论文关键词:软交换；可靠性；承载网；QoS

论文摘要:软交换作为下一代通信网络的控制核心部分，对其在网络中的可靠性有很高的要求。本文在对软交换的技术特点分析的基础上，详细讨论了软交换技术中承载网组网技术，重点分析了软交换承载网在基于QoS保证的实现技术。并对承载网的安全性和可靠性进行了研究。

一、引言

从当前电信业务发展的大趋势看，IP业务将成为未来业务的主体。特别是随着下一代因特网以及新一代网络的发展，IP向传统电信业务的渗透和传统电信业务与IP的融合步伐将大大加快。

现有的传统的电路交换技术，虽然在可以预见的未来仍将是提供实时电话业务的基本技术手段，但是已经不能适应未来以突发性数据为主的业务，因此建设新的对数据业务最佳的新一代网络将势在必行。在传统的电路交换中，提供给用户的各项功能或业务都直接与交换机有关，业务和控制都是由交换机来完成的，交换机所需要提供的业务和交换机提供的新业务都需要在每个交换机节点来完成，硬件平台封闭，不利于业务的开发和应用。如今需要将业务与控制分离，将呼叫控制与承载分离，这就出现了下一代网络(NGN)的概念。下一代网络采用开放的分布式的网络架构，将网络分成网络业务层、核心控制层、传输接入层和媒体层，NGN的主要设计思想是分布式的结构，也就是将业务层、控制层与传送层、接入层分离，各实体之间通过标准的协议进行连接和通信。为此，通信网络从电路交换向以软交换为核心的下一代网络发展已是大势所趋。

二、软交换中承载网的QoS分析

（一）影响承载网QoS的指标

在影响软交换承载网的QoS指标，主要有以下几个方面：

1、抖动问题

根据实验测量得出，当抖动大于500ms是不可接收的，而抖动达到300ms时，是可以接受的。此时为了消除抖动会引起较大的时延，综合时延对语音质量的影响来考虑，要求承载网的抖动小于80ms。抖动所引起端到端的时延增加，会引起语音质量的降低。

影响抖动的因素一般和网络的拥塞程度相关。网络节点流量超忙，数据包在各节点缓存时间过长，使得到达速率变化较大。由于语音同数据在同一条物理线路上传输，语音包通常会由于数据包的突发性而导致阻塞。

2、时延问题

当前IP分组网的固有特性和低比特话音编解码器的使用，使得VoIP语音分组的端到端时延要比电路交换网中的时延大得多，组成部分也更为复杂，VoIP应用中网络通信结构和底层传输协议的多样性，决定了时延成分的多样性。端到端的时延可以分成两个部分，即固定时延和可变时延。固定时延包括编解码器引入的时延和打包时延。固定时延和采用的压缩算法、打包的语音数据量相关。可变时延包括:承载网上的传输、节点中排队、服务处理时延、去抖动时延，这些和设备的端口速率，网络的负载情况，经过的网络路径、设备对QoS的支持方式、实现的QoS算法等密切相关。

IP网中话音分组的端到端时延，150ms以下的时延，对于大多数应用来说是可接受的；150—400ms之间的时延，在用户预知时延状况的前提下可以接受，大于400ms的时延不可接受。

目前，不同级别的网络设备，在正常情况下的数据包处理时延为几十微秒到几毫秒，能够满足单跳时延要求，但承载网的跳数设计不能超过以上端到端的的时延要求，而且跳数越少越好。

3、丢包率

丢包对VoIP语音质量的影响较大，当丢包率大于10%时，己不能接受，而在丢包率为5%时，基本可以接受。因此，要求IP承载网的丢包率小于5%。

丢包率的形成原因主要有两点，一是传统IP传输过程中的误码，这种情况在目前的网络条件下发生的概率极低。另一个是不能保障业务带宽造成的，当网络流量越拥塞，影响就越强烈，丢包发生率也就越大。

4、带宽问题

足够的带宽是保障业务QoS的重要手段。如语音编码压缩采用速率为8kbit/s。典型的语音编码器每2Oms分发一个语音数据包，每个数据包中含有两个语音帧，所以每2Oms就会采样生成160bit的信号，即数据包大小为20字节。控制流和信令流的带宽详细计算原则是一样的，要考虑信令消息以及形肖的字节数，开销的计算跟语音业务带宽中的计算类似，信令消息的字节数则需要根据不同协议的呼叫消息字节数、呼叫比例的分配等来计算。由于控制信令在承载网占用的带宽较媒体流来说微乎其微，大约只占所需带宽的0.5%，一个简单快速的算法就是按照媒体流带宽的2.5%预留。

（二）承载网的QoS解决方案

通过对影响QoS的以上指标分析可以看到，对承载网要充分合理的带宽规划、避免网络拥塞，是目前现实方案中需要重点考虑的因素。

在传送数据之前，根据业务的服务质量需求进行网络资源预留，从而为改数据流提供端到端的服务质量保证。集成模型虽然能够提供确定的服务质量保证，但是它需要在网络中维护每个流的状态，对路由器的要求高，难以在大型正网络中实施，因此不考虑使用这个方案。区分服务的基本思想是将用户的数据流按照服务质量要求划分等级，级别高的数据流在排队和占用资源时比级别低的数据流有更高的优先级。区分服务只包含有限数量业务级别，状态信息数量少、实现简单、扩展性好。因此区分服务是目前大家认同的IP网络QoS的解决方案。

在NGN业务与互联网业务共用网络设备的情况下，互联网业务的流量特征对网络QOS性能的影响要充分考虑。一直以来，互联网的网络规划与建设基本上是参照平均统计的经验模型，在充分考虑业务发展需要的同时预留一定的余量，网络设备的能力与带宽往往超过实际的需要，但实际上发现网络的质量并不稳定。因此，在网络设计中必须充分考虑互联网流量对NGN业务的冲击。解决这个问题，可以考虑建设NGN专用网络去避免这个问题。从运营的角度看，考虑到传输资源充分、网络带宽以及设备成本低、安全性等因素的考虑，建设专用轻载网络，尽可能增大网络带宽也是非常现实的方案。

承载网的QoS解决思路，将根据实际情况混合采用以上技术。在骨干层使用

MPLSVPN技术。在与互联网共用设备的节点，根据NGN承载的实体，分别将骨干网上NGNVPN的LSP，NGN业务的二层VLAN，NGN业务的三层IP地址的优先级字段都设置为最高级别，网络节点通过优先级字段进行报文分类、流量整形、流量监管和队列调度，从而实现对NGN业务高优先级的处理，最大程度减少互联网的突发特性对NGN业务的冲击。另外，专用设备的建设用以保障在NGN业务量大的区域，隔离互联网对NGN业务的影响。

三、承载网的安全性与可靠性分析

为防止受到黑客或病毒程序的攻击或干扰，NGN承载网必须与互联网进行物理或逻辑隔离，与互联网的互通必须通过安全设备(如防火墙)实现，不能直接接入；NGN用户或设备的接入需要经过身份认证才可以接入NGN网络，避免非法用户和非法报文进入NGN网络。只有当用户的身份得到确认，才可以进行事后审计与追踪，有效地防止了用户侧的网络攻击行为。通过以上措施可以基本消除来自其它网络和NGN用户方面的安全隐患，但还要采取安全手段来保证NGN内部网络的安全。

软交换、网关、服务器等NGN核心网络设备在IP网中的地位类似于网络主机设备，因此要求这些设备应具备数据网中主机设备所具有的安全规格，可以应用防火墙、入侵检测、流量控制、安全日志与审计等技术实现对NGN核心网络设备的安全防护。对于一些对安全级别要求较高的用户还可以采用加密技术对信令和数据进行加密保护。网管系统对各网元设备设置不同级别的管理员权限，使用户不能越级对设备进行操作。

考虑到NGN承载网承载的都是电信级的业务，必须对网络的可靠性进行充分的考虑。单台数据设备支持关键部件及单板的备份以及多个设备之间负载分担及冗余备份，如VRRP的方式保证网络的安全性与可靠性；在组网上可以考虑MPLSFRR和OSPF多条同等开销路径，当链路失效时具有高效的切换机制保证所有业务的不中断。

参考文献

[1]糜正棍，软交换技术与协议，北京，人民邮电出版社，2000

[2]通信世界，软交换网络组网方案分析，2004

[3]陈建亚，软交换与下一代网络，北京邮电大学出版社，2003