持,是目前媒體網(wǎng)關(guān)和軟交換之間的主流協(xié)議，目前國內(nèi)通信標準推薦軟交換和媒體網(wǎng)關(guān)之間應用H.248協(xié)議。
3.SIP
SIP協(xié)議是一種基于UDP/IP技術(shù)的應用層協(xié)議。在RFC2543協(xié)議文本上僅對SIP作了應用層的描述，規(guī)定了SIP協(xié)議可以承載在UDP/IP上，對具體的底層實現(xiàn)技術(shù)完全不必理睬。SIP是完全基于文本的明文協(xié)議，一切的控制包無須專門的、昂貴的解碼儀表即能人工肉眼看懂。SIP協(xié)議非常簡單，僅有6條命令（INVITE、ACK、BYE、CANCEL、OPTION、REGISTER），返回代碼和HTTP協(xié)議基本一樣。SIP最大的特點是僅需利用已定義的消息頭字段,對其進行簡單必要的擴充就能很方便地支持各項新業(yè)務和智能業(yè)務,具有很強的靈活性和擴充性。由于實現(xiàn)起來非常方便，效率高，維護成本也相對較低，據(jù)調(diào)查、在各大設備制作廠商的開發(fā)計劃中,支持SIP協(xié)議的廠商正大輻度增加。SIP協(xié)議已被廣泛接受為包括3G移動多媒體在內(nèi)的多媒體業(yè)務與應用的核心協(xié)議。目前SIP本身的主體協(xié)議（RFC2543）已經(jīng)完成，可以完成大部分的多媒體呼叫控制功能，SIP的補充協(xié)議草案在制訂和討論中。
NGN網(wǎng)絡建設中需要關(guān)注的問題
任何新技術(shù)在開始應用時都不是十全十美的，需要經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)問題，并加以完善。NGN是一種全新的網(wǎng)絡，其建設必然存在一些問題：
- 體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議標準的兼容性與不成熟問題；
- 沒有令人滿意的網(wǎng)絡控制和端到端的QoS全程保證問題；
- 業(yè)務平臺開發(fā)問題；
- 網(wǎng)絡管理問題；
- 網(wǎng)絡安全性問題；
- 如何組建大網(wǎng)問題；
- 如何實現(xiàn)私網(wǎng)穿透問題；
- 其它問題 ：會晤和呼叫管理（包括用于計費、統(tǒng)計和故障監(jiān)視的可靠的事件記錄等），支持緊急呼叫業(yè)務和優(yōu)先服務的機制，API接口技術(shù)，IP地址分配等。
這些技術(shù)問題都有待我們?nèi)ミM一步研究。NGN網(wǎng)絡與現(xiàn)有網(wǎng)絡的運營模式也有很大區(qū)別，這一點非常重要。運營商與設備供應商應當一起冷靜地解決這些問題，并積極進行試驗，不斷加以完善。IETF組織已經(jīng)提出了多種模型，我們相信開放的網(wǎng)絡體系架構(gòu)和靈活的業(yè)務平臺將是發(fā)展的方向。
結(jié)束語
NGN技術(shù)的出現(xiàn)使得運營商們紛紛開始投入對下一代網(wǎng)絡的研究和試探。國外國內(nèi)多家運營商正在積極進行NGN網(wǎng)絡實驗和試運營。目前,西門子、阿爾卡特、北電網(wǎng)絡、中興等不少設備供應商都推出了下一代網(wǎng)絡的解決方案�？梢哉f，NGN蘊含著巨大的商業(yè)利益，NGN對現(xiàn)有網(wǎng)絡的改造將很大程度上增強網(wǎng)絡的競爭力，同時NGN中的多媒體業(yè)務將是各大運營商的利潤增長點。隨著產(chǎn)品、技術(shù)、標準和網(wǎng)絡運營的不斷成熟，相信在不久的將來，NGN必然會成為網(wǎng)絡建設的主流。
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