摘要：網絡的融合與發展已是一個不爭的事實，NGN是很有發展潛力的下一代網絡技術。本文著重介紹了NGN中的核心技術軟交換，提出了軟交換的體系結構，闡述了軟交換的協議及功能，最后分析了發展軟交換需要解決的問題。

1引言

隨著網絡的深入人心，新業務發展迅猛，數據業務快速發展、業務量迅速膨脹。一方面，由于在傳統電信網絡中業務都是由交換機來管理控制的，在傳統的基于TDM的PSTN網中，新業務的開發周期較長，且業務的移植性較差，就使傳統的電信網在面對競爭日趨激烈的市場時顯得力不從心。另一方面，隨著傳輸設備及半導體芯片的不斷發展，傳輸網絡(IP/ATM)傳輸數據的能力不斷增強，由此便有在IP網絡上傳輸電信業務的可能性和必要性。下一代網絡(NGN)正是在此基礎上產生的，他主要基于分組技術，能夠提供包括電信業務在內的多種業務的統稱，他涵蓋了傳送網、IP網、業務網、軟交換等多項網絡技術。NGN建立在業務與下層傳送功能分離的基礎上，業務獨立于網絡，有效地克服了傳統電信網在提供新業務方面的弱點，迎合了面向業務來發展網絡的思想。在過去幾年里，國內外各大運營商都相繼進行了NGN的試驗，成功地在NGN網絡上進行了數據、話音、視頻等媒體的傳送，充分體現了NGN網絡的發展潛力。

軟交換是下一代網絡的重要組成部分，是NGN的控制單元，其主要設計思想是將傳統交換機中的呼叫控制單元從交換機中分離出來，形成NGN中的控制層面。通過標準協議與NGN網中的其他單元進行通信，軟交換能夠整合語音、數據與圖像，并能在不同的網絡之間如無線與有線系統之間進行協議轉換。

2軟交換概述

狹義上講，軟交換專指軟交換設備?；竞x就是把呼叫控制功能從媒體網關中分離出來，通過服務器或網元上的軟件實現基本呼叫控制功能，包含呼叫選路、管理控制、連接控制(建立會話、拆除會話)、信令互通(如從SS7到IP)。軟交換是NGN的控制功能實體，是NGN呼叫控制和連接控制的核心。他獨立于底層承載協議，完成呼叫控制、媒體網關接入控制、資源分配、協議處理、路由、認證、計費等主要功能，可以向用戶提供現有電路交換機所能提供的所有業務，并向第三方提供可編程能力。因為NGN是一個融合網絡，網絡必須互通是NGN發展的關鍵。軟交換通過對各種媒體網關的控制實現不同網絡之間的業務層融合。軟交換作為控制中心，通過網關發出信令，控制語音／數據業務通路。

3軟交換的體系結構

如圖1所示。接入層主要由各種網關設備及終端用戶組成，負責將用戶連接至網絡，集中用戶業務并將他們傳遞至目的地；傳輸層主要指各種傳輸網絡，負責將信息格式轉換成能夠在網絡上傳遞的格式，例如將話音信號分割成ATM信元或IP包；控制層包含呼叫智能，主要由軟交換設備組成，此層決定用戶收到的業務，并控制低層網絡元素對業務流的處理；業務層在呼叫建立的基礎上提供額外的服務，并提供開放的業務開發接口API。



軟交換的4個功能層面相互分離，其設計思路主要有以下幾個特點：

高效靈活軟交換體系結構的最大優勢是將業務層和控制層與核心設備完全分離，有利于以最快的速度、最高效的方式引入各類新業務，縮短了新業務的開發周期。

開放性由于軟交換體系架構中的所有網絡部件之間均采用標準協議，因此各個部件之間既能夠獨立發展、互不干涉，又能有機結合成為一整體，實現互聯互通。

多用戶軟交換的設計思想迎合了電信網、計算機網和有線電視網三網合一的大趨勢。

強大的業務功能軟交換可以利用標準的全開放應用平臺為客戶制定各種新業務和綜合業務，最大限度地滿足客戶的需求。

4軟交換的主要協議

4.1H.248/MEGACO協議

H.248和MEGACO協議均為媒體網關控制協議。在軟交換系統中，H.248協議主要用于軟交換和媒體網關或軟交換與H.248終端之間，軟交換通過此協議控制媒體網關／H.248終端上的媒體／控制流的連接、建立和釋放。H.248和MGCP均是網關分解的產物，也基于主從工作模式，所以具備MGCP的所有優點，且H.248獨立于承載，支持二進制和文本兩種編碼格式。其缺點是目前需要完善，尚不成熟。由于H.248/MEGACO是ITU－T和IETF共同推薦的協議，因此許多設備制造商和運營商看好這個協議。

4.2MGCP協議

MGCP協議主要用于軟交換和媒體網關或軟交換與MGCP終端之間，軟交換通過此協議控制媒體網關／MGCP終端上的媒體／控制流的連接、建立和釋放。MGCP協議基于主從結構，因此其解決方案有利于網關的互連，適合構建大規模網絡，且可以和7號信令網關配合工作，并能與他良好集成，協議具有很好的擴展性。此外，由于呼叫控制與媒體處理分離，使運營商可用多個廠家的設備來構建網絡。MGCP協議的缺點是MGCP與H.248／MEGACO存在競爭關系，而后者已于2000年年初由IETF和ITU簽署認可。

4.3SIP協議

SIP(SessionInitiationProtocol)是IETF提出的在IP網絡上進行多媒體通信的應用層控制協議，采用基于文本格式的C／S的工作方式，由客戶機發起請求，服務器進行響應。SIP獨立于低層協議，采用應用層可靠性機制來保證消息的可靠傳送。SIP類似于其他的Internet協議，采用分布式的呼叫控制與管理模型。SIP協議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務和智能業務，具有很強的靈活性和擴充性。此外，SIP還支持多種地址格式，包括E164和URL等。

在軟交換系統中，SIP協議用于軟交換與SIP終端、應用服務器、SIP網絡的互通。SIP協議簡單、靈活，很容易增加新業務，擴展性強，具備終端能力檢測、在線檢測、支持移動性、組播等能力，而且采用文本格式，開發人員容易理解，并被指定為3G的控制協議，具有很大的發展前景。其缺點是不夠成熟，需與其他協議配合使用，單獨應用的范圍窄。

4.4BICC協議

BICC協議的全稱為與承載無關的呼叫控制協議，他是由ITUT第11組提出的信令協議。BICC協議屬于應用層控制協議，可以用于建立、修改和終結呼叫，可以承載全方位的PSTN/ISDN業務。他采用呼叫信令和承載信令功能分離的思路，重新定義了一個在骨干網絡中使用的呼叫控制信令協議，包括7號信令網絡、ATM網絡和IP網絡在內的各種網絡。呼叫控制協議基于NISUP信令，沿用ISUP中的相關消息，并利用APM(ApplicationTransport Mechanis m)機制傳送BICC特定的承載控制信息。由于采用了呼叫與承載分離的機制，使異種承載的網絡之間的業務互通變得十分簡單，只需要完成承載級的互通，業務不用進行任何的修改。

BICC協議可以在軟交換之間使用。目前軟交換之間可以采用的控制協議有2種：SIP協議和BICC控制協議，但具體應該采用哪種還沒有定論。從協議的成熟度上講，由于SIP協議的研究比BICC協議早，所以其成熟度高于BICC協議。但BICC由于采用了ISUP形式，其與現有7號信令互通方面強于SIP。

4.5SCTP協議

SCTP是IETFSIGTRAN小組提出的流控制傳送協議，主要在無連接的網絡上傳送PSTN信令消息，該協議可以在IP網上提供可靠的傳輸協議。SCTP用來在確認的方式下，無差錯、無重復地傳送用戶數據；根據通路的MTU限制，進行用戶數據分段；并在多個流上保證用戶消息的順序遞交；把多個用戶的消息復用到SCTP的數據塊中；利用SCTP偶聯機制提供網絡級在故障情況下，用戶信息可靠傳送的保證，同時SCTP還具有避免擁塞、避免遭受泛播及匿名攻擊的特點。

SCTP可以在IP網上承載7號信令，完成IP網與現有7號信令網和智能網的互通。同時SCTP還可以承載H.248，ISDN，SIP，BICC等控制協議，因此，SCTP是IP網上控制協議的主要承載者。

4.6H.323協議

H.323是用于包交換網的多媒體通信標準，用于不支持QoS的網絡環境，這些網絡構成當前企業的主要計算機環境，包括高速Ethernet，FDDI，令牌環網，ATM上的TCP／IP和IPX。H.323是一個廣范的標準，包括獨立的設備、個人計算機嵌入技術及點對點和多點會議系統。H.323還涉及呼叫控制(callcontrol)、多媒體管理、帶寬管理及與各種網絡之間的接口。

H.323基于集中式對等結構，其優點是協議成熟，定義完全，設備的穩定性強，互通性較好；缺點是協議復雜、成本高、不能與No．7集成、不適用于組建大規模網絡，且沒有擁塞控制機制、服務質量不能得到保證、效率和擴展性較差。

5軟交換的主要應用

軟交換是網絡中的控制單元，針對不同的網絡狀況和業務需求，他可以應用在以下幾個方面：

虛擬中繼(virtualtrunking)提供電信級、7號信令端到端的大規模VoIP/ATM呼叫。軟交換與媒體網關之間通過MGCP/H.248通信，軟交換可面向其他網絡提供SS 7，INAP，H.323，SIP等多種協議，實現NGN和PSTN，IN，H.323，SIP等網絡的通信。

多媒體業務應用(multimediaapplication)通過應用服務器向第三方提供API，支持第三方的應用開發。

電信級撥號接入(carrierclassdialin)其媒體網關同時具備VoIP網關和關守2種功能，在軟交換的控制下，使全網媒體網關能統一管理，并能進行撥號上網用戶數據旁路，且支持多ISP方案。

下一代本地交換系統(nextgenerationlocalswitch)提供數據終端與PSTN網電信級互聯互通。支持對個人用戶（IP Phone/PC）、企業用戶(IP PBX)及不同網絡(H.323/SIP)的接入。

3G3G的發展趨勢是最終與IP網融合形成統一的IP網，IP網通過軟交換的控制，及無線網關向3G用戶提供寬帶數據業務，同時也可通過VoIP的方式提供語音業務。

6軟交換網絡需要解決的問題

從目前的發展情況來看，軟交換網絡主要是應用在固定網絡的話音業務領域，且大多處于實驗階段，沒有太多的大規模商用經驗，許多如QoS，安全、網管、業務提供方式等重要問題還有待進一步研究。

6.1軟交換網絡的QoS

與傳統電信網絡相比，軟交換網絡面臨的一個重要問題就是服務質量，軟交換網絡本身并不能解決服務質量問題，服務質量很大程度上取決于軟交換網絡的承載網絡，承載網絡可以為ATM和IP兩種方式，對于ATM承載方式，由于ATM機從開始就是為綜合業務設計的，所以有很強的QoS機制，可以保證話音的服務質量，但是，就目前廠家設備的開發情況和網絡的發展趨勢來看，以IP作為軟交換網絡的承載網絡是大勢所趨，因此建設軟交換網絡時必須考慮如何解決IP承載網絡的QoS。

6.2軟交換網絡的業務提供能力

對于傳統運營商，引入軟交換網絡的一個很大動力就是與傳統網絡相比，軟交換網絡可以提供更多的增值業務。目前來看，軟交換網絡主要由3種業務提供方式：在軟交換內部直接實現，與現有智能網互通實現，以及與應用服務器配合實現。其中，與應用服務器配合的業務提供方式是軟交換網絡的未來發展趨勢。由于應用服務器上可提供開放的API接口，應用服務提供商可通過API調用通信網絡資源開發新的增值業務。通過這種方式主要實現各種語音與數據相結合的增值業務，這些業務和應用在現有的網絡中很難實現。此種業務提供方式的優勢是可以與第三方的應用開發商配合開發業務，從而打破了原有電信網絡封閉的業務開發環境，豐富了業務開發的種類并縮短了業務提供的周期。不過，這種業務提供方式存在的問題是軟交換與應用服務器的互通協議尚未確定，可以為SIP，INAP等，從而使這種業務提供方式的業務開發潛力、業務管理、計費、安全等問題都有待研究。

此外，通過應用服務器方式提供的各種增值業務需要相對智能的終端的支持，這些智能終端一旦引入，面臨的一個重要問題就是地址資源緊張，因為這些終端若要與外界通信，需要具備合法的IP地址，如何解決終端的地址問題也是運營商建設交換網絡時必須考慮的。

6.3軟交換網絡的管理

從目前軟交換的實現情況來看，基本采用SNMP作為軟交換系統的網管協議。但SNMP網管系統有一定的缺陷性，即SNMP網管以靜態管理為主，無法針對業務需求對所需各類設備進行綜合協調管理，管理的實時性差，并且SNMP基于UDP承載方式，不能保證網管信息的可靠傳輸。但是，由于軟交換網絡提供實時業務，因此網管系統還需具備QoS管理能力，目前的軟交換網管系統在這方面的能力還比較差，需要進一步的擴展才能滿足用戶對服務質量的要求。

6.4軟交換網絡的組網

現有的電話網采用分層的網絡模型，隨著軟交換網絡規模的擴大，軟交換網絡采用何種組網方式目前還沒有統一定論，目前達成的共識是軟交換層面為不分層的網狀結構，但是軟交換不分層并不意味著路由不分層，隨著網絡規模的擴大及用戶位置信息的經常變化，如果路由仍然采用軟交換內部直接實現的方式，網絡規模的擴展性就會非常差。為此，一些廠家針對大規模組網引入了專門提供路由服務的功能實體，但國際上尚沒有形成統一的技術標準，因此，有關大規模應用時的組網結構還需進一步研究。

6.5軟交換網絡協議的成熟性

軟交換網絡一個重要的特點是開放性，這主要體現在軟交換網絡的各個網絡元素之間采用開放的協議進行通信上。理論上只要各個廠家的設備采用標準協議接口，運營商就可自由選擇各個廠家的設備來構建網絡。但是，無論協議的制定，還是廠家的開發，接口的標準還有待完善，大多數協議還處于擴充階段，廠家支持的程度也各不相同，離最終的開放網絡還有一段距離。

7結語

NGN經過幾年的研究發展，在協議、體系結構、參考模型、網絡QoS業務的開發、安全性等方面取得了較大的發展，國內外一些運營商也開始進行NGN的小規模商用，基于分層體系結構的軟交換作為NGN的核心技術，能夠充分利用現有的傳輸網絡(IP、ATM)的靈活性，采用開放的網絡架構體系，方便的開發各種適合客戶需求的話音、數據、視頻等業務，充分克服了傳統電信網絡的弱點，電信網絡的融合與發展是歷史的必然。但是由于軟交換技術剛剛起步，軟交換在很多方面值得深入研究，同時也需要經歷時間和市場的考驗。

隨著軟交換在全球范圍內研究和應用的深入，相信以開放、分步、靈活提供業務為基礎特征的軟交換，在不久的將來一定能夠得到長足的發展。

參考文獻

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作者：李春峰，俞忠原，孫永輝，孫瑜（同濟大學通信與信息系統上海200331）