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软交换控制层的组网模式

         软交换网络的组网模式首先应该考虑网络的可扩展性和可管理性。近年来,国内各运营商按照规划逐步启动了VoIP软交换网络的商业运营。随着VoIP软交换网络的日益扩大化,用户数量和VoIP软交换网元设备数量迅速增长,VoIP软交换网络的组网结构也正由平面网状结构向分级的层次化结构发展,面对一个庞大的网络,经济有效的路由技术是业界普遍关注的一个重要课题。
一、 VoIP软交换网络总体框架
我国《VoIP软交换设备总体技术要求》中对VoIP软交换网络的总体框架描述如下:"各运营商在组建以VoIP软交换设备为核心的VoIP软交换网络时,其网络体系架构可能有所不同.但至少应在逻辑上分为两个层面:运营商内部VoIP软交换网络层面和与其他运营商互通的VoIP软交换互通层面。”如图所示。
VoIP软交换网络的组网模式
         上图中的VoIP软交换网代表运营商内部的VoIP软交换网络。关于VoIP软交换与VoIP软交换之间的组网,有两种结构:平面路由结构和分层路由结构。平面路由结构相对于分层路由结构而言,路由简单,建设成本低,在网络运营的初期可以采用;到建网规模逐步提升时,建议采用分层的路由结构。
二、平面式路由结构
在这种方式下,所有呼叫控制的路由功能均在VoIP软交换设备内实现,每个VoIP软交换设备都维护着全网所有用户的路由信息,VoIP软交换设备之间为逻辑网状网结构,通过一次地址解析就可以定位到被叫VoIP软交换设备,如图所示。
VoIP软交换平面网络结构
三、 层次化路由结构
        对于平面网络结构而言,在用户发起呼叫时,VoIP软交换设备根据预先静态配置好的路由表,通过一次地址解析就可以定位到被叫用户归属的VoIP软交换设备,然后直接把呼叫接续到被叫VoIP软交换设备,再由被叫VoIP软交换设备把呼叫接续到被叫用户。层次化的VoIP软交换路由结构目前有两种体系:一种是借鉴PSTN的电路交换机分层组织模式,将VoIP软交换设备划分为不同层次,实现多级路由;另一种是借鉴Internet的路由解析技术,引入定位服务器设备,实现多级路由。
1.基于VoIP软交换设备的分层路由结构
        大规模的VoIP软交换组网,如果采用平面式全互联路由结构将导致路由信息的维护异常繁杂,此时可借鉴PSTN网分层思想,将VoIP软交换设备划分为不同层次,实现分层的路由组织结构。与PSTN不同的是,用户层面的媒体流连接方式仍为端到端的直连方式。
       由于VoIP软交换设备在处理性能和容量方面均超出了PSTN交换机,且媒体流不需分级转发,因此在路由层次上,基于VoIP软交换设备的分层路由结构比传统PSTN的Cl~C5级分层结构简单得多。可考虑将VoIP软交换网络分成区域服务和域间互联两大部分,类似于PSTN的本地网和长途网概念。
        下图是基于VoIP软交换设备的分层路由结构示意图,从概念上看,基于VoIP软交换设备的分层路由组网结构与目前我国固定电话网的组网结构非常相似。
基于VoIP软交换设备的分层路由结构
         要支持这种分层VoIP软交换路由结构,首先应从路由功能上对VoIP软交换设备进行划分,一般分为两类习惯上把直接连接用户接入/终端设备并向用户提供业务的VoIP软交换设备称为端局VoIP软交换设备(或csVoIP软交换);另一类称为转接VoIP软交换设备(或C4VoIP软交换),这类VoIP软交换设备不需要控制任何用户设备,其主要作用是完成对呼叫控制信息的选路与传送功能,功能与4类电路交换机类似。
         C5VoIP软交换主要在某个区域范围内提供服务,其重点在于为本区域用户提供丰富的业务。一个大本地网内的csVoIP软交换,只需要了解和解析本区域内的路由信息,而对于非本区域的路由,只需将请求转发到与之相连的C4VoIP软交换即可。
         C4VoIP软交换负责VoIP软交换网络多个域间互通的路由功能,如省间路由或不同VoIP软交换网络之间的路由。当域间互联VoIP软交换的路由数据过于庞大时,可考虑将域间互联VoIP软交换分成多级结构,如省级互联、大区级互联或国家级互联,但所有提供域内服务的VoIP软交换设备仍采用平面结构。为了实现VoIP软交换域间互联路由功能,需要对C4VoIP软交换配置相应的路由信息。
         一般情况下基于VoIP软交换设备的分层路由结构采用静态方式配置各VoIP软交换设备的路由信息,其特点如下。
(1)、域内和域间路由信息分别保存:域间静态路由信息没有必要向区域内C5VoIP软交换广播或同步,C5VoIP软交换只保留自身用户和区域内其他C5VoIP软交换的路由信息。
(2)、路由只需要配置到下一跳VoIP软交换:通过这种做法可以减少VoIP软交换设备需要配置的路由信息,便于维护管理,同时运营网络之间的路由只需配置到对方的网间互联VoIP软交换,而没有必要了解其内部结构。
在基于VoIP软交换设备的分层路由结构下,用户呼叫的路由过程如下。
(1)、用户在发起呼叫时,为其提供服务的C5VoIP软交换将用预先静态配置好的路由表,根据被叫用户的E.164号码解析出下一跳VoIP软交换设备的IP地址,并利用分组承载网的传送能力把呼叫接续到下一跳VoIP软交换设备。
(2)、下一跳VoIP软交换设备可能是被叫用户所属的C5VoIP软交换,也可能是C4VoIP软交换(转接VoIP软交换设备)。如果是C5VoIP软交换,则直接把呼叫接续到被叫用户;如果是C4VoIP软交换,将继续使用静态配置的路由信息,在自身的路由表内进行选路,直至找到被叫用户所在的C5VoIP软交换。由于这种网络结构只要求VoIP软交换设备配置和维护一定范围内的路由,即每个VoIP软交换设备只需要配置和维护其同层相邻(有逻辑连接关系)的VoIP软交换设备及其汇接的低层软交换设备和高层转接VoIP软交换设备的路由数据(例如csVoIP软交换只需配置和维护与其同区域的csVoIP软交换和高层转接VoIP软交换的路由数据),从而大大减少每个VoIP软交换设备上的路由数据。总之,这种分层VoIP软交换结构的静态路由方式,沿袭了PSTN的多级路由体系,每个VoIP软交换设备的路由数据相对简单,VoIP软交换网络的组网结构清晰。
2.基于定位服务器的分层路由结构
        根据IP网的特点,VoIP软交换网络不同于传统的分层PSTN,局向等基本路由概念不再有任何意义,网络中任意一个VoIP软交换设备都应能够直接定位对端VoIP软交换设备,避免呼叫信令的逐跳处理转发,这可以通过设置集中的共享定位服务器(LS,LoeationServer,也称为位置服务器或者路由服务器)来实现。每个定位服务器负责为若干个VoIP软交换设备提供路由寻址等信息,每个VoIP软交换设备仅与特定的几个定位服务器联系。
        地址解析由定位服务器完成,VoIP软交换设备通过定位服务器实现路由信息的获取。从单次呼叫看,每个VoIP软交换设备仅与一个定位服务器联系,由该定位服务器完成对落地VoIP软交换设备的定位并响应请求。定位服务器可根据不同的地域或管理等级进行划分,形成不同层面的分层结构。这样的规划可较好地解决大型网络的组网问题。图9.4给出了利用定位服务器形成的分层路由结构。
基于定位服务器的分层路由结构
        在基于定位服务器的分层路由结构中,定位服务器的组织采用的是分层结构,而VoIP软交换设备仍然采用平面结构。每个VoIP软交换设备在通过一个或多个定位服务器的地址解析后,均可直接定位到被叫VoIP软交换设备。定位服务器之间动态地维护它们的选路数据,并实现路由信息的共享和互通。在分层结构模式下,定位服务器的层次数量决定于实际网络的容量和建设规模,运营商可根据实际情况灵活设置。从概念上看,这种分层的网络结构与基于H.323协议的VoIP电话网非常相似。
        利用定位服务器群完成大型VoIP软交换网络的组网是刚刚出现的全新概念,定位服务器尚不是VoIP软交换网络框架定义的标准实体,而是在解决VoIP软交换大网路由问题时提出的一个功能实体,其功能和特性还没有得到业界的统一认可。总的来说,定位服务器的主要特征包括:
通过接口协议完成定位服务器之间的信息互换;
通过接口协议接受路由查询申请;
支持E.164、IP地址、URI等路由信息;
支持类似于PSTN的多层结构,可划分不同的域和层次,各级定位服务器可具备汇接和查询功能;
提供安全性服务,可根据政府管制等特别需求实现监控等特殊服务。
        关于VoIP软交换设备与定位服务器之间以及多个定位服务器之间的接口方式,目前业界尚未有统一的标准,不同厂家采用不同的协议,如TRIP、LDAP、DIAMETER+、SIP、RAS、H.225.0AnnexG等,从而导致了诸多互通问题。同时,不同定位服务器之间的路由数据的同步也是一个很重要的问题。
        从路由信息的组织及获得方式来看,定位服务器采用的技术包括静态路由和动态路由两种模式。静态路由模式是指定位服务器之间以及定位服务器和VoIP软交换设备之间的路由信息采用静态配置。由于VoIP软交换设备和定位服务器一般都有静态IP地址,因此可在定位服务器和VoIP软交换设备中保存用户号码与定 位服务器/VoIP软交换设备IP地址之间的对应关系。这种方式类似于H.323网络的网守寻址方式,即在网守中保存用户号码与网关IP地址的对应关系。静态路由的优点是简单、成熟,但增删一个节点的数据会牵涉到大量的数据修改,并且这些数据往往需要手动修改,不利于数据的一致性,且无法实现大部分策略路由,不够灵活。
        针对静态路由存在的问题,业界近年来开始探索定位服务器的动态路由方式。目前提到的比较多的动态路由技术是TRIP协议和策略路由。TRIP协议既可用于定位服务器之间,也可以用于VoIP软交换设备和定位服务器之间,它可以保证IP网上的路由数据一致,并实现路由信息自动更新。广义地说,策略路由也是一种动态路由,运营商可通过制定不同的时间段、话务比例、安全级别等基于策略的路由数据,使VoIP软交换网络的路由更高效灵活。定位服务器采用动态路由方式的优点是路由数据修改灵活、方便,但设备实现复杂。