淺談基于軟交換的下一代網絡技術

淺談基于軟交換的下一代網絡技術

隨著產業界的融合趨勢，電話網、計算機網、有線電視網趨于融合，網絡面臨的負荷在不斷增大，業務需求也趨于多樣化，運營商必須提供越來越多的多媒體業務才能吸引住用戶，如何建設一個可持續發展的網絡，實現數據與語音業務的融合, 加快面向用戶的業務開發節奏及提高其靈活性,以保證運營商能在未來的數據多媒體業務中分得應有的市場份額，是提出NGN網絡的根本出發點。

NGN的網絡特點

NGN即下一代網絡。從發展的角度來看，NGN是從傳統的以電路交換為主的PSTN網絡中逐漸邁向以分組交換為主，它承載了原有PSTN網絡的所有業務，把大量的數據傳輸卸載到IP網絡中以減輕PSTN網絡的重荷，又以IP技術的新特性增加和增強了許多新老業務。從這個意義上講，NGN是基于TDM的PSTN語音網絡和基于IP/ATM的分組網絡融合的產物，它使得在新一代網絡上語音、視頻、數據等綜合業務成為了可能。從網絡功能上看,NGN不是今天哪一種網絡的簡單發展延伸,而是三網融合的產物。它不僅將具有今天各種網絡的所有功能,還將具有網絡融合后產生的新功能。NGN技術實現了業務的融合，吸取網絡(PSTN/ISDN、PLMN、IN、Internet)之間的互通，在全網內快速提供新的語音、數據、圖像，融合了IP、ATM、IN和TDM等眾家之長，形成分層的全開放的體系架構。此外,在NGN中還將實現固定網絡和移動網絡的融合。在網絡的體系結構方面NGN將從今天的IP網演化形成。首先是網絡的IP化。從終端接入網、城域網到廣域網都將實現IP化。進一步的演化是改進IP網的結構,發展新協議以滿足NGN的要求。

NGN是業務驅動的網絡，是業務獨立于網絡的網絡，將現有網絡演變成下一代網絡并非一日之工，而原有的網絡與新網絡并存需相當長的時間，所以新網絡還需能夠和原有網絡互通，這就要求新的網絡體系能夠完成以下功能：采用TDM傳輸網和SS7信令網互通、與現有的業務(如智能網提供的業務)互通和與現有的PSTN網絡體系融合。NGN通過網關設備實現與現有網絡， 例如PSTN、ISDN和GSM等的互通，同時NGN也支持現有終端和IP智能終端， 包括模擬電話、傳真機、ISDN終端、移動電話、GPRS終端、SIP終端、 H.248終端、MGCP終端、通過PC的以太網電話、線纜調制解調器等。

NGN是一種融合多種業務的新型目標網絡，NGN(下一代網絡)的突出優點是由一系列的關鍵技術來保障的, 勢必涉及相當多的傳統技術和新型協議，如軟交換技術、數字處理技術、數字傳輸技術、路由技術、基于IP的相關通信協議等。許多技術和協議還將不斷出現，需進一步完善, 因此研究和建設NGN是一個探索性、階段性、艱巨的過程。但NGN開放的業務平臺為其自身發展提供了更廣闊的空間,而這正是運營商關注的焦點。

NGN的分層結構

一般認為， NGN在功能上可劃分為四個開放的網絡層次：接入和傳輸層、媒體傳送層、控制層、網絡業務層各層的功能及部件構成如下(見圖1)：

1.接入和傳輸層

其功能是將各類用戶連接至網絡，然后集中用戶業務將它們傳遞至目的地，其中包括各種接入手段,如寬窄帶，移動或固定用戶接入等。由各種媒體網關或智能接入終端設備組成，主要設備有：信令網關(SG)、中繼網關(TG)、接入網關(AG)、綜合接入設備(IAD)、無線接入網關(WAG)、媒體資源服務器、H.323網關(H.323 GW)。

2.媒體傳送層

將信息格式轉換成為能夠在網絡上傳遞的信息格式。例如：將話音信號分割成ATM信元或IP包。此外，媒體層可以將信息媒體流選路至目的地。

3.控制層

主要涉及軟交換相關的功能，完成業務邏輯的具體執行，其中包含呼叫控制，資源管理，接續控制和路由等操作，實現各種信令協議的互通和轉換。此層是NGN的核心神經，決定用戶收到的業務，并能控制低層網絡元素對業務流的處理。

4.網絡業務層

網絡業務層主要負責在呼叫建立的基礎上提供各種各樣的增值業務控制邏輯相應的網絡管理及服務，完成增值業務處理。如業務生成、業務邏輯定義和業務編程接口等。此外，業務層還負責業務相關的管理功能，如業務認證和業務計費等。同時提供開放的第三方可編程接口，易于引入新型業務。業務層由一系列的業務應用服務器組成，包括：SCP、AAA服務器、應用服務器、策略服務器。

　NGN的核心技術——軟交換

軟交換技術是實現新一代話音通信及多媒體和數據交互的核心技術。從應用來說,軟交換主要是應用在IP網上的。軟交換用在IP網絡是非常自然的，因為IP網絡所需的呼叫控制與承載連接是分開的。軟交換是下一代網絡呼叫與控制的核心，是NGN體系結構中的關鍵技術，其核心思想是硬件軟件化，通過軟件來實現原來交換機的控制接續和業務處理等功能，各實體間通過標準化協議進行連接和通信，便于在NGN中更快地實現各類復雜的協議，更方便地提供業務。是NGN中語音/數據/視頻業務呼叫、控制、業務提供的核心設備。目前軟交換主要完成以下功能：媒體網關接入功能、呼叫控制功能、業務提供功能、互連互通功能、支持開放的業務/應用接口功能、認證與授權功能、計費功能、資源控制功能和QoS管理功能、協議和接口功能等。

簡單地看，軟交換是實現傳統程控交換機的"呼叫控制"功能的實體，但傳統的"呼叫控制"功能是和業務結合在一起的，由于不同的業務所需要的呼叫控制功能不同，因此要求軟交換提供的呼叫控制功能是各種業務的基本呼叫控制。軟交換的重要特點之一是為三方應用提供平臺,允許用戶對系統進行編程，創建新業務，從而不僅增加了服務種類，而且加快了服務應用速度。另外，軟交換采用了開放式應用程序接口(API)，允許在交換機制中靈活引入新業務。軟交換技術體現了業務/控制與傳送/接入分離的思想，在整個軟交換體系中，完成接續、控制功能的信令協議起到核心作用，決定了業務提供能力的強弱。把傳輸與呼叫控制分離開來，為控制、交換和軟件可編程功能建立了分離的平面，使業務提供者可以自由地將傳輸業務與控制協議結合起來，實現業務轉移,使軟交換能無縫軟統一于通信數據、傳真、視頻等多媒體業務。

軟交換結合了傳統話音網絡的可靠性和IP技術的靈活性、有效性和開放性等優點，使得傳統電信運營商和新興運營商都十分看好這一技術的發展前景。軟交換所面臨的首要的也是最主要的挑戰就是多協議，即軟交換所支持的協議很多，而且這些協議分別來自不同的標準化組織，這為技術研究、設備生產、通信運營等各方面都帶來了很多協調方面的困難。軟交換技術已成為業界的新熱點，它的出現使語音網絡走向開放的新型體系架構。作為下一代網絡交換核心的SoftSwitch，結合了傳統的電話網絡的可靠性和IP技術的靈活性及有效性的優點，是新興運營者進入語音市場的新的技術手段，也是傳統語音網絡向分組語音演進的方式，由其所形成的系列網絡設備將對我國電信網的演進以及利用IP網絡提供豐富的業務起重要的作用，具有廣闊的發展前景。

　NGN的幾個重要協議

在通信系統中，控制是通過協商解決的，相應的就須有協議。在NGN體系結構中，軟交換作為控制中心,正是通過支持MGCP、H.248/MEGACO、SIP等多種協議實現的。

1.MGCP

MGCP是由IETF的MEGACO工作組較早定義的媒體網關控制協議。在軟交換系統中，MGCP主要用于從功能的角度定義軟交換和媒體網關或軟交換與MGCP終端之間的行為,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。它的實現比較簡單，沒有H.248那樣對包和屬性的詳細定義，事件交互的機制也比較簡單。因此，MGCP具有實現簡單等特點，但其互通性和支持業務的能力受到限制。

2.H.248/MEGACO

H.248/MEGACO協議是由IETF的MEGACO工作組制定的,后被ITU-T SG16采納形成了ITU-T H.248建議, 是在MGCP(媒體網關控制協議)協議(RFC2705)的基礎上,結合了其他媒體網關控制協議的一些特點發展而成。此協議提供了控制媒體網關/H.248終端上的媒體/控制流的建立、連接、釋放的命令與保證這些命令執行的機制,同時也可以攜帶一些隨路呼叫信令。 在解決了H.323的復雜，伸縮性差等缺點之后,H.248/MEGACO因其功能靈活、支持業務能力強而受到重視，而且不斷有新的附件補充其能力，得到了廣泛的廠商支持,是目前媒體網關和軟交換之間的主流協議，目前國內通信標準推薦軟交換和媒體網關之間應用H.248協議。

3.SIP

SIP協議是一種基于UDP/IP技術的應用層協議。在RFC2543協議文本上僅對SIP作了應用層的描述，規定了SIP協議可以承載在UDP/IP上，對具體的底層實現技術完全不必理睬。SIP是完全基于文本的明文協議，一切的控制包無須專門的、昂貴的解碼儀表即能人工肉眼看懂。SIP協議非常簡單，僅有6條命令(INVITE、ACK、BYE、CANCEL、OPTION、REGISTER)，返回代碼和HTTP協議基本一樣。SIP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。由于實現起來非常方便，效率高，維護成本也相對較低，據調查、在各大設備制作廠商的開發計劃中,支持SIP協議的廠商正大輻度增加。SIP協議已被廣泛接受為包括3G移動多媒體在內的多媒體業務與應用的核心協議。目前SIP本身的主體協議(RFC2543)已經完成，可以完成大部分的多媒體呼叫控制功能，SIP的補充協議草案在制訂和討論中。

NGN網絡建設中需要關注的問題

任何新技術在開始應用時都不是十全十美的，需要經過試驗發現問題，并加以完善。NGN是一種全新的網絡，其建設必然存在一些問題：

1. 體系結構和協議標準的兼容性與不成熟問題;

2. 沒有令人滿意的網絡控制和端到端的QoS全程保證問題;

3. 業務平臺開發問題;

4. 網絡管理問題;

5. 網絡安全性問題;

6. 如何組建大網問題;

7. 如何實現私網穿透問題;

8. 其它問題，如會晤和呼叫管理(包括用于計費、統計和故障監視的可靠的事件記錄等)，支持緊急呼叫業務和優先服務的機制，API接口技術，IP地址分配等。

這些技術問題都有待我們去進一步研究。NGN網絡與現有網絡的運營模式也有很大區別，這一點非常重要。運營商與設備供應商應當一起冷靜地解決這些問題，并積極進行試驗，不斷加以完善。IETF組織已經提出了多種模型，我們相信開放的網絡體系架構和靈活的業務平臺將是發展的方向。

結束語

NGN技術的出現使得運營商們紛紛開始投入對下一代網絡的研究和試探。國外國內多家運營商正在積極進行NGN網絡實驗和試運營。目前,西門子、阿爾卡特、北電網絡、中興等不少設備供應商都推出了下一代網絡的解決方案?？梢哉f，NGN蘊含著巨大的商業利益，NGN對現有網絡的改造將很大程度上增強網絡的競爭力，同時NGN中的多媒體業務將是各大運營商的利潤增長點。隨著產品、技術、標準和網絡運營的不斷成熟，相信在不久的將來，NGN必然會成為網絡建設的主流。