软交换基础上的DSL网络研究与实现
2008-01-30
作者：张黎军1, 赵 霞2
摘 要：在简单地介绍了3G以及阐述了软交换" title="软交换">软交换网络结构和DSL的原理及实现的基础上，讨论了如何在软交换环境中实现DSL网络。
关键词：下一代网络 软交换 3G DSL
随着通信业务的迅速发展，通信网络从承载单一业务的独立网络向承载多种业务的统一的下一代网络（NGN）的方向发展。NGN网络要求能承载多种业务、采用开放的体系结构，网络结构灵活并易于扩充。目前正积极进行3G核心网" title="核心网">核心网技术的研究，其最终目标是实现具有融合多媒体业务能力的全IP网络。在这方面，3GPP发挥了很大的作用，提出了以软交换技术为基础的IP多媒体子系统(IMS)结构。另外，DSL的快速发展和价格的下降，使得软交换与DSL互联越来越重要。3G与DSL移动网络的互联充分体现了软交换技术在下一代组网技术中所占的优势，本文就基于这种观点讨论了如何在软交换环境中实现DSL网络。
1 软交换概述
狭义上讲，软交换专指软交换设备。基本含义就是把呼叫控制" title="呼叫控制">呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，通过服务器或网元上的软件实现基本呼叫控制功能，其中包含呼叫选路、管理控制、连接控制(建立会话、拆除会话)、信令" title="信令">信令互通(如从SS7到IP)等。软交换是NGN的控制功能实体，是NGN呼叫控制和连接控制的核心，独立于底层承载协议，完成呼叫控制、媒体网关接入控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力。因为NGN是一个融合网络，网络必须互通是NGN发展的关键。软交换就是通过对各种媒体网关的控制实现不同网络之间的业务层融合，软交换作为控制中心，通过网关发出信令，控制语音／数据业务通路。
2 软交换网络结构
软交换网络的一般分层结构如图1所示。图中，接入层支持各种类型的终端，相当于软交换网络的用户-网络接口；传输层负责通信媒体信息的端到端传递，对应网络的下三层功能；控制层负责呼叫控制，对应网络的会话层功能，该层的主要设备就是软交换系统(SSW)，其地位相当于传统通信网中的交换机，是网络的核心设备；业务层基于下层网络的能力提供增值业务，对应网络的应用层功能。
3 DSL的原理和实现
DSL技术是一种先进的调制接入技术。众所周知，常用的公用电话网（PSTN）在交换机内采用了全数字化的交换技术，但最终到达用户端的信号仍是模拟信号。按照这种方式将用户线接入全数字化的因特网，用户侧必须先用调制解调器将计算机的数字信号变换为模拟信号，交换机侧又必须将模拟信号转变为数字信号。经过数/模和模/数两次转变后，传输速率就会受到很大限制。而数字用户线技术是在现有用户电话线两侧同时接入DSL调制解调设备，在用户线上利用数字信号高频带宽的特性直接采用数字信号传输，省去了中间的模/数转换，突破了模拟信号传输极限速率为56Kbps的限制。
DSL的接入可按上行信道（用户到网络）和下行信道（网络到用户）的速率判别分为对称方式（SDSL）和非对称方式（ADSL）。上下行传输速率相同为对称方式，上下行传输速率不同则为非对称方式。一般而言，用户下传数据量远大于上传数据量，因此，在非对称方式DSL接入中，下行信道速率大于上行信道速率。xDSL是对这些具体数字用户线实现技术的总称。
xDSL系统主要由局端" title="局端">局端设备DSLAM(Digital Subscriber Line Access Multiplexer)和用户端设备(CPE)组成。
(1) 局端设备由DSLAM接入平台、DSL局端卡、语音分离器、数据汇聚设备(IPC)等组成。其中，IPC为可选的设备，为DSL接入系统提供不同的广域网接口，如ATM、帧中继、T1/E1等；语音分离器将线路上的音频信号和高频数字调制信号分离，并将音频信号送入电话交换机，高频数字调制信号送入DSL接入系统；DSLAM接入平台可以同时插入不同的DSL接入卡和网管卡等；DSL局端卡将线路上的信号调制为数字信号，并提供数据传输接口。这些设备都设在电话系统的交换机房中。
(2)用户设备由DSL modem和语音分离器组成。DSL modem对用户的数据包进行调制和解调，并提供数据传输接口。以目前最为热门的ADSL为例，ADSL接入网络如图2所示。
中央交换局端模块包括在中心位置的ADSL modem和接入多路复合系统，并称处于中心位置的ADSL modem为ATU－C（ADSL Transmission Unit－Central）。接入多路复合系统中心modem通常被组合成一个点，称接入节点，也被称为DSLAM（DSL Access Multiplexer）。
远端模块由用户ADSL Modem 和滤波器组成，用户端ADSL modem通常被称为ATU－R（ADSL Transmission Unit－Remote）。
4 3G简介
3G标准组织主要由3GPP、3GPP2组成，以CDMA码分多址技术为核心。
3G网络是未来通信发展的方向，它的一个重要目标就是以VoIP方式提供语音业务以及多样化的多媒体业务，并实现3G核心承载网络与IP网的融合统一。
3G网络作为NGN的一部分，其体系结构的发展演进也受到软交换技术的影响，由于其核心网采用全IP方式进行承载，从而保证了3G的全IP核心网能够与NGN核心网实现有效的融合和互通，按照软交换网络功能分层的模型，3G网络也可以分为四个层面，即接入层、传送层、控制层和业务层。另外，3G核心网有效实现了控制、承载、业务三者的分离。
5 基于IP的DSL网络
使用DSL接入网的VoIP网络的具体实现如图3所示。在用户侧的集成接入设备（称为接入网关或本地网关，或称为用户线终端单元） 与POTS电话和任何基于以太网的设备相连。集成接入设备IAD（Integrate Access Device）提供用户环路信令，通过DSLAM在IP上（MGCP 或MEGACO）将信令传递到媒体网关控制器（MGC）。MGC执行使用SG和PSTN的信令。IAD对语音进行数字化和分包化，并通过DSLAM在IP上将它传递到RTP(Real Time Protocol)包的TG（Trunk Gateway）中。
网络中的信令部分主要用到的协议为MGCP（Media Gateway Control Protocol）/Megaco和RTP。
MGCP介于MGC和媒体网关之间，由IETF提出，详细描述了在MGC和其控制的电机网关之间传输的命令和参数。MGCP是一个主从协议，呼叫代理发送的指令需要由网关执行。RTP提供端到端实时多媒体业务流的传送，通常RTP通过UDP传输数据，RTP和UDP一起提供传输层协议功能。
H.248/Megaco 是在MGCP 协议（RFC2705）的基础上，结合其他媒体网关控制协议的特点发展而成的一种协议，它提供控制媒体的建立、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。主要用于媒体网关控制器（MGC）以控制媒体网关，完成媒体转换和媒体流控制功能，而并不具有呼叫控制功能。
RTP在UDP传输层之上，UDP对于传输分组的丢包和到达目的地的顺序不做任何保证，而是由RTP来实现：RTP通过在分组中加入序列号，以便在接收端检测到丢失的分组，并保证分组传送的正确顺序；RTP分组包中有一个时间戳，提供媒体流的定时信息，它能使接收端检测出同步信息，并计算时延和抖动这两个决定话音质量的重要参数。
软交换技术成为3G的核心技术之一，它使3G向具有融合多媒体业务能力的全IP分组网络方向发展，使得在软交换基础上运行DSL成为可能。其在承载原有DSL 网络的所有业务的同时，又由于IP 技术的引入而带来充足的带宽和一定的QoS保证，使得在新一代网络上能够顺畅地运行语音、视频、数据等综合业务。
参考文献
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