软交换技术在固定电话网智能化改造中的应用

时间：2024-10-13 百科知识版权反馈

【摘要】：由图可见，在固网智能化改造后，在本地网中建立了智能用户数据库、业务交换中心和智能业务中心。通过对本地网汇接局的优化改造，使其成为业务交换中心，并具备SSP功能。采用软交换技术实现固网智能化改造方案如图9．4所示。当软交换技术应用于汇接局层面时，软交换设备与TG一起完成汇接局的功能。

9．2．1　软交换技术在固定电话网智能化改造中的应用

软交换技术首先在固网的汇接层面得到应用，最早被用于进行固网的智能化改造。

1．固网智能化改造

现有固网在传输电话业务方面是胜任的，也是运营商的主要收入来源，但是固网在支持电话新业务时还存在很多问题，主要表现在以下3个方面：

（1）用户数据分散在各个端局的本地数据库中，无法进行集中管理，加上很多端局不支持业务交换点（SSP）功能，使传统固定智能网的业务只能采用接入码或固定号码段方式触发，业务开展不便。同时，本地网用户的信息资源与原有设备绑定，无法充分实现共享。

（2）我国电话网的交换机机型多、版本杂，不同交换机间的业务提供能力和后续的业务开发能力存在很大差异，导致业务发展协调非常困难。

（3）网络结构不合理，导致网络资源利用率和运行效率都较低，维护管理较为困难。

基于以上原因，现有固网已无法适应业务发展和市场竞争的需求。由于中国固网的大部分设备都处在“青春期”，利用价值和改造潜力都还很大，从保护现有投资和提高资源利用率的角度出发，我国的固网运营商对固网进行了智能化改造。

固网智能化改造，是指在现有固网的基础上，通过对网络结构的优化、资源的整合、节点设备的升级和改造、新技术的引入以及管理流程优化等手段来达到网络优化、业务开放、网元智能化的目标。固网智能化改造的核心思想是用户数据集中管理，并在每次呼叫接续前增加用户业务属性查询机制，使网络实现对用户签约智能业务的自动识别和自动触发。本地网智能化改造后网络的一般结构如图9．3所示。

图9．3　本地网智能化改造后网络的一般结构

由图可见，在固网智能化改造后，在本地网中建立了智能用户数据库（SHLR）、业务交换中心和智能业务中心（SCP）。本地网所有端局之间的直达中继电路全部取消，所有的端局间都以负荷分担的方式接入两个独立汇接局／SSP，独立汇接局／SSP通过信令链路接入智能用户数据库（SHLR）和业务控制点（SCP）。

1）智能用户数据库

本地网智能化改造前固网的用户数据存储在各个交换局的本地数据库中，固网的封闭性以及终端的固定化很难对新的业务需求作出快速反应，难以根据用户的特性为用户创造需求。借鉴移动网的成功经验，在固网中引入智能用户数据库（Smart Home Location Register，SHLR），用来集中存放固网本地网中所有用户号码及用户属性，包括用户的逻辑号码、地址号码、业务接入码及用户增值业务签约信息等。

逻辑号码又称业务号码、用户号码，是运营商分配给用户的、用于识别用户并计费的唯一号码，也是用户对外公布的号码。地址号码又称物理号码、路由号码，是运营商用于网络内部寻址的号码，该号码不对外公布。业务接入码是由运营商分配，用于指示交换设备路由或触发业务，该接入码可由用户拨打、交换设备自动加插或SHLR下发。

SHLR是网络智能化的核心设备，通过与PSTA网络中的独立汇接局／SSP交互，完成主、被叫用户号码信息及增值业务信息的查询功能；同时SHLR具有平滑演进能力，支持今后的补充业务数据在SHLR中的存储和查询。SHLR通常能支持多种访问协议（如INAP、ISUP＋和MAP），可以根据网络具体情况采用其中的一种访问协议。引入SHLR后，可以将用户号码独立出来，这样就能很方便地实现“号码携带”、“一号通”等业务并便于运营商实现混合放号。

2）业务交换中心

通过对本地网汇接局的优化改造，使其成为业务交换中心，并具备SSP功能。采用大容量独立汇接局作为业务交换中心，可以减少汇接局及汇接区的数目，从而降低网络的复杂度。而对于不具备相应业务功能的老机型端局，可通过标准的No．7信令电路与汇接局相连，由独立汇接局实现各类业务话务的汇聚和交换。通过该方式便于开展全网业务，如实现全网市话详单、智能业务触发等；同时也延长了老机型的生命周期，提高了设备的利用率。

3）智能业务中心

业务控制点（SCP）是本地网的智能业务中心，SCP通常包括业务控制功能（SCF）和业务数据功能（SDF）。SCF接收从SSF／CCF发来的对智能网业务的触发请求，运行相应的业务逻辑程序，向SDF查询相关的业务数据和用户数据，向SSF／CCF、SRF发送相应的呼叫控制命令，控制完成有关的智能业务。SDF存储与智能业务有关的业务数据、用户数据、网络数据和资费数据，可根据SCF的要求实时存取；也能与业务管理系统（SMS）相互通信，接受SMS对数据的管理，包括数据的加载、更改、删除以及对数据的一致性检查。

在建立智能业务中心后，只需修改业务控制点的业务控制逻辑、业务数据和用户数据，就可开放各种新的智能业务。

业务控制点也可提供与NGN中应用服务器的连接，通过开放的API为第三方服务提供商开发业务创造条件。

通过固网智能化改造后，网络结构清晰，端局特性的差异被屏蔽，新业务的开发不依赖于端局，因而可根据需要在全网快速推出新业务，并能实施本地网联机实时计费、市话详单、解决欠费，支持客户细分、灵活经营策略，支持集中维护管理，使运维、建设成本降低，提升网络综合效益，为三网融合作准备。

2．基于软交换技术的固网智能化改造方案

1）网络结构

采用软交换技术实现固网智能化改造方案如图9．4所示。图中TG是媒体网关，SS／SSP是软交换／业务交换点，AS是应用服务器，SHLR是智能用户数据库，SCP是业务控制点。

该方案中，用户的号码信息以及用户签约的智能业务信息集中存放在SHLR中。汇接局的功能由TG和SS一起完成，称为软交换汇接局。软交换汇接局成为业务交换中心，本地网所有端局业务集中汇聚到软交换汇接局，其中SS负责呼叫控制、路由控制、计费和维护等功能，TG则完成局间中继用户媒体流的转换。本地网中所有端局只负责满足简单的呼叫接续功能，本地网中原有的汇接局也降格承担纯市话端局的职能。SS还具备SSP功能，能够通过标准协议访问SHLR得到用户的具体业务属性，实现业务的触发。TG和每个本地交换机采用分区汇接的形式，实现话务的接续。每个本地交换机均至少与归属于不同软交换设备的两个TG进行连接，保证在单个TG或软交换发生故障时话务仍然能正常接续。

图9．4　基于软交换技术的固网智能化改造方案

2）设备功能介绍

（1）软交换设备。当软交换技术应用于汇接局层面时，软交换设备（SS）与TG一起完成汇接局的功能（以下称软交换汇接局）。

呼叫控制功能是软交换设备的核心，完成呼叫的建立、维持和释放等功能，包括呼叫处理、连接控制和资源控制等。软交换设备根据被叫号码分析的结果，通过H．248协议控制媒体网关完成话路的分配过程。

软交换设备兼作软交换新业务的SSP，完成智能业务触发和呼叫计费。

软交换设备通过SG开设至No．7信令网的信令链路，通过准直连方式与本地网其他网元进行信令互通。此时，软交换设备要具备信令协议转换功能，负责完成SIP－T／SIP－I协议与ISUP间的转换功能。

（2）中继网关。在固网智能化改造中，所采用的媒体网关主要是中继网关（TG）。TG通过H．248协议接受软交换设备的控制。

TG通过中继电路与电路交换网的本地端局交换机相连，本地网所有端局业务集中汇聚到TG上。TG作为汇接局，还必须与本地综合关口局（GW）设置直达中继电路，汇接本地与其他运营商的来去话务；与本地长途局（TS）设置直达中继电路，用于疏通本地长途话务；与本地小灵通交换局设置直达中继电路，用于疏通固网和小灵通用户之间的话务。

话音压缩和话音处理是TG的核心功能，TG将承载在电路交换网上的64kbit／s的PCM话音流通过G．711、G．729、G．723等话音压缩编码协议进行压缩，并通过RTP／UDP／IP将压缩后的话音信号封装为IP话音包，使之可以在IP网上传输。类似地，TG从IP侧接收到IP话音包后，拆包并解压缩，将其还原为PCM话音流使之在电路交换网上传输。TG支持话音在G．711、G．729、G．723等多种编码方式间切换。

TG在处理不同中继端口连接的TDM交换机之间的呼叫时，提供发卡功能。即当软交换设备进行号码分析和路由选择后，发现出局局向所在的TG和入局局向所在的TG为同一个TG时，向TG发送H．248消息。TG根据消息要求，分别在入局和出局方向分配一个TDM端点（不再分配IP端点），并把入局和出局方向的TDM端点连接为一个话路，从而完成TDM交换机之间呼叫的转接。

（3）信令网关。软交换技术应用于汇接局层面时，信令网关（SG）或者TG／SG与所覆盖本地网的LSTP设置信令链路，在IP网络和电路交换网之间提供信令映射和代码转换功能，实现软交换网络与PSTN网络信令的互通。

SG将电路交换的信令流分组化并在IP网络上传输，也可以反过来在IP网络去往电路交换网的方向上执行信令的承载转换功能。SG通过SIG TRAN协议实现对信令的承载转换。

（4）智能用户数据库。智能用户数据库（SHLR）作为本地多个网络的集中数据库，存放本地网所有用户的用户属性以及用户的主叫和被叫签约信息。其中主叫签约智能业务包括预付费和后付费业务等，被叫签约智能业务包括彩铃、一号通等。SHLR由软交换设备触发访问。

（5）应用服务器。应用服务器（AS）主要用于提供数据增值业务和话音与数据融合的增值业务。AS向业务开发者提供开放的应用程序开发接口（API），可以供第三方应用业务开发商在AS上开发各种有特色的增值业务。

3）各设备之间的协议接口

（1）软交换设备之间的接口。软交换设备之间的主要协议有BICC、SIP和SIP－T／SIP－I。在该应用中，软交换设备之间采用SIP－T／SIP－I协议，协议消息直接通过UDP／IP承载。

（2）软交换设备与媒体网关之间的接口。软交换设备与媒体网关之间的协议主要有Megaco／H．248协议和MGCP。在软交换汇接局应用中，软交换设备与媒体网关之间采用H．248协议，该协议消息通过UDP／IP承载。

（3）软交换设备与信令网关之间的接口。软交换设备与信令网关之间使用SIGTRAA协议，通过IP网承载。

（4）软交换设备与智能网SCP平台之间的接口。软交换设备与智能网SCP平台之间采用INAP，该协议消息通过直连的No．7信令链承载。

（5）软交换设备与接入网关之间的接口。软交换设备主要采用SIP将增值业务呼叫接续到接入网关上，SIP消息采用UDP／IP承载。

（6）软交换设备与SHLR之间的接口。软交换设备通过MAP＋协议查询SHLR。软交换设备与SHLR之间的MAP＋信令消息通过M3UA／SCTP／IP承载。

（7）软交换设备与其他软交换局之间的接口。软交换设备通过信令网关开设至LSTP端的信令链路，通过准直连方式与本地网其他网元进行信令互通。软交换设备与其他软交换局之间使用ISUP，软交换设备与信令网关之间的ISUP消息通过／M3UA／SCTP／IP承载，信令网关与LSTP之间的ISUP消息通过No．7信令链路承载。

（8）不同中继网关之间的接口。中继网关间将通过IP承载网相连，因此不同中继网关之间将采用RTP／UDP／IP。

4）呼叫处理的一般流程

假设被叫用户B签约有一个智能业务，本地网智能化改造后呼叫处理的一般流程如图9．5所示。为了简化描述，忽略SG对信令消息承载层的转换过程。

（1）当A呼叫用户B时，无论用户B是本局、其他的端局还是外地，都需要把话务先路由到汇接层面，然后由SS／SSP设备访问SHLR；

（2）SHLR查询主叫和被叫用户信息，发现用户B签约了一个智能业务，于是返回该智能业务所对应的接入码；

（3）根据SHLR返回的业务接入码，SS／SSP设备触发业务到对应的SCP或AS；

（4）SCP或AS处理完业务逻辑后下发连接操作指示，SS／SSP设备接续被叫；

（5）SS／SSP设备先不接续被叫，再去查询SHLR是否还有签约其他智能业务；

（6）SHLR查询到用户没有其他业务，返回被叫的地址号码；

（7）SS／SSP设备根据SHLR返回的地址号码接续被叫。

图9．5　呼叫流程

5）设备容量估算

网络模型如图9．4所示，本地网共两个汇接区，来去话均采用分区汇接方式，端局只需与本汇接区的一对中继网关相连，端局间跨汇接区的话务经中继网关间的IP网转接。已知网络的基础参数如表9．1所示，下面分别估算该本地网设备所需的容量，包括软交换设备的处理能力和IP侧带宽、中继网关的中继电路数和IP侧带宽、信令网关的信令链路数和IP侧带宽、SHLR的处理能力。

表9．1　网络模型基础参数表

假设每个汇接区的用户数大致相等，考虑到软交换设备、中继网关、信令网关和SHLR均为成对配置，采用负荷分担的方式工作，因此在估算每个设备所需的容量时，本地网的用户数用50（即100／2）万进行计算。

（1）软交换设备的处理能力估算。计算式如下：

SS处理能力＝本地网用户数×用户忙时话务量×3　600／用户呼叫平均占用时长

　　　　　＝50×0．04×3　600／60＝120万BHCA

（2）软交换设备的IP侧带宽需求估算。软交换设备（SS）的IP侧带宽需求包括了与中继网关（TG）之间的H．248信令流、与信令网关（SG）之间的SIG TRAN信令流、与媒体资源服务器、应用服务器（AS）、支撑系统之间的SIP信令流以及SS之间的SIP－I信令流等所需带宽。在本例中，软交换主要作为汇接局引入，软交换设备的IP侧带宽主要考虑H．248、SIG TRAN的需求（见（4）和（5）），其他通信带宽按总需求的加20%进行预留。

（3）中继网关的电路数。中继网关的中继电路包括端局侧中继、PHS侧中继、长途侧中继、网间中继、智能网和特服侧中继。每个中继网关的端局侧中继（E1）数计算方法如下：

中继网关的端局侧中继（E1）数＝本地话务量／每中继线话务量／30

　　　　　　　　　　　　　　＝500　000×0．04／0．4／30＝1　667

依照上述计算方法，本例中每个中继网关的中继电路需求如表9．2所示。

表9．2　每个中继网关的中继电路需求

（4）媒体网关的带宽。中继网关的IP侧带宽需求主要包括承载跨汇接区话务的媒体流带宽需求和承载H．248信令的信令流带宽需求。计算式如下：

媒体流带宽＝中继网关IP接口疏通的总话务量×单位通话的话音媒体流带宽×

激活因子／（带宽冗余因子×平衡因子）

其中：

◆单位通话的话音媒体流带宽：由话音编码格式和采用频率等确定，采用G．711　20ms编码的取值为90．4kbit／s，这里取100kbit／s。

◆激活因子：采用静音压缩等功能而对话音媒体流带宽的节省比例。此值与厂家设备的具体支持能力有很大关系。典型取值为0．5～1。

◆带宽冗余因子：考虑IP承载网对带宽的冗余，以保证IP话音承载质量，建议值为50%。

◆平衡因子：取值1．6。

因此，本例中对于每个中继网关有

媒体流带宽＝500　000×0．04×32%×70%×100×0．5／（50%×1．6）kbit／s

　　　　　＝280　000kbit／s≈280Mbit／s

H．248信令流带宽＝需疏通的话务量×H．248单位呼叫处理的平均消息数×H．248信令消息的平均长度×8／（平均呼叫占用时长×带宽冗余因子×平衡因子）

其中：

◆H．248单位呼叫处理的平均消息数为12。

◆H．248信令消息的平均长度为101字节。

◆平均占用时长为60s。

◆其他参数取值同上。

本例中，H．248信令流带宽＝500　000×0．04×12×101×8／（60×50%×1．6）kbit／s＝4　040kbit／s≈4Mbit／s。

由此可见，控制信令在承载网占用的带宽较媒体流来说微乎其微，因此一个简单快速的算法就是按照媒体流带宽的2．5%预留。

本例中，中继网关的IP侧总带宽＝媒体流带宽＋H．248信令流带宽≈280Mbit／s＋4Mbit／s＝284Mbit／s。

（5）信令网关信令链路数。SGAo．7信令网侧的信令链路需求包括软交换与PSTN互通的ISUP消息所需的信令链路、软交换查询SHLR的MAP＋消息所需的信令链路和软交换设备与SCP之间的INAP消息所需的信令链路等。计算式如下：

No．7信令网侧的信令链路＝（话务量／平均呼叫占用时长）×单位呼叫处理的平均消息数×消息的平均长度／（信令链路带宽×每链路负荷）

其中：

◆话务量：ISUP消息所需的信令链路根据TG汇接的话务量进行计算，MAP＋消息所需的信令链路根据通过软交换查询的话务量进行计算，INAP消息所需的信令链路根据由软交换触发的智能业务量进行计算。

◆平均呼叫占用时长（s）：本地呼叫取60s，长途呼叫取90s。

◆对于ISUP消息，单位呼叫处理的平均消息数（双向）为8．2个，消息的平均长度为

30B。

◆信令链路的带宽（B／s）：当采用64kbit／s信令链路时，取值为8　000，若考虑插零操作的开销，取值为7　757；当采用2Mbit／s信令链路时，取值为240　467。

◆每链路负荷：正常情况下以0．2Erl计算。本例中：

SGAo．7信令网侧的ISUP信令链路数＝（500　000×0．04／60）×8．2×30／（7　757×0．2）＝52．8（按2ⁿ取64）

（6）信令网关的带宽。SG采用SIGTRAN协议与SS对接，为软交换网络提供接入SS7信令网的功能。当采用M3UA／SCTP／IP的封装格式时，SIGTRAA信令流带宽计算方法如下。

SIGTRAA信令流带宽＝话务量×单位呼叫处理的平均消息数×（消息的平均字节长度＋总封装开销字节）×8／（平均呼叫占用时长×带宽冗余因子×平衡因子）

其中：

◆IP总封装开销字节＝M3UA协议报头＋SCTP报头＋IP报头＋数据链路层开销＝（24＋28＋20＋26）B＝98B。

◆其他参数取值同上。

本例中，利用SIGTRAA对ISUP消息进行封装后，每个SG所需的带宽为

SIGTRAN信令流带宽＝500　000×0．04×8．2×（30＋98）×8／（60×50%×1．6）kbit／s≈3　500kbit／s＝3．5Mbit／s

（7）SHLR的处理能力。计算式如下：

SHLR的处理能力＝需要访问SHLR的话务量×3　600／平均呼叫占用时长本例中，SHLR需要的处理能力负荷为

50×0．04×3　600／60＝120万BHCA。

（8）SHLR的信令负荷。SHLR的信令负荷与软交换设备查询SHLR使用的信令协议有关。

当使用ISUP时，由于每个定位呼叫增加前向信令IAM＋RLC和后向信令ACM＋REL，则消息的平均字节长度单向增加50B。若平均呼叫占用时长取60s，ISUP信令链路负荷以0．2Erl计算，则SHLR需要的64kbit／s信令链路数为

500　000×0．04×50×2／（60×7　757×0．2）＝21．5（取32）

当使用MAP＋协议时，由于消息的平均字节长度单向增加120B。若平均呼叫占用时长取60s，MAP＋信令链路负荷以0．4Erl计算，则本例中SHLR需要的64kbit／s信令链路数为

500　000×0．04×120×2／（60×7　757×0．4）＝25．8（取32）

6）新业务的提供及典型业务的实现

本地网引入软交换技术实现网络智能化改造后，其业务解决方案主要包括以下3个方面。

（1）软交换设备本身提供的基本4／5类话音、传真业务和基本的视频多媒体呼叫；

（2）软交换设备通过与SCP互通实现对业务的控制，提供与PSTN相同的智能网业务；

（3）由应用服务器提供多媒体业务。

下面以彩铃业务为例，说明网络智能化改造后智能业务的实现流程。

彩铃业务是被叫用户设置的一种业务，当主叫拨打该用户时，听到的不再是传统的‘嘟……嘟……”的回铃音，取而代之的是被叫用户事先设置好的具有个性化的音乐或话音。彩铃业务的实现原理如图9．6所示，其中MRS为媒体资源服务器，在此应用中，负责向用户播放彩铃。软交换设备与AS之间、AS与MRS之间均采用SIP，软交换设备与端局之间采用ISUP，软交换设备与SHLR之间采用MAP＋协议。