云浮市基于软交换的下一代网络的本地试验网设计

摘 要

随着英特网的迅速方展，用户对新业务的需求不断增加，传统的PSTN/ISDN网络和IP网络的融合已成为必然，而基于软交换的下一代网络技术可以无缝实现这一融合，也是业界研究的热点。利用软交换技术，可以最大限度保护现有电信网络的投资，促使现有电信网络向下一代网络平滑演进。传统电路交换网络承载基本语音业务，Internet网络提供丰富的数据业务，在不影响现有网络所有业务的前提下，利用软交换技术，实现传统PSTN/ISDN网络与Internet网络的互通，不同网络之间业务的融合。

本文以软交换为中心，对下一代网络整体构架展开研究。论文首先简要介绍了云浮市的本地网现状以及开发状况；然后分析了下一代网络产生背景和目前国内外研究现状以及本文研究内容；接下来，给出了NGN（Next Generation Network）的基本概念，总体描述了下一代网络的体系框架，分析NGN的基本特征、特点以及发展优势；阐述了下一代网络体系的分层体系结构：即接入层、传输层、控制层和业务层。其中，从业务需求出发，结合云浮市的网络技术的发展状况，分析下一代网络承载网规划、设计时应该重点考虑的因素。

ABSTRACT

At present, with the rapid development of the Internet and the increasing demand for new services, the convergence of conventional PSTN/ISDN and IP network has become an inexorable trend. As the SoftSwitch-based NGN technology can seamlessly implement this convergence, which has also become the focus in industry study. With SoftSwitch technology, the maximum protection will be given to the existing investment of telecommunication network and the smooth transition from the existing telecommunication network to NGN will be accelerated. That is, using SoftSwitch, we can easily achieve the interworking of conventional PSTN/ISDN and the Internet with no impact on the services of the existing network.

The SoftSwitch is certainly the center of next generation network, so it will be main content studied in NGN architecture. The paper will first introduce the network’s general status of YuFu city; introduce the background of next generation network development, and the presently domestic and foreign research situation of NGN, as well as general content of studies of this article; then some basic concepts of NGN and the related definition will be given, and follows, the system structure of next generation network will be described. Latterly, the article will tell us how NGN can provide some superiority with characters and features involved in it, which are different from the traditional network. NGN has been divided into four different function layers, they are separately access function layer、transfer function layer、control function layer and service function layer. Among them, embarks from the service type demand, union the current YuFu city’s network technology development condition, when analyzing load-bearing network plan and designing next generation network, some essential factors should be considerable.

摘要

ABSTRACT

目录：

第一章 云浮市本地网现状简介

1.1、本地网网络结构及开发状况

1.2、下一代网络产生背景

1.3、NGN国内外研究现状

第二章 下一代网络概念简介

2.1、NGN的基本概念

2.2、NGN的体系框架

2.2.1、接入和传送层

2.2.2、媒体传送层

2.2.3、控制层

2.2.4、网络业务层

2.3、NGN特点与优势

第三章 软交换技术简介

3.1、软交换的基本概念

3.2、软交换与普通电路交换比较

3.3、软交换系统结构

3.4、软交换基本功能

第四章 云浮市基于软交换地下一代网络的本地试验网的规划设计

4.1、网络方案的选择及说明

4.2、网络拓扑结构设计

4.3、硬件设备的功能及功能描述

4.3.1、 软交换平台

4.3.2、 信令网关

4.3.3、 中继媒体网关

4.3.4 接入媒体网络及传输承载网

4.4、网络中各局业务量及局间业务流量预测与计算

4.5、信令网关容量及信令链路容量计算

4.6、中继媒体网关容量及相关中继电路容量的计算

第五章 本地试验网与相关网络互通方式设计及相关参数计算

第六章 方案评估或实际效果

第一章 云浮市本地网现状简介

1.1 本地网网络结构及开发状况

云浮本地交换网目前经过调整优化后，以基本达到一级汇接二级结构。云浮市本地交换网主要采用汇接层组网结构，由汇接层和端局层组成。全本地网又长途局（云浮TST1局）1个，汇接局2个，关口局1个，端局23个。长市网络组网采用来、去话汇接方式。

云浮本地网长话局（云浮TST1局）1个，位于建设南机楼2层，容量为17880路端，机型为上海贝尔S1240, 实占容量15900路端，占用率为88.93％，长市网络组网采用来、去话全汇接方式。云浮本地网共有2个汇接局，分别位于马岗和建设南两个机楼，均带有SSP功能，汇接局机型均为华为C&C08。云浮本地网现有1个网间接口局目微于建设南机楼2层，交换设备机型为上海贝尔S1240，具备SSP功能，开放了就远入网等功能。共有交换端局23个，其中交换机共有3种机型（S1240、C&C08、ZXJ10）。云浮小灵通采用UT设备，核心网设置3个GW，同时通过2个TM/SSP(马岗TM1/SSP和建设南TM2/SSP)做来去话呼叫处理，GW间没有使用IP trunk。现有一套省增值业务平台TG，受广州中兴域软交换控制。增值业务平台采用广东省163网作为软交换承载网。

目前云浮开放的省智能业务主要有200、201、主叫鉴权、就远入网等，本地智能业务有固网预付费、PHS余额查询、NP、WAC等。省智能业务送至广州200、201等省智能网平台处理，本地智能业务送至云浮本地智能网平台处理。在各种智能业务中，200、201等省智能业务由TS/SSP负责触发，就远入网和主叫鉴权由网间接口局负责触发，固网预付费、PHS预付费、NP、WAC业务由TM/SSP负责触发。

1.2下一代网络产生背景

业务发展和用户需求是推出下一代网络的重要原因之一。从用户角度出发，他们希望通过NGN可以更方便、灵活以及合理的价格获取综合化、交互化和多样化的业务服务。业务提供商则希望NGN能够提供一个开放的业务开发平台，通过该平台可快速、灵活地开发出适应网络水平或设备能力地新业务。对于网络应用商来说，他们需要的是可计划、易于管理的、资源可充分利用的网络，该网络同时应具有提高效率、降低成本、使网络供应商获得好的投资回报的特点。

由于传统交换网络中的呼叫和业务控制相互融合，通常需要为新业务的开发进行全网改造或增添一套与业务相关的软硬件设备，这使得新业务的开发周期长、投入成本高，维护工作也变得困难，固有的模式对新型业务的支持能力不够，传统的网络体系无法适应下一代网络业务发展的需要。所以，迫切需要一个能够支持语音、视频、数据等多媒体综合业务融合的，同时有利于业务开发、易于维护的公开网络平台。

1.3 NGN国内外研究现状

目前对NGN的研究不再仅仅停留在理论阶段，国内外出现了大量的NGN试验局，但仍不太成熟。被业界广泛接受的NGN框架中主要包括软交换、中继网关、信令网关、接入网关、应用服务器等关键设备。其中，又以软交换支持的各种协议和业务开发接口API技术的发展成熟度来衡量NGN当前的发展状况。

目前，整个软交换技术尚处于方展初期，国际上软交换还没有大规模商用的成功案例和运营经验，NGN的发展道路还需要不断摸索，也会随着业务和功能需求的发展而不断补充和更新。

第二章 下一代网络概念简介

2.1 NGN的基本概念

在最近的国际电联NGN会议上，NGN的定义有了明确的定论：NGN是基于分组的网络，能够提供电信业务；利用多种宽带能力和QoS（Quality of Service）保证的传输技术；其业务相关功能与其传输技术相独立。NGN是全业务的网络，包括电话和Internet接入业务，能够提供多种多媒体业务的综合网络；NGN是开发的、标准的架构，用户可以自由接入到不同的业务提供商，可以享受丰富的、个性化的服务。NGN(Next Generation Network)是以软交换为核心，支持话音、视频、数据等多媒体综合业务，采用开放标准体系结构，能够提供丰富业务的下一代网络。

NGN即下一代网络。从发展的角度来看，NGN是从传统的以电路交换为主的PSTN网络中主机迈向以分组交换为主，它承载了原有PSTN网络的所有业务，把大连的数据传输卸载到IP网络中以减轻PSTN网络的重荷，又以IP技术的新特性增加和增强了许多新老业务。从这个意义上讲，NGN是基于TDM的PSTN语音网络和基于IP/ATM的分组网络融合的产物，它使得在新一代网络上语音、视频、数据等综合业务成为了可能。从网络功能上来看，NGN不是今天哪一种网络的简单发展，而是三网融合的产物。[1]

2.2 NGN的体系框架

与传统风格不同，NGN以在统一的网络架构上灵活地提供各种综合业务为出发点，如业务逻辑、业务地接入和传送手段，业务地资源提供能力和业务地认证管理等。除此之外，业务逻辑可以在应用服务器上统一完成，并可向用户提供开发地业务应用程序编程接口。

一般认为，NGN在功能上可划分为四个开放的网络层次：接入和传输层、媒体传送层、控制层、网络业务层。

2.2.1 接入和传送层

其功能是将各类用户连接至网络，然后集中用户业务将它们传递至目的地，其中包括各种接入手段，如宽窄带，移动或固定用户接入等。由各种媒体网关或智能接入终端设备组成，主要设备有：信令网关（SG）、中继网络（TG）、接入网关（AG）、综合接入设备（IAD）、无线接入网关（WAG）、媒体资源服务器、H.323网关（H.323GW）.

2.2.2 媒体传送层

将信息格式转换成为能够在网络上传递的信息格式。例如：将话音信号分割成ATM信元或IP包。此外，媒体层可以将信息媒体流选路至目的地。

2.2.3 控制层

主要涉及软交换相关的功能，完成业务逻辑的具体执行，其中包含呼叫控制，资源管理，连接控制和路由等操作，实现各种信令协议的互通和转换。此层是NGN的核心神经，决定用户收到的业务，并能控制低层网络元素对业务流的处理。

2.2.4 网络业务层

网络业务层主要负责在呼叫建立的基础上提供各种各样的增值业务控制逻辑相应的网络管理及服务，完成增值业务处理。如业务生成、业务逻辑定义和业务编程接口等。此外，业务层还负责业务相关的管理功能，如业务认证和业务计费等。同时提供第三方可编程接口，易于引入新型业务。业务层由一系列的业务应用服务器组成，包括：SCP、AAA服务器、应用服务器、策略服务器。

图2-1 下一代网络分层结构

2.3 NGN特点与优势

NGN采用了开放地网络构架，将传统交换机地功能模块分离成独立的网络单元，各部分可以按相应的功能划分独立发展，部件间的协议接口基于标准。一般说来，NGN具有以下几个特点：开放性、高效性、支持多用户、多媒体业务和成本低廉。

NGN可以划分为几个模块，不同模块独立发展，互不干涉，又能有机组合成一个整体；高效性体现在NGN网络能实现业务与呼叫控制分离，为业务真正的从网络中独立出来，有效缩短新业务的开发周期提供良好的条件。语音、视频以及数据通信等多媒体业务也将是下一代网络提供的差异性业务，成为区别传统网络业务的重要特征。

第三章 软交换技术简介

3.1 软交换的基本概念

软交换技术是实现新一代话音通信及多媒体和数据交互的核心技术。从应用来说，软交换主要是应用在IP网上的。软交换用在IP网络是非常自然的，因为IP网络所需的呼叫控制与承载连接是分开的。软交换是下一代网络呼叫与控制的核心，是NGN体系结构中的关键技术，其核心思想是硬件软件化，通过软件来实现原来交换机的控制接续和业务处理等功能，各实体间通过标准化协议进行连接和通信，便于在NGN中更快地实现各类复杂的协议，更方便提供业务。是NGN中语音/数据/视频业务呼叫、控制、业务提供的核心设备。

软交换其实是实现传统程控交换机的“呼叫控制”功能的实体，但传统的“呼叫控制”功能是和业务结合在一起的，由于不同的业务所需要的呼叫控制功能不同，因此要求软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的级别呼叫控制。软交换的重要特点之一是为第三方应用提供平台，允许用户对系统进行编程，创建新业务，从而不仅增加了服务种类，而且加快了服务应用速度。另外、软交换采用了开放式应用程序接口（API），允许在交换机制中灵活引入新业务。软交换技术体现了业务/控制与传送/接入分离的思想，在整个软交换体系中，完成接续、控制功能的信令协议起到核心作用，决定了业务提供能力的强弱。把传输与呼叫控制分离开来，为控制、交换和软件可编程功能建立了分离的平台，使业务提供者可以自由地传输业务与控制协议结合起来，实现业务转移，使软交换能无缝统一于通信数据、传真、视频等多媒体业务。

3.2 软交换与普通电路交换比较

按照所执行功能的不同，传统程控交换机可以划分成四个功能体：呼叫控制功能、媒体交换功能、业务提供功能以及接入网功能。这四个功能层往里上合为一体，软、硬件互相牵制，不可分割。各个功能层之间没有开放的互连标准和接口，因此，增加新业务就意味着费用过高，周期太长的弊端。

软交换就是为了解决以上问题的，它将业务与控制分离、传送与接入分离，把系统交换机各功能实体分散在网络之中。由于各功能实体不在同一设备之内，需要互相通信，因此必须由标准协议接口保证其正常工作。电路交换模式和软交换模式如图3－1所示。

图3-1 电路交换模式和软交换模式

3.3 软交换系统结构

如图3-2所示，软交换系统从整体结构上可以划分为系统前台和系统后台两个部分。

前台包括系统支撑模块、外部通信模块、窄带信令处理模块、宽带信令处理模块、呼叫业务处理模块、中央数据库模块、资源管理以及公开模块。业务处理模块又可划分为多个子模块：网关功能模块、各类型用户模块、各类型中继模块、呼叫控制模块、计费模块以及话务台模块等。

后台包括数据服务器、操作维护客户端、话单管理、话务统计管理后台、告警管理后台以及网络管理。

图3-2 软交换软件构架

3.4 软交换基本功能

目前软交换主要完成以下功能：呼叫控制功能、业务提供功能、互连互通功能、支持开放的业务/应用接口功能、认证与授权功能、计费功能、资源控制功能和QoS管理功能、协议和接口功能等。

软交换设备可以为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制，包括呼叫请求的处理、连接控制、智能呼叫触发监测等。软交换设备与网关设备共同完成智能网中的SSP设备的功能，从而使得软交换网络的用户可以享受原智能网的业务。软交换设备具有资源管理功能，对系统中的各种资源进行集中的管理，如资源分配、释放和控制，接受网关的报告，掌握资源当前状态，对使用情况进行统计，以便决定此次呼叫请求是否进行接续等。软交换设备能够与认证中心连接，并可以将所管辖区域内的用户、媒体网关信息送往认证中心进行认证与授权，以防止非法用户/设备的接入。

第四章 云浮市基于软交换地下一代网络的本地试验网的规划设计

4.1、 网络方案的选择及说明

软交换网络具有强大的网络接入能力，提供了多种接入方案供不同环境下的用户接入。

利用“软交换＋中继网关”组网构成软交换长途/汇接替代组网方案，向用户提供基于软交换的VoIP长途业务。软交换设备和信令网关等核心设备可以集中设置，然后在一些稍大的区域，可分别部署中继网关。中继网关与本地PSTN交换机相连，实现与PSTN域的互通。本地PSTN交换机通过7号信令实现与软交换的信令互通，采用分散式布局结构。

图4-1云浮市试验网示意图

4.2、 网络拓扑结构设计

图4-2 软交换网络设计图

4.3、硬件设备的选择及功能描述

工程建设中涉及到的软交换系统设备包括：软交换控制设备SS、信令网关SG、中继网关TG、接入网关AG、综合接入设备IAD、以太网可视/非可是硬终端、基于PC的软终端，以及必要的应用系统服务器、网管、安全设备等。

4.3.1、 软交换平台

目前国外诸多电信设备厂商纷纷推出各自的软交换产品或解决方案，如：Lucent、Nortel、3Com CommWorks、Sun、Sonus等，国内的中兴通讯公司也正在抓紧研究。纵观这些产品，它们都有下列共同点：支持多种信令协议（H.248、H.323、SIP/SIP_T、MGCP、SS7、SIGTRAN）接口；提供可编程的开放API，以实现与外部应用平台的互通；能够无缝地接入新地网络服务设施，具有快速生成和提供各种增值业务和补充业务的能力；包含传统交换机所提供的操作维护、业务统计、计费采集等功能。

软交换系统设备包括：软交换控制设备SS、信令网关SG、中继网关TG、接入网关AG、综合接入设备IAD、基于PC的软终端，以及必要的应用系统服务器、网管、安全设备等。

4.3.2、 信令网关

信令网关提供SS7信令网络（SS7链路）和分组数据网络之间的交换，其中包括协议lSUP、TCAP等的交换。

4.3.3、 中继媒体网关

媒体网关负责管理PSTN与分组数据网络之间的互通和媒体、信令的相互转换，包括协议分析、话音编解码、回声消除、数字检测和传真转发等。

4.3.4 接入媒体网络及传输承载网

媒体接入层包括媒体网关、无线网关、接入服务器和7号信令网关等基本功能模块。传输服务层在媒体接入层之上，提供核心传输服务。

电信业务接入网本身具有复杂性，接入层技术种类多、接入方式多、接入业务多、接入环境比较差、物理设施通用问题等。为了保证NGN业务的质量与安全性，必须根据实际情况，妥善解决NGN接入与原有业务、接入技术、设备的关系，才能更好地完成NGN接入层的功能。处理这些问题的一个基本原则就是：在不影响原有业务的前提下，并在一定程度满足NGN业务质量的同时，尽量共用设备减少投资。

对原有的传统窄带接入网的节点，采用只扩容不扩建的方式；对于需要新建的节点，包括新建区域和大客户的多接入，直接采用新一代综合接入设备建设，利用标准的NGN接入协议，实现在一个统一的接入平台下对窄带话音、宽带话音、数据业务和视频多媒体业务的综合接入能力，逐步用新的接入设备取代传统接入设备。

我们采用的NGN接入主要有两种方式：IAD与AG。IAD可以提供数据接口，一般提供的用户端口书较少，这种接入方式主要是针对个人用户，而AG则比较灵活，即有小容量设备，可以提供几十至上百线的节点，也有中大容量设备，提供上百线至几千线的容量，这主要是针对企业用户。IAD的设备的稳定、可靠性、管理性不如AG，但接入相当灵活，只要有以太网的地方都可以接入木刻一充分利用已有的网络资源，这对个人用户相当合算，不需要增加额外成本；AG虽然稳定性、可靠性高，但需要布3类电缆，整体建网成本较高，适用于企业用户。

4.3、 网络中各局业务量及局间业务流量预测与计算

根据省研究院提供的资料以及对云浮分公司调研得到本期工程用户话务模型如下表所示：

表4-1 本期工程话务模型

表4-2 本期工程的用户数

各局业务量按全业务汇接方式进行计算。全业务汇接方式是指，将本地话音业务、小灵通出局业务、长途业务、职能业务和互连互通业务都通过汇接局转接，形成一个综合业务网。

根据全业务汇接方式的定义，可以分析出本期工程各局主要承担本地电话、长途电话、互连互通、小灵通出局话务以及智能网等五种业务。长途和互连互通业务，对汇接局而言，中继需求的计算是相同的。下面，汇接局中继计算主要分为三部分：端局侧中继需求，PHS侧中继需求、长途/网间侧中继需求。

根据以上所述可以计算得到本期TG汇接局中继需求：

云浮TG中继需求：

4.5、信令网关容量及信令链路容量计算

ISUP信令计算方法

ISUP 链路数＝本期汇接局汇接话务量/平均通话时长×ISUP单向消息数×ISUP每消息字节数/（7757×ISUP链路平均负荷）；

INAP 信令计算方法

INAP链路数＝CAPS数×每呼叫平均TCAP数×每呼叫平均TCAP字节数×8/(64000×1.6×0.4)；

上式中，1.6为双向不对称稀疏，0.4为IANP信令链负荷。

本期工程SG信令链需求：

本期工程SG信令链配置如下表所示：

根据省研究院提供的数据，本期工程INAP信令链需求如下：

4.6、中继媒体网关容量及相关中继电路容量的计算

IP接口带宽需求计算模型如下：

尽管设备能够支持G.711与G.729编码的动态切换，但我们一般按照G.711编码方式进行带宽预留（不考虑静音压缩）：

媒体流所需带宽＝由IP疏通话务量×每路语音带宽/1000

本期工程初期的TG的IP侧通道主要负责疏通省内VOIP长途话务量及MRS的媒体流。根据以上模型参数和计算攻势，可计算得到各TG的IP接口带宽需求如下：

TG

带宽需求（Mb/s）

带宽需求－带AVD静音检测（Mb/s）

TG1

895

358

TG2

895

358

合计

1，789

716

表4-1 媒体带宽需求表

IP侧INAP带宽（Mb/s）

IP侧ISUP带宽（Mb/s）

IP侧总带宽（Mb/s）

SG1

1.0

4.6

5.6

SG2

1.0

4.6

5.6

表4-2 SG的网络侧带宽需求

第五章 本地试验网与相关网络互通方式设计及相关参数计算

软交换网络与其他网络的互通，一般涉及到以下几个层面的互通，包括业务层、控制层和接入层。其中包括互通协议的选择、协议及编解码方式的转换、互通网关的选择等。

概括起来说，就是可通过信令网关实现与PSTN互通；可通过信令网关实现与无线市话网络的互通；可通过信令网关实现与PSTN智能网络互通；可通过SIP/SIP-T/BICC协议在软交换设备之间互通；可通过H.323协议与H.323体系的IP电话网的互通；通过网间接口软交换设备实现不同运营商之间网络的互通。

第六章 方案评估或实际效果

本次设计中，软交换内部提供语音、传真业务和基本的多媒体呼叫；并且通过与SCP互通，实现业务的控制，提供与PSTN相同的智能业务。本方案提供了一各统一开放的业务平台：在目前激烈的市场竞争环境下，仅仅一抗通话时间已经很难拓展通信业务新的盈利空间，新业务正在成为用户对运营商选择的着眼点。通过一套业务平台，向用户提供多样化的NGN业务，可以向业务开发者开放底层网络，经过授权，开发商就可以方便地对网络进行控制，从而开发出新地NGN业务。

实现了与原PSTN完整互通，由于各地已经建设PSTN，并设有本地交换机、开展本地业务，同时各地市均设置关口局，本方案与现有地PSTN达到完整互通。

参考文献：

[1] 赵慧玲，叶华。以软交换为核心的下一代网络技术。人民邮电出版社，2002（8）：33－44，99－110。

[2] 罗庆国。软交换的工程实现， 人民邮电出版社，2004（3）：109－118。