隨著通信網絡技術的飛速發(fā)展,，人們對于寬帶及業(yè)務的要求也在迅速增長，為了向用戶提供更加靈活,、多樣的現(xiàn)有業(yè)務和新增業(yè)務,，提供給用戶更加個性化的服務，提出了下一代網絡的概念,，且目前各大電信運營商已開始著手進行下一代通信網絡的實驗,。軟交換技術又是下一代通信網絡解決方案中的焦點之一，已成為近年來業(yè)界討論的熱點話題,。我國網絡與交換標準研究組已經完成了有關軟交換體系的總體技術要求框架,，863計劃也對有關軟交換系統(tǒng)在多媒體和移動通信系統(tǒng)方面的研究課題進行了立項。

1 軟交換概念的提出及定義

軟交換的概念最早起源于美國,。當時在企業(yè)網絡環(huán)境下,，用戶采用基于以太網的電話，通過一套基于PC服務器的呼叫控制軟件（CallManager,、CallServer）,，實現(xiàn)PBX功能（IPPBX）。對于這樣一套設備,，系統(tǒng)不需單獨鋪設網絡,，而只通過與局域網共享就可實現(xiàn)管理與維護的統(tǒng)一，綜合成本遠低于傳統(tǒng)的PBX,。由于企業(yè)網環(huán)境對設備的可靠性,、計費和管理要求不高，主要用于滿足通信需求,，設備門檻低,，許多設備商都可提供此類解決方案,，因此IP PBX應用獲得了巨大成功。受到IP PBX成功的啟發(fā),，為了提高網絡綜合運營效益,，網絡的發(fā)展更加趨于合理、開放,，更好的服務于用戶,。業(yè)界提出了這樣一種思想：將傳統(tǒng)的交換設備部件化，分為呼叫控制與媒體處理,，二者之間采用標準協(xié)議（MGCP,、H248）且主要使用純軟件進行處理，于是,，SoftSwitch（軟交換）技術應運而生,。

軟交換概念一經提出，很快便得到了業(yè)界的廣泛認同和重視,，ISC（InternationalSoftSwitchConsortium）的成立更加快了軟交換技術的發(fā)展步伐,，軟交換相關標準和協(xié)議得到了IETF、ITU－T等國際標準化組織的重視,。

根據國際Softswitch論壇ISC的定義,，Softswitch是基于分組網利用程控軟件提供呼叫控制功能和媒體處理相分離的設備和系統(tǒng)。因此,，軟交換的基本含義就是將呼叫控制功能從媒體網關（傳輸層）中分離出來,，通過軟件實現(xiàn)基本呼叫控制功能，從而實現(xiàn)呼叫傳輸與呼叫控制的分離,，為控制,、交換和軟件可編程功能建立分離的平面。軟交換主要提供連接控制,、翻譯和選路,、網關管理、呼叫控制,、帶寬管理,、信令、安全性和呼叫詳細記錄等功能,。與此同時,，軟交換還將網絡資源、網絡能力封裝起來,，通過標準開放的業(yè)務接口和業(yè)務應用層相連,，可方便地在網絡上快速提供新的業(yè)務。

2 基于軟交換技術的網絡結構

軟交換是下一代網絡的核心設備之一,，各運營商在組建基于軟交換技術的網絡結構時,，必須考慮到與其它各種網絡的互通,。在下一代網絡中，應有一個較統(tǒng)一的網絡系統(tǒng)結構,。軟交換位于網絡控制層,，較好地實現(xiàn)了基于分組網利用程控軟件提供呼叫控制功能和媒體處理相分離的功能。

軟交換與應用／業(yè)務層之間的接口提供訪問各種數據庫,、三方應用平臺,、功能服務器等接口，實現(xiàn)對增值業(yè)務,、管理業(yè)務和三方應用的支持,。其中：軟交換與應用服務器間的接口可采用SIP、API,，如Parlay，提供對三方應用和增值業(yè)務的支持,；軟交換與策略服務器間的接口對網絡設備工作進行動態(tài)干預,，可采用COPS協(xié)議；軟交換與網關中心間的接口實現(xiàn)網絡管理,，采用SNMP,；軟交換與智能網SCP之間的接口實現(xiàn)對現(xiàn)有智能網業(yè)務的支持，采用INAP協(xié)議,。

通過核心分組網與媒體層網關的交互,，接收處理中的呼叫相關信息，指示網關完成呼叫,。其主要任務是在各點之間建立關系,，這些關系可以是簡單的呼叫，也可以是一個較為復雜的處理,。軟交換技術主要用于處理實時業(yè)務,，如話音業(yè)務、視頻業(yè)務,、多媒體業(yè)務等,。

軟交換之間的接口實現(xiàn)不同與軟交換之間的交互，可采用SIP－T,、H．323或BICC協(xié)議,。

3 軟交換技術的設計原理及其實現(xiàn)目標

軟交換技術是一個分布式的軟件系統(tǒng)，可以在基于各種不同技術,、協(xié)議和設備的網絡之間提供無縫的互操作性,，其基本設計原理是設法創(chuàng)建一個具有很好的伸縮性、接口標準性,、業(yè)務開放性等特點的分布式軟件系統(tǒng),，它獨立于特定的底層硬件／操作系統(tǒng),，并能夠很好地處理各種業(yè)務所需要的同步通信協(xié)議，在一個理想的位置上把該架構推向摩爾曲線軌道,。并且它應該有能力支持下列基本要求：

（1）獨立于協(xié)議和設備的呼叫?熏設備的呼叫處理和／同步會晤管理應用的開發(fā),。

（2）在其軟交換網絡中能夠安全地執(zhí)行多個第三方應用而不存在由惡意或錯誤行為的應用所引起的任何有害影響。

（3）第三方硬件銷售商能增加支持新設備和協(xié)議的能力,。

（4）業(yè)務和應用提供者能增加支持全系統(tǒng)范圍的策略能力而不會危害其性能和安全,。

（5）有能力進行同步通信控制，以支持包括帳單,、網絡管理和其他運行支持系統(tǒng)的各種各樣的后營業(yè)室系統(tǒng),。

（6）支持運行時間捆綁或有助于結構改善的同步通信控制網絡的動態(tài)拓撲。

（7）從小到大的網絡可伸縮性和支持徹底的故障恢復能力,。

軟交換的實現(xiàn)目標是在媒體設備和媒體網關的配合下,，通過計算機軟件編程的方式來實現(xiàn)對各種媒體流進行協(xié)議轉換，并基于分組網絡（IP／ATM）的架構實現(xiàn)IP網,、ATM網,、PSTN網等的互連，以提供和電路交換機具有相同功能并便于業(yè)務增值和靈活伸縮的設備,。

4 軟交換所使用的主要協(xié)議

軟交換體系涉及協(xié)議非常眾多,，包括H．248、SCTP,、ISUP,、TUP、INAP,、H．323,、RADIUS、SNMP,、SIP,、M3UA、MGCP,、BICC,、PRI、BRI等,。國際上,，IETF、ITU－T,、SoftSwitchOrg等組織對軟交換及協(xié)議的研究工作一直起著積極的主導作用,，許多關鍵協(xié)議都已制定完成，或趨于完成。這些協(xié)議將規(guī)范整個軟交換的研發(fā)工作,，使產品從使用各廠家私有協(xié)議階段進入使用業(yè)界共同標準協(xié)議階段,，各家之間產品互通成為可能，真正實現(xiàn)軟交換產生的初衷——提供一個標準,、開放的系統(tǒng)結構,，各網絡部件可獨立發(fā)展。在軟交換的研究進展方面,，我國處于世界同步水平,。信息產業(yè)部“網絡與交換標準研究組”在1999年下半年就啟動了軟交換項目的研究，目前已完成了《軟交換設備總體技術要求》,。此外,，“IP標準研究組”正在研制有關中繼媒體網關（TG）、信令網關?穴SG?雪,、接入網關（AG）,、綜合接入設備?穴IAD?雪等設備技術規(guī)范。

下面對幾個主要協(xié)議做一簡單介紹,。

1．H．248／MEGACO

H．248和MEGACO協(xié)議均稱為媒體網關控制協(xié)議,，應用在媒體網關和H．248／MEGACO與軟交換設備之間。兩個協(xié)議的內容基本相同,，只是H．248是由ITU提出來的，而MEGACO是由IEFT提出來的,，且是雙方共同推薦的協(xié)議,。它們引入了Termination（終端）和Context（關聯(lián)）兩個抽象概念。在Termination（終端）中,，封裝了媒體流的參數,、MODEM和承載能力參數，而Context（關聯(lián)）則表明了在一些Termination（終端）之間的相互連接關系,。H．248／MEGACO通過Add,、Modify、Subtract,、Move等8個命令完成對Termination（終端）和Context（關聯(lián)）之間的操作,，從而完成了呼叫的建立和釋放。

2．媒體網關控制協(xié)議（MGCP）

媒體網關控制協(xié)議（MGCP）是由IEFT提出來的,，是簡單網關控制協(xié)議（SGCP）和IP設備控制協(xié)議（IPDC）相結合的產物,。MEGACO協(xié)議是對MGCP協(xié)議的進一步改進、完善和提高,，MGCP協(xié)議可以說是一個比較成熟的協(xié)議,，協(xié)議的內容與MEGACO協(xié)議比較相似。目前軟交換系統(tǒng)設備大都支持該協(xié)議，其不足也慢慢表現(xiàn)出來,，將來可能要被H．248／MEGACO協(xié)議所取代,。

在軟交換系統(tǒng)中，MGCP協(xié)議與H．248／MEGACO協(xié)議一樣,，應用在媒體網關和MGCP終端與軟交換設備之間,，通過此協(xié)議來控制媒體網關和MGCP終端上的媒體／控制流的連接、建立和釋放,。

3．會話初始協(xié)議（SIP）

會話初始協(xié)議（SIP）是IETF提出的在IP網上進行多媒體通信的應用層控制協(xié)議,。以Internet協(xié)議（HTTP）為基礎，遵循Internet的設計原則,，基于對等工作模式,。利用SIP可實現(xiàn)會話的連接、建立和釋放,，并支持單播,、組播和可移動性。此外,，SIP如果與SDP配合使用,，可以動態(tài)地調整和修改會話屬性，如通話帶寬,、所傳輸的媒體類型及編解碼格式,。其具體內容可參見IETFRFC2543bis。

在軟交換系統(tǒng)中,，SIP協(xié)議主要應用于軟交換與SIP終端之間,，也有的廠家將SIP協(xié)議應用于軟交換與應用服務器之間，提供基于SIP協(xié)議實現(xiàn)的增值業(yè)務,?？偟膩碚f，SIP協(xié)議主要應用于語音和數據相結合的業(yè)務,，以及多媒體業(yè)務之間的呼叫建立與釋放,。特別是SIP協(xié)議以其簡單、靈活的特點,，使作為移動通信標準化組織的3GPP已經決定在其基礎上建立第三代移動通信的全IP網絡,，并要求未來的3G終端必須支持SIP協(xié)議。

    4．SCTP協(xié)議

    SCTP協(xié)議是由IETF提出的一種關于流控制傳送協(xié)議,。主要是在無連接的網絡上傳送PSTN信令信息,，該協(xié)議可以在IP網上提供可靠的數據傳輸。SCTP可以在確認方式下,，無差錯,、無重復地傳送用戶數據，并根據通路的MTU的限制，進行用戶數據的分段,；在多個流上保證用戶消息的順序遞交,，把多個用戶的消息復制到SCTP的數據塊中。利用SCTP偶連的機制來保證網絡級的部分故障自處理,。SCTP還具有避免擁塞和避免遭受泛播及匿名攻擊的特點,。

    SCTP協(xié)議在軟交換中起著控制協(xié)議的主要承載者的作用。

    5  軟交換技術的主要特點和功能

    1．軟交換技術的主要特點表現(xiàn)在以下幾個方面：

    （1）支持各種不同的PSTN,、ATM和IP協(xié)議等各種網絡的可編程呼叫處理系統(tǒng),。

    （2）可方便地運行在各種商用計算機和操作系統(tǒng)上。

    （3）高效靈活性,。例如：

    ·軟交換加上一個中繼網關便是一個長途／匯接交換機（C4交換機）的替代,，在骨干網中具有VoIP或VTOA功能。

    ·軟交換加上一個接入網關便是一個語音虛擬專用網（VPN）／專用小交換機（PBX）中繼線的替代,，在骨干網中具有VoIP功能,。

    ·軟交換加上一個RAS，便可利用公用承載中繼來提供受管的MODEM業(yè)務,。

    ·軟交換加上一個中繼網關和一個本地性能服務器便是一個本地交換機（C5交換機）的替代,，在骨干網中具有VoIP或VTOA功能。

    （4）開放性通過一個開放的和靈活的號碼簿接口便可以再利用IN（智能網）業(yè)務,。例如,，它提供一個具有接入到關系數據庫管理系統(tǒng)、輕量級號碼簿訪問協(xié)議和事務能力應用部分號簿的號碼簿嵌入機制,。

    （5）為第三方開發(fā)者創(chuàng)建下一代業(yè)務提供開放的應用編程接口（API）,。

    （6）具有可編程的后營業(yè)室特性。例如：可編程的事件詳細記錄,、詳細呼叫事件寫到一個業(yè)務提供者的收集事件裝置中。

    （7）具有先進的基于策略服務器的管理所有軟件組件的特性,。包括展露給所有組件的簡單網絡管理協(xié)議接口,、策略描述語言和一個編寫及執(zhí)行客戶策略的系統(tǒng)。

    2．軟交換是多種邏輯功能實體的集合,，它提供綜合業(yè)務的呼叫控制,、連接和部分業(yè)務功能，是下一代電信網語音／數據／視頻業(yè)務呼叫,、控制,、業(yè)務提供的核心設備。主要功能表現(xiàn)在以下幾個方面：

    （1）呼叫控制和處理為基本呼叫的建立,、維持和釋放提供控制功能,。

    （2）協(xié)議功能支持相應標準協(xié)議，包括H．248、SCTP,、H．323,、SNMP、SIP等,。

    （3）業(yè)務提供功能可提供各種通用的或個性化的業(yè)務,。

    （4）業(yè)務交換功能

    （5）互通功能可通過各種網關實現(xiàn)與響應設備的互通。

    （6）資源管理功能對系統(tǒng)中的各種資源進行集中管理,，如資源的分配,、釋放和控制。

    （7）計費功能根據運營需求將話單傳送至計費中心,。

    （8）認證／授權功能可進行認證與授權,，防止非法用戶或設備接入。

    （9）地址解析功能和語音處理功能,。

    6  基于軟交換的應用

    隨著通信網絡技術的不斷發(fā)展和軟交換各種標準的制定與補充,，不少廠家都推出了軟交換的解決方案，各運營商也在積極進行相關實驗,。目前,，國內外許多電信設備制造商，如西門子,、阿爾卡特,、愛立信、北電,、中興等都在積極發(fā)展新的交換機過渡平臺,，提出了軟交換在下一代網絡中的解決方案。這里簡要介紹一下軟交換在VoIP中的應用,，圖3為基于軟交換技術的VoIP網絡結構,。

    從圖中可以看出，它的功能非常類似于現(xiàn)行電路交換傳送系統(tǒng)間的交換／長途網,，C4交換機用軟交換系統(tǒng)和一組中繼網關的組合體所取代,。中繼網關自身是由軟交換技術利用主／被叫協(xié)議控制，這個協(xié)議就是與來自某個具有指定源／目的的RTP／UDP／IP流的電路交換機的一個指定時隙相關的MGCP／IPDC協(xié)議,。

    軟交換技術作為呼叫處理的組成部分,，其標識要被用來終結該呼叫的最有可能的出口網關，并利用這個信息來命令中繼網關執(zhí)行所指定的功能,，亦即軟交換技術能夠通過選擇一個最小代價的路由來完成每次呼叫,，以使所選擇的出口網關最接近目的電話。于是,，就完成了原有通過電路交換網執(zhí)行的呼叫操作功能,。

    接入網關既可以終結ISDN的PRI,，也可以終結來自企業(yè)PBX的CAS信令。這種接入網關能夠被軟交換以基于分組電話協(xié)議的多種方式進行控制,；對于基于H．323協(xié)議的網關,，軟交換能夠像一個H．323網關那樣動作；如果接入網關隧道PRI（Q．931）或CAS信令返回到軟交換,，那么軟交換還能夠使用像MGCP／IPDC協(xié)議以更好的方式控制接入網關,。這也體現(xiàn)了軟交換技術處理接入網關的能力。

    軟交換技術通過SIP協(xié)議接到電纜網絡上,，以支持企業(yè)的IPPBX及IP電話,。它還能夠通過TCP／IP協(xié)議接入SCP，也可通過TCP／SCCP協(xié)議接入到SS7網絡上,，使無縫互連成為可能,。

    7  基于軟交換的下一代網絡中需要繼續(xù)關注的主要問題

    雖然基于軟交換的下一代網絡是一個比較完整的網絡解決方案，可以應用在各種通信領域,，但由于其技術新,，目前的解決方案大多處于實驗階段，尚未形成大規(guī)模應用,，許多問題仍需要繼續(xù)關注,，如QOS、網關,、安全性,、業(yè)務提供方式、與現(xiàn)有網絡的有機結合等問題,。

    1．QOS問題

    對任何網絡來說,，QOS的保證都是一個非常重要的問題。從根本上說,，軟交換本身并不能解決QOS問題,，而是靠其承載網絡來保證服務質量的。承載網絡目前有兩種方式：ATM和IP,。對于ATM的承載網絡來說,，其本身就有很強的QOS機制。但是,，對于IP的承載網絡來說,，如何解決好QOS問題,。在基于軟交換的下一代網絡中是一個非常關鍵的問題,，因為從目前廠家的設備開發(fā)情況和網絡發(fā)展的總的趨勢來看，以IP為承載網絡應該是大勢所趨,。

    2．軟交換網絡的管理

    從軟交換目前的實現(xiàn)情況來看,，大部分都采用SNMP協(xié)議作為軟交換系統(tǒng)的網管協(xié)議,，但SNMP網管系統(tǒng)具有一定的局限性，SNMP網管以靜態(tài)管理方式為主,，無法針對各種不同業(yè)務的需求變化進行綜合管理,。由于SNMP采用的是基于UDP的承載方式，因此不能很好的保證網管信息的可靠傳輸,。同時,，基于軟交換的下一代網絡提供的是實時業(yè)務，而要求網管系統(tǒng)必須具有一定的QOS管理能力,。但目前基于軟交換的網管系統(tǒng)處理這方面的能力比較差,，還需進一步的改進、完善,，才能滿足用戶對服務質量的要求

    3．軟交換涉及的協(xié)議尚需繼續(xù)完善

    軟交換網絡的各個網絡接口之間采用開放的協(xié)議進行通訊,。但是，目前不論是從協(xié)議的制定情況,，還是各個廠家的開發(fā)情況來看,，接口的標準化還不完善，大多數協(xié)議還處于擴充完善階段,。因此,，離最終的開放網絡還需要有一段時間。

    綜上所述,，軟交換雖然具有很大的發(fā)展?jié)摿?，但目前仍處于發(fā)展的起步階段。以軟交換為核心的通信系統(tǒng)將會提供業(yè)務開放能力,，符合三網合一的發(fā)展趨勢,，提供話音、數據,、視頻業(yè)務和多媒體融合業(yè)務,，滿足通信個性化、移動化和隨時隨地獲取信息的發(fā)展目標,。