摘 要:提出一種適用于軟交換特點(diǎn)的呼叫模型,該呼叫模型的設(shè)計(jì)借鑒并改進(jìn)成熟的智能網(wǎng)呼叫模型,增強(qiáng)媒體控制能力,實(shí)現(xiàn)呼叫控制與媒體承載、業(yè)務(wù)邏輯與呼叫控制的分離。支持對(duì)多協(xié)議的接入,同時(shí)滿足開放式業(yè)務(wù)的需求,具有較好的靈活性和擴(kuò)展性。
關(guān)鍵詞:軟交換;智能網(wǎng);呼叫模型;連接視圖;MEGACO/H248;SIP;業(yè)務(wù)
1 前言
以軟交換(Softswitch)技術(shù)為核心的下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN:next generation network)是現(xiàn)在通信網(wǎng)絡(luò)的研究焦點(diǎn)之一。軟交換技術(shù)的基本思想是建立開放、分層的體系結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與呼叫控制分離、呼叫控制與承載分離。軟交換是軟交換體系中的控制核心,其核心功能是提供實(shí)時(shí)的呼叫控制和連接控制的能力,因此建立一個(gè)恰當(dāng)?shù)暮艚心P驮谲浗粨Q設(shè)計(jì)中具有十分重要的地位。因?yàn)樗粌H要完成對(duì)呼叫的控制以及媒體連接的管理,而且需要為業(yè)務(wù)層提供對(duì)底層平臺(tái)的能力抽象,直接決定了上層業(yè)務(wù)的種類與數(shù)量。針對(duì)軟交換的呼叫控制與業(yè)務(wù)開發(fā)特點(diǎn),建立一個(gè)合適的呼叫模型是軟交換設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。
2 軟交換對(duì)呼叫模型的要求
根據(jù)軟交換體系設(shè)計(jì)的基本要求,對(duì)軟交換呼叫模型的設(shè)計(jì)提出下列要求:
(1)網(wǎng)絡(luò)的融合互通需求 軟交換要實(shí)現(xiàn)多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的接入,支持多種不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。顯然對(duì)每種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議建立獨(dú)立的呼叫控制,不但過于復(fù)雜,而且不便于互通。因此需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議特征進(jìn)行抽象,在網(wǎng)絡(luò)資源層之上建立通用的呼叫控制模型,對(duì)各種協(xié)議統(tǒng)一處理,在集中控制層面實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互通。具體的協(xié)議上,軟交換要支持H.248/MEGACO、MGCP、H.323、SIP、ISUP、PRI、SIP-T/SIP-I等協(xié)議信令之間的無縫互通。
?。?)承載連接控制 軟交換實(shí)現(xiàn)了呼叫控制與承載的分離,其承載通路的管理也較單純的電路交換方式復(fù)雜。軟交換中的基本承載媒體有兩種:基于TDM的64 kbit/s電路鏈路通道和基于IP的RTP實(shí)時(shí)媒體流。軟交換要支持IP和TDM兩者媒體流的轉(zhuǎn)換與互通,呼叫對(duì)承載媒體的選擇以及承載方式的選擇,如媒體流的IP中繼方式、端到端方式的選擇等。因此呼叫模型的設(shè)計(jì)要加入獨(dú)立的媒體承載管理模塊,完成媒體資源、媒體鏈路的管理,保證某些業(yè)務(wù)對(duì)服務(wù)質(zhì)量(QoS)的需求。
?。?)業(yè)務(wù)能力的支持 軟交換設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的思想和理念,上層業(yè)務(wù)與底層的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無關(guān),提供了開放靈活的業(yè)務(wù)提供體系;另一方面要實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)如智能網(wǎng)等的互通,繼承己有成熟的通信業(yè)務(wù)。在軟交換內(nèi)部要實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)交換機(jī)的所有業(yè)務(wù),同時(shí)要提供對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、多方、多媒體業(yè)務(wù)能力的支持,以及對(duì)業(yè)務(wù)沖突的檢測(cè)等。開放式業(yè)務(wù)體系采用基于API的下一網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供方式,現(xiàn)在較成熟的有Parlay、JAIN等API。呼叫模型的設(shè)計(jì)要方便與Parlay等呼叫控制業(yè)務(wù)接口之間的映射,同時(shí)支持智能網(wǎng)INAP協(xié)議接口。
3 軟交換呼叫模型的設(shè)計(jì)
從功能上看,軟交換完成類似于智能網(wǎng)SSP(service switching point)交換機(jī)的功能。在呼叫控制邏輯上兩者沒有本質(zhì)的差別,軟交換呼叫模型的設(shè)計(jì)可以借鑒智能網(wǎng)的呼叫控制模型。但傳統(tǒng)智能網(wǎng)是按照電路交換設(shè)計(jì)的, 其呼叫狀態(tài)模型控制功能過于集中, 它所描述的呼叫建立和承載建立的過程是統(tǒng)一的。所以需要對(duì)其呼叫模型進(jìn)行改進(jìn),增加媒體連接控制模塊,實(shí)現(xiàn)呼叫控制與承載連接過程的分離,與媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議H248或MGCP等協(xié)同完成整個(gè)呼叫流程的接續(xù)。智能網(wǎng)SSP在業(yè)務(wù)提供上,受到INAP協(xié)議的限制,業(yè)務(wù)局限且封閉,軟交換呼叫模型抽象底層業(yè)務(wù)提供能力,實(shí)現(xiàn)開放業(yè)務(wù)接口,增加INAP與Parlay的業(yè)務(wù)能力接口適配,靈活支持不同的業(yè)務(wù)提供方式。
基于以上分析,將軟交換功能分成三個(gè)層,即協(xié)議接入層、控制層和業(yè)務(wù)層。軟交換呼叫模型的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。
3.1 呼叫控制和媒體連接控制
智能網(wǎng)能力集CS2定義了較完備的多方呼叫控制模型以及業(yè)務(wù)開發(fā)模式。智能網(wǎng)呼叫模型具有較好的呼叫控制以及業(yè)務(wù)能力接口,但智能網(wǎng)協(xié)議并沒有定義對(duì)底層媒體連接的控制功能。H.248/MEGACO與MGCP也提出了一套針對(duì)媒體的連接管理模型。因此可以考慮將智能網(wǎng)呼叫模型作為基本呼叫模型,利用H.248(MCGP)連接模型完成對(duì)媒體資源與連接的管理行為。媒體連接控制模塊不直接處理信令,而是在呼叫過程中接受來自呼叫控制模塊和協(xié)議適配層的請(qǐng)求,完成媒體信息的交互與連接的操作;或在媒體資源狀態(tài)改變后,通知協(xié)議和呼叫模塊所發(fā)生的改變。
3.1.1 呼叫控制功能
類似于智能網(wǎng)SSP交換機(jī),基本呼叫控制模塊只完成基本的呼叫處理,更復(fù)雜的業(yè)務(wù)控制流程,在基本呼叫模塊中產(chǎn)生業(yè)務(wù)觸發(fā),由業(yè)務(wù)層實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯。基本呼叫模型采用CS2描述的SSF/CCF(service switching function/call control function)控制模型,結(jié)構(gòu)如圖2所示。
該模型的設(shè)計(jì)思想是對(duì)底層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抽象,將具體的呼叫抽象為連接形式,對(duì)下層協(xié)議采用統(tǒng)一的消息接口,因此該模型獨(dú)立于具體的協(xié)議,不受限于特定的媒體連接類型。具體模塊的功能簡(jiǎn)介如下:
?。?)呼叫控制功能(CCF) 包括基本的呼叫處理功能以及為支持IN呼叫的附加功能。CCF功能的實(shí)現(xiàn)可以用一個(gè)呼叫狀態(tài)遷移圖來描述,即基本呼叫狀態(tài)模型BCSM(basic call state model)。BCSM描述了CCF為建立和維持用戶的通信通路所要求的一組基本呼叫和連接動(dòng)作,并描述了這些動(dòng)作的觸發(fā)與條件遷移過程。一個(gè)BCSM成分由四個(gè)要素組成:呼叫點(diǎn)PIC(point in call)、檢出點(diǎn)DP(detection point)、轉(zhuǎn)移過程(transition)和事件(events)。BCSM接收到的控制事件消息,根據(jù)當(dāng)前呼叫狀態(tài)PIC,決定需要上報(bào)給SSF的DP點(diǎn)以及下一步的跳轉(zhuǎn)動(dòng)作。DP點(diǎn)也稱為業(yè)務(wù)檢出點(diǎn),代表了與上層業(yè)務(wù)控制的交互接口,SSF根據(jù)上報(bào)的DP判斷可能觸發(fā)的業(yè)務(wù)類型,決定呼叫繼續(xù)或者掛起呼叫,等待上層業(yè)務(wù)控制指令。因此,它在傳統(tǒng)有限狀態(tài)機(jī)的基礎(chǔ)上,又具有了描述與上層業(yè)務(wù)交互接口的能力。
BCSM由發(fā)端BCSM和終端BCSM組成,對(duì)于一個(gè)呼叫分別建立發(fā)端與收端的半側(cè)呼叫模型。這樣更方便DP業(yè)務(wù)檢出點(diǎn)的設(shè)置以及對(duì)發(fā)端用戶與收端用戶的單獨(dú)控制,例如對(duì)呼叫等待等被叫觸發(fā)型業(yè)務(wù)的控制。
?。?)業(yè)務(wù)交換功能(SSF) 在CS2中提出了連接視圖CVS(connection view state)的概念,CVS 包括4 種連接視圖對(duì)象:呼叫段關(guān)聯(lián)CSA(call segment association)、呼叫段CS(call segment)、連接點(diǎn)CP(connection point)、連接腿LEG(connection leg)。LEG是對(duì)會(huì)話中一個(gè)呼叫支路的抽象,一個(gè)CS可以管理多個(gè)LEG,表示各個(gè)LEG的連接關(guān)系,CSA用來關(guān)聯(lián)一次會(huì)話中的CS,同樣可以包含多個(gè)CS,如多方呼叫或呼叫等待業(yè)務(wù)。CSA是SSF中的一個(gè)子狀態(tài)機(jī),協(xié)同BCSM管理一次會(huì)話,共同完成呼叫處理和連接控制功能。CSA具有DP觸發(fā)功能,接受BCSM上報(bào)的DP事件,完成對(duì)靜態(tài)配置的業(yè)務(wù)DP的觸發(fā),以及業(yè)務(wù)邏輯過程中業(yè)務(wù)層所動(dòng)態(tài)配置的事件DP的觸發(fā)。智能網(wǎng)CS2定義24個(gè)左右的DP,對(duì)呼叫階段的劃分比較完備,軟交換呼叫模型可以直接繼承過來。
在連接視圖概念中把一個(gè)完整的呼叫過程分為兩個(gè)半側(cè)呼叫過程,即主叫側(cè)與被叫側(cè)。區(qū)分的主要目的是將源端與目的端對(duì)呼叫控制權(quán)的分離,O-BCSM與T-BCSM分別對(duì)應(yīng)于主叫側(cè)與被叫側(cè)。圖3是一個(gè)基本的三方通話的連接視圖。
連接視圖的設(shè)計(jì)可以使SSF/CCF向SCF呈現(xiàn)當(dāng)前的半側(cè)呼叫,SCF可根據(jù)發(fā)端或終端的半側(cè)呼叫模型,觀察在一個(gè)給定的SSF/CCF中目前的呼叫連接狀態(tài),CS-CV表示從SCF層所看到的底層CS的映象?穴view?雪。這種可視性使在SCF業(yè)務(wù)邏輯范圍內(nèi)去確定控制LEG的連接狀態(tài)。SCF業(yè)務(wù)邏輯對(duì)呼叫過程的控制主要是通過DP事件機(jī)制以及對(duì)邏輯實(shí)體LEG、CS與CSA的操作來實(shí)現(xiàn),具體消息可以參照智能網(wǎng)SSF與SCF之間消息的定義。
呼叫控制中要涉及媒體連接以及放提示音、通話間收號(hào)等,這些媒體相關(guān)功能可以通過SRF(specialized resource function)實(shí)現(xiàn)。SRF提供了呼叫控制與媒體連接控制的接口功能?;竞艚锌刂撇恍桕P(guān)心具體的媒體類型及連接過程,通過SRF模塊與媒體連接控制模塊通信,完成媒體控制需求,如放音、收號(hào)、媒體連接建立、修改與釋放等。
3.1.2 媒體連接控制功能
網(wǎng)絡(luò)融合的需求也導(dǎo)致媒體處理上的復(fù)雜性,媒體控制類協(xié)議的提出正是為減少軟交換設(shè)計(jì)上的復(fù)雜性?,F(xiàn)在比較成熟的是MGCP和MEGACO/H.248,主要思想是強(qiáng)調(diào)控制的集中和與底層承載的分離,建立一個(gè)獨(dú)立于傳輸?shù)倪B接模型。軟交換通過MGCP和MEGACO/H.248協(xié)議控制媒體網(wǎng)關(guān)完成媒體連接控制。MGCP和MEGACO/H.248的連接模型比較相似,下邊以MEGACO/H.248為例說明呼叫模型中媒體連接控制的實(shí)現(xiàn)。
?。停牛牵粒茫希龋?48協(xié)議提出了一個(gè)多方的連接模型,如圖4所示。
協(xié)議的連接模型由上下文(context)和端點(diǎn)(termination)組成。端點(diǎn)指媒體網(wǎng)關(guān)發(fā)送或接收的媒體流。各個(gè)模擬用戶端口、數(shù)字用戶端口、中繼時(shí)隙、甚至RTP端口、多媒體的承載通道都抽象為一個(gè)個(gè)端點(diǎn)(termination)。上下文描述媒體流之間的連通關(guān)系。只有在同一上下文的端點(diǎn)之間才可通信。上下文描述的不是一個(gè)連接,而是各個(gè)端點(diǎn)之間的關(guān)系。而各個(gè)端點(diǎn)可以是雙向的,也可以是單向的,甚至是隔絕的,這樣的拓?fù)潢P(guān)系可以十分恰當(dāng)?shù)孛枋鰧?shí)際媒體連接情況,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的媒體連接管理。
呼叫模型中媒體協(xié)議管理模塊完成對(duì)MEGACO/H.248協(xié)議連接模型的管理功能,該模塊根據(jù)接收到的外部命令,修改內(nèi)部拓?fù)潢P(guān)系,向媒體網(wǎng)關(guān)發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議消息,完成特定的媒體操作。呼叫模型設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)基本呼叫控制與媒體連接控制的分離,所有的媒體操作命令都應(yīng)當(dāng)由基本呼叫控制與協(xié)議層發(fā)出,同時(shí)由于媒體協(xié)議管理模塊可能也要處理關(guān)于MGCP的媒體操作請(qǐng)示,因此,增加連接管理模塊,為媒體協(xié)議管理模塊處理不同媒體協(xié)議提供統(tǒng)一的消息接口。
連接管理模塊是具體媒體協(xié)議與基本呼叫控制的關(guān)聯(lián)模塊。對(duì)比MEGACO/H.248的連接模型與CS2的連接視圖,可以看出Termination與LEG,Context與CS具有一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系,因此,在連接管理中采用全局性Callleg作為它們之間的關(guān)聯(lián)。與基本呼叫控制中的LEG抽象連接不同的是Callleg對(duì)應(yīng)有具體的媒體資源,并保存相應(yīng)媒體屬性,可以作為呼叫中一個(gè)全局性唯一的呼叫方標(biāo)識(shí),與MEGACO/H.248的Termination相對(duì)應(yīng)。連接管理要處理媒體資源的申請(qǐng)、修改和釋放,媒體資源屬性的交互等。協(xié)議適配層如SIP協(xié)議適配層收到INVITE消息后,向連接管理發(fā)出媒體資源申請(qǐng),并將SDP媒體屬性帶過去,連接管理為其創(chuàng)建Callleg,并向媒體協(xié)議管理模塊發(fā)出資源申請(qǐng)請(qǐng)求消息。成功后,連接管理將新創(chuàng)建的LEGID以及資源信息返回協(xié)議適配層。其后,也可以通過發(fā)媒體屬性修改指示通知連接管理Callleg修改媒體屬性。這樣可以完成發(fā)端與收端的媒體屬性交互。對(duì)于IP連接,如SIP、H.248等可以采用SDP的方式來描述媒體資源屬性。
連接管理與基本呼叫控制之間的消息主要是連接控制,以及放音、收號(hào)等操作。連接管理將媒體連接分為基本雙方連接與多方連接,方便基本呼叫以及會(huì)議的操作控制。連接管理要支持基本的TDM和IP呼叫的多種連接方式,當(dāng)基本收到連接請(qǐng)示時(shí),由連接管理對(duì)連接方式的靈活選擇,是否采用IP中繼、IP端到端的連接方式等,發(fā)出相應(yīng)的媒體協(xié)議連接消息。如收到基本呼叫的connect消息,判斷是采用IP中繼方式時(shí),則要向媒體協(xié)議發(fā)起IP中繼端點(diǎn)的申請(qǐng),建立起雙向的IP中繼通道;如果判斷是IP端到端方式時(shí),只需要連接管理內(nèi)部實(shí)現(xiàn)收端和發(fā)端媒體屬性的交換,而不需再與媒體協(xié)議模塊進(jìn)行交互。
3.2 接入?yún)f(xié)議分析
現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)包含傳統(tǒng)PSTN電話網(wǎng)、ISDN網(wǎng)智能業(yè)務(wù)網(wǎng),以及基于H.323與SIP的VOIP電話網(wǎng)。呼叫模型對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供了統(tǒng)一的呼叫控制,與下層協(xié)議之間采用了統(tǒng)一的消息接口,下層協(xié)議與之配合完成整個(gè)呼叫流程。接口消息需求提供一個(gè)較為完備的控制消息集。從功能上看,協(xié)議層完成類似于CCAF(call control agent function)的功能。因此與基本呼叫控制接口消息可以借鑒Q.931協(xié)議消息。Q.931協(xié)議提供豐富的語音以及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)控制信息,需要時(shí)可根據(jù)具體的協(xié)議消息再進(jìn)行擴(kuò)展。底層呼叫協(xié)議適配層如SIP、ISUP、H323等只保存基本的呼叫狀態(tài),將收到的協(xié)議消息向接口消息進(jìn)行適配,交由控制層統(tǒng)一處理。媒體資源則由連接管理模塊來集中調(diào)度管理。
3.3 業(yè)務(wù)接口需求
軟交換業(yè)務(wù)通過靈活可配置的DP業(yè)務(wù)觸發(fā)方式,將復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)放在業(yè)務(wù)生成模塊中。呼叫連接視圖提供了上層業(yè)務(wù)邏輯對(duì)底層呼叫控制的一個(gè)實(shí)現(xiàn)途徑。軟交換內(nèi)部的業(yè)務(wù)可以直接通過業(yè)務(wù)接口消息實(shí)現(xiàn)。這些業(yè)務(wù)包括基本的通話業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)。對(duì)于外部業(yè)務(wù)提供存在兩種方式,即智能網(wǎng)業(yè)務(wù)提供方式與基于API的業(yè)務(wù)提供方式。
智能網(wǎng)業(yè)務(wù)提供方式,一種是直接通過智能網(wǎng)SCP提供業(yè)務(wù),使用INAP協(xié)議通過信令網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)軟交換對(duì)智能網(wǎng)SCP的訪問;另一種是將SCP改造成IPSCP,IPSCP使用INAP經(jīng)由SCTP傳輸?shù)姆绞?,直接為軟交換提供業(yè)務(wù)。這兩種方法都需要在業(yè)務(wù)接口上疊加INAP協(xié)議,使接口消息轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)INAP協(xié)議消息。由于采用智能網(wǎng)的呼叫模型,此種方式的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)比較容易,成熟的智能網(wǎng)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)方式可以應(yīng)用到軟交換的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)中??梢灾С种悄芫W(wǎng)CS2所規(guī)定的所有業(yè)務(wù)。
基于API的應(yīng)用服務(wù)器業(yè)務(wù)方式,如Parlay方式?,F(xiàn)在有幾種較為統(tǒng)一的看法:一種是通過Parlay Gateway訪問應(yīng)用服務(wù)器模式,Parlay Gateway實(shí)現(xiàn)INAP、CAP等信令與API之間映射,此時(shí)軟交換業(yè)務(wù)層可以直接使用INAP信令通過Parlay Gateway網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用服務(wù)器的訪問。另外一種是在軟交換上提供Parlay API,直接訪問應(yīng)用服務(wù)器。對(duì)于此種方式,呼叫模型要實(shí)現(xiàn)在業(yè)務(wù)接口與Parlay API的映射,軟交換連接視圖與Parlay的呼叫控制的對(duì)應(yīng)。
4 結(jié)束語
呼叫模型的設(shè)計(jì)是軟交換設(shè)計(jì)的核心部分,本文的呼叫模型設(shè)計(jì)參考了智能網(wǎng)呼叫控制理論,借鑒其成熟的連接視圖與半側(cè)呼叫模型,改進(jìn)其在軟交換應(yīng)用中對(duì)媒體承載控制的缺陷,提供開放的業(yè)務(wù)接口,方便智能網(wǎng)業(yè)務(wù)與基于開放式API方式業(yè)務(wù)的開發(fā)。整個(gè)呼叫模型的設(shè)計(jì)滿足軟交換系統(tǒng)的需求。
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