软交换技术原理全解
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• 增加RTP头、UDP头、IP头后，成为VOIP分组包。
语音编码种类
• G.711:64Kb/s（无压缩） • G.729a:8Kb/s • G.723.1:5.3kbit/s或6.3kbit/s（可跟据网络情况自动调整速
率）
语音编码技术（2）
语音静荷大小：一个语音分组所包含语段信息 的时间长度，单位一般为ms。
软交换机的功能分工
软交换机其功能可以分为电话呼叫服务器、SIP 服务 器等
• 电话呼叫服务器：通过媒体网关控制协议实现对所属中继网 关和接入网关的控制，实现基于分组承载网络的 PSTN/ISDN 业务特性。部分设备制造商将这类服务器再细 分为汇接（长途）层面的呼叫服务器、端局层面的呼叫服务 器和移动呼叫服务器。
• 通过API开放业务，由Application Server或第三方业务平台 放业务逻辑， Softswitch负责业务具体的实施；
• Softswitch充当SSP,通过 INAP 和智能网中已有的 SCP 通信， 重用目前已经存在的智能业务；
• 直接在 Softswitch 本机上提供增值业务（如800号、移机不 改号）
1. 软交换设备技术要求 2. 媒体网关设备技术要求 3. 信令网关设备技术要求
媒体网关(Media Gateway）功能与协议
PSTN交换局
模拟用户
V5.2用户 PBX用户 ISDN用户 ADSL用户 无线用户
软交换设备
协议处理功能
分
接
资源控制和管理功能
组
入
网
功 能
维护和管理功能
接 入 功
语音压缩功能
PSTN端局
中继网关 接入网关
“A”主用 “B” 备用
“A”主用 “B” 备用
heartbeat
“A” 备用 “B”主用
heartbeat “A” 备用
“B”主用
中继网关 接入网关
PSTN端局
中继网关 接入网关
中继网关 接入网关
PSTN端局 PSTN端局
网络容灾的实现（2）
虚拟网关：同一网关划分为若干部分（虚拟网关），每一部分可受不同的软 交换控制。若有软交换故障，则只影响该网关部分的话务接入
能
语音处理功能
分组传送网
媒体网关(Media Gateway）分类
中继网关（TG)：提供2M中继接口，实现64K电路与 分组中继的语音编码格式的相互转换，一般放置于局 端，与分组骨干网相连 。
用户驻地网关（AG或RG):提供各类传统用户的接入端 口，实现基于分组网承载的传统用户接入，端口数量 在100以上，一般放置于局端或小区内，与分组城域 网相连。
中继媒体网关（TG）
• 在软交换的控制）
接入媒体网关(AG)
• 在软交换的控制下，完成流媒体的转换功能，主要用于 终端用户、PRI、BRI、V5接入
IAD
• 主要完成终端用户的语音、数据、图象等的综合接入功 能。
应用服务器
软交换可继承原有PSTN/ISDN网络的业务特性，因此 采用软交换技术实现传统的TDM交换演进到NGN已成 为业界的共识。
软交换设备的功能要求
SS7/IP(SIGTRAN)
AAA服务器
Radius
应用服务 器（APIS)
SIP/INAP
业务提供功能
网管服务器
SNMP
H.323
H.323 IP 电话网
路由服务器
路由服务器
SS1 SS1 SS1
SIP/SIP-T/H323
SS1 SS1 SSn
软交换组网（4）
分级结构
• 在软交换控制设备之上增加一层代理服务器或高级软交换机。 • 代理服务器或高级软交换机接受下级软交换送来的呼叫控制
信号，完成被叫用户的寻址,和呼叫的接续处理功能。在这 种情况下，呼叫信号的传递路径大于一跳。
培训提纲
软交换网络设备的技术要求 软交换组网技术要求 软交换网络中的协议
软交换设备的技术要求
软交换网络中的主要设备
软交换设备（SS）
• 作为系统的控制核心，完成协议适配、呼叫处理、资源 管理、业务代理等，并作为系统的对外接口完成和其它 系统的互连互通功能。
信令网关（SG）
• 完成电路交换网和分组交换网之间SS7转换的功能
MGCP/H248
LEX
MG(SG’)
SS7
BRI/PRI
V52
NT
AN
信令网关作为宽带STP
独立的信令网关可实现STP功能，组建基于IP的七号 信令网
SS7/MTP
SEP
STP
IP Network
SS7/IP
SS7/MTP
STP
SEP
软交换组网技术要求
1. 软交换网络的组网 2. 网络的冗灾技术
信令网关功能
在现有网络和NGN网络互通的信令层面，必须首先保 证现有网络和NGN网络中的交换设备使用相同的应用 层协议，同时，由于NGN网络在承载层和现有网络不 同，所以，在两个网络中的承载信令部分，分别使用 窄带信令承载，和宽带信令承载，而信令网关就是两 种承载进行转换的专用网关设备
信令网关的组网方式
1. 软交换设备技术要求 2. 媒体网关设备技术要求 3. 信令网关设备技术要求
PSTN网络和NGN网络互通原理
IP网络
P
SS7
SG
SG SS7
P
S T
MGC MGC
S T
N
Circuit MG
MG Circuit
N
通过信令网关实现宽带网络和传统网络之间信令的互通 通过媒体网关实现宽带网络和传统网络之间媒体的互通
软交换设备的操作平台
C-PCI平台：采用符合Compact PCI标准的电信级平 台，采用通用或专用的实时操作系统。已有多数电信 设备厂商推出。
交换机平台：有一部分的软交换机是从传统TDM交换 机升级而来。
商用服务器平台：主要以SUN商用服务器平台为主， 采用商用的操作系统。几乎所有的NGN设备制造商均 推出了此类软交换机。
• 当环境过于安静时，媒体网关要能够生成舒适噪音，以满足 人们的听觉习惯。
语音处理技术（4）
分组丢失的帧侧和补偿
• 如果网络中的分组丢失过多，会影响到通话的质量， 会出现断话等现象。
• 对于分组丢失的处理包括预防和补偿两步：预防就 是要将语音等业务打上高的优先级，当网络出现拥 塞时，优先传送这类业务；补偿就是媒体网关设备 必须能够实现对丢失分组的再生功能。
• IP承载（网络侧为以太网接口）：VoIP • xDSL承载（网络侧为xDSL接口）：如VoADSL
语音编码技术（1）
从模拟话音信号到VOIP的分组包需要经过以下几个过 程：
• 300-3.4KHz的模拟语音信号的数字化过程，成为64kbit/s 速 率的PCM语音信号。
• PCM信号经过各种方式的压缩编码，成为各种速率的压缩 语音信号。
• 软交换系统要达到接近PSTN的质量：<250 ms 。 • 在分组网上传送话音的时延可以分为几类：
• 算法时延：与语音编码器的类型有关,压缩率越高，时延 越大
• 处理时延：与语音静荷大小和设备处理能力有关 • 网络时延：网络传送时延，是最为显著的时延。
• 缩短时延的方法：提高设备处理能力，选择合适的 编码器，对时延敏感的业务应设置高传送优先级。
• SIP服务器：提供SIP代理、注册、定位等SIP协议处理功能， 实现基于分组网络的SIP 终端多媒体通信的能力.
软交换设备的设置方式
综合设置方式
• 在控制层提供单一机型的软交换控制设备，支持多 种协议，同时具有电话呼叫控制器和SIP 服务器等 多种功能。
分散设置方式
• 根据不同的功能需求，提供不同类型的软交换控制 设备，控制不同的媒体网关和终端设备，以分别提 供传统固话业务、移动业务、IP多媒体业务。
依据信令网关设备分类的不同，信令网关的组网可 以分为两类：
• 信令点组网 • 信令转接点组网
信令点组网方式（1）
信令点
七号信令网
A/F链 信令 网关
Soft IP网 Switch
PSTN网
MG MG
基于IP的软交换机、媒体网关和信令网关的 组网应用示意图
信令点组网方式（2）
七号信令网
A/F链 信令 网关
信 令 网 关
软
网管功能
交
换
计费功能
设
备
SSF功能
互
SIP
SIP 系统
通
功 能
SIP/BICC
Softswitch
NO.7
H.248
呼叫控制功能
INAP/IP 信 令
IN
SIP
H.248
MGCP
网 关
各种
SIP
H.248 MGCP
媒体网关 终端
终端
终端
软交换机提供业务的方式
基本业务和补充业务都是在 Softswitch 中直接完成的 新业务提供方式有三种
语音处理技术（2）
对抖动（jitter）的处理
• 抖动是指IP包传输时间的长短变化，导致话音的断 续及部份失真，影响音质 。
• 国标中要求网络时延抖动必须在80MS以内。 • 抖动缓冲技术：话音包到达时首先进入缓冲池暂存，
系统以稳定平滑的速率将话音包从缓冲池中取出、 解压、播放给受话者。
• 增加整个系统的延迟时间， • 要具备缓冲区大小动态调整
综合接入设备（IAD）：实现用户的数据、语音的综 合接入，提供1～48不等数量的用户接入端口，一般 放置于楼道或用户家中，通过LAN或ADSL接入网络。
分组语音承载类型
TG或AG可支持
• IP承载：VoIP • ATM承载：VoATM(AAL1/2)、VoIPoATM(AAL5)
IAD可支持
• 路由服务器接受主叫端SS 的寻址请求，通过数据查询或向 其他路由向服务器发出寻址请求得到并向主叫端SS 返回被 叫的SS 地址
• 路由服务器不做呼叫控制信号的传递，呼叫控制信号的传递 最多需要一跳
• 路由服务器可以多级设置
软交换组网（3）
多域平面结构（续）
路由服务器
•LDAP/TRIP •DNS+ENUM
• 利用软交换提供的应用编程接口（API），通过提供业 务生成环境，完成业务创建和维护功能。
1. 软交换设备技术要求 2. 媒体网关设备技术要求 3. 信令网关设备技术要求
NGN的控制核心：软交换设备
软交换机(Softswitch）是一种功能实体，为下一代网 络具有实时性要求的业务提供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。
信令点
IP-SCP IP网
基于IP的SCP与信令网关的组网应用示意图。
基于IP的归属位置寄存器（HLR）和基于IP的短消息 中心（SMC）与IP-SCP的应用类似
信令转接点组网方式
内置信令网关
媒体网关内可以内置信令网关功能
M2UA/SCTP IUA/SCTP V5UA/SCTP
MGC IP Network
SG SS1
SG SS2
GW1
GW2
PSTN
TG1
GW3 GW4
TG2
PSTN
软交换网络中的协议
网络中的协议
软交换与网关之间：H.248、MGCP 软交换之间：SIP-T、BICC 软交换与信令网关之间：SIGTRAN(SCTP、
M3UA、M2UA、M2PA) SIP、H.323
语音处理技术（3）
回声消除（EC)
• 回声是由远端电话设备（主要是2/4线转换）将讲话者语音 的信号反馈回来产生的。
• 传送时延越长（>50ms），回声越严重。 • 媒体网关通过回声消除器来实现回声的抵消
静音压缩（VAD)和舒适噪音(CNG)的产生
• 为节约带宽，当呼叫的双方长时间不通话时，需要对静音进 行压缩 。
• 采用同样的编码器时，语音静荷越大，数据包利用 率越高，带宽占有越小，如G.711(20ms）需占有带 宽83.6Kb/s,G.711（5ms）需占有带宽142.4kb/s。
• 语音静荷越大，引入的时延也越大。
语音处理技术（1）
时延的处理
• 时延指标
• ITU-T G.114建议单向延迟最低门限：<400ms • PSTN的语音端到端时延：<150ms
软交换机组网（1）
单平面结构
• 所有SS（软交换机） 均了解全网的路由设置数据， 任一SS 的增加和减少，所有的SS 均需要做路由数据更改。
软交换组网（2）
多域平面结构（路由服务器方式）
• 引入路由数据分层的概念，即SS 仅了解一定区域的路由设 置数据，在SS 之上增加一层路由服务器用于对其他区域被 叫用户的寻址
1. 软交换网络的组网 2. 网络的冗灾技术
设备可靠性的实现
软交换机
• 专用平台：CPU采用n+1或n＋m或1＋1备份 • 商用平台：多CPU配置
大型网关设备（如信令网关、中继网关、接入网关及 媒体资源服务器）
• 关键单板冗余备份 • 接口备份
网络容灾的实现（1）
软交换节点备份：在不同物理位置上的两台软交换机 主备用或互为备份。网关在正常时受归属软交换控制， 当归属软交换故障，网关将由软交换备份节点控制
语音编码种类
• G.711:64Kb/s（无压缩） • G.729a:8Kb/s • G.723.1:5.3kbit/s或6.3kbit/s（可跟据网络情况自动调整速
率）
语音编码技术（2）
语音静荷大小：一个语音分组所包含语段信息 的时间长度，单位一般为ms。
软交换机的功能分工
软交换机其功能可以分为电话呼叫服务器、SIP 服务 器等
• 电话呼叫服务器：通过媒体网关控制协议实现对所属中继网 关和接入网关的控制，实现基于分组承载网络的 PSTN/ISDN 业务特性。部分设备制造商将这类服务器再细 分为汇接（长途）层面的呼叫服务器、端局层面的呼叫服务 器和移动呼叫服务器。
• 通过API开放业务，由Application Server或第三方业务平台 放业务逻辑， Softswitch负责业务具体的实施；
• Softswitch充当SSP,通过 INAP 和智能网中已有的 SCP 通信， 重用目前已经存在的智能业务；
• 直接在 Softswitch 本机上提供增值业务（如800号、移机不 改号）
1. 软交换设备技术要求 2. 媒体网关设备技术要求 3. 信令网关设备技术要求
媒体网关(Media Gateway）功能与协议
PSTN交换局
模拟用户
V5.2用户 PBX用户 ISDN用户 ADSL用户 无线用户
软交换设备
协议处理功能
分
接
资源控制和管理功能
组
入
网
功 能
维护和管理功能
接 入 功
语音压缩功能
PSTN端局
中继网关 接入网关
“A”主用 “B” 备用
“A”主用 “B” 备用
heartbeat
“A” 备用 “B”主用
heartbeat “A” 备用
“B”主用
中继网关 接入网关
PSTN端局
中继网关 接入网关
中继网关 接入网关
PSTN端局 PSTN端局
网络容灾的实现（2）
虚拟网关：同一网关划分为若干部分（虚拟网关），每一部分可受不同的软 交换控制。若有软交换故障，则只影响该网关部分的话务接入
能
语音处理功能
分组传送网
媒体网关(Media Gateway）分类
中继网关（TG)：提供2M中继接口，实现64K电路与 分组中继的语音编码格式的相互转换，一般放置于局 端，与分组骨干网相连 。
用户驻地网关（AG或RG):提供各类传统用户的接入端 口，实现基于分组网承载的传统用户接入，端口数量 在100以上，一般放置于局端或小区内，与分组城域 网相连。
中继媒体网关（TG）
• 在软交换的控制）
接入媒体网关(AG)
• 在软交换的控制下，完成流媒体的转换功能，主要用于 终端用户、PRI、BRI、V5接入
IAD
• 主要完成终端用户的语音、数据、图象等的综合接入功 能。
应用服务器
软交换可继承原有PSTN/ISDN网络的业务特性，因此 采用软交换技术实现传统的TDM交换演进到NGN已成 为业界的共识。
软交换设备的功能要求
SS7/IP(SIGTRAN)
AAA服务器
Radius
应用服务 器（APIS)
SIP/INAP
业务提供功能
网管服务器
SNMP
H.323
H.323 IP 电话网
路由服务器
路由服务器
SS1 SS1 SS1
SIP/SIP-T/H323
SS1 SS1 SSn
软交换组网（4）
分级结构
• 在软交换控制设备之上增加一层代理服务器或高级软交换机。 • 代理服务器或高级软交换机接受下级软交换送来的呼叫控制
信号，完成被叫用户的寻址,和呼叫的接续处理功能。在这 种情况下，呼叫信号的传递路径大于一跳。
培训提纲
软交换网络设备的技术要求 软交换组网技术要求 软交换网络中的协议
软交换设备的技术要求
软交换网络中的主要设备
软交换设备（SS）
• 作为系统的控制核心，完成协议适配、呼叫处理、资源 管理、业务代理等，并作为系统的对外接口完成和其它 系统的互连互通功能。
信令网关（SG）
• 完成电路交换网和分组交换网之间SS7转换的功能
MGCP/H248
LEX
MG(SG’)
SS7
BRI/PRI
V52
NT
AN
信令网关作为宽带STP
独立的信令网关可实现STP功能，组建基于IP的七号 信令网
SS7/MTP
SEP
STP
IP Network
SS7/IP
SS7/MTP
STP
SEP
软交换组网技术要求
1. 软交换网络的组网 2. 网络的冗灾技术
信令网关功能
在现有网络和NGN网络互通的信令层面，必须首先保 证现有网络和NGN网络中的交换设备使用相同的应用 层协议，同时，由于NGN网络在承载层和现有网络不 同，所以，在两个网络中的承载信令部分，分别使用 窄带信令承载，和宽带信令承载，而信令网关就是两 种承载进行转换的专用网关设备
信令网关的组网方式
1. 软交换设备技术要求 2. 媒体网关设备技术要求 3. 信令网关设备技术要求
PSTN网络和NGN网络互通原理
IP网络
P
SS7
SG
SG SS7
P
S T
MGC MGC
S T
N
Circuit MG
MG Circuit
N
通过信令网关实现宽带网络和传统网络之间信令的互通 通过媒体网关实现宽带网络和传统网络之间媒体的互通
软交换设备的操作平台
C-PCI平台：采用符合Compact PCI标准的电信级平 台，采用通用或专用的实时操作系统。已有多数电信 设备厂商推出。
交换机平台：有一部分的软交换机是从传统TDM交换 机升级而来。
商用服务器平台：主要以SUN商用服务器平台为主， 采用商用的操作系统。几乎所有的NGN设备制造商均 推出了此类软交换机。
• 当环境过于安静时，媒体网关要能够生成舒适噪音，以满足 人们的听觉习惯。
语音处理技术（4）
分组丢失的帧侧和补偿
• 如果网络中的分组丢失过多，会影响到通话的质量， 会出现断话等现象。
• 对于分组丢失的处理包括预防和补偿两步：预防就 是要将语音等业务打上高的优先级，当网络出现拥 塞时，优先传送这类业务；补偿就是媒体网关设备 必须能够实现对丢失分组的再生功能。
• IP承载（网络侧为以太网接口）：VoIP • xDSL承载（网络侧为xDSL接口）：如VoADSL
语音编码技术（1）
从模拟话音信号到VOIP的分组包需要经过以下几个过 程：
• 300-3.4KHz的模拟语音信号的数字化过程，成为64kbit/s 速 率的PCM语音信号。
• PCM信号经过各种方式的压缩编码，成为各种速率的压缩 语音信号。
• 软交换系统要达到接近PSTN的质量：<250 ms 。 • 在分组网上传送话音的时延可以分为几类：
• 算法时延：与语音编码器的类型有关,压缩率越高，时延 越大
• 处理时延：与语音静荷大小和设备处理能力有关 • 网络时延：网络传送时延，是最为显著的时延。
• 缩短时延的方法：提高设备处理能力，选择合适的 编码器，对时延敏感的业务应设置高传送优先级。
• SIP服务器：提供SIP代理、注册、定位等SIP协议处理功能， 实现基于分组网络的SIP 终端多媒体通信的能力.
软交换设备的设置方式
综合设置方式
• 在控制层提供单一机型的软交换控制设备，支持多 种协议，同时具有电话呼叫控制器和SIP 服务器等 多种功能。
分散设置方式
• 根据不同的功能需求，提供不同类型的软交换控制 设备，控制不同的媒体网关和终端设备，以分别提 供传统固话业务、移动业务、IP多媒体业务。
依据信令网关设备分类的不同，信令网关的组网可 以分为两类：
• 信令点组网 • 信令转接点组网
信令点组网方式（1）
信令点
七号信令网
A/F链 信令 网关
Soft IP网 Switch
PSTN网
MG MG
基于IP的软交换机、媒体网关和信令网关的 组网应用示意图
信令点组网方式（2）
七号信令网
A/F链 信令 网关
信 令 网 关
软
网管功能
交
换
计费功能
设
备
SSF功能
互
SIP
SIP 系统
通
功 能
SIP/BICC
Softswitch
NO.7
H.248
呼叫控制功能
INAP/IP 信 令
IN
SIP
H.248
MGCP
网 关
各种
SIP
H.248 MGCP
媒体网关 终端
终端
终端
软交换机提供业务的方式
基本业务和补充业务都是在 Softswitch 中直接完成的 新业务提供方式有三种
语音处理技术（2）
对抖动（jitter）的处理
• 抖动是指IP包传输时间的长短变化，导致话音的断 续及部份失真，影响音质 。
• 国标中要求网络时延抖动必须在80MS以内。 • 抖动缓冲技术：话音包到达时首先进入缓冲池暂存，
系统以稳定平滑的速率将话音包从缓冲池中取出、 解压、播放给受话者。
• 增加整个系统的延迟时间， • 要具备缓冲区大小动态调整
综合接入设备（IAD）：实现用户的数据、语音的综 合接入，提供1～48不等数量的用户接入端口，一般 放置于楼道或用户家中，通过LAN或ADSL接入网络。
分组语音承载类型
TG或AG可支持
• IP承载：VoIP • ATM承载：VoATM(AAL1/2)、VoIPoATM(AAL5)
IAD可支持
• 路由服务器接受主叫端SS 的寻址请求，通过数据查询或向 其他路由向服务器发出寻址请求得到并向主叫端SS 返回被 叫的SS 地址
• 路由服务器不做呼叫控制信号的传递，呼叫控制信号的传递 最多需要一跳
• 路由服务器可以多级设置
软交换组网（3）
多域平面结构（续）
路由服务器
•LDAP/TRIP •DNS+ENUM
• 利用软交换提供的应用编程接口（API），通过提供业 务生成环境，完成业务创建和维护功能。
1. 软交换设备技术要求 2. 媒体网关设备技术要求 3. 信令网关设备技术要求
NGN的控制核心：软交换设备
软交换机(Softswitch）是一种功能实体，为下一代网 络具有实时性要求的业务提供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。
信令点
IP-SCP IP网
基于IP的SCP与信令网关的组网应用示意图。
基于IP的归属位置寄存器（HLR）和基于IP的短消息 中心（SMC）与IP-SCP的应用类似
信令转接点组网方式
内置信令网关
媒体网关内可以内置信令网关功能
M2UA/SCTP IUA/SCTP V5UA/SCTP
MGC IP Network
SG SS1
SG SS2
GW1
GW2
PSTN
TG1
GW3 GW4
TG2
PSTN
软交换网络中的协议
网络中的协议
软交换与网关之间：H.248、MGCP 软交换之间：SIP-T、BICC 软交换与信令网关之间：SIGTRAN(SCTP、
M3UA、M2UA、M2PA) SIP、H.323
语音处理技术（3）
回声消除（EC)
• 回声是由远端电话设备（主要是2/4线转换）将讲话者语音 的信号反馈回来产生的。
• 传送时延越长（>50ms），回声越严重。 • 媒体网关通过回声消除器来实现回声的抵消
静音压缩（VAD)和舒适噪音(CNG)的产生
• 为节约带宽，当呼叫的双方长时间不通话时，需要对静音进 行压缩 。
• 采用同样的编码器时，语音静荷越大，数据包利用 率越高，带宽占有越小，如G.711(20ms）需占有带 宽83.6Kb/s,G.711（5ms）需占有带宽142.4kb/s。
• 语音静荷越大，引入的时延也越大。
语音处理技术（1）
时延的处理
• 时延指标
• ITU-T G.114建议单向延迟最低门限：<400ms • PSTN的语音端到端时延：<150ms
软交换机组网（1）
单平面结构
• 所有SS（软交换机） 均了解全网的路由设置数据， 任一SS 的增加和减少，所有的SS 均需要做路由数据更改。
软交换组网（2）
多域平面结构（路由服务器方式）
• 引入路由数据分层的概念，即SS 仅了解一定区域的路由设 置数据，在SS 之上增加一层路由服务器用于对其他区域被 叫用户的寻址
1. 软交换网络的组网 2. 网络的冗灾技术
设备可靠性的实现
软交换机
• 专用平台：CPU采用n+1或n＋m或1＋1备份 • 商用平台：多CPU配置
大型网关设备（如信令网关、中继网关、接入网关及 媒体资源服务器）
• 关键单板冗余备份 • 接口备份
网络容灾的实现（1）
软交换节点备份：在不同物理位置上的两台软交换机 主备用或互为备份。网关在正常时受归属软交换控制， 当归属软交换故障，网关将由软交换备份节点控制