多媒体软交换系统技术的探讨_NGN及软交换

多媒体软交换系统技术的探讨

中国电信集团北京研究院赵慧玲叶华 2002/02/22

导读：

　　随着软交换的出现及其技术的发展，人们在关注软交换是否能够继承传统语音业务的同时开始把注意力集中到软交换系统如何更好的支持多媒体业务，希望以此提升整个网络提供业务的能力。我国高科技863计划开始列项进行支持多媒体业务软交换的研制和测试方法的研究、各运营商包括中国电信、网通、联通等在进行软交换实验时均把多媒体业务的支持程度作为测试的重点。

　　作为抛砖引玉，本文提出了支持多媒体业务的软交换系统的体系架构、设备功能，开放接口和应用面临的问题，希望在本专栏就此问题进行更深入的讨论。

一、引言

　　多媒体业务一般泛指语音、文本、图象、视频等业务或者这些业务的合成，因此多媒体业务种类繁多，从某种意义上讲，代表了未来电信业务的发展方向。与传统话音业务的单一性要求不同，多媒体业务对通信系统提出了更高的要求，如对集成性、交互性、同步等特性的支持。

　　作为下一代网络核心设备之一的软交换，不但应支持语音业务的所有功能，而且应具有多种媒体信息交换的控制功能，可以控制音频、视频、数据信息的实时交换和传送。我国高科技863计划开始列项有关软交换系统在移动和多媒体应用的研究。

　　作为新兴电信运营商，在没有话音基础设施的情况下，特别重视利用分组数据平台提供综合的解决方案，而传统运营商为了增强竞争实力，更加重视提供增值业务和新业务的能力，所以人们越来越重视网络提供多媒体业务（含话音业务）的能力。

　　为了达到在公众电信网中提供实用的多媒体业务，就需要对问题认真地加以研究和解决，以实现真正意义上的融合网络。本文将探讨有关基于软交换的多媒体技术相关问题。

二、支持多媒体业务的软交换系统总体框架结构

1、体系结构

　　如图1所示，支持多媒体业务的NGN系统仍遵循开放的四层体系结构，但为支持多媒体业务，不同层面会提出相应的要求。

图1 基于软交换的网络体系架构示意

其中：

接入层：支持多媒体业务和用户的接入。
传送层：采用分组技术，提供一个综合传送平台。
控制层：是软交换系统的控制核心，完成多媒体呼叫和业务的控制等功能。
业务层：提供各种增值服务、多媒体业务和第三方业务。

2 相关设备

　　在整个支持多媒体业务的软交换网络体系中，除了核心的软交换设备以外，还有许多与多媒体业务相关的网元设备，其功能分述如下：

1）软交换。它是多种逻辑功能实体的集合，提供综合业务的呼叫控制、连接以及部分业务功能，是下一代电信网中语音/数据/视频业务呼叫、控制、业务提供的核心设备。软交换设备与媒体服务器、各种媒体网关、终端、应用服务器以及其它软交换设备间采用标准协议相互通信。

2）应用服务器
它负责各种增值业务和智能业务的逻辑产生和管理，并且还提供各种开放的API，为第三方业务的开发提供创作平台。应用服务器是一个独立的组件，与控制层的软交换无关，从而实现了业务与呼叫控制的分离，有利于新业务的引入。

3）多点控制器（MC）
它主要完成会议电话及视频会议的控制功能，对会议进行集中管理。它可以控制多点处理器与各终端进行语音、视频、数据编解码的能力协商，优先权设置等。

4）多点处理器（MP）
它主要负责多媒体会议的语音、视频、数据的混合、切换和同步等功能。还具有语音编码的转换功能。

5）会议电视网关
负责接收和处理来自非数据用户终端的信令和音频、视频等媒体流。可以处理一种或多种媒体流，经过相关处理后发送到相应的MP或用户终端，用户终端发送的信令消息映射成相应的消息经网关转发给软交换设备。

6）媒体网关
其主要功能是将一种网络中的媒体转换成另一种网络所要求的媒体格式。它提供多种接入方式，如数据用户接入、模拟用户接入、ISDN接入、V5接入、中继接入等。

7）媒体服务器
它提供专用媒体资源功能，例如语音通知、数字接收器等。同时为满足电信新业务需求，还可以支持个性化动态语音编程、支持资源的动态加载和修改。

8） SIP/H.323智能终端设备
这些设备支持音频、视频、数据等功能。如：可视电话、会议终端、内置多媒体功能的PC、PDA等。

三、多媒体业务分类

1会话型业务
　　一般泛指人和人之间的信息传递或信息交互，包括点对点的可视电话业务、点对多点的视频教育业务、多点对多点的会议电视业务等。这些业务需要传递视频、声音、图形、数据以及文本中的一种媒体流或几种媒体流的组合和交互处理。

2分配型业务
　　泛指信息源对人群之间的信息传递，是一种点对多点的业务。不同于传统的电视业务，它既可以是广播型业务，也可以是点播型业务，如VOD。

3检索型业务
　　泛指个人对多信息源之间的信息检索，用户可以随时从不同地点的多媒体数据库中检索到需要的多媒体信息，如文字信息、音频信息、图象或视频信息。

4消息转发型业务
　　泛指人和人之间信息的转发，可以是点对点、点对多点、多点对点。转发的信息可以是文字、图象、声音和视频信息，无对实时性要求，一般可以用存储转发。

四、 PARLAY API 简介

　　1998年4月，Parlay工作组成立，成员主要有英国电信、Ulticom 、微软、北电、西门子组成，并于1998年12月出版提出最初的版本。Parlay工作组的目标是通过规范开放应用程序接口，联合IT应用和通信应用的开发能力，促使通信应用数量的飞速发展。1999年5月，随着AT&T、Cegetel、Cicso、Ericsson、IBM和Lucent等6个新成员的加入，成员总数增加至共11名。2000年1月API2.0出版，仅6个月后，API2.1出版。在2001年2月，Parlay工作组成员增加至37个，并推出Parlay3.0。Parlay API的版本中比较具有影响力的版本是2.1和3.0，由于Parlay标准化组织以后的版本只对版本3.0具有向后兼容性而对2.1版本没有后相兼容性，因此目前我国行业标准是以Parlay3.0为基准。

　　鉴于PaylayAPI的广泛应用和它在业界的重大影响，许多著名的标准化组织和业界组织相继宣布在自己制定的标准或规范中已经采用了或者即将采用Parlay API规范。这些组织主要包括ITU-T、ETSI、IEEE、IETF、3GPP、OMG、TINA-C、Softswitch论坛、JAIN等。目前，Parlay工作组、ETSI和3GPP已经联合起来，共同发展Parlay协议。图2为3个标准组织发布的Parlay版本的对应关系。

图2 Parly 标准化的进展

图3 PARLAY API示意图

　　由图3可见，ParlayAPI位于现有网络之上，现有网络的网络单元通过Parlay网关与应用服务器进行交互，从而提供第三方业务或综合的业务，Parlay网关与应用服务器之间的接口为Parlay API。Parlay网关与现有网络的网络单元之间的协议采用各个网络的现有协议。

　　Parlay API技术规范共定义了以下五种接口，见图4。
　　客户应用和框架间的接口（接口1）
　　客户应用和业务能力特性之间的接口（接口2）
　　框架和业务能力特性之间的接口（接口3）
　　框架和企业经营者之间的接口（接口4）
　　框架和第三方业务提供商之间的接口（接口5）

图4 PARLAY接口示意图

　　通过Parlay提供的第三方业务主要分为以下几类：

　　通信类业务：如点击拨号、VOIP、点击传真、可视电话、会议电话等，以及与位置相关的紧急呼叫业务、路边助手业务等。

　　消息类业务：如统一消息、短消息、语音信箱、E_Mail、多媒体消息、聊天等。

　　信息类服务：如新闻、体育、旅游、金融、天气、黄页、票务等各种信息的查询、订制、通知等，以及基于未知的人员跟踪、找朋友等。

　　支付类业务：如电子商务、移动银行、网上支付、即时售订票、收费浏览等。

　　娱乐类业务：如游戏、博彩、谜语、教育、广告等。

　　各类业务可以相对独立，也可以有机结合，例如可以在查询信息时根据相应的信息进行支付类业务，再如各种娱乐可以通过不同的消息方式来表现（短消息、Email），将娱乐与消息业务相结合。

五、 H.323协议

　　H.323协议被普遍认为是目前在分组网上支持语音、图象和数据业务最成熟的协议。它是由ITU-T第16研究组提出的，当时研究H.323协议的初衷是希望该协议用于多媒体会议系统，但目前它却在IP电话领域得到广泛应用。该协议已经成为ITU-T近几年在通信领域推出的商用程度最高的协议。

　　H.323是一个框架性协议，它是由系列协议组成的，图5列出了H.323栈的基本内容。

图5 H.323协议栈

其中：

　　H.323：基于分组的多媒体通信系统
　　H.225.0：分组多媒体通信系统的呼叫信令协议和媒体分组化
　　H.245：多媒体通信的控制协议
　　G.711:话音频率的脉冲编码调制
　　G.723.1:多媒体通信5.3/6.3kbit/s双速率语音编码器
　　G.729：采用共轭结构代数码线形预测激励的8kbit/s语音编码
　　G.729a：低复杂度CS-ACELP 8kbit/s语音编码

　　H.323系统是在不保证服务质量的分组网中提供多媒体通信业务。分组网包括局域网（LAN）、企业网、城域网等。H.323系统由终端、网关、多点控制单元(MCU)、网守(Gatekeeper)等单元组成。

　　我国目前IP电话网上使用的H.323协议基本上是第二版，而目前ITU-T已经推出H.323v3和H.323v4版。与H.323v2相比，H.323v3重点增加了网关控制协议、管理域间协议、移动管理协议、H.323系统和协议的管理信息库（MIB）等；而H.323v4则在H.323v3的基础上重点对QoS的问题进行补充。

　　目前ITU-T第16组在重点研究如何进一步扩展H.323协议，以扩展其支持多媒体业务的能力和移动性管理的能力。

六、支持多媒体业务的软交换系统应研究的问题

1 网络组网的方式

　　传统电信网经过长期的运营积累，在网络组织方面已经具有相当成熟的经验；而基于软交换的网络组织目前国内外尚无成熟的经验，是采用基于软交换的全平面结构，还是分区域选路结构等在技术和实践方面都有待进一步的探索。由于缺乏大范围的运行网络，因而对软交换系统的性能测试只能够在小型组网中进行，这与大型组网的实际情况有较大的差距，因而如何在实验型网络中，真实的作出软交换系统的性能测试还需要进一步研究。

2 开展协议兼容性的研究，软交换体系结构基本协议框架已经清晰，基本上分为如下四类协议以提供不同接入设备的需要以及设备间互通的需要：

1）媒体控制协议：H.248/MGCP、SIP、H.323。
2）信令控制协议： Sigtran中所包含的信令适配协议、信令传输协议；如M3UA、SCTP等。
3）互通协议：BICC/SIP、BCP-T、H.323。
4）应用支持协议：Parlay、RADIUS、COPS。

　　然而上述协议尚未做到兼容性，标准还在发展之中；不同厂家的软交换在技术标准的选用及协议的兼容性方面还难以做到相互兼容。BICC协议、SIP－T协议和H.248协议也在发展之中，协议的选项需要运营商根据业务的需要来进一步确定。由于协议的不成熟，这给我们在制定测试标准时带来了一定的困难，特别是在互通性测试方法存在很大问题。

3 目前软交换系统实现了一定数量的多媒体业务，但业务流程还处于发展之中，非常不成熟。

4 基于SIP的网络刚刚起步。SIP已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，国内则几乎是空白，暂时还无法发挥其应有的作用。

5 多媒体终端的类型有限。目前支持多媒体业务的终端绝大多数是H.323终端，SIP终端在支持多媒体业务方面仅处于刚刚起步阶段。

6 多媒体软交换系统的实现方式各不相同，有些采用将多媒体业务直接在软交换内实现，有些则通过上层的应用服务器实现，支持的业务主要以语音与数据相结合的业务，如电子白板，同步浏览，以及视频会议等。

7 开展支持多媒体业务的软交换网络与其他网络互通性的研究，包括如何跨网提供话音、数据和视频业务。

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