清华大学计算机系 庄振运信息产业部科技司 戴晓慧
１ 软交换技术产生的背景和未来网络的结构
目前，电话网上传送着许多数据业务，但数据业务的增长出人意料，对并不适合传数据业务的ＰＳＴＮ造成了巨大压力。对此，运营公司要把ＰＳＴＮ上已有的数据业务顺利旁路到新建的数据网上，以减轻对传统交换网络的压力另一方面，随着数据网的迅速发展，人们除在上面传送数据业务外，也开始尝试传送话音等传统ＰＳＴＮ业务。与传统电话网相比，分组网（ＩＰ／ＡＴＭ）传送话音具有成本低、利润高、价格便宜、易推出新业务等很多优势，分组电话逐渐成为发展方向之一，但它需要与ＰＳＴＮ实现互通。这些情况引出了分组网与传统ＰＳＴＮ的融合问题。
目前，数据业务发展迅速，新业务层出不穷。从电信运营公司的角度看，数据业务量终将超过话音业务量（在一些经济发达国家已经超过了）。所以必须考虑未来网络建设的问题，包括：如何对待已经进行了巨额投资的传统ＰＳＴＮ，如何改造ＰＳＴＮ以适应日益增加的数据业务量；如何使ＰＳＴＮ低成本地向基于分组的网络结构演进，实现ＰＳＴＮ与新建数据网的融合等。
在传统的基于ＴＤＭ的ＰＳＴＮ中，提供给用户的各项功能或业务都直接与交换机有关，业务和控制都是由交换机来完成的。这种技术使每个用户的话音信号在６４ ｋｂｉｔ／ｓ的信道上传输，虽然保证了话音质量，但交换机需要提供的功能和交换机提供的新业务都需要在每个交换结点来完成。在传统的交换网络中，采用依靠交换机和信令提供业务的方式，必须在交换机的技术标准和交换机的信令标准中对开放的每项业务进行详细规范。如要增加新业务，首先需修订标准再对交换机进行改造，每提供一项新业务都需要较长的时间周期。
为满足用户对新业务的需求，网络中出现了公共的业务平台，即智能网。智能网的出现，实现了呼叫连接和业务提供的分离这样，交换机完成呼叫连接，智能网完成业务的提供。智能网将呼叫连接和业务提供相分离，极大地提高了网络提供业务的能力，缩短了新业务提供的周期。
但是这种分离仅仅是第一步，随着承载的多样化，还必须将呼叫控制和承载进一步分离。网络分成接入和传输层、媒体层、控制层、业务／应用层等，即把控制和业务的提供从媒体层中分离出来。
·接入和传输层Ａｃｃｅｓｓ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ：将用户连接至网络，集中用户业务将它们传递至目的地，包括各种接入手段。
·媒体层Ｍｅｄｉａ Ｌａｙｅｒ：将信息格式转换成为能够在网络上传递的信息格式，如将话音信号分割成ＡＴＭ信元或ＩＰ包。此外，媒体层可以将信息选路至目的地。
·控制层Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌａｙｅｒ：包含呼叫智能。此层决定用户应该接收哪些业务。它还控制其他的较低层的网络单元，告诉它们如何处理业务流，并能控制低层网络元素对业务流的处理。
·网络业务／应用层Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｅｒｖｉｃｅ ｏｒ Ａｐｐｌｉｃａ ｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：在呼叫建立的基础上提供附加的服务。
这种网络拓扑结构有以下特点：可以使用基于包的承载传送，是一个开放端点的拓扑结构，能同样好地传送话音和数据业务；将网络的承载部分与控制部分相分离，允许它们分别演进，有效地打破了单块集成交换的结构；在各单元之间使用开放的接口，允许运营公司为其网络的每一部分购买性价比最好的产品。
由上可见，既然原有网络近期不会消失，那么就产生了新旧网络融合互通的问题。如何灵活、有效地使现有的ＰＳＴＮ与分组交换网实现互通，将ＰＳＴＮ逐步地向ＩＰ网络演进，其关键的网络产品就是软交换设备（Ｓｏｆｔ Ｓｗｉｔｃｈ），有时也称为呼叫服务器（Ｃａｌｌ Ｓｅｒｖｅｒ）、呼叫代理（Ｃａｌｌ Ａｇｅｎｔ）或媒体网关控制器。它的目的就是：以分组为基础，建设下一代公众网络，实现ＰＳＴＮ和新网的融合；电路网顺利平滑地向分组网过渡，节省运营成本和投资；创造具有竞争性的新特性和新业务，获得新的收入渠道。软交换是下一代话音网络交换的核心，如果说传统电信网络是基于程控交换机的网络，而下一代分组话音网络则是基于软交换的网络。未来新公众网的组成元素中，软交换将是一个重要组件，是新老网实现融合的枢纽。
２ 软交换的特点
２．１ 什么是软交换
什么是软交换呢？软交换的基本含义就是把呼叫控制功能从媒体网关（传输层）中分离出来，通过服务器上的软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制、连接控制（建立会话、拆除会话）和信令互通（如从Ｎｏ．７到ＩＰ）。其结果就是把呼叫传输与呼叫控制分离开，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面，使业务提供者可以自由地将传输业务与控制协议结合起来，实现业务转移。其中更重要的是，软交换采用了开放式应用程序接口（ＡＰＩ），允许在交换机制中灵活引入新业务。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的生成等功能。
软交换就是位于网络分层中的控制层，它与媒体层的网关交互作用，接收正在处理的呼叫相关信息，指示网关完成呼叫。它的主要任务是：在各点之间建立关系，这些关系可能是一个简单的呼叫，也可以是一个较复杂的处理。软交换主要处理实时业务，首先是话音业务，也可以包括视频业务和其他多媒体业务。软交换通常也提供一些基本的补充业务，相当于传统交换机的呼叫控制部分和基本业务提供部分。
２．２ 引入软交换的意义
简单地看，软交换所完成的功能相当于原有交换机所提供的功能。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，而软交换则是与业务无关的，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。未来的软交换应该是尽可能简单的，智能则尽可能地移至外部的业务和／或业务层。
与电路交换机相比，软交换成本低。软交换采用开放式平台，易于接收革新应用。由于软交换利用的是普通计算机器件，其性能价格比每年提高６０％～８０％，电路交换机的性能价格比每年提高大约２０％，所以与电路交换机相比，软交换在成本方面有更大优势。而且在传统交换网络中，一个设备厂商往往供应软件、硬件和应用等所有的东西，用户被锁定在供应商那里，没有选择的空间，实现和维护的费用也很昂贵。而在基于软交换的网络中，用户可以向多个厂商购买各种层次的产品，前提是这些厂商的产品是基于开放标准。这样，用户可以在每一类产品中选择性价比最好的东西来构建自己的网络。
２．３ 软交换的主要功能
软交换的主要功能包括媒体网关接入功能、呼叫控制功能、业务提供功能、资源管理功能、互连互通功能、ＳＩＰ代理功能、信令网关功能（可选）和ＳＣＧ功能（可选）等。
从另一个角度看，根据软交换在网络中的不同位置，他们具有不同的功能。
１ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ业务旁路的功能
软交换的一个重要功能就是将Ｉｎｔｅｒｎｅｔ拨号业务从现有５类交换机上旁路下来。传统５类交换机不适合处理大量的长时间Ｉｎｔｅｒｎｅｔ呼叫业务，如果能在传统汇接网络的边缘设置较便宜的软交换机，把
Ｉｎｔｅｒｎｅｔ拨号业务在进入５类交换机之前直接交换到ＩＰ网上，而话音业务不受影响，这样就会极大减轻传统交换机的负担。传统运营公司就不会抱怨Ｉｎｔｅｒｎｅｔ业务对网络带来的压力，竞争的本地运营公司、ＩＳＰ等新兴运营公司也不用抱怨向电信运营公司支付的昂贵交换机使用费。
２ 代替４类交换机
随着软交换标准的不断完善及其协议的通过，新一代软交换将有能力成为４类汇接交换机的代替产品。４类交换机不需要具有５类交换机那么多的特性，所以只要信令网关能够提供合适的Ｎｏ．７接口，新一代交换机就可以胜任其职。它们的主要应用将是长途ＶｏＩＰ业务。
３ 代替５类交换机
５类交换机的价格高往往是新兴运营公司和业务提供者进入该市场的一大障碍。他们希望有新产品，既具备５类交换机的特性，又价格便宜，还可以在网络层提供增强型业务。新一代交换机适合本地环路的ＶｏＩＰ方案，它既可以接收ＡＴＭ或ＩＰ上传送的业务，又可以把业务转移到ＰＳＴＮ上，还能继续把业务作为数据业务传到骨干网上。
３ 基于软交换的增强的业务框架、接口和应用
软交换本身可以提供现有电话网中的一些基本业务和补充业务，但由于软交换的灵活性，它还可以与智能网相结合，提供各种智能业务，并且通过引入一个新的组件——应用服务器（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖ ｅｒ），软交换还可以为三方应用提供平台，不仅提高了服务的种类，而且加快了服务应用的速度。
３．１ 基于软交换的增值业务框架
软交换的引入带来了增强的业务框架结构，如图２所示。其中应用服务器提供增值业务的执行、管理和开发平台，处理与软交换间的接口信令；媒体服务器（Ｍｅｄｉａ Ｓｅｒｖｅｒ）提供特殊业务（如ＩＶＲ、会议和传真）的资源平台，处理与媒体网关间的承载接口。
软交换体系结构中的应用服务器组件是专为增值业务而引入的。应用服务器负责各种增值业务的逻辑产生和管理，还提供各种开放的ＡＰＩ，为第三方业务的开发提供创作平台。应用服务器是一个独立的组件，与控制层的软交换无关，从而实现了业务与呼叫控制的分离，有利于引入新业务。
３．２ 软交换体系架构的接口和采用的通信协议
软交换作为一个开放的实体，与外部的接口必须采用开放的协议。下面举例示出软交换与外部的接口，实际的接口可能与此不同。
软交换与媒体网关间的接口用于软交换对媒体网关的承载控制、资源控制及管理，可使用媒体网关控制协议（ＭＧＣＰ）、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ设备控制协议（ＩＰＤＣ）或Ｈ．２４８协议。
软交换与信令网关间的接口用于传递软交换和信令网关间的信令信息，可使用信令控制传输协议（ＳＣＴＰ）或其他类似协议。
软交换间的接口实现不同软交换间的交互，可使用ＳＩＰ－Ｔ或Ｈ．３２３协议。
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、各种功能服务器等的接口，实现对各种增值业务、管理业务和三方应用的支持。包括：软交换与应用服务器间的接口可使用ＳＩＰ（Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）或ＡＰＩ，如Ｐａｒｌａｙ，提供对三方应用和各种增值业务的支持功能；软交换与策略服务器间的接口对网络设备的工作进行动态干预，此接口可使用ＣＯＰＳ协议；软交换与网关中心间的接口实现网络管理，可使用ＳＮＭＰ；软交换与智能网的ＳＣＰ之间的接 口实现对现有智能网业务的支持，此接口可使用ＩＮＡＰ。
组件间的接口使用ＲＴＰ，此协议用于传输媒体网关和媒体服务器间的媒体流。
３．３ 软交换的应用
软交换既可以作为独立的下一代网络部件分布在网络的各处，为所有媒体提供基本业务和补充业务，也可以与其他的增强业务节点结合，形成新的产品形态。正是软交换的灵活性，使得它可以应用在各个领域。
１ 电路领域的应用
在电路领域，软交换与媒体网关及信令网关相结合，完成控制转换和媒体接入转换，可作为汇接局和长途局的接入，提供现有的ＰＳＴＮ中的基本业务和补充业务。
２ 电路—分组领域的应用
在电路—分组领域，软交换可与分组终端互通，实现分组网与电路网的互通。如在Ｈ．３２３呼叫中，软交换可视为Ｈ．３２３终端；在ＳＩＰ呼叫中，可视为用户代理（ＵＡ）。
３ 智能网领域的应用
在智能网领域，软交换与媒体网关相结合，完成ＳＳＰ功能；与现有智能网的ＳＣＰ相结合，提供各种智能业务，此时，软交换需实现智能网的基本呼叫状态模型（ＢＣＳＭ ）和Ｈ．３２３或ＳＩＰ状态机的转换。
软交换可支持多种协议，如ＩＮＡＰ和ＣＡＰ，并可与应用服务器配合，提供各种新的增值业务和补充业务。
４ 基于软交换的网络和传统网络的关系
软交换可用于ＩＰ网和ＡＴＭ网，当然也可以用于ＰＳＴＮ／ＩＳＤＮ。
因为ＩＰ网络所需的呼叫控制与承载连接是分开的，软交换用在ＩＰ网络是非常自然的。而用在纯ＰＳＴＮ／ＩＳＤＮ中来替代传统的交换机，意味着把传统的交换机的控制部分和补充业务的提供部分拿到外面去，传统的电路交换机只完成承载连接，这种想法在综合交换机中有过考虑，但目前并未完全实施，把现有的技术成熟、价格便宜、国内有雄厚的生产能力的电路交换机都改造成为软交换的方式显然是不合理的。
目前一些网络上用软交换去替代现有的电路交换机应该是基于将现有的电路交换网络向ＩＰ网过渡，例如当用软交换来替代汇接局时相当于从该汇接局进入ＩＰ网。从应用的角度来看，软交换主要是应用在ＩＰ网上的。
总之，软交换在网络中的位置如图３所示。
５ 软交换的标准化进程
目前，软交换的标准化工作正在加紧进行。从事软交换研究的国际组织是软交换国际论坛（ＩＳＣ）。国内科研和生产部门一直紧紧跟踪国际技术的最新进展，标准化工作也在同步进行。目前，信息产业部科学技术司正在组织制定软交换设备的标准《软交换设备（呼叫服务器）总体技术要求》。
ＩＳＣ是一个非盈利的工业组织，成立于１９９９年５月，它倡导将开放的结构和多厂商的互操作性用于下一代的话音、图像和数据解决方案，该组织由其成员们资助和操作，目前它的成员已包括１００多个系统供应商和业务提供者，其中包括一些著名的设备厂商，如Ａｌｃａｔｅｌ、Ｃｉｓｃｏ、ＥｒｉCSSｏｎ、Ｆｕｊｉｔｓｕ、Ｎｏｋｉａ、Ｎｏｒｔｅｌ、ＮＴＴ和Ｌｕｃｅｎｔ 等。软交换国际论坛通过开放的成员政策和对开放的标准协议的承诺方式倡导在全世界范围内软交换的兼容性和相互操作性，它资助有关互操作的一些活动，并设有一个论坛，用于对软交换的成份和功能进行标识、讨论和定义。
软交换设备不仅是下一代分组网中语音业务、数据业务和视频业务呼叫、控制、业务提供的核心设备，也是电路交换电信网向分组网演进的重要设备。我国正在制定的《软交换设备（呼叫服务器）总体技术要求》是以国际电联、计算机标准化组织和软交换论坛制定的相关标准为基础，结合国内网络的实际情况和相关国内标准制定的。它是软交换设备研制、开发和生产的主要依据。
这一标准规定了软交换设备的系统结构、主要功能、通信接口、协议及其性能要求，并重点规定分组语音业务的技术要求。标准规定，软交换处理的协议及控制的媒体流基于ＴＣＰ／ＩＰ承载方式。直接利用ＡＴＭ方式承载呼叫控制协议和媒体流的技术要求及相关系统结构待定。
６ 结束语
目前，软交换的研究是通信技术的研究热点之一，国内外有很多的科研、生产单位都在从事这方面的研究。总的看来，在分组网和ＰＳＴＮ的融合问题上，人们的想法基本是一致的。也就是说，采用软交换的模式，把呼叫控制与呼叫传输分离，智能化的软交换机实现不同信令的转化，控制呼叫的建立过程，并具有开放接口和ＡＰＩ，方便新业务的产生，而呼叫传输由简单的设备完成，如媒体网关。但相关的软交换标准还有待完善、统一和被广泛接受。软交换所面临的首要的也是最主要的挑战就是多协议，即软交换所支持的协议很多，而且这些协议分别来自不同的标准化组织，这为技术研究、设备生产通信运营等各方面都带来了很多协调方面的困难。
从运营方面讲，软交换的组网方案对新老运营公司都有利。传统运营公司用它实现ＰＳＴＮ与分组网的融合，保护传统投资，又具有创新能力；而新公司利用它可以比较容易地进入竞争激烈的通信业务市场，不需对传统设备进行巨大投资，没有资金压力。现在国外已有不少运营公司在试验或使用软交换组网方案。关注他们的动态，总结他们的经验和教训，对我们的网络发展规划是有启发的。
作为下一代网络核心的软交换，结合了传统的话音网络的可靠性和新兴的ＩＰ技术的灵活性和有效性的优点，不但可以很好地解决从传统的电话交换网向分组化网络过渡的问题，更是新兴运营商进入话音市场的技术手段之一。我国网络与交换标准研究组正在积极开展跟踪和研究工作，预计很快就会有相应的标准出台。国内厂家也在加紧软交换的研制工作。采用软交换技术，将形成一系列的网络新产品，对我国电信网的合理化演进，实现由电路网络向分组网络的无缝过渡将起到重要的作用，有广阔的发展前景。
摘自《电信技术》
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