软交换呼叫模型的研究与设计

2019-11-03 19:30:13

字体：大中小

来源：转载

供稿：网友

田战毅，王芙蓉，莫益军

　　摘　要：提出一种适用于软交换特点的呼叫模型，该呼叫模型的设计借鉴并改进成熟的智能网呼叫模型，增强媒体控制能力，实现呼叫控制与媒体承载、业务逻辑与呼叫控制的分离。支持对多协议的接入，同时满足开放式业务的需求，具有较好的灵活性和扩展性。

　　关键词：软交换；智能网；呼叫模型；连接视图；ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ248；ＳＩＰ；业务

1 前言

　　以软交换（Ｓｏｆｔｓｗｉｔｃｈ）技术为核心的下一代网络（ＮＧＮ：ｎｅｘｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ）是现在通信网络的研究焦点之一。软交换技术的基本思想是建立开放、分层的体系结构，实现业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离。软交换是软交换体系中的控制核心，其核心功能是提供实时的呼叫控制和连接控制的能力，因此建立一个恰当的呼叫模型在软交换设计中具有十分重要的地位。因为它不仅要完成对呼叫的控制以及媒体连接的管理，而且需要为业务层提供对底层平台的能力抽象，直接决定了上层业务的种类与数量。针对软交换的呼叫控制与业务开发特点，建立一个合适的呼叫模型是软交换设计中的关键。

2 软交换对呼叫模型的要求

　　根据软交换体系设计的基本要求，对软交换呼叫模型的设计提出下列要求：

　　（1）网络的融合互通需求软交换要实现多种异构网络的接入，支持多种不同的网络协议。显然对每种网络协议建立独立的呼叫控制，不但过于复杂，而且不便于互通。因此需要对网络协议特征进行抽象，在网络资源层之上建立通用的呼叫控制模型，对各种协议统一处理，在集中控制层面实现网络互通。具体的协议上，软交换要支持Ｈ．248／ＭＥＧＡＣＯ、ＭＧＣＰ、Ｈ．323、ＳＩＰ、ＩＳＵＰ、ＰＲＩ、ＳＩＰ－Ｔ／ＳＩＰ－Ｉ等协议信令之间的无缝互通。

　　（2）承载连接控制软交换实现了呼叫控制与承载的分离，其承载通路的管理也较单纯的电路交换方式复杂。软交换中的基本承载媒体有两种：基于ＴＤＭ的６4 ｋｂｉｔ／ｓ电路链路通道和基于ＩＰ的ＲＴＰ实时媒体流。软交换要支持ＩＰ和ＴＤＭ两者媒体流的转换与互通，呼叫对承载媒体的选择以及承载方式的选择，如媒体流的ＩＰ中继方式、端到端方式的选择等。因此呼叫模型的设计要加入独立的媒体承载管理模块，完成媒体资源、媒体链路的管理，保证某些业务对服务质量（ＱｏＳ）的需求。

　　（3）业务能力的支持软交换设计应体现业务驱动的思想和理念，上层业务与底层的异构网络无关，提供了开放灵活的业务提供体系；另一方面要实现与现有业务网络如智能网等的互通，继承己有成熟的通信业务。在软交换内部要实现传统交换机的所有业务，同时要提供对数据业务、多方、多媒体业务能力的支持，以及对业务冲突的检测等。开放式业务体系采用基于ＡＰＩ的下一网络业务提供方式，现在较成熟的有Ｐａｒｌａｙ、ＪＡＩＮ等ＡＰＩ。呼叫模型的设计要方便与Ｐａｒｌａｙ等呼叫控制业务接口之间的映射，同时支持智能网ＩＮＡＰ协议接口。

3 软交换呼叫模型的设计

　　从功能上看，软交换完成类似于智能网ＳＳＰ（ｓｅｒｖｉｃｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｏｉｎｔ）交换机的功能。在呼叫控制逻辑上两者没有本质的差别，软交换呼叫模型的设计可以借鉴智能网的呼叫控制模型。但传统智能网是按照电路交换设计的，其呼叫状态模型控制功能过于集中，它所描述的呼叫建立和承载建立的过程是统一的。所以需要对其呼叫模型进行改进，增加媒体连接控制模块，实现呼叫控制与承载连接过程的分离，与媒体网关控制协议Ｈ248或ＭＧＣＰ等协同完成整个呼叫流程的接续。智能网ＳＳＰ在业务提供上，受到ＩＮＡＰ协议的限制，业务局限且封闭，软交换呼叫模型抽象底层业务提供能力，实现开放业务接口，增加ＩＮＡＰ与Ｐａｒｌａｙ的业务能力接口适配，灵活支持不同的业务提供方式。

　　基于以上分析，将软交换功能分成三个层，即协议接入层、控制层和业务层。软交换呼叫模型的基本结构设计如图1所示。

3．1 呼叫控制和媒体连接控制

　　智能网能力集ＣＳ2定义了较完备的多方呼叫控制模型以及业务开发模式。智能网呼叫模型具有较好的呼叫控制以及业务能力接口，但智能网协议并没有定义对底层媒体连接的控制功能。Ｈ．248／ＭＥＧＡＣＯ与ＭＧＣＰ也提出了一套针对媒体的连接管理模型。因此可以考虑将智能网呼叫模型作为基本呼叫模型，利用Ｈ．248（ＭＣＧＰ）连接模型完成对媒体资源与连接的管理行为。媒体连接控制模块不直接处理信令，而是在呼叫过程中接受来自呼叫控制模块和协议适配层的请求，完成媒体信息的交互与连接的操作；或在媒体资源状态改变后，通知协议和呼叫模块所发生的改变。

3．1．1 呼叫控制功能

　　类似于智能网ＳＳＰ交换机，基本呼叫控制模块只完成基本的呼叫处理，更复杂的业务控制流程，在基本呼叫模块中产生业务触发，由业务层实现复杂的业务逻辑。基本呼叫模型采用ＣＳ2描述的ＳＳＦ／ＣＣＦ（ｓｅｒｖｉｃｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎ／ｃａｌｌｃｏｎｔｒｏｌｆｕｎｃｔｉｏｎ）控制模型，结构如图2所示。

　　该模型的设计思想是对底层网络进行抽象，将具体的呼叫抽象为连接形式，对下层协议采用统一的消息接口，因此该模型独立于具体的协议，不受限于特定的媒体连接类型。具体模块的功能简介如下：

　　（1）呼叫控制功能（ＣＣＦ）包括基本的呼叫处理功能以及为支持ＩＮ呼叫的附加功能。ＣＣＦ功能的实现可以用一个呼叫状态迁移图来描述，即基本呼叫状态模型ＢＣＳＭ（ｂａｓｉｃｃａｌｌｓｔａｔｅｍｏｄｅｌ）。ＢＣＳＭ描述了ＣＣＦ为建立和维持用户的通信通路所要求的一组基本呼叫和连接动作，并描述了这些动作的触发与条件迁移过程。一个ＢＣＳＭ成分由四个要素组成：呼叫点ＰＩＣ（ｐｏｉｎｔｉｎｃａｌｌ）、检出点ＤＰ（ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｏｉｎｔ）、转移过程（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）和事件（ｅｖｅｎｔｓ）。ＢＣＳＭ接收到的控制事件消息，根据当前呼叫状态ＰＩＣ，决定需要上报给ＳＳＦ的ＤＰ点以及下一步的跳转动作。ＤＰ点也称为业务检出点，代表了与上层业务控制的交互接口，ＳＳＦ根据上报的ＤＰ判断可能触发的业务类型，决定呼叫继续或者挂起呼叫，等待上层业务控制指令。因此，它在传统有限状态机的基础上，又具有了描述与上层业务交互接口的能力。

　　ＢＣＳＭ由发端ＢＣＳＭ和终端ＢＣＳＭ组成，对于一个呼叫分别建立发端与收端的半侧呼叫模型。这样更方便ＤＰ业务检出点的设置以及对发端用户与收端用户的单独控制，例如对呼叫等待等被叫触发型业务的控制。

　　（2）业务交换功能（ＳＳＦ）在ＣＳ2中提出了连接视图ＣＶＳ（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｖｉｅｗｓｔａｔｅ）的概念，ＣＶＳ包括4 种连接视图对象：呼叫段关联ＣＳＡ（ｃａｌｌｓｅｇｍｅｎｔａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）、呼叫段ＣＳ（ｃａｌｌｓｅｇｍｅｎｔ）、连接点ＣＰ（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｐｏｉｎｔ）、连接腿ＬＥＧ（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｌｅｇ）。ＬＥＧ是对会话中一个呼叫支路的抽象，一个ＣＳ可以管理多个ＬＥＧ，表示各个ＬＥＧ的连接关系，ＣＳＡ用来关联一次会话中的ＣＳ，同样可以包含多个ＣＳ，如多方呼叫或呼叫等待业务。ＣＳＡ是ＳＳＦ中的一个子状态机，协同ＢＣＳＭ管理一次会话，共同完成呼叫处理和连接控制功能。ＣＳＡ具有ＤＰ触发功能，接受ＢＣＳＭ上报的ＤＰ事件，完成对静态配置的业务ＤＰ的触发，以及业务逻辑过程中业务层所动态配置的事件ＤＰ的触发。智能网ＣＳ2定义24个左右的ＤＰ，对呼叫阶段的划分比较完备，软交换呼叫模型可以直接继承过来。

　　在连接视图概念中把一个完整的呼叫过程分为两个半侧呼叫过程，即主叫侧与被叫侧。区分的主要目的是将源端与目的端对呼叫控制权的分离，Ｏ－ＢＣＳＭ与Ｔ－ＢＣＳＭ分别对应于主叫侧与被叫侧。图3是一个基本的三方通话的连接视图。

　　连接视图的设计可以使ＳＳＦ／ＣＣＦ向ＳＣＦ呈现当前的半侧呼叫，ＳＣＦ可根据发端或终端的半侧呼叫模型，观察在一个给定的ＳＳＦ／ＣＣＦ中目前的呼叫连接状态，ＣＳ－ＣＶ表示从ＳＣＦ层所看到的底层ＣＳ的映象?穴ｖｉｅｗ?雪。这种可视性使在ＳＣＦ业务逻辑范围内去确定控制ＬＥＧ的连接状态。ＳＣＦ业务逻辑对呼叫过程的控制主要是通过ＤＰ事件机制以及对逻辑实体ＬＥＧ、ＣＳ与ＣＳＡ的操作来实现，具体消息可以参照智能网ＳＳＦ与ＳＣＦ之间消息的定义。

　　呼叫控制中要涉及媒体连接以及放提示音、通话间收号等，这些媒体相关功能可以通过ＳＲＦ（ｓｐｅｃｉａｌｉｚｅｄｒｅｓｏｕｒｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎ）实现。ＳＲＦ提供了呼叫控制与媒体连接控制的接口功能。基本呼叫控制不需关心具体的媒体类型及连接过程，通过ＳＲＦ模块与媒体连接控制模块通信，完成媒体控制需求，如放音、收号、媒体连接建立、修改与释放等。

3．1．2 媒体连接控制功能

　　网络融合的需求也导致媒体处理上的复杂性，媒体控制类协议的提出正是为减少软交换设计上的复杂性。现在比较成熟的是ＭＧＣＰ和ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ．248，主要思想是强调控制的集中和与底层承载的分离，建立一个独立于传输的连接模型。软交换通过ＭＧＣＰ和ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ．248协议控制媒体网关完成媒体连接控制。ＭＧＣＰ和ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ．248的连接模型比较相似，下边以ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ．248为例说明呼叫模型中媒体连接控制的实现。

　　ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ．248协议提出了一个多方的连接模型，如图4所示。

　　协议的连接模型由上下文（ｃｏｎｔｅｘｔ）和端点（ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）组成。端点指媒体网关发送或接收的媒体流。各个模拟用户端口、数字用户端口、中继时隙、甚至ＲＴＰ端口、多媒体的承载通道都抽象为一个个端点（ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）。上下文描述媒体流之间的连通关系。只有在同一上下文的端点之间才可通信。上下文描述的不是一个连接，而是各个端点之间的关系。而各个端点可以是双向的，也可以是单向的，甚至是隔绝的，这样的拓扑关系可以十分恰当地描述实际媒体连接情况，实现复杂的媒体连接管理。

　　呼叫模型中媒体协议管理模块完成对ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ．248协议连接模型的管理功能，该模块根据接收到的外部命令，修改内部拓扑关系，向媒体网关发出标准协议消息，完成特定的媒体操作。呼叫模型设计中实现基本呼叫控制与媒体连接控制的分离，所有的媒体操作命令都应当由基本呼叫控制与协议层发出，同时由于媒体协议管理模块可能也要处理关于ＭＧＣＰ的媒体操作请示，因此，增加连接管理模块，为媒体协议管理模块处理不同媒体协议提供统一的消息接口。

　　连接管理模块是具体媒体协议与基本呼叫控制的关联模块。对比ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ．248的连接模型与ＣＳ2的连接视图，可以看出Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ与ＬＥＧ，Ｃｏｎｔｅｘｔ与ＣＳ具有一个对应关系，因此，在连接管理中采用全局性Ｃａｌｌｌｅｇ作为它们之间的关联。与基本呼叫控制中的ＬＥＧ抽象连接不同的是Ｃａｌｌｌｅｇ对应有具体的媒体资源，并保存相应媒体属性，可以作为呼叫中一个全局性唯一的呼叫方标识，与ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ．248的Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ相对应。连接管理要处理媒体资源的申请、修改和释放，媒体资源属性的交互等。协议适配层如ＳＩＰ协议适配层收到ＩＮＶＩＴＥ消息后，向连接管理发出媒体资源申请，并将ＳＤＰ媒体属性带过去，连接管理为其创建Ｃａｌｌｌｅｇ，并向媒体协议管理模块发出资源申请请求消息。成功后，连接管理将新创建的ＬＥＧＩＤ以及资源信息返回协议适配层。其后，也可以通过发媒体属性修改指示通知连接管理Ｃａｌｌｌｅｇ修改媒体属性。这样可以完成发端与收端的媒体属性交互。对于ＩＰ连接，如ＳＩＰ、Ｈ．248等可以采用ＳＤＰ的方式来描述媒体资源属性。

　　连接管理与基本呼叫控制之间的消息主要是连接控制，以及放音、收号等操作。连接管理将媒体连接分为基本双方连接与多方连接，方便基本呼叫以及会议的操作控制。连接管理要支持基本的ＴＤＭ和ＩＰ呼叫的多种连接方式，当基本收到连接请示时，由连接管理对连接方式的灵活选择，是否采用ＩＰ中继、ＩＰ端到端的连接方式等，发出相应的媒体协议连接消息。如收到基本呼叫的ｃｏｎｎｅｃｔ消息，判断是采用ＩＰ中继方式时，则要向媒体协议发起ＩＰ中继端点的申请，建立起双向的ＩＰ中继通道；如果判断是ＩＰ端到端方式时，只需要连接管理内部实现收端和发端媒体属性的交换，而不需再与媒体协议模块进行交互。

3．2 接入协议分析

　　现有网络包含传统ＰＳＴＮ电话网、ＩＳＤＮ网智能业务网，以及基于Ｈ．323与ＳＩＰ的ＶＯＩＰ电话网。呼叫模型对不同网络协议提供了统一的呼叫控制，与下层协议之间采用了统一的消息接口，下层协议与之配合完成整个呼叫流程。接口消息需求提供一个较为完备的控制消息集。从功能上看，协议层完成类似于ＣＣＡＦ（ｃａｌｌｃｏｎｔｒｏｌａｇｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎ）的功能。因此与基本呼叫控制接口消息可以借鉴Ｑ．931协议消息。Ｑ．931协议提供丰富的语音以及数据业务控制信息，需要时可根据具体的协议消息再进行扩展。底层呼叫协议适配层如ＳＩＰ、ＩＳＵＰ、Ｈ323等只保存基本的呼叫状态，将收到的协议消息向接口消息进行适配，交由控制层统一处理。媒体资源则由连接管理模块来集中调度管理。

3．3 业务接口需求

　　软交换业务通过灵活可配置的ＤＰ业务触发方式，将复杂的业务逻辑实现放在业务生成模块中。呼叫连接视图提供了上层业务逻辑对底层呼叫控制的一个实现途径。软交换内部的业务可以直接通过业务接口消息实现。这些业务包括基本的通话业务和补充业务。对于外部业务提供存在两种方式，即智能网业务提供方式与基于ＡＰＩ的业务提供方式。

　　智能网业务提供方式，一种是直接通过智能网ＳＣＰ提供业务，使用ＩＮＡＰ协议通过信令网关实现软交换对智能网ＳＣＰ的访问；另一种是将ＳＣＰ改造成ＩＰＳＣＰ，ＩＰＳＣＰ使用ＩＮＡＰ经由ＳＣＴＰ传输的方式，直接为软交换提供业务。这两种方法都需要在业务接口上叠加ＩＮＡＰ协议，使接口消息转化为标准ＩＮＡＰ协议消息。由于采用智能网的呼叫模型，此种方式的业务实现比较容易，成熟的智能网业务实现方式可以应用到软交换的业务实现中。可以支持智能网ＣＳ2所规定的所有业务。

　　基于ＡＰＩ的应用服务器业务方式，如Ｐａｒｌａｙ方式。现在有几种较为统一的看法：一种是通过ＰａｒｌａｙＧａｔｅｗａｙ访问应用服务器模式，ＰａｒｌａｙＧａｔｅｗａｙ实现ＩＮＡＰ、ＣＡＰ等信令与ＡＰＩ之间映射，此时软交换业务层可以直接使用ＩＮＡＰ信令通过ＰａｒｌａｙＧａｔｅｗａｙ网关实现对应用服务器的访问。另外一种是在软交换上提供ＰａｒｌａｙＡＰＩ，直接访问应用服务器。对于此种方式，呼叫模型要实现在业务接口与ＰａｒｌａｙＡＰＩ的映射，软交换连接视图与Ｐａｒｌａｙ的呼叫控制的对应。

4 结束语

　　呼叫模型的设计是软交换设计的核心部分，本文的呼叫模型设计参考了智能网呼叫控制理论，借鉴其成熟的连接视图与半侧呼叫模型，改进其在软交换应用中对媒体承载控制的缺陷，提供开放的业务接口，方便智能网业务与基于开放式ＡＰＩ方式业务的开发。整个呼叫模型的设计满足软交换系统的需求。

参考文献

[1] ＩＴＵ－ＴＱ．1224 Ｑ．1228．ＩｎｔｅｒｆａｃｅＲｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｆｏｒＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＮｅｔｗｏｒｋＣａｐａｂｉｌｉｔｙＳｅｔ 2[Ｓ]．1997．

[2] ＩＥＴＦＲＦＣ 3015－2000．ＭｅｇａｃｏＰｒｏｔｏｃｏｌＶｅｒｓｉｏｎ 1．0[Ｓ]．2000．

[3] ＩＥＴＦＲＦＣ 3261－2002．ＳＩＰ：ＳｅｓｓｉｏｎＩｎｉｔｉａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ[Ｓ]．2002．

[4] 杨放春，孙其博．智能网技术及其发展[Ｍ]．北京：北京邮电大学出版社，2002．

[5] 赵惠玲，叶华等．以软交换为核心的下一代网络技术[Ｍ]．北京：人民邮电出版社，2002．

摘自　天津通信技术

上一篇：WCDMA R4与固定网NGN的互通与融合

下一篇：基于软交换的呼叫前转类业务