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1、第8章 下一代网络与软交换,8.1 下一代网络概述,下一代网络（NGN）是集话音、数据、视频和多媒体业务于一体的全新网络架构。软交换是下一代网络的核心技术，其思想是在电信网向下一代网络演进的过程中产生的。软交换充分吸取了电信网、智能网和IP技术的优点，采用开放式分层体系结构，不但实现了网络的融合更重要的是实现了业务的融合具有巨大的优越性。,NGN是一个分组传送的网络，它提供包括电信业务在内的多种业务。NGN能够利用多种带宽和具有QoS能力的传送技术，实现业务功能与底层传送技术的分离。NGN提供用户对不同业务网的自由接入，并支持通用移动性，实现用户对业务使用的一致性和统一性。,8.1 下一代网络
2、概述,NGN是一种目标网络结构，一种具有分组化、宽带化、移动性、呼叫与承载分离、业务与控制分离等特征的理想网络结构。国际分组通信协会提出的NGN分层结构主要包括接入层、传送层、控制层、业务层。,8.1 下一代网络概述,接入层：将各类用户连接至网络，集中用户业务并将它们传送到目的地，包括各种接入手段，如固定或移动接入，窄带或宽带接入等。传送层：将信息格式转换成能够在网络上传递的统一格式。如话音信号分割成ATM信元或IP包，并实现媒体流的选路和传送。,8.1 下一代网络概述,控制层完成各种呼叫控制功能，控制底层网络元素对接入层和传送层话音、数据和多媒体业务流的处理，在该层实现了网络端到端的连接控制
3、。业务层在呼叫建立的基础上提供各种增值业务，同时开放第三方可编程接口，易于引入新业务。另外也负责业务的管理功能，如业务逻辑定义，业务生成，业务认证和业务计费等。,8.1 下一代网络概述,传统电信网是基于程控交换技术的网络，下一代交换网则是基于软交换技术的网络。电信网由TDM向分组传送方式转换将是必然的。因此，从简化网络结构、便于网络融合的角度出发，有必要将呼叫控制与传统功能进行进一步的分离，并为所有承载的媒体流提供统一的传送平台。,8.2 基于软交换的NGN结构,软交换的基本含义是把呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，通过服务器上的软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫线路、管理控制、连接控制、和信
4、令互通。软交换位于控制层，它与接入层的网关交互作用，指使网关完成呼叫处理任务。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。,8.2 基于软交换的NGN结构,接入层的设备，包括各种不同的网络、终端设备、以及各种网关设备，如PSTN、ATM网络，帧中继网、移动网，各种IP电话终端机模拟终端等。接入层设备主要包括媒体网关、信令网关、综合接入设备。,8.2 基于软交换的NGN结构,接入层设备主要包括媒体网关、信令网关、综合接入设备：媒体网关负责将各种终端和接入网络接入核心分组网，主要用于将一种网络中的媒体格式转换成另一种网络所要求的媒体格式。信令网关提供基于ATM的No
5、.7信令网和基于IP的分组网之间信令传送方式的转换。综合接入设备提供话音、数据、多媒体业务的综合接入。,8.2 基于软交换的NGN结构,传送层为各种不同的业务和媒体流提供公共的传送平台，多采用基于分组的传统方式。目前，比较公认的传送网为IP承载网。其它各层，如业务层、控制层、接入层，都直接挂在IP承载网上。,8.2 基于软交换的NGN结构,控制层完成呼叫控制、连接控制、路由、认证、计费、资源管理等功能，其主要实体为软交换机，也称媒体网关控制器。软交换与媒体网关间的信令，可使用媒体网关控制协议H.248/Megaco.软交换与IP电话设备间的信令，可以使用会话起始协议（SIP）或H.323。,8
6、.2 基于软交换的NGN结构,业务层在呼叫控制的基础上向最终用户提供各种增值业务，同时提供业务和网络的管理功能。该层的主要功能实体包括：应用服务器、认证、授权和计费服务器，数据库服务器，业务控制点（SCP），网关及安全系统。,8.2 基于软交换的NGN结构,软交换的主要功能：媒体接入功能软交换可以通过为H.248协议将各种媒体网关接入软交换系统，如中继媒体网关ATM媒体网关综合接入网关等。呼叫控制功能呼叫控制功能是软交换的重要功能之一它为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能。业务提供功能实现现有PSTN/ISDN交换机提供的全部业务，包括基本业务和补充业务，与现有智能网配合提供现有智能网的业
7、务；更为重要的是能够提供开放的标准的api或协议以实现第三方业务的快速接入。互联互通功能目前，在IP网上提供实时多媒体业务可以基于H.323协议和会话起始协议两种体系结构。资源管理功能软交换可以对终端、媒体和带宽等网络资源进行分配和管理。认证和计费软交换可以对接入软交换系统的设备进行认证、授权和地址解析。,8.2 基于软交换的NGN结构,软交换系统中，核心控制设备是软交换/软交换服务器，它提供传统的长途和本地电话业务，完成信令处理、呼叫控制、资源管理、计费、用户管理等功能。除了软交换机外，在边缘接入层还有许多软交换设备，可分为窄带接入设备和宽带接入设备。窄带接入：利用软交换机、网关等设备替代现
8、有的电话长途/汇接局和端局。宽带接入：利用软交换等设备为综合接入设备、智能终端提供业务。,8.3 软交换组网设备,综合接入设备（IAD）是适用于小型企业和家庭用户的接入产品，可提供话音、数据、多媒体业务的综合接入。在网络侧，IAD接口类型可以是数字用户线路、10/100M以太网口等；在用户侧，IAD的接口类型有10/100M以太网口、模拟用户接口(Z接口)。对于话音通信，目前主要采用的技术有IP电话（VoIP）和DSL电话（VoDSL）。VoIP接入技术是指IAD的网络侧接口为以太网口；VoDSL接入技术是指IAD的网络侧接口采用DSL接入方式。,8.3 软交换组网设备,IAD的优势在于数据业
9、务在网络中有很好的连通性。为保证话音的质量，要求IAD具有下列控制功能：呼叫处理功能：首先要能识别用户终端发出的双音多频信号。将其转化为相应的数字，封装在信令中传给上层软交换设备。并能将软交换的控制指令恢复成规定的信号传给用户终端。其次，IAD要完成上级软交换设备下达的相关呼叫控制命令，产生并向用户终端发送各种信号音及铃流，释放已建立连接所占用的资源。最后，IAD还要具有向上级软交换设备上报资源状态、故障事件等功能。,8.3 软交换组网设备,IAD的优势在于数据业务在网络中有很好的连通性。为保证话音的质量，要求IAD具有下列控制功能：媒体控制功能：一种对资源合理管理和利用的机制，可以根据软交换
10、设备的指令，对资源进行预留。根据资源状况（网络的忙闲情况），支持自适应编码。当网络带宽资源不足时，根据软交换的控制将高速编码算法转换成低速编码。当网络带宽资源充足时，根据软交换的控制将低速编码算法转换成高速编码。,8.3 软交换组网设备,IAD的优势在于数据业务在网络中有很好的连通性。为保证话音的质量，要求IAD具有下列控制功能：话音处理能力：IP网存在时延和丢包问题，时延大回带来回声，少量丢包会带来话音质量下降。在接收端IAD要具有回声抑制和产生舒缓背景杂音功能。在IP网络中，无连接的分组传送会产生抖动，影响通话质量。所以在接收端还要设置接收缓冲区，消除时延抖动对话音质量的影响。,8.3 软
11、交换组网设备,IAD的优势在于数据业务在网络中有很好的连通性。为保证话音的质量，要求IAD具有下列控制功能：话音QoS管理功能：为避免时延抖动对话音质量的影响，需要保证一定的缓冲区大小。但是，缓冲区过大，会增加端到端的传输时延。所以，要求IAD提供一种可根据网络负载情况动态调整接收端缓冲区大小的机制，保证端到端的时延在当前网络下最小。另外，在IAD中适时地加入优先级机制，为高等级业务预留相应带宽，提高业务服务质量。,8.3 软交换组网设备,媒体网关完成媒体流格式的转换处理，主要包括接入网关、中继网关、无线网关：接入网关：接入网关相对于IAD是大型接入设备，与软交换配合可以代替现有的电话端局。除
12、完成电话端局功能外，接入网关同时提供数据接入功能，可以提供ADSL、LAN等宽带接入。,8.3 软交换组网设备,媒体网关完成媒体流格式的转换处理，主要包括接入网关、中继网关、无线网关：中继网关：中继网关提供TDM中继接入，可以与软交换机及信令网关配合替代现有的长途/汇接局。中继网关功能包括：话音处理功能、呼叫处理与控制功能、资源控制功能。,8.3 软交换组网设备,信令网关是在IP网和No.7信令网的边界设备。可向/从IP设备发送/接收No.7信令信息，并可管理多个网络之间的交互和互连，以实现无缝集成。信令网关只进行No.7信令的底层转换，即将No.7信令的传送从MTP承载转换成IP传送方式，并
13、不改变应用层消息。从应用层角度看，信令网关对信令内容仍是透明的。,8.3 软交换组网设备,网络和业务的融合必须解决的首要问题是电路交换网和分组数据网之间的信令互通问题。为此，ITU-T制定了独立于承载的呼叫控制协议（BICC）。BICC协议的主要目的是解决呼叫控制和承载控制分离的问题，使呼叫控制信令（No.7信令）可在各种网络上承载，包括MTP(消息传递部分)、SS7网络、ATM网络、IP网络。BICC协议由ISUP协议演变而来，主要应用领域是在移动软交换网络中。,8.3 软交换组网设备,为了实现IP为基础的NGN与PSTN网络的互通，在IP网上传送电话信令是一个必须解决的问题。SIGTRAN
14、架构是在流控制传送协议（SCTP）的基础上加上用户适配层（UA）来传送电话信令的应用部分的。流控制传送协议（SCTP）是一个传输层协议，支持多径并发传输，用于在IP网上替代TCP、UDP协议，可靠的传送PSTN信令。SCTP在实时性、可靠性、和安全方面均比TCP和UDP优越。,8.3 软交换组网设备,IP层,传输层,适配层,应用层,各种信令传输使用的承载协议为：H.323协议使用TCP。H.248可以使用TCP或UDP。SIP则可以选择使用TCP、UDP、SCTPBICC、NO.7信令用户部分必须通过SIGTRAN适配层经过SCTP传输。,8.3 软交换组网设备,SIP多媒体会话系统采用客户端
15、-服务器工作方式，包含两类组件：用户代理（UA）和网络服务器（NS）。用户代理是呼叫的终端设备，而网络服务器是处理与呼叫相关信令的网络设备。用户代理是一个用于和用户交互的SIP实体，又称为SIP终端。根据用户代理在会话中的角色不同，又可分为用户代理客户机（用于呼叫请求）和用户代理服务器（用于响应呼叫请求）。根据实现方式不同，SIP终端分为硬终端和软终端。硬终端通过独立硬件设备实现SIP业务功能；软终端将SIP终端软件加载在PC上，配合耳机和麦克风为用户提供业务。,8.3 软交换组网设备,SIP多媒体会话系统采用客户端-服务器工作方式，包含两类组件：用户代理（UA）和网络服务器（NS）SIP服务
16、器的主要功能是地址解析和用户定位，包括代理服务器、重定向服务器、和注册服务器。代理服务器是基于SIP协议进行呼叫控制的设备，主要功能为路由选择和呼叫转发。重定向服务器主要用于地址解析，其功能是通过响应告诉客户端下一跳服务器的地址，然后由客户端重新发送SIP请求。注册服务器接收终端的注册请求，记录终端的SIP URI和IP地址。用户终端在启动后向SIP注册服务器注册；当其IP地址发生变化时，要更新登记在注册服务器中的相应信息。,8.3 软交换组网设备,软交换网络中的主要协议：SIP、H.323 软交换之间：BICC软交换与媒体网关之间：H.248/MGCP 软交换与信令网关之间：SIGTRAN,
17、8.4 软交换的主要协议,H.248/Megaco协议是控制器和网关分离概念的产物。H.248协议提出了网关的连接模型，主要包括终端和关联两个抽象概念：终端是能够发送或接收一个或多个媒体流的逻辑实体。关联表示网关内一组终端之间的连接关系和媒体流方向。H.248协议使用命令对连接模型中的逻辑实体进行管理，定义了Add（添加）、Subtract（删除）、Move（移动）、Modify（修改）、AuditValue（审计值）、AuditCapability（审计能力）、Notify（通报）、和ServiceChange（业务改变）八个命令。为了适应不断变化的需要，H.248协议采用了一种终端特性扩展
18、机制包（Package）。H.248呼叫控制流程：普通的电话终端（TDM）通过媒体网关（MG）连接到软交换（SS）系统，软交换（SS）利用H.248/Megaco协议控制呼叫的建立和释放。,MG1,SS,MG2,IP话音数据,H.248/Megaco,H.248/Megaco,主叫终端,主叫终端,8.4 软交换的主要协议,H.323协议是ITU为在局域网上开展多媒体会议通信制定的，后来在IP电话领域得到了广泛应用。H.323系统包括四种部件：终端、网关、网守、和多点控制单元。H.323 终端 在分组交换网络中提供实时、双向通信的用户设备。网关 网关连接到两种不同的网络，使 H.323 网络可以
19、和非 H.323 网络进行通信。网守 所有的呼叫都要通过网守，因为网守提供地址转换、授权、带宽管理和计费功能。多点控制单元 支持三个或更多的 H.323 终端的音频或视频会议。,8.4 软交换的主要协议,SIP是一个基于文本信息格式的应用层信令协议，用于建立、修改和终止IP网上双方或多方媒体会话。SIP采用基于文本格式的客户机/服务器结构，客户机发起请求，服务器响应请求，交互过程类似于客户机/服务器和HTTP协议模型。每一对请求和响应构成一个事务，事务之间相互独立，一个完整的呼叫包含多个事务。,8.4 软交换的主要协议,在软交换的组网中，根据接入方式不同分为窄带和宽带两种：窄带组网方案，即利用
20、软交换网络技术为现有的窄带用户提供话音业务，具体包括长途/汇接和本地两类方案；宽带组网方案，即为新兴的宽带用户，主要为DSL（数字用户环路）和以太网用户提供话音及其他增值业务解决方案。,8.5 软交换组网技术,软交换系统可接入的终端包括固定电话终端、移动电话终端、SIP终端和多媒体终端。为了使终端间相互连接进行通信，需要给这些终端分配一个号码：软交换普通用户的编号采用E.164编号方式，号码结构与普通电话号码相同，即PQR（S）ABCD；长途号码为：0+长途区号+本地号码。SIP用户的编号可以采用E.164电话号码，也可以采用统一资源标识（URI）。SIP用户的URI编号和电子邮件用户编号方法
21、相同，为用户名域名。,8.5 软交换组网技术,软交换系统可接入的终端包括固定电话终端、移动电话终端、SIP终端和多媒体终端。为了使终端间相互连接进行通信，需要给这些终端分配一个号码：为了实现固定终端、移动终端、SIP终端和多媒体终端之间的通信，需要解决E.164编号和URI编号间的转换问题，这种转换由ENUM技术完成。ENUM定义了将E.164号码转换为域名的方法，可以实现对电子邮件、IP电话号码、IP传真等多种信息的查找。,8.5 软交换组网技术,IP多媒体子系统（IMS，IP Multimedia Subsystem）是一个基于IP核心网提供话音及多媒体业务的网络体系架构基于IETF已有的
22、标准。IMS是基于软交换原理的，软交换网络与IMS将是互通融合的关系。IMS的最终目标是使各种类型的终端都可以建立起对等的IP连接，以便终端之间可以相互传递各种信息，包括语音、图片、视频等。,8.7 IP多媒体子系统,接入网络提供多种技术支持，包括3GPP GPRS、WLAN、ISDN等。IP多媒体子系统基于SIP协议，支持IPv6，负责多媒体业务的会话控制，提供QoS保障和计费管理。其中呼叫会话控制功能（CSCF）是IMS体系的控制核心MGCF是使IMS域和电路交换域（CS）之间进行信令交互的网关。业务应用平台支持多种业务，包括IN、SIP应用等。,8.7 IP多媒体子系统,媒体网关(MG)在不同网络间提供媒体流映射或代码转换的功能。与软交换相比，IMS在控制与承载分离的基础上，进一步实现了呼叫控制层与业务控制层的分离。同时，IMS考虑了对移动性的支持，此外，IMS采用SIP作为呼叫控制和业务控制的统一信令。IMS与软交换的区别只在网络框架上。,8.7 IP多媒体子系统,
