毕业论文

摘 要

NGN是以软交换为核心，提供话音、视频、数据等多媒体综合业务，NGN采用开放、标准体系结构，能够提供丰富业务的下一代网络。

软交换作为NGN的控制功能实体，为NGN提供具有实时性要求的业务呼叫控制和连接控制功能，是NGN呼叫与控制的核心。从狭义上讲，软交换是指软交换机，也可称为呼叫代理、呼叫服务器或媒体网关控制器，它能够提供呼叫控制、媒体控制、业务提供、信令互通等功能。

本课题的研究内容就是软交换中继呼叫服务器CST的软件设计和实现,使其能够把多种不同的网络汇接入IP骨干网络，重点实现传统的PSTN电话网的改造。

本文首先介绍NGN的概念和发展趋势，阐述了软交换技术的相关概念、原理、应用。再引出软交换设备CST的设计理念和设计方法。重点介绍CCF的设计方案和软件实现。 关键词： NGN 软交换 汇接局

ABSTRACT

SoftSwitch is the core of the NGN.which provide the multimedia integration business of video,tone,and data. NGN has opening and standard system construct. and it can provide nextgeneration network whose businesses is abundant.

soft exchange as the control functional entity of NGN, which offers NGN the real-time business call control and connection control function,and it is the core of call and control of NGN. In narrow sense, the soft exchange refers to the soft switch, can also be called call agent, call server or media gateway controllers, it can provide call control, control of the media, business, signaling interchange function. etc.

This topic research content are design and implement of the software of softexchange relaying server CST, which can take many different network into IP backbone network, Key point is to realize the

reform of the traditional PSTN telephone network.

In this paper,the concept and development trended of NGN are introduced at first. expound the soft exchange technology ’ concept, principle and application, Again leading to the design concept and design method of the soft exchange equipment CST,mainly introduce the design method of CCF and realization of software. Keyword: NGN SoftSchange tandemexchange

目录

第一章 绪论 .......................................................................................................... 1

1.1课题研究背景............................................................................................. 1 1.2课题研究意义............................................................................................. 1 1.3研究现状 .................................................................................................... 2 1.4论文的主要内容及工作安排..................................................................... 2 第二章软交换技术原理 .......................................................................................... 3

2.1下一代网络技术NGN简介 ...................................................................... 3

2.1.1 NGN基本特征 ................................................................................ 3 2.1.2 NGN网络架构 ................................................................................ 4 2.2软交换技术简介......................................................................................... 5

2.2.1软交换技术原理 .............................................................................. 5 2.2.2软交换技术功能 .............................................................................. 6 2.2.3软交换技术标准信令协议 .............................................................. 7 2.2.4软交换技术设备 .............................................................................. 9 2.2.5软交换技术与传统固网（PSTN）之间的融合 ........................... 9

第三章软交换系统CST设计 ............................................................................... 11

3.1传统固网改造方案................................................................................... 11 3.2软交换中继服务器设计........................................................................... 12 3.3中继服务器CST系统功能设计 ............................................................. 14 3.4 CST功能模块设计 .................................................................................. 15

3.4.1 CST软硬件构架设计 ................................................................... 15 3.5 CCF模块软件设计 ................................................................................. 17

3.5.1 CCF模块呼叫分段式设计 .......................................................... 18 3.5.2 CCF数据管理 .............................................................................. 22 3.5.3模块FSM状态机设计 ................................................................. 22 3.5.4 CST内部模块间通信方式 ........................................................... 23

结论 ........................................................................................................................ 24 参考文献 ................................................................................................................ 25 致谢 ........................................................................................................................ 26

I

第一章 绪论

1.1课题研究背景

NGN是“下一代网络(Next Generation Network)”或“新一代网络(NewGeneration Network)”的缩写。NGN是基于分组的网络，能够提供电信业务；利用多种宽带能力和QoS保证的传送技术；其业务相关功能与其传送技术相独立。NGN使用户可以自由接到不同业务提供商；NGN支持通用移动性。NGN是以软交换为核心，能够提供话音、视频、数据等多媒体综合业务，采用开放、标准体系结构，能够提供丰富业务的下一代网络。

软交换多业务融合网络具有下一代网络的主要特点。软交换多业务网络采用了分离结构和网关模式，具有很强的灵活性和可扩展性。网络服务体系中的关键单元是网关、网络服务器和网络管理。网关的作用是使分组网络上的用户能够无缝地接入PSTN业务，提供了传统电话业务和IP分组电话业务的互通，并正逐步扩展到多媒体业务和移动业务。另外，软交换建立了多业务创建平台与传送网络的联系，支持新应用的创建、部署和传递。

1.2课题研究意义

NGN已经成为通信网络发展和演进的方向，因此，加强对NGN在业务所涉及的关键技术发展趋势进行研究意义重大。

一方面，对NGN业务涉及的关键技术发展趋势的研究对通信产业的发展有重要的指导意义。对于电信运营商而言，深入了解下一代电信业务所涉及的关键技术发展趋势，可以帮助电信运营商在进行网络规划、建设以及业务推广时，能够从整体上长远地进行综合考虑，尽可能避免出现和技术发展不吻合的被动局面。更重要的是，由于电信网络业务构成将出现根本性的变化，数据业务的飞速发展必然引起业务运营模式的变化，运营商对新技术的跟踪有利于及时确立新的运营模式，并在运营过程中不断认识运营数据网络的规律，建立完善、高效的运营体制。

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同样，对于通信设备制造商而言，能否在对市场进行深度分析的基础上，准确把握技术发展的趋势，是企业能否在激烈的市场竞争中立于不败之地的决定因素。

1.3研究现状

IETF对下一代网络（NGN）的研究集中在IP网络和光网络的融合方面，NGN将具有高带宽、大容量及足够的地址资源等重要特征、目前光网络系统和IP网络的研发都在朝着这一方向努力。目前ITU－T对NGN的定义是“GII的外延”，并建议有关GII／NGN的研究方向包括：

1，第一层和第二层的交换的研究。第一层指光网络基础设施引入光交换，第二层指引入MPIS的交换。 2，IP选路的研究。

3，在网络边缘提供业务平台的研究。 4，核心网络技术与相关协议体系结构的研究。

5，层间控制能力转化的研究。通常控制和管理的区别是有度的，例如交叉连接与交换的区别是用电路颗粒和反应时间来区别的，同样底层的保护倒换和IP层的动态选路之间的差别也有度。因此有必要研究层间功能的变化。

6，网络端到端业务的研究，研究QoS和带宽控制、控制和管理的融合，研究动态选路和保护倒换等。

7，接入网的研究。研究新业务、新技术和新结构在接入网传送分组数据和话音所需要的能力和接入网支持不同QoS业务的能力。另外，智能定位以及与传统网络的互通也将是NGN的研究重点。

1.4论文的主要内容及工作安排

本论文是以NGN与现有PSTN网络的互通基础上的软交换技术为研究方向，主要讨论软交换CLASS 4汇接局应用中的中继呼叫服务器CST的设计与应用，重点介绍CST核心模块呼叫控制处理模块CCF。

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第二章软交换技术原理

2.1下一代网络技术NGN简介

NGN是下一代网络(Next Generation Network)的简称，广义上讲，NGN所涉及的内容广泛，包括网络多个层面最新的关键技术，如接入技术(GPON、WiFi)、传送技术(MSTP、ASON)、承载层技术(如IPv6)、核心控制层技术(软交换、IMS)、应用层技术(OSA)等等。狭义的NGN指的是软交换。

2004年2月，ITU-T SG13会议经过激烈的辩论，给出了NGN的定义：NGN是一个分组网络，它提供包括电信业务在内的多种业务，能够利用多种带宽和具有QoS能力的传送技术，实现业务功能与底层传送技术的分离；它允许用户对不同业务提供商网络的自由接入，并支持通用移动性，实现用户对业务使用的一致性和统一性。 2.1.1 NGN基本特征

ITU-T定义了NGN以下基本特征： 1，分组传送

2，控制功能从承载、呼叫/会话、应用/业务中分离 3，业务提供与网络分离，提供开放接口

4，利用各基本的业务组成模块，提供广泛的业务和应用 5，具有端到端QoS和透明的传输能力 6，通过开放接口与传统网络互通 7，具有通用移动性

8，允许用户自由地接入不同业务提供商

9，支持多样标识体系，并能将其解析为IP地址以用于IP网络路由 10，同一业务具有统一的业务特性 11，融合固定与移动业务

12，业务功能独立于底层传送技术

13，适应所有管理要求，如应急通信、安全性和私密性等要求。

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2.1.2 NGN网络架构

NGN采用开放分布式的分层网络结构，并且层与层之间均采用标准的协议和接口。如图2.1所示：网络分成接入层、媒体传输层、控制层和业务层等。

SCP 数据库 功能服务器 应用服务器 策略服务器 业务层 软交换 软交换 控制层 IP路由器/ATM交换核心分 组网 媒体层 SG MG NAS 各类接入网关 接入层 各类用户终端 SS7 PSTN/ISDNN 图2.1 NGN网络分层模型 1，接入层(Access Layer)：将用户连接至网络，集中用户业务将它们传递至目的地，包括各种接入手段。

2，媒体传输层(Media Transport Layer)：将信息格式转换成为能够在网络上传递的信息格式例如：将话音信号分割成ATM信元或IP包。此外，媒体层可以将信息选路至目的地。

3，控制层(Control Layer)：即软交换，采用独立开放的计算机平台，将呼叫控制从媒体网关中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制和信令互通，使业务提供者可自由结合承载业务与控制协议，提供开放的API接口，从而可使第三方快速、灵活、有效地实现业务提供。

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4，网络业务层(Network Service Layer)：在呼叫建立的基础上提供基本业务和各种附加业务的基础平台。这种网络拓扑结构有以下特点：可以使用基于包的承载传送，是一个开放点的拓扑结构，能同样好地传送话音和数据业务；将网络的承载部分与控制部分相分离，允许它们分别演进，有效地打破了单块集成交换的结构；在各单元之间使用开放的接口，允许运营商为其网络的每一部分购买性价比最好的产品。

2.2软交换技术简介

软交换是NGN的控制功能实体，为NGN提供具有实时性要求的业务呼叫控制和连接控制功能，是NGN呼叫与控制的核心。 软交换的概念最早起源于美国。当时在企业网络环境下，用户采用基于以太网的电话，通过一套基于PC服务器的呼叫控制软件（Call Manager，Call Server），实现PBX功能（IP PBX）。对于这样一套设备，系统不需单独铺设网络，而只通过与局域网共享就可实现管理与维护的统一，综合成本远低于传统PBX。由于企业网环境对设备的可靠性、计费和管理要求不高，主要用于满足通信需求，备门槛低，许多设备商都可提供此类解决方案，因此IP PBX应用获得了巨大成功。业界提出了这样一种思想：将传统的交换设备部件化，分为呼叫控制与媒体处理，二者之间采用标准协议（MGCP/H.248）且主要使用纯软件进行处理，于是，SoftSwitch（软交换）技术应运而生。

2.2.1软交换技术原理

软交换的基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关（传输层）中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制、连接控制（建立/拆除会话）和信令互通从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。软交换主要提供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细记录等功能。

软交换位于网络控制层，通过与媒体层网关的交互，接收处理

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中的呼叫相关信息，指网关完成呼叫。其主要任务是在各点之间建立关系，这些关系可以是简单的呼叫，也可以是一个较为复杂的处理。软交换技术主要用于处理实时业务，如话音业务、视频业务、多媒体业务等，此外还提供一些基本补充业务，与传统交换呼叫控制和基本业务的提供非常类似。软交换网络与传统交换网络的最本质区别在于分离的业务、控制、传输与接入层。它提供了开放、标准的接口用于各层之间的互通以及与第三方网络之间的互连互通。这使得软交换系统不仅可以与传统PSTN/ISDN电信网络互连，而且支持与已有VoIP网络、软交换网络以及与第三方PHS系统之间的互通。图2.2为传统的电路交换网向分组交换网络演进的示意图。

电路交换网 分组交换网 业务/应用层 控制/信令层 交换/接入层 业务/应用层 控制层 信令层 交换接入层 图2.2电路交换网络向分组交换网络的演进

为满足用户对新业务的需求，网络中出现了公共的业务平台，即智能网。智能网的出现，实现了呼叫连接和业务提供的分离。这样，交换机完成呼叫连接，智能网完成业务的提供。 2.2.2软交换技术功能

软交换是一种功能实体，为下一代网络提供具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。简单来看，软交换是实现传统程控交换机的呼叫控制功能的实体，但传统的呼叫控制功能是和业务结合在一起的，不同的业务所需要

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的呼叫控制功能不同，而软交换则是与业务无关的，这要求软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。软交换将为业务的独立和开放提供重要的支持。软交换的主要功能有：

1媒体网关接入功能：该功能可以认为是一种适配功能。它可以连接各种媒体网关，如PSTN/ISDN、IP中继媒体网关、ATM媒体网关、用户媒体网关、无线媒体网关、数据媒体网关等，完成H.248协议功能。它还可以直接与H.323终端和SIP（会话发起协议）客户端终端进行连接，提供相应服务。

2，呼叫控制功能：呼叫控制功能是软交换的重要功能之一。它完成基本呼叫的建立、维持和释放控制功能，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等，可以说是整个网络的灵魂。 3，业务提供功能：于软交换在网络从电路交换向分组网交换演进的过程中起着十分重要的作用，因此软交换应能够提供PSTN/ISDN交换机提供的全部业务，包括基本业务和补充业务；同时还应该可以和现有智能网配合提供现有智能网提供的业务。

4，互连互通功能：目前，H.323和SIP是分组网内两大相互竞争的协议，其中H.323协议为ITU-T制定的标准，SIP协议为IETF制定的标准，两者均可以完成呼叫建立、释放、补充业务、能力交换等功能。

2.2.3软交换技术标准信令协议

NGN具有分层的网络结构，并且层与层之间均采用标准的通信协议和接口。这些协议主要由ITU-T和IETF等国际标准化组织定义。NGN体系中主要涉及的协议有以下几类： 1，呼叫控制协议如SIP、SIP-T和BICC协议等 2，媒体网关控制协议如MGCP和Megaco/H.248协议等 3，业务层协议如SIP、PARLAY协议等 4，基于IP的媒体传送协议如RTP/RTCP等 5，基于IP的PSTN信令传送协议如ISUP等

6，其他类型协议如网络管理协议（SNMP）、资源配置管理协议（COPS）、认证计费鉴权协议（RADIUS）、网络时间同步协议

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（NTP）等，下面简单介绍软交换技术部分相关标准协议。 2.2.3.1呼叫控制协议

SIP（Session Initiation Protocol）由IETF制定，用来建立、修改和终结多媒体会话的应用层协议，有较好的扩展能力。SIP-T（SIP for Telephones）将传统电话网信令（目前仅对ISUP消息）通过\封装\和\翻译\转化为SIP消息，提供了用SIP实现传统PSTN网与SIP网络的互连机制。在NGN中，SIP终端与软交换系统之间、软交换系统与应用服务器之间运行SIP协议；同时SIP（SIP-T）已被软交换接受为通用的接口标准，以实现软交换之间的互连。 2.2.3.2媒体网关控制协议MGCP/MAGACO/H.248

软交换体系结构中涉及三部分：信令网关（SG），媒体网关（MG）和媒体网关控制（MGC）。这个体系结构实现了呼叫控制和承载控制相分离，在这两个分离的单元之间定义了多个协议，其中有两个协议得到了广泛支持。一个是MGCP（Media Gateway Control Protocol），它是一个RFC文档（RFC 2705），但是包括了一个协议的规范内容。MGCP属于应用层控制协议，主要完成MGC对MG的控制，以实现网络中MG之间的连接，并且处理MG与MGC的交互。H.248和MECACO在协议文本上相同，只是在协议消息传输语法上有所区别，H.248采用ASN.1语法格式（ITU-T X.680 1997），MEGACO采用ABNF语法格式（RFC2234）。

MGCP主要从功能的角度定义媒体网关控制器和媒体网关之间的行为，实现比较简单，事件交互的机制也比较简单。但其互通性和支持业务的能力受到限制。H.248/Megaco协议是网关分离概念的产物。网关分离的核心是业务和控制分离，控制和承载分离。这样使业务、控制和承载可独立发展，运营商在充分利用新技术的同时，还可提供丰富多彩的业务，通过不断创新的业务提升网络价值。H.248/Megaco是在MGCP协议（RFC2705定义）的基础上，结合其它媒体网关控制协议特点发展而成的一种协议，它控制媒体的建立、修改和释放机制，同时也可携带某些随路呼叫信令，支持传统网络终端的呼叫。

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2.2.4软交换技术设备

软交换设备位于控制层，主要提供多种业务的连接控制、路由、网络资源管理、计费、认证等功能。软交换设备与各种媒体网关、终端、应用服务器、其他软交换设备间采用标准协议相互通信。软交换系统主要由下列设备组成：

1，软交换控制设备（SoftSwitch Control Device）这是网络中的核心控制设备。它完成呼叫处理控制功能、接入协议适配功能、业务接口提供功能、互连互通功能、应用支持系统功能等。 2，业务平台（Service Platform）完成新业务生成和提供功能，主要包括SCP和应用服务器。

3，信令网关SG（Signaling Gateway）目前主要指七号信令网关设备。传统的七号信令系统是基于电路交换的，所有应用部分都是由MTP承载的，在软交换体系中则需要由IP来承载。通过信令网关完成PSTN网与包交换网七号信令的互通功能。

4，媒体网关MG（Media Gateway）完成媒体流的转换处理功能。按照其所在位置和所处理多媒体网关MSAG（Multimedia ServiceAccess Gateway）、无线网关WAG（Wireless Access Gateway）等。软交换通过不同的网关设备完成与各种网络及终端的互通。

5，IP终端（IP Terminal）目前主要指H.323终端和SIP终端两种，如IP PBX、IP Phone、PC等。它们和媒体网关的主要区别在于不存在媒体流转换过程。

6，其它支撑设备如AAA服务器、大容量分布式数据库、策略服务器（PolicyServer）等它们为软交换系统的运行提供必要的支持。 2.2.5软交换技术与传统固网（PSTN）之间的融合

传统的PSTN电话网交换机是基于电路交换技术的，话音通信以64Kbit／S的速率在网络中传输。在交换机的接口处，64Kbit／S的信号流经时分复用后进入高速数字设备。呼叫路由与智能化控制和电路交换网络紧密地结合在一起。电路交换机最复杂的部分是执行呼叫处理的软件。它做出呼叫路由的选择并完成成百上千种处理

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功能。对于传统运营商来说，PSTN网络依然足够的庞大，但是，PSTN固定电话方面业务不可避免的面临着收入持续下降的趋势。IP电话极大地分流了传统的长途电话业务，一般话音业务被手机短信SMS、E—mail、QQ、网络电话等其他通信方式替代的情况也越来越严重。2003年、2004年，我国固定电话的通话总时间增长分别只有7.2％和2.9％，而移动电话通话时长的增长却高达45％与39％。在各种电信新技术的冲击和带动下，对PSTN网的改造势在必行。PSTN的改造有两种：一种是抛弃原有的PSTN网络，全面向基于IP的NGN转型；另外一种是考虑到目前网络上的交换机仍相对较新，设备利用价值还很大，而且话音业务还是目前运营商最重要的电信业务，采取在原有设备过度的基础上结合新的通信技术实现业务创新。 1，Internet业务卸载的功能：软交换的一个重要功能就是将拨号业务从现有5类交换机上卸载下来。传统5类（CLASS 5）交换机不适合处理大量的长时间呼叫业务，如果能在传统汇接网络的边缘放置较便宜的软交换机，把拨号业务在 进入5类交换机之前直接交换到ISP的网络或Internet网上，而话音业务不受 影响，继续向下传送，这样就会极大减轻交换机的负担。 2，代替4类（CLASS 4）交换机

随着软交换标准的不断完善和协议的通过，新一代软交换将有能力成为4类汇接交换机的代替产品。4类交换机不需要具有5类交换机那么多的特性，所以只要信令网关能够提供适的SS7接口，下一代交换机就可以胜任其职。它们的主要应用将是长途VoIP业务。

3，代替5类（CLASS 5）交换机5类交换机的价格往往是CLEC和业务提供者进入市场的一大障碍。他们希望有新产品，既具备5类交换机的特性，又价格便宜，还可以在网络层提供增强型业务。下一代交换机适合本地环路的VoIP方案，它即可以接收ATM或IP上传送的业务，又可以把业务转移到PSTN上，还能继续把业务作为数据业务传到骨干网上。

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第三章软交换系统CST设计

软交换网络通过基于IP传输的协议实现呼叫、业务的控制和语音、数据的传输，不仅解决了目前PSTN存在的问题，更重要的是它将交换网和数据网巧妙有机地结合起来，并在此基础上又提出了多种灵活丰富的业务提供方式。

3.1传统固网改造方案

下一代网络和现有网络不是对立的，NGN必须在继承现有网络优势的基础上实现平滑过渡，NGN的出现与发展不是革命，而是演进。在向下一代网络演进的过程中，目前主要存在两种思路。 1．混合网络演进策略：核心交换机主要采用分组交换技术，但同时具有宽窄带的接入能力以及TDM中继、ATM中继和IP网关的功能。

2．重叠网演进策略：重叠网方案是在PSTN与IP网络间设置网关来实现的，网关主要完成PSTN与IP网络或ATM的互通功能，建立PSTN与IP网络的呼叫关系。前者的特点是提供语音数据的综合平台和综合接入，但网络升级难度大、费用高。后者因引入网关以满足语音市场需要的出发点从而继续利用和建设现有的电话网，网络的融合着重于业务层的融合。显然重叠网演进策略方案更符合我们目前的需要，在该方案当中又有多种路径来实现固网的改造，主流的方案有以下两种： 1），替代Class 5交换机的软交换端局服务器方案。

它的主要方法是：建设一个集中的、外置的数据库，存放用户的智能业务签约属性以及智能业务接入码；所有端局通过改造具备访问集中数据库的能力。在用户发起呼叫时端局首先查询集中数据库，集中数据库根据用户的签约属性返回智能业务接入码，网络通过接入码将呼叫路由到对应的SSP或专用业务平台，触发智能业务。100％的市话详单在改造后端局实现，而号码携带性通过在数据库中引入物理号码和逻辑号码的方式实现。

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2），替代Class 4交换机的中继呼叫服务器方案。

它的主要方法是：首先在本地网中对需要进行智能化改造的本地网进行端汇结构调整取消端局之间的直达电路，形成完整的端汇两级结构，并且要求所有端局的本地呼叫都转发到汇接局；然后在汇接局设置一个或一对软交换，并同时建设软交换的承载网。软交换承载网可以单独建设，如果城域网资源充足的话，也可以使用原来的城域网作为承载网。软交换与智能网之间采用SG进行互通，同时也可以配置应用服务器来提供更为丰富的智能业务。接下来，在端局层面需要设置TG设备实现与端局交换机的互通，同时配置相应的SG设备与七号信令网相连。利用软交换技术可以继承传统C4固定端局及C5长途局交换机的所有业务处理及信令接口功能，并通过MGCP/H.248协议控制固定接入网关或中继网关完成媒体流的汇聚、映射及交换，实现与PSTN用户及其他运营商或传统网络的互通。因此本课题提出了采用重叠网演进策略方案，采用替代Class 4交换机的中继呼叫服务器来实现对传统固网的改造。通过软交换中继呼叫服务器的设计和软件实现来探讨传统电话网络PSTN向分组交换网演进。

3.2软交换中继服务器设计

软交换网络与PSTN电交换网络的互通是指媒体层面上的互通与信令层面上的互通。媒体层面互通是指NGN与PSTN电路交换网的媒体互通是通过中继网关MG将语音等媒体转化为IP包。中继媒体网关实现在IP分组网络上承载语音业务流和PSTN电路话务之间的解析码、打包/拆包、时延抖动的去除等功能，可以直接与PSTN网的汇接局和关口局连接，实现综合关口局/前置机的功能。

而信令层面互通是指NGN网络和PSTN网络信令互通可以分为两个层次，一个在应用层面，一个在传输层面。前者要求软交换必须使用和互通的PSTN网络中交换设备相同的应用层协议（如ISUP，MAP，INAP），后者要求必须解决信令第三章软交换系统CST设计在软交换网络与PSTN网络之间传输的通路问题。

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根据媒体层面与信令层面上的互通的需要设计，软交换系统通常需要的设备：

1，呼叫服务器CST（CSP） 2，媒体网关MG

3，中继／信令网关TG／S 4，综合接入网关IAN 5，应用服务器AS 6，终端Terminal

本课题所采用软交换继呼叫服务器的PSTN电话网解决方案，可以通过CST＋TG＋SG方式，以标准E1接口和七号信令与市话交换机相连。跨越城市的长途话路可加载在中国电信已建设的IP网络上，既充分利用已有资源，又可大幅度降低长途电话费。组网图可参考图3.1所示，PSTN电话呼叫信令和媒体话音由TDM交换电路通过本地交换机分别走E1线路到SG和TG再接入软交换的分组网络

SS7 E1 PSTN E1 PSTN电话网

图31 PSTN网络与软交换网互通简图

TG IP CST (C4) SG IP CST是软交换系统网络中控制层的软交换设备，主要完成呼叫控制和处理、接入协议适配、业务提供、互连互通等动能，它是软交换网络的核心单元。TG与SG分别为综合媒体接入网关和信令网关，它们是为围绕软交换网络与PSTN电话网媒体层面与信令层面

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互通而设计的。TG为IP软交换网与TDM网间的媒体互通提供媒体转换、承载控制与功能，SG为IP软交换网与SS7网间的信令互通提供信令转换与信令路由功能，实现下一代网络承载与控制分离的要求。

3.3中继服务器CST系统功能设计

CST的设计要能满足以下需要： 1，能满足大容量呼叫处理 2，能提供多样化业务处理功能 3，能提供标准的媒体控制功能

4，能提供灵活的，实用的操作维护功能

5，能提供灵活、稳定、大容量的详细话单（CDR）生成，储存和转 换能力

6，能提供高可靠性的呼叫处理能力

根据以上要求，可以把CST划分为图3.2所示的各功能模块： 呼叫处理功能模块应该具有灵活的呼叫控制功能，能够完成各种 类别的呼叫，包括普通业务呼叫和智能业务呼叫的接续。它 的基本功能包括以下几点：

1，呼叫控制功能，即CCF，它包括基本的智能呼叫处理功能以及呼叫的附加功能。基本的智能呼叫处理是指对辖区内的合法用户完成来话与去话的呼叫处理、呼叫建立、呼叫释放以及转接等呼叫类型的处理。附加的功能包括智能业务触发检测（触发检出点与触发标准）、呼叫相关事件处理以及处理来自SSF的控制请求。 2，号码存储和译码功能，提供强大的号码分析功能。 3，路由选择功能，支持本局选路以及局间选路。

本课题着重研究CST呼叫处理功能模块，重点对CCF即呼叫控制处理模块的设计研究。

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号码分析路由功能 操作维护功能 话单生成 业务交换功能 呼叫控制 媒体控制 图3.2 CST系统功能图 互通功能（IWF） 3.4 CST功能模块设计

3.4.1 CST软硬件构架设计

CST采用图所示的层次结构，各层次功能划分清晰，职能独立，有良好的软件移植能力，从软件构架上支持软件在线无缝升级。

软件 应用服务进程（ASP） 系统服务接口层（SSI） 操作系统层 硬件 底层硬件 图3.3 CST软硬件构架 硬件抽象层 各层的作用分别为：

1，底层硬件：提供硬件支持，采用大型机框，加入系统控制板，电源机，功能板，以太网接口板。其中功能板采用PowerPC微处理器，通过以太网接口板与外层通信。

2，硬件抽象层：为操作系统层提供底层硬件API。硬件抽象层包括

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不同硬件的驱动程序，比如总线驱动程序，端口驱动程序等。 3，操作系统层：CST作为大型的呼叫服务器，要求具有极好的实时性和可靠性，故采用实时嵌入式操作系统VxWorks，它能提供高效的实时任务调度、任务中断管理、实时的系统资源以及实时的任务间通信。

4，系统服务接口层：为应用服务层和操作系统层之间提供了统一的软件接口，使应用软件的编写独立于底层操作系统。

5，应用服务层软件：完成CST各种功能的应用软件，包括SPU、RDB、Mc、CPS、CM以及Common Agent等功能模块。 3.4.1.1应用服务层ASP设计

应用服务进程层（ASP层）是CST系统的核心软件，它的模块结构设计可参见应用服务层ASP具体包括如下软件模块： 1， 应用软件模块：包括业务处理模块（SPU）、资源数据库模块（RDB）、媒体控制模块（Mc）、通用协议栈模块（CPS）。 2，平台软件模块：包括机架管理系统（CMS）与网管代理（Common Agent）。业务处理模块SPU是CST系统的控制中心，所有的业务实现如基本呼叫、补充业务、SMS（短消息服务）、业务交换功能等都由该模块承担。另外，根据业务需求，一个CST可以配置多个SPU模块。

SPU根据功能需要划分为以下几个模块设计：

1，呼叫控制处理CCF模块，处理所有呼叫，包括识别智能业务。 2，相关协议栈代理功能模块，如ISUP/SIP-T/IPTK等。

3，交互式语音应答功能模块IVR，用语提供语音交互应答功能。 4，业务交换功能模块SSF，用于接收和识别智能业务呼叫，并向SCP报告，同时也接收SCP发来的控制命令错误！未找到引用源。 5，号码分析功能模块NAS，它用于向CCF提供号码分析功能，它从CCF接收号码分析请求消息并以消息的形式返回分析结果。 6，原始话单生成模块CDR，用于收集话单数据。 7，媒体资源控制模块MGC。用于同MC交互。 CST核心软件结构ASP层设计，如图3.4所示。

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CMS

图3.4 CST核心软件结构ASP层设计图

Common Agent SPU RDB MC CPS 3.4.1.2操作系统层OS设计

操作系统层采用VxWorks作为操作系统基于以下考虑：

1，VxWorks支持广泛的工业标准如POSIX 1003.1b实时扩展,ANSI C(浮点支持)以及TCP/IP网络协议.这些标准促进多种不同产品间的互用性,提升了可移植性,保护用户在开发和培训方面的投资。这对于自身具有开放性的软交换技术来说非常有利， 2，VxWorks具备一个高效的微内核。微内核支持实时系统的一系列特征包括多任务，中断支持，任务抢占式调度和循环调度。微内核设计使VxWorks缩减系统开销并加速了对外部事件的反应。内核的运行非常快速和确定，例如,在68K处理器上上下文切换仅需要3.8微秒。中断等待时间少于3微秒。对于CST能处理大容量呼叫提供了可靠保障，CST系统处理能力BHCA能够从150K扩展到9M。3，VxWorks具有可伸缩性,开发人员能按照应用需求分配所需的资源，而不是为操作系统分配资源。

3.5 CCF模块软件设计

CST作为一个软交换中继呼叫服务器，它是一个相当复杂的大型实时系统，CCF是它的核心模块。CCF模块（呼叫控制处理）主要提供基本的呼叫控制和呼叫处理功能，并提供附加的功能来支持

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智能业务，它是软交换CST呼叫处理功能模块中的核心模块。 3.5.1 CCF模块呼叫分段式设计

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）,参见图3.5所示。 Transcation Cscv DP Transcation Cs CS External modules IH SSF DP CSA CS LEG

CCF BCSM

图3.5 基本呼叫控制模块结构

SRF SRF Agent 在图中，CS表示呼叫段（Call Segment），CSA表示呼叫段组（Call Segment Assocition），由它根据需要创建各的呼叫段，CSCV表示呼叫段连接集（Call Segment Connection View），用来处理本段的事物，SRF表示专用资源功能（Special Resource Function）。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（Detetion Point）、转移过程Transcation和事件Events。PIC的作用是表明智能

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网业务逻辑请求完成基本呼叫／连接状态时，所需进行的呼叫控制功能（CCF）的行为。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，DP说明在基本呼叫／连接处理中，哪些状态可以作控制传送。转换过程说明从一个PIC到另一个PIC的转换。事件是引起基本呼叫连接处理状态间转移的引发点。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。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。

GT TO Msg Cueue,Event Queue,FSM Scheduler(Public FSM),SSI

图3.6 CCF模块软件结构和子模块描述

TT FO CCF模块 3.5.1.1 TO模块设计 TO模块的功能应包括：

1，检测呼叫是否是一个紧急呼叫，如果是，执行紧急呼叫程序 2，检测黑白名单鉴权

3，如果主叫是IPAS（小灵通）用户，从SLR取O-CST信息 4，检测DP标准点并经SSF报告给SCP，等待下一步指令 5，请求号码分析，进行CSC（呼叫分析原码）、主叫号码、被叫号码等分析

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6，接收overlap（完整）呼叫号码 7，进行呼叫腿绑定，解绑，修改操作 8，启动IVR逻辑模块 9，CDR（呼叫帐单）收集 10，向主叫放音

TO模块本的呼叫处理程序如图3.7所示：

图 3.7 TO模块的处理流程图

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TT创建TT并初始化 从SLR取O-CST信息 黑白名单检测 向MGC发送腿绑定请求 向NAS发送请求主叫号码分析请求 TO 当CCF检测到这是一个起始中继呼叫，CCF-TO FSM(有限状态机)被创建 yes IPAS预付费用户 no

在代码中可以通过设置打印开关，打印TO模块的创建及呼叫处理流程信息，以下是一个基本呼叫中TO模块的部分信息。从这些信息可以看出，当CCF检测到一个起始呼叫后，它就开始创建TO模块，然后经主叫号码分析、腿绑定请求，智能业务检测等一系列的动作后，创建TT模块。TO模块继续处理呼叫，建立连接，直到呼叫成功并正常挂机后释放资源。 3.5.1.2 TT模块设计及其它模块设计 TT模块的功能应包括： 1，基本呼叫中继处理 2，进行路由选择和重选择

3，进行被叫腿绑定，解绑定，修改等相关操作 4，收集被叫CDR（呼叫帐单）

5，作为GMSC进行出呼叫CDR收集，CCF FO模块负责前向（主叫方）起始呼叫FSM（有限状态机），CCF GT负责终端网关呼叫FSM。其中FO模块功能要求包括： 1，移动用户前向初始呼叫处理 2，号码分析

3，启动IVR逻辑模块 4，前向CDR收集

而GT模块功能要求包括： 1，SRI程序处理 2，启动IVR逻辑模块

3，呼叫腿放音操作和DTMF信号操作 4，无条件呼叫前转

5，如果有MSRN（漫游）发生，进行漫游CDR收集

6，MSRN分析相关流程处理与设计与TO模块类似，在这里不在说 明。

3.5.1.3 CCF各子模块的创建分析

CCF各主模块在不同的条件有不同的组合创建方式，主要有以下5种情况，

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1，用户呼叫本地的PSTN或IP用户，不需要同本地SLR协商。 2，呼叫本地的CSA（端局）用户，需要同SLR协商获得CSA网关地址。

3，呼叫IPAS或PLMN用户，需要同本地HLR或SLR协商获得本地用户信息

4，移动用户要求UFC（无条件呼叫前转）服务 5，移动用户再次要求UFC（无条件呼叫前转）服务 3.5.2 CCF数据管理

CCF基于呼叫段建立了一系列的子模块去执行各自的FSM（有限状态机），但是从整个角度看，很显然它们都具有很多相同的信息像主叫号码、主叫种类等，因此CCF提供一个通用的CCB（Call Control Block呼叫控制快）管理这些呼叫段（TO及TT等）信息数据。另外一些普通的临时数据，当建立呼叫连接后再需要的通常存储在系统内存里，CCF把这些临时数据保存在一个通用模块中一旦呼叫连接成功后就立即释放它们。基于统一的CCB模块，同一个呼叫的个子段都建立自己FSM相关数据块，CCF为所有的呼叫段提供一个通用的FSM数据结构，具体的呼叫数据结构见图3.8所示。

图3.8 CCF呼叫数据管理模块 Call Control Block Add Other MGC IEs Call id Leg Long-term info protocol Type Data TO FSM GT FSM FO FSM TT CAMEL Call Data Tmporary Data 3.5.3模块FSM状态机设计

CCF在FSM上采用事件驱动机制（Event Driving Mechanism），

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有限状态机FSM思想广泛应用于硬件控制电路设计，也是软件上常用的一种处理方法(软件上称为FMM--有限消息机)。同时，可以在实际的工程上实现。但这并不意味着其只能进行有限次的处理，相反，有限状态机是闭环系统，有限无穷，可以用有限的状态，处理无穷的事务。FSM包含一组状态集（states）、一个起始状态（start state）、一组输入符号集（alphabet）、一个映射输入符号和当前状态到下一状态的转换函数（transitionfunction）的计算模型。当输入符号串，模型随即进入起始状态。它要改变到新的状态，依赖于转换函数。在有限状态机中，会有有许多变量，例如，状态机有很多与动作（actions）转换(Mealy机)或状态（摩尔机）关联的动作，多重起始状态，基于没有输入符号的转换，或者指定符号和状态（非定有限状态机）的多个转换，指派给接收状态（识别者）的一个或多个状态。

3.5.4 CST内部模块间通信方式

软交换中继呼叫服务器系统内部模块间的通信方式设计为消息队列或API方式。消息队列可用于中继呼叫服务器内部各任务之间的通信。VxWorks提供了消息队列机制，任务之间可以通过消息队列进行通信。该系统中每个独立的任务有属于自己的消息队列，任务启动时向系统服务层注册自己的模块ID号及消息队列号，其它任务向该模块发送消息时，以该模块ID号作为参数，调用系统服务层的接口函数，即可向特定任务发送消息。API通信方式即直接通过函数调用接口实现模块间的通信。消息中数据对象按照通用的BER Tag-Length-Value方式进行编码，这样可以按需要添加新的数据对象，现存的数据对象可以加以扩展。 C语言中定义其数据结构如下：

typedef struct IE_HEAD {

U16 ieTag; /*标签，说明信息数据的类型*/ U16 ieLen; /*长度，说明数据值所占的字节数*/ }IeHead_t;

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结论

NGN是未来通信网络的发展方向，是当前业界的研究热点。目前NGN在标准上已有很大进展，厂商已推出相应产品，国内外各运营商也在积极进行相关的试验，但是目前NGN从信令系统到体系结构都还需要逐步完善和成熟，API相应的产品仍在探索之中，新技术的应用需要相当长的时间来完善。所以NGN方面的研究和探索远远没有结束，NGN研究以及试验仍然是当前业界的战略性趋势。本课题正是在这样的背景下展开的。本文通过对下一代网络技术NGN，软交换技术的概念、原理以及做了相关的研究和探索，重点从传统的电话网络PSTN与软交换网之间的融合着手，按着从电路交换网到分组交换网的思路，提出了软交换中继呼叫服务器CST的设计方案和软件实现方法。 研究的主要内容：

1，重点讨论了软交换技术与PSTN电话网之间的融合方法研究。 2，提出了提用软交换技术中继服务器对固网的改造方案。

3，研究软交换中继汇接局呼叫服务器核心呼叫控制处理的设计方案 和实现方法。

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Adaptation Layer(M3UA)[S].2002,9

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致谢

在论文即将完成之际，我要向在大学学习和实习期间关心和爱护我的众多良师益友真诚的说一声感谢！

首先向我的导师xx博士致以最真诚的谢意。在本论文的写作过程中，我的导师xx老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，在课题展开研究和论文撰写的过程中，我都得到了xx老师的悉心指导和亲切照顾。她那雄厚的通信理论基础，活跃的、善于启发式的思维和广阔的知识面，让我受益匪浅，在理论和实践上都获得了很大的提高。她那认真的工作态度，待人和善没有架子的师长作风给我留下了深刻的印象，是我今后工作学习的典范。 同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和友。非常感谢他们在我学习生活中给予我的悉心指导及生活中无微不至的照顾。

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