软交换体系下的宽带异构网络互通和实现方法
摘要：文章针对现有网络互通的现实要求，分析了现有技术手段解决电信业务在宽带异构网络间互通的局限性和非可行性，提出了一种在软交换体系下宽带异构网络间的互通模型和实现方法，并给出了采用此方法的两个互通实例，最后阐明了该方案的具体优点和现实可行性。
要害词：软交换；宽带网关；互通
Abstract:To realize network interoperability is a pressing problem, but limitations and unfeasibility exist in the interoperability of telecom services between broadband heterogeneous networks while using existing techniques. In the paper, a model is presented for the interoperability between broadband heterogeneous networks, along with the implementation methods and demonstration of two real cases. The concrete merits and realistic feasibility are also analyzed finally.
Key Words:Softswitch; Broadband Gateway; Interoperability
自90年代软交换技术问世以来，由于它结合了传统话音网络的可靠性和IP网络的灵活性和开放性，可以很好地解决从传统的电话交换网向下一代包交换网过渡的问题，为新兴运营商进入话音市场提供了有力的技术手段，也为传统运营商保持竞争优势开辟了有效的技术途径，因此在短短几年内就获得了迅速的发展，初步显示出其广泛的应用前景。非凡是最近两年来，软交换已逐步进入商用阶段。作为下一代网络的解决方案，必须考虑到商业运营的技术要求和可行性。
随着数据网在全球范围内的大规模建设，现有的网络结构和存在形式也越来越复杂。这些不同形态、不同结构的网络，存在着业务互通的问题。非凡是在软交换体系下，数据网不再是简单地提供数据和承载业务，越来越多的电信业务(包括多媒体业务、多业务融合型业务)将应用到数据网上，因此对网络间的互通要求越来越高。如何解决电信业务在宽带异构网络间的互通，已成为非常突出的现实问题，这也是基于软交换的下一代网络最终走向大规模组网和全面商用必然要解决的要害问题。
1 异构网络的互通问题
1.1 网络互通要求
异构网络的范围较广，如窄带PSTN和IP网就是一种异构网络。本文中所讨论的异构网络，主要是指各种不同网络规划、不同地址划分以及不同承载方式的宽带网络。电信网络是业务网，异构网络间的互通不同于一般数据网络之间的互通。异构业务网络间的互通涉及两个方面：一是信令的互通，一是媒体的互通。
1.2 现有技术的局限性
目前各种IP电话协议本身只是描述了呼叫控制和媒体网关控制的方法，以及对资源的治理、业务的实现等，明确定义了窄带和宽带电话网络的互通模型和方法，如采用媒体网关(MG)来实现PCM(脉冲编码调制)码流和RTP(实时传输协议)流的转换，由网关或由软交换控制网关实现窄带侧和宽带侧媒体端点的绑定，但对宽带异构网络间的互通没有现成的解决方法和描述，最典型的就是网络地址规划问题造成的互通障碍。
NAT(网络地址转换)技术被用于网络地址的变换。通过地址翻译，可使内部网络的主机透明地访问外部网络，由处于网络边缘的路由器或防火墙根据地址映射表，将数据包的IP报头进行转换，地址映射表可静态配置，也可动态生成(分配)。显然该技术可用于两个宽带异构网络，如两个不同规划的IP网间的互通。但NAT技术有很大的局限性，对于一般的数据业务，NAT可以实现业务的互通；对于端到端应用，需要保留映射关系的应用，对最典型的电信业务而言，NAT设备则无法保证业务互通的透明性而实现此类业务的互通。
2 软交换体系下异构网络的互通模型
2.1 软交换的体系结构
软交换系统是基于分层网络结构模型的，这种结构的设计思想就是按照统一的网络结构向用户提供不同的业务应用，分为边缘层、核心传送层、控制层、业务层。整个系统基于控制与承载相分离的思想，将MGC和MG从逻辑和物理上均彻底分离。通过不同的MG接入各种设备(包括PSTN、ISDN、PLMN等传统电话设备)，再使用软交换来统一对这些MG进行控制，从而便于引入各类新的业务，真正实现业务和网络分离。
在软交换体系下，位于边缘层的各个网关的功能变得更纯粹，如媒体网关只是在软交换的控制下实现媒体的连接控制和转换。网络的智能集中在软交换上，软交换作为核心控制设备，完成各种呼叫控制、信令处理、协议适配和媒体网关的控制，以及网内各种媒体资源的治理，同时向业务层提供开放的业务平台。软交换体系既满足了在下一代以包交换为核心的网络上的电信级运营治理的要求，又保证了业务的开放性和灵活性。
2.2 宽带网关
宽带网关(BGW)是一种非凡的媒体网关(MG)设备，是用于异构网络间媒体互通的要害设备。通常意义上的电话网关被放置在PSTN和数据网间，完成窄带侧媒体端口和宽带侧媒体端口的绑定、PCM码流和RTP流(或ATM信元)的转换。在软交换体系下，MG完全受到软交换的控制，实现上述纯媒体的连接转换。
BGW放置在异构网络间，两侧均为宽带网络。BGW接受软交换的控制命令，在其内部建立两个媒体端口的连接，这两个媒体端口分别对应于两侧不同网络的两个终端的媒体端口。因此，来自一个网络的媒体流汇聚到BGW，经过BGW内部的连接转换，将媒体流转发到另一个网络，这一点和NAT的功能相似。但BGW上的端口映射表是完全根据软交换的指令动态生成的，即建立了互通设备和业务控制设备之间的关联，使得BGW能够满足电信业务的互通要求，而不像NAT设备一样简单地转换地址和转发数据报。
BGW可以采用标准的协议进行控制，如H.248、MGCP等。BGW从逻辑上划分有两种接口通道：一个是信令控制接口，接受软交换的控制命令；另一个是媒体接口，完成网络间媒体的接入。除了在异构网络间进行媒体端口的映射和转发外，BGW还能够支持媒体格式的转换，以及支持媒体流不同承载方式的变换。BGW转发媒体流可分为以下3种情况：
(1)媒体端口的映射和媒体流转发。在宽带网关内部，不需要媒体格式的变换，主被叫媒体能力是互相匹配的，通过BGW的两段媒体流算法格式是完全相同的。
(2)不仅需要在BGW内部建立媒体端口的映射和连接，还需要对进入BGW的媒体流格式采用相关算法作变换，以解决主被叫媒体能力不匹配的问题，此时通过BGW的两段媒体流算法格式是不同的。
(3)业务承载方式的变换。如对实时业务，一侧为VoIP，媒体为RTP流；另一侧为VoATM，媒体为ATM AAL2适配承载，此时BGW需要处理承载层信令，进行媒体的转换与转发。
2.3 互通模型
如前所述，针对宽带异构业务网络的互通，涉及到两个方面：一是信令的互通，即呼叫信令能够跨越异构网络，完成跨网的呼叫控制和路由等功能；另一个是媒体的互通，即当跨越异构网络的呼叫已经建立起来的基础上，实现分属不同网络的终端用户的媒体互通，使得不同网络间的媒体流互相穿透异构网络的边界。媒体互通是和呼叫控制相关联的，因此模型主要涉及两个设备：软交换和宽带网关。
此模型的核心思想是将一个完整的呼叫分解为多个呼叫，将一个呼叫的媒体连接分为多个媒体连接来实现网间互通。软交换完成信令互通和跨网的呼叫控制。在软交换的控制下，BGW完成跨网媒体端口的映射和媒体流的转发。该模型符合业务与网络分离、控制与承载分离的架构。
软交换可以和某一个终端用户处于同一个网络内，也可以独立于所有终端用户，单独放置于一个网络内。软交换能够提供多个逻辑上独立的网络接口，分别连接到需要互通的多个异构网络中。软交换完成呼叫控制、所属媒体网关的控制和其他呼叫控制设备信令互通等，实现跨越异构网络的呼叫建立、呼叫监视、呼叫释放等。为处理来自不同网络的呼叫信令，需要对进入软交换内部的呼叫信令进行标识区分。当一个两方呼叫发生在两个网络间，通过一个BGW实现互通，则整个呼叫由两个呼叫组成：第1个呼叫建立在主叫终端用户和BGW间，第2个呼叫建立在BGW和最终被叫用户间。从网络上看，媒体连接也分为两段：一段为主叫终端到BGW上对应于主叫用户的媒体端口的连接，另一段为BGW上对应于被叫用户的媒体端口到被叫终端的连接。假如呼叫跨越多个异构网络，则就会有两个以上的呼叫和媒体连接，则可能需要多个BGW来实现媒体的互通，涉及的软交换也可能有两个以上来协同完成呼叫控制。
此模型的BGW实际上仍然是纯粹的媒体网关，只负责异构网间纯媒体的连接，并不关心整个呼叫的建立，也不关心媒体由几段组成，所有的多个呼叫建立、维护、释放、媒体端口的指派等均由软交换完成。因此从呼叫层面上看，跨越异构网络的一个呼叫，实际上被分解为多个呼叫而实现；从媒体连接来看，一个呼叫的媒体连接由多个媒体连接组成。其具体实现方法如下(如图1所示)：
图1 软交换体系下应用BGW的互通模型原理图
(1)软交换收到主叫用户的呼叫请求，分析若为跨异构网络的呼叫，则进入特定呼叫处理流程。
(2)软交换控制在BGW内部，创建两个媒体端口，一个对应于主叫用户，另一个对应于被叫用户，BGW对应于主叫终端一侧的端口媒体能力满足主叫终端要求。
(3)软交换控制被叫终端，在被叫终端内部创建一个媒体端口，并完成被叫终端BGW被叫一侧端口的对应，完成主叫用户和被叫用户媒体能力的协商。
(4)若主被叫用户的媒体能力匹配成功，则完成呼叫建立以及被叫用户响应，媒体流通过BGW转发，媒体互通；若主被叫用户的媒体能力不能匹配，则由BGW对应于主被叫侧的端口，分别满足主被叫终端的媒体能力、被叫用户响应，不同格式的媒体流在BGW内部进行转换后再转发，媒体互通。
(5)呼叫结束，释放所有媒体连接，软交换生成具体记录存储并送往相关处理设备，BGW上报统计数据。
3 应用实例
(1)实例1??两个软交换分别控制不同规划的IP异构网络
如图2所示，软交换之间采用SIP-T进行呼叫信令的互通，BGW为H.248网关，由其中一个软交换控制。软交换通过物理网口同时接入本端和对端网络，即在软交换内部实现信令的处理和互通。软交换通过H.248控制宽带网关，在BGW内部建立两个RTP端口的连接：一个是本端网的，对应于本端网内一用户的RTP端口；另一个是对端网络的，对应于对端网络由对端软交换指派的一个RTP端口。BGW将IP地址、端口进行替换处理，将RTP流重新定向，这样就可将两个不同网络、不同IP地址和RTP端口的媒体流在该网关内转化互通。在整个处理过程中，宽带网关BGW只负责纯媒体的互通，不涉及到呼叫信令的处理，和对端网络的物理节点之间只有纯媒体的连接。
图2 两个软交换分别控制的不同规划的IP异构网络互通图
(2)实例2??软交换控制的网络和现有H.323网络的互通
现在网络上有很多H.323网关，主要构成传统的IP电话长途网。在建设新一代基于软交换的宽带电话网时，两个网络的互通成为必须解决的问题，因为这些网络都不是统一规划的。与上例不同的是，其信令处理方式和协议实体的关系发生了变化。
为实现两者互通，支持H.323协议，软交换以及它所控制的媒体互通节点(宽带网关)逻辑上合在一起，构成一个虚拟的H.323网关，即一个在网络上对等的H.323协议实体。软交换还要实现与H.323网络的信令互通，负责向对端网守(GK)发起注册、许可和状态协议(RAS)请求，与对端GK或GW交互Q.931信令，进行呼叫控制，建立H.245通道，协商媒体能力与媒体通道。软交换支持GK路由信令和网关直接路由信令，当GK路由信令时，软交换与对端的信令交互都是软交换通过GK直接完成的；当网关直接路由信令时，除RAS由软交换向GK发起外，其它H.323信令都是软交换与对端H.323GW直接交互完成的。同样，软交换通过物理网口，同时连接到H.323网络和本端下一代网络(NGN)，在设备内部做信令的区分、处理和互通。
宽带网关仍然单纯地实现两个网络的媒体互通。软交换通过H.248控制宽带网关，在该网关内部建立两个RTP端口的连接：一个是本端NGN网的，对应于本网内一用户的RTP端口；另一个是H.323网络的，对应于H.323网关的一个RTP端口，将两个不同网络、不同IP地址和RTP端口的媒体流在网关内转化互通。
4 结束语
综上所述，本文提出的软交换体系下宽带异构网络间的互通模型具有以下优点：
(1)整个模型完全符合业务与网络分离，控制与承载分离的下一代网络的架构和思想。
(2)其组网方式灵活。由于将媒体和控制分离，因此软交换和BGW可灵活组网，使得一个软交换可以实现多个网络的呼叫控制。BGW也可实现两个网络以上的媒体互通。
(3)其适用范围广。该模型适用于电信业务在公网和专网之间，不同专网之间的互通；不仅适用于业务在IP网络之间，也适用于IP网和ATM网之间的互通。
(4)该模型满足和传统IP电话网络设备、基于会话启动协议(SIP)网络的互通和组网的要求。
(5)该模型满足多媒体业务的要求，实现多媒体业务在异构网络间的互通。
参考文献
1 洪钧,李爱军,徐勇积.软交换技术的应用及面临的主要问题.电信技术,2002,(1)
2 赵慧玲,单秀云.下一代网络的研究.中兴通讯技术,2001,7(S0):28?34
作者简介：
李明，深圳市中兴通讯股份有限公司网络事业部软交换系统部主任工程师，博士。目前主要从事软交换系统的方案设计、基础研究和网络规划工作。
李爱军，深圳市中兴通讯股份有限公司网络事业部软交换系统部部长，硕士。一直从事七号信令系统的产品设计和研究开发工作，目前主要从事软交换系统的设计和网络规划方面的工作。
洪钧，深圳市中兴通讯股份有限公司网络事业部软交换产品总工程师，硕士。先后从事过智能网、程控交换机、七号信令等产品的设计和研究开发工作，目前主要从事软交换系统的基础研究、网络规划和系统设计工作。
