软交换组网技术中若干问题的探讨

1/5/2008来源:交换技术人气:2500

随着软交换的出现及其技术的发展,各运营商包括中国电信、中国网通和中国联通等开始进行软交换实验,希望以此为突破口,提升整个网络提供业务的能力,同时也为电路交换网向分组网演进提供战略决策依据。我国“十五”863计划于2002年开始列项进行软交换技术的研究,包括技术要求和方案的制定、设备的研制以及测试方法的研究等,其中软交换组网技术的研究是该系列课题中的一个子课题。
  
  1 软交换的组网技术
  1.1 组网方案
  
  在软交换技术的应用中,根据接入方式的不同可分为窄带和宽带两类组网方案:窄带组网方案即利用软交换网络技术为现有的窄带用户提供语音业务,具体包括长途/汇接和本地两类方案;宽带组网方案即为新兴的宽带用户,主要为DSL和以太网用户提供语音以及其他增值业务解决方案。
  
  (1) 窄带组网方案
  
  所谓窄带组网方案,简单地可以认为是利用软交换、网关等设备替代现有的电话长途/汇接局和端局。它的网络组织中除了包含软交换设备,还涉及以下两类接入设备:
  
  ●接入网关,是大型接入设备,提供POTS、PRI/BRI、V5等窄带接入,与软交换配合可以替代现有的电话端局;
  
  ●中继网关,提供中继接入,可以与软交换以及信令网关配合替代现有的汇接/长途局。
  
  由于窄带组网方案的实质是用软交换网络技术组建现有的电话网,所以提供的业务以传统的语音业务和智能业务为主,主要包括PSTN的基本业务和补充业务、ISDN的基本业务和补充业务以及智能业务等。
  
  (2) 宽带组网方案
  
  所谓宽带组网方案,简单地可以认为是利用软交换等设备为IAD、智能终端用户提供业务。它的网络组织中除了包含软交换等核心网络设备之外,更重要的是终端。
  
  ●IAD,可提供语音、数据、多媒体业务的综合接入,目前主要采用的技术有VoIP和VoDSL。VoIP接入技术是指IAD的网络侧接口为以太网接口;VoDSL接入技术是指IAD的网络侧采用DSL接入方式,通过DSLAM接入到网络中。
  
  IAD可以根据端口容量的大小而提供不同的组网应用方式。对于小容量的IAD(1个Z接口+1个以太网接口)可以放置到最终用户的家中;对于中等容量的IAD(一般为5~6个Z接口+1个以太网接口)可以放置在小型的办公室;对于大容量的IAD(一般为十几至几十个Z接口)可以放置在小区的楼道和大型的办公室。
  
  ●智能终端,一般分为软终端和硬终端两种,包括SIP终端、H?郾323终端和MGCP终端等。
  
  宽带组网方案中的软交换网络除了可提供传统的语音业务之外,还可以提供新兴的语音与数据相结合的业务、多媒体业务以及通过API开发的业务。
  
  1.2 异地容灾
  
  假如软交换和信令网关这样重要的信令处理节点一旦瘫痪,对网络的影响面甚广,而异地容灾是保证网络可靠性的方法之一。
  
  (1) 软交换设备的异地容灾
  
  软交换设备的异地容灾即系统在某个软交换节点故障的情况下还可以继续提供服务。从组网的角度来说,需要媒体网关能够归属两个软交换设备的治理,这两个软交换设备采用主/从工作机制,在正常情况下,媒体网关仅受主软交换设备的控制,从软交换设备则定时地查询主软交换设备的当前运行状况,一旦主软交换设备出现故障,媒体网关就根据预先配置的地址信息向从软交换设备注册,从软交换设备就接替主软交换设备进行控制,从而保证系统工作不中断,此种工作方式即为“双归属”。为提高双归属的工作效率,可以依据一定的策略设定其他域的软交换设备作为本域的备份软交换设备。
  
  (2) 信令网关的异地容灾
  
  信令网关的异地容灾可通过信令转接点对的方式来解决。此时,信令网关必须支持信令转接点的组网方式。
  
  1.3 NAT穿越
  
  在宽带组网方案中引入了SIP智能终端,因此需通过NAT进行公私有地址之间的转换。
  
  目前,业界对SIP的NAT穿透问题非常关注,也提出了各种解决方案,主要包括ALG、STUN(Simple Traversal of UDP through NAT)和MID?鄄COM等,这些解决方案各有其应用场合。
  
  (1) ALG方案
  
  ALG方案采用支持SIP的ALG防火墙,使得NAT可以分析SIP,在转换时可以像处理IP包头那样转换协议中内嵌的相应地址信息字段,如重写Register请求中的Contact字段。但由于SIP刚推出不久,现有的NAT多数不支持这个方案。
  
  (2) STUN方案
  
  此方案需要升级SIP终端以支持STUN协议,要求终端以及运营商网络侧的SIP服务器支持SIP/SDP NAT扩展,且在运营商网络侧需部署STUN服务器。这种方案的优点是不用对NAT进行升级就可实现通信,因此具有可实施性;缺点是需要对SIP终端和SIP服务器进行扩展,运营商需要根据自己的需求,对协议作标准化定义,以避免SIP终端和SIP服务器不兼容,并且此方案大多还处于草案阶段,目前还没有标准。
  
  (3) MIDCOM方案
  
  此方案需升级NAT/防火墙以支持MIDCOM工作组开发的防火墙控制协议,且需要在运营商网络侧部署MIDCOM控制代理,这样,MIDCOM控制代理可控制NAT/防火墙打开/关闭pinhole。此方案的优势是可将NAT和应用分离,对于不同应用可以与NAT/防火墙存在不同的控制关系,因此扩展性强。
  
  总之,目前关于SIP的NAT穿透问题有多种解决方案,到底采用哪种方式需要从以下角度进行综合考虑: 升级要求,哪些网络元素需要做升级;网络业务量,应用这种解决方案后,是否会引入新的网络开销;语音质量,此解决方案是否影响语音质量,增加时延或丢包率;运营商的投资,运营商是否需要做大量投资;企业投资,假如面向企业客户,企业是否需要做大量投资;确定性,此解决方案是否只能在特定的环境下生效,是否可以支持各种应用方案,是否可以穿越各种NAT;应用相关,此解决方案是否只能针对SIP,是否可支持其他应用;扩展性,此方案是否支持大规模应用。

  
  2 软交换网络的规划
  软交换网络的规划是确定下一代网络在未来一段时间内的发展方向、发展目标和发展策略,以及为实现目标而投入的物质资金和采用的解决方案。在软交换网络规模化商业应用到来之前,如何规划和建设软交换网络,已成为各运营商议事日程中的重要话题。
  
  软交换网络的规划方法主要包括业务建模、网络建模和网络优化算法等几部分:
  
  ●业务建模,根据各类业务的特性,采用合适的数学模型进行描述,作为NGN模型的输入业务流;
  
  ●网络建模,确定各主要网络功能模块以及它们之间的主流信令协议;
  
  ●网络优化,主要包括路由技术和网络设备容量的优化配置。
  
  软交换网络的规划步骤包括参数设置、业务量输入、带宽测算、设备容量测算和投资估算等。
  
  2.1 网络结构的规划方法
  
  软交换网络结构的规划设计方法如下:
  
  ●根据网络覆盖范围和用户地理分布特点,初步设置POP(运营商网络接入点)数目和范围;
  
  ●根据POP接入的用户数规模和猜测业务量,初步确定各POP媒体网关设备的数量,或一个媒体网关设备服务覆盖的POP范围;
  
  ●视软交换业务量情况和设备容量性能,设置软交换服务区的区域数目、服务区覆盖POP范围以及各服务区内软交换设备的数量;
  
  ●视软交换业务量情况和设备容量性能,设置信令网关服务区的区域数目、服务区覆盖POP范围以及各服务区内信令网关设备的数量;
  
  ●在网络结构和业务量都确定后,便可进行网络规模容量的测算,其测算结果可为软交换网络结构方案进一步调整提供定量依据;
  
  ●当测算容量规模既能保证现有设备性能的充分利用,又能满足网络结构布局的简洁性和可治理性时,就得到了相对比较合理的网络结构方案。
  
  2.2 设备配置和容量计算方法
  
  在业务模式和网络结构的规划方案确定之后,软交换网络的规划重点就是根据规划期内软交换业务的发展目标合理地配置软交换网络设备,确定网络容量和规模。
  
  在软交换网络的规划中,所有网元设备都存在着设备容量测算的问题,而其中最重要的几类设备是软交换、信令网关和媒体网关。设备容量测算的最终目标是实现软交换网络资源的合理组织和利用,使其便于治理和维护。
  
  2.3 媒体流带宽的计算方法
  
  软交换接入层设备之间的数据主要是相关设备的寻路、语音媒体链路的建立以及语音和多媒体数据的传送,不仅对传输的安全可靠性、低时延要求较高,而且对于传输带宽的要求也很高。只有分组网提供必要的带宽与QoS保证,才能完美地实现基于软交换的语音业务及多媒体业务。而分组网的QoS与必要带宽的保证,除了引入新的QoS机制外,合理的网络资源配置是基础,这些配置包括分组网节点设备处理能力、端口资源分配和中继电路带宽分配等。网络资源配置的定量依据便是接入层设备间的媒体流端到端带宽需求。媒体流带宽的测算与软交换的业务特性、网络承载特性和业务实施策略都紧密相关。
  
  3 软交换的经济分析
  软交换的经济分析主要是计算软交换和TDM的经济评价指标。经济分析的主要评价指标有以下几个。
  
  ●投资回收期(PP):是指项目投资的回收时间,即累计的净现金流量为正的时间,对于经济分析而言,投资回收期小于基准投资回收期则项目可行。项目的投资回收期越短越好,投资回收期越短项目的投资风险越小。
  
  ●净现值(NPV):是指项目产生的净现金流量贴现到一定时间的累加和,净现值 > 0则项目可行。净现值越大说明项目的盈利能力越强。
  
  ●内部收益率(IRR):是指项目对投资的利用效率,内部收益率高于基准内部收益率则项目可行。内部收益率越高,项目对资金的利用效率越高。
  
  从最终的分析结果看软交换的长期经济效益比较好,而TDM的短期效益比较好,TDM短期效益来源于比软交换较少的投资,假如软交换的设备价格降到与TDM类似,则软交换设备的优势会更大一些。
  
  4 小结
  目前软交换的网络建设刚刚开始,从我们对软交换组网技术的研究结果来看,目前窄带域的组网技术相对成熟,宽带域可与窄带域互通;对于宽带组网方案,从技术和运营的角度来分析,非凡是基于SIP终端的宽带组网方案离组建可运营、可治理的电信级网络的目标还有一段距离,技术上还有待于进一步发展和完善。