基于软交换组网的探讨

一、引言

目前，我国电信运营商都比较关注软交换技术。中国电信于2002年在北京、上海、广东、杭州等地采用四个厂家的设备进行了试验，涉及的内容主要是同一厂家单域(单域是一个软交换控制域下的试验，多域是多个软交换控制域下的试验)软交换试验和软交换与PSTN/PLMN的互通及软交换不同域之间的用户通过PSTN实现互联互通。中国联通于2003年开始在北京、上海、重庆、天津、广东、四川等地采用7个厂家的设备进行了单域软交换试验以及软交换与PSTN/PLMN的互通和同一厂家多域软交换之间的互通试验，还进行了不同厂家软交换与软交换、网关与网关之间的互通试验。中国网通、铁通、卫通也在一些地区进行了商用试验，近期中国移动也预备在试验室进行相关的一些软交换试验。

可见，软交换基本上仍停留在试验或商用试验阶段，自信运营商还没有考虑用软交换技术提供话音业务，从而替代全部的电路交换网。目前，基于软交换网的设备已基本稳定，软交换提供的C4业务已经成熟。C5业务也可以提供，但在接入业务方面还没有安全控制机制，故C5业务难免旁路掉软交换。目前，软交换可提供许多特色业务，有些业务已经成熟。不过，某些业务只能由同一厂家的设备提供，新业务的计费方式/方法还有待进一步研究。

网络组织和运营模式尚不清楚，如软交换控制的网络是否还要分本地网和长途网的问题，尚需电信管制部门和运营商一起研究探讨。有关软交换的承载网如何建设，是利用现有的域域/骨干数据网，还是建设一个独立的网络，或利用现有的物理网组建逻辑上独立的网络，也不清楚。目前的软交换对终端的业务接入控制还缺乏手段，因此终端很轻易旁路软交换。组网结构、网络安全并不是软交换技术方面的问题，而是ip承载网的问题。在用户的接入设备侧目前已提供了一定的安全性，但尚需与网络的组织结构一起考虑。同样，网络的QoS也不是软交换技术方面的问题，也是IP承载网的问题。在用户的接入设备侧已经提供了一些QoS的解决方案，只是还没有端到端的方案。

　　二、基于软交换的网络组网需要考虑的问题

1.基于软交换的网络结构

基于软交换的网络结构见图1。其中，软交换通过信令网关(SG)与No.7信令网实现互通，软交换控制的各种用户终端通过中继网关(TG)与PSTN/PLMN互通。软交换控制下的各种用户终端(包括SIP终端以及H.323终端和IAD等)呼叫时，信令流是通过软交换进行呼叫的建立。呼叫建立完成后，媒体流直接在用户终端之间交互，即终端的语音打包成RTP包，利用承载网的传送能力直接传送到对方，而与传送的内容无关。

图1　基于软交换的网络结构

　　2.用户旁路运营商的问题

从图1可以看出，软交换的总体结构基本上还是基于Internet网的设计理念。因此，在某些情况下，网络并不能控制用户业务的提供、用户信令流和用户业务流的接入控制等。原因是，SIP终端以及H.323终端和IAD，甚至接入网关，都可能是放在用户侧的设备，因此这些设备属于不可信任的节点。这些终端设备在发起呼叫时，可经过运营商治理的软交换设备为用户发起的呼叫进行E.164号码的解析，得到被叫终端的IP地址后，在主/被叫终端之间建立连接，用户通信的业务流在主/被叫终端之间传送，不再经过运营商的业务控制设备。

对运营商而言，假如要采用软交换技术构造下一代网或新一代的网络，首先应考虑到网络的运营模式。假如基于软交换的网络欲借用PSTN的运营模式，那么这个网络应该是向用户提供服务质量高且安全的网络，而用户在得到服务的同时也应该向运营商付费。因此，这个网络必定是可计费和收费的网络，而要做到可计费和收费，必须能对用户业务进行控制和治理。

但是，从以上描述的基于软交换网的业务提供来看，用户在请求业务时要经过软交换。这是因为主叫用户不知道被叫用户的IP地址，只知道其E.164号码，必须用软交换把被叫用户的E.164号码解析出IP地址。假如主/被叫用户知道对方的IP地址，主/被叫用户之问就可以利用运营商提供的承载网进行通信，并利用各自的终端实现相互之间的业务。而运营商的设备并不介入他们之间的通信，因此也就无法知晓其通信时长。因此，目前的基于软交换的网络结构是基于Internet理念设计的网络，目前还做不到利用该网络按传统PSTN的方法经营电话业务，需要增加一些设备才能做到对用户接入网络的控制和治理。

　　3.业务流的控制

由于SIP/H.323终端和IAD，甚至接入网关，均是用户侧的设备，因此这些设备是不可信任的节点，他们在实际通信时可能并不按照标准的协议进行通信。例如，SIP终端在呼叫请求时申请了话音业务，但在实际通信时也可能与被叫用户进行话音和视频通信，运营商无法进行控制。因为在目前的网络结构中，主/被叫终端之间在呼叫建立成功之后，是直接利用运营商提供的承载网进行通信的。只要是合法的IP包，承载网并不在意用户高层传送的内容。因此，网络要实现可治理和可控制，必须做到对用户业务流的治理和控制。

4.网络的安全性

PSTN之所以安全，首先是因为终端的“傻瓜性”。传统的固网终端用户接口是基于语音类基本业务而定义的，业务的可扩充能力较弱，业务实现的绝大部分工作是由网络承担的，终端与网络之间缺乏业务的互动能力。其次，是因为网络提供业务的单一性。目前的Internet所以不安全，是由于其终端的智能性和网络提供的多业务性。运营商要把基于软交换的网络按照电信网方式经营，一定要保证网络的安全性。但是，终端的智能性和网络的多业务性又是未来网络的发展趋势，因此如何做到既能保证网络的安全，又能保留网络的重要特征，是个值得思考的问题。

随着网络的发展，终端将逐步智能化或多功能化，大量的新业务需要由网络和终端共同配合才能完成，终端在其中甚至将起更大的作用。网络智能的边缘化和终端化无疑将大大提高终端在整个电信网和电信业务中的地位和重要性。终端将不再是无足轻重的东西，而将成为新业务能否发展的一个重要因素。这一点，从移动终端对移动网的重要性中就可以体会得到。现在，任何一个移动运营商都不会忽视手机在业务发展中的重要作用。因此，在要求终端的智能性或多功能的同时，为了网络的安全，还要求网络要能对终端的业务进行分析，屏蔽其非法的业务请求和业务流。如同IP网的防火墙一样，一般IP层的防火墙远远不够，还须具备业务高层防火墙的功能。

IP网是多协议传送网，故它可以是多业务网的传送网。为了网络的安全性，网络应知道所传送的多业务，并且能够对业务的传送进行控制。

5.承载与控制的分离

承载与控制分离是基于软交换的网和下一代网的重要特征之一。软交换设备作为基于软交换网控制层面的设备，不仅要负责呼叫控制的接续，还要为呼叫的成功建立及呼叫释放后产生话单。原则上，话单中的呼叫时长应与承载连接的时长一致。在传统的PSTN中，承载与控制分离集中在电路交换机上进行，因此交换机产生的话单中的呼叫时长一定与连接时长一致。在基于软交换的网络中，正常情况下，话单是准确的；而在非正常情况下，例如软交换和网关之间的连接性丢失，由于承载和控制实现了分离，控制层面需要通过心跳消息去检测连接性丢失。这样，就将造成承载层连接和控制层面呼叫的不一致，导致话单的精度达不到电信网络的要求。

因此，基于软交换网提供电信网的服务时，可采取部分承载与控制分离的方式。即在基于软交换网的接入网部分采用承载和控制不分离方式，以保证电信网络的计费精度，而在网络的高核心网部分，则采用承载和控制分离的方式，这样可保留基于软交换的网和下一代网的重要特征，从而保证网络提供业务的灵活性。

6.基于软交换的网络结构的调整

假如运营商希望基于软交换的网络能够按照电信网的模式经营，那么软交换控制的承载网应该是能保证服务质量的网络(甚至可以根据收费选择分等级的网络)，因此该网络也是可收费的网络。用户的业务请求和业务流在在接入软交换控制的网络时，必须接受检查，以验证其合法性，如：

·用户的合法性；

·保证业务请求是正常的，而不是恶意的用户/业务请求：

·业务流的合法性，即保证业务流与业务请求的一致性，网络要能作到拒绝非法的业务流进入软交换控制的承载网。

考虑到目前基于软交换网提供电信网服务时存在的一些问题，例如用户旁路运营商的问题、业务流的控制、网络的安全性、承载和控制的分离等，假如在网络的接入部分，在运营商的机房内部署一个设备(暂且称其为接入交换机)，它就像软交换网的闸门一样，负责对用户的业务请求和业务流接入软交换控制的网络时进行合法性认证，见图2。

图2　基于软交换的网络的调整结构

其中的IP用户包括SIP和H.323终端用户及IAD用户。接入设备是对宽带数据用户的接入数据进行接入认证、授权和计费，用户可通过接入设备进入自己所选择的网络。该网可以是提供服务质量但收费的网络，也可以是不提供服务质量但免费的Internet。接入交换机负责其覆盖的软交换控制用户的接入，其中包括诸如用户、业务请求和业务流的合法性。从这个意义上说，基于软交换的网络有了接入交换机这道闸门，即可保证网络的安全性。用户在接入到软交换控制的承载网时，必须经过接入交换机，而接入交换机是电信运营商的设备，它必须把呼叫转接到软交换系统，方能实现网络的可治理和可控制。由于接入交换机不仅处理用户的媒体流，还要处理信令流，故可在接入交换机内保证呼叫状态和连接状态的同步，实现电信级的计费精度。当然，是否在接入交换机上实现承载和控制的不分离，还有待进一步的研究。假如信令流在接入交换机内不终结，而是经过合法的检查后透传到软交换系统，只要控制层面和承载层面的心跳消息机制合理，也可以达到相同的计费精度。

从图2可以看出，接入交换机不仅接入IP用户，还要接入POTS用户。假如接入交换机的功能太多，其容量就会受到限制。因此，POTS用户也可以考虑采用现有的接入网关接入软交换网，非凡是假如接入交换机不终结用户的呼叫时，POTS用户必须考虑采用接入网关接入软交换网。

　　三、基于软交换的网络控制层面的结构

基于软交换的网络由于采用了承载、控制和业务分离的结构，因此软交换的呼叫处理能力比电路交换机的处理能力大。但是，处理能力再大的软交换也不可能覆盖全国，因此在考虑软交换的组网时，需要研究多个软交换(也称为多域)的组网结构。

　　1.平面网络结构

对采用平面网络结构而言，所有呼叫控制的选路功能均在软交换内实现。每个软交换都有全网所有用户号码的路由信息，软交换之间为逻辑网状网结构，每个软交换均可直接进行地址解析，即解析出被叫软交换的IP地址。用户在发起呼叫到软交换时，软交换用预先静态配置好的路由表由被叫用户的E.164号码解析出被叫软交换的IP地址。这样，用承载网的传送能力就可以把呼叫接续到被叫软交换，再由被叫软交换把呼叫接续到被叫用户。采用这种平面路由时，要求每个软交换都要维护全网所有用户的路由信息，见图3。

图3　软交换平面网络结构

　　2.分层网络结构

(1)位置服务器分层的网络结构

在这种方式下，与呼叫相关的呼叫路由信息被存储在位置服务器上，位置服务器根据不同的地域或治理等级进行划分，形成不同层面的分层结构。软交换可配置一个或多个位置服务器，以向其发送地址解析请求。地址解析在位置服务器上完成。位置服务器之间实现路由信息的共享和互通，软交换通过位置服务器实现路由信息的获取。位置服务器之间可采用IP网上的电话选路协议(TRIP)，软交换和位置服务器之间可采用TRIP和轻型目录接入协议LDAP或SIP。图4给出了利用位置服务器形成的分层网络结构。根据该网络结构，每个软交换在通过一个或多个位置服务器的地址解析后，均可直接定位到被叫软交换系统，位置服务器用TRIP动态地维护它们之间的选路数据。在分层结构模式下，位置服务器的层次数量决定于实际网络容量和建设规模，运营商可根据实际情况灵活设置。从概念上看，这种分层网络结构与H.323的网络结构非常相似。

图　4位置服务器分层的网络结构

(2)软交换分层网络结构

除上面提到的使用位置服务器分层的网络结构外，软交换组网亦可用软交换设备实现分层网络结构。图5是用软交换设备的路由功能实现的分层网络路由结构示意图。

图5　软交换分层的网络结构

在这种分层方式下，首先应从功能上对软交换机进行划分。其中，用于连接网关并向用户提供业务的软交换称为5类软交换(C5)。同时，在这种方式的分层网络中，引入了转接软交换的概念。这类软交换设备不需要控制任何网关设备，其主要作用是完成对呼叫控制信息的选路与传送功能，其功能与4类交换机的功能类似。用户在发起呼叫到C5软交换时，C5软交换将用预先静态配置好的路由表，把被叫用户的E.164号码解析出下一端软交换的IP地址。这样，利用承载网的传送能力就可以把呼叫接续到下一个软交换。下一个软交换可能是被叫用户的C5软交换，也可能是转接软交换。假如是C5软交换，即由被叫软交换把呼叫接续到被叫用户。假如是转接软交换，将继续使用静态配置，在自身的路由表内进行选路，直至找到被叫用户。由于这种网络结构只要求软交换设备配置和维护一定范围内的路由，即软交换只需配置和维护其同层相邻(有逻辑连接关系)的软交换及其汇接的的低层软交换和高层转接软交换的路由数据，例如C5软交换只需配置和维护与其相邻(有逻辑连接关系)的C5软交换和高层转接软交换的路由数据，使每个软交换上所需维护的路由数据大大减少，从而大大减少每个软交换设备上路由数据。从概念上看，这种分层的网络结构与我国PSTN的网络结构非常相似。

3.对基于软交换的网络控制层面组网结构的几点考虑

在考虑基于软交换的网络控制层面组同时，值得关注的是运营的治理模式问题，因为该问题将影响到网络的组织结构。目前，我国所有的运营商都是采用分级方式对其网络进行治理，即根据目前的行政区域范围，对各自的网络实行二级或三级治理模式，并针对这类治理模式建立了相应的维护体系。在为运营商考虑组网问题时，首先需要考虑的就是这个问题。这也是运营商对分级网络更为关注的原因之一。非凡是利用软交换设备的路由功能实现分层结构更适合各运营商的需求。因此，当基于软交换的网络规模不大时，可先采用平面式的结构。这种结构简单明了，即使网络发展到一定规模时，也很轻易向分层网络结构过渡。至于网络发展到一定规模时，是采用第三章第2条第1项所述的分层网络结构，还是采用第三章第2条第2项所述的分层网络结构，尚需进一步分析探讨。

根据第三章第2条第1项——位置服务器分层的网络结构，在位置服务器之间采用IP网上的电话选路协议(TRIP)，可动态地在各位置服务器之间实现路由信息的广播与同步。因此，在网络结构与状态发生变化时，并不需要人工进行网络数据的配置，非常适合网络节点和路由多的网络。但由于动态路由在网络中实现的不可控性，给日常治理和维护带来了一定的难度。而第三章第2条第2项——软交换分层的网络结构(静态)，是根据预先设定好的路由数据对呼叫连接进行选路，因此在网络结构和状态发生变化时，需要人工进行网络数据的配置，故适合网络节点和路由少的网络。

基于软交换网络的用户假如采用E.164号码进行编号，用户在发起呼叫时也要使用E.164号码选路。根据PSTN电话网的运营经验，网络的路由数量是有限的。考虑到基于软交换的网络要继续PSTN的电话业务和运营商运营原有PSTN的经验，采用第三章第2条第2项——静态软交换分层网络结构，应该是比较好的选择。但假如基于软交换的网络不仅要继续PSTN电话业务，而且将是下一代网络的一部分时，用户的编号不仅要采用E.164号码，而且还可能像采用Internet的域名那样，网络路由数量非凡大，采用软交换静态配置这些路由将占用软交换的很大开销。而第三章第2条第1项——位置服务器分层的网络结构，则是把选路的功能从软交换独立出来，放到位置服务器上，从而能很好地发挥每个物理实体各自负责的主要功能。

四、结束语

目前，我国的网络与通信标准组正在积极开展对基于软交换的网络组网方面的研究。找到一种适合我国运营商的软交换网络组网方案将是下一个阶段的研究重点。本文所涉及的关于软交换方面存在的一些问题及解决问题的建议，只是个人的一些观点和看法，仅供参考。