软交换技术

软交换技术白皮书

前言

　　自从第一款产品在电信市场上成功推出以来，“软交换”这个概念已经成为电信行业中倍受青睐的时髦用语。由于既能执行与基于硬件的传统电话交换机相同的功能，又能同时处理IP通信，软交换技术承诺可提供许多优势，如轻松整合电路交换和分组交换、降低网络成本以便运营商更快获得收入。

　　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，863计划也对有关软交换系统在多媒体和移动通信和有线通信系统方面的研究课题进行了立项。

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PC服务器的呼叫控制软件（CallManager、CallServer），实现PBX功能（IPPBX）。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PBX。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IP PBX应用获得了巨大成功。受到IP PBX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（MGCP、H248）且主要使用纯软件进行处理，于是，SoftSwitch（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，ISC（International Soft Switch Consortium）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IETF、ITU－T等国际标准化组织的重视。

　　根据国际Softswitch论坛ISC的定义，Softswitch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。

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。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SIP、API，如Parlay，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COPS协议；软交换与网关中心间的接口实现网络管理，采用SNMP；软交换与智能网SCP之间的接口实现对现有智能网业务的支持，采用INAP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SIP－T、H．323或BICC协议。

设计原理及其目标

　　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：

　　（1）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。

　　（2）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。

　　（3）第三方硬件销售商能增加支持新设备和协议的能力。

　　（4）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。

　　（5）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。

　　（6）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。

　　（7）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（IP/ATM）的架构实现IP网、ATM网、PSTN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。

软交换究竟是什么

　　什么是软交换？在询问这样的问题时，我们经常会得到一系列特征的描述：它是NGN的核心，它具有开放的架构，它能够实现呼叫控制与媒体传输分离……

　　思科系统亚太区NGN/VoIP首席技术顾问殷康认为，尽管“软交换”是目前NGN讨论的热点，但是人们对它的概念仍然有些似是而非。他说：“‘软交换’这个术语可以说是从Softswitch翻译而得。Softswitch这一术语借用了传统电信领域PSTN网中的‘硬’交换机‘switch’的概念，所不同的是强调其基于分组网上呼叫控制与媒体传输承载相分离的含义。国内一开始有人将Softswitch译为‘软交换’。但是‘软交换’这个翻译术语含义不够十分明晰，单从字面上看很难使人理解它究竟是设备系统概念还是体系概念。”

　　殷康指出，我国电信业历来将名词属性的、设备概念范畴的switch译为“交换机”，而将动名词属性的switching 译为“交换”。X25 switch译为X25交换机，ATM switch译为ATM交换机，L2/L3 switch 译为二层/三层交换机。因此他建议，为学术研讨的严肃性，应该将softswitch更为确切地译为“软交换机”。这只是翻译概念上的问题。不过从某一方面来说，对于软交换概念的模糊，也反映了产业界对于软交换认识上在某些方面依旧存在偏差，存在着过分强调某一方面的能力，或者是过分夸大了软交换功能的情况。甚至可以说在很长的一段时间，软交换被人为地“神话”了，它被认为是一种代表着通信行业的未来，似乎无所不能的技术。

　　软交换是一种正在发展的概念，包含许多功能。其核心是一个采用标准化协议和应用编程接口（API）的开放体系结构。这就为第三方开发新应用和新业务敞开了大门。软交换体系结构的其它重要特性还包括应用分离（de-couplingof applications）、呼叫控制和承载控制。

　　软交换是一种功能实体，为下一代网络NGN提供具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。

　　简单地看，软交换是实现传统程控交换机的“呼叫控制”功能的实体，但传统的“呼叫控制”功能是和业务结合在一起的，不同的业务所需要的呼叫控制功能不同，而软交换是与业务无关的，这要求软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。

体系思想的基本要素

　　软交换技术区别于其它技术的最显著特征，也是其核心思想的三个基本要素是：

　　1）开放的业务生成接口。

　　软交换提供业务的主要方式是通过API与“应用服务器”配合以提供新的综合网络业务。与此同时，为了更好地兼顾现有通信网络，它还能够通过INAP与IN中已有的SCP配合以提供传统的智能业务。

　　2）综合的设备接入能力。

　　软交换可以支持众多的协议，以便对各种各样的接入设备进行控制，最大限度地保护用户投资并充分发挥现有通信网络的作用。

　　3）基于策略的运行支持系统。

　　软交换采用了一种与传统OAM系统完全不同的、基于策略（Policy－based）的实现方式来完成运行支持系统的功能，按照一定的策略对网络特性进行实时、智能、集中式的调整和干预，以保证整个系统的稳定性和可靠性。

　　作为分组交换网络与传统PSTN网络融合的全新解决方案，软交换将PSTN的可靠性和数据网的灵活性很好地结合起来，是新兴运营商进入话音市场的新的技术手段，也是传统话音网络向分组话音演进的方式。目前在国际上，软交换作为下一代网络（NGN）的核心组件，已经被越来越多的运营商所接受和采用。

架构的主要组成

　　目前比较普遍的看法认为，软交换系统主要应由下列设备组成：

　　1）软交换控制设备（Softswitch Control Device）这是网络中的核心控制设备（也就是我们通常所说的软交换）。它完成呼叫处理控制功能、接入协议适配功能、业务接口提供功能、互连互通功能、应用支持系统功能等。

　　2）业务平台（Service Platform）完成新业务生成和提供功能，主要包括SCP和应用服务器。

　　3）信令网关（Signaling Gateway）目前主要指七号信令网关设备。传统的七号信令系统是基于电路交换的，所有应用部分都是由MTP承载的，在软交换体系中则需要由IP来承载。

　　4）媒体网关（Media Gateway）完成媒体流的转换处理功能。按照其所在位置和所处理媒体流的不同可分为：中继网关（Trunking Gateway）、接入网关（Access Gateway）、多媒体网关（Multimedia Service Access Gateway）、无线网关（Wireless Access Gateway）等。

　　5）IP终端（IP Terminal）目前主要指H.323终端和SIP终端两种，如IP PBX、IP Phone、PC等。

　　6）其它支撑设备。如AAA服务器、大容量分布式数据库、策略服务器（Policy Server）等，它们为软交换系统的运行提供必要的支持。

软交换的技术定义

　　软交换的技术定义可以描述为：

　　· 它是一种提供了呼叫控制功能的软件实体；

　　·它支持所有现有的电话功能及新型会话式多媒体业务；

　　·它采用标准协议（如SIP、H.323、MGCP、MEGACO/H.248、SIGTRAN以及各种其它的数据及ITU协议）；

　　·它提供了不同厂商的设备之间的互操作能力

　　·它与下列一种或多种组件配套使用

　　·媒体网关

　　·信令网关

　　·特性服务器（例如提供CLASS业务）

　　·应用服务器（例如提供多媒体业务）

　　·媒体服务器（如提供数据流媒体、会议和广告等业务）

　　·管理、供应和收费/计费接口。

　　也许从业务角度来看，可以给出一个更形象的定义：

　　软交换是一种针对与传统电话业务和新型多媒体业务相关的网络和业务问题的解决方案。它能够减少资本和运营支出，提高收入。

软交换与NGN（1）

　　中国电信集团公司总工程师韦乐平指出，泛义的NGN包容了所有新一代网络技术，狭义的NGN就是指软交换。在国内，人们往往把NGN与软交换联系在一起，甚至将它们等同起来。实际上，由国际上有关NGN的研究与行动可以看出，NGN包含的内容非常广泛。

　　1996年，美国政府与大学分别牵头提出下一代Internet行动计划（NGI）与Internet2。另外，国际上还有很多政府部门、行业团体、标准化组织等机构参与的NGN行动计划，如IETF的下一代IP、3GPP与UMTS论坛的下一代移动通信、加拿大的CANET3、欧盟的NGN行动计划等。这些NGN计划与行动很多与软交换没有什么关系，它们有的是专门研究本领域的网络技术发展（例如IETF的“下一代IP”研究的是如何从IPv4向IPv6过渡），有的则是包容了多种网络技术与应用的综合研究项目。

　　当然，国际上也有一些专门研究针对话音网的下一代组网技术，例如Telcordia（原Bellcore）提出的基于软交换的NGN方案。但是说NGN就是软交换，无疑是很值得商榷的。根据国内目前所提出的NGN解决方案，作为其最重要的特征之一，软交换平台的开放性可以为运营商提供一个灵活快捷的新业务开发模式，让NGN真正成为业务驱动的网络。

　　“但是软交换并不就是NGN，甚至可以说，软交换不一定就是NGN的核心技术。”国家IP与多媒体标准研究组主席蒋林涛指出。他认为：“NGN涉及的核心技术存在两个层次：一个是承载网层面，备选的核心技术有TDM、ATM、IP等，软交换并不在其中；一个是业务网层面，软交换技术将发挥核心的作用。”未来VoIP的核心技术将是软交换。软交换是NGN中语音部分，即下一代电话业务网（包括固定网、移动网）中的核心技术，但是NGN所要承载的业务模式今天还不是很清楚，我们很难断定VoIP就是未来NGN的核心通信业务。因此有业内人士认为，不能简单地断定，软交换就是NGN的核心技术。

软交换与NGN（2）

　　那么认为NGN就是软交换，或是NGN寄希望于单一的“软交换”综合性设备，会带来什么样的后果呢？殷康认为，这势必会造成NGN解决方案缺乏可行的整体系统网络效益和目标，使得NGN的思考和讨论局限于单一类别设备以及相关技术的局部结构体系和范畴。更严重的是，“软交换”的设备特征和技术特征自身只能提供非常有限的“网络”概念和功能，这很可能造成NGN的组网方式和其总体网络体系结构成为无解之惑。

　　有资料指出，目前美国的Bell Atlantic、Level3、英国电信、英国大东、德国电信、日本NTT等很多运营商都开展了NGN试验，也取得了一些阶段性的成果。由于软交换本身的成熟性，它们的试验绝大部分限于软交换的汇接功能，能够提供一些简单的多媒体业务，但大部分都是单域的小规模的网路。

　　UT 斯达康首席科学家杨景认为，NGN的核心应该体现在跨网络业务上，而不是开放业务接口。他说：“与其说NGN是一个交换网，还不如说它是一个基于IP基础设施的业务网。”目前，中国电信软交换试验网的技术也要求在 CLASS4（长途链路）以及 CLASS5（ 接入层）都实现软交换机制。

　　“软交换机体现的是通过媒体控制协议MGCP/H248技术来实现呼叫控制与媒体传输相分离的思想，软交换机概念的提出使NGN的语音业务功能和与传统PSTN网的交换机功能可以完全透明地兼容，从根本上确保了IP电话技术能够完全替代PSTN网络中的交换机，” 殷康说，“软交换机是NGN的重要组成部分，但它更多的是关注在IP网中呼叫控制功能的设备和系统，其本身并不能构成特别的整体组网技术机制和网络体系构架。完全围绕软交换机为核心进行相互联接的组网方式没有太大试验和探讨价值。它限定了NGN只能是软交换机静态配置的、互为联接的，也即是所谓全平面网的‘无网模式’。”

　　殷康认为，‘无网模式’的NGN体系结构只能支持一个或几个软交换机，没有可扩展性也没有灵活性，是不适合规模运营的。软交换机必须具有与“网络”相联的能力。这个“网络”就是NGN的多媒体信令网。他说：“软交换机之间通过NGN多媒体信令不仅可以保障无限的可扩展性，选路结构的动态和灵活性，还真正实现了‘网络就是交换机’的目标。”

　　“下一代网的组网是采用分层的多媒体信令网和平坦的媒体流结构，多媒体信令网通过多媒体信令协议体系和多媒体信令传送点网元来实现。由于多媒体信令网的主要功能不涉及媒体控制，所以，一般不由软交换机组成，而是由专门的多媒体信令服务器来构成。” 殷康说，“真正意义的下一代网既需要智能端点业务的创新繁荣，又需要其系统可规模经营管理。就目前的技术成熟和发展来看，ITU-H323协议、IETF-SIP协议和MGCP/H248协议为特征的软交换机等三种技术都是IP电话通信和下一代网的实现手段。这三种技术各有区别和特长需要相辅相成，只有采用融合三种技术的网络架构体系和实现手段，才为上策。”

　　许多学者很早以前就指出，软交换机也可以看成是在H323和SIP体系下，智能网关分解的结果。它在下一代网中承担着区域或端局系统平台的重任，肩负着同时控制网络接入话务和控制PSTN网络边缘互联话务的功能。但是，软交换机仍然需要其他关键技术和设备来协同工作以确保可行的QoS和网络安全方案。软交换机提供现有电路交换机的各种语音业务，并支持语音、数据、视频融合的多媒体端点新业务和多样化的第三方业务（包括视频电话，视频电话会议，PC-Phone），但软交换机并不应看成是通用的数据、视频业务和应用的控制平台。因此，只有对软交换机在NGN中给予适当的定位，使其担当恰如其分的角色，才是发挥其在NGN中重要和关键的功能的正确方法。

软交换的驱动优势

　　降低成本

　　今天的大多数网络运营商最为关注的是保证其现有业务的安全。在近期内，话音和拨号业务仍是他们的主要收入来源，且流量还会继续增长。虽然宽带接入正在增长，但在大多数市场中仍然非常有限。与此同时，解除管制和竞争导致价格下降并侵蚀了运营商的利润。这些因素，再加上资金有限，迫使运营商不得不降低运营和资本开支（OPEX和CAPEX）。

　　然而在实现这些节约的过程中，运营商投资于未来技术显然比利用现有技术优化网络更好一些，虽然许多情况下后者也能够实现类似的节约。这一决策主要是从商业而非技术方面考虑的。

　　新的收入

　　只降低成本还远远不够。虽然通过提供传统业务来降低成本可以带来保护运营商的利润，但是创造和部署能够产生收入的新业务才是固定电话业务提供商得以生存的关键。从图1中的图表可以看出，固定电话收入正在“缩水”。

　　基本业务（如添加/取消媒体、演示、消息传递、以及媒体组合等）将被整合，从而为最终用户提供可以任何接入形式访问的会话式多媒体业务。这些业务可能包括视频会议、可视电话、话音增强式游戏以及由用户控制的呼叫处理等。

　　一种改良方法

　　目前的普遍观点认为：网络运营商的发展方向将是基于分组交换的多业务网络环境，由软交换提供呼叫和会话控制。

　　然而，在目前的商业形势下，向软交换环境融合存在着巨大的挑战。如果现有基础设施不能有效满足其目标应用和客户的需求，它根本不可能存在。任何替代技术都必须能够与现有解决方案一样、或更出色地处理某一应用－－在功能和/或价格方面更具优势。另外，新的业务模式必须证明能够满足对现有技术所支持业务的需求。但是，由于电话仍然是运营商的主要收入来源，所以不能提供全套PSTN业务和电信级服务质量（QoS）的PSTN替代解决方案不能获得采用。运营商们不能拿自己的电话客户和收入去冒险。

　　通信服务提供商需要采取渐进式发展方法，把软交换技术作为经济高效的宽带多业务网络的一部分进行部署。