摘 要:提出一种适用于软交换特点的呼叫模型,该呼叫模型的设计借鉴并改进成熟的智能网呼叫模型,增强媒体控制能力,实现呼叫控制与媒体承载、业务逻辑与呼叫控制的分离。支持对多协议的接入,同时满足开放式业务的需求,具有较好的灵活性和扩展性。
关键词:软交换;智能网;呼叫模型;连接视图;MEGACO/H248;SIP;业务
1 前言
以软交换(Softswitch)技术为核心的下一代网络(NGN:next generation network)是现在通信网络的研究焦点之一。软交换技术的基本思想是建立开放、分层的体系结构,实现业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离。软交换是软交换体系中的控制核心,其核心功能是提供实时的呼叫控制和连接控制的能力,因此建立一个恰当的呼叫模型在软交换设计中具有十分重要的地位。因为它不仅要完成对呼叫的控制以及媒体连接的管理,而且需要为业务层提供对底层平台的能力抽象,直接决定了上层业务的种类与数量。针对软交换的呼叫控制与业务开发特点,建立一个合适的呼叫模型是软交换设计中的关键。
2 软交换对呼叫模型的要求
根据软交换体系设计的基本要求,对软交换呼叫模型的设计提出下列要求:
(1)网络的融合互通需求 软交换要实现多种异构网络的接入,支持多种不同的网络协议。显然对每种网络协议建立独立的呼叫控制,不但过于复杂,而且不便于互通。因此需要对网络协议特征进行抽象,在网络资源层之上建立通用的呼叫控制模型,对各种协议统一处理,在集中控制层面实现网络互通。具体的协议上,软交换要支持H.248/MEGACO、MGCP、H.323、SIP、ISUP、PRI、SIP-T/SIP-I等协议信令之间的无缝互通。
(2)承载连接控制 软交换实现了呼叫控制与承载的分离,其承载通路的管理也较单纯的电路交换方式复杂。软交换中的基本承载媒体有两种:基于TDM的64 kbit/s电路链路通道和基于IP的RTP实时媒体流。软交换要支持IP和TDM两者媒体流的转换与互通,呼叫对承载媒体的选择以及承载方式的选择,如媒体流的IP中继方式、端到端方式的选择等。因此呼叫模型的设计要加入独立的媒体承载管理模块,完成媒体资源、媒体链路的管理,保证某些业务对服务质量(QoS)的需求。
(3)业务能力的支持 软交换设计应体现业务驱动的思想和理念,上层业务与底层的异构网络无关,提供了开放灵活的业务提供体系;另一方面要实现与现有业务网络如智能网等的互通,继承己有成熟的通信业务。在软交换内部要实现传统交换机的所有业务,同时要提供对数据业务、多方、多媒体业务能力的支持,以及对业务冲突的检测等。开放式业务体系采用基于API的下一网络业务提供方式,现在较成熟的有Parlay、JAIN等API。呼叫模型的设计要方便与Parlay等呼叫控制业务接口之间的映射,同时支持智能网INAP协议接口。
3 软交换呼叫模型的设计
从功能上看,软交换完成类似于智能网SSP(service switching point)交换机的功能。在呼叫控制逻辑上两者没有本质的差别,软交换呼叫模型的设计可以借鉴智能网的呼叫控制模型。但传统智能网是按照电路交换设计的, 其呼叫状态模型控制功能过于集中, 它所描述的呼叫建立和承载建立的过程是统一的。所以需要对其呼叫模型进行改进,增加媒体连接控制模块,实现呼叫控制与承载连接过程的分离,与媒体网关控制协议H248或MGCP等协同完成整个呼叫流程的接续。智能网SSP在业务提供上,受到INAP协议的限制,业务局限且封闭,软交换呼叫模型抽象底层业务提供能力,实现开放业务接口,增加INAP与Parlay的业务能力接口适配,灵活支持不同的业务提供方式。
基于以上分析,将软交换功能分成三个层,即协议接入层、控制层和业务层。软交换呼叫模型的基本结构设计如图1所示。
3.1 呼叫控制和媒体连接控制
智能网能力集CS2定义了较完备的多方呼叫控制模型以及业务开发模式。智能网呼叫模型具有较好的呼叫控制以及业务能力接口,但智能网协议并没有定义对底层媒体连接的控制功能。H.248/MEGACO与MGCP也提出了一套针对媒体的连接管理模型。因此可以考虑将智能网呼叫模型作为基本呼叫模型,利用H.248(MCGP)连接模型完成对媒体资源与连接的管理行为。媒体连接控制模块不直接处理信令,而是在呼叫过程中接受来自呼叫控制模块和协议适配层的请求,完成媒体信息的交互与连接的操作;或在媒体资源状态改变后,通知协议和呼叫模块所发生的改变。
3.1.1 呼叫控制功能
类似于智能网SSP交换机,基本呼叫控制模块只完成基本的呼叫处理,更复杂的业务控制流程,在基本呼叫模块中产生业务触发,由业务层实现复杂的业务逻辑。基本呼叫模型采用CS2描述的SSF/CCF(service switching function/call control function)控制模型,结构如图2所示。
该模型的设计思想是对底层网络进行抽象,将具体的呼叫抽象为连接形式,对下层协议采用统一的消息接口,因此该模型独立于具体的协议,不受限于特定的媒体连接类型。具体模块的功能简介如下:
(1)呼叫控制功能(CCF) 包括基本的呼叫处理功能以及为支持IN呼叫的附加功能。CCF功能的实现可以用一个呼叫状态迁移图来描述,即基本呼叫状态模型BCSM(basic call state model)。BCSM描述了CCF为建立和维持用户的通信通路所要求的一组基本呼叫和连接动作,并描述了这些动作的触发与条件迁移过程。一个BCSM成分由四个要素组成:呼叫点PIC(point in call)、检出点DP(detection point)、转移过程(transition)和事件(events)。BCSM接收到的控制事件消息,根据当前呼叫状态PIC,决定需要上报给SSF的DP点以及下一步的跳转动作。DP点也称为业务检出点,代表了与上层业务控制的交互接口,SSF根据上报的DP判断可能触发的业务类型,决定呼叫继续或者挂起呼叫,等待上层业务控制指令。因此,它在传统有限状态机的基础上,又具有了描述与上层业务交互接口的能力。
BCSM由发端BCSM和终端BCSM组成,对于一个呼叫分别建立发端与收端的半侧呼叫模型。这样更方便DP业务检出点的设置以及对发端用户与收端用户的单独控制,例如对呼叫等待等被叫触发型业务的控制。
(2)业务交换功能(SSF) 在CS2中提出了连接视图CVS(connection view state)的概念,CVS 包括4 种连接视图对象:呼叫段关联CSA(call segment association)、呼叫段CS(call segment)、连接点CP(connection point)、连接腿LEG(connection leg)。LEG是对会话中一个呼叫支路的抽象,一个CS可以管理多个LEG,表示各个LEG的连接关系,CSA用来关联一次会话中的CS,同样可以包含多个CS,如多方呼叫或呼叫等待业务。CSA是SSF中的一个子状态机,协同BCSM管理一次会话,共同完成呼叫处理和连接控制功能。CSA具有DP触发功能,接受BCSM上报的DP事件,完成对静态配置的业务DP的触发,以及业务逻辑过程中业务层所动态配置的事件DP的触发。智能网CS2定义24个左右的DP,对呼叫阶段的划分比较完备,软交换呼叫模型可以直接继承过来。
在连接视图概念中把一个完整的呼叫过程分为两个半侧呼叫过程,即主叫侧与被叫侧。区分的主要目的是将源端与目的端对呼叫控制权的分离,O-BCSM与T-BCSM分别对应于主叫侧与被叫侧。图3是一个基本的三方通话的连接视图。
连接视图的设计可以使SSF/CCF向SCF呈现当前的半侧呼叫,SCF可根据发端或终端的半侧呼叫模型,观察在一个给定的SSF/CCF中目前的呼叫连接状态,CS-CV表示从SCF层所看到的底层CS的映象?穴view?雪。这种可视性使在SCF业务逻辑范围内去确定控制LEG的连接状态。SCF业务逻辑对呼叫过程的控制主要是通过DP事件机制以及对逻辑实体LEG、CS与CSA的操作来实现,具体消息可以参照智能网SSF与SCF之间消息的定义。
呼叫控制中要涉及媒体连接以及放提示音、通话间收号等,这些媒体相关功能可以通过SRF(specialized resource function)实现。SRF提供了呼叫控制与媒体连接控制的接口功能。基本呼叫控制不需关心具体的媒体类型及连接过程,通过SRF模块与媒体连接控制模块通信,完成媒体控制需求,如放音、收号、媒体连接建立、修改与释放等。
3.1.2 媒体连接控制功能
网络融合的需求也导致媒体处理上的复杂性,媒体控制类协议的提出正是为减少软交换设计上的复杂性。现在比较成熟的是MGCP和MEGACO/H.248,主要思想是强调控制的集中和与底层承载的分离,建立一个独立于传输的连接模型。软交换通过MGCP和MEGACO/H.248协议控制媒体网关完成媒体连接控制。MGCP和MEGACO/H.248的连接模型比较相似,下边以MEGACO/H.248为例说明呼叫模型中媒体连接控制的实现。
MEGACO/H.248协议提出了一个多方的连接模型,如图4所示。
协议的连接模型由上下文(context)和端点(termination)组成。端点指媒体网关发送或接收的媒体流。各个模拟用户端口、数字用户端口、中继时隙、甚至RTP端口、多媒体的承载通道都抽象为一个个端点(termination)。上下文描述媒体流之间的连通关系。只有在同一上下文的端点之间才可通信。上下文描述的不是一个连接,而是各个端点之间的关系。而各个端点可以是双向的,也可以是单向的,甚至是隔绝的,这样的拓扑关系可以十分恰当地描述实际媒体连接情况,实现复杂的媒体连接管理。
呼叫模型中媒体协议管理模块完成对MEGACO/H.248协议连接模型的管理功能,该模块根据接收到的外部命令,修改内部拓扑关系,向媒体网关发出标准协议消息,完成特定的媒体操作。呼叫模型设计中实现基本呼叫控制与媒体连接控制的分离,所有的媒体操作命令都应当由基本呼叫控制与协议层发出,同时由于媒体协议管理模块可能也要处理关于MGCP的媒体操作请示,因此,增加连接管理模块,为媒体协议管理模块处理不同媒体协议提供统一的消息接口。
连接管理模块是具体媒体协议与基本呼叫控制的关联模块。对比MEGACO/H.248的连接模型与CS2的连接视图,可以看出Termination与LEG,Context与CS具有一个对应关系,因此,在连接管理中采用全局性Callleg作为它们之间的关联。与基本呼叫控制中的LEG抽象连接不同的是Callleg对应有具体的媒体资源,并保存相应媒体属性,可以作为呼叫中一个全局性唯一的呼叫方标识,与MEGACO/H.248的Termination相对应。连接管理要处理媒体资源的申请、修改和释放,媒体资源属性的交互等。协议适配层如SIP协议适配层收到INVITE消息后,向连接管理发出媒体资源申请,并将SDP媒体属性带过去,连接管理为其创建Callleg,并向媒体协议管理模块发出资源申请请求消息。成功后,连接管理将新创建的LEGID以及资源信息返回协议适配层。其后,也可以通过发媒体属性修改指示通知连接管理Callleg修改媒体属性。这样可以完成发端与收端的媒体属性交互。对于IP连接,如SIP、H.248等可以采用SDP的方式来描述媒体资源属性。
连接管理与基本呼叫控制之间的消息主要是连接控制,以及放音、收号等操作。连接管理将媒体连接分为基本双方连接与多方连接,方便基本呼叫以及会议的操作控制。连接管理要支持基本的TDM和IP呼叫的多种连接方式,当基本收到连接请示时,由连接管理对连接方式的灵活选择,是否采用IP中继、IP端到端的连接方式等,发出相应的媒体协议连接消息。如收到基本呼叫的connect消息,判断是采用IP中继方式时,则要向媒体协议发起IP中继端点的申请,建立起双向的IP中继通道;如果判断是IP端到端方式时,只需要连接管理内部实现收端和发端媒体属性的交换,而不需再与媒体协议模块进行交互。
3.2 接入协议分析
现有网络包含传统PSTN电话网、ISDN网智能业务网,以及基于H.323与SIP的VOIP电话网。呼叫模型对不同网络协议提供了统一的呼叫控制,与下层协议之间采用了统一的消息接口,下层协议与之配合完成整个呼叫流程。接口消息需求提供一个较为完备的控制消息集。从功能上看,协议层完成类似于CCAF(call control agent function)的功能。因此与基本呼叫控制接口消息可以借鉴Q.931协议消息。Q.931协议提供丰富的语音以及数据业务控制信息,需要时可根据具体的协议消息再进行扩展。底层呼叫协议适配层如SIP、ISUP、H323等只保存基本的呼叫状态,将收到的协议消息向接口消息进行适配,交由控制层统一处理。媒体资源则由连接管理模块来集中调度管理。
3.3 业务接口需求
软交换业务通过灵活可配置的DP业务触发方式,将复杂的业务逻辑实现放在业务生成模块中。呼叫连接视图提供了上层业务逻辑对底层呼叫控制的一个实现途径。软交换内部的业务可以直接通过业务接口消息实现。这些业务包括基本的通话业务和补充业务。对于外部业务提供存在两种方式,即智能网业务提供方式与基于API的业务提供方式。
智能网业务提供方式,一种是直接通过智能网SCP提供业务,使用INAP协议通过信令网关实现软交换对智能网SCP的访问;另一种是将SCP改造成IPSCP,IPSCP使用INAP经由SCTP传输的方式,直接为软交换提供业务。这两种方法都需要在业务接口上叠加INAP协议,使接口消息转化为标准INAP协议消息。由于采用智能网的呼叫模型,此种方式的业务实现比较容易,成熟的智能网业务实现方式可以应用到软交换的业务实现中。可以支持智能网CS2所规定的所有业务。
基于API的应用服务器业务方式,如Parlay方式。现在有几种较为统一的看法:一种是通过Parlay Gateway访问应用服务器模式,Parlay Gateway实现INAP、CAP等信令与API之间映射,此时软交换业务层可以直接使用INAP信令通过Parlay Gateway网关实现对应用服务器的访问。另外一种是在软交换上提供Parlay API,直接访问应用服务器。对于此种方式,呼叫模型要实现在业务接口与Parlay API的映射,软交换连接视图与Parlay的呼叫控制的对应。
4 结束语
呼叫模型的设计是软交换设计的核心部分,本文的呼叫模型设计参考了智能网呼叫控制理论,借鉴其成熟的连接视图与半侧呼叫模型,改进其在软交换应用中对媒体承载控制的缺陷,提供开放的业务接口,方便智能网业务与基于开放式API方式业务的开发。整个呼叫模型的设计满足软交换系统的需求。
参考文献
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