什么是软交换？
软交换，全称“呼叫代理”或“媒体网关控制器”，是一种基于软件的、提供呼叫控制功能的设备或系统，它的核心思想是“控制与承载分离”,是下一代网络架构的关键组成部分。
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软交换就像是电信网络中的“大脑”，它负责处理所有的呼叫信令、路由决策和业务逻辑，而将实际的语音、视频等媒体数据传输（即“承载”）交由专门的“血管”（媒体网关）来完成。
这个概念的提出，是为了解决传统电话网（PSTN）的局限性，并推动网络向IP化、分组化、智能化和业务多样化的方向发展。
核心思想：控制与承载分离
这是理解软交换的基石,我们把它和传统的电话交换机做个对比：
| 特性 | 传统电话交换机 (程控交换机) | 软交换架构 |
|---|---|---|
| 架构 | 一体化：控制和承载功能集成在一个物理设备中。 | 分层：控制和承载功能分离，位于不同的物理实体中。 |
| 控制面 | 交换机内部处理所有呼叫控制信令（如SS7）。 | 软交换：作为核心控制实体，集中处理所有信令。 |
| 承载面 | 交换机内部负责语音数据的交换和传输。 | 媒体网关：负责语音/视频等媒体流的转换、路由和传输。 |
| 网络 | 电路交换网络 | 分组交换网络（如IP网、ATM网） |
| 扩展性 | 差，每增加一个功能可能需要升级或更换整个设备。 | 好，可以独立升级控制软件或增加媒体网关。 |
| 业务提供 | 困难，业务与硬件强绑定。 | 灵活，通过应用服务器可以快速部署新业务。 |
(上图是一个简化的软交换架构示意图)
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软交换的主要功能
软交换作为控制核心,主要承担以下功能：
- 呼叫控制：这是最核心的功能，负责处理所有的呼叫信令，如发起呼叫、接续呼叫、释放呼叫等，它支持多种信令协议，如H.323、SIP（会话发起协议）、MGCP（媒体网关控制协议）、H.248（MeGaCo）等。
- 协议转换：由于网络中可能存在多种设备和协议（如PSTN的SS7信令、H.323终端、SIP终端等），软交换负责在不同协议之间进行翻译和转换,实现互联互通。
- 路由功能：根据被叫号码或被叫地址，查询路由表，决定呼叫的下一跳,将呼叫接续到正确的目的地。
- 互联互通：
- 与PSTN互通：通过媒体网关连接传统电话网,实现IP电话与传统电话的互通。
- 与数据网互通：连接SIP电话、PC软客户端等IP终端。
- 与移动网互通：通过与移动核心网（如MSC Server）的配合,实现固网与移动网的融合。
- 业务触发和提供：软交换本身可以提供一些基本业务（如呼叫转移、呼叫等待），更重要的是，它通过应用服务器来提供更丰富的智能业务，如预付费、一号通、Centrex（虚拟用户交换机）等，这实现了控制与业务的分离,使得业务开发更加灵活。
- 资源管理：对网络中的资源（如中继电路、带宽、编解码器等）进行管理和分配。
软交换的网络架构
软交换通常工作在一个分层的网络架构中,主要包括以下几层：
-
边缘接入层
- 功能：负责各种终端和网络设备的接入。
- 设备：媒体网关、信令网关、综合接入设备、SIP/H.323终端等。
- 作用：媒体网关负责将不同媒体（如PSTN的PCM语音流）转换成IP网络可以传输的RTP包。
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核心交换/传输层
（图片来源网络，侵删）- 功能：提供高速、大容量的数据传输通道。
- 设备：路由器、交换机。
- 作用：承载由媒体网关转换后的媒体流和控制信令。
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网络控制层
- 功能：整个网络的大脑，负责呼叫控制、路由和业务逻辑。
- 设备：软交换机。
- 作用：接收来自接入层的呼叫请求，进行控制决策,并向应用服务器请求业务。
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业务/应用层
- 功能：提供丰富的增值业务和应用。
- 设备：应用服务器、智能外设、第三方应用平台。
- 作用：软交换将业务请求转发给应用服务器，由后者执行具体的业务逻辑，如放音、收号、计费等。
软交换的优势
- 高扩展性：控制与承载分离后，可以独立地对承载网络进行扩容（增加媒体网关），或对控制核心进行升级（升级软交换软件）,无需更换整个设备。
- 低成本：采用通用的服务器和硬件平台，替代了昂贵、专用的传统交换机，大大降低了硬件成本,基于IP的传输也比传统的TDM电路更经济。
- 业务开放性：通过开放的API（如Parlay/OSA），第三方开发者可以轻松地开发和部署新业务,极大地促进了业务的创新和个性化。
- 多网络融合：软交换架构天然支持语音、数据和视频的融合，可以在一个统一的IP网络上提供多种服务，是实现“三网融合”（电信网、计算机网、有线电视网）的理想技术。
- 运维简化：网络分层后，各层职责清晰,故障定位和网络维护更加方便。
挑战与局限性
尽管软交换技术非常成功,但它也存在一些固有的挑战：
- IP网络的不稳定性：软交换依赖IP网络，而IP网络本身是为“尽力而为”的数据传输设计的，缺乏电话网络级别的服务质量保证，语音通话可能面临时延、抖动和丢包等问题，需要通过QoS（如DiffServ、MPLS）等技术来保障。
- 网络安全问题：将传统封闭的电信网络暴露在开放的IP网络中，使其更容易受到黑客攻击、病毒入侵和非法窃听，防火墙、入侵检测、IPSec加密等安全措施变得至关重要。
- 互联互通的复杂性：在一个由多厂商、多协议构成的异构网络中，确保所有设备都能完美互通是一个巨大的挑战,需要严格的标准和大量的测试。
- 对IP基础设施的依赖：软交换的性能和可靠性高度依赖于底层的IP网络基础设施，如路由器、交换机和带宽。
演进与未来：从软交换到IMS
软交换技术是向全IP网络演进的重要一步，但它主要解决了“固网的IP化”问题，为了应对移动与融合的挑战，更先进的架构——IP多媒体子系统应运而生。
IMS可以被看作是软交换在移动和全业务时代的升级版。
- 共同点：都采用了“控制与承载分离”的核心理念。
- 不同点：
- 标准化程度：IMS由3GPP（第三代合作伙伴计划）制定，标准更加完善和统一,尤其是在移动性和会话管理方面。
- 核心协议：IMS强制使用SIP作为唯一的会话控制协议，而软交换可以支持多种协议（H.323, SIP, MGCP等）。
- 移动性支持：IMS天生就是为了移动网络设计的,能够无缝处理终端在不同网络间的切换和漫游。
- 业务能力：IMS的业务能力更加强大和开放，特别是对融合通信（如即时消息、状态呈现、视频会议、富媒体通信）的支持。
演进路径： 运营商的演进路径通常是：传统PSTN → 软交换（固网IP化） → IMS（移动与固网融合，提供全业务）。
软交换技术是电信网络从电路交换走向分组交换的“催化剂”，它通过“控制与承载分离”的革命性思想，打破了传统电话网的封闭和僵化，带来了成本、扩展性和业务灵活性上的巨大优势，为今天我们习以为常的VoIP、企业融合通信等应用奠定了坚实的基础。
尽管现在更先进的IMS架构已成为主流，但软交换所体现的分层、开放、智能的网络设计理念，至今仍在深刻影响着现代通信网络的发展，可以说，没有软交换，就没有我们今天丰富多彩的通信世界。<|user|>
