软交换系统呼叫处理分析

牛凯廷 康京山

摘要：介绍了软交换系统的概念、体系结构及软交换系统业务灵活、开放性好和不受地域限制的特点，对软交换系统的呼叫处理原理和呼叫流程中的信令交互过程进行了深入的研究，分析了呼叫处理流程中用户注册、用户注销和用户之间基本呼叫的建立过程，在软交换系统的工程设计、系统联调联试和关键问题处理方面具有十分重要的现實意义和实用价值。

关键词：软交换；呼叫处理；呼叫流程

中图分类号：TP39文献标志码：A文章编号：1008-1739（2018）07-58-4

Analysis on Call Processing of Soft-switch System

NIU Kaiting， KANG Jingshan

（The 54th Research Institute of CETC， Shijiazhuang Hebei 050081， China）

0引言

现代化科学技术的迅速发展促使各个领域的技术都在不断地更新，NGN领域的软交换技术正在迅猛地发展并被广泛地应用。软交换系统是固定电话网向NGN平滑过渡的核心系统[1]，采用先进的软交换技术，利用软件功能实现呼叫控制与媒体传输分离，使系统的控制层面与媒体层面相对独立。

1软交换系统

1.1概念

软交换的基本含义是将呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，通过软件来实现基本呼叫控制功能，包括连接控制、呼叫选路、网关管理和信令交互等功能，从而实现媒体数据传输与呼叫控制的分离[2]。同时，软交换系统为业务应用层提供标准的开放接口，以便于新型业务的扩展。

1.2体系结构

软交换系统的体系结构从下至上依次为边缘接入层、网络交换层、核心控制层和业务应用层4个层次[3]，如图1所示。

①边缘接入层：为多种类型的终端用户提供有线或无线的方式接入软交换系统核心交换网络，并利用接入层语音网关设备进行语音信息的格式转换，使其适于在IP网络中传输；

②网络交换层：软交换系统的核心交换网，是软交换系统中多种媒体数据可靠传输的综合平台；

③核心控制层：实现软交换系统的实时呼叫控制和连接控制功能，并将呼叫控制与媒体业务分离；

④业务应用层：提供开放式的标准接口，能够快速高效地提供新型增值业务。

1.3特点

软交换系统的主要特点：

①业务灵活性：软交换系统可灵活有效地提供业务需求。在业务层，用户可以自行配置和定义自己的业务特征，不必考虑承载业务的网络形式以及终端类型，在业务和应用的提供上有较大的灵活性[4]。

②开放性：提供开放的标准业务接口，可供二次开发。

③无地域性：同一软交换系统下的用户不受地域限制，只要用户部署位置的网络路由可达，就可以实现用户的接入和互通。

2数据处理分析

软交换系统的数据处理分析包括呼叫处理的原理分析和SIP用户的呼叫流程分析。①呼叫处理分析从语音信号的模数转换开始，依次进行数据包的压缩封装、路由选择和解压重组，最后经过数模转换，将IP数据包还原为语音信号，送达目的用户[5]；②在SIP呼叫流程中，主要对SIP用户的注册流程、注销流程和基本呼叫建立的过程进行了详细分析。

2.1呼叫处理原理分析

呼叫处理原理如图2所示。

用户A要与用户B互通语音，具体分析如下。

①模数转换：用户A的语音首先在软交换系统边缘接入层的语音网关设备上进行模数转换，将语音模拟信号按照相应的编码格式转化为数字信号[6]；

②压缩封装：模数转换后，语音网关设备将编码后的数字信号按照特定的帧长进行压缩打包，并将其组装成适合在IP网上传输的IP分组数据包；

③路由选择：在核心网中，网络设备根据IP分组数据包中的路由信息进行选路，将IP报文送至目的语音网关设备；

④解压重组：当IP数据包到达目的语音网关设备后，语音网关设备根据IP数据包序号等相关信息按照发送时的顺序进行解压重组；

⑤数模转换：语音网关设备通过相应的解码规则对其进行解码，还原出语音包，通过终端设备送至用户B。

这样用户A的语音信号，经过模数转换、压缩封装、路由选择、解压重组和数模转换，最终将语音信号送达目的用户B。

2.2 SIP呼叫流程分析

在软交换系统中，边缘接入层的设备主要使用媒体网关控制协议（H.248和MGCP）和会话初始化协议（SIP）与软交换服务器进行信令交互，主要包括网关设备注册、注销，呼叫建立及释放等过程。在网络线路均正常的情况下，以SIP协议为例，对呼叫流程进行了详细分析。

2.2.1注册流程分析

以软交换系统中综合接入网关（Integrated Access Gateway，IAD）为例，分析IAD向软交换服务器（softX Server）申请注册的流程，SIP注册流程如图3所示。

IAD注册过程分析如下：

①IAD开机或重启后，首先向软交换服务器发送注册请求信息Register（1），注册信息中包括软交换服务器的IP地址、SIP协议的版本号、IAD的设备标识和密码。

②软交换服务器收到申请注册信息后，对申请信息进行验证。若IAD申请的服务器地址不正确，则本端提示申请超时或服务器地址不可达；若申请设备的标识或密码不正确，则返回未授权质疑信息Unauthorized（2）。

③IAD收到质疑信息后，提示输入正确的设备ID和密码，然后再次申请注册Register（3）。

④软交换服务器收到注册信息，通过验证后，向IAD返回注册成功信息OK（4）和注册有效期。

至此，综合接入设备IAD经过4个信令交互过程，完成了在软交换服务器上的注册。

2.2.2注销流程分析

以IAD为例，分析边缘接入层设备向软交换服务器申请注销的流程，SIP注销流程如图4所示。

SIP注銷过程分析如下：

①IAD首先向软交换服务器发送注销请求信息Register（1），并将注册有效期填写为0（expired 0）；

②软交换服务器收到IAD的注销请求后，将其在本地数据库中的有关信息注销，并返回注销成功信息OK（2）。至此，IAD经过2个信令交互过程，完成了在软交换服务器上的注销。

2.2.3基本呼叫流程分析

以IAD为例，分析IAD-A下的话机A向IAD-B下的话机B发起呼叫、并由话机B结束呼叫的基本流程，分析SIP信令的交互过程，SIP基本呼叫流程如图5所示。

SIP基本呼叫流程分析如下：

①话机A作为主叫，首先话机A摘机，为IAD-A送摘机信令Off-Hook（1）；

②IAD-A将话机A的摘机信令Off-Hook（2）转发为softX Server；

③softX Server收到主叫的摘机信令后，向IAD-A返回送拨号音指示（3），指示IAD-A为话机A送拨号音；

④IAD-A收到送拨号音指示后，向话机A送拨号音Dialing Tone（4）；

⑤话机A收到拨号音后，开始拨号Dialing（5）；

⑥IAD-A收到话机A发送的被叫号码后，将包含被叫号码等信息的呼叫建立申请Invite（6）发送给softX Server；

⑦softX Server收到呼叫建立申请后，对被叫号码进行分析，发现该被叫号码为本局号码，而且在IAD-B上注册，所以softX Server将呼叫建立申请Invite（7）转发给IAD-B；同时，向IAD-A返回正在申请Trying（8）；

⑧IAD-B收到呼叫建立申请Invite（7），首先向softX Server返回正在申请Trying（9）；然后分析被叫号码，发现此被叫号码为本设备上的注册号码，此号码已分配给话机B且号码空闲，于是IAD-B就向话机B送振铃指令Ringing（10），被叫话机B振铃；

⑨话机B振铃后，IAD-B将话机B振铃信息Ringing（11）返回给softX Server，然后softX Server将被叫振铃信息Ringing（12）转发为IAD-A；

⑩IAD-A收到Ringing（12）后，为主叫话机A送回铃音Ringing（13），话机A听回铃音；

被叫话机B摘机Off-Hook（14），IAD-B检测到被叫摘机后，将呼叫建立成功信息OK（15）返回给softX Server，然后softX Server将建立成功OK（16）转发为IAD-A；

IAD-A收到OK（16）后，向softX Server返回呼叫建立的确认信息ACK（17），softX Server再将呼叫建立的确认信息ACK（18）转发为IAD-B；

至此，话机A与话机B呼叫建立成功，开始通话Talking（19）；

当话机B要结束通话时，被叫话机B挂机，并向IAD-B发送挂机信令On-Hook（20），IAD-B检测到被叫挂机后，将呼叫释放信息Bye（21）发送给softX Server；softX Server再将释放链路的信息Bye（22）转发为IAD-A；同时，记录此次通话的详细信息；

softX Server将IAD-B段的呼叫链路释放，同时向IAD-B返回释放成功信息OK（23）；

IAD-A收到释放链路信息Bye（22）后，向话机A送忙音BusyTone（24），话机A收到忙音提示后挂机On-Hook（25），同时将呼叫释放成功信息OK（26）发送给softXServer，softXServer释放IAD-A段链路；

至此，话机A与话机B呼叫释放成功，通话结束Ending（27）。

话机A和话机B通过4个信令交互过程完成设备注册、通过2个交互过程完成设备注销、通过27个信令交互过程完成了一次完整的呼叫建立和呼叫释放的过程。

3结束语

本文首先介绍了软交换系统的概念、体系结构和特点，然后详细地分析了软交换系统呼叫数据处理原理和SIP呼叫的信令交互过程。为以后软交换系统的项目建设，系统的方案设计和工程实施提供了有力参考。

参考文献

[1]蔡颖，生旭彬.电话网络通信系统的软交换技术研究[J].信息与电脑，2017（12）：160-162.

[2]陈云霞.软交换核心网络升级改造设计思路分析[J].信息通信，2017（1）：250-251.

[3]王宏.基于软交换的NGN网络关键技术在IMS中的研究与实现[D].北京：北京工业大学，2015.

[4]刘兴.凯里供电局行政交换网络的设计与实现[D].贵阳：贵州大学，2011.

[5]高上.软交换IP电话综合业务系统研究[D].西安：长安大学， 2007.

[6]李茜.基于软交换的某单位通信网优化设计与实现[D].北京：中国科学院大学，2016.