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软交换系统参考模型

        软交换技术尽管发展很快,但从提出、发展到完善和成熟,还需要经历技术的考验和市场的考验。从标准的角度来讲,目前国内外的标准化机构都在加紧制定与软交换技术相关的一系列技术规范。国际上从事软交换研究的机构主要包括ISC/IPCC等标准化组织。国内则由信息产业部科学技术司组织制定软交换设备的标准《软交换设备总体技术要求》。ISC/IPCC是专门从事软交换体系研究的公认的权威性国际组织,因此本章首先介绍ISC/IPCC提出的软交换系统参考体系结构,然后在此基础上描述目前得到业界普遍认可的标准软交换系统的组成方式。
        ISC/IPCC通过开放的成员政策和对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互通性,致力于对于软交换组成及功能的鉴定、讨论和定义。在ISC/IPCC的定义中,对软交换表述如下:"`软交换'是一个涵盖整个下一代通信网络的术语,它采用开放的标准来创建一个综合的网络,提供分离的业务智能,以更高效地承载语音、视频和数据流,相比现有的公众交换电话网络(PSTN),它具备更大的增值业务潜力。由电路交换向软交换控制下的基于分组/帧/信元交换的网络发展的趋势,将影响整个业界从封闭环境向开放环境转变,这一转变在几年前智能网(IN)出现时就已经开始了。”2001年6月,ISC/IPCC为基千软交换的语音通信网络制定了一个1.0版本的参考体系结构。2003年,ISC/IPCC又在1.0版本的基础上,推出了针对分组语音(VoP,VoiceoverPacket)通信的参考体系结构2.0版本。ISC/IPCC2.o参考模型提出了组成分组语音通信网络体系结构的各个功能集,给出了各功能集的定义以及业务实现流程,使该模型成为一个可以实际操作的模型,为软交换网络的构建提供了借鉴和参考的基础。在推出2. 0版本之后,ISC/IPCC已将软交换网络的功能结构模型稳定下来 ,并将研究重点转向对各种技术的具体实现方式的探讨。下面简要介绍这一体系结构。
ISC/IPCC参考体系结构的目标
        ISC/IPCC参考体系结构是一个针对分组通信的体系结构。在ISC/IPCC的相关规范中,分组通信体系结构是指包含软件和硬件平台的联合体,它的目的就是要促进电信业务在分组网络上的发展。分组通信体系结构包含了协调呼叫控制和信令的网络智能以及通过单网络或多网络实现多媒体呼叫的属性。对分组通信体系结构来说,它最基本的功能就是完成实时、多媒体通信,而满足实时通信的关键功能就是呼叫控制。呼叫控制和业务逻辑分别指的是处理呼叫和提供电话属性的功能。呼叫控制完成呼叫的建立和拆除控制,一旦呼叫建立,连接控制将保证呼叫的存在,直到主叫或被叫用户释放这个呼叫为止。
ISC八PCC参考体系结构模型
         ISC/IPCC参考体系结构模型如下图所示。该体系结构划分了4个层次和3个平面,分别为管理层、信令层、业务层和媒体层,以及接入平面、应用平面和传输平面觅其中信令层、业务层、媒体层与接入平面和应用平面交叉形成5类主要功能集:信令转换功能(SC-F汃媒体网关控制功能(MGC-F)、媒体网关功能(MG-F汃媒体服务功能(MS-F)以及应用服务功能(AS-F),分别用千抽象呼叫控制、承载控制、承载、资源、业务控制能力。根据功能集的划分,ISC/IPCC的参考体系结构模型进一步定义了功能集之间的接口与消息流程。
ISC/IPCC参考体系结构示意图
ISC/IPCC参考体系结构示意图
 
1. ISC/IPCC参考体系结构层与平面的划分
ISC/IPCC参考体系结构采用了"层”与“平面”的概念描述分组通信体系结构中功能实体的分类以及彼此之间的关系。下面首先简要介绍ISC/IPCC参考体系结构中这两个概念的定义。
(1)平面的划分
在ISC/IPCC制定的通信体系结构中有如下3个平面。
接入(Access)平面。接入平面在不同的媒体传输方式之间提供适配/转换功能,尤其是在电路交换与分组交换边界上的媒体和信令的转换过程。
应用(Application)平面。应用平面通过对网内(in-network)信令和媒体的智能
化处理操作,为用户提供业务。
传输(Transport)平面。传输平面提供连接所有其他平面的传送能力,传输平面采用简单的分组传输。
VoP网络与PSTN之间最主要的差异就是在接入和应用之间作了清晰划分。在PSTN中,应用需要紧密关联接入技术,而在VoP网络中,接入网络和应用网络则是相互独立的。在功能上分离应用平面和接入平面是为了满足一个关键的目标:分组通信体系结构中,应用的发布应独立千接入技术,因为后者与接入网相关,种类多样并且在不断发展。
VoP网络与PSTN之间的另一个更显著的差别就是将传输从接入和应用中分离出来。在PSTN中,传输(例如,Tl、El、SONET等)的定义是:网络可提供什么样的业务,以及如何创建它们。在VoP网络中,传输则由单独的分组路由器和分组交换机所组成,传输网络所做的工作就是把接入和应用设备连接起来。
(2)层的划分
ISC/IPCC对于平面的结构化定义是为了考虑层次分割的需要,以便把特定的网络功能集分割到一个由4个层次组成的分布式物理体系结构中。这4个层次分别是:信令层、业务层和应用层、媒体层以及管理层。ISC/IPCC通过这4个截然不同的功能层次描述了VoP网络端到端的工作过程。
信令(Signaling)层。信令层主要提供两种功能:一是转换原有网络的信令到VoP网络;二是在VoP网络上路由信令。信令转换的例子有H.323到SIP的信令网关、SS7信令网关,信令路由的例子有SIP代理以及媒体网关控制器中的路由逻辑。
业务(Service)层。业务层在VoP网络中提供对应用逻辑的控制和执行,这一般是通过请求媒体操作来实现的。业务层设备通过与信令层、媒体层设备的通信,按照业务执行逻辑的要求来控制呼叫流程。在业务层上的设备包括媒体网关控制器和应用服务器。
媒体(Media)层。在VoP网络上,媒体层为业务层提供媒体处理服务。在媒体层上的设备包括媒体网关和媒体服务器。
管理(Management)层。管理层的功能包括用户订购和业务提交、运营支持、报警和故障管理、计费和其他网络管理任务的处理。管理层通过工业标准协议(如
SNMP、Diameter、LDAP等)与其他所有层次进行交互。
2. ISC/IPCC参考结构的功能划分及相互关系
ISC/IPCC的参考体系结构用两维坐标说明了相应功能集的划分方式。图3.1中,在Y轴方向,根据是否与信令、业务、媒体交互的条件来划分功能;在X轴方向,按照是否属于接入网和应用网的条件划分功能。ISC/IPCC参考体系结构中共定义了表3.1中的6 种主要的功能实体。
1ISC/IPCC参考体系结构中的功能集定义
         在X轴方向上,接入功能出现在左右两边,包括MG-F(提供到接入网络的传输接口八MGC-F(控制MG-F,因此按定义是与接入相关的)、SC-F(用来理解接入网络的“语言")等组件。应用组件位千X轴的中央,包括SC-F(决定将信令路由到何处,通常这本身就是一个应用)、AS-F(执行业务逻辑)和MS-F(为应用执行媒体处理功能)。要注意的是,一些应用并不需要利用以上所有的应用组件,例如长途语音旁路业务就不需要MS-F,通常也不需要AS-F。
在Y轴方向上,媒体处理层位千最下方,它包括MG-FC将接入网传输方式转换成承载网的传输方式)和MS-FC代表应用执行传输处理)。业务处理层存媒体处理层的上面,包括MGC-F(控制MG-F)和AS-FC向MS-F发出请求)。最上层是信令处理层,它包括SC-FC把接入网信令转换为应用信令)和SC-F(在应用网内路由信令)。
ISC;1PCC参考体系结构的功能组件
       前面描述了ISC/IPCC参考体系结构中层与平面的整体关系以及参考体系结构中功能组件的划分方式。下面详细描述ISC/IPCC参考体系结构中主要组件的功能特征。
1. 媒体网关控制器功能(MGC-F)
        MGC-F主要是维护呼叫连接状态,并控制MG-F和SG-F。MGC-F通过使用配置数据库(ConfigureDatabase)处理呼叫的建立和拆除、事件的检测和处理以及网关的开启和关闭,其中配置数据库记录中继群和中继电路信息。在实际的物理网络中,MGC-F具有不同的名字,包括:媒体网关控制器、软交换设备、呼叫代理或呼叫服务器。
MGC-F的特征包括:
维护媒体网关中每一个呼叫的呼叫状态;
维护媒体网关中每一个传输接口的传输状态。
许多MGC-F上都有内置的SC-F。在MGC-F中通用的SC-F功能特征包括:
沟通两个MG-F之间的传输消息,也包括MGCP或H.248电话及终端;
发起或终止来自其他MGC-F和外部网络的信令消息。
2. 信令转换功能{SC-F)
SC-F主要是路由和处理信令。这类操作可能很简单,比如在SIP代理中简单地重写一个URI请求的目的端地址;这类操作也可能很复杂,比如在SS7信令网关中将信令消息从一种传输媒介和消息格式转换成其他类型。需要注意的是,在消息适配以后,SS7信令网关会路由消息到相应的终端,不管它是一个MGC-F,AS-F还是其他设备。
SC-F的特征包括:
使用SIGTRAN封装和传输PSTN信令协议(如SS7)到MGC-F或其他SC-F;
针对移动网,使用SIGTRAN封装和传输PLMN信令协议(如ANSI-41或GSM­MSP)到MGC-F或其他SC-F;
一个SC-F可以服务多个客户端(如MGC-F、SC-F或AS-F);
在VoP网络中,SIP代理服务器通过处理SIP消息的终端地址,来提供SIP消息的路由转换。
3. 媒体网关功能{MG-F)
MG-F提供分组网络与接入端点、网络中继以及接入端点集合或中继群之间的界面。MG-F可以实现从一种传输格式到另一种传输格式的媒体变换,这种转换通常发生在电路交换网络和分组交换网络之间,或者发生在有差异的分组交换网络之间(如ATM和IP)。
MG-F的特征包括:
使用设备控制协议(如MGCP或H.248)维护与MGC-F的主/从关系;
完成媒体处理功能,如媒休编码转化、回声消除、媒体打包、抖动缓存管理、分组丢失补偿等;
完成媒体插入功能,如呼叫处理音生成、DTMF生成、舒适噪音生成等;
完成信令和媒体事件检测,如DTMF检测、摘机/挂机检测、静音检测。
4. 应用服务器功能{AS-F)
AS-F是应用执行实体,它的基本功能是提供业务逻辑,并执行一种或多种应用和/或业务。
AS-F的特征包括:
为应用(如语音邮箱和会议桥)充当信令终止点;
执行呼叫属性逻辑,如跟随我(followme)或预付费电话卡;
提供可以融合实时多媒体和Web应用的Web接口;
为业务创建提供APIC如SIPServlets、Parlay、JAIN);
可以具有策略、计费和会话日志后端接口;
可以为附加业务或者为创建复杂的、面向组件的应用而触发其他的AS-F;
请求MGC-F的服务,以控制外部资源;
请求MS-F的服务,以执行媒体处理;
提供的应用协议包括SIP、LDAP、HTTP、CPL和XML等。
通常AS-F联合MGC-F来提升呼叫控制业务,如网络通知、三方呼叫、呼叫等待等。厂商一般在AS-F和MGC-F间使用API,而不是使用协议连接AS-F和MGC-F。当它们在一个单一的系统里面实现的时候,AS于通常被称为“属性服务器(FeatureServer)"。
5. 媒体服务器功能{MS-F)
MS-F的目的就是提供媒体处理功能,用于支持如消息、音频和视频会议、语音交互、信号音生成这类应用。
MS-F的特征包括:
支持多种编码格式以及编码转换;
支持多AS-F或MGC-F的控制方式;
支持多并发能力,如拨号检测、语音和提示音流化、信号音生成、多媒体流记录、语音识别、语音合成、媒体混合等;
支持标准脚本语言,如VoiceXML或MSCML;
在AS-F或MGC-F的控制下以紧耦合(资源控制,如MGCP)或松耦合(服务器请求,如SIP)的方式工作。
6. 账务功能(A-F)
A-F收集呼叫账务信息以实现计费功能。
A-F的特征包括:
为计费和统计目的收集每一个会话的详细信息;
提供会话管理和移动性管理;
A-F通常与SC-F结合解决呼叫鉴权、授权和记账功能。
ISC八PCC参考体系结构的物理实现
ISC/IPCC参考体系结构中定义的功能组件是组成软交换网络的逻辑实体。需要注意的是,在ISC/IPCC参考体系结构中,这些实体是对功能而不是物理产品的描述。在物理实现上,它们或者单独存在千一个物理平台上,或者组合存在于多功能的物理平台上。ISC/IPCC提供了一个软交换网络的逻辑参考体系结构,但是对于软交换网络的物理实施方式并没有明确的规定。在ISC/IPCC的相关规范中给出了几个基于上述参考体系结构的物理网络的实施例子。其中的一种方式如图3.2所示。在这种实施模式中,ISC/IPCC参考体系结构中定义的各种逻辑功能组件分别使用独立的物理平台实现,形成功能单一的网络设备。
ISC/IPCC参考体系结构物理实现的例子
ISC/IPCC参考体系结构物理实现的例子