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李凱 王帥宇 魏冰
中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院
【摘要】目前軟交換設(shè)備在GSM網(wǎng)絡(luò)中已大量應(yīng)用，具有容量大，集成度高，功耗低等明顯優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，軟交換設(shè)備從核心網(wǎng)到無(wú)線接入網(wǎng)全面引入IP承載，全I(xiàn)P軟交換催生了許多新技術(shù)，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)安全性，提升網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)質(zhì)量，為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)整體平滑演進(jìn)到下一代全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】軟交換 IP 技術(shù)創(chuàng)新
1 背景
移動(dòng)軟交換屬于3GPP R4階段的技術(shù)，到2004年3GPP移動(dòng)軟交換相關(guān)協(xié)議已趨于成熟，首先實(shí)現(xiàn)了核心網(wǎng)的IP化。隨后，3GPP R5和R6階段引入了IU接口的IP化，R7實(shí)現(xiàn)了Gb和A接口控制面IP化，在R8引入A接口用戶面IP化，并最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)軟交換下的端到端IP承載。
2004年中國(guó)移動(dòng)首先在匯接局引入軟交換分離架構(gòu)。通過(guò)不斷的摸索，2006年底在陜西移動(dòng)順利完成軟交換端局語(yǔ)音IP化網(wǎng)絡(luò)割接，核心網(wǎng)采用IP承載話音及信令，IP承載的業(yè)務(wù)質(zhì)量完全達(dá)到電信運(yùn)營(yíng)的標(biāo)準(zhǔn)。在不斷摸索IU接口、Gb接口IP化技術(shù)的同時(shí)，中國(guó)移動(dòng)積極推動(dòng)無(wú)線接入網(wǎng)特別是A接口IP化的發(fā)展，主導(dǎo)在3GPP中對(duì)重要接口協(xié)議進(jìn)行創(chuàng)新性的完善。
基于分離式架構(gòu)的軟交換設(shè)備，在大容量，高集成度，低功耗方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，在移動(dòng)軟交換全I(xiàn)P化的過(guò)程中，催生了許多新技術(shù)，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)安全性，提升網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)質(zhì)量，為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)整體平滑演進(jìn)到下一代全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。
2 軟交換IP化總體演進(jìn)策略
軟交換IP化既有驅(qū)動(dòng)力、又有存在很大風(fēng)險(xiǎn)，主要體現(xiàn)為：
(1)IP網(wǎng)的靈活帶來(lái)業(yè)務(wù)的靈活和開放等一系列好處，但是IP網(wǎng)的靈活多變也給電信網(wǎng)絡(luò)一貫的高品質(zhì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。IP軟交換帶來(lái)成本節(jié)約的同時(shí)，也不同程度的出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的下降。
(2)IP軟交換扁平化的組織方式，對(duì)管理模式，運(yùn)維模式帶來(lái)挑戰(zhàn)。IP網(wǎng)絡(luò)某一部分的變化和故障往往很容易影響到全網(wǎng)，這些都給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)；IP網(wǎng)絡(luò)扁平化的組網(wǎng)改變了傳統(tǒng)的維護(hù)模式，推進(jìn)了集中化的維護(hù)模式，對(duì)維護(hù)體制是巨大變化。
(3)IP化帶來(lái)了資源重新組織的能力，對(duì)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)在長(zhǎng)途、漫游，業(yè)務(wù)歸屬關(guān)系都帶來(lái)挑戰(zhàn)；IP化導(dǎo)致很難確定某一個(gè)業(yè)務(wù)是為一個(gè)地區(qū)服務(wù)還是為全網(wǎng)服務(wù)，這就要求改變業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商的思維，梳理全網(wǎng)服務(wù)意識(shí)。
(4)為保證長(zhǎng)期投資的有效性，使移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)到下一代網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)IP化既有驅(qū)動(dòng)力、又有存在很大風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)際情況，移動(dòng)軟交換IP化應(yīng)遵循分步驟逐漸演進(jìn)的策略。主要體現(xiàn)為：對(duì)于全網(wǎng)IP化，按先R4移動(dòng)軟交換(網(wǎng)絡(luò))，再IMS(業(yè)務(wù))的思路演進(jìn)；對(duì)于網(wǎng)絡(luò)IP化，按先核心網(wǎng)，再接入網(wǎng)的思路演進(jìn)；對(duì)于核心網(wǎng)IP化，按先話音，再信令的思路演進(jìn)；對(duì)于話音IP化，按先匯接，再端局的思路演進(jìn)；對(duì)于端局IP化，按先分離架構(gòu)，再IP承載語(yǔ)音的思路演進(jìn)。如圖1所示：
圖1 移動(dòng)軟交換IP化演進(jìn)路線
3 全I(xiàn)P軟交換催生技術(shù)創(chuàng)新
3.1 分離式架構(gòu)催生新的部署策略
R99核心網(wǎng)電路域基于TDM承載的傳統(tǒng)程控交換方式，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與GSM核心網(wǎng)相同。如果將R99 MSC在地理上集中設(shè)置，會(huì)導(dǎo)致明顯的話路迂回，網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)方面的安全性也有問題。
移動(dòng)軟交換實(shí)現(xiàn)了控制與承載相分離，可以把容量相對(duì)較小的MGW拉遠(yuǎn)到地級(jí)市負(fù)責(zé)交換本地話路，這樣就可以避免本地話路迂回的問題；同時(shí)把MSC Server部署在省會(huì)中心，便于集中維護(hù)和管理。由于軟交換可以通過(guò)MGW歸屬到多個(gè)MSC Server(地理可分離)的機(jī)制實(shí)現(xiàn)MSC Server POOL組網(wǎng)，可以在在一定程度上補(bǔ)償由于MSC Server集中設(shè)置所帶來(lái)的容災(zāi)方面的安全性問題。
核心網(wǎng)IP承載語(yǔ)音優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)
中國(guó)移動(dòng)采用基于IP承載語(yǔ)音的軟交換架構(gòu)組網(wǎng)。軟交換機(jī)集中設(shè)置在省中心城市，媒體網(wǎng)關(guān)MGW靠近話務(wù)源部署在各地市。移動(dòng)軟交換機(jī)和MGW都應(yīng)具備同時(shí)支持3G和2G的能力。在控制面，全國(guó)省內(nèi)所有軟交換機(jī)平面組網(wǎng)，省際軟交換機(jī)之間的BICC信令經(jīng)CMN轉(zhuǎn)接。在用戶面，全國(guó)所有的MGW平面組網(wǎng)，MGW之間的媒體流由IP承載網(wǎng)疏通，不再經(jīng)其他MGW轉(zhuǎn)接。
對(duì)于省際、省內(nèi)長(zhǎng)途IP端局與TDM端局的互通話務(wù)，由交換關(guān)口局GMGW或TMG做互通設(shè)備(IW－MGW)，疏通TDM側(cè)的省際話務(wù)和部分省內(nèi)話務(wù)。實(shí)現(xiàn)TDM端局到IP端局互通話務(wù)的就近入IP，IP端局到TDM端局互通話務(wù)的就遠(yuǎn)出IP路由方式。
核心網(wǎng)IP承載語(yǔ)音的上述路由方式保證IP端局之間媒體直連，IP-TDM互通話務(wù)盡量由本地網(wǎng)轉(zhuǎn)接，降低匯接網(wǎng)TMG擴(kuò)容規(guī)模壓力。
3.3 無(wú)線接入網(wǎng)IP化實(shí)現(xiàn)端到端全面IP承載
對(duì)于網(wǎng)絡(luò)IP化的策略，在全I(xiàn)P軟交換的基礎(chǔ)上，引入無(wú)線接入網(wǎng)IP化，可實(shí)現(xiàn)端到端全面IP承載。
BTS與BSC間的Abis接口目前為設(shè)備廠家的私有接口，主要采用設(shè)備廠家的自有方案實(shí)現(xiàn)IP承載，Gb接口IP化標(biāo)準(zhǔn)化和設(shè)備實(shí)現(xiàn)都比較成熟，但3GPP早期僅僅對(duì)A接口信令面的IP化進(jìn)行了規(guī)定，在用戶面的IP化方面尚屬一片空白。
A接口用戶面的IP化能夠帶來(lái)節(jié)省傳輸帶寬，提高語(yǔ)音質(zhì)量等優(yōu)勢(shì)，中國(guó)移動(dòng)積極推動(dòng)相關(guān)研究，并已經(jīng)在2008年將研究成果全部推入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了3GPP在AoIP方面的空白。
圖2 A接口IP化信令和媒體路由組網(wǎng)圖
A接口用戶面IP化的完成，標(biāo)志著移動(dòng)軟交換下端到端基于IP承載的實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)為：
◆ 話音業(yè)務(wù)質(zhì)量提高：在A接口TDM承載時(shí)(核心網(wǎng)IP化條件下)，單個(gè)2G－2G呼叫需要經(jīng)過(guò)4次TC(編解碼轉(zhuǎn)換)過(guò)程 ，語(yǔ)音質(zhì)量下降；AoIP后，可實(shí)現(xiàn)全程免編解碼從而提高語(yǔ)音質(zhì)量。
◆ 降低網(wǎng)絡(luò)成本：A接口IP化后，由于TC從BSC上移到MGW，IP化后TrFO情況下的2G呼2G不需要TC，大量降低設(shè)備投資。
◆ BSC信令直達(dá)MSC Server，取消SG：BSC和MSC Server皆有IP端口，信令可以直接從BSC直連MSC Server，不再需要SG做TDM→IP轉(zhuǎn)接，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)組織。
◆ IP化利于MSC POOL組網(wǎng)實(shí)施：在A/Gb為TDM情況下，由于E1傳輸連接太復(fù)雜， MSC in Pool、SGSN in Pool方案實(shí)現(xiàn)難度大。IP帶來(lái)的組網(wǎng)扁平化使得MSC、SGSN資源池的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得以快速實(shí)施。
◆ 簡(jiǎn)化維護(hù)管理難度：GSM核心網(wǎng)和接入網(wǎng)統(tǒng)一支持全I(xiàn)P組網(wǎng)，有利于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。Abis接口、A接口、Gb接口IP化后，可以將需要維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)類型歸一化，減少維護(hù)人員的技能要求，簡(jiǎn)化了維護(hù)管理難度。
◆ 2G/3G共享網(wǎng)絡(luò)傳輸，利于傳輸網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)：在3G RAN采用IP傳輸?shù)那闆r下，3G RAN的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)必然將采用IP化傳輸技術(shù)，IP BSS使得2G、3G可以共享基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，不需要為2G BSS單獨(dú)維護(hù)一張TDM基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。
4 ICS技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)由IMS統(tǒng)一控制
對(duì)于全網(wǎng)IP化，在移動(dòng)軟交換IP化的基礎(chǔ)上，再引入基于IP的IMS控制架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)從承載到業(yè)務(wù)控制的全面IP化。
IMS支持多種固定/移動(dòng)接入方式的融合，支持無(wú)縫的移動(dòng)性和業(yè)務(wù)連續(xù)性，是全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的目標(biāo)核心網(wǎng)架構(gòu)。在LTE階段，運(yùn)營(yíng)商可以提供由IMS控制的PS承載語(yǔ)音及豐富的多媒體業(yè)務(wù)。但LTE初期可能以熱點(diǎn)覆蓋為主，一段時(shí)間內(nèi)還無(wú)法形成與2/3G接近的全面覆蓋。由于2/3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶寬和QoS等因素的限制，運(yùn)營(yíng)商可以在2/3G網(wǎng)絡(luò)提供一些PS域非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，但移動(dòng)話音業(yè)務(wù)還需要從CS域接入。IMS Centralized Services (ICS)就是要建立一個(gè)公共的核心網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)向移動(dòng)/固定IP接入和移動(dòng)CS接入用戶提供統(tǒng)一服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)有效地降低核心網(wǎng)的OPEX和CAPEX。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)上定義了兩種ICS實(shí)現(xiàn)方案。一種是基于終端增強(qiáng)的方案，即終端通過(guò)PS域接入IMS域進(jìn)行會(huì)話和業(yè)務(wù)控制，CS域僅提供語(yǔ)音話路的承載；該方案高度依賴終端功能，現(xiàn)網(wǎng)部署實(shí)施難度較大。另一種是基于網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)的方案，即MSC升級(jí)實(shí)現(xiàn)將A/Iu-CS接口信令轉(zhuǎn)換為IMS信令，接入IMS域以提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)控制；該方案對(duì)終端用戶的影響較小，同時(shí)可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需要，在終端用戶不感知的前提下，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一業(yè)務(wù)控制的核心網(wǎng)架構(gòu)。
5 結(jié)束語(yǔ)
全網(wǎng)IP化是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)，軟交換從核心網(wǎng)到無(wú)線接入網(wǎng)全面引入IP承載，為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)整體平滑演進(jìn)到下一代全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，全I(xiàn)P軟交換也催生了許多新的網(wǎng)絡(luò)部署策略、路由組織策略，便于部署更多的新技術(shù)。因此，全I(xiàn)P軟交換必然會(huì)進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)的安全性和業(yè)務(wù)質(zhì)量。
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