現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)中的軟交換建設(shè)分析

    0、前言

作為下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）的核心技術(shù)，軟交換受到越來越多的關(guān)注。軟交換是NGN的控制層，為NGN提供具有實(shí)時(shí)性要求業(yè)務(wù)的呼叫控制和連接控制功能，是NGN呼叫與控制的核心。

軟交換技術(shù)區(qū)別于其他技術(shù)的最顯著特征，即其核心思想的3個(gè)基本要素是：

a）開放的業(yè)務(wù)生成接口：通過API與“應(yīng)用服務(wù)器”提供新的綜合網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。

b）綜合的設(shè)備接入能力：支持眾多的協(xié)議，以便對各種各樣的接入設(shè)備進(jìn)行控制，最大限度地保護(hù)用戶投資并充分發(fā)揮現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的作用。

c）基于策略的運(yùn)行支持系統(tǒng)：采用一種與傳統(tǒng)OAM系統(tǒng)完全不同的、基于策略的實(shí)現(xiàn)方式來完成運(yùn)行支持系統(tǒng)的功能，按照一定的策略對網(wǎng)絡(luò)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)、智能、集中式的調(diào)整和干預(yù)，以保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

軟交換技術(shù)由于其開放的體系架構(gòu)、快速開放新業(yè)務(wù)的能力、便于核心網(wǎng)設(shè)備的集約化，并充分考慮了核心網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)安全和備份，將成為未來核心網(wǎng)發(fā)展的方向。

軟交換技術(shù)不僅可應(yīng)用于未來的3G網(wǎng)絡(luò)，在GSM網(wǎng)絡(luò)、固定電話網(wǎng)上也具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。下面主要針對軟交換在GSM網(wǎng)絡(luò)上的建設(shè)方案進(jìn)行論述。

1、在GSM網(wǎng)絡(luò)中引入軟交換的背景

在GSM網(wǎng)絡(luò)中引進(jìn)的軟交換設(shè)備由Server和MGW（MediaGateway）兩大部分組成，與傳統(tǒng)TDM交換機(jī)相比，軟交換設(shè)備具有如下優(yōu)勢：

a）技術(shù)優(yōu)勢

（a）采用承載和控制分離架構(gòu)，便于集中化維護(hù)管理、便于快速開發(fā)新業(yè)務(wù)、便于MSC的容量均衡和容災(zāi)等，是NGN的核心技術(shù)；

（b）采用基于IP承載的軟交換設(shè)備，MGW之間無級網(wǎng)相連，可優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，便于向未來分層架構(gòu)的NGN演進(jìn)。

b）價(jià)格優(yōu)勢

（a）由于采用了開放式平臺(tái)，易于接收革新應(yīng)用，便于新業(yè)務(wù)的部署和開展；

（b）根據(jù)2006年上半年主流廠家的報(bào)價(jià)，軟交換MSC比TDMMSC的價(jià)格約低25%；

（c）建設(shè)初期，需要建設(shè)IP承載網(wǎng)來承載軟交換系統(tǒng)，需增加部分投資，但從長遠(yuǎn)來看IP承載相對TDM承載的傳輸利用率更高。

c）符合未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢：軟交換采用IP軟交換技術(shù)，符合NGN的整體發(fā)展思路，符合未來語音、數(shù)據(jù)、多媒體全業(yè)務(wù)融合網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。

因此，我國GSM網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商都提出要在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)上建設(shè)軟交換設(shè)備，并主要考慮采用分離架構(gòu)的軟交換設(shè)備。

下面以一個(gè)省為例介紹采用分離軟交換設(shè)備的組網(wǎng)方案。

2、軟交換組網(wǎng)方案

2.1話路網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組織

2.1.1GSM話路網(wǎng)現(xiàn)狀

目前移動(dòng)GSM數(shù)字移動(dòng)通信長途網(wǎng)采用二、三級混合結(jié)構(gòu)。二級結(jié)構(gòu)的省內(nèi)話路網(wǎng)由一級兼二級匯接中心（TMSC1/2）和本地移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）組成。三級結(jié)構(gòu)的省內(nèi)話路網(wǎng)由一級匯接中心（TMSC1）、二級匯接中心（TMSC2）、MSC組成。三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)又分兩種情況：部分省采用二級邏輯網(wǎng)絡(luò)組織，即省內(nèi)網(wǎng)元與一級、二級匯接中心均相連，省際業(yè)務(wù)由一級匯接中心轉(zhuǎn)接，省內(nèi)業(yè)務(wù)由二級匯接中心轉(zhuǎn)接；部分省采用三級網(wǎng)路組織，即省內(nèi)網(wǎng)元只與二級匯接中心相連，省際業(yè)務(wù)由二級匯接中心轉(zhuǎn)接至一級匯接中心。

本地網(wǎng)各MSC與GMSC之間設(shè)置直達(dá)中繼，以疏通移動(dòng)網(wǎng)與其他網(wǎng)之間的話務(wù)。各MSC之間設(shè)置直達(dá)電路，以疏通MSC之間的直達(dá)呼叫或越局切換。

2.1.2語音不基于IP承載下的話路網(wǎng)組織

對于新增軟交換MGW部分，如果語音不考慮基于IP承載，可按照TDM端局組網(wǎng)原則考慮。圖1示出的是語音不基于IP承載下的話路網(wǎng)組織圖。

圖1 語音不基于IP承載下的話路網(wǎng)組織

2.1.3語音基于IP承載下的話路網(wǎng)組織

如果語音考慮基于IP承載，可按照如下組網(wǎng)原則考慮：

a）對于MGW間網(wǎng)內(nèi)：同一本地網(wǎng)內(nèi)設(shè)有多個(gè)MGW時(shí)，直接通過IP網(wǎng)網(wǎng)狀互聯(lián)；不同地市的MGW通過IP網(wǎng)網(wǎng)狀直聯(lián)。

b）對于MGW網(wǎng)間：同一本地網(wǎng)內(nèi)，MGW與所轄區(qū)域的2GMSC、GMSC設(shè)置直達(dá)電路。對本地網(wǎng)局（所）較多的地市，為了簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及局?jǐn)?shù)據(jù)的復(fù)雜程度，也可通過本地匯接局或者關(guān)口局轉(zhuǎn)接。

對于長途話務(wù)，MGW與其他地市的MSC、GMSC間的連接方式有如下幾種選擇：

方式一：MGW通過現(xiàn)有長途匯接網(wǎng)疏通與其他地市的MSC、GMSC。

方式二：考慮不同地市間長途話務(wù)量盡量通過IP網(wǎng)承載：即A地市MSC/GMSC→A地市MGW→B地市MGW，A地市MSC/GMSC→A地市MGW→B地市MGW→B地市MSC。

從未來發(fā)展趨勢來看，語音基于IP承載是一個(gè)大的發(fā)展趨勢，長遠(yuǎn)來看將采用方式二。但考慮到一次性實(shí)施的難度和風(fēng)險(xiǎn)，可先考慮采用方式一，再分步驟分階段向方式二過渡。圖2示出的是語音基于IP承載下的話路網(wǎng)組織圖。

圖2 語音基于IP承載下的話路網(wǎng)組織

2.2信令網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組織

2.2.1GSM信令網(wǎng)現(xiàn)狀

目前移動(dòng)GSM七號信令網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用二、三級的混合組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，采用A、B雙平面的組網(wǎng)方式。同一平面內(nèi)的STP網(wǎng)狀相連，平面間成對STP以C鏈路相連。

二級結(jié)構(gòu)的省內(nèi)信令網(wǎng)由高級兼低級信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)（H/LSTP）和本地信令點(diǎn)（SP）組成。三級結(jié)構(gòu)的省內(nèi)信令網(wǎng)由高級信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)（HSTP）、低級信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)（LSTP）、省內(nèi)網(wǎng)元組成。部分省采用邏輯二級網(wǎng)絡(luò)組織，即省內(nèi)網(wǎng)元與高級、低級信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)均相連，省際業(yè)務(wù)由高級信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)轉(zhuǎn)接，省內(nèi)業(yè)務(wù)由低級信令網(wǎng)轉(zhuǎn)接點(diǎn)轉(zhuǎn)接。部分省采用邏輯三級網(wǎng)路組織，即省內(nèi)網(wǎng)元只與低級信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)相連，省際業(yè)務(wù)由低級信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)轉(zhuǎn)接至高級信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)。

本地網(wǎng)內(nèi)信令采用以直聯(lián)為主的方式，即各網(wǎng)關(guān)局與各移動(dòng)交換端局間設(shè)置直聯(lián)信令鏈路，各移動(dòng)局間設(shè)直聯(lián)信令鏈路，網(wǎng)關(guān)局與HLR設(shè)置直聯(lián)信令鏈路（Gateway功能），移動(dòng)端局與HLR設(shè)置直聯(lián)信令鏈路（位置更新、鑒權(quán)等功能）。

2.2.2信令網(wǎng)組網(wǎng)建議

新建軟交換的信令網(wǎng)組網(wǎng)方式建議如下（以純?nèi)�級信令網(wǎng)結(jié)構(gòu)為例）：

a）MGW與Server間采用H.248協(xié)議，通過IP承載。

b）Server與MSC、GMSC等設(shè)備間的ISUP/TUP消息通過MGW/SG或者LSTP轉(zhuǎn)接。MGW/SG與本地MSC、GMSC間設(shè)置直達(dá)七號信令鏈路，通過IP承載網(wǎng)傳送信令消息到Server進(jìn)行處理；Server與MSC、GMSC、TMSC間的ISUP/TUP消息通過LSTP轉(zhuǎn)接作為備用路由。

Server與TMSC設(shè)備間的ISUP/TUP消息通過LSTP轉(zhuǎn)接。為避免Server與TMSC開設(shè)直達(dá)信令鏈路占用大量的TMSC設(shè)備的信令鏈路，建議由Server通過一對LSTP轉(zhuǎn)接（可根據(jù)匯接局的信令資源情況靈活調(diào)整）。

c）Server與BSC間的BSSAP消息通過MGW/SG轉(zhuǎn)接，MGW內(nèi)置信令網(wǎng)關(guān)SG，MGW/SG與本地BSC間設(shè)置直達(dá)七號信令鏈路，通過IP承載網(wǎng)傳送信令消息到Server進(jìn)行處理。

d）Server與SCP間的CAP消息仍通過LSTP轉(zhuǎn)接。

e）Server與Server間初期采用ISUP信令，通過TDM信令承載。

如果不同Server管轄同一本地網(wǎng)內(nèi)MGW，Server間信令由MGW/SG轉(zhuǎn)接。

如果同一Server管轄不同的本地網(wǎng)的MGW，邏輯Server間信令按照長途信令處理，由LSTP轉(zhuǎn)接。

下一步再考慮將Server間的ISUP信令改為BICC信令：改為BICC信令后，省內(nèi)Server間BICC消息通過IP承載網(wǎng)直接疏通。

f）由于Server采用大區(qū)管理機(jī)制，與所轄大區(qū)內(nèi)HLR間的MAP信令都可認(rèn)為是本地網(wǎng)范疇的信令，與其他地市和省際間的信令認(rèn)為是長途信令，對于長途信令消息，仍通過一對LSTP進(jìn)行轉(zhuǎn)接，對于Server與所轄地市HLR間的信令消息有如下3種方式：

方式一：Server與所轄地市HLR間的MAP消息全部通過本地MGW/SG進(jìn)行轉(zhuǎn)接；Server與HLR間的MAP消息通過LSTP轉(zhuǎn)接作為備用路由。

方式二：Server與所轄地市HLR間的MAP消息全部通過直達(dá)信令鏈路疏通；Server與HLR間的MAP消息通過LSTP轉(zhuǎn)接作為備用路由。

方式三：如果Server與HLR在同一本地網(wǎng)，通過TDM電路直聯(lián)；如果Server與HLR不在同一本地網(wǎng)，通過MGW與本地HLR設(shè)置直聯(lián)信令鏈路，經(jīng)IP承載網(wǎng)傳送信令消息到Server進(jìn)行處理；Server與HLR間的MAP消息通過LSTP轉(zhuǎn)接作為備用路由。

方式一的優(yōu)點(diǎn)是局?jǐn)?shù)據(jù)原則統(tǒng)一；缺點(diǎn)是Server與HLR間的MAP消息全部需經(jīng)過MGW/SG轉(zhuǎn)接并基于IP承載網(wǎng)疏通，增加了MAP消息的時(shí)延及對IP網(wǎng)帶寬的占用。

方式二的優(yōu)點(diǎn)是局?jǐn)?shù)據(jù)原則統(tǒng)一，Server與HLR之間設(shè)置直達(dá)信令鏈路，不需額外占用IP網(wǎng)帶寬，穩(wěn)定性好；缺點(diǎn)是需要增調(diào)Server與所轄地市HLR之間長途電路，電路的安全性相對本地電路稍差。

在不考慮有備用Server的情況下，總體上來說方式二要優(yōu)于方式一，但方式二需要增調(diào)Server與所轄地市HLR間的長途電路，電路的安全性相對本地電路稍差。如果考慮到備用Server的使用，方式一相對方式二局?jǐn)?shù)據(jù)設(shè)置簡單。

從未來技術(shù)演進(jìn)趨勢來說，窄帶信令將向?qū)拵�信令轉(zhuǎn)變，那么信令基于IP承載是未來趨勢；目前軟交換廠家，如華為、摩托羅拉等在現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)有方式一的信令連接應(yīng)用案例。圖3為按照方式一組網(wǎng)模式下的信令組網(wǎng)圖。

圖3 信令網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)示意圖（N+1備份方式）

2.3IP承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組織

從綜合軟交換核心節(jié)點(diǎn)選擇、帶寬需求、網(wǎng)絡(luò)安全的方面考慮，結(jié)合IP承載網(wǎng)的特點(diǎn)，建議軟交換IP承載網(wǎng)按照以下方式組織：

a）雙星型結(jié)構(gòu)。

b）在省會(huì)設(shè)置兩個(gè)核心節(jié)點(diǎn)，分別放置一臺(tái)高端路由器。

c）在每個(gè)建設(shè)軟交換節(jié)點(diǎn)的地市設(shè)置接入節(jié)點(diǎn)，分別放置兩臺(tái)高端路由器，這兩臺(tái)路由器應(yīng)盡可能分別設(shè)置于不同局址的機(jī)房。

d）接入路由器至核心路由器分別通過155MPOS鏈路相連。

e）MGW和MSCServer分別通過FE連接至局域網(wǎng)交換機(jī)，再接入兩臺(tái)接入路由器，實(shí)現(xiàn)鏈路保護(hù)。

IP承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組織示意圖見圖4。

圖4 IP承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組織示意圖

2.4計(jì)費(fèi)、網(wǎng)管連接

對于軟交換的計(jì)費(fèi)，只需要大區(qū)中心Server與計(jì)費(fèi)系統(tǒng)相連。

軟交換的Server和MGW都需要通過物理通道連接到軟交換的OMC-S，然后連接至省級網(wǎng)管。

2.5Server備份方式

目前軟交換Server備份方式主要有兩種，一種是N+1備份，一種是MSCinPOOL方式。

2.5.1N+1備份方式

正常工作模式下，備用Server和主用Server利用心跳鏈路連接，實(shí)時(shí)監(jiān)控主用MSCServer的工作狀態(tài)。一旦主用MSCServer出現(xiàn)故障，備用Server立即接管故障Server下掛MGW的管理及呼叫處理，保證網(wǎng)絡(luò)的可用性。備用Server接替主用Server工作時(shí)共用主用Server的信令點(diǎn)編碼和GT碼。

當(dāng)所有主用MSCServer正常工作時(shí)，備用Server將通過手工方式對所有主備Server的靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步。當(dāng)某主用MSCServer發(fā)生故障時(shí)，備用Server激活到其他主用Server的MISUP信令，MGW注冊到備用Server上。此時(shí)備用Server中沒有該區(qū)域漫游用戶的用戶數(shù)據(jù)，HLR中該故障Server下的漫游用戶位置信息均無效，當(dāng)用戶進(jìn)行主叫、發(fā)短消息、位置更新等操作時(shí)，需要到備用Server進(jìn)行資源申請，備用Server就會(huì)到相關(guān)HLR中取該用戶的三元組數(shù)據(jù)，完成該主叫用戶的位置信息插入，此時(shí)該用戶恢復(fù)被叫功能。對于一些沒有任何主動(dòng)行為的用戶，將會(huì)通過接續(xù)過程自動(dòng)從HLR插入用戶信息，從而恢復(fù)用戶數(shù)據(jù)。

當(dāng)故障MSCServer恢復(fù)后，人工斷開備用Server和其他主用Server之間的MISUP連接，閉鎖備用Server到MGW的鏈路，激活原故障MSCServer的相關(guān)路由，實(shí)現(xiàn)故障倒回。

圖5示出的是N+1備份實(shí)現(xiàn)方式示意圖。

圖5N+1備份實(shí)現(xiàn)方式示意圖

2.5.2MSCinPOOL方式

采用MSCinPOOL方式，系統(tǒng)可以在池化服務(wù)區(qū)中的多個(gè)MSC之間分配用戶，而不是利用單個(gè)MSC為特定區(qū)域提供服務(wù)。

一個(gè)MSCinPOOL方式可以把綜合區(qū)域看作單個(gè)實(shí)體為其提供服務(wù)。每個(gè)BSC或RNC都與池中的每個(gè)MSC建立連接。

由于系統(tǒng)可以根據(jù)BSC或RNC中的業(yè)務(wù)分配算法在MSC節(jié)點(diǎn)之間分配漫游到池化區(qū)的用戶，而且用戶在離開池化區(qū)之前一直在同一MSC中注冊，因此可以改善業(yè)務(wù)分配。

MSC池化可以提供負(fù)載分擔(dān)和災(zāi)難恢復(fù)特性。圖6示出的是MSCinPOOL備份實(shí)現(xiàn)方式示意圖。

圖6 MSCinPOOL備份實(shí)現(xiàn)方式示意圖

3、軟交換系統(tǒng)對IP承載網(wǎng)和傳輸?shù)囊��?/p>

采用分離架構(gòu)的軟交換設(shè)備，對Server和MGW之間的物理連接提出更高的安全保障要求，因此在網(wǎng)絡(luò)組織和電路使用及調(diào)度方面應(yīng)注意物理路由的安全性。

3.1對IP承載網(wǎng)的要求

a）IP承載網(wǎng)的結(jié)構(gòu)要簡潔，且安全、高效、穩(wěn)定。

b）IP承載網(wǎng)與軟交換設(shè)備接口需要緊密配合，IP地址統(tǒng)一規(guī)劃，加強(qiáng)接口間測試。

c）IP承載網(wǎng)具有有效的病毒預(yù)防和檢測機(jī)制。

d）應(yīng)充分論證IP承載網(wǎng)在各種故障情況下的恢復(fù)保護(hù)機(jī)制，能夠在IP承載網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)可靠的異地容災(zāi)方案。

3.2對傳輸網(wǎng)的要求

a）加強(qiáng)傳輸網(wǎng)絡(luò)的安全保障，盡量考慮建設(shè)傳輸二平面，增加物理傳輸通道的安全性，保障IP承載網(wǎng)和軟交換長途傳輸電路的安全。

b）傳輸網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)行便捷的電路調(diào)度和調(diào)整。

4、軟交換對維護(hù)管理體系的要求

由于軟交換Server集中設(shè)置，而MGW分散放置，對維護(hù)管理提出新的要求。

大區(qū)中心（Server集中放置的地市）維護(hù)人員與所屬地市維護(hù)人員應(yīng)該分別設(shè)定賬戶，并明確賬戶的權(quán)限。對維護(hù)人員應(yīng)按照不同的角色，設(shè)置不同的職責(zé)權(quán)限，并由相關(guān)主管部門對用戶角色的權(quán)限設(shè)定進(jìn)行審閱并簽字確認(rèn)。

大區(qū)中心維護(hù)管理人員需對大區(qū)中心的設(shè)備進(jìn)行集中維護(hù)管理，包括設(shè)備局?jǐn)?shù)據(jù)的設(shè)置、修改，設(shè)備的日常運(yùn)行維護(hù)；定期校驗(yàn)Server的主機(jī)時(shí)間、BAM時(shí)間、計(jì)費(fèi)服務(wù)器時(shí)間。

所屬地市維護(hù)管理人員只能在返遷終端對本地設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，只能修改跟本地市相關(guān)的設(shè)置，不能擅自改動(dòng)大區(qū)中心Server的局?jǐn)?shù)據(jù)；定期校驗(yàn)MGW主機(jī)時(shí)間。

5、下一步發(fā)展展望

根據(jù)未來技術(shù)發(fā)展趨勢，建設(shè)在GSM網(wǎng)絡(luò)上的軟交換設(shè)備的發(fā)展方向主要有如下幾個(gè)方面：

a）軟交換MGW間語音改為IP承載，Server間改為BICC信令，并為2G和3G融合打下基礎(chǔ)。

b）建設(shè)時(shí)間同步網(wǎng)，對軟交換設(shè)備進(jìn)行時(shí)間同步。

c）軟交換不僅支持2G和3G核心網(wǎng)，而且可以支持其他接入方式，如固網(wǎng)接入等。

6、結(jié)束語

由于軟交換的技術(shù)優(yōu)勢和技術(shù)解決方案的逐步成熟，軟交換技術(shù)在電信網(wǎng)絡(luò)中獲得了越來越多的應(yīng)用。但由于軟交換技術(shù)新、變化大，對工程建設(shè)和維護(hù)管理提出了新的要求。相對建設(shè)原來的傳統(tǒng)交換機(jī)，不僅軟交換本身網(wǎng)絡(luò)組織更加復(fù)雜，而且還需要建設(shè)IP承載網(wǎng)與軟交換緊密配合，調(diào)整傳輸電路，保障物理通道安全，這些工作大大增加了工程建設(shè)的難度。由于軟交換采用分離架構(gòu)，Server集中設(shè)置方式，需要維護(hù)體制相應(yīng)發(fā)生變化，為未來維護(hù)管理集中化探路。