軟交換技術

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中倍受青睞的時髦用語。由於既能執行與基於硬體的傳統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勢，如輕鬆整合電路交換和分組交換、降低網路成本以便運營商更快獲得收入。

基本介紹

• 中文名：軟交換技術
• 外文名：The soft exchange technology
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背景

隨著通信網路技術的飛速發展，人們對於寬頻及業務的要求也在迅速增長，為了向用戶提供更加靈活、多樣的現有業務和新增業務，提供給用戶更加個性化的服務，提出了下一代網路的概念，且目前各大電信運營商已開始著手進行下一代通信網路的實驗。軟交換技術又是下一代通信網路解決方案中的焦點之一，已成為近年來業界討論的熱點話題。我國網路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計畫也對有關軟交換系統在多媒體和移動通信和有線通信系統方面的研究課題進行了立項。

概念起源

軟交換的概念最早起源於美國。當時在企業網路環境下，用戶採用基於乙太網的電話，通過一套基於PC伺服器的呼叫控制軟體（CallManager、CallServer），實現PBX功能（IPPBX）。對於這樣一套設備，系統不需單獨鋪設網路，而只通過與區域網路共享就可實現管理與維護的統一，綜合成本遠低於傳統的PBX。由於企業網環境對設備的可靠性、計費和管理要求不高，主要用於滿足通信需求，設備門檻低，許多設備商都可提供此類解決方案，因此IP PBX套用獲得了巨大成功。受到IP PBX成功的啟發，為了提高網路綜合運營效益，網路的發展更加趨於合理、開放，更好的服務於用戶。業界提出了這樣一種思想：將傳統的交換設備部件化，分為呼叫控制與媒體處理，二者之間採用標準協定（MGCP、H248）且主要使用純軟體進行處理，於是，SoftSwitch（軟交換）技術應運而生。

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

根據國際Softswitch論壇ISC的定義，Softswitch是基於分組網利用程控軟體提供呼叫控制功能和媒體處理相分離的設備和系統。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，通過軟體實現基本呼叫控制功能，從而實現呼叫傳輸與呼叫控制的分離，為控制、交換和軟體可程式功能建立分離的平面。軟交換主要提供連線控制、翻譯和選路、網關管理、呼叫控制、頻寬管理、信令、安全性和呼叫詳細記錄等功能。與此同時，軟交換還將網路資源、網路能力封裝起來，通過標準開放的業務接口和業務套用層相連，可方便地在網路上快速提供新的業務。

網路結構

軟交換是下一代網路的核心設備之一，各運營商在組建基於軟交換技術的網路結構時，必須考慮到與其它各種網路的互通。在下一代網路中，應有一個較統一的網路系統結構。軟交換位於網路控制層，較好地實現了基於分組網利用程控軟體提供呼叫控制功能和媒體處理相分離的功能。

軟交換與套用/業務層之間的接口提供訪問各種資料庫、三方套用平台、功能伺服器等接口，實現對增值業務、管理業務和三方套用的支持。其中：軟交換與套用伺服器間的接口可採用SIP、API，如Parlay，提供對三方套用和增值業務的支持；軟交換與策略伺服器間的接口對網路設備工作進行動態干預，可採用COPS協定；軟交換與網關中心間的接口實現網路管理，採用SNMP；軟交換與智慧型網SCP之間的接口實現對現有智慧型網業務的支持，採用INAP協定。

通過核心分組網與媒體層網關的互動，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係，這些關係可以是簡單的呼叫，也可以是一個較為複雜的處理。軟交換技術主要用於處理實時業務，如話音業務、視頻業務、多媒體業務等。

軟交換之間的接口實現不同與軟交換之間的互動，可採用SIP－T、H．323或BICC協定。

設計原理目標

軟交換技術是一個分散式的軟體系統，可以在基於各種不同技術、協定和設備的網路之間提供無縫的互操作性，其基本設計原理是設法創建一個具有很好的伸縮性、接口標準性、業務開放性等特點的分散式軟體系統，它獨立於特定的底層硬體/作業系統，並能夠很好地處理各種業務所需要的同步通信協定，在一個理想的位置上把該架構推向摩爾曲線軌道。並且它應該有能力支持下列基本要求：

（1）獨立於協定和設備的呼叫，設備的呼叫處理和同步會晤管理套用的開發。

（2）在其軟交換網路中能夠安全地執行多個第三方套用而不存在由惡意或錯誤行為的套用所引起的任何有害影響。

（3）第三方硬體銷售商能增加支持新設備和協定的能力。

（4）業務和套用提供者能增加支持全系統範圍的策略能力而不會危害其性能和安全。

（5）有能力進行同步通信控制，以支持包括帳單、網路管理和其他運行支持系統的各種各樣的後營業室系統。

（6）支持運行時間捆綁或有助於結構改善的同步通信控制網路的動態拓撲。

（7）從小到大的網路可伸縮性和支持徹底的故障恢復能力。

軟交換的實現目標是在媒體設備和媒體網關的配合下，通過計算機軟體編程的方式來實現對各種媒體流進行協定轉換，並基於分組網路（IP/ATM）的架構實現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並便於業務增值和靈活伸縮的設備。

詳細解釋

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

思科系統亞太區NGN/VoIP首席技術顧問殷康認為，儘管“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於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概念還是體系概念。”

殷康指出，我國電信業歷來將名詞屬性的、設備概念範疇的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，對於軟交換概念的模糊，也反映了產業界對於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，或者是過分誇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的未來，似乎無所不能的技術。

軟交換是一種正在發展的概念，包含許多功能。其核心是一個採用標準化協定和套用編程接口（API）的開放體系結構。這就為第三方開發新套用和新業務敞開了大門。軟交換體系結構的其它重要特性還包括套用分離（de-couplingof applications）、呼叫控制和承載控制。

軟交換是一種功能實體，為下一代網路NGN提供具有實時性要求的業務的呼叫控制和連線控制功能，是下一代網路呼叫與控制的核心。

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

思想基本要素

軟交換技術區別於其它技術的最顯著特徵，也是其核心思想的三個基本要素是：

1）開放的業務生成接口。

軟交換提供業務的主要方式是通過API與“套用伺服器”配合以提供新的綜合網路業務。與此同時，為了更好地兼顧現有通信網路，它還能夠通過INAP與IN中已有的SCP配合以提供傳統的智慧型業務。

2）綜合的設備接入能力。

軟交換可以支持眾多的協定，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並充分發揮現有通信網路的作用。

3）基於策略的運行支持系統。

軟交換採用了一種與傳統OAM系統完全不同的、基於策略（Policy－based）的實現方式來完成運行支持系統的功能，按照一定的策略對網路特性進行實時、智慧型、集中式的調整和干預，以保證整個系統的穩定性和可靠性。

作為分組交換網路與傳統PSTN網路融合的全新解決方案，軟交換將PSTN的可靠性和數據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，也是傳統話音網路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路（NGN）的核心組件，已經被越來越多的運營商所接受和採用。

架構組成

目前比較普遍的看法認為，軟交換系統主要應由下列設備組成：

1）軟交換控制設備（Softswitch Control Device）這是網路中的核心控制設備（也就是我們通常所說的軟交換）。它完成呼叫處理控制功能、接入協定適配功能、業務接口提供功能、互連互通功能、套用支持系統功能等。

2）業務平台（Service Platform）完成新業務生成和提供功能，主要包括SCP和套用伺服器。

3）信令網關（Signaling Gateway）目前主要指七號信令網關設備。傳統的七號信令系統是基於電路交換的，所有套用部分都是由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伺服器、大容量分散式資料庫、策略伺服器（Policy Server）等，它們為軟交換系統的運行提供必要的支持。

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體實體；

·它支持所有現有的電話功能及新型會話式多媒體業務；

·它採用標準協定（如SIP、H.323、MGCP、MEGACO/H.248、SIGTRAN以及各種其它的數據及ITU協定）；

·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

·特性伺服器（例如提供CLASS業務）

·套用伺服器（例如提供多媒體業務）

·媒體伺服器（如提供數據流媒體、會議和廣告等業務）

·管理、供應和收費/計費接口。

也許從業務角度來看，可以給出一個更形象的定義：

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

與NGN關係

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路技術，狹義的NGN就是指軟交換。在國內，人們往往把NGN與軟交換聯繫在一起，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行動計畫（NGI）與Internet2。另外，國際上還有很多政府部門、行業團體、標準化組織等機構參與的NGN行動計畫，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行動計畫等。這些NGN計畫與行動很多與軟交換沒有什麼關係，它們有的是專門研究本領域的網路技術發展（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路技術與套用的綜合研究項目。

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）提出的基於軟交換的NGN方案。但是說NGN就是軟交換，無疑是很值得商榷的。根據國內目前所提出的NGN解決方案，作為其最重要的特徵之一，軟交換平台的開放性可以為運營商提供一個靈活快捷的新業務開發模式，讓NGN真正成為業務驅動的網路。

“但是軟交換並不就是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，軟交換並不在其中；一個是業務網層面，軟交換技術將發揮核心的作用。”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的核心通信業務。因此有業內人士認為，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寄希望於單一的“軟交換”綜合性設備，會帶來什麼樣的後果呢？殷康認為，這勢必會造成NGN解決方案缺乏可行的整體系統網路效益和目標，使得NGN的思考和討論局限於單一類別設備以及相關技術的局部結構體系和範疇。更嚴重的是，“軟交換”的設備特徵和技術特徵自身只能提供非常有限的“網路”概念和功能，這很可能造成NGN的組網方式和其總體網路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。由於軟交換本身的成熟性，它們的試驗絕大部分限於軟交換的匯接功能，能夠提供一些簡單的多媒體業務，但大部分都是單域的小規模的網路。

UT 斯達康首席科學家楊景認為，NGN的核心應該體現在跨網路業務上，而不是開放業務接口。他說：“與其說NGN是一個交換網，還不如說它是一個基於IP基礎設施的業務網。”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）都實現軟交換機制。

“軟交換機體現的是通過媒體控制協定MGCP/H248技術來實現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的語音業務功能和與傳統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網路中的交換機，” 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，其本身並不能構成特別的整體組網技術機制和網路體系構架。完全圍繞軟交換機為核心進行相互聯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配置的、互為聯接的，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，是不適合規模運營的。軟交換機必須具有與“網路”相聯的能力。這個“網路”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，選路結構的動態和靈活性，還真正實現了‘網路就是交換機’的目標。”

“下一代網的組網是採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定體系和多媒體信令傳送點網元來實現。由於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伺服器來構成。” 殷康說，“真正意義的下一代網既需要智慧型端點業務的創新繁榮，又需要其系統可規模經營管理。就目前的技術成熟和發展來看，ITU-H323協定、IETF-SIP協定和MGCP/H248協定為特徵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手段。這三種技術各有區別和特長需要相輔相成，只有採用融合三種技術的網路架構體系和實現手段，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，智慧型網關分解的結果。它在下一代網中承擔著區域或端局系統平台的重任，肩負著同時控制網路接入話務和控制PSTN網路邊緣互聯話務的功能。但是，軟交換機仍然需要其他關鍵技術和設備來協同工作以確保可行的QoS和網路安全方案。軟交換機提供現有電路交換機的各種語音業務，並支持語音、數據、視頻融合的多媒體端點新業務和多樣化的第三方業務（包括視頻電話，視頻電話會議，PC-Phone），但軟交換機並不應看成是通用的數據、視頻業務和套用的控制平台。因此，只有對軟交換機在NGN中給予適當的定位，使其擔當恰如其分的角色，才是發揮其在NGN中重要和關鍵的功能的正確方法。

驅動優勢

降低成本

今天的大多數網路運營商最為關注的是保證其現有業務的安全。在近期內，話音和撥號業務仍是他們的主要收入來源，且流量還會繼續增長。雖然寬頻接入正在增長，但在大多數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並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）。

然而在實現這些節約的過程中，運營商投資於未來技術顯然比利用現有技術最佳化網路更好一些，雖然許多情況下後者也能夠實現類似的節約。這一決策主要是從商業而非技術方面考慮的。

新的收入

只降低成本還遠遠不夠。雖然通過提供傳統業務來降低成本可以帶來保護運營商的利潤，但是創造和部署能夠產生收入的新業務才是固定電話業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”。

基本業務（如添加/取消媒體、演示、訊息傳遞、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務。這些業務可能包括視頻會議、可視電話、話音增強式遊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：網路運營商的發展方向將是基於分組交換的多業務網路環境，由軟交換提供呼叫和會話控制。

然而，在目前的商業形勢下，向軟交換環境融合存在著巨大的挑戰。如果現有基礎設施不能有效滿足其目標套用和客戶的需求，它根本不可能存在。任何替代技術都必須能夠與現有解決方案一樣、或更出色地處理某一套用－－在功能和/或價格方面更具優勢。另外，新的業務模式必須證明能夠滿足對現有技術所支持業務的需求。但是，由於電話仍然是運營商的主要收入來源，所以不能提供全套PSTN業務和電信級服務質量（QoS）的PSTN替代解決方案不能獲得採用。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採取漸進式發展方法，把軟交換技術作為經濟高效的寬頻多業務網路的一部分進行部署。