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摘要：VoIP 技术是下一代网络发展的新技术。本文介绍了VoIP 在NGN 网络中的演变，提出了基于软交换体系下的VoIP 结构，并且根据软交换能够使各协议互通的特点，尽量使各协议在VoIP 结构中发挥各自的优点，使其在通话质量、维护管理达到最优化，并能容易地增加另外的增值服务。
关键词：软交换；VoIP；媒体网关；信令网
VoIP（Voice Over Internet Protocol）又称IP电话或网络电话，是目前Internet应用领域的热点。IP 电话利用因特网实时传送数字语音信号，实现长途或市内通话的一种先进的通信方式。VoIP 技术已是一项日臻成熟的技术，但从技术发展趋势看，VoIP电话技术的发展趋势是将网关设备的控制部分和媒体处理部分分离，也就是说，未来的VoIP 技术将是软交换控制下的VoIP 技术。
随着软交换网络逐步走向实际应用，基于软交换的VoIP成为NGN提供业务的最大亮点。与目前的VoIP不同，基于软交换的VoIP不仅能提供基本语音业务，还能提供其所不能提供的新型增值业务。文中提出了一种新的基于软交换控制下的VoIP 模型，对于现有的新的VoIP模型作出了调整。分析了协议互通控制模型对于现有的呼叫模型作出的说明，对新的网络结构下协议互通较现存的基于网关－网守作出了改进。
1 VoIP的工作原理
VoIP的基本原理是通过语音的压缩算法对语音数据编码进行压缩处理，然后把这些语音数据按 TCP/IP 标准进行打包，经过 IP 网络把数据包送至接收地，再把这些语音数据包串起来，经过解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到由互联网传送语音的目的。IP 电话的核心与关键设备是 IP 网关，它把各地区电话区号映射为相应的地区网关 IP 地址。这些信息存放在一个数据库中，数据接续处理软件将完成呼叫处理、数字语音打包、路由管理等功能。在用户拨打长途电话时，网关根据电话区号数据库资料，确定相应网关的 IP 地址，并将此 IP 地址加入 IP 数据包中，同时选择最佳路由，以减少传输延时，在铁路中通过数据网传输达到通信的业务。
2 当前VoIP 体系
VoIP组网技术主要有两大标准，遵循H.323标准、遵循SIP（Session Initiation Protocol）协议。这二者是完全平行的。SIP是由IETF制定的面向Internet会议和电话的信令协议。具有简单、扩展性好以及和现有的Internet应用紧密结合的特点，适于开发新型的、与互联网结合的语音应用。但SIP协议是一个正在发展和研究中的协议，目前大多数应用尚处于原型阶段。该协议单独应用的范围较窄，一般需与其他协议协同使用，只是作为完整解决方案的一小部分。相比而言，H.323则是由ITU-T提出的，采用了ISDN的设计思想，Q.931协议完成呼叫的建立和释放，具有电信网可管理性和集中的特征，发展比较成熟，应用也比较广泛。
目前，VoIP 网络的总体框架是基于网关－网守（GW－GK）结构的H.323 方案，主要由IP 电话网关，IP（承载）网，IP电话网管理层面以及电路交换网接入部分组成，如图 1所示。
图1 基于网关－网守（GW-GK）结构的H.323方案
IP承载网络：用于传送IP 电话的承载网，它可以是公网，也可以是专网。
IP 电话网关：其主要功能是完成对来自PSTN的语音业务流的编解码功能，并将压缩码后的语音业务流打成包，通过 IP承载网传给目的网关。它跨接在电路交换网和IP 网络之间，负责电路交换到分组交换的转换以及分组交换到电路交换的转换，即网关相当于协议转换器 和数据格式转换器。
IP 电话网络的管理层面：主要由网守和用户数据库、结算系统组成，负责用户的接入认证、地址解析、计费和结算等工作。
传统电路交换网的接入部分：包括电话网、ISDN和数字移动通信网，它们构成了IP 电话的主要接入部分。
3 软交换
软交换技术是以分组交换技术为基础，继承了SPC 网络集中控制的架构和可靠的信令技术，采用分层的网络架构，实现了呼叫控制和承载的分离。通过软交换设备实现基本呼叫控制功能，通过独立的媒体网关实现语音、数据和视频流的承载，通过第三方的标准接口与业务应用层相连接，从而实现了呼叫控制与承载相分离、呼叫控制与业务相分离的核心思想。整个网络分为四个层面：业务应用层、控制层、传输层和媒体接人层。软交换位于网络的控制层，提供各种业务的呼叫控制、连接以及部分应用业务。
4 基于软交换的VoIP 体系结构
目前比较普遍的看法认为Softswitch将是NGN的核心技术，在现有网络的演进和多种网络的融合过程中将发挥重要作用。
基于Softs研tch网络是一种分层结构，分为物理层、边缘层、核心层、控制层、业务层等五层（处于网络的最底层的物理层在图中没有画出），其余四层都是承载在物理层上的完成各种功能的设备。就功能而言，Softs丽tc蝴理层和核心层的实现并不关心。也就是说，无论网络采用何种物理介质建构，采取何种制式传输，都对softswitch的功能没有影响。
5 基于软交换的VoIP协议互通
目前的VoIP 是以基于H.323 协议的电信级IP 电话为主，但是由于H.323 协议复杂，并将控制和承载功能合为一体，难以保证系统的可靠性和灵活性，很大程度上制约了系统的进一步发展；而基于MGCP（媒体网关控制协议）的IP 电话则弥补了H.323 协议的不足，对VoIP 的进一步发展以及VoIP 网络与其他网络的融合有积极的意义。但是，如果用MGCP 协议代替所有H.323 协议的话，MGCP根本无法实现对中继网的管理。因此，应该结合H.323和MGCP 的优点，扬长避短。首先，利用H.323 协议适合于实现骨干VoIP 语音系统，可以将H.323 协议应用在软交换之间的通信。其次，MGCP 更适合于管理VoIP 的接入设备，体系结构简单，使用灵活，可以将它应用于软交换 设备与媒体网关（MG）之间的通信。
与前面所述的H.323 方案基于网关－网守（GW-GK）的结构相比，这种利用MGCP 协议使得软交换可以很容易地管理媒体网关，利用H.323 协议实现软交换之间呼叫的VoIP 系统很好地解决了前一结构中H.323 协议在网守管理许多媒体网关时，由于要用复杂的协议支持功能简单的媒体网关，进而使得网守支持的呼叫容量受到了很大的限制的问题，并且能够降低维护和管理的费用，为运营取得更多的利润。
6 基于软交换的VoIP体系结构优势分析
与基于H.323协议的VoIP网络相比，基于软交换的VoIP应用网络结构由于采用了分层的网络结构，具有全面的开放性，在综合接入能力、互通兼容能力、业务提供能力、网络管理能力等方面都有明显的优势。
在综合接入方面：软交换网络结构由于网络采用分层模型，各设备功能相对单一。软交换完成协议处理、呼叫控制、资源管理、业务实现等功能，中继/媒体网关在 软交换的控制下完成媒体流转换及相关控制功能。这样，软交换通过控制各种类型的网关设备，实现综合接入。而基于H.323的体系结构还不是一个开放的体系 结构，它可以通过网关设备实现与PSTN的简单语音互通，但在其上增加其他接入方式较困难。
在网络互通兼容方面：基于软交换的VoIP应用网络结构采用分层的开放的网络架构，各层之间以及各设备之间都通过标准的协议通信，只要遵守约定的规则和协 议，不同厂商的设备都可以很容易的接入网络，并实现彼此的互通，从而灵活有效地实现网络的扩展和升级。而H.323是一系列协议的集合，本身比较复杂，各 厂商对其理解又存在着很大差异，导致所制造产品的H.323协议兼容性一直存在问题。
业务提供方面：在基于软交换网络结构中，软交换技术的业务生成独立于网络，新业务通过应用服务器完成。运营商根据自身的实际情况，既可以自己开发、也可以 委托产品制造商第三方开发商灵活定制所需的业务；另外，也可以继续沿用原有的传统智能业务。由于软交换系统提供统一的业务生成平台，业务一旦生成，即为全 网所共享。而采用H.323，其业务生成基本上都是在网关上进行的，某些情况下也需要网守的支持。而网守、网关都是相对封闭的实体，由于不同制造商的业务 提供方式不尽相同，加之采用内部协议而未提供标准的开放接口，这样不仅使得运营商各自提供业务的能力有限，更导致了全网的新业务统一变得相当困难。
在网络管理方面：H.323采用基于SNMP的网络管理，无实时性，对人工干预的依赖性较大，难以对大型网络作出有效、及时的反应。而在基于软交换网络 中，软交换技术提供COPS协议接口，接受策略服务器的管理和调节，实现基于策略的网络管理功能，进行集中、实时、智能化的策略管理服务，完成了由传统的 静态网管向动态网管的飞跃。同时，软交换也能支持基于SNMP的传统网络管理。
7 软交换在哈佳铁路中的应用
哈佳铁路不新设电话交换机，利用哈尔滨调度所既有软交换VOIP交换中心。在哈尔滨调度所新设软交换LT设备，通过数据网汇聚本工程全线的自动电话业务，并接入VOIP交换中心。
在各中间站、区间信号中继站、区间/站内牵引变电所亭、区间/站内电力所亭、车场信号楼、电务综合维修设施、货运营业办公楼、5T设施、给水所亭（有控制要求的）分别新设软交换NU设备，NU设备通过数据网上传至本工程在哈尔滨调度所新设的软交换LT设备。区间基站不设NU。由新设的NU设备提供自动电话业务。
图2
8 结束语
在VoIP 网络体系结构框架中，网关的产生是为了解决PSTN 和 Internet 的互通，使得两部普通电话可以通过Internet网络直接进行语音通信，但是随着应用范围的不断扩大以及软交换的出现，其网关功能过于集中、设备过于复杂而成为IP电话进一步发展的瓶颈。
为了解决这一问题，借助软交换将业务/控制与传输/接入分离的思想来解决这一瓶颈，设计了基于软交换体系下的VoIP体系结构，以及VoIP协议互通，完成软交换控制的VoIP 技术的实现。
软交换技术的出现一方面造就了网络的融合，另一方面软交换采用了开放式应用程序接口，方便了第三方应用的开发和新业务的引进。随着软交换网络向着组网更加灵活、信息传送更加高效、业务生成更加多样的方向不断发展，我们有理由相信，VoIP也必将在软交换网络中得到成功应用。
参考文献：
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[5] 上海伟功网络通信技术有限公司．软交换应用技术．北京：电子工业出版社，2004：115-32.
论文作者:王强
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第21期
论文发表时间:2019/7/9
标签：软交换论文; 网关论文; 协议论文; 网络论文; 业务论文; 语音论文; 电话论文; 《建筑模拟》2019年第21期论文;