基于软交换的多媒体应用方案

要害词：软交换；宽带城域网；多媒体；应用系统

Abstract:The paper outlines the PResent status and development trends of multimedia applications. With the presentation of a typical P2P calling flow chart of video conferencing, the general technical solutions to softswitch based multimedia applications in Broadband Metropolitan Area Network are described in aspects of system architecture, device access, service capability and OSS (Operation supporting system) tactics. Lastly the main technical problems in softswitch applications are briefly discussed.

Key Words:Softswitch; Broadband metropolitan area network; Multimedia; Application system

1 概述

　　1.1 宽带城域网的发展情况

　　从电子商务、企业上网、政府上网、智能化小区等工程的启动，到目前“信息港”等概念的兴起，社会各界对于数据业务的需求日益旺盛。同时，对多媒体通信的需求也日益增长，提供宽带多媒体业务已成为网络运营商开拓市场新空间的重要手段。

　　由于中国城市经济较发达，各类商业用户及个人用户密集，所以城市既是传统话音和数据业务的主要消费点，也是宽带综合业务的重要集中地。因此，建设宽带城域网，实现城市信息化无疑是全民信息化的重点内容和前期目标。

　　可以预见，随着中国正式加入WTO，宽带城域网必将成为今后信息网络建设的热点和投资重点，成为电信网络运营商的市场竞争焦点。

　　目前，建设宽带城域网的主体部门可以大致分为4类，即：

• 以中国电信为代表的传统电信运营商；
  
• 以中国网通为代表的新兴电信运营商；
  
• 拥有丰富网络资源和用户群体的有线电视行业；
  
• 以长城宽带为代表的有实力的企业和团体。

　　从技术角度看，宽带城域网的核心组网模式主要有ATM和ip两种。根据技术发展趋势和相关实践推断，IP将逐步占据主流地位，但需要引入其它技术(如多协议标记交换等)来改善其服务质量；ATM则会成为一种辅助手段。

　　由于需要考虑不同类型用户的接入，宽带城域网的用户接入模式比较多，大致有xDSL、LAN(局域网）、WLAN（无线局域网）、LMDS(本地多点分配业务)和HFC等。用户可以根据自身的实际情况和具体需求，采用合适的方式。

　　1.2 多媒体应用的现状和趋势

　　从研究多媒体应用的现状可以看出，现阶段的多媒体应用大致有以下特点：

　　(1)基于H.323的企业级应用

　　现有多媒体系统一般采用GW-GK(网关-网守)结构(GW负责呼叫控制、协议处理和媒体处理等，GK则负责地址解析、路由选择和治理功能等)，由于系统容量和处理能力的限制，一般只在企业内部使用，没有在公众电信网中大规模应用。

　　(2)一般不能提供增值业务

　　目前多媒体系统能够向用户提供的都是最基本的语音和/或图像服务，再加上寥寥可数的增值业务，还谈不上新业务的动态生成和快速提供，远不能满足市场需求。但限于本身的内在制约因素，它已无法获得突破性进展。

　　(3)H.323协议仍在进一步完善

　　ITU-T发布的H.323协议最新版本，增加了MGC(媒体网关控制器)和MG(媒体网关)功能实体的概念，引入了H.248主从控制的思想，标志着H.323系统正在努力逐步向Softswitch(软交换)体系靠拢。

　　(4)基于SIP的网络刚刚起步

　　SIP(会话启动协议)被业界认为是最有希望取代H.323的终端控制协议，基于SIP的网络也已形成了一套比较完整的体系结构，但其建设和发展在国际上刚刚开始，在中国国内则几乎是空白，暂时还无法发挥其应有的作用。

　　随着技术的发展，多媒体应用现在也出现了一些重要趋势和动向。就其影响和潜力而言，当以与语音、数据和移动应用的结合最为突出，目的是开展综合的个人多媒体移动应用，为真正的个人通信积累有益的经验。

　　1.3 基于软交换的多媒体应用的技术基础

　　经过近几年的实践，在开展多媒体应用方面已取得了一定的成果，为下一代网络提供全面的多媒体应用解决方案奠定了基础。这些成果主要表现为：

　　(1)VoIP和会议电视技术已基本成熟

　　H.323系统已形成一套以GK-GW为核心，其它设备(如MCU、AAA服务器、多媒体终端等)相配合，提供语音/图像服务的实用方案，能够满足各应用领域内的基本需求。这为软交换解决方案提供了重要参考。

　　(2)VoIP积累了一定的运营经验

　　作为公众交换电话网向包交换网过渡的最早尝试，基于H.323的VoIP网络已经实际运行了一段时间，在组网、计费、网管和操作维护等方面都有了一定的经验和教训，可为基于软交换的下一代网络的实用化提供借鉴。

　　软交换作为一项新技术，其发展历史才短短几年时间。对于中国来说，软交换技术发展基本与国际同步，在某些方面(如在宽带城域网中的应用等)还比较领先，软交换技术在中国有较好的基础。

　　2 基于软交换的多媒体应用方案

　　多媒体应用一般由基于包交换的宽带多媒体通信网所承载。由于涉及到图像等方面因素，它对终端、传输、网络资源等方面的要求都比语音应用要苛刻得多。而下一代电信网的定位就是一种能够在包交换网络中实现综合多媒体应用的网络，因此必须能够提供融合语音、数据、图像于一体的实用化业务。

　　从现实情况来看，宽带城域网正是这样一种包交换网络。它能够有效地满足各种多媒体应用对于承载网的要求。因此，提出一种在宽带城域网上支持多媒体应用的软交换总体技术方案是很有必要的。

　　2.1 软交换系统的体系结构

　　软交换系统是基于分层网络结构模型的，这种结构的设计思想就是按照统一的网络结构向用户提供不同的业务应用。边缘层设备完成各种类型终端设备的接入(或不同类型网络的互通)；控制层设备对边缘层设备进行控制，实现不同控制域之间的互联，并向业务层提供通用开放接口；业务层设备完成增值业务逻辑和相应的数据库更新、网络治理和计费认证等；核心层设备则专职完成数据包的传送，不关心具体的应用。
从总体上看，无论是应用于语音领域，还是多媒体领域，软交换系统的体系结构都是相同的。支持多媒体应用的软交换系统的体系结构如图1所示。

图1 支持多媒体应用的软交换系统的体系结构

　　当然，不同的应用领域对设备的功能和性能要求必然有一些不同。和语音应用相比较，多媒体应用领域的非凡要求在各个层次上分别有不同的体现。

　　边缘层的媒体网关设备必须能够进行图像压缩、声像同步、多媒体协议处理等，媒体服务器必须能够完成声音混合、图像切换等功能。

　　控制层的软交换设备必须能够对具有多媒体特性的媒体网关——MSAG(多业务接入网关)实施控制，如指定压缩算法和选择双媒体端口等等。

　　业务层的应用服务器设备必须提供多媒体应用的特定业务逻辑，策略服务器必须实现对多媒体应用的有效治理。

　　理想情况下，为了满足多媒体应用的要求，核心层路由器/ATM交换机设备应能够保证最低业务带宽和传送过程中的QoS等。

　　2.2 软交换系统的设备接入

　　如上所述，多业务接入网关是多媒体应用的主要接入设备。它主要提供xDSL、LAN、WLAN、LMDS和HFC等用户接入端口，以满足各种接入模式。图2所示为支持多媒体应用的软交换系统的设备接入方式。

图2　支持多媒体应用的软交换系统的设备接入

　　由于H.248协议提供了强大的信息承载能力，而且独立于具体的应用，多业务接入网关和软交换设备之间仍采用H.248进行信息交互。多业务接入网关接受软交换设备的控制指令，并返回执行结果和/或执行过程中的相关信息。

　　和语音媒体网关相比，多业务接入网关还要处理图像信息流。因此软交换设备必须明确为多业务接入网关单独选择一个图像端口，指定压缩算法、声像同步要求和业务QoS要求(假如网关支持的话)等相关信息。
假如用户采用的是智能多媒体终端(如个人计算机)，则不再需要多业务接入网关，软交换设备和终端可以直接通信，但是主从控制关系将弱化很多。目前两者之间的协议基本上是采用H.323协议，但从发展趋势来看，采用会话启动协议将会逐渐成为主流。

　　除此之外，媒体服务器也是多媒体应用中的一个重要设备。它既可以接受软交换设备的指令，也可以接受应用服务器的指令，提供网络资源服务(如放音、收号、混音、图像切换等服务)。它和控制设备之间多数采用H.248/MGCP协议，也有采用会话启动协议的。

　　还有一种实现方式，就是将媒体服务器功能内置在多业务接入网关中。这时，假如应用服务器需要资源服务，不需直接控制媒体服务器，而是通过软交换设备来控制多业务接入网关来完成。这种方式一般在业务量较小的场合使用。

　　2.3 软交换系统的业务提供

　　强大的业务提供能力是下一代网络的一个最重要特征。为了确保业务应用独立于网络，软交换系统屏蔽了具体网络类型和设备，通过开放接口向业务层设备提供统一的实现方式。因此，在软交换系统中多媒体应用和语音应用在实现上并无本质的不同。但是，软交换系统与传统SCP(业务控制点)互通可以提供语音增值业务，这对于多媒体应用来说已不再具有利用价值。因此，除点到点和点到多点的多媒体基本业务在软交换设备中直接提供外，其余的增值业务功能一般都是在应用服务器中加以实现的。

　　软交换设备和应用服务器之间的开放业务接口大多采用Parlay接口。在其Call Control API(应用编程接口)功能集里，有专门针对多媒体应用方面的定义，说明软交换系统完全可以支持多媒体应用。作为在应用服务器上实现业务逻辑的业务提供商，只需要利用Parlay API进行编程即可，无需关心多媒体应用对网络的任何非凡要求。

　　需要非凡指出的是，按照传统的观点，虽然可以认为应用服务器所实现的业务属于增值业务，但是它与SCP智能业务是有着很大区别的。它的最显著特点是“融合(Convergent)”，也就是说，应用服务器的业务往往是集语音、数据和图像为一体的综合业务。这充分地体现了下一代网络在业务层面上的融合特性。

　　为了方便用户通过对系统编程实现新业务，应用服务器提供了一整套的业务支撑环境，包括业务治理器、业务生成器和人机界面等。

　　2.4 软交换系统的OSS策略

　　高度统一的集中OSS(运营支持系统)是下一代网络的另一个最重要特征。现有各种网络的OAM(运行、治理和维护)系统功能十分相似，但其建设和维护都是完全分立的，给运营商带来技术、经济上的一系列问题。考虑到网络演进是一个相当长的过程，从一开始软交换系统就充分吸取教训，把实现统一的OSS放在了十分突出的位置加以规划。

　　正是由于坚持了这一根本点，以软交换为核心的下一代网络采用了相同的网管、计费和认证策略，使系统不因不同的业务应用而异。因此，可以说多媒体应用和语音应用在OSS策略方面的区别很小。

　　关于软交换系统的OSS研究工作目前正在进行中，它对于建立高效的下一代网络商业运营模式是要害性的。软交换系统的OSS研究工作对运营商的重要性超过其它任何方面，无论是传统运营商还是新兴运营商，都应尽早参与研究。

　　2.5 典型流程

　　为了使读者对软交换的宽带城域网多媒体应用方案有个较为直观的了解，下面给出典型的点到多点多媒体会议呼叫流程示意图(见图3、图4)。会议功能由软交换设备直接提供，不涉及应用服务器(但用户数据库可以独立设置)。使用时由用户呼叫某个特定号码发起，用户包括H.248终端、SIP终端和H.323终端，其中H.323终端采用快速呼叫建立过程。

图3 H.248终端加入会议流程

图4 SIP终端和H.323终端加入会议流

　　3 主要问题

　　作为一种崭新的技术，软交换在应用过程中还面临着许多问题。这些问题涉及到方方面面，有的是宽带城域网本身所固有的，有的是在宽带城域网中提供电信应用时所共有的，还有的是某些应用领域所特有的。假如不很好地加以解决，就无法有效推动基于软交换的下一代网络的发展。

　　就多媒体应用而言，下面几个问题显得格外突出，在这里有必要专门强调一下。

　　(1)QoS保证

　　基于网络的QoS策略主要有两种：一是虚拟专网方式，即在精确计算的基础上，为QoS要求较高的应用提供虚拟专网，使其独占部分带宽以保证传输质量。二是MPLS方式，并结合“区分服务”进行优先级治理，以满足电信级应用的要求。

　　仅有这些策略对于要求端到端服务的多媒体应用是不够的，仍需要进一步采取基于终端的QoS策略(一般包括拥塞控制和差错控制等)，通过调整编码速度以适应不断变化的网络带宽，并采取前向纠错、重传、编码控制和错误掩盖等机制，以保证传送时延。

　　随着技术的进步和制造成本的下降，带宽已经成为越来越廉价的资源，很多问题只需要通过简单地增加物理带宽就可以很圆满地解决。

　　(2)组播实现

　　对于多媒体应用来说，组播是一种非常实用的功能。现有网络对组播的支持很弱，不能满足用户的需求，主要原因是组播的非凡性。组播涉及多点控制、时钟/声像同步、压缩数据流合成、数据流分级编码以及保密性等问题，每个方面都需要复杂的技术支持。以数据流的分级编码为例，这种方式将数据流编码压缩成几种不同质量的码流，每一级码流可以和其对应的低一级的码流叠加，这样就可以根据网络的带宽状态随时将分级数据流组成适应网络带宽的码流。丢包或误码只会影响其中一部分而不影响整体。

　　在组播业务中，由于网络的不对称性，每个收端的网络状态并不一致，要求的传送时延、数据流质量、处理能力、带宽限制等也不相同。这时就可以采用分级编码，对每个收端分别发出相应的码流。

　　(3)分布式目录服务

　　分布式目录服务在多媒体应用(尤其是多点会议)中十分重要。现有异质网络中，节点的标识是各不相同的，假如目录服务能够将应用各方的逻辑身份转换成物理标识，则是十分理想的；另外，在移动通信中可能会使用动态地址从不同地方接入，这时的目录服务就显得更为必要。Internet DNS(域名服务系统)是一种分布式目录服务解决方案，但普通的DNS系统不支持动态分配的IP地址。动态IP地址查询方案要求有一个实时登记机制获取用户登录时动态分配的IP地址。假如考虑到系统安全性而设置了防火墙或者用户不愿意暴露自己的IP地址，则分布式目录服务将会很复杂。

　　4 结束语

　　虽然到现在为止，下一代网络应用的重点还是集中在语音业务上，但是对多媒体应用的研究已经取得了一定的进展。为了更好地推动多媒体应用的普及，充分发挥下一代网络的优势，下一步的工作重点应向如何在包交换网络上提供多媒体应用方面转移。这种转移不仅仅体现在对相关技术问题进行深入的研究，更重要的是，要积极地探索如何建立和完善下一代网络中多媒体应用系统的商业运营模式。

　　参考文献

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