軟交換呼叫模型的研究與設計

2019-11-03 19:30:13

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供稿：網友

田戰毅，王芙蓉，莫益軍

　　摘　要：提出一種適用于軟交換特點的呼叫模型，該呼叫模型的設計借鑒并改進成熟的智能網呼叫模型，增強媒體控制能力，實現呼叫控制與媒體承載、業務邏輯與呼叫控制的分離。支持對多協議的接入，同時滿足開放式業務的需求，具有較好的靈活性和擴展性。

　　關鍵詞：軟交換；智能網；呼叫模型；連接視圖；ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ248；ＳＩＰ；業務

1 前言

　　以軟交換（Ｓｏｆｔｓｗｉｔｃｈ）技術為核心的下一代網絡（ＮＧＮ：ｎｅｘｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ）是現在通信網絡的研究焦點之一。軟交換技術的基本思想是建立開放、分層的體系結構，實現業務與呼叫控制分離、呼叫控制與承載分離。軟交換是軟交換體系中的控制核心，其核心功能是提供實時的呼叫控制和連接控制的能力，因此建立一個恰當的呼叫模型在軟交換設計中具有十分重要的地位。因為它不僅要完成對呼叫的控制以及媒體連接的管理，而且需要為業務層提供對底層平臺的能力抽象，直接決定了上層業務的種類與數量。針對軟交換的呼叫控制與業務開發特點，建立一個合適的呼叫模型是軟交換設計中的關鍵。

2 軟交換對呼叫模型的要求

　　根據軟交換體系設計的基本要求，對軟交換呼叫模型的設計提出下列要求：

　　（1）網絡的融合互通需求軟交換要實現多種異構網絡的接入，支持多種不同的網絡協議。顯然對每種網絡協議建立獨立的呼叫控制，不但過于復雜，而且不便于互通。因此需要對網絡協議特征進行抽象，在網絡資源層之上建立通用的呼叫控制模型，對各種協議統一處理，在集中控制層面實現網絡互通。具體的協議上，軟交換要支持Ｈ．248／ＭＥＧＡＣＯ、ＭＧＣＰ、Ｈ．323、ＳＩＰ、ＩＳＵＰ、ＰＲＩ、ＳＩＰ－Ｔ／ＳＩＰ－Ｉ等協議信令之間的無縫互通。

　　（2）承載連接控制軟交換實現了呼叫控制與承載的分離，其承載通路的管理也較單純的電路交換方式復雜。軟交換中的基本承載媒體有兩種：基于ＴＤＭ的６4 ｋｂｉｔ／ｓ電路鏈路通道和基于ＩＰ的ＲＴＰ實時媒體流。軟交換要支持ＩＰ和ＴＤＭ兩者媒體流的轉換與互通，呼叫對承載媒體的選擇以及承載方式的選擇，如媒體流的ＩＰ中繼方式、端到端方式的選擇等。因此呼叫模型的設計要加入獨立的媒體承載管理模塊，完成媒體資源、媒體鏈路的管理，保證某些業務對服務質量（ＱｏＳ）的需求。

　　（3）業務能力的支持軟交換設計應體現業務驅動的思想和理念，上層業務與底層的異構網絡無關，提供了開放靈活的業務提供體系；另一方面要實現與現有業務網絡如智能網等的互通，繼承己有成熟的通信業務。在軟交換內部要實現傳統交換機的所有業務，同時要提供對數據業務、多方、多媒體業務能力的支持，以及對業務沖突的檢測等。開放式業務體系采用基于ＡＰＩ的下一網絡業務提供方式，現在較成熟的有Ｐａｒｌａｙ、ＪＡＩＮ等ＡＰＩ。呼叫模型的設計要方便與Ｐａｒｌａｙ等呼叫控制業務接口之間的映射，同時支持智能網ＩＮＡＰ協議接口。

3 軟交換呼叫模型的設計

　　從功能上看，軟交換完成類似于智能網ＳＳＰ（ｓｅｒｖｉｃｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｏｉｎｔ）交換機的功能。在呼叫控制邏輯上兩者沒有本質的差別，軟交換呼叫模型的設計可以借鑒智能網的呼叫控制模型。但傳統智能網是按照電路交換設計的，其呼叫狀態模型控制功能過于集中，它所描述的呼叫建立和承載建立的過程是統一的。所以需要對其呼叫模型進行改進，增加媒體連接控制模塊，實現呼叫控制與承載連接過程的分離，與媒體網關控制協議Ｈ248或ＭＧＣＰ等協同完成整個呼叫流程的接續。智能網ＳＳＰ在業務提供上，受到ＩＮＡＰ協議的限制，業務局限且封閉，軟交換呼叫模型抽象底層業務提供能力，實現開放業務接口，增加ＩＮＡＰ與Ｐａｒｌａｙ的業務能力接口適配，靈活支持不同的業務提供方式。

　　基于以上分析，將軟交換功能分成三個層，即協議接入層、控制層和業務層。軟交換呼叫模型的基本結構設計如圖1所示。

3．1 呼叫控制和媒體連接控制

　　智能網能力集ＣＳ2定義了較完備的多方呼叫控制模型以及業務開發模式。智能網呼叫模型具有較好的呼叫控制以及業務能力接口，但智能網協議并沒有定義對底層媒體連接的控制功能。Ｈ．248／ＭＥＧＡＣＯ與ＭＧＣＰ也提出了一套針對媒體的連接管理模型。因此可以考慮將智能網呼叫模型作為基本呼叫模型，利用Ｈ．248（ＭＣＧＰ）連接模型完成對媒體資源與連接的管理行為。媒體連接控制模塊不直接處理信令，而是在呼叫過程中接受來自呼叫控制模塊和協議適配層的請求，完成媒體信息的交互與連接的操作；或在媒體資源狀態改變后，通知協議和呼叫模塊所發生的改變。

3．1．1 呼叫控制功能

　　類似于智能網ＳＳＰ交換機，基本呼叫控制模塊只完成基本的呼叫處理，更復雜的業務控制流程，在基本呼叫模塊中產生業務觸發，由業務層實現復雜的業務邏輯。基本呼叫模型采用ＣＳ2描述的ＳＳＦ／ＣＣＦ（ｓｅｒｖｉｃｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎ／ｃａｌｌｃｏｎｔｒｏｌｆｕｎｃｔｉｏｎ）控制模型，結構如圖2所示。

　　該模型的設計思想是對底層網絡進行抽象，將具體的呼叫抽象為連接形式，對下層協議采用統一的消息接口，因此該模型獨立于具體的協議，不受限于特定的媒體連接類型。具體模塊的功能簡介如下：

　　（1）呼叫控制功能（ＣＣＦ）包括基本的呼叫處理功能以及為支持ＩＮ呼叫的附加功能。ＣＣＦ功能的實現可以用一個呼叫狀態遷移圖來描述，即基本呼叫狀態模型ＢＣＳＭ（ｂａｓｉｃｃａｌｌｓｔａｔｅｍｏｄｅｌ）。ＢＣＳＭ描述了ＣＣＦ為建立和維持用戶的通信通路所要求的一組基本呼叫和連接動作，并描述了這些動作的觸發與條件遷移過程。一個ＢＣＳＭ成分由四個要素組成：呼叫點ＰＩＣ（ｐｏｉｎｔｉｎｃａｌｌ）、檢出點ＤＰ（ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｏｉｎｔ）、轉移過程（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）和事件（ｅｖｅｎｔｓ）。ＢＣＳＭ接收到的控制事件消息，根據當前呼叫狀態ＰＩＣ，決定需要上報給ＳＳＦ的ＤＰ點以及下一步的跳轉動作。ＤＰ點也稱為業務檢出點，代表了與上層業務控制的交互接口，ＳＳＦ根據上報的ＤＰ判斷可能觸發的業務類型，決定呼叫繼續或者掛起呼叫，等待上層業務控制指令。因此，它在傳統有限狀態機的基礎上，又具有了描述與上層業務交互接口的能力。

　　ＢＣＳＭ由發端ＢＣＳＭ和終端ＢＣＳＭ組成，對于一個呼叫分別建立發端與收端的半側呼叫模型。這樣更方便ＤＰ業務檢出點的設置以及對發端用戶與收端用戶的單獨控制，例如對呼叫等待等被叫觸發型業務的控制。

　　（2）業務交換功能（ＳＳＦ）在ＣＳ2中提出了連接視圖ＣＶＳ（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｖｉｅｗｓｔａｔｅ）的概念，ＣＶＳ包括4 種連接視圖對象：呼叫段關聯ＣＳＡ（ｃａｌｌｓｅｇｍｅｎｔａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）、呼叫段ＣＳ（ｃａｌｌｓｅｇｍｅｎｔ）、連接點ＣＰ（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｐｏｉｎｔ）、連接腿ＬＥＧ（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｌｅｇ）。ＬＥＧ是對會話中一個呼叫支路的抽象，一個ＣＳ可以管理多個ＬＥＧ，表示各個ＬＥＧ的連接關系，ＣＳＡ用來關聯一次會話中的ＣＳ，同樣可以包含多個ＣＳ，如多方呼叫或呼叫等待業務。ＣＳＡ是ＳＳＦ中的一個子狀態機，協同ＢＣＳＭ管理一次會話，共同完成呼叫處理和連接控制功能。ＣＳＡ具有ＤＰ觸發功能，接受ＢＣＳＭ上報的ＤＰ事件，完成對靜態配置的業務ＤＰ的觸發，以及業務邏輯過程中業務層所動態配置的事件ＤＰ的觸發。智能網ＣＳ2定義24個左右的ＤＰ，對呼叫階段的劃分比較完備，軟交換呼叫模型可以直接繼承過來。

　　在連接視圖概念中把一個完整的呼叫過程分為兩個半側呼叫過程，即主叫側與被叫側。區分的主要目的是將源端與目的端對呼叫控制權的分離，Ｏ－ＢＣＳＭ與Ｔ－ＢＣＳＭ分別對應于主叫側與被叫側。圖3是一個基本的三方通話的連接視圖。

　　連接視圖的設計可以使ＳＳＦ／ＣＣＦ向ＳＣＦ呈現當前的半側呼叫，ＳＣＦ可根據發端或終端的半側呼叫模型，觀察在一個給定的ＳＳＦ／ＣＣＦ中目前的呼叫連接狀態，ＣＳ－ＣＶ表示從ＳＣＦ層所看到的底層ＣＳ的映象?穴ｖｉｅｗ?雪。這種可視性使在ＳＣＦ業務邏輯范圍內去確定控制ＬＥＧ的連接狀態。ＳＣＦ業務邏輯對呼叫過程的控制主要是通過ＤＰ事件機制以及對邏輯實體ＬＥＧ、ＣＳ與ＣＳＡ的操作來實現，具體消息可以參照智能網ＳＳＦ與ＳＣＦ之間消息的定義。

　　呼叫控制中要涉及媒體連接以及放提示音、通話間收號等，這些媒體相關功能可以通過ＳＲＦ（ｓｐｅｃｉａｌｉｚｅｄｒｅｓｏｕｒｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎ）實現。ＳＲＦ提供了呼叫控制與媒體連接控制的接口功能。基本呼叫控制不需關心具體的媒體類型及連接過程，通過ＳＲＦ模塊與媒體連接控制模塊通信，完成媒體控制需求，如放音、收號、媒體連接建立、修改與釋放等。

3．1．2 媒體連接控制功能

　　網絡融合的需求也導致媒體處理上的復雜性，媒體控制類協議的提出正是為減少軟交換設計上的復雜性。現在比較成熟的是ＭＧＣＰ和ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ．248，主要思想是強調控制的集中和與底層承載的分離，建立一個獨立于傳輸的連接模型。軟交換通過ＭＧＣＰ和ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ．248協議控制媒體網關完成媒體連接控制。ＭＧＣＰ和ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ．248的連接模型比較相似，下邊以ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ．248為例說明呼叫模型中媒體連接控制的實現。

　　ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ．248協議提出了一個多方的連接模型，如圖4所示。

　　協議的連接模型由上下文（ｃｏｎｔｅｘｔ）和端點（ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）組成。端點指媒體網關發送或接收的媒體流。各個模擬用戶端口、數字用戶端口、中繼時隙、甚至ＲＴＰ端口、多媒體的承載通道都抽象為一個個端點（ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）。上下文描述媒體流之間的連通關系。只有在同一上下文的端點之間才可通信。上下文描述的不是一個連接，而是各個端點之間的關系。而各個端點可以是雙向的，也可以是單向的，甚至是隔絕的，這樣的拓撲關系可以十分恰當地描述實際媒體連接情況，實現復雜的媒體連接管理。

　　呼叫模型中媒體協議管理模塊完成對ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ．248協議連接模型的管理功能，該模塊根據接收到的外部命令，修改內部拓撲關系，向媒體網關發出標準協議消息，完成特定的媒體操作。呼叫模型設計中實現基本呼叫控制與媒體連接控制的分離，所有的媒體操作命令都應當由基本呼叫控制與協議層發出，同時由于媒體協議管理模塊可能也要處理關于ＭＧＣＰ的媒體操作請示，因此，增加連接管理模塊，為媒體協議管理模塊處理不同媒體協議提供統一的消息接口。

　　連接管理模塊是具體媒體協議與基本呼叫控制的關聯模塊。對比ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ．248的連接模型與ＣＳ2的連接視圖，可以看出Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ與ＬＥＧ，Ｃｏｎｔｅｘｔ與ＣＳ具有一個對應關系，因此，在連接管理中采用全局性Ｃａｌｌｌｅｇ作為它們之間的關聯。與基本呼叫控制中的ＬＥＧ抽象連接不同的是Ｃａｌｌｌｅｇ對應有具體的媒體資源，并保存相應媒體屬性，可以作為呼叫中一個全局性唯一的呼叫方標識，與ＭＥＧＡＣＯ／Ｈ．248的Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ相對應。連接管理要處理媒體資源的申請、修改和釋放，媒體資源屬性的交互等。協議適配層如ＳＩＰ協議適配層收到ＩＮＶＩＴＥ消息后，向連接管理發出媒體資源申請，并將ＳＤＰ媒體屬性帶過去，連接管理為其創建Ｃａｌｌｌｅｇ，并向媒體協議管理模塊發出資源申請請求消息。成功后，連接管理將新創建的ＬＥＧＩＤ以及資源信息返回協議適配層。其后，也可以通過發媒體屬性修改指示通知連接管理Ｃａｌｌｌｅｇ修改媒體屬性。這樣可以完成發端與收端的媒體屬性交互。對于ＩＰ連接，如ＳＩＰ、Ｈ．248等可以采用ＳＤＰ的方式來描述媒體資源屬性。

　　連接管理與基本呼叫控制之間的消息主要是連接控制，以及放音、收號等操作。連接管理將媒體連接分為基本雙方連接與多方連接，方便基本呼叫以及會議的操作控制。連接管理要支持基本的ＴＤＭ和ＩＰ呼叫的多種連接方式，當基本收到連接請示時，由連接管理對連接方式的靈活選擇，是否采用ＩＰ中繼、ＩＰ端到端的連接方式等，發出相應的媒體協議連接消息。如收到基本呼叫的ｃｏｎｎｅｃｔ消息，判斷是采用ＩＰ中繼方式時，則要向媒體協議發起ＩＰ中繼端點的申請，建立起雙向的ＩＰ中繼通道；如果判斷是ＩＰ端到端方式時，只需要連接管理內部實現收端和發端媒體屬性的交換，而不需再與媒體協議模塊進行交互。

3．2 接入協議分析

　　現有網絡包含傳統ＰＳＴＮ電話網、ＩＳＤＮ網智能業務網，以及基于Ｈ．323與ＳＩＰ的ＶＯＩＰ電話網。呼叫模型對不同網絡協議提供了統一的呼叫控制，與下層協議之間采用了統一的消息接口，下層協議與之配合完成整個呼叫流程。接口消息需求提供一個較為完備的控制消息集。從功能上看，協議層完成類似于ＣＣＡＦ（ｃａｌｌｃｏｎｔｒｏｌａｇｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎ）的功能。因此與基本呼叫控制接口消息可以借鑒Ｑ．931協議消息。Ｑ．931協議提供豐富的語音以及數據業務控制信息，需要時可根據具體的協議消息再進行擴展。底層呼叫協議適配層如ＳＩＰ、ＩＳＵＰ、Ｈ323等只保存基本的呼叫狀態，將收到的協議消息向接口消息進行適配，交由控制層統一處理。媒體資源則由連接管理模塊來集中調度管理。

3．3 業務接口需求

　　軟交換業務通過靈活可配置的ＤＰ業務觸發方式，將復雜的業務邏輯實現放在業務生成模塊中。呼叫連接視圖提供了上層業務邏輯對底層呼叫控制的一個實現途徑。軟交換內部的業務可以直接通過業務接口消息實現。這些業務包括基本的通話業務和補充業務。對于外部業務提供存在兩種方式，即智能網業務提供方式與基于ＡＰＩ的業務提供方式。

　　智能網業務提供方式，一種是直接通過智能網ＳＣＰ提供業務，使用ＩＮＡＰ協議通過信令網關實現軟交換對智能網ＳＣＰ的訪問；另一種是將ＳＣＰ改造成ＩＰＳＣＰ，ＩＰＳＣＰ使用ＩＮＡＰ經由ＳＣＴＰ傳輸的方式，直接為軟交換提供業務。這兩種方法都需要在業務接口上疊加ＩＮＡＰ協議，使接口消息轉化為標準ＩＮＡＰ協議消息。由于采用智能網的呼叫模型，此種方式的業務實現比較容易，成熟的智能網業務實現方式可以應用到軟交換的業務實現中。可以支持智能網ＣＳ2所規定的所有業務。

　　基于ＡＰＩ的應用服務器業務方式，如Ｐａｒｌａｙ方式。現在有幾種較為統一的看法：一種是通過ＰａｒｌａｙＧａｔｅｗａｙ訪問應用服務器模式，ＰａｒｌａｙＧａｔｅｗａｙ實現ＩＮＡＰ、ＣＡＰ等信令與ＡＰＩ之間映射，此時軟交換業務層可以直接使用ＩＮＡＰ信令通過ＰａｒｌａｙＧａｔｅｗａｙ網關實現對應用服務器的訪問。另外一種是在軟交換上提供ＰａｒｌａｙＡＰＩ，直接訪問應用服務器。對于此種方式，呼叫模型要實現在業務接口與ＰａｒｌａｙＡＰＩ的映射，軟交換連接視圖與Ｐａｒｌａｙ的呼叫控制的對應。

4 結束語

　　呼叫模型的設計是軟交換設計的核心部分，本文的呼叫模型設計參考了智能網呼叫控制理論，借鑒其成熟的連接視圖與半側呼叫模型，改進其在軟交換應用中對媒體承載控制的缺陷，提供開放的業務接口，方便智能網業務與基于開放式ＡＰＩ方式業務的開發。整個呼叫模型的設計滿足軟交換系統的需求。

參考文獻

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摘自　天津通信技術

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