軟交換技術在地區電力通信網中的應用

劉碩鈺, 季文嬿

(國網江蘇省電力有限公司 南通供電分公司，江蘇 南通 226006)

0 引言

隨著網絡的迅猛發展，用戶對新業務的需求不斷增加，在傳統的基于TDM的PSTN網絡中，提供給用戶的各項功能都直接與交換機有關，業務和控制都是由交換機完成的。由于采用依靠交換機和信令來提供業務，所以必須在交換機的技術標準和信令標準中對開放的每項業務進行詳細規范，在增加新的業務時必須要對交換機或信令做相應的改造，每提供一項新業務都需要較長的時期。

軟交換技術將呼叫控制和承載連接分離[1]，構建一個統一的網絡平臺，即軟交換網絡，通過這個平臺同時承載話音、視頻和數據等各項綜合業務，并提供開放式的業務層標準接口，引入新業務。

1 軟交換技術

軟交換技術是NGN網絡的核心技術。如果說傳統的電信網是基于程控交換機的網絡，那么下一代分組話音網則是基于軟交換的網絡。

1.1 概念

軟交換又稱為呼叫AGENT、呼叫服務器或媒體網關控制[2]。軟交換技術獨立于傳送網絡，把呼叫控制功能從媒體網關中分離出來，實現了呼叫控制和媒體網關之間的開放和標準化。軟交換主要完成了呼叫控制、資源分配、協議處理、路由、認證、計費等主要功能，同時可以向用戶提供現有電路交換機所能提供的所有業務，并向第三方提供可編程能力。

1.2 主要功能

軟交換在網絡中的位置將被分成接入傳送層、媒體層、控制層和業務層[3]，即把控制和業務的提供從媒體層中分離出來，具有以下主要功能：

1) 媒體網關接入功能

該功能可以連接各種媒體網關，如PSTN/ISDN的IP中繼媒體網關、用戶媒體網關、無線媒體網關、數據媒體網關等，完成H.248協議功能。同時，還可以直接與H.323終端和SIP客戶端終端進行連接，提供相應業務。

2) 呼叫控制功能

呼叫控制功能實現了基本呼叫的建立、維持和釋放，所提供的控制功能包括呼叫處理、連接控制、智能呼叫觸發檢出和資源控制等。

3)業務提供功能

軟交換支持PSTN/ISDN交換機提供的全部業務，包括基本業務和補充業務；同時還可以與現有智能網配合，提供現有智能網提供的業務。

4)互聯互通功能

目前，存在2種比較流行的IP電話體系結構，1種是ITU-T制定的H.323協議，另1種是IETF制定的SIP協議標準，兩者是并列的、不可兼容的體系結構，均可以完成呼叫建立、釋放、補充業務、能力交換等功能。軟交換實現了對以上2種協議的同時支持。

1.3 優點

1) 可以使用基于IP包的承載傳送，克服了TDM網絡中容量不足的缺點；

2) 具有開放式端點的拓撲結構，既能良好地傳送話音，也能支持數據業務；

3) 將網絡的承載部分與控制部分相分離，允許二者分別演進，有效地打破了單塊集成交換的結構；

4) 在各單元之間使用開放的接口，允許運營者為其網絡的每一部分購買最理想的產品。

2 軟交換技術在電力通信網中的優勢

電力通信網是世界上目前分布最廣的網絡之一，有光纖、微波、載波等多種傳輸介質，從而形成了光纖網、微波網等多種網絡形式，且各種網絡都有自己的交換設備、復接設備等。當信息需要在不同介質的網絡間傳輸時，就需要進行轉換。這種轉換不但造成了資源的浪費，同時也對整個電力通信網的管理帶來了很大的不便，而軟交換技術的引入，將會帶來很多顯著的效果。

2.1 電力通信網中網絡互通

電力通信網中的電話網是一種交換網絡，而且擁有電力系統獨有的載波電話網絡；同時電力通信網中也存在計算機網絡，它們是以IP協議為基礎的分組網絡。軟交換可以提供支持多種信令協議的接口，可以很好地實現電話網和計算機網之間的信令互通及不同網關的互操作問題。這就是使得計算機網可以更方便地對電話網進行管理和支持，電話網也可以和計算機網絡配合，更好地提供服務。

2.2 提供各種增值業務

目前，電力通信網中傳輸的信息主要是語音和數據，但隨著網絡的演進和計算機技術的不斷發展，對視頻業務和多媒體業務也提出了新的要求。軟交換技術不但能很好地支持語音業務，而且利用開放式的應用程序接口(API)，非常便于提供新業務。如在電力系統呼叫中心(也稱客戶服務中心)中引入軟交換技術，可以用更低的成本、更短的周期為用戶提供更好的服務，更好地樹立電力系統的形象。

2.3 統一不同介質的網絡

電力通信網中存在多種傳輸介質，且各自較獨立，若采用軟交換技術，在一臺交換服務器上可對多種介質的信息進行交換，既省掉了復雜的轉換環節，提高了網絡的可靠性，又避免了對多種傳輸介質的分別管理，提高了運維的方便性，而且在經濟方面避免了設備的浪費。

2.4 其他方面的功能

軟交換具有操作維護功能(主要包括業務統計和告警等)[4]。對業務繁雜的電力系統來說，軟交換可以對各種業務進行統一的統計，若出現故障還可以及時地發出告警信號；另外，軟交換還可以采集詳細的清單，實現對用電量和電話費等的計費。

3 軟交換技術在地區電力通信網中的應用

3.1 概述

根據江蘇省電力通信規劃方案，南通地區建設了行政電話軟交換平臺，將語音、視頻、數據和多媒體等接入到軟交換網內，并通過信令網關、中繼網關等設備與電力行政電話交換專網和公網PSTN互聯。目前軟交換項目硬件配置如下：

市公司：配置核心設備(IBX10000)1套作為主用，另配置中繼網關(TCG)1套；

縣公司：配置中繼網關(TCG)1套，海門縣公司作為地區災備點額外配置核心設備(IBX10000)1套作為備用；

市縣公司相關用戶均使用IAD接入。

其中，IBX10000為軟交換系統中的核心控制設備，位于軟交換網絡中的控制層，統一接入通信數據網。市公司和縣公司之間通過IP網絡互聯，市縣公司出局方式采用E1(2M)和原哈里斯的程控交換機PBX互聯，其出口均從哈里斯PBX上出局，如圖1所示。

圖1 南通和各縣公司軟交換網絡拓撲圖

3.2 網絡構建

目前，南通地區數據專網由通信數據網和電力信息內網構成。通信數據網主要承載生產類業務，電力信息內網主要承載日常辦公業務。為保證軟交換核心設備的安全訪問機制，市縣公司核心設備(IBX10000、TCG)均部署在通信數據網上，辦公場所、變電站、供電所等IAD部署在電力信息內網上。為了實現2個網絡中的軟交換設備能夠互相通信，需在互聯路由器上配置相關路由，以保證電力信息網中的IAD與通信數據網中的核心設備能夠正常通信。此種情況下，提供2種軟交換網絡組網方案。

a) 靜態路由方案

采用路由的方式實現通信數據網和電力信息網的軟交換設備相互通信。正常情況下，IAD通過IP中繼注冊到南通市公司IBX10000，當市公司IBX10000發生故障后可自動注冊到海門備用IBX10000。市縣公司TCG通過E1使用PRI信令連接原行政交換機已達到撥打外線功能。

b) NAT組網

電力信息網的軟交換設備與通信數據網通信，電力信息網的IP地址將被映射為通信數據網上的IP地址，邏輯上所有的軟交換設備將采用通信數據網的地址通信。如圖2所示，電力信息網下IAD的IP地址172.24.82.99將被映射成為80.65.0.99，邏輯上實現與通信數據網中軟交換設備處于同一網絡之中，最終所有軟交換設備邏輯上均處于通信數據網中。

圖2 南通市區軟交換網絡拓撲圖

南通和各縣公司的軟交換網絡結構一致，網絡拓撲圖如圖3所示。

圖3 南通市縣公司軟交換NAT網絡拓撲圖

兩張網絡在市縣公司通過防火墻進行互聯，電力信息網中軟交換設備只能通過本地區的防火墻來訪問通信數據網中的軟交換設備，各地區電力信息網中通信數據網段路由的出口只可以是該地區的防火墻，保證了電力信息網中各地區通信數據網段路由傳遞的范圍僅限于該地區，地區間不能傳遞。例如海安電力信息網路由器不能通過南通電力信息網路由器訪問通信數據網。

3.3 方案比較

靜態路由模式比較簡單，只要在電力信息網和通信數據網的互聯路由器上做大段的路由雙向重發布，保證南通電力信息網與SIP對接地區的通信數據網路由可達，但是這種做法的結果就是雙網合一，不符合網絡安全需求。

NAT組網不需要將電力信息網路由發布到通信數據網中，邏輯上所有軟交換設備采用通信數據網的IP地址通信。

綜上所述，南通地區選取了NAT方式進行組網。

3.4 IP地址規劃

采用NAT組網方式，需要對南通地區相關終端進行IP地址規劃，相關地址規劃如表1-表3所示。

表1 南通地區MIS網IP地址表

表2 南通通信數據網業務IP地址表

表3 南通地區通信數據網互聯IP地址表

續表3

3.5 安全策略

南通地區使用中興軟交換設備。南通現有軟交換設備一部分下掛在綜合信息內網(以下簡稱為MIS網)中，一部分下掛在通信數據網中。為了實現不同網絡中的軟交換設備能夠互相通信，同時確保2個網絡之間互訪的安全性，本次組網采用在防火墻上做NAT地址轉換來隔離MIS網與通信數據網。

南通和各縣公司的MIS網中軟交換設備只能通過本地區的防火墻來訪問通信數據網中的軟交換設備，各地區MIS網中通信數據網段路由的出口只可以是該地區的防火墻，應保證MIS網中各地區通信數據網段路由傳遞的范圍僅限于該地區，地區間不能傳遞。例如海安MIS網路由器不能知道通過南通MIS網路由器可以訪問通信數據網。最終MIS網中軟交換設備的IP地址會被防火墻映射成為通信數據網的IP地址，邏輯上所有軟交換設備均使用通信數據網的IP地址進行通信。

電力信息網配置路由策略，避免80.0.0.0/8的路由發布到電力信息網其他地區，確保南通市區電力信息中軟交換設備只能通過本市區的防火墻來訪問其他軟交換設備。通信數據網配置南通軟交換業務地址網段的靜態路由。

防火墻配置172.0.0.0/8的靜態路由，下一跳為與防火墻相連的電力信息網設備；配置80.0.0.0/8的靜態路由，下一跳為與防火墻相連的通信數據網設備；配置電力信息網地址到通信數據網的映射關系。

如南通電力信息網下的IAD想要通過海門的防火墻來跟海門的軟交換設備通信，數據從南通電力信息網往海門傳遞時是可以經過其他地區的防火墻，并被地址轉換，但是因為通信數據網南通軟交換的業務地址的出口僅在南通，不在其他地區，數據從海門往南通的電力信息網時必須經過南通防火墻。

4 結語

軟交換是新、舊網絡融合的樞紐。軟交換網絡既可以最大限度地保護現有通信網絡的投資，又能降低網絡建設和運行維護成本，實現了業務的快速部署，滿足了不同用戶需求。軟交換的出現為電力通信網的可靠運行提供了堅強支撐。下一步南通供電公司將繼續深化軟交換在增值業務方面的應用，不斷提高電力通信網運維水平和服務質量。