移動(dòng)軟交換技術(shù)在3G核心網(wǎng)中的實(shí)現(xiàn)(上)

摘要　文章主要從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、功能、特點(diǎn)等幾個(gè)方面論述了移動(dòng)軟交換技術(shù)在3G網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)現(xiàn)，并討論了移動(dòng)軟交換在設(shè)備、協(xié)議、資源控制、媒體網(wǎng)關(guān)等方面與固定軟交換的差異。

1、引言

　　隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和應(yīng)用，全球移動(dòng)用戶迅速增長(zhǎng)，計(jì)劃中的3G核心網(wǎng)將向用戶提供更寬的帶寬和各種更新的服務(wù)，除傳統(tǒng)的話音服務(wù)外，還包括無(wú)線上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及移動(dòng)視頻的服務(wù)。

　　分組話音從技術(shù)上改變了傳統(tǒng)話音傳送的方式和服務(wù)質(zhì)量。在固定網(wǎng)VoIP中，話音業(yè)務(wù)是在專用或公用IP網(wǎng)上以數(shù)據(jù)分組形式傳送的，而不是通過(guò)電路交換在特定中繼線上傳送。在移動(dòng)網(wǎng)中，話音業(yè)務(wù)與傳統(tǒng)的固定電話一樣，也是通過(guò)移動(dòng)交換中心(MSC)進(jìn)行電路交換的。傳統(tǒng)的電路交換正在向分組核心網(wǎng)平滑過(guò)渡，話音將在這個(gè)新的核心網(wǎng)上以分組形式傳送。

　　目前，在固定網(wǎng)VoIP中已經(jīng)開始使用基于軟交換的體系結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中把四類和五類的電路交換分解為媒體網(wǎng)關(guān)和軟交換機(jī)。在移動(dòng)核心網(wǎng)中引入基于軟交換的體系結(jié)構(gòu)也將給全世界的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)許多好處。現(xiàn)在，3GPP、3GPP2兩大3G標(biāo)準(zhǔn)化組織分別提出了全I(xiàn)P的移動(dòng)核心網(wǎng)的參考結(jié)構(gòu)。3G網(wǎng)絡(luò)作為未來(lái)NGN的一部分，也采用了NGN中軟交換的思想。3G核心網(wǎng)的未來(lái)發(fā)展方向是采用基于軟交換技術(shù)的全I(xiàn)P承載結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)控制、業(yè)務(wù)提供三者的分離，提供一個(gè)分層的、開放的、可靠的、擴(kuò)展性良好的網(wǎng)絡(luò)體系。3G網(wǎng)絡(luò)能更好地與因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)融合，方便地利用因特網(wǎng)現(xiàn)有的豐富資源，為3G網(wǎng)絡(luò)用戶提供實(shí)時(shí)話音與視頻、Web瀏覽、電子商務(wù)等各種多媒體業(yè)務(wù)和多樣化的增值業(yè)務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)3G網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)真正的融合。

2、軟交換技術(shù)在3G中的應(yīng)用

　　從電路交換核心網(wǎng)過(guò)渡到全I(xiàn)P核心網(wǎng)，UMTS標(biāo)準(zhǔn)有三個(gè)版本：R99、R4以及R5。這三個(gè)版本各有特色：R99系統(tǒng)向下兼容GSM和GPRS；R4電路域基于承載與控制分離的思想采用移動(dòng)軟交換技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了核心網(wǎng)電路域的IP傳輸問題；R5則是從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)到核心網(wǎng)都采用IP傳輸，并增加了IP多媒體域的實(shí)體，可以實(shí)現(xiàn)端到端的多媒體業(yè)務(wù)。

　　2.1　UMTS R99版本

　　UMTS R99規(guī)定WCDMA/TD-SCDMA系統(tǒng)的核心網(wǎng)將基于ATM，核心網(wǎng)絡(luò)分為電路域和分組域兩個(gè)部分。電路域通過(guò)編解碼轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)話音由ATM AAL2至64k電路的轉(zhuǎn)換；分組域仍然采用了GPRS SGSN和GGSN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，相對(duì)于GPRS，增加了服務(wù)級(jí)別的概念，分組域的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證能力提高，帶寬增加。并且，為把話音業(yè)務(wù)從無(wú)線接入網(wǎng)(RAN)傳向核心網(wǎng),最終傳向PSTN，定義了Iu-cs電路交換接口。

　　R99網(wǎng)絡(luò)主要以繼承GSM為主，在網(wǎng)絡(luò)特征上仍然屬于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)。

　　2.2　UMTS R4版本

　　R4階段，WCDMA/TD-SCDMA核心網(wǎng)絡(luò)仍然分為電路域和分組域兩個(gè)部分，其中電路域移動(dòng)交換中心(MSC)基于軟交換的思想體系，將MSC的功能由MSC Server(移動(dòng)交換服務(wù)器)和MG(媒體網(wǎng)關(guān))兩個(gè)功能實(shí)體來(lái)實(shí)現(xiàn)。MSC Server完成呼叫控制和移動(dòng)性管理，而MG完成媒體流的處理功能。MG和MSC Server之間是標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

　　對(duì)移動(dòng)終端到移動(dòng)終端的話音呼叫而言，話音分組可以直接利用無(wú)匯接運(yùn)行(TFO)或無(wú)變碼器運(yùn)行(TrFO)來(lái)傳送，以減少時(shí)延和改善話音質(zhì)量。在R4中使用TrFO時(shí)，媒體網(wǎng)關(guān)可以是ATM交換機(jī)。在核心網(wǎng)中話音利用AAL2通過(guò)ATM傳送。R4相對(duì)于3GPP的R99主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)網(wǎng)絡(luò)由TDM中心節(jié)點(diǎn)交換型演進(jìn)為典型的分組話音分布式體系結(jié)構(gòu)；

　　(2)網(wǎng)絡(luò)采用開放式結(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)邏輯與底層承載相分離，話音分組化；

　　(3)由于優(yōu)化了話音編解碼轉(zhuǎn)換器，改善了WCDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部話音分組包的時(shí)延，提高了話音質(zhì)量和核心網(wǎng)傳輸資源的利用率，

　　(4)話音采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用方式傳遞，可以提高傳輸網(wǎng)的效率，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)帶寬動(dòng)態(tài)分配。

　　2.3　UMTS R5版本

　　UMTS R5也建立在分組核心網(wǎng)的基礎(chǔ)上，但它規(guī)定要利用IPv6從ATM核心網(wǎng)過(guò)渡到全I(xiàn)P網(wǎng)，提供話音、數(shù)據(jù)和多媒體服務(wù)，終端開始支持SIP協(xié)議。R5規(guī)范將MSC Server在功能上分離為MGCF(媒體網(wǎng)關(guān)控制功能)和CSCF(呼叫狀態(tài)控制功能)，分別處理語(yǔ)音呼叫控制和多媒體呼叫控制。

　　R5將充分利用基于分組的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)單元與協(xié)議。對(duì)分組交換的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，可以保證端到端的服務(wù)質(zhì)量(QoS)。引入新的寬帶多速率(WB-AMR)聲碼器來(lái)改善話音質(zhì)量。R5還將引入新的網(wǎng)元，如原籍用戶服務(wù)器(HSS)等，以及引入一些新的概念，如虛擬原籍環(huán)境(VHE)等。HSS管理有關(guān)移動(dòng)用戶的信息。VHE的目的是實(shí)現(xiàn)跨越不同網(wǎng)絡(luò)和不同終端的個(gè)性化業(yè)務(wù)可攜性。用戶可以利用個(gè)人業(yè)務(wù)環(huán)境(PSE)來(lái)生成他們自己的服務(wù)環(huán)境。VHE保證不論UMTS用戶處于何種網(wǎng)絡(luò)，使用何種終端，身處何地，都始終能夠向用戶提供同樣的個(gè)性化功能、用戶接口能力和業(yè)務(wù)。另外，在網(wǎng)中還可加入應(yīng)用服務(wù)器，通過(guò)基于Parlay/SIP-S協(xié)議的開放式接口(OSA)接入，接收來(lái)自HSS、PSE和CSCF的信息。

3、移動(dòng)軟交換的功能

　　移動(dòng)軟交換是多種邏輯功能實(shí)體的集合，提供綜合業(yè)務(wù)的呼叫控制、連接以及部分業(yè)務(wù)功能，是3GPP R4及以后階段軟交換系統(tǒng)核心網(wǎng)中的電路域?qū)崟r(shí)語(yǔ)音/數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呼叫、控制、業(yè)務(wù)提供的核心設(shè)備。

　　移動(dòng)軟交換設(shè)備的功能結(jié)構(gòu)其主要設(shè)計(jì)思想是業(yè)務(wù)/控制與傳送/接入分離，各實(shí)體之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議進(jìn)行連接和通信，主要功能包括以下幾個(gè)部分：

　　(1)移動(dòng)性管理功能

　　主要完成切換(包括UMTS系統(tǒng)內(nèi)、GSM系統(tǒng)內(nèi)以及GSM與UMTS系統(tǒng)間的切換)、登記和移動(dòng)臺(tái)去活功能。

　　(2)安全保密功能

　　支持用戶鑒權(quán)、TMSI使用和用戶信息加密。

　　(3)呼叫控制和處理功能

　　移動(dòng)交換服務(wù)器可以為基本呼叫的建立、維持和釋放提供控制功能，包括呼叫處理、連接控制、智能呼叫觸發(fā)檢出和資源控制等；接收來(lái)自業(yè)務(wù)交換功能的監(jiān)視請(qǐng)求，并對(duì)其中與呼叫相關(guān)的事件進(jìn)行處理；支持基本的兩方呼叫控制功能和多方呼叫控制功能。

　　(4)VLR功能

　　包括用戶數(shù)據(jù)管理、位置登記、鑒權(quán)、提供MSRN、VLR恢復(fù)、切換號(hào)碼分配、TMSI分配、清除、SuperCharger功能。

　　(5)其他功能

　　包括協(xié)議處理、互通、資源管理、計(jì)費(fèi)、認(rèn)證與授權(quán)、號(hào)碼分析/地址解析、媒體控制等。

4、軟交換體系結(jié)構(gòu)在無(wú)線網(wǎng)中的特點(diǎn)和好處

　　(1)分布式交換降低運(yùn)營(yíng)成本

　　傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)利用集中的MSC在RAN和PSTN之間完成話音交換。由于多數(shù)呼叫是本地的，這就造成電路加倍，從本地RAN到MSC，又從MSC到本地PSTN。基于軟交換的體系結(jié)構(gòu)由集中的MSC服務(wù)器/軟交換機(jī)與分布的媒體網(wǎng)關(guān)組成，呼叫控制與話音處理/交換是分開的，媒體網(wǎng)關(guān)可以布設(shè)在提供最大價(jià)值的地方，復(fù)雜的呼叫控制被集中在一起。通過(guò)部署分布式交換，運(yùn)營(yíng)商可以明顯降低回程費(fèi)用。

　　基于軟交換的分布式體系結(jié)構(gòu)的另一主要好處是話音業(yè)務(wù)和GPRS數(shù)據(jù)可以共用核心網(wǎng)。

　　(2)開放智能業(yè)務(wù)不需對(duì)所有MSC升級(jí)

　　移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商利用移動(dòng)智能網(wǎng)(IN)開放基于標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)務(wù)。當(dāng)前許多業(yè)務(wù)例如預(yù)付費(fèi)業(yè)務(wù)等是利用IN協(xié)議的專有擴(kuò)充來(lái)提供的，但是想把這些業(yè)務(wù)延伸至漫游者就需要實(shí)施基于標(biāo)準(zhǔn)的CAMEL&WIN業(yè)務(wù)。CAMEL和WIN兩者都使用集中的智能網(wǎng)節(jié)點(diǎn)----業(yè)務(wù)控制點(diǎn)(SCP)。當(dāng)部署新業(yè)務(wù)時(shí)，運(yùn)營(yíng)商必須對(duì)所有的MSC進(jìn)行升級(jí)，經(jīng)過(guò)升級(jí)的MSC要把呼叫控制移交給SCP，由SCP執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯。這樣導(dǎo)致業(yè)務(wù)提供成本高，MSC實(shí)時(shí)處理代價(jià)高，軟件成本高，業(yè)務(wù)投放市場(chǎng)時(shí)間長(zhǎng)。