2022年通信软交换技术研究报告 .pdf

个人资料整理仅限学习使用基于通信软交换技术的研究摘要：通过对软交换的基本原理的认真分析，论述了软交换的主要特点和功能，简要介绍了软交换在VoIP 中的应用，并对软交换发展中需要继续研究的问题进行了探讨。软交换技术利用软件实现基本呼叫控制功能，将呼叫控制和呼叫传输分离开，并提供开发的API 业务接口，灵活实现各种新的业务需求。传统 PSTN 单纯的语音业务已经无法满足客户的业务要求，引入新技术进行改革成为必然。本文介绍了软交换技术的概念及其网络结构，并在此基础上提出了传统 PSTN 网引入软交换技术向NGN 网络的融合演进策略方案，为实现PSTN 向NGN 的平滑过渡提供了可行的解决方案。关键词 ：软交换 协议 网络 原理 应用精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用引言随着通信网络技术的飞速发展，人们对于宽带及业务的要求也在迅速增长，为了向用户提供更加灵活、多样的现有业务和新增业务，提供给用户更加个性化的服务，提出了下一代网络的概念，且目前各大电信运营商已开始着手进行下一代通信网络的实验。软交换技术又是下一代通信网络解决方案中的焦点之一，已成为近年来业界讨论的热点话题。我国网络与交换标准研究组已经完成了有关软交换体系的总体技术要求框架，计划也对有关软交换系统在多媒体和移动通信系统方面的研究课题进行了立项。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用目录前言 III第 1 章软交换概念的提出及定义1第 2 章基于软交换技术的网络结构3第 3 章软交换技术的设计原理及其实现目标4第 4 章软交换所使用的主要协议64.1介绍64.2媒体网关控制协议 ） 64.3会话初始协议 ） 74.4协议 7第 5 章软交换技术的主要特点和功能85.1 软交换技术的主要特点 85.2软交换业务 8第 6 章基于软交换的应用10第 7 章软交换在计费中应用的实例11第 8 章基于软交换的下一代网络中需要继续关注的主要问题148.1问题 148.1软交换网络的管理 148.1软交换涉及的协议尚需继续完善14第 9 章结束语 15参考文献 15精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用第一章 软交换概念的提出及定义软交换的概念最早起源于美国。当时在企业网络环境下，用户采用基于以太网的电话，通过一套基于服务器的呼叫控制软件、），实现功能）。对于这样一套设备，系统不需单独铺设网络，而只通过与局域网共享就可实现管理与维护的统一，综合成本远低于传统的。由于企业网环境对设备的可靠性、计费和管理要求不高，主要用于满足通信需求，设备门槛低，许多设备商都可提供此类解决方案，因此应用获得了巨大成功。受到成功的启发，为了提高网络综合运营效益，网络的发展更加趋于合理、开放，更好的服务于用户。业界提出了这样一种思想：将传统的交换设备部件化，分为呼叫控制与媒体处理，二者之间采用标准协议、）且主要使用纯软件进行处理，于是，软交换）技术应运而生。软交换概念一经提出，很快便得到了业界的广泛认同和重视，）的成立更加快了软交换技术的发展步伐，软交换相关标准和协议得到了、等国际标准化组织的重视。根据国际论坛的定义，是基于分组网利用程控软件提供呼叫控制功能和媒体处理相分离的设备和系统。因此，软交换的基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关传输层）中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。软交换主要提供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细记录等功能。与此同时，软交换还将网络资源、网络能力封装起来，通过标准开放的业务接口和业务应用层相连，可方便地在网络上快速提供新的业务。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用SCP 功能服务器应用服务层策略服务器软交换软交换核心分组网SC 借令网关MG 媒体网关NAS 网络接入服其他各类接入网关NO。7信令网PSTN/ISDN 各类用户终端应用层控制层传输层接入层精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用第二章 基于软交换技术的网络结构软交换是下一代网络的核心设备之一，各运营商在组建基于软交换技术的网络结构时，必须考虑到与其它各种网络的互通。在下一代网络中，应有一个较统一的网络系统结构。基于软交换技术的网络结构如图所示。由图中可以看出，软交换位于网络控制层，较好地实现了基于分组网利用程控软件提供呼叫控制功能和媒体处理相分离的功能。软交换与应用业务层之间的接口提供访问各种数据库、三方应用平台、功能服务器等接口，实现对增值业务、管理业务和三方应用的支持。其中：软交换与应用服务器间的接口可采用、，如，提供对三方应用和增值业务的支持；软交换与策略服务器间的接口对网络设备工作进行动态干预，可采用协议；软交换与网关中心间的接口实现网络管理，采用；软交换与智能网之间的接口实现对现有智能网业务的支持，采用协议。通过核心分组网与媒体层网关的交互，接收处理中的呼叫相关信息，指示网关完成呼叫。其主要任务是在各点之间建立关系，这些关系可以是简单的呼叫，也可以是一个较为复杂的处理。软交换技术主要用于处理实时业务，如话音业务、视频业务、多媒体业务等。软交换之间的接口实现不同与软交换之间的交互，可采用、或协议。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用第三章 软交换技术的设计原理及其实现目标软交换技术是一个分布式的软件系统，可以在基于各种不同技术、协议和设备的网络之间提供无缝的互操作性，其基本设计原理是设法创建一个具有很好的伸缩性、接口标准性、业务开放性等特点的分布式软件系统，它独立于特定的底层硬件操作系统，并能够很好地处理各种业务所需要的同步通信协议，在一个理想的位置上把该架构推向摩尔曲线轨道。并且它应该有能力支持下列基本要求：）独立于协议和设备的呼叫?熏设备的呼叫处理和同步会晤管理应用的开发。）在其软交换网络中能够安全地执行多个第三方应用而不存在由恶意或错误行为的应用所引起的任何有害影响。）第三方硬件销售商能增加支持新设备和协议的能力。）业务和应用提供者能增加支持全系统范围的策略能力而不会危害其性能和安全。）有能力进行同步通信控制，以支持包括帐单、网络管理和其他运行支持系统的各种各样的后营业室系统。）支持运行时间捆绑或有助于结构改善的同步通信控制网络的动态拓扑。）从小到大的网络可伸缩性和支持彻底的故障恢复能力。软交换的实现目标是在媒体设备和媒体网关的配合下，通过计算机软件编程的方式来实现对各种媒体流进行协议转换，并基于分组网络）的架构实现网、网、网等的互连，以提供和电路交换机具有相同功能并便于业务增值和灵活伸缩的设备。软交换系统的参考模型如图。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用数据平面应用平面控制平面传送平面管理平面数据库功能策略执行翻译与路由会话控制功能业务逻辑功能信号处理功能支路控制功能设备控制功能承载 /连接控制功能网守 /代理功能信令功能适配功能逻辑端口功能交换功能精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用第四章 软交换所使用的主要协议软交换体系涉及协议非常众多，包括、等。国际上，、等组织对软交换及协议的研究工作一直起着积极的主导作用，许多关键协议都已制定完成，或趋于完成。这些协议将规范整个软交换的研发工作，使产品从使用各厂家私有协议阶段进入使用业界共同标准协议阶段，各家之间产品互通成为可能，真正实现软交换产生的初衷提供一个标准、开放的系统结构，各网络部件可独立发展。在软交换的研究进展方面，我国处于世界同步水平。信息产业部“ 网络与交换标准研究组 ” 在年下半年就启动了软交换工程的研究，目前已完成了软交换设备总体技术要求。此外， “ 标准研究组 ” 正在研制有关中继媒体网关）、信令网关?穴?雪、接入网关 ）、综合接入设备 ?穴 ?雪等设备技术规范。下面对几个主要协议做一简单介绍。和协议均称为媒体网关控制协议，应用在媒体网关和与软交换设备之间。两个协议的内容基本相同，只是是由提出来的，而是由提出来的，且是双方共同推荐的协议。它们引入了终端）和 关联）两个抽象概念。在终端）中，封装了媒体流的参数、和承载能力参数，而关联）则表明了在一些终端）之间的相互连接关系。通过、等个命令完成对终端）和 关联）之间的操作，从而完成了呼叫的建立和释放。媒体网关控制协议 ）媒体网关控制协议 ）是由提出来的，是简单网关控制精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用协议）和设备控制协议）相结合的产物。协议是对协议的进一步改进、完善和提高，协议可以说是一个比较成熟的协议，协议的内容与协议比较相似。目前软交换系统设备大都支持该协议，其不足也慢慢表现出来，将来可能要被协议所取代。在软交换系统中，协议与协议一样，应用在媒体网关和终端与软交换设备之间，通过此协议来控制媒体网关和终端上的媒体控制流的连接、建立和释放。会话初始协议 ）会话初始协议 ）是提出的在网上进行多媒体通信的应用层控制协议。以协议）为基础，遵循的设计原则，基于对等工作模式。利用可实现会话的连接、建立和释放，并支持单播、组播和可移动性。此外，如果与配合使用，可以动态地调整和修改会话属性，如通话带宽、所传输的媒体类型及编解码格式。其具体内容可参见 。在软交换系统中，协议主要应用于软交换与终端之间，也有的厂家将协议应用于软交换与应用服务器之间，提供基于协议实现的增值业务。总的来说，协议主要应用于语音和数据相结合的业务，以及多媒体业务之间的呼叫建立与释放。特别是协议以其简单、灵活的特点，使作为移动通信标准化组织的已经决定在其基础上建立第三代移动通信的全网络，并要求未来的终端必须支持协议。协议协议是由提出的一种关于流控制传送协议。主要是在无连接的网络上传送信令信息，该协议可以在网上提供可靠的数据传输。可以在确认方式下，无差错、无重复地传送用户数据，并根据通路的的限制，进行用户数据的分段；在多个流上保证用户消息的顺序递交，把多个用户的消息复制到的数据块中。利用偶连的机制来保证网络级的部分故障自处理。还具有避免拥塞和避免遭受泛播及匿名攻击的特点。协议在软交换中起着控制协议的主要承载者的作用。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用第五章 软交换技术的主要特点和功能软交换技术的主要特点表现在以下几个方面：）支持各种不同的、和协议等各种网络的可编程呼叫处理系统。）可方便地运行在各种商用计算机和操作系统上。）高效灵活性。例如：?软交换加上一个中继网关便是一个长途汇接交换机交换机）的替代，在骨干网中具有或功能。?软交换加上一个接入网关便是一个语音虚拟专用网）专用小交换机）中继线的替代，在骨干网中具有功能。?软交换加上一个，便可利用公用承载中继来提供受管的业务。?软交换加上一个中继网关和一个本地性能服务器便是一个本地交换机交换机）的替代，在骨干网中具有或功能。）开放性通过一个开放的和灵活的号码簿接口便可以再利用智能网）业务。例如，它提供一个具有接入到关系数据库管理系统、轻量级号码簿访问协议和事务能力应用部分号簿的号码簿嵌入机制。）为第三方开发者创建下一代业务提供开放的应用编程接口）。）具有可编程的后营业室特性。例如：可编程的事件详细记录、详细呼叫事件写到一个业务提供者的收集事件装置中。）具有先进的基于策略服务器的管理所有软件组件的特性。包括展露给所有组件的简单网络管理协议接口、策略描述语言和一个编写及执行客户策略的系统。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、业务提供的核心设备。主要功能表现在以下几个方面：）呼叫控制和处理为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用）协议功能支持相应标准协议，包括、等。）业务提供功能可提供各种通用的或个性化的业务。）业务交换功能）互通功能 可通过各种网关实现与响应设备的互通。）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。）计费功能 根据运营需求将话单传送至计费中心。）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。）地址解读功能和语音处理功能。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用第六章 基于软交换的应用随着通信网络技术的不断发展和软交换各种标准的制定与补充，不少厂家都推出了软交换的解决方案，各运营商也在积极进行相关实验。目前，国内外许多电信设备制造商，如西门子、阿尔卡特、爱立信、北电、中兴等都在积极发展新的交换机过渡平台，提出了软交换在下一代网络中的解决方案。这里简要介绍一下软交换在中的应用，图为基于软交换技术的网络结构。从图中可以看出，它的功能非常类似于现行电路交换传送系统间的交换长途网，交换机用软交换系统和一组中继网关的组合体所取代。中继网关自身是由软交换技术利用主被叫协议控制，这个协议就是与来自某个具有指定源目的的流的电路交换机的一个指定时隙相关的协议。软交换技术作为呼叫处理的组成部分，其标识要被用来终结该呼叫的最有可能的出口网关，并利用这个信息来命令中继网关执行所指定的功能，亦即软交换技术能够通过选择一个最小代价的路由来完成每次呼叫，以使所选择的出口网关最接近目的电话。于是，就完成了原有通过电路交换网执行的呼叫操作功能。接入网关既可以终结的，也可以终结来自企业的信令。这种接入网关能够被软交换以基于分组电话协议的多种方式进行控制；对于基于协议的网关，软交换能够像一个网关那样动作；如果接入网关隧道）或信令返回到软交换，那么软交换还能够使用像协议以更好的方式控制接入网关。这也体现了软交换技术处理接入网关的能力。软交换技术通过协议接到电缆网络上，以支持企业的及电话。它还能够通过协议接入，也可通过协议接入到网络上，使无缝互连成为可能。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用第七章 软交换在计费系统中应用的实例本计费系统采用 RADIUSRemote Authentication Dial In User Service）协议进行认证计费，此计费设计符合中国标准IP电话-传真业务总体技术标准要求。在实验室的环境下，实现软交换平台和软电话的软件功能，软交换平台的设计包括如下内容：1）RADIUS 客户端处理程序负责接收软电话用户信心，向RADIUS 服务器提交认证，计费，管理等数据包，向软电话用户返回相应结果。2）服务器管理程序在软交换平台主机上，运行服务器管理程序，管理程序的功能应该有：管理员模块 添加、删除管理员、设置管理员权限等）；用户信息模块实现电话用户的查询、添加、删除等操作）；计费信息模块查询用户的计费信息，创建，添加、修改、删除各种不同的计费方式）；日志信息模块。3）用户信息的提交软电话用户需要向软交换平台提供用户信息，可设计一个软电话终端，采用WEB方式进行设计，在软交换平台上建立一个WEB服务器，软电话用户可以直接通过浏览器和软交换平交互信息，WEB服务器接受到用户提交的信息后，把这些消息船给 RADIUS客户端处理程序，后者把这些消息封装成RADIUS 的接入请求 ACCESS-REQUEST）包格式，通过认证端口1812）向RADIUS服务器提出认证请求。4）计费信息的提交认证通过之后， RADIUS 客户端处理程序通过认证端口1812向RADIUS 服务器发送含有用户名，用户号码通话开始时间的计费请求包。RADIUS 服务器返回计费相应包 ACCOUNTING-RESPONSE）5）服务管理程序的提交精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用可通过 RADIUS客户端处理程序向 RADIUS服务器提交，客户端处理程序将管理程序的请求包装成标准的RADIUS 包格式，并通过服务器管理程序定义一个端口号提交给 RADIUS服务器。32 RADIUS 服务器设计RADIUS 服务器处理来自软交换平台的各项数据和实现对数据库的操作，并返回相应的结果， RADIUS客户端和服务器端的协议通信采用SOCKET编程来实现。1）对数据库的操作。RADIUS服务器通过数据库接口与数据库建立起来连接，在RADIUS 服务器中用SQL语句来实现所需的数据库操作模块如：用户、计费、管理员等信息的查询、添加、修改）2）认证包处理通过监听认证端口 1812，来检测软交换平台提交的认证数据包，收到认证包后，查询数据库验证电话用户，并把结果以RADIUS数据包格式从 1812返回。3）计费包的处理当用户认证通过后，查该用户计费信息，确定其计费类型，费率等，当监听到软交换平台在计费端口 1812提交计费信息后，就向数据库中添加计费请求包中所提交的计费信息 包括用户号码，通话起始时间等）。在收到用户的计费结束数据后，根据包中提交的用户结束时间，数据信息流量等信息，计算出用户通话时长和数据流量，并根据用户计费类型来计算出本次通话的费用，并录入数据库。4）服务器管理程序请求的处理监听管理程序请求的端口自定义），收到后解包并执行相应的处理函数。33 数据库的设计用于保存所有的用户信息、计费信息等，数据库中包含的表项包括以下几类：软电话用户信息：用户名、口令、认证方式、访问权限、付费方式等。授权信息 ：服务器返回给用户的授权等配置信息，如服务类型，通话时间等。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用计费信息：存放与计费有关的各种系统信息，如：通话时间、计费费率等。软交换平台信息RADIUS服务器所属的软交换平台信息纪录。包括软交换平台的ID号码，与 RADIUS服务器共享密码等。34 认证端各部分的实现操作系统： RADIUS服务器和软交换平台都采用LINUXRED HAT 9.0 ）做为操作系统。1）软交换平台用APACHE和TOMCAT构建一个支持 JSP 的WEB服务器，这样软电话用户可以通过WEB页面来提交登陆信息。 RADIUS客户端处理程序用 C+实现，并将用户或系统管理员提交的消息封装成RADIUS 包，通过设定的端口转发给RADIUS服务器。2）数据库采用LINUX RED HAT 9.0 自带的 MYSQL 数据库实现，将 RADIUS 服务器与 MYSQL 数据库连接，建立用户数据库和计费数据库，对用户信息和计费信息进行管理。中，专门成立了一个无线工作组，来研究如何把软交换结构运用到无线网中。该工作组认为，MSC服务器、媒体网关和信令网关最终将取代移动核心网中的传统MSC。由于 3G刚刚开始建设， 2G还在发展，所以在 2G和3G网中软交换都可以得到应用，使运营商能够构筑更经济有效的网络和提供先进的服务，创造更多的收入。对国内和国际的行业标准，产生重要影响，为民族通讯在下一代网络建设的技术标准领域和知识方面做出了贡献。参考文献1 软交换技术与实现作者:童晓渝 出版社:西南交通大学出版社精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用2 软交换的工程实现作者:罗国庆等出版社 :人民邮电出版社3 软交换技术作者： 美）Franklin D. Ohrtman,JR 李晓刚 许刚 译出版社：电子工业出版社4 软交换应用技术出版社:电子工业出版社作者:上海伟功网络通信技术有限公司精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 19 页