軟交換技術

軟交換技術白皮書

前言

　　自從第一款產品在電信市場上成功推出以來，“軟交換”這個概念已經成為電信行業(yè)中倍受青睞的時髦用語。由于既能執(zhí)行與基于硬件的傳統(tǒng)電話交換機相同的功能，又能同時處理IP通信，軟交換技術承諾可提供許多優(yōu)勢，如輕松整合電路交換和分組交換、降低網絡成本以便運營商更快獲得收入。

　　隨著通信網絡技術的飛速發(fā)展，人們對于寬帶及業(yè)務的要求也在迅速增長，為了向用戶提供更加靈活、多樣的現(xiàn)有業(yè)務和新增業(yè)務，提供給用戶更加個性化的服務，提出了下一代網絡的概念，且目前各大電信運營商已開始著手進行下一代通信網絡的實驗。軟交換技術又是下一代通信網絡解決方案中的焦點之一，已成為近年來業(yè)界討論的熱點話題。我國網絡與交換標準研究組已經完成了有關軟交換體系的總體技術要求框架，863計劃也對有關軟交換系統(tǒng)在多媒體和移動通信和有線通信系統(tǒng)方面的研究課題進行了立項。

概念的提出及定義

　　軟交換的概念最早起源于美國。當時在企業(yè)網絡環(huán)境下，用戶采用基于以太網的電話，通過一套基于PC服務器的呼叫控制軟件（CallManager、CallServer），實現(xiàn)PBX功能（IPPBX）。對于這樣一套設備，系統(tǒng)不需單獨鋪設網絡，而只通過與局域網共享就可實現(xiàn)管理與維護的統(tǒng)一，綜合成本遠低于傳統(tǒng)的PBX。由于企業(yè)網環(huán)境對設備的可靠性、計費和管理要求不高，主要用于滿足通信需求，設備門檻低，許多設備商都可提供此類解決方案，因此IP PBX應用獲得了巨大成功。受到IP PBX成功的啟發(fā)，為了提高網絡綜合運營效益，網絡的發(fā)展更加趨于合理、開放，更好的服務于用戶。業(yè)界提出了這樣一種思想：將傳統(tǒng)的交換設備部件化，分為呼叫控制與媒體處理，二者之間采用標準協(xié)議（MGCP、H248）且主要使用純軟件進行處理，于是，SoftSwitch（軟交換）技術應運而生。

　　軟交換概念一經提出，很快便得到了業(yè)界的廣泛認同和重視，ISC（International Soft Switch Consortium）的成立更加快了軟交換技術的發(fā)展步伐，軟交換相關標準和協(xié)議得到了IETF、ITU－T等國際標準化組織的重視。

　　根據(jù)國際Softswitch論壇ISC的定義，Softswitch是基于分組網利用程控軟件提供呼叫控制功能和媒體處理相分離的設備和系統(tǒng)。因此，軟交換的基本含義就是將呼叫控制功能從媒體網關（傳輸層）中分離出來，通過軟件實現(xiàn)基本呼叫控制功能，從而實現(xiàn)呼叫傳輸與呼叫控制的分離，為控制、交換和軟件可編程功能建立分離的平面。軟交換主要提供連接控制、翻譯和選路、網關管理、呼叫控制、帶寬管理、信令、安全性和呼叫詳細記錄等功能。與此同時，軟交換還將網絡資源、網絡能力封裝起來，通過標準開放的業(yè)務接口和業(yè)務應用層相連，可方便地在網絡上快速提供新的業(yè)務。

網絡結構

　　軟交換是下一代網絡的核心設備之一，各運營商在組建基于軟交換技術的網絡結構時，必須考慮到與其它各種網絡的互通。在下一代網絡中，應有一個較統(tǒng)一的網絡系統(tǒng)結構。軟交換位于網絡控制層，較好地實現(xiàn)了基于分組網利用程控軟件提供呼叫控制功能和媒體處理相分離的功能。

　　軟交換與應用/業(yè)務層之間的接口提供訪問各種數(shù)據(jù)庫、三方應用平臺、功能服務器等接口，實現(xiàn)對增值業(yè)務、管理業(yè)務和三方應用的支持。其中：軟交換與應用服務器間的接口可采用SIP、API，如Parlay，提供對三方應用和增值業(yè)務的支持；軟交換與策略服務器間的接口對網絡設備工作進行動態(tài)干預，可采用COPS協(xié)議；軟交換與網關中心間的接口實現(xiàn)網絡管理，采用SNMP；軟交換與智能網SCP之間的接口實現(xiàn)對現(xiàn)有智能網業(yè)務的支持，采用INAP協(xié)議。

　　通過核心分組網與媒體層網關的交互，接收處理中的呼叫相關信息，指示網關完成呼叫。其主要任務是在各點之間建立關系，這些關系可以是簡單的呼叫，也可以是一個較為復雜的處理。軟交換技術主要用于處理實時業(yè)務，如話音業(yè)務、視頻業(yè)務、多媒體業(yè)務等。

　　軟交換之間的接口實現(xiàn)不同與軟交換之間的交互，可采用SIP－T、H．323或BICC協(xié)議。

設計原理及其目標

　　軟交換技術是一個分布式的軟件系統(tǒng)，可以在基于各種不同技術、協(xié)議和設備的網絡之間提供無縫的互操作性，其基本設計原理是設法創(chuàng)建一個具有很好的伸縮性、接口標準性、業(yè)務開放性等特點的分布式軟件系統(tǒng)，它獨立于特定的底層硬件/操作系統(tǒng)，并能夠很好地處理各種業(yè)務所需要的同步通信協(xié)議，在一個理想的位置上把該架構推向摩爾曲線軌道。并且它應該有能力支持下列基本要求：

　?。?）獨立于協(xié)議和設備的呼叫？熏設備的呼叫處理和/同步會晤管理應用的開發(fā)。

　?。?）在其軟交換網絡中能夠安全地執(zhí)行多個第三方應用而不存在由惡意或錯誤行為的應用所引起的任何有害影響。

　?。?）第三方硬件銷售商能增加支持新設備和協(xié)議的能力。

　?。?）業(yè)務和應用提供者能增加支持全系統(tǒng)范圍的策略能力而不會危害其性能和安全。

　?。?）有能力進行同步通信控制，以支持包括帳單、網絡管理和其他運行支持系統(tǒng)的各種各樣的后營業(yè)室系統(tǒng)。

　?。?）支持運行時間捆綁或有助于結構改善的同步通信控制網絡的動態(tài)拓撲。

　　（7）從小到大的網絡可伸縮性和支持徹底的故障恢復能力。

　　軟交換的實現(xiàn)目標是在媒體設備和媒體網關的配合下，通過計算機軟件編程的方式來實現(xiàn)對各種媒體流進行協(xié)議轉換，并基于分組網絡（IP/ATM）的架構實現(xiàn)IP網、ATM網、PSTN網等的互連，以提供和電路交換機具有相同功能并便于業(yè)務增值和靈活伸縮的設備。

軟交換究竟是什么

　　什么是軟交換？在詢問這樣的問題時，我們經常會得到一系列特征的描述：它是NGN的核心，它具有開放的架構，它能夠實現(xiàn)呼叫控制與媒體傳輸分離……

　　思科系統(tǒng)亞太區(qū)NGN/VoIP首席技術顧問殷康認為，盡管“軟交換”是目前NGN討論的熱點，但是人們對它的概念仍然有些似是而非。他說：“‘軟交換’這個術語可以說是從Softswitch翻譯而得。Softswitch這一術語借用了傳統(tǒng)電信領域PSTN網中的‘硬’交換機‘switch’的概念，所不同的是強調其基于分組網上呼叫控制與媒體傳輸承載相分離的含義。國內一開始有人將Softswitch譯為‘軟交換’。但是‘軟交換’這個翻譯術語含義不夠十分明晰，單從字面上看很難使人理解它究竟是設備系統(tǒng)概念還是體系概念。”

　　殷康指出，我國電信業(yè)歷來將名詞屬性的、設備概念范疇的switch譯為“交換機”，而將動名詞屬性的switching 譯為“交換”。X25 switch譯為X25交換機，ATM switch譯為ATM交換機，L2/L3 switch 譯為二層/三層交換機。因此他建議，為學術研討的嚴肅性，應該將softswitch更為確切地譯為“軟交換機”。這只是翻譯概念上的問題。不過從某一方面來說，對于軟交換概念的模糊，也反映了產業(yè)界對于軟交換認識上在某些方面依舊存在偏差，存在著過分強調某一方面的能力，或者是過分夸大了軟交換功能的情況。甚至可以說在很長的一段時間，軟交換被人為地“神話”了，它被認為是一種代表著通信行業(yè)的未來，似乎無所不能的技術。

　　軟交換是一種正在發(fā)展的概念，包含許多功能。其核心是一個采用標準化協(xié)議和應用編程接口（API）的開放體系結構。這就為第三方開發(fā)新應用和新業(yè)務敞開了大門。軟交換體系結構的其它重要特性還包括應用分離（de-couplingof applications）、呼叫控制和承載控制。

　　軟交換是一種功能實體，為下一代網絡NGN提供具有實時性要求的業(yè)務的呼叫控制和連接控制功能，是下一代網絡呼叫與控制的核心。

　　簡單地看，軟交換是實現(xiàn)傳統(tǒng)程控交換機的“呼叫控制”功能的實體，但傳統(tǒng)的“呼叫控制”功能是和業(yè)務結合在一起的，不同的業(yè)務所需要的呼叫控制功能不同，而軟交換是與業(yè)務無關的，這要求軟交換提供的呼叫控制功能是各種業(yè)務的基本呼叫控制。

體系思想的基本要素

　　軟交換技術區(qū)別于其它技術的最顯著特征，也是其核心思想的三個基本要素是：

　　1）開放的業(yè)務生成接口。

　　軟交換提供業(yè)務的主要方式是通過API與“應用服務器”配合以提供新的綜合網絡業(yè)務。與此同時，為了更好地兼顧現(xiàn)有通信網絡，它還能夠通過INAP與IN中已有的SCP配合以提供傳統(tǒng)的智能業(yè)務。

　　2）綜合的設備接入能力。

　　軟交換可以支持眾多的協(xié)議，以便對各種各樣的接入設備進行控制，最大限度地保護用戶投資并充分發(fā)揮現(xiàn)有通信網絡的作用。

　　3）基于策略的運行支持系統(tǒng)。

　　軟交換采用了一種與傳統(tǒng)OAM系統(tǒng)完全不同的、基于策略（Policy－based）的實現(xiàn)方式來完成運行支持系統(tǒng)的功能，按照一定的策略對網絡特性進行實時、智能、集中式的調整和干預，以保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

　　作為分組交換網絡與傳統(tǒng)PSTN網絡融合的全新解決方案，軟交換將PSTN的可靠性和數(shù)據(jù)網的靈活性很好地結合起來，是新興運營商進入話音市場的新的技術手段，也是傳統(tǒng)話音網絡向分組話音演進的方式。目前在國際上，軟交換作為下一代網絡（NGN）的核心組件，已經被越來越多的運營商所接受和采用。

架構的主要組成

　　目前比較普遍的看法認為，軟交換系統(tǒng)主要應由下列設備組成：

　　1）軟交換控制設備（Softswitch Control Device）這是網絡中的核心控制設備（也就是我們通常所說的軟交換）。它完成呼叫處理控制功能、接入協(xié)議適配功能、業(yè)務接口提供功能、互連互通功能、應用支持系統(tǒng)功能等。

　　2）業(yè)務平臺（Service Platform）完成新業(yè)務生成和提供功能，主要包括SCP和應用服務器。

　　3）信令網關（Signaling Gateway）目前主要指七號信令網關設備。傳統(tǒng)的七號信令系統(tǒng)是基于電路交換的，所有應用部分都是由MTP承載的，在軟交換體系中則需要由IP來承載。

　　4）媒體網關（Media Gateway）完成媒體流的轉換處理功能。按照其所在位置和所處理媒體流的不同可分為：中繼網關（Trunking Gateway）、接入網關（Access Gateway）、多媒體網關（Multimedia Service Access Gateway）、無線網關（Wireless Access Gateway）等。

　　5）IP終端（IP Terminal）目前主要指H.323終端和SIP終端兩種，如IP PBX、IP Phone、PC等。

　　6）其它支撐設備。如AAA服務器、大容量分布式數(shù)據(jù)庫、策略服務器（Policy Server）等，它們?yōu)檐浗粨Q系統(tǒng)的運行提供必要的支持。

軟交換的技術定義

　　軟交換的技術定義可以描述為：

　　· 它是一種提供了呼叫控制功能的軟件實體；

　　·它支持所有現(xiàn)有的電話功能及新型會話式多媒體業(yè)務；

　　·它采用標準協(xié)議（如SIP、H.323、MGCP、MEGACO/H.248、SIGTRAN以及各種其它的數(shù)據(jù)及ITU協(xié)議）；

　　·它提供了不同廠商的設備之間的互操作能力

　　·它與下列一種或多種組件配套使用

　　·媒體網關

　　·信令網關

　　·特性服務器（例如提供CLASS業(yè)務）

　　·應用服務器（例如提供多媒體業(yè)務）

　　·媒體服務器（如提供數(shù)據(jù)流媒體、會議和廣告等業(yè)務）

　　·管理、供應和收費/計費接口。

　　也許從業(yè)務角度來看，可以給出一個更形象的定義：

　　軟交換是一種針對與傳統(tǒng)電話業(yè)務和新型多媒體業(yè)務相關的網絡和業(yè)務問題的解決方案。它能夠減少資本和運營支出，提高收入。

軟交換與NGN（1）

　　中國電信集團公司總工程師韋樂平指出，泛義的NGN包容了所有新一代網絡技術，狹義的NGN就是指軟交換。在國內，人們往往把NGN與軟交換聯(lián)系在一起，甚至將它們等同起來。實際上，由國際上有關NGN的研究與行動可以看出，NGN包含的內容非常廣泛。

　　1996年，美國政府與大學分別牽頭提出下一代Internet行動計劃（NGI）與Internet2。另外，國際上還有很多政府部門、行業(yè)團體、標準化組織等機構參與的NGN行動計劃，如IETF的下一代IP、3GPP與UMTS論壇的下一代移動通信、加拿大的CANET3、歐盟的NGN行動計劃等。這些NGN計劃與行動很多與軟交換沒有什么關系，它們有的是專門研究本領域的網絡技術發(fā)展（例如IETF的“下一代IP”研究的是如何從IPv4向IPv6過渡），有的則是包容了多種網絡技術與應用的綜合研究項目。

　　當然，國際上也有一些專門研究針對話音網的下一代組網技術，例如Telcordia（原Bellcore）提出的基于軟交換的NGN方案。但是說NGN就是軟交換，無疑是很值得商榷的。根據(jù)國內目前所提出的NGN解決方案，作為其最重要的特征之一，軟交換平臺的開放性可以為運營商提供一個靈活快捷的新業(yè)務開發(fā)模式，讓NGN真正成為業(yè)務驅動的網絡。

　　“但是軟交換并不就是NGN，甚至可以說，軟交換不一定就是NGN的核心技術。”國家IP與多媒體標準研究組主席蔣林濤指出。他認為：“NGN涉及的核心技術存在兩個層次：一個是承載網層面，備選的核心技術有TDM、ATM、IP等，軟交換并不在其中；一個是業(yè)務網層面，軟交換技術將發(fā)揮核心的作用。”未來VoIP的核心技術將是軟交換。軟交換是NGN中語音部分，即下一代電話業(yè)務網（包括固定網、移動網）中的核心技術，但是NGN所要承載的業(yè)務模式今天還不是很清楚，我們很難斷定VoIP就是未來NGN的核心通信業(yè)務。因此有業(yè)內人士認為，不能簡單地斷定，軟交換就是NGN的核心技術。

軟交換與NGN（2）

　　那么認為NGN就是軟交換，或是NGN寄希望于單一的“軟交換”綜合性設備，會帶來什么樣的后果呢？殷康認為，這勢必會造成NGN解決方案缺乏可行的整體系統(tǒng)網絡效益和目標，使得NGN的思考和討論局限于單一類別設備以及相關技術的局部結構體系和范疇。更嚴重的是，“軟交換”的設備特征和技術特征自身只能提供非常有限的“網絡”概念和功能，這很可能造成NGN的組網方式和其總體網絡體系結構成為無解之惑。

　　有資料指出，目前美國的Bell Atlantic、Level3、英國電信、英國大東、德國電信、日本NTT等很多運營商都開展了NGN試驗，也取得了一些階段性的成果。由于軟交換本身的成熟性，它們的試驗絕大部分限于軟交換的匯接功能，能夠提供一些簡單的多媒體業(yè)務，但大部分都是單域的小規(guī)模的網路。

　　UT 斯達康首席科學家楊景認為，NGN的核心應該體現(xiàn)在跨網絡業(yè)務上，而不是開放業(yè)務接口。他說：“與其說NGN是一個交換網，還不如說它是一個基于IP基礎設施的業(yè)務網。”目前，中國電信軟交換試驗網的技術也要求在 CLASS4（長途鏈路）以及 CLASS5（ 接入層）都實現(xiàn)軟交換機制。

　　“軟交換機體現(xiàn)的是通過媒體控制協(xié)議MGCP/H248技術來實現(xiàn)呼叫控制與媒體傳輸相分離的思想，軟交換機概念的提出使NGN的語音業(yè)務功能和與傳統(tǒng)PSTN網的交換機功能可以完全透明地兼容，從根本上確保了IP電話技術能夠完全替代PSTN網絡中的交換機，” 殷康說，“軟交換機是NGN的重要組成部分，但它更多的是關注在IP網中呼叫控制功能的設備和系統(tǒng)，其本身并不能構成特別的整體組網技術機制和網絡體系構架。完全圍繞軟交換機為核心進行相互聯(lián)接的組網方式沒有太大試驗和探討價值。它限定了NGN只能是軟交換機靜態(tài)配置的、互為聯(lián)接的，也即是所謂全平面網的‘無網模式’。”

　　殷康認為，‘無網模式’的NGN體系結構只能支持一個或幾個軟交換機，沒有可擴展性也沒有靈活性，是不適合規(guī)模運營的。軟交換機必須具有與“網絡”相聯(lián)的能力。這個“網絡”就是NGN的多媒體信令網。他說：“軟交換機之間通過NGN多媒體信令不僅可以保障無限的可擴展性，選路結構的動態(tài)和靈活性，還真正實現(xiàn)了‘網絡就是交換機’的目標。”

　　“下一代網的組網是采用分層的多媒體信令網和平坦的媒體流結構，多媒體信令網通過多媒體信令協(xié)議體系和多媒體信令傳送點網元來實現(xiàn)。由于多媒體信令網的主要功能不涉及媒體控制，所以，一般不由軟交換機組成，而是由專門的多媒體信令服務器來構成。” 殷康說，“真正意義的下一代網既需要智能端點業(yè)務的創(chuàng)新繁榮，又需要其系統(tǒng)可規(guī)模經營管理。就目前的技術成熟和發(fā)展來看，ITU-H323協(xié)議、IETF-SIP協(xié)議和MGCP/H248協(xié)議為特征的軟交換機等三種技術都是IP電話通信和下一代網的實現(xiàn)手段。這三種技術各有區(qū)別和特長需要相輔相成，只有采用融合三種技術的網絡架構體系和實現(xiàn)手段，才為上策。”

　　許多學者很早以前就指出，軟交換機也可以看成是在H323和SIP體系下，智能網關分解的結果。它在下一代網中承擔著區(qū)域或端局系統(tǒng)平臺的重任，肩負著同時控制網絡接入話務和控制PSTN網絡邊緣互聯(lián)話務的功能。但是，軟交換機仍然需要其他關鍵技術和設備來協(xié)同工作以確?？尚械腝oS和網絡安全方案。軟交換機提供現(xiàn)有電路交換機的各種語音業(yè)務，并支持語音、數(shù)據(jù)、視頻融合的多媒體端點新業(yè)務和多樣化的第三方業(yè)務（包括視頻電話，視頻電話會議，PC-Phone），但軟交換機并不應看成是通用的數(shù)據(jù)、視頻業(yè)務和應用的控制平臺。因此，只有對軟交換機在NGN中給予適當?shù)亩ㄎ?，使其擔當恰如其分的角色，才是發(fā)揮其在NGN中重要和關鍵的功能的正確方法。

軟交換的驅動優(yōu)勢

　　降低成本

　　今天的大多數(shù)網絡運營商最為關注的是保證其現(xiàn)有業(yè)務的安全。在近期內，話音和撥號業(yè)務仍是他們的主要收入來源，且流量還會繼續(xù)增長。雖然寬帶接入正在增長，但在大多數(shù)市場中仍然非常有限。與此同時，解除管制和競爭導致價格下降并侵蝕了運營商的利潤。這些因素，再加上資金有限，迫使運營商不得不降低運營和資本開支（OPEX和CAPEX）。

　　然而在實現(xiàn)這些節(jié)約的過程中，運營商投資于未來技術顯然比利用現(xiàn)有技術優(yōu)化網絡更好一些，雖然許多情況下后者也能夠實現(xiàn)類似的節(jié)約。這一決策主要是從商業(yè)而非技術方面考慮的。

　　新的收入

　　只降低成本還遠遠不夠。雖然通過提供傳統(tǒng)業(yè)務來降低成本可以帶來保護運營商的利潤，但是創(chuàng)造和部署能夠產生收入的新業(yè)務才是固定電話業(yè)務提供商得以生存的關鍵。從圖1中的圖表可以看出，固定電話收入正在“縮水”。

　　基本業(yè)務（如添加/取消媒體、演示、消息傳遞、以及媒體組合等）將被整合，從而為最終用戶提供可以任何接入形式訪問的會話式多媒體業(yè)務。這些業(yè)務可能包括視頻會議、可視電話、話音增強式游戲以及由用戶控制的呼叫處理等。

　　一種改良方法

　　目前的普遍觀點認為：網絡運營商的發(fā)展方向將是基于分組交換的多業(yè)務網絡環(huán)境，由軟交換提供呼叫和會話控制。

　　然而，在目前的商業(yè)形勢下，向軟交換環(huán)境融合存在著巨大的挑戰(zhàn)。如果現(xiàn)有基礎設施不能有效滿足其目標應用和客戶的需求，它根本不可能存在。任何替代技術都必須能夠與現(xiàn)有解決方案一樣、或更出色地處理某一應用－－在功能和/或價格方面更具優(yōu)勢。另外，新的業(yè)務模式必須證明能夠滿足對現(xiàn)有技術所支持業(yè)務的需求。但是，由于電話仍然是運營商的主要收入來源，所以不能提供全套PSTN業(yè)務和電信級服務質量（QoS）的PSTN替代解決方案不能獲得采用。運營商們不能拿自己的電話客戶和收入去冒險。

　　通信服務提供商需要采取漸進式發(fā)展方法，把軟交換技術作為經濟高效的寬帶多業(yè)務網絡的一部分進行部署。