软交换技术在固定电话网端局的应用

9．2．2　软交换技术在固定电话网端局的应用

固网端局在电路交换网中的主要功能是将用户接入到网络当中，因而端局设备一个非常重要的特性就是要提供多种类型的用户线接口，接入各种类型的用户设备。因此，与在汇接局的应用相比较，软交换技术在端局的应用最大的区别在于设备需要多样化的接口。

实现软交换端局常见的有AG方案和基于以太网方式的无源光网络（EPON）方案，前者用于对已有端局的软交换改造，后者则应用于新端局的建设。

1．利用AG完成端局的软交换改造

目前传统固网运营商的部分交换机的使用年限已到，需要改造和替换。利用AG来进行传统交换机的替换和改造，既可以保持网络的延续性，又可以使网络具有可扩展性。

1）网络结构

图9．8所示是端局软交换改造前的示意图，图9．9所示是完成对其中一个端局软交换改造的示意图。从图中可以看到，改造后端局的功能主要由软交换设备（SS）和综合接入网关（AG）来完成。

在用户密集区域部署AG，在用户侧提供直接连接模拟电话用户的POTS接口、连接传统接入模块的V5．2接口、连接PBX小交换机的PRI接口以及连接ADSL用户的xDSL接口，同时接入传统接入网、小交换机、个人电话机、PC和ADSL用户，因而可以满足端局综合接入用户的功能要求。

在用户分散区域部署IAD系列或者智能终端，为用户提供话音和数据的综合接入。IAD的网络侧也可以有多种接口和传输方式，例如以太网接口、xDSL接口等。

通过部署SG实现端局与No．7信令网的互通；部署TG，由TG完成PSTN的TDM媒体流和IP数据包之间的转换，从而使端局用户获得PSTA的业务和性能。另外在网络传送层引入了边缘接入控制设备（BAC），在一定程度上保证了网络安全和软交换业务QoS。

本方案中，软交换设备与TG、AG以及IAD之间都使用H．248协议，软交换设备与SG之间使用ISUP／SIGTRAA协议，软交换设备与智能终端之间使用SIP／H．248／H．323等协议，软交换设备与AS之间使用SIP，软交换设备与传统智能网的SCP之间使用INAP／SIGTRAN协议。

图9．8　端局改造前的示意图

图9．9　端局进行软交换改造后的示意图

2）设备介绍

（1）软交换设备。软交换设备（SS）主要负责呼叫控制，即进行呼叫连接的建立、监视和拆除，这包括为呼叫建立在整个网络内找寻最佳路由，并完成媒体网关（MG）接入控制、资源分配、协议处理、路由认证、计费等上述功能。

（2）媒体网关。在固网端局改造中，应用的媒体网关设备主要是AG和IAD。

AG的功能与TG非常相似，也是完成提供媒体映射和代码转换功能，即终止TDM电路，将媒体流分组化并在分组网上传送。它们主要的区别在于AG在电路交换网侧可以提供丰富的接口类型，例如POTS接口、V5．2接口、PRI接口以及xDSL接口等，而TG在电路交换网侧的接口类型较为单一，主要提供E1接口或者是STM－1接口。此外，TG不处理用户信令，而AG需要处理Q．931．V5．2等用户信令，即通过SIGTRAA协议改变用户信令的承载方式。

AG的组网方式相当灵活，如图9．10所示。在光纤资源比较丰富的区域，AG可以直接采用光纤上行接入到IP城域网；对于IP城域网或者MSTP直接可达的区域，AG可以采用FE（五类线）上行接入IP城域网；对于没有IP城域网或者城域网欠发达的区域，AG可以利用传统的SD H资源通过E1上行到TG，间接接入IP城域网。

IAD是一个小型的接入网关，向用户同时提供模拟端口和数据端口，实现用户的综合接入。IAD位于用户端，能够提供传统话音业务，具有数据与话音处理特性，能对模拟话音进行处理并具有媒体流传送功能。IAD一般放置于离用户较近的地方，适合于个人用户、学生宿舍、居民小区、企业及办公楼，利用现有数据网资源迅速提供用户话音业务。

在固网的端局改造中，如果要使端局用户获得PSTA的业务和性能，就还需要配置TG。TG完成PSTA的TDM媒体流和IP数据包之间的转换。

图9．10　AG组网方式

（3）信令网关。SG是独立的信令网关设备，处于软交换网络的接入层。SG通过标准SIGTRAN协议实现电路交换网应用层信令的IP承载。

（4）IP智能终端。IP智能终端一般有硬终端和软终端两种形式。硬终端是指一个类似普通电话机但具有智能的硬件终端，软终端是指安装在个人计算机上的软件终端。IP智能终端位于软交换网络的接入层，通过IP侧接口直接将用户的话音、视频和数据直接接入软交换系统。IP智能终端接受软交换设备的控制，通过与软交换设备的配合，可以给用户提供现有传统网络上难以实现的一些业务。IP智能终端与软交换设备之间采用SIP／H．248／H．323等协议进行通信。

（5）边缘接入控制设备。为保障核心网安全，在端局应用方案中必须部署边缘接入控制设备（BAC）。BAC将通过公共互联网络接入的IAD终端、SIP终端连接到软交换网络中，为多种网络环境下的用户提供软交换业务接入和互通；同时BAC还实现安全防护、媒体管理等功能配合软交换核心设备和终端设备实现用户管理、业务管理，并配合承载网络实现QoS管理。

3）设备容量测算

采用软交换技术对固网端局进行改造／替换的方案中，软交换设备的处理能力和IP侧带宽、信令网关的信令链路数和IP侧带宽等设备容量的测算方法与上一节介绍的方法相同。综合接入媒体网关的电路数和IP侧带宽测算方法与中继网关的电路数和IP侧带宽测算方法类似，在此不再重复。

4）典型的呼叫流程

图9．11所示是简化的端局软交换改造方案结构图。结合该图，我们以PSTA网的用户A呼叫AG下的一个POTS接口用户B为例，说明采用软交换技术对固网端局进行改造／替换后呼叫建立的一般过程，相应的信令流程如图9．12所示。

图9．11　端局软交换改造方案简化图

图9．12　软交换端局用户呼叫的信令流程

（1）PSTA的用户A摘机拨号，用户A所在的端局LS＿A通过TG内置的SG向软交换设备发送ISUP初始地址消息IAM。

（2）软交换设备通过H．248消息控制TG，占用TG的一条TDM中继线，并为本次呼叫创建关联域、加入相应的终端。

（3）软交换设备进行被叫号码分析，并确定用户B位置及对应的网关AG。软交换设备通过H．248消息控制AG为本次呼叫创建关联域并加入相应的终端。

（4）～（5）如果被叫空闲，软交换设备通过H．248消息控制AG向用户B振铃，同时通过H．248消息控制TG向用户A放回铃音。

（6）软交换设备通过TG内置的SG向端局LS＿A回送ISUP地址全消息ACM。

（7）用户B摘机，AG发送相关消息通知软交换设备。

（8）～（9）软交换设备通过H．248消息控制AG和TG修改本次呼叫相关终端的属性，至此，AG和TG之间的双向RTP通道建立。

（10）软交换设备通过TG内置的SG向端局LS＿A回送ISUP应答消息AAM。主、被叫之间话音通道建立。

（11）通话完毕，用户B挂机，AG发送相关消息通知软交换设备。

（12）～（14）软交换设备确认挂机事件，设备释放此次呼叫所用网络资源。

（15）～（16）软交换设备通过TG内置的SG向端局LS＿A发送ISUP释放消息REL，端局LS＿A发送ISUP释放完成消息RLC作为响应，同时向用户A放忙音，并释放相关话音电路，此次呼叫结束。

2．利用EPON新建软交换端局

在各大运营商提出了“光进铜退”的背景下，EPON有效解决了宽窄带业务、话音、数据和视频等多形式的用户接入问题，因而在新建软交换端局时逐渐被使用。

1）EPON系统的构成

EPON系统一般由局端的光线路终端（Optical Line Terminal，OL T）、用户端的光网络单元（Optical Network Unit，ONU）和光配线网（ODN）组成，如图9．13所示。

图9．13　EPON系统的构成

OL T位于局端，是整个EPON系统的核心部件之一。OL T的作用是为光接入网提供网络侧与本地交换机之间的接口，并经过一个或多个ODN与用户侧的ONU通信。

ODN是由无源光元件（诸如光纤光缆、光连接器和光分路器等）组成的光配线网，为OL T与ONU之间提供光传输手段。ODN的主要功能是进行光信号功率的分配，分发下行数据并集中上行数据。

ONU位于用户端，为接入网提供间接的或远端的用户侧接口。ONU的主要功能是终结光纤链路，并提供对用户业务的各种适配功能，负责综合业务接入。由于ONU用户侧是电接口而网络侧是光接口，因此ONU具有光／电和电／光转换功能，还要完成对信号的数字化处理、复用、信令处理以及维护管理功能。按照ONU的位置不同，EPON可分为光纤到路边（FTTC）、光纤到大楼（FTTB）以及光纤到办公室（FTTO）和光纤到户（FTTH）4种应用类型。

FPON系统采用WDM技术，下行数据采用1　490nm波长，上行数据采用1　310nm波长，实现单纤双向传输。一般其下行采用广播方式、上行采用TDMA（时分多址接入）方式。EPON采用以太网协议，因而在通信的过程中，不再需要协议转换就可以承载IP业务，可以实现高速的数据转发。

2）采用EPON构建软交换端局

采用EPON构建软交换端局的方案如图9．14所示。OLT引出的主干光缆经分光器分出光纤连接ONU。ONU提供POTS接口和100Base T以太网接口，同时为用户提供数据和话音业务的接入，此时，ONU实际上就是一个有光接口的IAD。

图9．14　采用EPON构建软交换端局

宽带数据业务是该方案所能够提供的最基本的业务。OLT设备通过GE上联口（光／电可选）与IP城域网连接，通过宽带接入服务器（BRAS）完成用户认证和IP地址的分配。

对于话音业务，ONU将TDM话音信号转换为IP话音包，通过分组方式传送到OLT，经OLT直接上联到软交换平台。ONU通过H．248／MGCP实现与软交换设备的互通。如果在软交换网络和PSTN之间设置TG和SG，则还可以实现ONU下带的话音用户与PSTA用户的互通。话音业务的接入控制由BRAS与业务路由器（SR）完成。

3）业务处理过程和原理

EPON网络通过为不同的业务分配不同的VLANID来实现不同业务的路由选择，例如话音业务被分配同一个VLAAID，数据业务则是一个ONU端口分配一个VLAAID。

上行的话音业务与数据业务通过不同端口接入ONU，ONU将TDM话音信号转换IP话音包并打上内层VLAA标签，同时也给数据业务打上内层VLAA标签，然后把两种业务信号转换为光信号，以时分多址接入（TDMA）方式发射出去。业务信号经ODN到达OL ，OLT把光信号还原为电信号，打上外层VLAA标签，然后通过上联接口把业务信号流发送到上联业务网络。由于话音业务与数据业务有各自的VLANID和IP地址，上联网络根据不同的VLAAID和IP地址选择路由，话音业务被送往软交换网络进行处理；数据业务则被送往IP城域网进行处理。

下行业务实现原理与上行业务基本类似，是一个相反方向的动作。从软交换网络和IP城域网来的信号流，由上联业务网络根据其IP地址和外层VLAN上发到OLT上，OLT对信号流进行处理和分析，根据各个ONU不同的标识（LLID）以广播的形式进行下发。各个ONU监测到达帧的LLID，如果该帧与自己的LLID相同则接收下来，否则给予丢弃。ONU对收到的帧进行分析，最终找到下行的目的地端口，从而完成业务下行侧的处理工作。