软交换网络的路由设计方案

软交换(Softswitch)体系结构是目前颇受推崇的面向网络融合的新一代多媒体业务整体解决方案，具有层次化、呼叫控制与承载分离、快速开发业务、集中部署业务等特点，可以向用户提供包含PSTN话音、无线话音、基础数据、多媒体数据等各种业务。通过优化网络结构，不但实现了网络的融合，更重要的是实现了业务的融合，使得包交换网络能够继承原有电路交换网中丰富的业务功能，同时，可以在全网范围内快速提供原有网络难以提供的新型业务。

针对不同的网络状况和业务需求，目前软交换的应用主要在以下四个方面：

虚拟中继(Virtual Trunking)：提供电信级、7号信令，端到端的大规模VoIP/ATM呼叫。软交换与媒体网关(MG)之间通过MGCP/H.248协议通信，可向其它网络提供SS7、INAP、H.323、SIP等多种协议，实现NGN和PSTN、IN、H.323、SIP等网络的通信。

多媒体应用(Multi-media Applications)：通过应用服务器向第三方提供API，支持第三方的应用开发。

电信级拨号接入(Carrier Class Dial-in)：其MG同时具备VoIP网关和RAS两种功能，在软交换控制下，使得全网MG能被统一管理，并能进行拨号上网用户数据旁路，利用L2TP支持多ISP方案。

下一代本地交换系统(Next Generation Local Switch)：提供数据终端与PSTN网电信级互联互通，支持对个人用户(IP Phone/PC)、企业用户(IP PBX)以及不同网络(H.323/SIP)的接入。

软交换的这些应用适用于新兴运营商利用现有的分组网络基础，通过合理的投资，为用户提供包括传统的TDM业务在内的用户端语音服务。因此，如何构建一个技术先进、经济合理的软交换网络，成为各运营商关注的焦点。

一、软交换网络组成结构

NGN是以在统一的网络架构上解决各种综合业务的灵活提供能力为目标，提供诸如业务逻辑、业务的接入和传送手段，业务的资源提供能力和业务的认证管理等服务，以执行各种业务逻辑的软交换设备为核心进行网络的构架建设，业务逻辑可在应用服务器上统一完成，并可向用户提供开放的业务应用编程接口（API），实现业务层面和业务控制层面的分离。对于媒体流的传送和接入层面，NGN将通过各种接入手段将接入的业务流集中到统一的分组网络平台上传送。一般认为，NGN包括四个开放的层面。

1．接入和传输层(Access and Transport layer)

接入和传输层由各种媒体网关或智能接入终端设备组成，主要是与现有网络相关的各种接入网关或终端设备，功能是将用户连接至网络，然后集中用户业务将它们传递至目的地，其中包括各种接入手段。

2．核心媒体层(Media layer)

核心媒体层负责将信息格式转换成能够在网络上传递的信息格式，并为信息包提供路由交换服务，主要是宽带ATM交换机或IP路由器等骨干传输设备。

3．控制层(Control layer)

控制层主要涉及到与软交换相关的功能，完成呼叫处理控制、接入协议适配、互连互通等综合控制处理功能和业务逻辑的具体执行。它决定了用户收到的业务，并能控制低层网络元素对业务流的处理。

4．网络业务层(Network Service layer)

业务应用层主要网络业务层主要负责业务逻辑的相关处理，提供面向客户的综合智能业务，实现业务的客户化，如业务生成、业务逻辑定义和业务编程接口以及与业务相关的管理功能，如业务认证和业务计费等。

二、软交换网络协议

软交换网络中，软交换之间采用SIP-T、BICC协议；软交换与信令网关之间采用SIGTRAN协议；软交换与中继网关之间采用MEGACO/H.248协议；软交换与媒体网关、用户媒体网关之间采用MEGACO/H.248、MGCP协议；软交换与应用服务器之间采用PALARY协议，软交换与智能多媒体终端之间的互通协议采用SIP或H.323。软交换网络的结构如图1所示。

? 软交换网络结构

三、软交换网络的路由设计

1．路由服务器与域

我们在设计软交换网络时，需要考虑承载网络的需求和规划，网络的可扩充性、可靠性、开放性和互连互通性，用户业务及增值业务的提供方式和接入能力，业务的服务质量保证等问题。但由于软交换的承载网络是包交换网络，所以，软交换网络的路由设计是网络设计中最重要的部分。这里，引入路由服务器(Route Server，以下简称RS)概念。路由服务器本身是软交换框架下的一个重要组成部分，它维护一个中央数据库，包含了用于直接路由查询的每个域中软交换的信息。其功能和性能根据厂家实现的情况或许会存在若干差异，但具有下面的共性特征：

支持一种或多种协议信令完成路由服务器本身之间的信息互换；

支持一种或多种协议方式接受路由查询申请(目前一般采用LDAP协议)；

支持基于E.164、IP地址、URI等等的路由信息；

支持类似电路交换网络中的交换局分层概念，可分为区域路由服务器、骨干路由服务器、中央路由服务器等层次；

路由服务器按照规范的接口协议，经过认证，接受所服务的软交换发起的查询申请；

对于收到的查询不属于本路由服务器范畴的请求，可以按照预先配置数据向其他路由服务器发起协查请求或者将请求发向上级路由服务器；各级路由服务器均可以具备汇接查询功能；

提供安全性服务以及根据政府等方面的特别需求做出一些监控等特殊服务。

路由服务器可以根据网络容量的大小随意增删设备，如果合理的规划好各级路由服务器的管理范畴，就能很好地解决大型网络的组网问题。在由软交换组建有路由服务器参与的大型网络时，软交换本身的配置将得到简化。考虑到每个呼叫都需要到路由服务器寻找路由信息，会延长连接建立的时间，软交换本身可以保存自己控制范围内全体用户的完整路由信息，使该软交换所控制的用户呼叫不需要借助路由服务器来建立连接。此外，软交换可以对一些常用地址建立一个本地映射库，来加快常用呼叫的接通时间。

我们在路由服务器的基础上进一步定义域，称软交换域，为归属于同一个路由服务器管理，这是彼此有路由信息交互的一群软交换的组合。当同一地域的软交换扩展到一定数量，并感受到路由信息配置的压力后，可用路由服务器为一组软交换提供路由服务，它可以取代该域中全体软交换的路由压力，而某些联系密切的域内软交换之间，可以保持彼此的路由信息以确保快速的呼叫建立。当有较多软交换域配置路由服务器，且数量达到一定程度时，每个路由服务器同样会出现路由数据库与软交换合二为一时承受的路由维护压力，此时需要配置骨干路由服务器来缓解各个域内路由服务器压力。配置骨干路由服务器后，随着网络的继续发展，则要引进中央路由服务器。基于路由服务器和域的概念，软交换网络路由设计可采用以下三种形式：

单域(Single Zone)结构；

多域(Multiple Zone )结构；

路由服务器服务结构。

2．单域结构

软交换网络建设初期，网络内不设置单独的路由服务器，路由服务器与软交换合二为一，由于几乎是孤立设点，一个软交换就构成了一个软交换域，处于同一IP承载网上的软交换之间全互连，使用同一个路由数据库，每个软交换/路由服务器都拥有网络上其它软交换的相关路由信息。其中的一个软交换机维护主路域数据库，其余的为从路由数据库。当主软交换机的数据库被修改时，所有从软交换机的路由数据库也将自动被修改。

单域结构适用于网络建设和发展的初期，多网并存、PSTN网占据绝对优势的情况下，软交换独立设点，逐步由点到面，扩展网络容量的状况。此时，由于软交换网络没有大面积铺开，能有直接联系的软交换也有限，更多的用户互通需要依赖信令网关(SG)、中继网关(TG)上电路交换网络解决，IP网上的直接数据用户有限，这种组网方案经济简便。单域软交换路由结构如图2所示。

? 单域软交换路由结构

3. 多域结构

在网路规模不大时，把所有的路由数据存入一个数据库中并将它们复制给所有的软交换是可行的。随着网络的增长，把整个网络的路由信息放在一个数据库中是很不经济的，增加了很多内部软交换间复制信息的流量，使路由数据库过于庞大，而且路由数据变得难以管理和维护，会出现类似某个软交换所属部分用户改号、升位时其他所有的软交换均需要修改配置的情况。此时，需通过将单域结构升级到多域结构来支持大规模网络配置。在多域解决方案中，每个域维护一个自己的路由数据库，并只把路由数据库复制给本域的软交换，不同域的软交换不再共享同一个路由数据库。

根据网络规模，多域网络设计有两种方法。

使用代理服务器对网络分层。

多域体系允许把数据库分布在多个主机中，这样可以创建多个管理域。每个域有一个主路由数据库和一个或多个路由数据库。每个路由数据库所在的软交换只负责维护网络策略信息和该域内的呼叫路由表。不同域中的路由数据库可以交换并得到其它域的路由信息。这样，就不用为每个软交换复制整个数据库，因而减化了配置和管理，提高了网路的性能，并使得升级变得更加容易。多域软交换路由结构如图3所示。

? 多域软交换路由结构

4．路由服务器结构

多域结构只有在域的数量较少(少于10个域)时工作很好，当软交换网络具有相当规模后，就需要引入相当数量的RS来提供路由服务。开始时RS可以是个别的，分别负担部分软交换，这时候RS全部处于一个层次；当网络容量大到一定程度则网络组建者可以考虑优化网络，建设骨干或中央RS。服务器将会对所有查询它的软交换返回路由信息，然后按照非分层的情况进行处理。使用中央路由服务器进行路由，减少了网络中每个软交换维护整个网络路由信息的必要性，而且极大简化了大型网络的管理。路由服务器之间的信息更新、同步和交换可通过TRIP协议完成。

需要指出，在路由服务器结构中，服务器维护的路由数据库非常简洁，它比每个域中的路由数据库更趋于稳定。使用把路由信息分层并使用不同系统组件去处理路由信息的策略非常重要，它使网络可以升级到支持几千万条用户甚至多于几亿条用户。

软交换网络的最终结构是：所有的语音用户已经构架在包交换的网络，由各类接入设备完成接入，由软交换控制呼叫并支持完成各类业务，每个软交换对控制域外用户的呼叫需要一个或多个路由服务器提供路由服务。每个路由服务器负责为若干个软交换提供路由寻址等信息，每个软交换仅仅与特定的几个路由服务器联系(根据主备用或者负荷分担的某些策略进行)，从单次呼叫看仅与一个路由服务器联系，由该路由服务器完成对落地软交换的路由并响应请求。

图4给出一个大型软交换网络路由结构图。所有的软交换构成一个扁平的网络结构，但为软交换提供路由信息的RS是具备分层结构。以公用电信网络为例，如果每个县或大中城市的城区配置一台软交换，则若干个软交换配置一个RS，构成一个域，提供该地域范围内软交换的路由服务；同一省内各RS间可以提供路由服务，若话务联系较少，也可由骨干RS服务，而不直接为对方RS服务；骨干RS间均提供路由服务，一个国际长途呼叫需要发起地的域RS、骨干RS至中央RS寻求路由服务，中央RS将向对方国家中央RS请求路由服务。此时的层次与现在PSTN的层次概念类似，只是PSTN中有真实的路由电路存在，而软交换的RS提供路由服务时只有请求信息。

? 路由服务器路由结构

虽然许多设备供应商和运营商都在思考和探索与软交换网络部署相关的各种问题，并且已部署了实验网络，但由于软交换技术还需要时间来完善，目前，软交换网络建设还面临着缺乏大型网络的组网和运营经验、业务不明朗、没有很好的商业模型、网络QoS和安全问题没有较好的解决方案等问题。如是采用基于软交换的全平面结构，还是分区域选路结构等在技术和实践方面都有待进一步的探索；不同设备供应商的软交换在技术标准的选用及协议的兼容性方面还难以做到相互兼容，BICC协议、SIP-T协议和H.248协议也在发展之中，协议的选项需要运营商根据业务的需要来进一步确定；采用IP网络作为承载话音的网络时，合理有效地调配网络资源，解决QoS和网络安全的问题一直希望有较为可行的方案，但软交换还没有提供较好的解决方案。通过运营商和设备供应商共同努力，并积极进行试验，这些问题都是可以得到到解决，且软交换网络也会得到较好的应用。