基于SIP的软交换.doc

基于SIP协议的软交换技术介绍随着电信市场的日益发展和向下一代网络的逐步演进，软交换技术正扮演着关键角色，日益成为电路交换和分组交换网络进行融合的技术纽带。因此，软交换技术在电信网中的应用越来越引起电信界的高度重视，这里着重介绍软交换技术的一些基本知识和基于SIP的软交换。一 SIP介绍SIP是类似于HTTP的基于文本的协议，SIP(Session Initiation Protocol)是一个应用层的信令控制协议。用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。这些会话可以是Internet多媒体会议、IP电话或多媒体分发。会话的参与者可以通过组播（multicast）、网状单播（unicast）或两者的混合体进行通信。1.1 SIP的功能SIP可以用来创建、维护和结束与一个或多个参与者的会话。这些会话包括语音电话、视频电话、Internet多媒体会议、远程教学、Internet电话呼叫以及多媒体发布等等。SIP也可以邀请成员加入已经存在的会话，可以在已存在的会话中加入或去除媒体类型。SIP更支持名字映射和重定向服务，这样就可以支持用户的移动通信。总的来说，SIP有五个方面功能：用户位置：判断通信终端的位置。用户可达性：判定通信终端是否愿意参与会议。用户能力：判定要将使用的媒体类型和媒体参数。会话建立：在通信双方建立会议的所有参数。会话管理：包括传输和终止会议、修改会议的参数、请求各种服务。由于有些服务对安全性要求很高，SIP也提供了安全机制包括服务拒绝、验证机制（用户对用户和代理服务器对用户）、整合保护和加密。1.2 SIP实体SIP系统主要由两个部分组成：用户代理UA(User Agent)和SIP服务器。SIP实体主要由以下几类：SIP终端：SIP系统中的最终用户，在RFC3261中将它们定义为一个应用。根据它们在会话中扮演的不同角色，又分为用户代理客户机（UAC）和用户代理服务器（UAS）两种。前者由于发起呼叫请求，后者用于响应呼叫请求。IP代理服务器：是一个中间元素，它既是一个客户机又是一个服务器，具有解析名字的能力，能够代理前面的用户向下一跳地址发出呼叫请求，由服务器决定下一跳的地址。重定向服务器：是一个规划SIP呼叫路径的服务器，在获得了下一跳的地址后，立刻告诉前面的用户，让该用户直接向下一跳地址发出请求，而自己则退出对这个呼叫的控制。SIP注册服务器：用来完成对UAS的注册，在SIP系统的网元中，所有UAS都要在某个注册服务器中注册，以便UAC通过服务器能找到它们。1.3 SIP协议和H.323的比较H.323和SIP分别是通信领域与因特网两大阵营推出的协议。H.323企图把IP电话当作是众所周知的传统电话，只是传输方式发生了改变，由电路交换变成了分组交换。而SIP协议侧重于将IP电话作为因特网上的一个应用，较其它应用（如FTP，E-mail等）增加了信令和QoS(服务质量)的要求，它们支持的业务基本相同，也都利用RTP作为媒体传输的协议。但H.323是一个相对复杂的协议。H.323采用基于ASN.1和压缩编码规则的二进制方法表示其消息。ASN.1通常需要特殊的代码生成器来进行词法和语法分析。而SIP的基于文本的协议，类似于HTTP。基于文本的编码意味着头域的含义是一目了然的，如From、To、Subject等域名。这种分布式、几乎不需要复杂的文档说明的标准规范风格，其优越性已在过去的实践中得到了充分的证明（现在广为流行的邮件协议SMTP就是这样的一个例子）。在支持会议电话方面，H.323由于由多点控制单元（MCU）集中执行会议控制功能，所有参加会议终端都向MCU发送控制消息，MCU可能会成为颈，特别是对于具有附加特性的大型会议；并且H.323不支持信令的组播功能，其单功能限制了可扩展性，降低了可靠性。而SIP设计上就为分布式的呼叫模型，具有分布式的组播功能，其组播功能不仅便于会议控制，而且简化了用户定位、群组邀请等，并且能节约带宽。但是H.323的集中控制便于计费，对带宽的管理也比较简单、有效。H.323中定义了专门的协议用于补充业务，如H.450.1、H.450.2和H.450.3等。SIP并未专门定义协议用于此目的，但它很方便地支持补充业务或智能业务。只要充分利用SIP已定义的头域（如Contact头域），并对SIP进行简单的扩展（如增加几个域），就可以实现这些业务。例如对于呼叫转移，只要在BYE请求消息中添加Contact头域，加入意欲转至的第三方地址就可以实现此业务。在H.323中，呼叫建立过程涉及到三条信令信道：RAS信令信道、呼叫信令信道和H.245控制信道。通过这三条信道的协调才使得H.323的呼叫得以进行，呼叫建立时间很长。在SIP中，会话请求过程和媒体协商过程等一起进行。尽管H.323v2已对呼叫建立过程作了改进，但较之SIP只需要1.5个回路时延来建立呼叫，仍是无法相比。H.323的呼叫信令通道和H.245控制信道需要可靠的传 输协议。而SIP独立于底层协议，一般使用UDP等无需连接的协议，用自己信用层的可靠性机制来保证消息的可靠传输。总之，H.323沿用的是传统的实现电话信令模式，比较成熟，已经出现了不少H.323产品。H.323符合通信领域传统的设计思想，进行集中、层次控制，采用H.323协议便于与传统的电话网相连。SIP协议借鉴了其它因特网的标准和协议的设计思想，在风格上遵循因特网一贯坚持的简练、开放、兼容和可扩展等原则，比较简单。二 什么是软件交换软交换是一种功能实体，为下一代网络NGN(Next Generation Network)提供具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。 简单地看，软交换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，不同的业务所需要的呼叫控制功能不同，而软交换是与业务无关的，这要求软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。软交换是下一代网络的核心设备之一，各运营商在组建基于软交换技术的网络结构时，必须考虑到与其它各种网络的互通。在下一代网络中，应有一个较统一的网络系统结构。软交换与应用/业务层之间的接口提供访问各种数据库、三方应用平台、功能服务器等接口，实现对增值业务、管理业务和三方应用的支持。其中：软交换与应用服务器间的接口可采用SIP、API，如Parlay，提供对三方应用和增值业务的支持；软交换与策略服务器间的接口对网络设备工作进行动态干预，可采用COPS(Common Open Policy Service)协议；软交换与网关中心间的接口实现网络管理，采用SNMP(Simple Network Management Protocol,简单网络管理协议)；软交换与智能网SCP之间的接口实现对现有智能网业务的支持，采用INAP(Intelligent Network Application Protocol)协议。通过核心分组网与媒体层网关的交互，接收处理中的呼叫相关信息，指示网关完成呼叫。其主要任务是在各点之间建立关系，这些关系可以是简单的呼叫，也可以是一个较为复杂的处理。软交换技术主要用于处理实时业务，如话音业务、视频业务、多媒体业务等。软交换之间的接口实现不同的软交换之间的交互，可采用SIPT、H323或BICC（Brand Image Classification Combination品牌形象分类组合）协议。软交换技术是一个分布式的软件系统，可以在基于各种不同技术、协议和设备的网络之间提供无缝的互操作性，其基本设计原理是设法创建一个具有很好的伸缩性、接口标准性、业务开放性等特点的分布式软件系统，它独立于特定的底层硬件/操作系统，并能够很好地处理各种业务所需要的同步通信协议，在一个理想的位置上把该架构推向摩尔曲线轨道。软交换所使用的主要协议软交换体系涉及协议非常众多，包括H.248、SCTP、ISUP、TUP、INAP、H.323、RADIUS、SNMP、SIP、M3UA、MGCP、BICC、PRI、BRI等。国际上，IETF、ITUT、Soft Switch Org等组织对软交换及协议的研究工作一直起着积极的主导作用，许多关键协议都已制定完成，或趋于完成。三 基于SIP的软交换技术会话初始协议（SIP）是IETF提出的在IP网上进行多媒体通信的应用层控制协议。以Internet协议（HTTP）为基础，遵循Internet的设计原则，基于对等工作模式。利用SIP可实现会话的连接、建立和释放，并支持单播、组播和可移动性。此外，SIP如果与SDP配合使用，可以动态地调整和修改会话属性，如通话带宽、所传输的媒体类型及编解码格式。 在软交换系统中，SIP协议主要应用于软交换与SIP终端之间，也有的厂家将SIP协议应用于软交换与应用服务器之间，提供基于SIP协议实现的增值业务。总的来说，SIP协议主要应用于语音和数据相结合的业务，以及多媒体业务之间的呼叫建立与释放。基于SIP的软交换系统有分布式的系统，包括代理服务器、重定向服务、注册服务器、数据提供服务器、计费服务器、心跳服务器等。基于SIP系统软交换系统的研究热点主要集中在数据提供、计费、安全、NAT/FW穿透、服务质量等方面，其中服务质量是业界的难点。基于SIP的软交换的功能应用：1.互连互通功能 下一代网络并不是一个孤立的网络，尤其是在现有网络向下一代网络的发展演进中，不可避免地要实现与现有网络的协同工作、互连互通、平滑演进。例如，可以通过信令网关实现分组网与现有7号信令网的互通;可以通过信令网关与现有智能网互通，为用户提供多种智能业务;可以采用H.323协议实现与现有H.323体系的IP电话网的互通;可以采用SIP协议实现与未来SIP网络体系的互通;可以采用SIP或BICC协议与其他软交换技术互联;还可以提供IP网内H.248终端、SIP终端和MGCP（Media Gateway Control Protocol媒体网关控制协议）终端之间的互通。2.协议功能 软交换是一个开放的、多协议的实体，因此必须采用各种标准协议与各种媒体网关、应用服务器、终端和网络进行通信，最大限度地保护用户投资并充分发挥现有通信网络的作用。这些协议包括H.323、SIP、H.248、MGCP、SIGTRAN、RTP、INAP等。参考文献： （1）软交换技术与协议（2）现代通信交换技术及标准规范手册（3）基于软交换的NGN技术与应用开发实例（4）软交换的工程实现附录：源码下载