下一代网络中的PSTN/ISDN仿真系统论文

2017-03-18

下一代网络中的PSTN/ISDN仿真系统全文如下：

从目前的网络现状及发展来看，传统PSTN，ISDN终端用户的业务需求在未来网络中仍可能大量存在，为此，在下一代网络的研究中特别引入了PSTN/ISDN仿真子系统(PSTN/ISDN Emulation Subsystem，PES)。PES系统是NGN网络中的核心呼叫会话控制子系统之一，与IMS子系统、流媒体业务子系统等其他子系统相并列，它通过利用网关或适配器接入来为传统电话终端的用户提供与现有PSTN/ISDN网络完全相同的业务和完全一致的业务体验，使得用户在使用业务的过程中，不会由于网络产生的巨大变化而有所感知，达到对现有PSTN/ISDN网络进行部分或全部替代的目的。

在目前国际上进行NGN相关研究且影响较大的两个标准组织ITU-T FGNGN和TISPAN中，PSTN/ISDN仿真均被列为Release1要求支持的业务能力之一，尽管在其实现架构上还存在多种意见，但由于它的业务实现和功能架构等相关研究均密切关系到现有PSTN网络的发展和演进方向问题，因而电信各界都对它倾注了较高的研究热情，国际会议对它的探讨也均热烈。

PES系统的终端

NGN中的PES系统就是针对传统PSTN，ISDN终端而设计的。应能够支持现有的各种有线接入方法和接入网技术，也就是说它应能够支持任何使用现有PSTN/ISDN网络接口的终端。对于网络的变化(即由PSTN/ISDN网络变为NGN PES网络)，PSTN/ISDN用户网络接口不会受到任何影响。

图1列举了PES应支持的传统接入类型及其信令配置。从图1可以看出，接入类型主要包括：经Z参考点接入的模拟电话终端、经S/T参考点接入的ISDN用户终端、使用V5信令接入的传统接入网、经中继连接的PSTN/ISDN网络等。

一般情况下，NGN网络中会通过使用接入网关或驻地网关来对传统的接入类型进行支持，这里的网关主要是完成传统接口(例如，PSTNZ参考点和ISDN S/T参考点等)到NGN接口的转换功能，即将各种传统的接入信令协议接口转换为IP网络接口。从目前的技术情况来看，IP网络接口侧通常会考虑使用H.248接口，这并不是所能使用的惟一接口，依据需求的不同，也可以使用MGCP，SIP或其它可能的接口，关键要考虑的是，所使用的接口应能够携带所提供PSTN/ISDN网络业务中所需要的全部业务信息。

PES系统体系架构

PES系统的体系架构一直是NGN网络PES研究中的重点问题，依据PES的业务和网络需求，目前提出的实现方案主要有两种：一种是TISPAN提出的基于IMS的PES方案(简称IMS-based PES)，即采用IMS作为PSTN/ISDN仿真子系统的核心结构，利用统一的核心网络来提供业务。另一种是FGNGN提出的基于呼叫控制的PES方案(简称CS-based PES)，即使用呼叫服务器(软交换)作为PSTN/ISDN仿真子系统的核心结构，呈现软交换网络与IMS网络并存的状态。由于目前的PES研究还存在许多有待解决的问题，这两种实现方案也各有利弊，因而业界一直没有能够达成一致的意见，大家基本上都是在采取并行研究的方式。

TISPAN对PES体系架构的研究

从图2可以看出，PSTN/ISDN仿真子系统是NGN网络中业务控制层的一部分，它作为NGN多个业务控制子系统之一，与IMS子系统和其它业务控制子系统共存并与之互通，为传统的PSTN/ISDN用户提供仿真业务。同时，它还会与网络附着子系统(NASS)和资源接纳控制子系统(RACS)相配合，提供用户的接入鉴权和资源分配等服务。

点击放大图片

图2 TISPAN定义的NGN网络总体架构

对于PSTN/ISDN仿真子系统，TISPAN采用的研究方式主要分为两部分。第一部分是定义一个PSTN/ISDN仿真子系统的总体需求，也称为“黑盒”(Black Box)研究方式，即不对系统内部结构进行详细定义，只定义PES的相关功能、外部接口，以及与RACS，NASS等子系统的互通。另一部分则是提出了PES的具体内部实现方案，即IMS-based PES方案，并对其进行了详细定义。

(1)黑盒研究

图3所示即为TISPAN PES黑盒研究定义的功能架构，它反映了PES系统与NGN网络中的其它系统，以及PES系统与其它网络间的关系。图中的阴影部分即是PSTN/ISDN仿真子系统部分，该图只是从网络需求和业务实现等角度上列举了PES系统可能需要的逻辑功能模块。并不涉及具体的网络实现，也就是说阴影中的这些功能可以以任何方式自由组合实现。

该系统只有一个限制，也就是它的对外接口，即对NGN网络其余部分的接口都应该是开放的。例如，因提供某新业务而需要增加IMS应用服务器(即图中的服务器A，B，C)时，为与IMS保持一致，其接口协议应为SIP。

在图3的阴影部分中，位于中间位置的各功能实体之间的消息分发器的存在是可选的，它也可以被各功能实体之间链路的直连所替代。业务1，2和3实体所表示的是基本的呼叫业务和系列PSTN/ISDN补充业务，图中将它们表示为1，2，3仅是为了突出表示包括基本呼叫在内的各业务是分布式的。阴影中的AGCF主要负责对接入线的控制，TGCF主要负责中继电路。中继路由部分所表示的是一个策略功能，即由它来决定呼叫的路由，为了能够找到指定PSTN用户，它需要知道用户的位置以决定将信令发送至哪一个服务器或网络。拓扑隐藏功能(THF)在这里主要完成PES与其它网络互通时的边界控制功能，与IMS子系统中的IBCF功能相似。用户业务数据部分主要用于存储与用户PSTN/ISDN业务相关的用户业务数据，它应能够与IMS AS互通，就像是UPSF的一部分一样，因而它需要能够向AS提供用户数据，AS也应能向其请求用户相关数据。

此外，在该图中只画了一个从PSTN/ISDN业务实体引出的接口Gq’接至RACS，这是由于从RACS的角度来看，PES中的业务部分与IMS中的AS功能相同，均属于应用功能。因而RACS的处理方式也相同，对于PES业务的处理并没有特别之处。

通过上面的介绍可以看到，尽管在TISPAN的黑盒研究中表明的是，不对其内部结构进行规定，可以理解为多种可能的实现架构，但是从它的网络总体架构图，特别是它对所规定的PES区域中包含的逻辑功能实体，包括子系统内存有PSTN/ISDN补充业务逻辑、子系统内存有本地用户数据及路由数据等不难看出，该文件主要还是针对基于呼叫服务器控制的PES进行研究的。因此，黑盒研究应该是TISPAN在目前软交换技术发展相对较为成熟的状况下，对CS-based PES所采取的一种研究方式。

(2)IMS-based PES

IMS-based PES体系架构的提出是TISPAN对于PSTN/ISDN仿真子系统研究的一个重要贡献。它的核心思想就是采用IMS作为PSTN/ISDN仿真子系统的核心结构，在IMS架构的基础上，通过在核心控制域增加一个接入控制功能实体(AGCF)，使传统用户终端能够接入到IMS网络中(见图4)。

图4 IMS-based PES功能架构

在TISPAN NGN R1阶段的IMS-based PES研究中，没有考虑对于ISDN接入类型的支持，传统PSTN终端和/或传统接入节点是通过标准接口连接在驻地网关或接入网关上的，网关与PES之间的接口协议依据网关类型的不同而不同，可以是H.248(P1参考点)或SIP(Gm参考点)。例如，若是媒体网关(MG)，则接口协议为H.248;若是基于SIP呼叫控制的VoIP网关(VGW)，则接口协议即为SIP。PSTN/ISDN域可通过中继媒体网关，在Mn参考点的控制下与PES连接。

在IMS-based PES方案中，AGCF是一个非常重要的功能实体，传统终端的接入控制工作主要由它来完成，它是驻地媒体网关和接入媒体网关的第一个网络接触点，其作用就相当于一个P-CSCF。在网络中，它能够作为MGC对驻地和接入媒体网关功能(R-MGF和A-MGF)进行控制，提供适当的拨号音模式，处理中间呼叫事件，同时还可作为IMS SIP功能实体中的SIP用户代理，并完成SIP与P1参考点上模拟信令之间的信令互通。AGCF能够为连接在媒体网关下的传统终端执行正常情况下P-CSCF完成的功能，如管理SIP注册程序、产生Asserted ID、生成计费标识等。此外，AGCF还应能与资源接纳控制子系统(RACS)以及网络附着子系统(NASS)进行交互，以获得相关信息。

为完成以上功能，在AGCF的内部主要由三个逻辑部件组成，即媒体网关控制器、特征管理器和IMS代理。其中：

●媒体网关控制器部件

媒体网关控制器部件主要完成的功能有：

——了解媒体网关状态(如注册/注销)。

——了解用户线状态(如空闲、摘机、不在服务中等)。

——控制媒体网关中的连接配置。

——控制媒体网关中信号音和录音通知的连接。

——接收媒体网关发送的用户线事件和DTMF数字。

——请求媒体网关监视用户线事件和DTMF数字。

——执行基本数字分析，对拨号结束的分析应能足够检测到是否为紧急呼叫(对于正常呼叫路由所需要的完整的数字分析程序由S-CSCF和应用服务器完成)。

——提供到媒体网关的线信号。

——下载“拨号表”给媒体网关。

——控制媒体映射和编码转换。

——控制信号处理特征，例如媒体网关中的回声抑制。

●特征管理器

特征管理器是AGCF中的另一个功能模块，它主要完成IMS核心网和媒体网关之间的协调功能。为此，它存有一个能够关联用户线和呼叫状态以及IMS对话的呼叫连接模型。特征管理器部件完成的功能主要有：

——依据AGCF的连接模型，完成媒体网关和S-CSCF之间信令事件的转换。

——向IMS核心网请求进行用户线注册，该注册可以支持单点的注册或注销或线群的注册或注销两种机制。

——与应用服务器进行交互，以便从用户数据中获得当前呼叫的拨号音属性。

——依据呼叫状态和连接配置，调用基本特征逻辑，以处理中间呼叫事件。

——完成SIP信令中Alert信息和振铃模式间的映射。

——预定媒体网关下的用户线状态，如用户线注销。

——处理来自AS的事件报告请求。并将事件通知发送至相应的AS。

●IMS代理部件

AGCF中的IMS代理部件包含了IMS UE和P-CSCF的功能，它利用ES283 003中描述的SIP profile与其它IMS实体进行通信。IMS代理被认为是一个可信任的网络元素，因此其安全性与其它IMS网络元素相同。IMS代理部件主要执行以下功能：

——与其它IMS实体进行消息交互，并将接收到的消息发送至特征管理器，由特征管理器依据实际的线连接模型对其进行处理。

——与I-CSCF进行通信，以寻址正确的S-CSCF。I-CSCF标识可通过DNS查询获得。

——与资源接纳控制子系统(RACS)进行交互。

——当媒体网关为驻地媒体网关时与网络附着子系统(NASS)进行交互，以获得IP可连接的接入会话相关信息(例如，用户设备的物理位置)。

IMS-based PES网络中的其他功能实体，如S/I-CSCF，P-CSCF，MGCF，MRFC，BGCF等所完成的功能均与在IMS中相同，只是对于MGCF，可能在与ISUP信令互通的信令程序上略有不同，这是由于PES系统中存在的是封装了ISUP的消息。在需要由AGCF控制驻地或接入媒体网关时，P-CSCF不使用，这种情况下，所有正常由P-CSCF提供的功能均由AGCF提供。

IMS-based PES的业务架构与IMS子系统的相同，应用服务器在其中的相关功能与在IMS中是一样的。但是，依据仿真业务类型的不同，可能需要某些应用服务器能够理解并处理封装于SIP中的ISUP协议。在IMS-based PES架构中，用户的业务数据存在UPSF中，仿真业务逻辑存在应用服务器中，AGCF或网关中并没有业务逻辑。此外，PES架构也并没有限制PES用户可接入的应用类型，也就是说除了仿真业务逻辑，PES用户也可以接入具有其他业务逻辑的应用服务器。

应该说，IMS-based PES方案是与未来的NGN网络架构结合的最好的一种实现方案。但就目前的研究状态，从业务应用、网络管理上以及功能实体的业务逻辑划分以及信令方式等方面来看，这种方案还存在着许多有待分析和解决的问题，例如AGCF和AS间业务逻辑的划分问题、AGCF和AS间的交互问题(包括AS对于封装ISUP信息的理解，Ut参考点的使用等)、重叠发信令方式问题、AS如何区分Emulation和Simulation的业务逻辑问题、AGCF中与UPSF中存储注册标识的匹配问题等，都还有待于进一步的研究。

FGNGN对PES体系架构的研究

在FGNGN的NGN研究中，各业务控制子系统称之为业务部件，因此TISPAN中定义的PSTN/ISDN仿真子系统，在这里称为PSTN/ISDN仿真部件。PSTN/ISDN仿真部件在FGNGN定义的NGN架构中的位置与TISPAN的定义相类似，也是与IMS部件、流媒体业务部件以及其他多媒体业务部件共同组成NGN业务层面中的业务控制功能部分。

FGNGN对于PSTN/ISDN仿真部件的研究主要采用的也是并行研究的方式，但是它所作的工作主要侧重于CS-basedPES(即基于呼叫控制的PES)方案的实现。该方案的提出最初也是考虑到了中国目前已较具规模的软交换网络发展状况，并且它的研究也是以中国电信提交的文稿作为基线文稿来进行的。由于这个方案主要基于软交换的架构，技术比较成熟，因此这里就不再详述。对于IMS-based PES方案FGNGN基本上是直接采用TISPAN提出的体系架构研究成果。

PES体系架构实现方案的分析比较

通过上面对于CS-based PES和IMS-based PES两种实现方案的介绍和分析不难看到，它们是各有利弊的。对于IMS-based PES方案，主要是采用IMS作为PSTN/ISDN仿真子系统的核心结构，利用统一的核心网络来提供业务。它将所有的业务逻辑都集中在应用服务器中，业务控制和呼叫控制完全分离，有利于业务的扩展，在架构上更符合网络发展的趋势。但是这种方案需要将PSTN/ISDN的仿真业务完全分离到统一的应用平台当中，这不仅会涉及大量的协议扩展、业务重新开发，而且也会致使部分PSTN/ISDN业务难以继承。并且，在IMS架构下实现PES其实并不是IMS技术产生的初衷，对于PSTN/ISDN业务的仿真质量有可能会不升反降，或者说有待解决的问题还有很多。

CS-based PES方案主要使用呼叫服务器(即软交换)作为PSTN/ISDN仿真子系统的核心结构，呈现软交换网络与IMS网络并存的状态。它虽然能完全继承现有的PSTN/ISDN业务，但却使得PSTN/ISDN仿真域与IMS域难以融合，无法实现网络控制层的真正统一。

相对于现有的PSTN/ISDN网络来讲，未来的NGN网络状况可以说是发生了翻天覆地的变化，从应用层到承载层都不再与以前相同，因此要想对其进行完全的替代必然会存在这样那样的问题。只能说，现阶段CS-Based PES要比IMS-Based PES相对更加成熟，但IMS-Based PES却比CS-Based PES更符合未来的发展趋势。