軟交換組網技術及應用

摘要:基于分組交換的軟交換網絡中，路由的概念發(fā)生了很大的變化。通過引入路由服務器，合理規(guī)劃網絡結構，可以提高網絡的效率。本文闡述軟交換網絡的組網模式，并對軟交換網絡建設各個階段的組網模式應用及相關問題進行分析和探討。

　　關鍵詞:網絡組織 路由服務器 無級網 分級網 應用

1、引言

　　隨著IP網絡技術的不斷發(fā)展成熟，傳統(tǒng)電信業(yè)務向IP網絡轉移已經形成一種不可逆轉的趨勢。而軟交換基于分組傳送網絡的體系架構正好迎合了IP網絡迅猛發(fā)展的趨勢。利用軟交換組建下一代網絡，提供語音/數據/圖像的綜合業(yè)務，成為各電信運營商考慮的焦點。

　　軟交換由于其終端設備布放簡單，業(yè)務開展快捷等特點，目前已經在國內外得到大量的應用。如何利用軟交換設備快速提供目前在現有網絡上實現困難的業(yè)務，以及軟交換如何進行網絡組織以適應數據網絡的特點等問題是業(yè)界探討較多的話題。

　　本文對軟交換網絡體系中的網絡組織問題進行技術研究和探討。

2、路由服務器（RS）的引入

　　在PSTN網絡中，采用分級網絡架構，交換設備根據所處位置不同分為端局交換機、匯接交換機、長途交換機三級。在一個呼叫中，信令和媒體都采用逐段轉發(fā)的方式，匯接和長途交換機同時終結信令和媒體，因此匯接和長途交換機實現了話務匯聚和中繼資源共享的功能。在路由選擇時有直達路由和迂回路由之分，對一個目標局可選擇的路由個數最大可達5個。

　　軟交換網絡體系中，網關之間的媒體承載是采用端到端的方式，而軟交換之間的協(xié)議消息可以是端到端，也可以中間經過專門的匯接軟交換轉發(fā)。但是，鑒于分組網絡盡力而為、服務質量無保證等特點，應在組網時考慮盡量減少協(xié)議消息的中間轉發(fā)次數。

　　因此，軟交換網絡路由的概念跟PSTN網絡有很大的不同，不再有直達路由和迂回路由之分，針對一個呼叫的目標局路由將只有一個，即下一跳軟交換（可能是被叫所在的軟交換，也可能是中間匯接軟交換）。在軟交換網絡達到一定規(guī)模時，如果軟交換之間網狀連接，路由數據將十分龐大，通過軟交換本身細化路由配置難以實現。有必要引入大容量、高性能的服務器專門承擔路由解析工作，本文統(tǒng)一稱為路由服務器（RS：Route Server），其功能等同于TRIP(Telephony Routing over IP)協(xié)議中的位置服務器（LS：Location Server）。

3、軟交換網絡結構

3.1 無級網

　　網絡的所有軟交換位于同一平面上，發(fā)端軟交換直接路由到收端軟交換，軟交換之間是一種網狀網結構。軟交換網絡的路由信息存放在RS中，RS可以分地域分級配置，RS之間可以實現路由信息的路由的查詢以及動態(tài)同步更新。

3.1.1 網絡結構

　　RS分為兩層，其中，1）省級RS存儲的信息包括：與它相連的軟交換的用戶信息（例如SIP地址、E.164地址），以及軟交換地址信息；其他省級RS的地址及用戶信息。2）國家級RS存儲的信息包括省級RS的地址及用戶信息。

　　在RS完成路由同步后，省A軟交換A的用戶A需要與省B軟交換B的用戶B通話，具體過程如下：

1）省A軟交換A向RS_A查詢用戶B的位置信息；2) RS_A向RS_B查詢用戶B的位置信息；3) RS_B向RS_A返回用戶B所屬的軟交換B的地址信息；4) 軟交換A向軟交換B發(fā)送SIP信令，要求建立呼叫。

3.1.2 優(yōu)點和不足：

　　優(yōu)點：1）軟交換通過RS可以直接路由到目的軟交換，避免了呼叫信令消息在IP網中的多次處理轉發(fā)；2）路由數據集中設置，統(tǒng)一管理，一個軟交換的路由信息更新時，可以通過TRIP等協(xié)議及時廣播到其他RS，便于路由數據的配置管理。不足：1）需要配備系列的RS，網絡建設成本較高，初期可以考慮RS與軟交換合設以降低建設成本；2）所有呼叫需要向RS查詢路由數據，對軟交換系統(tǒng)的處理效率有一定影響；3）由于不同廠家采用的策略、協(xié)議有差別，目前設備互通困難。

3.2 分級網

　　呼叫控制協(xié)議消息通過多個軟交換轉接，媒體是端到端連接。軟交換可以分為本地服務軟交換和省際匯接軟交換兩個層面。本地服務軟交換負責給服務區(qū)域內用戶提供豐富的業(yè)務，包括話音/數據/圖像的綜合業(yè)務等。省際匯接軟交換負責匯接軟交換的省際業(yè)務，主要負責路由以及協(xié)議的轉接，不需要控制網關設備進行媒體連接。

3.2.1 網絡結構

　　對路由服務器有以下要求：1）路由數據的存放，負責提供省內本地軟交換之間端到端的路由信息，及本地軟交換到省際軟交換的路由信息；2）本地軟交換路由數據變化只需要與本省的RS同步；省際軟交換數據變化時，需要與其他省RS進行同步。3）對于同一個被叫地址，能根據發(fā)起查詢請求的軟交換級別不同返回不同的路由信息。如對于一個出省呼叫，本地軟交換查詢時，返回結果為省際軟交換的IP地址，省際軟交換查詢時，返回對端省際軟交換的IP地址信息。

　　在RS完成路由同步后，省A軟交換A的用戶A需要與省B軟交換B的用戶B通話，具體過程如下：

1）省A本地軟交換A向RS_A查詢用戶B的位置信息；2) RS_A向本地軟交換A返回省際軟交換A'的地址信息；3) RS_A向省際軟交換A'發(fā)送SIP消息，請求呼叫接續(xù)；4) 省際軟交換A'接收到SIP消息后，查詢RS_A，請求用戶B的路由信息。5）RS_A向省際軟交換A'返回省際軟交換B'的地址信息；6) 省際軟交換A' 向省際軟交換B' 發(fā)送SIP消息，請求呼叫接續(xù)；7) 省際軟交換B' 接收到SIP消息后，查詢RS_B，請求用戶B的路由信息；8) RS_B向省際軟交換B'返回本地軟交換B的地址信息；9）省際軟交換B' 向本地軟交換B發(fā)送SIP消息，請求呼叫接續(xù)。

3.2.2 優(yōu)點和不足：

　　優(yōu)點：1）只通過省際軟交換與外網互通，可以屏蔽省內軟交換的網絡狀況，安全性較好；2）采用RS機制，可以通過TRIP協(xié)議等靈活管理域內的路由信息。

　　不足：1）跨省呼叫的協(xié)議信息需要經過多段轉發(fā)，對分組網絡可靠性要求提高；2）對呼叫的接續(xù)時間等相關服務質量可能會有一定影響；3）省際軟交換規(guī)劃時需要考慮容量、安全備份等相關問題。

3.3 組網模式應用建議

3.3.1 網絡建設初期

　　業(yè)務驅動網絡建設，在建設初期，利用軟交換提供的業(yè)務量比較小，網絡規(guī)模也就相對較小。軟交換需要獨立設點，逐步由點到面，擴展網絡容量。

　　在多網并存、PSTN網占據絕對優(yōu)勢點面的情況下，軟交換沒有大面積鋪開，能有直接聯系的軟交換數量有限，更多的用戶互通需要依賴SG、TG上電路交換網絡解決。因此，這一階段的網絡建設基本是采用無級網方式，且路由服務器與軟交換合設。

　　同時，因為軟交換提供的業(yè)務需要覆蓋多個本地網，一個軟交換設備必須能夠控制放置在多個本地網的網關設備。軟交換網絡作為PSTN的疊加網提供業(yè)務。為了后續(xù)業(yè)務增長時網絡擴展的便利，初期宜采用應用服務器與軟交換分設的模式，增值業(yè)務統(tǒng)一由應用服務器提供，軟交換只負責基本業(yè)務的功能實現以及增值業(yè)務的接入及觸發(fā)。

　　在功能上，需要對軟交換必須增加以下要求：（1）要求軟交換不僅有分權限管理的功能，還需要具備分地域對用戶、中繼等數據進行管理的功能；（2）由于軟交換相當于現有PSTN網絡的長途/市話/SSP合一的設備，提供業(yè)務豐富，因此需要在分域的基礎上，能夠分業(yè)務管理計費數據；（3）由于軟交換需要與多個本地網的交換機設備建立信令路由，而每個本地網的點碼分配機制不同，因此要求軟交換具備多信令點碼的功能。

3.3.2 網絡建設中期

　　隨著業(yè)務的發(fā)展，業(yè)務需求增加，網絡規(guī)模擴大，網絡中軟交換節(jié)點數逐步增加。軟交換所控制的包交換網與電路交換網所占用戶面極其接近甚至略勝一籌時，原有的電路交換網逐步退到邊緣，數據網用戶不斷增加。

　　這個時候要依靠軟交換本身細化相關路由的配置已經很難實現，可以考慮引進若干RS承擔起路由解析的重任，RS的出現可以開始是個別的，分別負擔部分軟交換的路由信息，這時候RS全部處于一個層次。引入RS時，一方面要考察軟交換對相關協(xié)議的支持，另一方面要考察采用RS路由方式對軟交換處理能力等性能的影響。

　　由于每個地域軟交換網絡建設的步伐不一，因此這一階段，運營商可以根據每個地域所采用設備對協(xié)議的支持情況，通過省際軟交換的方式，或省級RS的方式實現地域之間的軟交換網絡的互通。

3.3.3 網絡建設后期

　　軟交換控制的包交換網絡規(guī)模繼續(xù)擴大,當RS的個數增加到一定程度時每個RS都會面臨路由數據的配置及維護壓力,此時需要對RS的組網進行優(yōu)化。通過配置省級RS及國家級RS來緩解區(qū)域RS的困頓,網絡在演進過程中逐步形成RS分級、軟交換扁平的組網模式。

4 其他相關問題

4.1 與RS相關的協(xié)議能力要求

1）軟交換與RS之間的協(xié)議能力要求：

● 路由信息的檢索；

　　RS根據軟交換的請求檢索路由信息。

● 路由信息的增加/刪除/修改；

　　軟交換用戶號段變化或發(fā)現網絡擁塞引起路由信息的更改時，應能通過相關協(xié)議及時通知RS，RS對相關路由信息進行更新并廣播通知其他相關RS。

● RS對軟交換的鑒權認證；

　　應能對發(fā)起請求的軟交換進行鑒權認證。防止非法軟交換竊取路由信息。

● 心跳機制。

　　軟交換與RS之間應有心跳機制，定期檢測對方的存活信息。軟交換在發(fā)現與RS連接中斷時，可以切換到配對的RS。相應地，RS發(fā)現與某個軟交換的連接中斷時，應立即把到該軟交換的路由狀態(tài)信息進行更新，并廣播通知相關RS。

2）RS之間的協(xié)議能力要求：

● 交換和同步RS之間的路由信息；

　　RS之間路由表同步結束后，當路由表的內容發(fā)生改變時，將能向相關RS發(fā)送新的路由信息。

● 路由的檢索；

　　根據下一級RS發(fā)起的請求檢索路由信息。

● 防止尋址的路由循環(huán)；

　　防止尋址時產生RS之間的路由循環(huán)。

● RS之間的鑒權認證；

　　應能對交互信息的RS進行鑒權認證。

● 心跳機制

　　RS之間可通過心跳機制,定期檢測對端的存活信息。

4.2 運營商之間軟交換網絡的互通

　　不管運營商內部網絡采用何種組網方式，在實現運營商之間的網絡互通時，由于涉及互聯互通故障定位、費用結算等問題，一般考慮采用關口軟交換和關口網關的組網方式。

　　在網絡中設置若干個關口軟交換，負責匯聚運營商之間的互通業(yè)務。一方面出于網絡的安全性考慮，需要屏蔽運營商內部的網絡結構；另一方面這種結構也可以便于互聯互通故障的處理。這些關口軟交換需要完成協(xié)議的轉接以及對媒體流進行控制。關口網關負責過網媒體流的匯聚。

　　關口軟交換需要實現現有關口局的黑白名單、過負荷控制、計費等相關功能。關口軟交換與其他運營商網絡的軟交換路由數據可以存放在關口軟交換中，直接路由到對端關口軟交換，也可以通過RS完成路由。

5、結束語

　　綜上所述，在軟交換控制的分組交換網絡中，路由的概念已經發(fā)生了很大的變化，采用路由服務器直接路由到目的軟交換是適應分組交換網絡的一種組網方案。路由服務器的引入，應在綜合考慮網絡規(guī)模，設備對協(xié)議的支持等問題的基礎上，進行統(tǒng)一的規(guī)劃和部署。