軟交換技術的應用與發展

摘要：IMS技術的逐漸興起，對軟交換技術的發展產生了新的挑戰。與IMS相比軟交換更適合于實現傳統的窄帶話音業務，因此軟交換后續的發展應該定位于在分組交換網絡上繼承和發展傳統語音業務。在這一定位的基礎上，軟交換可以應用于公共交換電話網(PSTN)長途網以及網絡智能化改造當中，同時軟交換的一般網絡架構也會隨著業務的發展和提高服務質量的需求而有所變化。

關鍵詞：軟交換；業務接入控制設備；長途網；網絡智能化

Abstract: As the uptake in IP Multimedia Subsystem (IMS) technology increases space， the development of Softswitch technology is confronted with new challenges. Compared with IMS， the Softswitch is more suitable to deliver the traditional narrow band Public Switched Telephone Network (PSTN) services， and should position itself as an enabler for the packet-switched network to inherit and develop existing PSTN services. Therefore， the Softswitch is applicable in constructing the PSTN toll network or intelligentizing the PSTN network. The Softswitch network architecture can be modified according to the development of services and increased QoS requirement.

Key words: Softswitch; service access control; toll network; network-intelligentizing

在電信領域內，下一代網絡(NGN)的概念，可以說是隨著軟交換技術的興起而逐漸為人們所熟知的，曾幾何時NGN幾乎就是軟交換網絡的代名詞。但是由于各種原因，軟交換網絡并沒有像人們當初想象的那樣得到迅速普及，而新的網絡技術——IP多媒體子系統(IMS)的出現，使軟交換不再成為NGN的全部。那么，軟交換今后將如何定位，又會如何發展，值得探討^[1-5]。

1 軟交換的定位

事實上，對于軟交換應該遵循什么樣的路線發展，電信行業一直沒有形成統一的認識。與傳統電路交換網相比較，軟交換網絡具備基于IP分組網、控制與承載層分離等特性，無疑是更為先進的。實踐也證明，在相同容量下，軟交換網絡比基于電路交換的傳統網絡具備更低的運維成本，軟交換機的容量也比傳統交換機更大。軟交換技術沒能獲得大規模的發展，主要是人們對分組網絡實現話音業務的安全性和服務質量(QoS)保障能力存在疑慮。

隨著各種IP話音(VoIP)應用的普及，現在人們對基于分組網絡提供語音業務的疑慮已經基本消除或逐漸淡化了，但是IMS技術的興起又讓軟交換的發展前景變得撲朔迷離。那么，軟交換技術在IMS時代是否能夠繼續發展以及應該如何發展呢？要弄清這個問題，首先需要對IMS與軟交換進行全面的比較和分析。

如果從采用的基礎技術上來看，軟交換和IMS有很大的相似性：都是基于IP分組網；都實現了控制與承載的分離；大部分的協議棧都是相似或完全相同的；許多網關設備和終端設備甚至是可以通用的。

IMS與軟交換最大的區別在于以下幾個方面：

●在軟交換控制與承載分離的基礎上，IMS更進一步地實現了呼叫控制層和業務控制層的分離。

●IMS起源于移動通信網絡的應用，因此充分考慮了對移動性的支持，并增加了外置數據庫——歸屬用戶服務器(HSS)，用于用戶鑒權和保存用戶業務觸發規則。

●IMS全部采用會話初始協議(SIP)作為呼叫控制和業務控制的信令，而在軟交換中，SIP只是可用于呼叫控制的多種協議的一種，更多地使用媒體網關控制協議(MGCP)和H.248協議。

總體來講，IMS與軟交換的區別主要是在網絡構架上，IMS的網絡架構相比于軟交換更為先進，因為IMS比軟交換進行了更充分的網絡解聚。網絡各個層面的不斷解聚是電信網絡發展的總體趨勢，從傳統電路交換網到智能網出現，再到軟交換以及IMS，無不符合這種趨勢。網絡的解聚使得垂直業務模式被打破，有利于業務的發展；另外，不同類型網絡的解聚也為網絡在不同層面上重新聚合創造了條件。這種重新聚合，就是網絡融合的過程。由此可見，IMS的網絡架構相比于軟交換也更有利于實現固定與移動的網絡融合。

但是，并不能說IMS出現以后，軟交換就可以完全消失了。在提供基本的話音業務方面，軟交換較IMS仍然具有優勢。

IMS中全部采用SIP協議，這種協議在多媒體應用中已經展現出了它的優勢。雖然SIP也能夠實現最基本的VoIP，但是可以說SIP天生就是為多媒體業務而生。相比之下，在軟交換中使用的MGCP和H.248協議則更多地關注語音業務，在制訂這些協議時充分地考慮了保留傳統電話業務中的一些特性。這使得MGCP和H.248協議比SIP更容易繼承傳統的電話業務。雖然SIP可以通過許多擴展來增強電話業務能力(如拍叉、二次撥號)，但是，第一，這并不是發展SIP的初衷；第二，即使經過擴展，某些業務仍然無法實現(例如熱線業務)。

另一方面，傳統電話業務已經非常成熟，不會再有太多的業務擴展，這讓IMS的架構無法發揮出業務部署靈活的優勢。現有的IMS實現傳統電話業務的方法是使用專用的傳統電話業務應用服務器，所有呼叫都必須通過呼叫控制層進行轉發，并且還要考慮用SIP去適配各種終端和協議，這些無疑都會降低業務實現的效率，這還沒有考慮軟交換相對于IMS的成本優勢。

還有一個不可忽略的因素，就是在軟交換架構下非常容易重用傳統的智能網資源，而在IMS架構下實現起來有一定的難度。

由此可見，在僅需要提供傳統電話業務的環境下，軟交換相比于IMS具有一定的優勢。軟交換未來的發展，應該主要定位于傳統電話業務，即通常所說的窄帶話音業務。只要傳統的話音業務形式不消失，軟交換技術就有其存在下去的理由。

2 軟交換的發展與應用

2.1 軟交換網絡架構的發展

盡管軟交換的網絡架構并沒有形成一整套的國際標準，但是在軟交換技術的發展過程中逐步形成了相對統一的網絡架構，這個網絡架構中主要包括軟交換機、媒體網關、信令網關、媒體服務器、應用服務器等設備。軟交換的架構應該說是非常成熟和穩定的，但是隨著業務的發展以及對服務質量增長的需求，人們對這個構架提出了新的要求。其中，引入業務接入控制設備就是變化之一。

在原有的軟交換架構下，用戶之間的媒體流建立是不受控的，通信雙方以及用戶與核心交換設備之間相互暴露IP地址，這就可能導致非法攻擊、盜用帶寬以及非法建立連接等一系列問題。業務接入控制設備(SAC)主要部署于軟交換核心網絡與接入網絡之間，主要包括信令流代理、媒體流代理、地址翻譯、資源控制、媒體流監控和管理等功能。增加SAC設備后，軟交換核心設備的IP地址對于終端用戶來說不可見，通信雙方也無法看到對方的IP地址，這樣能夠有效地防止非法攻擊和非法建立連接；另外，所有媒體流都必須通過SAC轉發，可以有效地控制用戶對帶寬資源的占用，并實現對媒體流的監控。

增加SAC設備可能引起軟交換架構的另一種變化，就是將用戶的鑒權認證功能從軟交換設備中分離出來，形成獨立的鑒權、認證、計費(AAA)服務器。這是由于SAC設備也需要訪問AAA服務器，檢查用戶的鑒權信息，內置于軟交換設備中難以滿足這種需求。AAA服務器保存用戶接入層面的計費、認證和鑒權信息，并負責密鑰的分發和管理，同時AAA服務器還要保存和軟交換用戶相關的信息，如位置信息或IP地址信息等。

事實上，還有一個爭論點，就是軟交換是否需要支持外置的用戶簽約屬性集中數據庫。這種需求來源于固網智能化改造。外置用戶簽約屬性集中數據庫主要用于觸發智能網業務。如果用戶簽約屬性數據庫外置，并且與AAA服務器合設，這個集中數據庫在網絡中的功能定位就非常相似于IMS中的HSS了，所不同的是兩種網絡采用不同的鑒權、認證算法，另外HSS保存的是適用于SIP的初始過濾規則，而用戶簽約屬性數據庫保存的是以碼號前綴形式保存的智能網觸發規則。

SAC、AAA服務器、外置用戶簽約屬性數據庫等功能實體的引入，無疑會提高軟交換網絡的安全性和業務靈活性，可能是軟交換網絡架構的發展方向。但是由于現在電信網設備制造商的開發重心已經向IMS網絡遷移，對軟交換網絡架構的繼續發展產生了不利影響。

2.2 軟交換業務的發展

在軟交換剛剛流行的時候，人們曾經希望軟交換支持所有可以預見到的業務，包括語音業務、視頻多媒體業務、數據業務等。隨著時間的推移以及IMS的出現，人們應該更理性地對待軟交換所支持的業務。

軟交換的業務應該首先定位于對傳統電話業務的繼承。這些業務包括：傳統的長途話音業務、傳統的C5端局本地話音業務、各種公共交換電話網(PSTN)的補充業務，以及傳真、綜合業務數字網(ISDN)接入、調制解調器(Modem)接入等基本的窄帶數據業務。

軟交換的業務還可以在傳統電話業務基礎上進行增強和擴充。比如同樣是呼叫前轉類業務，在軟交換上可以實現更為復雜的功能，只需要借助媒體服務器或者軟交換上的媒體資源處理板，就可以很容易地實現語音的混音，因此會議電話業務一般都成為了軟交換業務中的標準配置。

最后，在軟交換網絡中還可以適當引入一些IP多媒體類業務，例如基于SIP的點對點可視電話。雖然基于SIP的業務更多地會在IMS中實現，但是對于同樣支持SIP的軟交換而言，提供某些基本的SIP業務非常容易，所增加的成本也不高。

2.3 軟交換的應用

伴隨著軟交換多年的發展，現網上已經出現了很多的軟交換應用。在這些應用中，有兩類應用非常符合軟交換以分組交換為基礎提供傳統話音業務的定位。這兩類應用分別是：軟交換在語音長途網中的應用以及軟交換在固網智能化改造中的應用。

事實上還有一類應用，就是3GPP系統網絡結構中的電路域(CS)應用。因為3GPP R4和R5等版本系統網絡結構中的CS控制實體——移動交換中心服務器(MSC Server)，采用的就是移動軟交換技術。

2.3.1 軟交換在語音長途網中的應用

軟交換在語音長途網中的應用，最能夠體現出軟交換的技術優勢。

首先，軟交換應用于語音長途網相比于傳統電路交換具有如下優勢：(1)更大的系統容量使得網絡結構更簡單。(2)資源調配效率更高。軟交換設備的呼叫處理能力大于傳統交換機，因此在部署語音長途網時，可以設置更少的交換節點。交換節點的減少所帶來的優勢是非常明顯的，最直接的好處是網絡結構變得簡單，路由的配置和維護也更為容易。間接的好處還有減少了機房的占用面積，降低了傳輸資源配置的難度等等。由于軟交換網絡是基于分組交換的，并且實現了控制與承載分離，因此相對于電路交換來說對資源進行重新調配更為簡單，效率也更高。在調整承載資源時，網絡結構以及信令路由等都不需要做相應的變化。

其次，軟交換應用于語音長途網，回避了這種技術在其他場景應用所遇到的問題。第一，長途網軟交換不攜帶終端用戶，避免了安全攻擊、用戶資源控制等問題；第二，長途網不涉及城域網或接入網，而骨干IP傳輸網的帶寬又比較容易保障，因此也不存在QoS保障問題。

正是基于上述原因，軟交換在PSTN語音長途網的改造和擴容中獲得了廣泛的應用。

2.3.2 軟交換在網絡智能化改造中的應用

在PSTN網絡智能化改造過程中使用軟交換機也是軟交換應用的一個方向。在這種應用中，軟交換機主要用于替代PSTN匯接局交換機。

用軟交換替代傳統匯接局交換機，可以為網絡帶來更低的維護成本。另外得益于軟交換網絡容量大、擴容方便的優勢，在今后本地網規模不斷擴大的情況下，在承載資源充足的前提下，只需在端局層面放置更多接入網關(AG)或中繼網關(TG)，在軟交換設備中相應地增加處理板，對網絡的架構沒有任何影響。

另一方面，軟交換對智能網的支持也使得其足以勝任這一角色。對智能網應用協議(INAP)的支持已經成為軟交換設備的一種必備能力，無論采用IP承載INAP(INAP over IP)的方式，還是通過信令網關(SG)進行信令轉接的方式，軟交換都可以很容易地實現與傳統智能網設備的對接，同時軟交換本身還可以具備業務交換點(SSP)的功能。

當然，正如前面討論軟交換網絡架構部分中提及的，軟交換在應用于網絡智能化改造時，可能需要支持外置的用戶簽約屬性集中數據庫，因為使用外置的簽約屬性數據庫是實現網絡智能化業務觸發的主流方式。

3 結束語

在未來的發展中，軟交換應該主要定位于繼承傳統的話音業務，同時可以適當地發展一些基本的IP多媒體業務。在此定位的基礎上，軟交換仍然可以在PSTN長途網、網絡智能化改造等方面獲得大量的應用。同時，基于業務發展及服務質量提高的需求，軟交換網絡架構也將不斷向前發展。總之，只要人們理性地看待軟交換，并以實用為原則，即使在IMS已經大行其道的今天，軟交換仍然能夠獲得足夠的發展空間。

4 參考文獻

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收稿日期：2006-07-17

作 者 簡 介

曹遠，北京航空航天大學畢業，碩士。現為信息產業部電信研究院通信標準研究所工程師，從事的研究領域包括NGN、智能網及應急通信等。已發表科技論文9篇，國際會議論文1篇，參與了CCSA多項標準的起草和編寫。