電信業(yè)務基礎設施：業(yè)務驅(qū)動的多媒體軟交換平臺

楊 景 首席科學家，黃小慶 首席技術(shù)官(CTO) 2004/01/06

圖1：電信業(yè)務的發(fā)展需要業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺的支持

2. 業(yè)務驅(qū)動軟交換平臺的業(yè)務管理對象

　　我們已經(jīng)看到，軟交換技術(shù)支持的電信業(yè)務能力一直在不斷發(fā)展，開發(fā)新的電信業(yè)務已經(jīng)成為電信運營商市場競爭的重要條件。事實上，業(yè)務能力是電信運營商或是電信用戶關心的基本問題，而不是實現(xiàn)這種業(yè)務的具體的技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)。選擇何種技術(shù)和結(jié)構(gòu)，則是電信運營商依據(jù)自有的資源做出的選擇。因此，業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺需要根據(jù)實際的情況選取合適的技術(shù)和結(jié)構(gòu)實現(xiàn)所需的業(yè)務。我們把實現(xiàn)電信業(yè)務中涉及的要素稱為業(yè)務管理對象。軟交換平臺涉及到以下的六類業(yè)務管理對象：會話協(xié)議體系、接入/互連控制、業(yè)務控制、應用控制、內(nèi)容控制和網(wǎng)絡控制。會話協(xié)議體系是任何電信業(yè)務的基礎。對接入、互聯(lián)、業(yè)務、應用和內(nèi)容的控制也是建立電信業(yè)務所必需的。網(wǎng)絡控制涉及到一個新業(yè)務和網(wǎng)絡全局的關系。除了平臺管理業(yè)務之外，每個業(yè)務管理對象均包含一個可選擇/可設計的集合，供業(yè)務設計時使用。所有這些業(yè)務管理對象的集合，構(gòu)成了業(yè)務驅(qū)動軟交換平臺的控制功能的整體。下圖給除了業(yè)務驅(qū)動軟交換平臺上的業(yè)務管理對象，以及從這些業(yè)務管理對象映射的軟交換系統(tǒng)實例。

2.1. 會話協(xié)議體系

　　會話協(xié)議體系是業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺上第一個業(yè)務管理對象。首先，業(yè)務的會話協(xié)議體系是可能具有多種選擇的，并可能是多種協(xié)議體系同時存在的，是需要與不同體系結(jié)構(gòu)的同類業(yè)務互聯(lián)的�；A的軟交換業(yè)務，例如電話業(yè)務的呼叫處理，是可以通過傳統(tǒng)的呼叫處理控制體系結(jié)構(gòu)如ISUP(SIP-T)和H.323(Q.931/H.225.0)和基于H.248的中央呼叫處理，或是開放的SIP體系結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。對于多用戶的會議業(yè)務，需要H.323或是SIP的支撐。但是對于多用戶多媒體的組群業(yè)務，在涉及到需要定制呼叫處理過程的會話業(yè)務，只有SIP才能支持。業(yè)務的另一個方面是不同網(wǎng)絡之間的互連性。顯然，采用傳統(tǒng)協(xié)議的軟交換體系與傳統(tǒng)網(wǎng)絡的互連是最簡單的，采用SIP協(xié)議會帶來互聯(lián)的復雜性問題。因此，為一個業(yè)務選擇協(xié)議體系不是絕對的。開發(fā)新業(yè)務時不僅要在一個體系結(jié)構(gòu)下產(chǎn)生新的業(yè)務能力，還要支持在多種基礎協(xié)議下進行選擇和互聯(lián)的能力。

2.2. 接入/互連控制

　　業(yè)務能力的第二個重要的業(yè)務管理對象是接入/互連控制。我們知道，軟交換網(wǎng)絡可能通過不同的接入網(wǎng)和終端提供IP核心網(wǎng)的電信業(yè)務；需要提供和不同的傳統(tǒng)業(yè)務網(wǎng)絡(如PSTN/IN)和不同協(xié)議體系的互連能力。這種接入/互聯(lián)的能力是由網(wǎng)關提供的。從位置上看，網(wǎng)關分為接入網(wǎng)關和互聯(lián)網(wǎng)關。從功能上看，網(wǎng)關分成媒體網(wǎng)關和信令網(wǎng)關。從和網(wǎng)關接入/互聯(lián)的網(wǎng)絡上看，種類是十分繁多的。每一類可以具有不同的傳輸機制如TDM，ATM，ADSL，Ethernet等，可以具有不同的承載機制，如話音、媒體流、實時交互、盡力而為或綜合業(yè)務等，可以是面向連接的或是非連接的；可以支持不同的業(yè)務和不同的信令，如PSTN，GSM和3G的CS和PS等。因此，接入/互連控制需要針對每個具體的連接依照業(yè)務的需要為這個業(yè)務管理對象進行選擇配置。

圖2：業(yè)務驅(qū)動軟交換平臺的業(yè)務管理對象和對業(yè)務實例的映射

2.3. 業(yè)務控制

　　業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺的第三個重要業(yè)務管理對象是業(yè)務控制。在面向業(yè)務的呼叫處理協(xié)議體系下(ISUP, H.323, SIP-T)，業(yè)務控制是建立在呼叫處理基礎之上的，如同傳統(tǒng)智能網(wǎng)SCP實現(xiàn)的業(yè)務控制功能。在業(yè)務無關的會話協(xié)議(SIP)體系下，業(yè)務相關的呼叫處理功能是建立在業(yè)務控制功能之上的，而業(yè)務控制是由會話協(xié)議支持的。顯然，在單業(yè)務點到點通信的情況下，兩種結(jié)構(gòu)的效果是一樣的(如果把會話處理看成是呼叫處理的話)。在多業(yè)務多用戶的情況下，兩者的效果是完全不同的。特別是在傳統(tǒng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)下，端對端的呼叫處理操作和對智能網(wǎng)服務器的業(yè)務控制操作信令是不同的；但在SIP協(xié)議的結(jié)構(gòu)下，用戶之間呼叫處理和對服務器操作都是業(yè)務控制，是使用相同的協(xié)議體系的。因此，對業(yè)務的控制也面臨協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的選擇和互聯(lián)的選擇問題。業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺要支持業(yè)務開發(fā)者根據(jù)業(yè)務自身的特征對業(yè)務控制做出選擇和配置。

2.4. 應用控制

　　應用控制是開放應用環(huán)境下實現(xiàn)業(yè)務能力的重要業(yè)務管理對象。這個問題在傳統(tǒng)業(yè)務的構(gòu)架下僅僅涉及到智能網(wǎng)的終端鑒權(quán)和屬于OSS的業(yè)務認證、業(yè)務的生成、投放、生效和計費。在基于SIP、PARLAY的開放多媒體應用的環(huán)境下，由于所有應用服務器和OSS服務器都被等效為開放的應用，并且不存在基于業(yè)務邏輯和功能分解的固定結(jié)構(gòu)下的業(yè)務管理，對應用的控制因此還應包括對應用服務器組合提供的應用生成、投放和管理的過程。由于應用是用戶使用電信業(yè)務的最終目標，也是電信運營商實現(xiàn)開發(fā)新業(yè)務和業(yè)務客戶化的基礎，應用控制的選擇、配置和實現(xiàn)應該成為業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺的重要的功能。

2.5. 內(nèi)容控制

　　在用戶之間直接通信的業(yè)務中，一般不涉及內(nèi)容控制。但是在由運營商提供的用戶和服務器通信的業(yè)務中，內(nèi)容的選取、變換、過濾和分發(fā)是十分重要的功能。內(nèi)容控制的目標主要包括來自第三方的內(nèi)容(如網(wǎng)頁、文件、軟件、游戲、電影等)和運營商對自身服務器(用戶信息服務器、業(yè)務受理服務器、計費處理服務器、會話控制服務器、業(yè)務控制服務器、應用控制服務器、內(nèi)容控制服務器和網(wǎng)絡控制服務器等)和用戶端(CPE，IAD，手機、機頂盒，PC等)軟件的發(fā)放和更新。內(nèi)容控制主要涉及到對網(wǎng)絡上內(nèi)容存儲服務器的資源配置、內(nèi)容處理服務器的功能配置、內(nèi)容分發(fā)服務器的資源管理、以及分發(fā)控制的算法和協(xié)議的選擇。

2.6. 網(wǎng)絡控制

　　網(wǎng)絡控制對象包括了核心網(wǎng)絡、接入網(wǎng)絡和相關的支持業(yè)務的呼叫處理服務器和應用服務器。在業(yè)務驅(qū)動的原則下，每一個新業(yè)務的引入，都會對網(wǎng)絡的承載產(chǎn)生影響。首先，網(wǎng)絡需要具備新業(yè)務對應的承載能力和承載質(zhì)量；第二，網(wǎng)絡需要支持新的業(yè)務需要的信令傳輸、轉(zhuǎn)換、處理能力；第三，新的業(yè)務需要新的網(wǎng)絡計算能力和存儲能力的支持；最后，新業(yè)務需要新增的網(wǎng)絡容錯能力和故障恢復能力。這些能力是通過對承載控制服務器、流量控制服務器和策略控制服務器的配置來實現(xiàn)的。這也是業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺的重要功能之一。

業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺通過對會話協(xié)議體系、接入/互連控制、業(yè)務控制、應用控制、內(nèi)容控制以及對網(wǎng)絡的控制提供開發(fā)和管理新業(yè)務的全面解決方案。電信運營商通過這個平臺，可以從最基本的業(yè)務開始(例如電話業(yè)務)逐漸發(fā)展軟交換的體系結(jié)構(gòu)、不斷開發(fā)和引入新的應用和新的業(yè)務，推動電信網(wǎng)絡和業(yè)務的不斷發(fā)展。

3. 業(yè)務驅(qū)動軟交換平臺的基本功能結(jié)構(gòu)

　　業(yè)務驅(qū)動軟交換平臺是建立在IP基礎設施之上的自我管理的分布式的開放網(wǎng)絡計算環(huán)境。是向下一代電信業(yè)務演進的重要基礎設施。業(yè)務驅(qū)動軟交換平臺的結(jié)構(gòu)是組件式的。支持組件之間通信的軟交換硬件平臺、軟交換操作系統(tǒng)和軟交換消息總線將這些軟硬件組件構(gòu)成一個業(yè)務整體。同時，業(yè)務驅(qū)動的軟交換具備業(yè)務開發(fā)的支持工具以實現(xiàn)對業(yè)務的開發(fā)。這個軟交換平臺同時也具備對自身的管理功能。下圖描述了業(yè)務驅(qū)動軟交換平臺上的組件和它們的關系。

圖3:業(yè)務驅(qū)動軟交換平臺上的組件

3.1. 電信業(yè)務的實現(xiàn)是對軟交換平臺組件的組裝

　　理論上一個電信業(yè)務的實現(xiàn)對電信業(yè)務管理對象的一個操作過程。具體來說，是對業(yè)務驅(qū)動軟交換平臺上的組件的組裝過程。它包含了對終端和接入網(wǎng)協(xié)議的匹配，和其它業(yè)務網(wǎng)絡的互聯(lián)定義，對相關業(yè)務會話處理的定義，對業(yè)務服務器、應用服務器和內(nèi)容服務器的功能組合(業(yè)務創(chuàng)建)，對用戶狀態(tài)和使用業(yè)務的定義，業(yè)務定制和提供的方法以及計費處理的完整的過程。這個過程中涉及到IP基礎設施上的各種業(yè)務實體，還涉及到和已由網(wǎng)絡和業(yè)務的互聯(lián)，以及和第三方的應用互聯(lián)。業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺必須為電信業(yè)務的實現(xiàn)提供組件的支持，還要支持電信業(yè)務實現(xiàn)的全過程，以及考慮了新的用戶通信業(yè)務和相關業(yè)務的網(wǎng)絡流量管理、質(zhì)量管理的需求。因此，業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺為電信運營商提供了一個電信業(yè)務開發(fā)、投放、運營和管理的有力的工具。

3.2. 業(yè)務驅(qū)動軟交換平臺的組件

　　從結(jié)構(gòu)上看，業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺是一個復雜的多域多層組件平臺。一個電信業(yè)務的實現(xiàn)是對平臺上的組件的組裝過程。業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺上的組件分為用戶平面、基礎業(yè)務平面、接入/互連/移動控制平面、應用平面、內(nèi)容平面和業(yè)務管理平面。用戶平面的組件負責維護用戶的注冊信息、位置信息、狀態(tài)信息、業(yè)務信息和業(yè)務使用信息�；A業(yè)務平面的組件分為三大類型：電路基礎業(yè)務、包交換基礎業(yè)務和多媒體交換基礎業(yè)務。每個基礎業(yè)務分成傳輸層、承載層、媒體層、呼叫處理層和業(yè)務層，其中的控制包括了對各層功能的控制協(xié)議和層間交互的控制協(xié)議。接入/互連/移動控制平面中包含了對各種接入網(wǎng)絡的控制、對互聯(lián)網(wǎng)絡的控制和對移動性的控制協(xié)議，也分成傳輸層、承載層、媒體層、呼叫處理層和業(yè)務層的控制組件。應用平面的組件分為三種類型，基于傳統(tǒng)智能網(wǎng)(IN, CAMEL)的應用，SIP應用和PARLAY應用。他們邏輯上都是可以和任何一種基礎業(yè)務互聯(lián)的，如果可能的話。內(nèi)容平面的組件，包含存儲管理、分發(fā)管理、內(nèi)容處理等不同的類型。業(yè)務管理平面的組件負責業(yè)務的生成、維護、投放、使用和計費的管理。它的功能分為三個視圖，基礎業(yè)務視圖、用戶視圖和網(wǎng)絡視圖，分別在不同的角度對業(yè)務進行管理。業(yè)務的開發(fā)和維護是通過平臺提供的業(yè)務管理能力來實現(xiàn)的。它包括了對業(yè)務模塊的選取，協(xié)議的組裝，業(yè)務的組裝和應用的組裝。

　　依據(jù)軟交換業(yè)務模塊的功能劃分，業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺上的組件分成專用件和通用件。面向連接的業(yè)務的通用呼叫處理(GCP)是一個典型的基礎業(yè)務通用件。它可以支持TUP，ISUP，V5，H.323，SIP-T，MAP以至BICC的呼叫處理過程，具備和HSS的接口、和呼叫處理/業(yè)務處理路由服務器的接口、和智能網(wǎng)的接口、和開放應用的SIP、PARLAY接口以及和OSS業(yè)務提供和計費的接口，幾乎涵蓋了所有的電話業(yè)務呼叫處理相關的功能。另一個基礎業(yè)務的通用件是基于SIP會話的IP多媒體業(yè)務通用呼叫處理功能(CSCF)。它包含了狀態(tài)相關和狀態(tài)無關的邊緣轉(zhuǎn)接，中繼轉(zhuǎn)接和業(yè)務轉(zhuǎn)接Proxy的所有功能，也具備和HSS，位置/路由服務器、智能網(wǎng)和SIP/PARLAY應用服務器以及OSS的業(yè)務提供和計費的接口。軟交換平臺上的業(yè)務組件還可以分為運營商內(nèi)網(wǎng)組件和第三方外網(wǎng)組件。運營商內(nèi)網(wǎng)組件是電信運營商為自己用戶的提供業(yè)務的專用組件，它和其他的專用組件一起運行在運營商自己的專網(wǎng)上，不僅可以通過標準的協(xié)議互聯(lián)，還可以通過運營商自己的軟交換總線和軟交換操作系統(tǒng)緊密互聯(lián)，提高信息共享能力、處理能力和安全性。外網(wǎng)組件是運行在公網(wǎng)上的第三方組件，類似于Internet 業(yè)務提供商(SP)、應用提供商(AP)和內(nèi)容提供商(CP)提供的業(yè)務組件。對這些組件的集成有兩種方式，一是僅僅通過標準的協(xié)議(例如SIP)與運營商內(nèi)網(wǎng)組件互聯(lián)，另外是通過運營商提供的支持開放業(yè)務存取(OSA)的業(yè)務能力服務器實現(xiàn)互聯(lián)。

3.3. 軟交換操作系統(tǒng)和軟交換消息總線

　　作為一個分布式的計算環(huán)境，實際的業(yè)務使用過程是平臺上多個平面多個層次各個視圖動態(tài)交互的結(jié)果，這些參與交互的功能實體可能不在同一個設備中，或是不在同一個進程中。我們看到，涉及到這種交互的實體中，用戶數(shù)據(jù)、用戶狀態(tài)、業(yè)務狀態(tài)和計費控制需要同步地存儲在不同的網(wǎng)絡節(jié)點中以實現(xiàn)高速的訪問和處理。這種交互和數(shù)據(jù)同步除了通過網(wǎng)絡標準協(xié)議方式之外，還需要內(nèi)部的消息方式、訪問方式和交易方式來加快處理速度和提高性能，業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺為這些功能的交互提供軟交換操作系統(tǒng)和軟交換消息總線的支持。軟交換操作系統(tǒng)為分布在不同網(wǎng)絡節(jié)點中的軟交換功能組件提供共享信息資源、操作資源、網(wǎng)絡協(xié)議資源、網(wǎng)絡通信資源、信令資源和交易資源能力。軟交換總線提供分布在不同的網(wǎng)絡節(jié)點中的軟交換功能組件之間快速信令能力。

　　軟交換操作系統(tǒng)和消息總線的功能是通過特定的軟交換交易服務器組成的網(wǎng)絡實現(xiàn)的。在業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺上，每個網(wǎng)絡實體都包含了軟交換交易服務器的代理。同時，軟交換交易服務器是均勻分布在軟交換網(wǎng)絡上的。這種靈活的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)軟交換業(yè)務規(guī)模的需要調(diào)整軟交換操作系統(tǒng)和消息總線的容量和能力。

3.4. 軟交換業(yè)務的管理

　　由于電信業(yè)務的種類、能力和處理容量都是動態(tài)變化的，用于支持軟交換電信業(yè)務的網(wǎng)絡基礎設施也是在不斷發(fā)展的，同時軟交換和其他網(wǎng)絡的接口也將隨著業(yè)務的發(fā)展不斷擴充，軟交換平臺上的業(yè)務、軟件和硬件模塊的配置和連接也需要進行管理。這種管理首先表現(xiàn)在提供對業(yè)務開發(fā)能力的支持上。業(yè)務驅(qū)動軟交換平臺要提供業(yè)務開發(fā)工具來協(xié)助業(yè)務開發(fā)者完成對業(yè)務的定義，對會話協(xié)議體系、接入/互連控制、業(yè)務控制、應用控制和內(nèi)容控制中的對象選取、配置和連接。同時支持從網(wǎng)絡角度的資源配置和控制。軟交換平臺管理的另一個重要任務是根據(jù)業(yè)務的需要確定平臺的信息同步和緩存機制、版本加載、卸載和升級機制、設備和系統(tǒng)容錯機制以及系統(tǒng)恢復機制的配置。

　　業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺是一個結(jié)構(gòu)化的開放平臺。它包含了大量的用于構(gòu)建電信的組件，支持對通用組件的引入和對外網(wǎng)組件的引入，在軟交換操作系統(tǒng)和消息總線的支持下，電信運營商可以通過軟交換業(yè)務管理工具方便地開發(fā)新的電信業(yè)務和對自身進行管理。因此，業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺是實現(xiàn)電信網(wǎng)絡和業(yè)務從傳統(tǒng)的面向業(yè)務靜態(tài)結(jié)構(gòu)向下一代建造在IP基礎設施上的、多業(yè)務、多接入、多媒體的網(wǎng)絡順利演進的重要的業(yè)務基礎設施。

4. 小結(jié)

　　作為建立在IP基礎設施上實現(xiàn)電信業(yè)務的基礎技術(shù)，軟交換技術(shù)正在不斷推動電信業(yè)務的發(fā)展。軟交換技術(shù)的應用也已經(jīng)從在電信網(wǎng)絡中局部的應用、對傳統(tǒng)業(yè)務的替代，發(fā)展到對新業(yè)務的開發(fā)。將軟交換作為提供特定業(yè)務或是特定應用的產(chǎn)品只是軟交換技術(shù)發(fā)展過程中的一個階段，作為在激烈的電信業(yè)務是廠商競爭的電信運營商，需要的是能夠不斷開發(fā)新業(yè)務、不斷擴充業(yè)務能力和業(yè)務容量的可管理的電信業(yè)務系統(tǒng)。業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺是實現(xiàn)這個任務的重要基礎。我們提出的業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺面向?qū)﹄娦艠I(yè)務整個生命周期和發(fā)展環(huán)境中的業(yè)務管理對象，采用組件化結(jié)構(gòu)，通過軟交換操作系統(tǒng)和消息總線對軟交換業(yè)務的開發(fā)提供支持。在軟交換業(yè)務開發(fā)和管理工具的支持下，新的電信業(yè)務，包括自身的會話協(xié)議結(jié)構(gòu)、接入/互連控制、業(yè)務控制、應用控制、內(nèi)容控制和相應的網(wǎng)絡控制功能都可以在這個平臺上得到實現(xiàn)。我們依照業(yè)務驅(qū)動軟交換平臺的結(jié)構(gòu)開發(fā)的mSwitch產(chǎn)品，從采用軟交換技術(shù)支持無線市話業(yè)務開始，推動電信業(yè)務的發(fā)展，支持寬帶接入的話吧/網(wǎng)吧業(yè)務，支持虛擬組群業(yè)務、媒體流業(yè)務，以及大量的增值業(yè)務和綜合業(yè)務。同時，通過基礎業(yè)務的配置，mSwitch可以支持H.248/MGCP，H.323特別是SIP與業(yè)務無關的呼叫處理協(xié)議體系，支持支持多種無線/有線/窄帶/寬帶的接入模式。我們可以得出結(jié)論，業(yè)務驅(qū)動的軟交換平臺將是在IP基礎設施之上實現(xiàn)向下一代電信業(yè)務演進的重要電信業(yè)務基礎設施。

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23. Wireless Village white paper: “The mobile IMPS Initiative”, 2002，http://www.wirelessvillage.org 24. Janet R. Dianda, Vijay K. Gurbani, Mark H. Jones, “Session Initiation Protocol Services Architecture”, Bell Lab Technical Journel, 7(1), 3-23 (2002)

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