软交换在长途及城域网中的应用

　　一、概述

　　近几年来，以软交换和分组交换(Packet Switching)技术为核心的下一代网络的发展和部署成为电信业界最关注的热点。因为它所涉及的不仅仅是哪一项单一的电信网络技术，而是关系到整个通信网络的未来构架和发展方向。因此，全球各大电信运营商和设备提供商、标准组织以及业务应用开发商都积极投身于NGN技术研究和网络发展，并且达成了共识，即通过向下一代网络的发展必将全面提升电信网络的智能以及业务提供能力，从而形成高性能，可盈利的电信网络新架构，大大增强电信网络作为全社会信息平台的支撑能力。迄今为止，全球范围内已经有多家电信运营商积极开展了在NGN方面的试验和商用部署。中国联通自2003年开始，也展开对NGN网络技术和业务能力的调研，并陆续开展了软交换相关的试验工作,以下分别介绍软交换在长途及城域网中的应用。

　　二、软交换在长途交换中的应用

　　（一）体系架构与组网方案

　　软交换的体系结构是软交换能否真正走向商用的核心所在，只有软交换的体系结构定义好了，谈软交换能否商用以及如何商用的问题才有意义，软交换的体系架构包括：软交换在整个电信网络中的定位是什么、业务需求如何、如何组织软交换的系统以及软交换系统之间互通如何实现等问题。目前由一个和几个软交换系统组成的简单测试网络和简单商用网络都未解决大规模组网的问题，还有诸如软交换系统N2问题、信令路由、可扩展性、灵活性等问题，因此，在软交换走向实用并与融入电信网络的过程中，软交换网络的体系结构问题是最重要也是最急需解决的问题。

　　根据未来大规模商用组网的需求和扩展需要，中国联通软交换试验采用了多域软交换体系架构作为试验网络的软交换系统主干架构，不同软交换之间采用SIP/SIP-I协议进行互通。这种多域软交换架构为试验网的组网带来了许多新的特点，网络设备功能层次更加明确，能够为用户提供不同层次的接入方式，业务管理的层次更加细化。基于这个架构，可以开展软交换单域（单个软交换）、软交换双域（同厂家的两个软交换分级）和软交换互联互通（不同厂家的多个软交换分级）的测试，积极探索多域网络架构下软交换网络的可行性和可操作性。总体方案逻辑结构见图1。

总体拓扑图

　　（二）承载网组网原则

　　（1）承载网应在满足业务需求的条件下尽可能利用现有的网络资源，包括传输网、数据网和IP网等。

　　（2）试验中的承载网分为本地承载网和骨干承载网两部分。骨干承载网能够联结本次试验中的各个城市，各个城市的本地承载网应覆盖该城市的全部或部分地区。

　　（3）本地承载网和骨干承载网的分界点原则上位于城域网与骨干网的业务接入点(POP)。NGN接入层和控制层设备都承载在本地承载网上，并通过路由器接入城域网。

　　（4）在没有本地网的城市，根据情况选用Ethernet/ADSL等方式将终端用户接入本地承载网。

　　（5）本地承载网可以基于路由器或交换式千兆比以太网等纯IP技术或ATM技术组建，并通过多种接入技术与终端用户连接，通过ATM或IP技术与骨干承载网连接。建议在有条件的节点，为了进行性能的对比试验，建议同时做基于以太网和ATM的本地承载网的NGN试验。

　　（6）骨干承载网可以基于ATM，也可以基于IP组建。当基于ATM时，将6个点以适当的拓扑连接起来，组成一个基于ATM的虚拟专用网(VPN)。当基于IP时，通过GRE、IPSec或MPLS以适当的拓扑连接起来组成一个基于IP的虚拟专用网。在条件允许时，为了保证试验中业务的服务质量，推荐使用ATM技术组建骨干承载网。

　　（三）与现有网络的关系

　　●与PSTN/GSM/CDMA的互通

　　软交换与PSTN的互通是通过媒体中继网关和PSTN的IP前置机、汇接局或端局直接相连而实现互通。

　　为了实现与No.7信令网呼叫连接控制的连接互通，SG首先需要终接No.7信令链路，然后利用Sigtran将NO.7信令的呼叫连接控制消息的内容传递给MGC(软交换)进行处理。MG只负责终接局间中继，并且按照来自MGC(软交换)的控制指令的指示来控制中继。

　　●与H.323网的互通

　　基于H.323协议的中国联通IP电话网已经覆盖了我国主要省市，因此，NGN应与现有H.323网络互联互通，互通协议建议采用H.323协议。具体互通方式如下。

　　(1)NGN与中国联通H.323网采用接近互通方式，即SS按互通的方便程度，既可以通过一级网守与H.323网互通，也可以通过二级网守与H.323网互通。

　　(2)NGN与其他运营商H.323网通过顶级网守互通。

　　与移动网的互通

　　与移动网互通的网络组织，一种是移动软交换作为端局与传统移动长途网进行互通，一种是移动软交换设备作为长途局与本地端局或汇接局进行连接。

　　（四）业务提供与实现方案

　　此次软交换试验的业务有三种主要的提供方式：

　　第一种，软交换设备中已经开发并可以直接提供的业务，主要以传统话音业务为主，如基本和补充电话业务、智能网业务；

　　第二种，软交换设备与应用服务器和多媒体服务器一起协调提供的业务，这些业务已经开发并可直接使用，主要以多媒体业务、特色和个性化业务为主，如统一消息、可视电话、视频多媒体等业务；

　　第三种，通过厂家为第三方提供的对外开放接口，由第三方提供的业务。

　　三、软交换在城域网中的应用

　　中国联通城域综合业务网的建设目标是实现综合业务接入网，以联通现有的城域承载网为基础，通过统一的业务和网络平台，在城域网实现语音、视频和数据等各种业务的综合，在统一的网络平台上实现联通现有和未来各种业务骨干网向用户侧的延伸，向用户提供具有服务质量保证的综合业务。

　　（一）城域综合业务网的结构

　　城域综合业务网部署在各城市范围内，由一个呼叫控制管理系统CCM、若干业务接入控制点SACP和业务运营支撑系统组成，实现本地业务接入控制和呼叫连接的建立，并区分各种不同类型的业务，保证城域范围内各项业务的服务质量，在长途业务时，区分用户要求的服务类型（如语音、视频、点到点、点到多点等、实时数据、非实时数据等），并通过使用不同的业务信令网接入到各个不同的骨干业务网中。

　　（二）城域综合业务网功能单元描述

　　总体来讲，基于统一多业务的可管理、可运营的下一代城域综合业务网在网络及商业价值链中的位置和功能可以概括如下。

　　城域综合业务网具有终端用户提供业务逻辑执行服务，完成各类多媒体业务的执行功能；与终端用户的信息交互功能：包括终端向平台方向的用户业务属性登记、更新和通知以及平台向终端方向的业务信息、计费信息的通知；根据业务执行或终端用户的需求，将终端软件开发商提供的终端应用软件向各类智能终端的下载升级的功能；向第三方业务提供商提供业务开放接口，从而实现业务提供的多元化；完成城域综合业务网内部自身应用服务器的应用开发与创新的接口；通过综合业务终端软件，开发商向终端用户提供相应的终端业务应用软件的接口；通过与计费平台的接口提供业务消费信息，实现网络运营商自身提供业务的收费，并且代理第三方业务提供商或终端应用软件提供商向用户收费。

　　1．呼叫控制系统功能描述

　　呼叫控制系统CCM是城域综合业务网中的综合业务控制模块，CCM提供对话音、视频等综合业务的呼叫控制，业务接入认证，控制SACP实现对于各种业务的控制和管理，生成呼叫计费话单，并与SACP和运营支撑层的用户管理系统协作，实现各项业务。

　　CCM最终实现的总体功能为：对本地用户的注册控制；对本地业务的呼叫控制、呼叫连接的建立和呼叫连接带宽控制的管理；对长途或网间（与其它业务网接入的终端或其它运营商网内的话音或视频业务终端）话音或视频业务通信时，应能区分不同类型的业务，实现与不同骨干业务网信令的互通互控。对于接入的话音业务终端，应支持H.323终端、MGCP终端、H.248终端的呼叫信令，对上层与联通各现有骨干业务网互联互通的信令则采用H.323呼叫信令，CCM应能够实现SIP、H.323、MGCP和H.248呼叫信令之间的转换。具体说明如下。

　　（1）呼叫控制功能

　　CCM对下则通过SACP和用户驻地网可以接入不同标准的媒体终端，包括H.323终端、MGCP终端和H.248终端等。对于不同标准终端进行注册认证和呼叫控制时，CCM的作用分别相当于H.323系统中的GK、MGCP标准中的媒体网关控制器和H.248标准中的呼叫代理，并且执行相应协议。

　　对于本地呼叫业务，由CCM进行呼叫处理；对于跨域的长途语音和视频业务，CCM通过与骨干业务网中的SW互通，完成业务呼叫，在长途业务中，如果接入的是H.248终端和MGCP终端，CCM应支持H.248协议和MGCP协议与H.323协议之间呼叫控制信令的转换。

　　CCM具有监测保持、激活呼叫状态，主叫和被叫号码，呼叫业务类型，占用网络资源等信息的功能。CCM用这些信息结合SACP上报的计费信息形成用户业务计费信息，上报给运营支撑系统中的计费系统；同时可以进行网络资源的管理，确保业务质量。

　　（2）通过SACP对承载网进行控制

　　CCM通过SACP对承载网进行控制，从而实现对于用户接入和各种业务的控制和管理。CCM和SACP通过控制协议来实现对于网络通道和资源的控制管理。控制协议至少包括如下功能：SACP接受CCM的命令，通过NAT或者PAT等方式打开或者关闭一个媒体流的通道；对一个媒体流分配的网络资源进行控制，包括所占用的带宽进行控制，进行优先级的设置；SACP接受CCM的命令，对于允许从终端传送到CCM的控制信令进行过滤，支持H.323、MGCP和H.248；识别多点业务管理控制信息，允许这些信息透明传送。SACP与CCM交换注册信息，由于用户注册最终由CCM来完成，但是在SACP中必须保持相应的用户信息，以便进行地址翻译并且在作为被叫SACP时查找被叫用户，因此必须在SACP与CCM之间交换注册信息，CCM向SACP查询用户信息和媒体流的统计信息。在每次媒体连接结束后，CCM向SACP收集原始计费信息。除了上述功能以外，该控制协议还可能支持其它一些可选功能，用于增值业务和补充业务的实现。

　　（3）CCM与运营支持系统的接口

　　在城域综合业务网中有一个运营支撑系统，主要实现用户和业务的管理、设备控制管理，产生计费帐单和计费/营帐等功能。CCM与运营支撑系统相连，从运营支撑系统获取用户配置信息、用户业务授权信息和设备配置，并且上报网络运行信息和计费数据。

　　（4）用户注册

　　城域综合业务网的用户注册到本地CCM中，由CCM和用户管理系统共同完成对用户的接入认证。在城域综合业务网中，用户在CCM上的注册信息应包括：末端终端号码（包括通过用户IAD或用户gw接入的传统电话终端和IP电话终端、可视电话终端）、用户所归属的SACP编码和IP地址以及用户密码、通过的用户IAD或用户网关（末端为传统电话终端）的IP地址、用户可使用的业务（即运营支撑系统对用户的业务授权）等。

　　CCM还应支持作为IP电话骨干网或公共视讯交换网的下级SW，将其管辖的本地用户的号码段分别注册到这两个骨干网的最下级SW中，用于在长途通信或与其它运营商进行业务互通时的地址解析。

　　（5）业务管理

　　除了支持基本的语音和视频业务外，城域综合业务网可以提供各种补充和增值业务，例如来电显示业务、呼叫前转业务、号码连选（HuntingGroup）、呼叫转移业务、免打扰业务、呼入呼出限制、叫醒服务、三方通话、闭合用户群等业务。这些增值业务由CCM（也可能与相应的功能服务器一起）提供和控制，由CCM进行业务的管理，完成最终的呼叫连接和媒体通道的建立。

　　（6）安全管理

　　城域综合业务网应是有安全保证机制的网络，业务安全主要由CCM以及CCM控制SACP来实现。CCM可以实现的安全措施如下。

　　①用户接入控制：城域综合业务网的用户都需要到CCM进行注册。在使用城域综合业务网所提供的业务之前，用户必须首先登录，由CCM到用户管理系统完成用户业务授权的认证后才能使用各种业务。

　　②业务区分和过滤：城域综合业务可以设置各种用户类型，不同类型用户可以使用不同的业务，具有不同的业务优先级和资源使用权限。对于用户的业务呼叫进行控制，只允许用户使用相应的业务，并且控制用户使用的网络资源。

　　③闭合用户群：闭合用户群是一项补充增值业务，对于很多重要的大客户，例如集团用户和特殊行业的客户，可以设置闭合用户群来保证用户业务的安全。原则上只允许同一闭合用户群的客户之间相互呼叫，对于需要出闭合用户群和接受闭合用户群外用户呼叫的用户，可以进行专门的限制和授权管理。同一闭合用户群内的用户呼叫也可以按照业务和用户级别进行各种限制。对于网内关键信息的传送，可以进行加密，例如采用MD5等。网内传送的关键信息包括用户注册和认证信息、计费数据等。

　　（7）新业务生成和SP业务合作

　　及时、快捷地开展各种各样的新业务需要运营商和SP合作，通过核心呼叫控制系统CCM或增加相应的业务服务器，这都需要核心呼叫控制系统CCM支持尽可能广泛的开放接口，便于业务的开发。

　　2．业务接入控制点功能描述

　　（1）用户信息流的动态控制

　　在城域综合业务网中，用户的所有业务都是可控制、可管理的，其实现的机制是，在CCM的控制下，由SACP来实现对于用户信息流的控制管理。SACP根据媒体控制设备的指示，对于通过SACP的信息流通道进行动态控制。

　　用户信息流包括控制信息流和媒体信息流，要动态控制用户信息流，必须满足两个条件：一是用户驻地网不能与外部之间建立网络连接。对于基于IP的网络而言，具体实现办法是在用户驻地网和特定城域综合业务网之间进行路由关联。SACP是用户驻地网接入到城域综合业务网的入口设备，SACP对于合法的控制信令可以“透明”地从用户驻地网传送到CCM，对于媒体信息流，传送通道（端口）是受限的，通道的打开和关闭受业务控制设备CCM的控制。在网络层控制媒体通道的方法有很多种，主要有动态的IP地址转换（NAT）、动态端口转换（PAT）等。第二个条件是媒体通道的控制必须是动态的，一次业务呼叫对应一次控制，要求在CCM和SACP之间必须执行一种特定的控制协议，由CCM根据业务层的控制信息来动态控制SACP中的媒体通道。

　　（2）支持业务优先级

　　城域综合业务网的目标是要对各种业务提供电信级的服务质量。不同业务对于服务质量的要求是不一样的，需要城域综合业务网在业务入口（SACP）进行业务的区分和服务质量的控制（要提供端到端的服务质量还必须得到用户驻地网的有效支持）。SACP将不同的业务标记为不同的优先级，城域综合业务网层系统通过优先级方式来实现服务质量控制。

　　根据承载网的不同，支持优先级的方式是不同的：在基于ATM或者帧中继的网络中，对于每个PVC进行队列管理和优先级调度，不同的PVC可以定义成不同的优先级，因此需要把不同的业务映射到不同的PVC进行传送；对于基于IP（路由器）组建的IP承载网，SACP需要根据不同的业务设置IP包的TOS标记，如果支持MPLS，也可以将不同的业务映射到不同优先级的LSP。如无上述两种承载网，则可使用SDH传输，将不同的业务类型分别送入不同的电路，对电路带宽进行控制来达到服务质量的控制。

　　（3）流过滤功能

　　对于不同的流，SACP必须能够进行过滤。对于控制信息流（目前考虑支持基于H.323、MGCP、SIP和H.248的控制信令），SACP可以“透明”地传送到CCM。对于媒体流，SACP必须能够根据CCM的指令进行动态的过滤，只有在业务控制层面通过认证并且通过NAT/PAT建立连接的媒体流才能在城域网和用户驻地网之间转发。从控制管理和计费的角度考虑，连接到同一SACP的用户驻地网之间的呼叫也必须通过相应的CCM来建立。

　　（4）网络资源管理

　　为了保证不同业务的服务质量，必须对不同业务流所占用的网络资源进行动态管理，例如，统计每种业务同时呼叫数量，根据每种业务占用带宽情况，确定是否接受新的呼叫。由于SACP是城域综合业务网的入口设备，因此应该支持这些基本的网络资源管理功能。

　　（5）用户管理

　　用户登录到业务网中时应该首先登记到所连接的SACP中，SACP与运营支撑层的用户管理系统协作，实现对用户进行必要的认证，保持用户的连接信息，另外也用来进行用户的定位。

　　SACP还应接收运营支撑层用户管理系统对用户终端的管理命令，并进行必要的处理后，传递给用户终端，同时SACP应能监控用户的状态，并将用户状态的变化及时上报给用户管理系统。

　　（6）配合产生计费信息

　　用户的业务计费信息包括两部分，一是与呼叫有关的信息，包括主被叫号码、呼叫业务类型、呼叫建立时间和呼叫时长等信息；二是与业务量有关的信息，例如收发的包数、收发的字节数等与流量相关的信息。在联通城域综合业务网中，呼叫连接通过CCM控制，因此与呼叫有关的信息由CCM产生。媒体流不通过CCM，因此与媒体传送流量有关的计费信息只能通过SACP来进行统计，这就要求在CCM和SACP中对于一个呼叫连接应有统一的标识。SACP在呼叫结束后将流量信息传送到对应的CCM，由CCM统一形成一次通信的完整计费原始信息。

　　（7）抗攻击的能力

　　SACP是城域综合业务网的最外围设备，因此它的网络安全，关系着整个城域综合业务网的安全，因此SACP应支持对抗来自外部或内部进行的网络攻击。

　　（8）优先处理能力

　　SACP优先处理实时业务呼叫，旁路Internet业务到Internet承载VPN，在有冲突时，丢弃Internet业务包，确保实时业务质量。