软交换技术在VoIP中的应用分析

    作者：姚玉坤 刘合武

    1、当前VoIP网络

    目前VoIP组网技术主要有两大标准，遵循H.323标准、遵循SIP(sessionInitiationPRotocol)协议。这二者是完全平行的。

    SIP是由IETF制定的面向Internet会议和电话的信令协议。具有简单、扩展性好以及和现有的Internet应用紧密结合的特点，适于开发新型的、与互联网结合的语音应用。但SIP协议是一个正在发展和研究中的协议，目前大多数应用尚处于原型阶段。该协议单独应用的范围较窄，一般需与其他协议协同使用，只是作为完整解决方案的一小部分。相比而言，H.323则是由ITU-T提出的，采用了ISDN的设计思想，Q.931协议完成呼叫的建立和释放，具有电信网可治理性和集中的特征，发展比较成熟，应用也比较广泛。目前国内VoIP网络系统主要是基于H.323协议的。

    H.323协议的VoIP网络由终端设备(Terminal)、网关(Gateway)、网守(Gatekeeper)和治理服务器等主要模块组成，见图1示。

    图1 基于H.323协议的VoIP网络

    2、基于软交换技术的VoIP网络

    软交换(Softswitch)技术正是在VoIP基础产生的。其主要思想来源于分解网关概念，将呼叫控制与接入/传送功能相分离，即将VoIP网关分解为媒体网关(MG)、信令网关(SG)、媒体网关控制器(MGC)，其中媒体网关控制器是软交换的前身。网关功能分离模型如图2所示。

    图2 网关功能分离模型

    图2中，由媒体网关实现媒体流的转换功能；媒体网关控制器(MGC)/软交换提供各种业务的基本呼叫控制功能；信令网关负责网络的信令处理，实现异构网络不同信令之间转换；各部件之间通过相应的标准协议进行通信。另外，软交换技术的主要设计思想还借鉴了传统智能网的“呼叫与控制相分离”的方式。使得整个网络的业务提供变得更加灵活和开放。

    2.1软交换技术网络结构

    基于软交换技术的网络结构是以软交换设备为核心，能够实现业务与控制、接入与承载彼此分离，各功能部件之间采用标准协议进行互通的体系结构。通过优化网络结构实现网络的融合和业务的融合，使得分组交换网络能够继续原有电路交换网中丰富的业务功能，同时可以在全网范围内快速提供原有网络难以提供的新型业务。

    软交换网络结构可分成接入层、传输层、控制层和业务层四个层面，见图3所示。

    图3 软交换网络结构

    图3中各层的功能如下：

    接入层主要实现异构网络到核心传送网以及异构网络之间的互联互通，集中业务数据量并将其通过路由选择传送到目的地。其中，媒体网关是使用不同协议的网络(如PSTN网和IP网)间的接口；信令网关对电话信令消息进行转换，使其能在分组网上传输。

    传输层完成业务数据和控制层与接入层控制信息的集中承载传输。

    控制层决定呼叫的建立、接续和交换，将呼叫控制与媒体业务相分离，理解上层生成的业务请求，通知下层网络单元如何处理业务流。

    业务/应用层：业务层主要指面向用户提供各种应用和服务的设备。采用开放、综合的业务接入平台，为下一代网络提供各种增值业务、多媒体业务和第三方业务，还具有相应的业务生成和维护环境。业务层可能包括应用服务器、AAA服务器、业务控制点(SCP)、策略服务器、第三方服务器。

    其中软交换设备是软交换网络体系的核心设备，位于网络控制层，软交换是多种逻辑功能实体的集合，提供综合业务的呼叫控制、连接和部分业务功能。软交换作为一个开放的功能实体，采用标准的开放协议与外部实体实现通信。

    媒体网关与软交换之间的接口用于软交换对媒体网关进行承载控制和资源治理。接口采用H.248协议，可考虑采用媒体网关控制协议MGCP和Internet设备控制协议(IPDC)。信令网关与软交换之间的接口完成软交换和信令网关之间信令信息的传递，接口采用信令控制协议(SCTP)。软交换与网管中心之间的接口实现对软交换的治理，采用简单网络治理协议(SNMP)。软交换与智能网SCP之间的接口提供对现有智能网业务的支持，接口使用智能网应用协议INAP。软交换与应用服务器间的接口提供对第三方应用和各种增值业务的支持功能，可采用SIP协议或软交换提供的API。软交换与策略服务器间的接口实现对网络设备的工作进行动态调整，可使用COPS协议。软交换间的接口主要实现不同软交换设备之间的交互，采用SIP-T或ITU-T最新推出的BICC协议。

    2.2软交换网络的VoIP实现

    图4为基于软交换网络的VoIP应用网络，在此网络环境中有几个基本部件：软交换、中继网关、媒体网关、信令网关以及各类接入网关，还有网管服务器、策略服务器等。

    图4 基于软交换网络的VoIP应用网络

    从图4中可以看出，软交换的功能类似于现行电路交换传送系统间的交换/长途网，但长途交换机用软交换系统和一组中继/媒体网关的组合所取代，见图5。中继/媒体网关自身是由软交换技术利用主/被叫协议控制，这个协议是与来自某个具有指定源/目的的RTP/UDP/IP流的电路交换机的一个指定时隙相关的MGCP/IPDC协议。另外，软交换技术作为呼叫处理的组成部分，其标识要被用来终结该呼叫的最有可能的出口网关，并利用这个信息来命令中继网关执行所指定的功能，即软交换技术能够通过选择一个最小代价的路由来完成每次呼叫，以使所选择的出口网关最接近目的电话。于是，就完成了原有通过电路交换网执行的呼叫处理操作功能。

    图5 软交换与长途交换机对照示意图

    在图4中，接入网关既可以终结ISDN的PRI，也可以终结来自企业PBX的CAS信令。这种接入网关能够被软交换以基于分组电话协议的多种方式进行控制；对于基于H.323协议的网关，软交换使用H.323协议与之实现互通和控制；假如接入网关隧道PRI(Q.931)或CAS信令返回到软交换，则软交换使用MGCP/IPDC协议以更好的方式控制接入网关。

    软交换技术通过SIP协议接到电缆网络上，以支持企业的IPPBX及IP电话。并通过TCP/IP协议接入SCP，也可通过TCP/SCCP协议接入到SS7网络上，使与PSTN及当前的VoIP网络无缝互连成为可能。

    基于软交换技术网络体系的VoIP通信实现的基本工作过程如下：当主叫用户摘机后，中继/媒体网关检测到该事件并报告给软交换设备；软交换设备查询主叫用户数据，进行身份鉴权；若是有权用户，软交换设备向媒体网关发送拨号计划，要求网关向主叫用户发送拨号音；软交换设备收到网关送来的被叫号码后，进行被叫号码分析、黑白名单分析等，找到被叫所属的软交换设备地址，并将呼叫请求转发到被叫软交换设备；软交换设备控制主、被叫网关选择空闲的媒体资源，完成编码格式及媒体连接地址等的协商；呼叫中，软交换设备可以控制媒体资源服务器提供交互语音响应(IVR，InteractiveVoiceResponse)功能，以完成诸如二次拨号、通知音播放、监听等多种业务；若呼叫过程涉及多方成员参与，软交换设备可提供多方呼叫控制功能，包括多方呼叫的非凡逻辑关系，呼叫成员的加入、退出、隔离、旁听，以及混音过程的控制等；呼叫过程中，软交换设备控制网关向用户发送振铃音、回铃音、忙音等音频信号；用户挂机后，中继/媒体网关检测该事件并报告给软交换设备，软交换设备控制各网关及终端设备进行资源的释放。

    在上述通信过程中，AAA服务器进行认证和授权，网管服务器进行网络治理，媒体服务器提供各种资源，如语音资源、传真资源、语音识别资源等，应用服务器则完成用户所需业务的提供和治理。

    2.3 基于软交换的VoIP应用网络优势分析

    与基于H.323协议的VoIP网络相比，基于软交换的VoIP应用网络结构由于采用了分层的网络结构，具有全面的开放性，在综合接入能力、互通兼容能力、业务提供能力、网络治理能力、鉴权认证和计费等方面都有明显的优势。

    在综合接入方面：软交换网络结构由于网络采用分层模型，各设备功能相对单一。软交换完成协议处理、呼叫控制、资源治理、业务实现等功能，中继/媒体网关在软交换的控制下完成媒体流转换及相关控制功能。这样，软交换通过控制各种类型的网关设备，实现综合接入。而基于H.323的体系结构还不是一个开放的体系结构，它可以通过网关设备实现与PSTN的简单语音互通，但在其上增加其他接入方式较困难。

    在网络互通兼容方面：基于软交换的VoIP应用网络结构采用分层的开放的网络架构，各层之间以及各设备之间都通过标准的协议通信，只要遵守约定的规则和协议，不同厂商的设备都可以很轻易的接入网络，并实现彼此的互通，从而灵活有效地实现网络的扩展和升级。而H.323是一系列协议的集合，本身比较复杂，各厂商对其理解又存在着很大差异，导致所制造产品的H.323协议兼容性一直存在问题。

    业务提供方面：在基于软交换网络结构中，软交换技术的业务生成独立于网络，新业务通过应用服务器完成。运营商根据自身的实际情况，既可以自己开发、也可以委托产品制造商第三方开发商灵活定制所需的业务；另外，也可以继续沿用原有的传统智能业务。由于软交换系统提供统一的业务生成平台，业务一旦生成，即为全网所共享。而采用H.323，其业务生成基本上都是在网关上进行的，某些情况下也需要网守的支持。而网守、网关都是相对封闭的实体，由于不同制造商的业务提供方式不尽相同，加之采用内部协议而未提供标准的开放接口，这样不仅使得运营商各自提供业务的能力有限，更导致了全网的新业务统一变得相当困难。

    在网络治理方面：H.323采用基于SNMP的网络治理，无实时性，对人工干预的依靠性较大，难以对大型网络作出有效、及时的反应。而在基于软交换网络中，软交换技术提供COPS协议接口，接受策略服务器的治理和调节，实现基于策略的网络治理功能，进行集中、实时、智能化的策略治理服务，完成了由传统的静态网管向动态网管的飞跃。同时，软交换也能支持基于SNMP的传统网络治理。

    鉴权认证和计费方面：在软交换网络中，软交换控制设备通过RADIUS协议与AAA服务器交互，实现集中用户鉴权、认证、计费。接入设备只需完成简单的接入功能，无需支持太多的协议。而在H.323网络中，用户鉴权、认证是在网守中实现的，网关通过RAS与网守交互，完成用户认证、计费，过程比较复杂。

    3、结束语

    软交换技术的出现一方面造就了网络的融合，另一方面软交换采用了开放式应用程序接口，方便了第三方应用的开发和新业务的引进。随着软交换网络向着组网更加灵活、信息传送更加高效、业务生成更加多样的方向不断发展，我们有理由相信，VoIP也必将在软交换网络中得到成功应用。(宁一编辑)