软交换在水利通信网中的应用

耿丁蕤，崔瑞玲，周 扬

（水利部水利信息中心，北京 100053）

0 引言

随着通信和网络技术的迅速发展，水利信息化业务对通信网的业务类型、容量及可靠性的要求越来越高。信息传输类型不仅包括语音通信，还包括数据、图形及视频通话等，用户希望能够通过各种终端在任何时间、地点，享有语音、数据和多媒体融合业务。因此，对现有的通信交换设备在数据业务方面提出了更高的需求。

软交换技术用于解决现代通信中不同网络、设备、技术间的互通问题，是传统电信网络向 NGN（下一代网络）演变的核心技术。基于以上原因，水利部水利信息中心经过反复研究和论证，采用软交换为核心技术对水利部程控交换系统进行了改造，使其成为汇接能力更强，融合范围更广，业务功能丰富，标准统一开放，技术较为先进的交换系统。

1 软交换技术综述

1.1 软交换的定义

软交换是一种支持开放标准的 VoIP 技术，能够基于开放的计算平台完成分布式的通信控制功能。软交换不但具有传统电路交换机的语音业务功能，还能支持多媒体通信及增值业务，能够在电路和分组2个交换网之间完成不同通信协议的转换，从而实现互联互通和网络融合。软交换采用分层式的网络结构，在将信令控制与媒体传输分离的同时，把业务提供与交换平台分离，实现传输、控制、业务相对独立，并采用 API（Application Programming Interface，开放式应用编程接口），允许在交换机制中灵活引入新业务[1]。

1.2 软交换网络结构

软交换网络一般分应用层、控制层、传输层、终端层。各层功能如下：

1）应用层。利用各种设备及软件为软交换网络提供业务上的支持。如：向第三方业务开发者提供 API，使其能够在不了解网络条件的前提下独立开发和提供增值业务。

2）控制层。是软交换网络的呼叫控制核心，用来控制接入层设备完成呼叫接续，主要功能包括呼叫控制、业务提供和交换、资源管理、用户认证、SIP代理等。

3）传输层与接入层。负责利用各种接入设备实现不同用户的接入，并实现不同信息格式之间的转换。软交换网络的体系结构如图1所示[2]。

1.3 软交换网络的特点

与传统网络相比，软交换网络具有4个特点。

1.3.1 基于分组交换网

软交换网络的承载网基于分组网络，接入方式和各种业务都与承载网屏蔽，采用统一的分组包进行传送和处理。

图1 软交换网络体系结构示意图

1.3.2 可以接入多种用户

软交换网络是三网合一的网络，对于目前存在的各种用户，如模拟/数字电话，移动，ADSL，IP 窄带/宽带网络等用户都能有效地支持。

1.3.3 采用开放的网络结构

软交换网络采用分层的网络结构，各分层、网元之间采用标准的协议和接口，使得各部件可以自由分离，网络结构逐步开放，各部件可以独立发展，便于实现各种异构网络的互通。

1.3.4 灵活提供增值业务

软交换网络通过业务与呼叫控制分离使业务真正独立于网络，灵活有效地实现业务的提供。业务应用服务器采用标准接口与软交换相连，提供开放的业务接口，第三方业务提供者可以独立开发新业务，便于快速引入第三方业务，满足用户不断变化的业务需求。

2 水利部软交换系统

2.1 网络架构及组网优势

水利部语音交换网络基于软交换构架结合 IP PBX（具备 IP 交换能力的程控交换机）方式，即以软交换作为系统核心，实现呼叫控制处理及协议处理。可通过业务服务器提供多媒体通信及增值业务；通过数据库服务器及网管系统提供资源管理等功能；通过 BAC（接入控制器）和 RTP 代理实现 NAT 穿越和用户认证、接入。

采用 IP PBX 作为水利部机关及宿舍区用户接入设备，将目前大量的普通模拟电话接入软交换系统，充分利用了现有的模拟线路，避免重新布设网络造成的资源浪费。IP PBX 具备 IP 交换能力，采用SIP（会话起始协议）接入软交换网络，同时 IP PBX自身具备内部交换功能，本地传统话音业务可以通过 IP PBX 进行交换，而网间呼叫由软交换进行呼叫处理。

软交换系统通过 TG（中继网关）与 PSTN（公共交换电话网）、IP 长途公网、水利部卫星通信专网、防汛 VoIP 专网及水利部在京地区直属单位程控交换机相连；同时 IP PBX 通过数字中继与 PSTN 相连，起到至 PSTN 互联的路由备份作用。

水利部远程办公区、分支机构可以通过专网经AG（接入网关）或 IAD（综合接入设备）将普通模拟电话接入软交换网络，将水利部内线号码延伸至部机关以外的办公地点，从而实现内部短号互通及其它语音通信业务。

对于用户，可以采用普通话机经 IP PBX，AG 或 IAD 接入软交换网络实现语音通信，还可以通过标准的 SIP 协议电话及 PC 软电话（即安装在电脑上的多媒体客户端）直接通过局域网接入软交换系统，实现各种多媒体及增值业务；外出人员通过Internet 网接入 VPN 网关及防火墙，进而经软交换汇接实现多媒体及增值业务。

水利部软交换系统组网结构如图2所示。

图2 水利部软交换系统组

2.2 系统组成及功能

2.2.1 按功能分组

从系统功能层面来看，水利部软交换系统主要由7个部分组成。

1）会话管理服务器。会话管理服务器是软交换系统的核心部件，负责处理 SIP 会话和应用，用于识别 SIP 客户端和建立连接的方法，处理 SIP 信令消息，管理 SIP 会话。会话管理服务器也可管理 SIP 和非 SIP 网络之间的交互。

会话管理服务器主要包括以下功能：

a.注册服务器负责 SIP 用户的注册；

b.SIP 代理服务器负责 SIP 信令消息的代理、转发；

c.DNS 服务器负责域名解析翻译；

d.SIP 定位服务器用于识别SIP 用户的位置和对用户进行认证；

e.背靠背用户代理是2个端点的用户代理，负责处理呼叫 2端的 SIP 信令，从呼叫确立到终止。一端是用户代理服务器，另一端是用户代理客户机。

2）数据库管理服务器。用于保存与服务器有关的数据，如系统和业务配置、用户等数据，以及翻译和用户呼叫日志等。

系统主要由 Oracle 数据库、数据库管理模块、Oracle 数据库监控模块等组成。为了冗余，采用2套数据库系统，数据库管理采用 Oracle9i replication 技术以保证数据的可用性。

3）IP 客户端管理器。用于管理用户的客户端设备，目前主要功能是管理 SIP 电话和多媒体客户端会话。

4）SIP Web 客户端管理器。是基于 Web 的客户端应用，允许用户通过浏览器来建立 SIP 会话，实现 SIP 到 HTTP 的数据转换。

5）交互式多媒体管理服务器。提供用于用户业务激活、网元管理和计费的一系列管理工具。

6）BAC 和 RTP 代理服务器。BAC 和 RTP 媒体代理服务器使用实时传输协议提供媒体流能力，同时还作为私有与公有 IP 地址的转换网关，以穿越防火墙或 NAT。

7）SIP 会议服务器。SIP会议服务器可以为系统提供会议能力。

各部分之间的连接主要通过 SIP 协议。对于交换电话网和用户而言，连接是透明的，非常易于部署。软交换系统各功能实体分别部署于标准工业级服务器平台（IBM x 系列服务器），所有硬件采用全冗余备份，达到电信级的可靠性要求。软交换系统功能组成及硬件部署如图3所示。

图3 水利部软交换系统组成示意

2.2.2 按结构分类

从软件结构层面看，水利部软交换系统主要包括以下几个子系统：

1）支撑子系统。为上层应用软件模块提供系统支撑功能，它屏蔽了底层不同的操作系统接口，给上层应用提供统一 API。此外，还为上层应用提供维护操作、告警管理、性能统计、数据备份、主备控制、系统监控、告警等功能。

2）信令处理子系统。完成各种信令或协议的承载和处理，如 No.7和呼叫控制信令、信令传输协议、网络路由协议等。

3）数据库子系统。提供集中式数据库管理平台，用于管理系统运行所需的各种数据，如硬件、协议、路由、业务等数据。数据库子系统为业务处理、信令处理、媒体网关控制等子系统提供消息或API 接口，用于各种数据操作。

4）媒体网关控制子系统。主要用于实现媒体网关的管理和维护，以及对媒体网关上承载资源的管理和操作等功能。

5）业务处理子系统。主要用于实现软交换提供的各种业务。

6）操作维护子系统。对外提供操作维护接口。

软交换系统软件组成如图4所示。

图4 水利部软交换系统

2.3 具体功能及应用

除实现传统的语音通信业务，水利部软交换系统能够实现多媒体通信及增值业务。

2.3.1 点到点视频业务

包括 PC 软电话、SIP 可视话机及 PC 软电话和SIP 话机之间的可视互通。使用终端如同使用普通电话机一样，输入电话号码即可进行通话，实现2点之间的可视电话功能。系统根据承载网络情况在主被叫之间协商网络占用带宽，并进行动态调整，软交换能够对通信的时间、带宽、流量、网络服务等通信参数进行统计。

由于软交换采用标准 SIP 协议通信，因此对于不同厂商的 SIP 终端来说，可以实现多媒体互通，包括进口与国产终端之间的互通。

2.3.2 会议业务

使用者可以通过 Web 界面、话务员或话机终端预约登记或即时发起会议请求，软交换系统根据预约的情况或用户的呼叫信息，或由话务员人工参与，将会议参与方召集在一起。系统能支持200方会议，可任意分组。

用户使用 PC 软电话、SIP 可视话机等终端，可以实现可视会议，参会者视频画面轮流显示在终端屏幕上，而普通话机用户则只能参加音频会议。

2.3.3 多媒体协同业务

采用 PC 客户端的软交换用户可以通过软交换系统的会议功能实现多媒体协同功能。在会议中，会议主席能够向与会者发布电子白板或 Microsoft Of fice文件，包括 Word，Excel 和 PPT 格式的电子文档，与其他与会人员同步浏览，实现文件共享。与会者能够举手发言，会议主席能够通过图形化的界面知道举手发言者；同时会议主席能够将文件演示、标记、修改等操作权限下放到其他参与者，并且可以强制收回权限。

对于 Microsoft Office 以外的文件类型，会议主席能够支持桌面共享功能，即将文件或应用程序在桌面打开和其他与会者共享；也能够授权与会者远端控制会议主席的计算机，在主席演讲的时候实现，其他与会者帮助主席操作计算机。

2.3.4 统一消息业务

该功能能够将语音通信、传真及电子信箱综合运用。用户可以使用标准的电子信箱客户终端（如：Outlook），与电话终端及传真进行绑定。在用户电话无法接听时，系统自动提示主叫方留言并将留言转换至语音邮件发送至用户电子信箱，用户可以随时通过电话终端或电子邮件收听电话留言。

对于传真业务，用户无需打印成纸质文件，直接通过 PC 客户端将电子文档（word，Excel，PDF，图片等类型）传真至普通传真机，也可以接收由普通传真机发来的传真，并转换成图片格式存储于电子信箱，通过 PC 浏览或打印。传真业务支持群发，只需在客户端页面中输入多个接收号码即可实现同时发送，并且能够返回发生结果，节省大量发送传真时间。

2.3.5 一号通业务

用户通过申请唯一的内线电话号码，实现通过1个号码完成呼叫。利用软交换系统将来话转接到指定的多种终端，如 PC 软电话、普通模拟电话、家庭电话或手机，并可在任意终端上以一号通号码作为主叫标识发起呼叫。所有绑定的终端可以设置为同时或顺序振铃，也可设置每个终端的振铃次数及时间。系统支持3步顺振，每步顺振可支持5部终端同振。用户可以通过网页、语音交互或者一号通软终端管理界面的方式灵活地进行业务设置和修改。

2.3.6 异地办公

用户移动至其他位置办公时，通过安全的注册方式即可将自己的 SIP 地址与该位置的终端绑定，避免重新布线或改变号码。对于经常出差的人员，可以使用客户端程序，通过互联网接入内部 IP 电话网，采用 Phone to PC，PC to Phone，PC to PC 方式实现异地办公。该功能使得出差人员在外地时仍然可以使用原来的内线号码进行通话、会议或多媒体协同办公，可节省大量的长途话费和手机漫游费。

3 结语

目前水利部软交换系统已经运行2a。作为水利部语音通信网的核心交换设备和汇接中心，软交换系统较好地实现了水利部各种协议通信网络的融合与互联互通；同时利用接入网关开通了普查办、外资办等远程办公区的内线电话，为远程办公区的通信问题提供了便捷灵活、高性价比的解决方案；各种多媒体和增值业务的开展，为水利部办公提供了高效便捷的通信手段，提高了办公效率，降低了通信成本。

水利部软交换系统基于模块化架构，采用标准的接口和协议，具有良好的开放性和可扩展性。随着技术的发展和需求的不断变化，水利部软交换系统能够不断地升级，并通过业务平台提供更多增值业务，拥有广阔的应用前景。

[1] 罗国庆.软交换的工程实现[M].北京：人民邮电出版社，2004: 3.

[2] 糜正琨，王文鼐.软交换技术及协议[M].北京：人民邮电出版社，2002: 34-37.