基于軟交換的多媒體應(yīng)用方案

洪　鈞　李愛軍　李　明

摘要：

文章概要分析了多媒體應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，從體系結(jié)構(gòu)、設(shè)備接入、業(yè)務(wù)能力和運營支持系統(tǒng)策略等主要方面，闡述了基于軟交換的寬帶城域網(wǎng)多媒體應(yīng)用總體技術(shù)方案，并給出了一個典型的點到多點多媒體會議呼叫流程示例，最后簡單討論了軟交換在應(yīng)用過程中面臨的主要技術(shù)問題。

關(guān)鍵詞：

軟交換；寬帶城域網(wǎng)；多媒體；應(yīng)用系統(tǒng)

ABSTRACT:

Thepaperoutlinesthepresentstatusanddevelopmenttrendsofmultimedia

applications.WiththepresentationofatypicalP2Pcallingflowchartofvide

oconferencing,thegeneraltechnicalsolutionstosoftswitchbasedmultimedi

aapplicationsinBroadbandMetropolitanAreaNetworkaredescribedinaspects

ofsystemarchitecture,deviceaccess,servicecapabilityandOSS(operationsupporting

system)tactics.Lastlythemaintechnicalproblemsinsoftswitchapplicatio

nsarebrieflydiscussed.

KEYWORDS:Softswitch;Broadbandmetropolitanareanetwork;Multimedia;Applicationsystem

1概述

1.1寬帶城域網(wǎng)的發(fā)展情況

從電子商務(wù)、企業(yè)上網(wǎng)、政府上網(wǎng)、智能化小區(qū)等工程的啟動，到目前“信息港”等概念的興起，社會各界對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求日益旺盛。同時，對多媒體通信的需求也日益增長，提供寬帶多媒體業(yè)務(wù)已成為網(wǎng)絡(luò)運營商開拓市場新空間的重要手段。

由于中國城市經(jīng)濟較發(fā)達(dá)，各類商業(yè)用戶及個人用戶密集，所以城市既是傳統(tǒng)話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的主要消費點，也是寬帶綜合業(yè)務(wù)的重要集中地。因此，建設(shè)寬帶城域網(wǎng)，實現(xiàn)城市信息化無疑是全民信息化的重點內(nèi)容和前期目標(biāo)。

可以預(yù)見，隨著中國正式加入WTO，寬帶城域網(wǎng)必將成為今后信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的熱點和投資重點，成為電信網(wǎng)絡(luò)運營商的市場競爭焦點。

目前，建設(shè)寬帶城域網(wǎng)的主體部門可以大致分為4類，即：

●以中國電信為代表的傳統(tǒng)電信運營商；

●以中國網(wǎng)通為代表的新興電信運營商；

●擁有豐富網(wǎng)絡(luò)資源和用戶群體的有線電視行業(yè)；

●以長城寬帶為代表的有實力的企業(yè)和團體。

從技術(shù)角度看，寬帶城域網(wǎng)的核心組網(wǎng)模式主要有ATM和IP兩種。根據(jù)技術(shù)發(fā)展趨勢和相關(guān)實踐推斷，IP將逐步占據(jù)主流地位，但需要引入其它技術(shù)(如多協(xié)議標(biāo)記交換等)來改善其服務(wù)質(zhì)量；ATM則會成為一種輔助手段。

由于需要考慮不同類型用戶的接入，寬帶城域網(wǎng)的用戶接入模式比較多，大致有xDSL、LAN(局域網(wǎng)）、WLAN（無線局域網(wǎng)）、LMDS(本地多點分配業(yè)務(wù))和HFC等。用戶可以根據(jù)自身的實際情況和具體需求，采用合適的方式。

1.2多媒體應(yīng)用的現(xiàn)狀和趨勢

從研究多媒體應(yīng)用的現(xiàn)狀可以看出，現(xiàn)階段的多媒體應(yīng)用大致有以下特點：

(1)基于H.323的企業(yè)級應(yīng)用

現(xiàn)有多媒體系統(tǒng)一般采用GW-GK(網(wǎng)關(guān)-網(wǎng)守)結(jié)構(gòu)(GW負(fù)責(zé)呼叫控制、協(xié)議處理和媒體處理等，GK則負(fù)責(zé)地址解析、路由選擇和管理功能等)，由于系統(tǒng)容量和處理能力的限制，一般只在企業(yè)內(nèi)部使用，沒有在公眾電信網(wǎng)中大規(guī)模應(yīng)用。

(2)一般不能提供增值業(yè)務(wù)

目前多媒體系統(tǒng)能夠向用戶提供的都是最基本的語音和/或圖像服務(wù)，再加上寥寥可數(shù)的增值業(yè)務(wù)，還談不上新業(yè)務(wù)的動態(tài)生成和快速提供，遠(yuǎn)不能滿足市場需求。但限于本身的內(nèi)在制約因素，它已無法獲得突破性進展。

(3)H.323協(xié)議仍在進一步完善

ITU-T發(fā)布的H.323協(xié)議最新版本，增加了MGC(媒體網(wǎng)關(guān)控制器)和MG(媒體網(wǎng)關(guān))功能實體的概念，引入了H.248主從控制的思想，標(biāo)志著H.323系統(tǒng)正在努力逐步向Softswitch(軟交換)體系靠攏。

(4)基于SIP的網(wǎng)絡(luò)剛剛起步

SIP(會話啟動協(xié)議)被業(yè)界認(rèn)為是最有希望取代H.323的終端控制協(xié)議，基于SIP的網(wǎng)絡(luò)也已形成了一套比較完整的體系結(jié)構(gòu)，但其建設(shè)和發(fā)展在國際上剛剛開始，在中國國內(nèi)則幾乎是空白，暫時還無法發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

隨著技術(shù)的發(fā)展，多媒體應(yīng)用現(xiàn)在也出現(xiàn)了一些重要趨勢和動向。就其影響和潛力而言，當(dāng)以與語音、數(shù)據(jù)和移動應(yīng)用的結(jié)合最為突出，目的是開展綜合的個人多媒體移動應(yīng)用，為真正的個人通信積累有益的經(jīng)驗。

1.3基于軟交換的多媒體應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)

經(jīng)過近幾年的實踐，在開展多媒體應(yīng)用方面已取得了一定的成果，為下一代網(wǎng)絡(luò)提供全面的多媒體應(yīng)用解決方案奠定了基礎(chǔ)。這些成果主要表現(xiàn)為：

(1)VoIP和會議電視技術(shù)已基本成熟

H.323系統(tǒng)已形成一套以GK-GW為核心，其它設(shè)備(如MCU、AAA服務(wù)器、多媒體終端等)相配合，提供語音/圖像服務(wù)的實用方案，能夠滿足各應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的基本需求。這為軟交換解決方案提供了重要參考。

(2)VoIP積累了一定的運營經(jīng)驗

作為公眾交換電話網(wǎng)向包交換網(wǎng)過渡的最早嘗試，基于H.323的VoIP網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實際運行了一段時間，在組網(wǎng)、計費、網(wǎng)管和操作維護等方面都有了一定的經(jīng)驗和教訓(xùn)，可為基于軟交換的下一代網(wǎng)絡(luò)的實用化提供借鑒。

軟交換作為一項新技術(shù)，其發(fā)展歷史才短短幾年時間。對于中國來說，軟交換技術(shù)發(fā)展基本與國際同步，在某些方面(如在寬帶城域網(wǎng)中的應(yīng)用等)還比較領(lǐng)先，軟交換技術(shù)在中國有較好的基礎(chǔ)。

2基于軟交換的多媒體應(yīng)用方案

多媒體應(yīng)用一般由基于包交換的寬帶多媒體通信網(wǎng)所承載。由于涉及到圖像等方面因素，它對終端、傳輸、網(wǎng)絡(luò)資源等方面的要求都比語音應(yīng)用要苛刻得多。而下一代電信網(wǎng)的定位就是一種能夠在包交換網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)綜合多媒體應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)，因此必須能夠提供融合語音、數(shù)據(jù)、圖像于一體的實用化業(yè)務(wù)。

從現(xiàn)實情況來看，寬帶城域網(wǎng)正是這樣一種包交換網(wǎng)絡(luò)。它能夠有效地滿足各種多媒體應(yīng)用對于承載網(wǎng)的要求。因此，提出一種在寬帶城域網(wǎng)上支持多媒體應(yīng)用的軟交換總體技術(shù)方案是很有必要的。

2.1軟交換系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

軟交換系統(tǒng)是基于分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型的，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想就是按照統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向用戶提供不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用。邊緣層設(shè)備完成各種類型終端設(shè)備的接入(或不同類型網(wǎng)絡(luò)的互通)；控制層設(shè)備對邊緣層設(shè)備進行控制，實現(xiàn)不同控制域之間的互聯(lián)，并向業(yè)務(wù)層提供通用開放接口；業(yè)務(wù)層設(shè)備完成增值業(yè)務(wù)邏輯和相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫更新、網(wǎng)絡(luò)管理和計費認(rèn)證等；核心層設(shè)備則專職完成數(shù)據(jù)包的傳送，不關(guān)心具體的應(yīng)用。

從總體上看，無論是應(yīng)用于語音領(lǐng)域，還是多媒體領(lǐng)域，軟交換系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)都是相同的。支持多媒體應(yīng)用的軟交換系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

當(dāng)然，不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)υO(shè)備的功能和性能要求必然有一些不同。和語音應(yīng)用相比較，多媒體應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求在各個層次上分別有不同的體現(xiàn)。

邊緣層的媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備必須能夠進行圖像壓縮、聲像同步、多媒體協(xié)議處理等，媒體服務(wù)器必須能夠完成聲音混合、圖像切換等功能。

控制層的軟交換設(shè)備必須能夠?qū)哂卸嗝襟w特性的媒體網(wǎng)關(guān)——MSAG(多業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān))實施控制，如指定壓縮算法和選擇雙媒體端口等等。

業(yè)務(wù)層的應(yīng)用服務(wù)器設(shè)備必須提供多媒體應(yīng)用的特定業(yè)務(wù)邏輯，策略服務(wù)器必須實現(xiàn)對多媒體應(yīng)用的有效管理。

理想情況下，為了滿足多媒體應(yīng)用的要求，核心層路由器/ATM交換機設(shè)備應(yīng)能夠保證最低業(yè)務(wù)帶寬和傳送過程中的QoS等。

2.2軟交換系統(tǒng)的設(shè)備接入

如上所述，多業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)是多媒體應(yīng)用的主要接入設(shè)備。它主要提供xDSL、LAN、WLAN、LMDS和HFC等用戶接入端口，以滿足各種接入模式。圖2所示為支持多媒體應(yīng)用的軟交換系統(tǒng)的設(shè)備接入方式。

由于H.248協(xié)議提供了強大的信息承載能力，而且獨立于具體的應(yīng)用，多業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)和軟交換設(shè)備之間仍采用H.248進行信息交互。多業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)接受軟交換設(shè)備的控制指令，并返回執(zhí)行結(jié)果和/或執(zhí)行過程中的相關(guān)信息。

和語音媒體網(wǎng)關(guān)相比，多業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)還要處理圖像信息流。因此軟交換設(shè)備必須明確為多業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)單獨選擇一個圖像端口，指定壓縮算法、聲像同步要求和業(yè)務(wù)QoS要求(如果網(wǎng)關(guān)支持的話)等相關(guān)信息。

如果用戶采用的是智能多媒體終端(如個人計算機)，則不再需要多業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)，軟交換設(shè)備和終端可以直接通信，但是主從控制關(guān)系將弱化很多。目前兩者之間的協(xié)議基本上是采用H.323協(xié)議，但從發(fā)展趨勢來看，采用會話啟動協(xié)議將會逐漸成為主流。

除此之外，媒體服務(wù)器也是多媒體應(yīng)用中的一個重要設(shè)備。它既可以接受軟交換設(shè)備的指令，也可以接受應(yīng)用服務(wù)器的指令，提供網(wǎng)絡(luò)資源服務(wù)(如放音、收號、混音、圖像切換等服務(wù))。它和控制設(shè)備之間多數(shù)采用H.248/MGCP協(xié)議，也有采用會話啟動協(xié)議的。

還有一種實現(xiàn)方式，就是將媒體服務(wù)器功能內(nèi)置在多業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)中。這時，如果應(yīng)用服務(wù)器需要資源服務(wù)，不需直接控制媒體服務(wù)器，而是通過軟交換設(shè)備來控制多業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)來完成。這種方式一般在業(yè)務(wù)量較小的場合使用。

2.3軟交換系統(tǒng)的業(yè)務(wù)提供

強大的業(yè)務(wù)提供能力是下一代網(wǎng)絡(luò)的一個最重要特征。為了確保業(yè)務(wù)應(yīng)用獨立于網(wǎng)絡(luò)，軟交換系統(tǒng)屏蔽了具體網(wǎng)絡(luò)類型和設(shè)備，通過開放接口向業(yè)務(wù)層設(shè)備提供統(tǒng)一的實現(xiàn)方式。因此，在軟交換系統(tǒng)中多媒體應(yīng)用和語音應(yīng)用在實現(xiàn)上并無本質(zhì)的不同。但是，軟交換系統(tǒng)與傳統(tǒng)SCP(業(yè)務(wù)控制點)互通可以提供語音增值業(yè)務(wù)，這對于多媒體應(yīng)用來說已不再具有利用價值。因此，除點到點和點到多點的多媒體基本業(yè)務(wù)在軟交換設(shè)備中直接提供外，其余的增值業(yè)務(wù)功能一般都是在應(yīng)用服務(wù)器中加以實現(xiàn)的。

軟交換設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器之間的開放業(yè)務(wù)接口大多采用Parlay接口。在其CallControlAPI(應(yīng)用編程接口)功能集里，有專門針對多媒體應(yīng)用方面的定義，說明軟交換系統(tǒng)完全可以支持多媒體應(yīng)用。作為在應(yīng)用服務(wù)器上實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的業(yè)務(wù)提供商，只需要利用ParlayAPI進行編程即可，無需關(guān)心多媒體應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)的任何特殊要求。

需要特別指出的是，按照傳統(tǒng)的觀點，雖然可以認(rèn)為應(yīng)用服務(wù)器所實現(xiàn)的業(yè)務(wù)屬于增值業(yè)務(wù)，但是它與SCP智能業(yè)務(wù)是有著很大區(qū)別的。它的最顯著特點是“融合(Convergent)”，也就是說，應(yīng)用服務(wù)器的業(yè)務(wù)往往是集語音、數(shù)據(jù)和圖像為一體的綜合業(yè)務(wù)。這充分地體現(xiàn)了下一代網(wǎng)絡(luò)在業(yè)務(wù)層面上的融合特性。

為了方便用戶通過對系統(tǒng)編程實現(xiàn)新業(yè)務(wù)，應(yīng)用服務(wù)器提供了一整套的業(yè)務(wù)支撐環(huán)境，包括業(yè)務(wù)管理器、業(yè)務(wù)生成器和人機界面等。

2.4軟交換系統(tǒng)的OSS策略

高度統(tǒng)一的集中OSS(運營支持系統(tǒng))是下一代網(wǎng)絡(luò)的另一個最重要特征。現(xiàn)有各種網(wǎng)絡(luò)的OAM(運行、管理和維護)系統(tǒng)功能十分相似，但其建設(shè)和維護都是完全分立的，給運營商帶來技術(shù)、經(jīng)濟上的一系列問題。考慮到網(wǎng)絡(luò)演進是一個相當(dāng)長的過程，從一開始軟交換系統(tǒng)就充分吸取教訓(xùn)，把實現(xiàn)統(tǒng)一的OSS放在了十分突出的位置加以規(guī)劃。

正是由于堅持了這一根本點，以軟交換為核心的下一代網(wǎng)絡(luò)采用了相同的網(wǎng)管、計費和認(rèn)證策略，使系統(tǒng)不因不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用而異。因此，可以說多媒體應(yīng)用和語音應(yīng)用在OSS策略方面的區(qū)別很小。

關(guān)于軟交換系統(tǒng)的OSS研究工作目前正在進行中，它對于建立高效的下一代網(wǎng)絡(luò)商業(yè)運營模式是關(guān)鍵性的。軟交換系統(tǒng)的OSS研究工作對運營商的重要性超過其它任何方面，無論是傳統(tǒng)運營商還是新興運營商，都應(yīng)盡早參與研究。

2.5典型流程

為了使讀者對軟交換的寬帶城域網(wǎng)多媒體應(yīng)用方案有個較為直觀的了解，下面給出典型的點到多點多媒體會議呼叫流程示意圖(見圖3、圖4)。會議功能由軟交換設(shè)備直接提供，不涉及應(yīng)用服務(wù)器(但用戶數(shù)據(jù)庫可以獨立設(shè)置)。使用時由用戶呼叫某個特定號碼發(fā)起，用戶包括H.248終端、SIP終端和H.323終端，其中H.323終端采用快速呼叫建立過程。

3主要問題

作為一種嶄新的技術(shù)，軟交換在應(yīng)用過程中還面臨著許多問題。這些問題涉及到方方面面，有的是寬帶城域網(wǎng)本身所固有的，有的是在寬帶城域網(wǎng)中提供電信應(yīng)用時所共有的，還有的是某些應(yīng)用領(lǐng)域所特有的。如果不很好地加以解決，就無法有效推動基于軟交換的下一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

就多媒體應(yīng)用而言，下面幾個問題顯得格外突出，在這里有必要專門強調(diào)一下。

(1)QoS保證

基于網(wǎng)絡(luò)的QoS策略主要有兩種：一是虛擬專網(wǎng)方式，即在精確計算的基礎(chǔ)上，為QoS要求較高的應(yīng)用提供虛擬專網(wǎng)，使其獨占部分帶寬以保證傳輸質(zhì)量。二是MPLS方式，并結(jié)合“區(qū)分服務(wù)”進行優(yōu)先級管理，以滿足電信級應(yīng)用的要求。

僅有這些策略對于要求端到端服務(wù)的多媒體應(yīng)用是不夠的，仍需要進一步采取基于終端的QoS策略(一般包括擁塞控制和差錯控制等)，通過調(diào)整編碼速度以適應(yīng)不斷變化的網(wǎng)絡(luò)帶寬，并采取前向糾錯、重傳、編碼控制和錯誤掩蓋等機制，以保證傳送時延。

隨著技術(shù)的進步和制造成本的下降，帶寬已經(jīng)成為越來越廉價的資源，很多問題只需要通過簡單地增加物理帶寬就可以很圓滿地解決。

(2)組播實現(xiàn)

對于多媒體應(yīng)用來說，組播是一種非常實用的功能。現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)對組播的支持很弱，不能滿足用戶的需求，主要原因是組播的特殊性。組播涉及多點控制、時鐘/聲像同步、壓縮數(shù)據(jù)流合成、數(shù)據(jù)流分級編碼以及保密性等問題，每個方面都需要復(fù)雜的技術(shù)支持。以數(shù)據(jù)流的分級編碼為例，這種方式將數(shù)據(jù)流編碼壓縮成幾種不同質(zhì)量的碼流，每一級碼流可以和其對應(yīng)的低一級的碼流疊加，這樣就可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的帶寬狀態(tài)隨時將分級數(shù)據(jù)流組成適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬的碼流。丟包或誤碼只會影響其中一部分而不影響整體。

在組播業(yè)務(wù)中，由于網(wǎng)絡(luò)的不對稱性，每個收端的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)并不一致，要求的傳送時延、數(shù)據(jù)流質(zhì)量、處理能力、帶寬限制等也不相同。這時就可以采用分級編碼，對每個收端分別發(fā)出相應(yīng)的碼流。

(3)分布式目錄服務(wù)

分布式目錄服務(wù)在多媒體應(yīng)用(尤其是多點會議)中十分重要。現(xiàn)有異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點的標(biāo)識是各不相同的，如果目錄服務(wù)能夠?qū)?yīng)用各方的邏輯身份轉(zhuǎn)換成物理標(biāo)識，則是十分理想的；另外，在移動通信中可能會使用動態(tài)地址從不同地方接入，這時的目錄服務(wù)就顯得更為必要。InternetDNS(域名服務(wù)系統(tǒng))是一種分布式目錄服務(wù)解決方案，但普通的DNS系統(tǒng)不支持動態(tài)分配的IP地址。動態(tài)IP地址查詢方案要求有一個實時登記機制獲取用戶登錄時動態(tài)分配的IP地址。如果考慮到系統(tǒng)安全性而設(shè)置了防火墻或者用戶不愿意暴露自己的IP地址，則分布式目錄服務(wù)將會很復(fù)雜。

4結(jié)束語

雖然到現(xiàn)在為止，下一代網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的重點還是集中在語音業(yè)務(wù)上，但是對多媒體應(yīng)用的研究已經(jīng)取得了一定的進展。為了更好地推動多媒體應(yīng)用的普及，充分發(fā)揮下一代網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，下一步的工作重點應(yīng)向如何在包交換網(wǎng)絡(luò)上提供多媒體應(yīng)用方面轉(zhuǎn)移。這種轉(zhuǎn)移不僅僅體現(xiàn)在對相關(guān)技術(shù)問題進行深入的研究，更重要的是，要積極地探索如何建立和完善下一代網(wǎng)絡(luò)中多媒體應(yīng)用系統(tǒng)的商業(yè)運營模式。

參考文獻

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(收稿日期：2002-01-30)

作者簡介

洪鈞，南京郵電學(xué)院畢業(yè),碩士。現(xiàn)為深圳市中興通訊股份有限公司網(wǎng)絡(luò)事業(yè)部南京研究所Softswitch產(chǎn)品總工程師。先后從事過智能網(wǎng)、程控交換機、七號信令等產(chǎn)品的設(shè)計和研究開發(fā)工作，目前主要從事Softswitch系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和系統(tǒng)設(shè)計工作。

李愛軍，浙江大學(xué)畢業(yè)，碩士。現(xiàn)為深圳市中興通訊股份有限公司網(wǎng)絡(luò)事業(yè)部南京研究所Softswitch系統(tǒng)部部長。長期從事七號信令系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計和研究開發(fā)工作，目前主要從事Softswitch系統(tǒng)的設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作。

李明，東南大學(xué)畢業(yè)，博士。現(xiàn)為深圳市中興通訊股份有限公司網(wǎng)絡(luò)事業(yè)部南京研究所Softswitch系統(tǒng)部高級工程師。目前主要從事Softswitch系統(tǒng)的方案設(shè)計、基礎(chǔ)研究和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作。