软交换技术及其应用分析

梁亚宁

(西安铁路职业技术学院，陕西 西安710014)

软交换技术及其应用分析

梁亚宁

(西安铁路职业技术学院，陕西 西安710014)

软交换技术是下一代网NGN的核心技术，其能兼顾各种接入技术，完成多种通信业务的交换。介绍了软交换的概念，分析了软交换技术在网络中的功能；结合软交换的网络结构，分析了不同网络层软交换技术涉及到的主要设备及其相关功能；基于软交换独特的协议功能，分析了软交换的交换原理。软交换技术已经广泛应用于与通信技术相关的各行各业，通过应用实例表明了其技术上的优越性和适用性，充分说明了软交换技术有着不可估量的发展前景。

软交换；软交换网络结构；软交换协议；软交换技术原理；软交换应用

随着通信技术的飞速发展，人们对通信业务的需求不只是电话业务，还有音频、视频、图像和数据等多媒体通信业务。软交换技术继承了传统通信技术中可运营和可管理的理念，同时吸收了IP网灵活、简单和开放的特点，是传统电信技术与IP技术的有机结合，并且是优势互补[1]。传统的电信网是基于电路交换方式的程控交换网络，而下一代话音网则是基于软交换的分组网络。软交换技术兼顾各种接入技术，可以完成多种通信业务的交换。

1 软交换的概念

软交换概念最早起源于美国，它打破了传统的电路交换结构，将传输、呼叫控制和业务控制三大功能之间接口打开，采用开放的接口和通用的协议，形成了一个分布的、多厂家应用的系统结构。其可使业务提供者灵活选择最佳的组合来构建网络，加速新业务的开发、生成和部署，快速实现低成本广域业务覆盖，推进语音和数据的融合。

2 软交换技术的功能

软交换是多种逻辑功能实体的集合，它提供综合业务的呼叫控制、连接和部分业务功能，是下一代电信网语音、数据、视频业务呼叫、控制和业务提供的核心部件，主要功能有以下几个方面。

1)呼叫控制和处理功能。该功能是软交换的重要功能之一，是整个网络的核心，它可为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能；接收来自业务交换功能的监视请求，并对与呼叫相关的事件进行处理；接收来自业务交换的呼叫控制相关信息，支持呼叫的建立和监视；支持两方或多方呼叫控制功能，提供多方呼叫控制功能，包括多方呼叫特殊逻辑关系、呼叫成员的加入、退出、隔离、旁听和混音控制等；识别媒体网关报告的用户摘机、拨号和挂机等事件控制媒体网关向用户发送音信号，如拨号音、振铃音和回铃音等，满足运营商的拨号计划。

2)媒体网关接入功能。

3)协议功能。支持相应标准协议，包括H.248、SCTP、H.232、SNMP和SIP等。

4)业务提供功能。可提供各种通用的或个性化的业务。

5)互通功能。可通过各种网关实现与响应设备的互通。

6)资源管理功能。对系统中的各种资源进行集中管理，如资源的分配、释放和控制。

7)计费功能。根据运营需求将话单传送至计费中心。

8)认证/授权功能。可进行认证与授权，防止非法用户或设备接入。

9)地址解析和语音处理功能。

软交换的功能是在媒体设备和媒体网关的配合下，通过计算机编程软件来实现对各种媒体流进行协议转换，并基于分组网络(IP/ATM)的架构实现IP网、ATM网和PSTN网等的相互连接，以提供和电路交换方式具有相同功能并便于业务增值和灵活伸缩的功能。

3 软交换网络结构及设备

软交换系统由多种设备构成(见图1)，主要包括软交换设备、中继网关、信令网关、接入网关、媒体服务器和应用服务器等网络侧设备，以及IAD和SIP终端等终端侧设备，软交换系统设备包括业务层、控制层、传输层和接入层[2]。

图1 软交换系统设备

1)业务层设备主要包括业务控制点SCP、数据库、AAA服务器、应用服务器和策略服务器。业务控制点SCP和应用服务器等构成业务平台，完成新业务生成和提供功能；AAA(认证、授权和计费)服务器、大容量分布式数据库和策略服务器等是系统的主要支撑设备，为软交换系统的运行提供必要的支持。

2)控制层设备主要是软交换机。软交换机是网络中的核心控制设备，其主要设计思想是业务控制与传送接入相分离，各实体之间通过标准的协议进行连接和通信。

3)传输层设备包括IP路由器和ATM交换机等分组网核心设备。新一代路由器使用转发缓存来简化分组的转发操作。ATM(即异步传输模式)是一种面向连接的快速分组交换技术，建立在异步时分复用基础上，并使用固定长度的信元，支持包括数据、语音和图像在内的各种业务的传送。ATM技术具有电路交换和分组交换的双重性。

4)接入层设备主要包括媒体网关、接入网关、中继网关、信令网关、综合接入设备IAD和IP终端等。

4 软交换主要协议

接口代表着相邻2个网络实体间的连接点，而协议则是这些接口上交换信息需要遵守的规则。在不同的接口上往往会使用不同的协议，同一个接口上也可能使用不同的协议。

软交换协议实体包括MGCP、H.248、SCTP 、M2UA、M3UA、ISUP、TUP、SIP、H.323、BICC、RADIUS、INAP和SNMP等。软交换网络的接口协议如图2所示。

图2 软交换网络的接口协议

按照功能和特点来分，NGN协议可以分为呼叫控制协议、传输控制协议、媒体控制协议、业务应用协议和维护管理协议等。呼叫控制协议包括BICC(承载无关呼叫控制协议)、SIP-T、H.323、ISUP、TUP、Q.931和QSIG；传输控制协议包括SIGTRAN、SCTP、TCAP、SCCP、IUA、M3UA、MTP3、RTP、RTCP、TCP、UDP、IP和ATM；媒体控制协议包括H.248/MEGACO、SIP和MGCP(媒体网关控制协议)；业务应用协议包括ParLay、JAIN、INAP、MAP、LDAP和RADIUS；维护管理协议包括SNMP和COPS(公共开放策略服务)协议。

5 软交换技术原理

软交换技术是为了构建一个“全业务网”，即在同一个网上实现语音、数据和多媒体视频流业务的融合。为了实现这个目的，其将呼叫控制和业务功能在功能实体上进行了分离。软交换技术的基本设计原理是创建一个具有很好的伸缩性、接口标准性和业务开放性等特点的分布式软件系统，其不仅要完成对呼叫的控制和媒体连接的管理，而且要为业务层提供对底层平台的能力抽象，决定上层业务的种类与数量。

为了实现呼叫控制功能与具体的网络实现无关，应先进行协议转换的操作，然后将呼叫控制消息转换为抽象的中间消息进行统一处理，上层软件看到1条呼叫建立的消息时，只需要根据呼叫处理流程进行下一步处理即可。

6 软交换技术的应用

与电路交换相比，应用软交换技术成本低，性能价格比每年可提高60%～80%。该技术已广泛应用到电信业务中。

6.1 在语音转接业务和语音直接接入业务中的应用

现阶段，语音业务仍旧在通信业务中占据主导地位，也是各电信运营商盈利的主要来源。软交换网要实现多业务的融合，应能够提供至少与PSTN相同的语音业务。各设备厂商也将对语音业务的支持列为首要任务。

语音转接业务由软交换网中的虚拟中继业务提供，实际上是利用软交换网转接PSTN端局之间的语音业务，此时软交换网的功能类似于PSTN中的汇接局或长途局的功能。软交换网中应配置TG、SG和软交换机设备，若仅提供与PSTN相同的语音转接业务，则不需要单独的应用服务器。呼叫控制和业务的实现均是由软交换机来完成。

语音直接接入业务要求软交换网具备PSTN本地端局的功能。软交换网中为直接接入用户应配置AG和/或IAD设备与PSTN相连，另外还需配置TG和SG设备。目前，各软交换设备供应商提供的系统均已能够提供基本的语音直接接入业务，对于PSTN智能网实现的各种语音增值业务，各厂家提供的软交换系统也是通过智能网方式来实现的，此时的软交换机具备SSP功能、触发智能网业务以及访问智能网的SCP。

6.2 在IP话吧业务中的应用

在IP话吧业务中的应用如图3所示。由于宽带固话的方便性，可在有宽带的地方大力发展IP话吧业务。与经营公话的话吧合作，采用宽带固话方案，可同时上网和打电话。

图3 在IP话吧业务中的应用

6.3 在城轨公务电话网中的应用

采用软交换技术构建城轨公务电话网。建立承载公务电话的计算机网络，即在控制中心、车辆段和各车站建立承载公务电话的IP局域网(LAN)，并利用MSTP/SDH或MSTP/RPR城轨专用传输网的IP带宽资源，连接控制中心、车辆段和各车站IP局域网，组成承载公务电话的IP广域网。在控制中心和车辆段的IP局域网中配置软交换设备、应用服务器、网关服务器与接入网关等，在控制中心、车辆段与各车站IP局域网中配置用户接入网关连接用户分机，从而构成城轨公务电话网[3]。城轨公务电话网如图4所示，图4中SS1b为软交换设备，MSG为综合媒体网关，MSAG为综合业务接入网关，APPS为应用服务器，N31为综合网关服务器。

图4 城轨公务电话网

6.4 在移动3G网络中的应用

无论是WCDMA还是CDMA2000，其发展目标均是在核心网络实现语音和数据业务的统一承载和交换，软交换技术无疑将是一种较好的选择。在3G网络中，原MSC将裂变为MSC-GW和MSC-SERVER，MSC-GW完成媒体网关的功能，MSC-SERVER完成软交换机的功能。IP网络作为3G网络的统一语音和数据媒体流的承载网络，实现各种业务数据流的融合。

6.5 在电力通信网中的应用

电力通信网中的电话网拥有电力系统独有的载波电话网络，并且是以IP协议为基础的分组网络。应用软交换技术可以提供支持多种信令协议的接口，很好地实现电话网和计算机网之间的信令互通及不同网关的互操作，可使计算机网络更方便地对电话网进行管理和支持，同时电话网也可以和计算机网络配合，更好地提供服务。

7 结语

目前，软交换技术是下一代网络的关键性技术，是通信技术的研究热点，国内外很多的科研和生产机构都在从事这方面的研究。软交换技术对PSTN向分组网络的过渡提供无缝连接，在公用电话网、专用电话网、电力通信网和IP等多种网络都已经应用。软交换技术仍然存在很多问题，还需要做进一步的研究。

[1] 范兴娟.程控交换与软交换技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2011.

[2] 杨芳春.软交换与IMS技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2007.

[3] 李伟章.城市轨道交通通信[M].北京：中国铁道出版社，2013.

责任编辑马彤

SoftSwitchingTechnologyandItsApplicationAnalysis

LIANG Yaning

(Xi′an Institute of Railway Technology, Xi′an 710014, China)

Soft switching technology is the core technology of the next generation network NGN, which can take into account of all kinds of access technology, switching to complete a variety of communication services. This paper firstly introduces the concept of soft switch, analyzed the function of soft switch technology in network; combined with the network structure of the soft switch, this paper analyzed the different main network equipment relates to a layer of soft switch technology and related functions; unique protocol based on soft switch function, the paper also analyzes the exchange principle of soft switch. Soft switching technology is widely used in communication technologies involved in all walks of life, based on the example of a variety of applications, embodied the superiority and applicability on its technology, fully shows that the soft switching technology is the development prospects of inestimable.

soft switch, soft switch network structure, soft switch protocol，soft switch principle，application of soft switch

TN 916.4

：A

梁亚宁(1974-)，女，讲师，工程师，主要从事交换技术等方面的研究。

2014-07-24