电信业务基础设施:业务驱动的多媒体软交换平台
杨 景 首席科学家,黄小庆 首席技术官(CTO) 2004/01/06
摘要:软交换技术将成为电信业务发展的重要推动力,是一个已经被公认的事实。电信业务的开发和创新已经成为市场经济环境下促进电信发展的重要条件。目前的许多软交换产品仅仅是为具体的应用开发的。为了提供一个电信业务演进、开发和管理的开放环境,建设一个以运营为核心、业务驱动的软交换平台是必不可少的。这个组件化的平台将是下一代的电信业务基础设施,它的规模可以随着业务伸缩,可以对整个业务生命周期进行管理,通过软交换操作系统和消息总线提高整个软交换系统的性能。图1:电信业务的发展需要业务驱动的软交换平台的支持
2. 业务驱动软交换平台的业务管理对象
我们已经看到,软交换技术支持的电信业务能力一直在不断发展,开发新的电信业务已经成为电信运营商市场竞争的重要条件。事实上,业务能力是电信运营商或是电信用户关心的基本问题,而不是实现这种业务的具体的技术和体系结构。选择何种技术和结构,则是电信运营商依据自有的资源做出的选择。因此,业务驱动的软交换平台需要根据实际的情况选取合适的技术和结构实现所需的业务。我们把实现电信业务中涉及的要素称为业务管理对象。软交换平台涉及到以下的六类业务管理对象:会话协议体系、接入/互连控制、业务控制、应用控制、内容控制和网络控制。会话协议体系是任何电信业务的基础。对接入、互联、业务、应用和内容的控制也是建立电信业务所必需的。网络控制涉及到一个新业务和网络全局的关系。除了平台管理业务之外,每个业务管理对象均包含一个可选择/可设计的集合,供业务设计时使用。所有这些业务管理对象的集合,构成了业务驱动软交换平台的控制功能的整体。下图给除了业务驱动软交换平台上的业务管理对象,以及从这些业务管理对象映射的软交换系统实例。
2.1. 会话协议体系
会话协议体系是业务驱动的软交换平台上第一个业务管理对象。首先,业务的会话协议体系是可能具有多种选择的,并可能是多种协议体系同时存在的,是需要与不同体系结构的同类业务互联的。基础的软交换业务,例如电话业务的呼叫处理,是可以通过传统的呼叫处理控制体系结构如ISUP(SIP-T)和H.323(Q.931/H.225.0)和基于H.248的中央呼叫处理,或是开放的SIP体系结构来实现。对于多用户的会议业务,需要H.323或是SIP的支撑。但是对于多用户多媒体的组群业务,在涉及到需要定制呼叫处理过程的会话业务,只有SIP才能支持。业务的另一个方面是不同网络之间的互连性。显然,采用传统协议的软交换体系与传统网络的互连是最简单的,采用SIP协议会带来互联的复杂性问题。因此,为一个业务选择协议体系不是绝对的。开发新业务时不仅要在一个体系结构下产生新的业务能力,还要支持在多种基础协议下进行选择和互联的能力。
2.2. 接入/互连控制
业务能力的第二个重要的业务管理对象是接入/互连控制。我们知道,软交换网络可能通过不同的接入网和终端提供IP核心网的电信业务;需要提供和不同的传统业务网络(如PSTN/IN)和不同协议体系的互连能力。这种接入/互联的能力是由网关提供的。从位置上看,网关分为接入网关和互联网关。从功能上看,网关分成媒体网关和信令网关。从和网关接入/互联的网络上看,种类是十分繁多的。每一类可以具有不同的传输机制如TDM,ATM,ADSL,Ethernet等,可以具有不同的承载机制,如话音、媒体流、实时交互、尽力而为或综合业务等,可以是面向连接的或是非连接的;可以支持不同的业务和不同的信令,如PSTN,GSM和3G的CS和PS等。因此,接入/互连控制需要针对每个具体的连接依照业务的需要为这个业务管理对象进行选择配置。
图2:业务驱动软交换平台的业务管理对象和对业务实例的映射
2.3. 业务控制
业务驱动的软交换平台的第三个重要业务管理对象是业务控制。在面向业务的呼叫处理协议体系下(ISUP, H.323, SIP-T),业务控制是建立在呼叫处理基础之上的,如同传统智能网SCP实现的业务控制功能。在业务无关的会话协议(SIP)体系下,业务相关的呼叫处理功能是建立在业务控制功能之上的,而业务控制是由会话协议支持的。显然,在单业务点到点通信的情况下,两种结构的效果是一样的(如果把会话处理看成是呼叫处理的话)。在多业务多用户的情况下,两者的效果是完全不同的。特别是在传统的协议结构下,端对端的呼叫处理操作和对智能网服务器的业务控制操作信令是不同的;但在SIP协议的结构下,用户之间呼叫处理和对服务器操作都是业务控制,是使用相同的协议体系的。因此,对业务的控制也面临协议体系结构的选择和互联的选择问题。业务驱动的软交换平台要支持业务开发者根据业务自身的特征对业务控制做出选择和配置。
2.4. 应用控制
应用控制是开放应用环境下实现业务能力的重要业务管理对象。这个问题在传统业务的构架下仅仅涉及到智能网的终端鉴权和属于OSS的业务认证、业务的生成、投放、生效和计费。在基于SIP、PARLAY的开放多媒体应用的环境下,由于所有应用服务器和OSS服务器都被等效为开放的应用,并且不存在基于业务逻辑和功能分解的固定结构下的业务管理,对应用的控制因此还应包括对应用服务器组合提供的应用生成、投放和管理的过程。由于应用是用户使用电信业务的最终目标,也是电信运营商实现开发新业务和业务客户化的基础,应用控制的选择、配置和实现应该成为业务驱动的软交换平台的重要的功能。
2.5. 内容控制
在用户之间直接通信的业务中,一般不涉及内容控制。但是在由运营商提供的用户和服务器通信的业务中,内容的选取、变换、过滤和分发是十分重要的功能。内容控制的目标主要包括来自第三方的内容(如网页、文件、软件、游戏、电影等)和运营商对自身服务器(用户信息服务器、业务受理服务器、计费处理服务器、会话控制服务器、业务控制服务器、应用控制服务器、内容控制服务器和网络控制服务器等)和用户端(CPE,IAD,手机、机顶盒,PC等)软件的发放和更新。内容控制主要涉及到对网络上内容存储服务器的资源配置、内容处理服务器的功能配置、内容分发服务器的资源管理、以及分发控制的算法和协议的选择。
2.6. 网络控制
网络控制对象包括了核心网络、接入网络和相关的支持业务的呼叫处理服务器和应用服务器。在业务驱动的原则下,每一个新业务的引入,都会对网络的承载产生影响。首先,网络需要具备新业务对应的承载能力和承载质量;第二,网络需要支持新的业务需要的信令传输、转换、处理能力;第三,新的业务需要新的网络计算能力和存储能力的支持;最后,新业务需要新增的网络容错能力和故障恢复能力。这些能力是通过对承载控制服务器、流量控制服务器和策略控制服务器的配置来实现的。这也是业务驱动的软交换平台的重要功能之一。
业务驱动的软交换平台通过对会话协议体系、接入/互连控制、业务控制、应用控制、内容控制以及对网络的控制提供开发和管理新业务的全面解决方案。电信运营商通过这个平台,可以从最基本的业务开始(例如电话业务)逐渐发展软交换的体系结构、不断开发和引入新的应用和新的业务,推动电信网络和业务的不断发展。
3. 业务驱动软交换平台的基本功能结构
业务驱动软交换平台是建立在IP基础设施之上的自我管理的分布式的开放网络计算环境。是向下一代电信业务演进的重要基础设施。业务驱动软交换平台的结构是组件式的。支持组件之间通信的软交换硬件平台、软交换操作系统和软交换消息总线将这些软硬件组件构成一个业务整体。同时,业务驱动的软交换具备业务开发的支持工具以实现对业务的开发。这个软交换平台同时也具备对自身的管理功能。下图描述了业务驱动软交换平台上的组件和它们的关系。
图3:业务驱动软交换平台上的组件
3.1. 电信业务的实现是对软交换平台组件的组装
理论上一个电信业务的实现对电信业务管理对象的一个操作过程。具体来说,是对业务驱动软交换平台上的组件的组装过程。它包含了对终端和接入网协议的匹配,和其它业务网络的互联定义,对相关业务会话处理的定义,对业务服务器、应用服务器和内容服务器的功能组合(业务创建),对用户状态和使用业务的定义,业务定制和提供的方法以及计费处理的完整的过程。这个过程中涉及到IP基础设施上的各种业务实体,还涉及到和已由网络和业务的互联,以及和第三方的应用互联。业务驱动的软交换平台必须为电信业务的实现提供组件的支持,还要支持电信业务实现的全过程,以及考虑了新的用户通信业务和相关业务的网络流量管理、质量管理的需求。因此,业务驱动的软交换平台为电信运营商提供了一个电信业务开发、投放、运营和管理的有力的工具。
3.2. 业务驱动软交换平台的组件
从结构上看,业务驱动的软交换平台是一个复杂的多域多层组件平台。一个电信业务的实现是对平台上的组件的组装过程。业务驱动的软交换平台上的组件分为用户平面、基础业务平面、接入/互连/移动控制平面、应用平面、内容平面和业务管理平面。用户平面的组件负责维护用户的注册信息、位置信息、状态信息、业务信息和业务使用信息。基础业务平面的组件分为三大类型:电路基础业务、包交换基础业务和多媒体交换基础业务。每个基础业务分成传输层、承载层、媒体层、呼叫处理层和业务层,其中的控制包括了对各层功能的控制协议和层间交互的控制协议。接入/互连/移动控制平面中包含了对各种接入网络的控制、对互联网络的控制和对移动性的控制协议,也分成传输层、承载层、媒体层、呼叫处理层和业务层的控制组件。应用平面的组件分为三种类型,基于传统智能网(IN,
CAMEL)的应用,SIP应用和PARLAY应用。他们逻辑上都是可以和任何一种基础业务互联的,如果可能的话。内容平面的组件,包含存储管理、分发管理、内容处理等不同的类型。业务管理平面的组件负责业务的生成、维护、投放、使用和计费的管理。它的功能分为三个视图,基础业务视图、用户视图和网络视图,分别在不同的角度对业务进行管理。业务的开发和维护是通过平台提供的业务管理能力来实现的。它包括了对业务模块的选取,协议的组装,业务的组装和应用的组装。
依据软交换业务模块的功能划分,业务驱动的软交换平台上的组件分成专用件和通用件。面向连接的业务的通用呼叫处理(GCP)是一个典型的基础业务通用件。它可以支持TUP,ISUP,V5,H.323,SIP-T,MAP以至BICC的呼叫处理过程,具备和HSS的接口、和呼叫处理/业务处理路由服务器的接口、和智能网的接口、和开放应用的SIP、PARLAY接口以及和OSS业务提供和计费的接口,几乎涵盖了所有的电话业务呼叫处理相关的功能。另一个基础业务的通用件是基于SIP会话的IP多媒体业务通用呼叫处理功能(CSCF)。它包含了状态相关和状态无关的边缘转接,中继转接和业务转接Proxy的所有功能,也具备和HSS,位置/路由服务器、智能网和SIP/PARLAY应用服务器以及OSS的业务提供和计费的接口。软交换平台上的业务组件还可以分为运营商内网组件和第三方外网组件。运营商内网组件是电信运营商为自己用户的提供业务的专用组件,它和其他的专用组件一起运行在运营商自己的专网上,不仅可以通过标准的协议互联,还可以通过运营商自己的软交换总线和软交换操作系统紧密互联,提高信息共享能力、处理能力和安全性。外网组件是运行在公网上的第三方组件,类似于Internet
业务提供商(SP)、应用提供商(AP)和内容提供商(CP)提供的业务组件。对这些组件的集成有两种方式,一是仅仅通过标准的协议(例如SIP)与运营商内网组件互联,另外是通过运营商提供的支持开放业务存取(OSA)的业务能力服务器实现互联。
3.3. 软交换操作系统和软交换消息总线
作为一个分布式的计算环境,实际的业务使用过程是平台上多个平面多个层次各个视图动态交互的结果,这些参与交互的功能实体可能不在同一个设备中,或是不在同一个进程中。我们看到,涉及到这种交互的实体中,用户数据、用户状态、业务状态和计费控制需要同步地存储在不同的网络节点中以实现高速的访问和处理。这种交互和数据同步除了通过网络标准协议方式之外,还需要内部的消息方式、访问方式和交易方式来加快处理速度和提高性能,业务驱动的软交换平台为这些功能的交互提供软交换操作系统和软交换消息总线的支持。软交换操作系统为分布在不同网络节点中的软交换功能组件提供共享信息资源、操作资源、网络协议资源、网络通信资源、信令资源和交易资源能力。软交换总线提供分布在不同的网络节点中的软交换功能组件之间快速信令能力。
软交换操作系统和消息总线的功能是通过特定的软交换交易服务器组成的网络实现的。在业务驱动的软交换平台上,每个网络实体都包含了软交换交易服务器的代理。同时,软交换交易服务器是均匀分布在软交换网络上的。这种灵活的结构可以根据软交换业务规模的需要调整软交换操作系统和消息总线的容量和能力。
3.4. 软交换业务的管理
由于电信业务的种类、能力和处理容量都是动态变化的,用于支持软交换电信业务的网络基础设施也是在不断发展的,同时软交换和其他网络的接口也将随着业务的发展不断扩充,软交换平台上的业务、软件和硬件模块的配置和连接也需要进行管理。这种管理首先表现在提供对业务开发能力的支持上。业务驱动软交换平台要提供业务开发工具来协助业务开发者完成对业务的定义,对会话协议体系、接入/互连控制、业务控制、应用控制和内容控制中的对象选取、配置和连接。同时支持从网络角度的资源配置和控制。软交换平台管理的另一个重要任务是根据业务的需要确定平台的信息同步和缓存机制、版本加载、卸载和升级机制、设备和系统容错机制以及系统恢复机制的配置。
业务驱动的软交换平台是一个结构化的开放平台。它包含了大量的用于构建电信的组件,支持对通用组件的引入和对外网组件的引入,在软交换操作系统和消息总线的支持下,电信运营商可以通过软交换业务管理工具方便地开发新的电信业务和对自身进行管理。因此,业务驱动的软交换平台是实现电信网络和业务从传统的面向业务静态结构向下一代建造在IP基础设施上的、多业务、多接入、多媒体的网络顺利演进的重要的业务基础设施。
4. 小结
作为建立在IP基础设施上实现电信业务的基础技术,软交换技术正在不断推动电信业务的发展。软交换技术的应用也已经从在电信网络中局部的应用、对传统业务的替代,发展到对新业务的开发。将软交换作为提供特定业务或是特定应用的产品只是软交换技术发展过程中的一个阶段,作为在激烈的电信业务是厂商竞争的电信运营商,需要的是能够不断开发新业务、不断扩充业务能力和业务容量的可管理的电信业务系统。业务驱动的软交换平台是实现这个任务的重要基础。我们提出的业务驱动的软交换平台面向对电信业务整个生命周期和发展环境中的业务管理对象,采用组件化结构,通过软交换操作系统和消息总线对软交换业务的开发提供支持。在软交换业务开发和管理工具的支持下,新的电信业务,包括自身的会话协议结构、接入/互连控制、业务控制、应用控制、内容控制和相应的网络控制功能都可以在这个平台上得到实现。我们依照业务驱动软交换平台的结构开发的mSwitch产品,从采用软交换技术支持无线市话业务开始,推动电信业务的发展,支持宽带接入的话吧/网吧业务,支持虚拟组群业务、媒体流业务,以及大量的增值业务和综合业务。同时,通过基础业务的配置,mSwitch可以支持H.248/MGCP,H.323特别是SIP与业务无关的呼叫处理协议体系,支持支持多种无线/有线/窄带/宽带的接入模式。我们可以得出结论,业务驱动的软交换平台将是在IP基础设施之上实现向下一代电信业务演进的重要电信业务基础设施。
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