新兴运营商运营指南之概念篇--软交换
思巴得信息浅析未来运营市场
2007/09/06
一、软交换产生背景
自1876年美国贝尔发明电话以来，解决了人们异地通信的问题，早期主要应用于政府、军事等重要机构，随着科技水平的不断提高和社会的不断进步，电话交换技术一直处于迅速的变革和发展之中，电话的普及范围越来越广泛，应用到各行各业并深入千家万户，成为人们进行沟通最主要的通信方式，是人们生活、工作中必不可少的组成部分。
电话网的核心为电话交换机，其从交换机实现方式上看，经历了磁石式、供电制式、步进制、纵横制、程控制5个发展阶段，交换技术从人工交换时代迈入机电交换时代再到电子交换时代三个时代发展历程。由于程控数字交换技术的先进性和设备的经济性，使电话交换跨上了一个新的台阶，程控制电话交换机采用资源独占的电路交换方式，采用了先进的体系结构，是一个历史性的变革。但业务控制与呼叫控制以及传输承载都集中在交换机里，ＰＳＴＮ的各项业务必须通过ＴＤＭ交换机进行实现，新业务拓展周期长。
随着时代的发展，又相继出现了数据网、多媒体网等多种网络，但一直以来，电话网络、数据网络、多媒体网都各自独立为阵，分别提供语音、数据、视频等业务。随着技术的不断进步、需求的日益提高，通信也已从原来的电话进入了信息化通信时代，各种花样繁多的通信方式和日益高涨的通信需求，使得传统的语音通信已远远不能满足各行业企业的需求。另外随着电信行业管制政策的放松，电信运营商之间竞争加剧，谁能够提供个性化的业务，谁能在第一时间满足用户需求，谁就能获取竞争优势，立于不败之地。而PSTN由于固有的局限性，无法快速灵活地拓展新业务，且部署成本高。为满足用户对新业务的需求，人们在PSTN/ISDN的基础上提出了智能网的概念。PSTN智能网首次提出并实现了将呼叫控制和接续功能与业务提供相分离，交换机只完成基本的呼叫控制和接续功能，而业务则由叠加在PSTN/ISDN上的智能网来提供。这种呼叫控制与业务的分离大大提高了网络集中提供业务的能力和速度，不过这种分离还较为初步。而随着IP技术的发展，在互联网上部署业务相对容易，IP网中传送的IP包能够承载任何用户数据信息，人们想能否通过现有的互联网便宜的承载语音，节省组网成本，降低用户资费呢？能否充分利用IP网的优势，将语音、数据、多媒体流等多种信息均在一个统一的IP网上承载，提供比传统业务更多、更好的服务呢？因此更进一步期待实现将呼叫控制与承载做进一步的分离，从而更加灵活有效地实现IP电话及其相关业务和多媒体应用的融合，对所有的媒体流提供统一承载平台。在这一背景下，人们期待一种新的网络来解决目前网络面临的诸多问题，进而NGN、软交换概念应运而生，诞生了NGN下一代网络模型。
2004年2月的ITU-TSG13会议给出了NGN（下一代网络）的基本定义，即NGN是基于分组技术的网络；能够提供包括电信业务在内的多种业务；能够利用多种宽带和具有QoS支持能力的传送技术；业务功能与底层传送相关技术相互独立；能够使用户自由接入不同的业务提供商；能够支持通用移动性，从而向用户提供一致的和无处不在的业务。ＮＧＮ下一代网络将具有提供话音、数据、视频和多媒体等各种业务的综合性质网络体系的结构，将传统的交换机功能模块分离为独立的网络部件，软交换技术将广泛应用其中，并成为下一代网络的核心。
二、软交换概念
软交换技术是下一代网络的核心，软交换基本概念是将呼叫控制从媒体网关中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制、连接控制（建立/拆除会话）和信令互通，从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。作为NGN网络的核心技术，软交换的发展因而受到越来越多的关注，作为下一代网络的控制功能模块，软交换为下一代网络(NGN)具有实时性要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能。我国信息产业部电信传输研究所对软交换的定义是：“软交换是网络演进以及下一代分组网络的核心设备之一，它独立于传送网络，主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，同时可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力。”
软交换将网络资源、网络能力封装起来，通过标准开放的业务接口和业务应用层相连，从而可方便地在网络上快速提供新业务。在分组交换日益普及的情况下，软交换技术无论在固网还是移动网络的发展和融合当中，作为网络的核心技术，发挥着重要的粘合作用。
三、软交换网络体系结构
软交换网络是业务驱动的网络。通过业务与呼叫控制分离以及呼叫控制与承载控制分离实现相对独立的业务体系，使业务真正独立于网络，灵活有效地实现业务的提供。用户可以自行配置和定义业务特征，而不必关心承载业务的网络形式与终端类型，使业务和应用的提供有较大灵活性，从而满足用户不断发展更新的业务需求，也使网络具有可持续发展的能力和强大的竞争力。
语音、数据、视频等异构网络并存是目前网络的现状，多种异构网络融合则是大势所趋。 随着IP网的迅速发展，软交换将以IP网为骨干，在各种网络相互融合的基础上，以一种统一的方式灵活地提供业务。软交换网络体系结构采用开放的网络构架，将传统交换机的功能模块分离成独立的网络部件，分别由不同的物理实体实现，各部件各自独立发展，均提供标准的接口协议，使得网络更加开放，可依业务需求自由组合各部件来组建网络，部件间协议的标准化有利于异构网的互联互通。因此通过一个统一的IP网络将各物理实体连接起来，构成了软交换网络，是一个统一、开放的网络系统结构。软交换网络从功能上分接入层、传输层、控制层、业务层四层网络结构
。可见，要想设计一个好的软交换系统并非一件易事，必须有一个好的系统结构，首先必须满足市场的需求，确定基本功能；二是采用标准全开放的业务接口，业务拓展要灵活；三是要支持多种协议，保证互联互通性好；四是必须具备稳定性强的特点，如基于稳定性好的sun服务器上开发，因为window和Linux系统不稳定易受攻击；五是有强大的管理能力，不可管理的软交换系统，不能称之为好的系统；六是应采用的先进的技术和很好的算法提高系统的处理能力。下面简单介绍软交换网络结构各层的含义。
接入层
采用各种接入手段通过各种接入设备将用户连接至网络，为用户提供网络中的各种业务。软交换网络是一个综合接入平台，可以接入多种用户。模拟/数字电话PSTN用户、移动用户、无线用户、宽带网络用户都能有效地支持。实现了各种网络用户的各种业务的接入，并将信息适配为适合在软交换网内传送的IP包。为传统运营商和新兴运营商都开辟了有效的业务发展途径。
软交换技术将电话交换机的业务接入模块独立成为一个物理实体，完成数据格式和协议的转换，将接入的所有媒体信息流均转换为采用IP协议的数据包在软交换网络中传送，称为媒体网关(MG)。MG分为多种接入设备，如：用于完成与PSTN交换机的中继连接，将电话交换机PCM中继中的64kbit/s的语音信号转换为IP包的中继网关(TG)；主要完成PSTN/ISDN侧基于TDM电路的七号信令与IP网侧信令的转换功能，用于连接7号信令网与IP网的设备为信令网关（SG）,
TG和SG共同完成了软交换网与PSTN电话网的连接，将PSTN中的普通电话用户及其业务接入到了软交换网中。提供模拟用户线接口的接入网关（AG），用于直接将普通电话用户接入到软交换网中；
综合接入设备(IAD，IntegratedAccessDevice)将用户的语音、数据及视频等应用接入到分组交换网络中，在分组交换网络中完成相应的功能；无线接入媒体网关(WAG，WirelessAccessGateway)完成无线用户接入至软交换网；还有各种智能IP电话终端或软终端为用户终端设备，直接接入软交换网络。
通过各类MG，软交换网实现了将PSTN用户、IP电话用户、普通有线电话用户、无线接入用户的语音、数据、多媒体业务的综合接入。
传输层
传送层即承载语音、数据、视频等多媒体信息的IP网络，此承载网络无需重新组网，价格低廉，协议简单。此层的作用和功能就是将边缘接入层中的各种媒体网关、控制层中的软交换机、业务应用层中的各种服务器平台等各个软交换网网元连接起来。
软交换网中各网元之间均是将各种控制信息和业务数据信息封装在IP数据包中，通过核心传送层的IP网进行通信。
控制层
控制层是完成对接入层中的所有媒体网关的业务控制及媒体网关之间通信的控制，即软交换机。在传统的电话交换结点中，业务提供、呼叫控制和交换矩阵都集中在一起，而软交换将呼叫控制从网关中分离出来，以分组网代替控制底层网络元素对业务流的处理，提供呼叫连接的建立和释放，以及媒体网关接入功能、媒体网关资源管理、信令互通、安全管理、用户管理、号码管理、呼叫路由和产生CDR信息等功能，并为业务平面提供访问底层各种网络资源的开放接口。相当于传统网络中提供信令和业务控制的节点。
业务和应用层
业务层主要包括应用服务器、第三方应用接口和传统智能网功能。软交换与业务/应用层之间的接口提供访问各种数据库、三方应用平台、功能服务器等接口，实现对增值业务、管理业务和三方应用的支持。该业务层通过开放的业务层接口提供业务执行环境，负责为接入软交换网络的用户提供传统智能网业务、个性化的第三方业务和增值业务。
四、软交换支持的协议
软交换技术是下一代网络的核心技术，软交换网络体系结构采用开放的网络构架，将传统交换机的功能模块分离成独立的网络部件，软交换网络中同层网元之间、不同层的网元之间均是通过软交换技术定义的标准协议进行通信的。国际上从事软交换相关标准制定的组织主要是IETF和ITU-T。它们分别从计算机界和电信界的立场出发，对软交换网协议作出了贡献。软交换技术主流通信协议分为三种，即：H.323协议、SIP协议、MGCP协议。
H.323协议标准是ITU-T的study group16在1996年提出来的，并于1998年2月修订第二版，该标准是用于包交换网的多媒体通信的标准。H.323是一个广范的标准，包括独立的设备、个人计算机嵌入技术以及点对点和多点会议系统。H.323还涉及呼叫控制、多媒体管理、带宽管理以及和各种网络之间的接口。H.323基于集中式对等结构，其优点是协议成熟，定义完全，设备的稳定性强，互通性较好，缺点是协议复杂，成本高，不能与No.7集成，不适用于组建大规模网络，且没有拥塞控制机制，服务质量不能得到保证，效率和扩展性较差。
SIP(Session Initiation Protoco1)是“会话初始协议”，是IETF(Internet Engineering
Task Force)提出的在IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议，采用基于文本格式的C／S的工作方式，由客户机发起请求，服务器进行响应。SIP独立于低层协议，采用自己的应用层可靠性机制来保证消息的可靠传送。SIP非常类似于其他的Internet协议，采用分布式的呼叫控制与管理模型。SIP协议特点是简单、灵活，很容易增加新业务，扩展性强，具备终端能力检测、在线检测、支持移动性、组播等能力，而且采用文本格式，开发人员容易理解，并被指定为3G的控制协议，具有很大的发展前景。
MGCP(Media Gateway Control Protoco1)是1998年年底SGCP与新的VoIP协议IPDC(1P DeviceContr01)合并而成，由IETF所提出的。MGCP一被提出来就受到业界极大的关注，MGCP针对H．323在VoIP应用上的缺点进行了改良，在MGCP中扩充了原本SGCP中Call
Agent的功能成为MGC(Media Gateway Controller)。在软交换系统中，MGCP协议主要用于软交换和媒体网关或软交换与MGCP终端之间，软交换通过此协议控制媒体网关／MGCP终端上的媒体／控制流的连接、建立和释放。MGCP协议基于主从结构，因此其解决方案有利于网关的互连，适合构建大规模网络，且可以和No．7信令网关配合工作，能与No．7信令网良好集成，协议具有很好的扩展性。此外，由于呼叫控制与媒体处理分离，使得运营商可用多个厂家的设备来构建网络。
软交换网络是基于统一协议的分组网络。目前存在的通信网，无论是电信网，计算机网，还是有线电视网都不可能单独作为信息基础设施的平台，而IP技术的发展使人们认识到各种网络都将最终汇合到IP网络，各种以IP为基础的业务能在不同的网络上实现互通，从技术上为软交换网络奠定了坚实的基础。以IP为基础的互联网，其规模和数量仅次于电信网和有线电视网，它强大的能力，如覆盖全球，全方位命名，全方位服务，开放性系统，支持音频、视频多种业务等特性是电话网所不能比拟的，互联网未来发展的趋势必定会促使行业间的相互渗透和重组，所以语音网、数据网、多媒体网的融合将是软交换网络发展的必然。
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