軟交換技術(shù)及在移動核心網(wǎng)中的應(yīng)用

  
　　移動業(yè)務(wù)高速發(fā)展的今天，新業(yè)務(wù)的需求復(fù)雜、多變，多種業(yè)務(wù)的結(jié)合和交織更要求能有一套靈活的支撐系統(tǒng)。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外各大設(shè)備制造商針對市場業(yè)務(wù)需求多樣化的挑戰(zhàn)紛紛提出了移動軟交換的解決方案。基于移動軟交換網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點在于：建網(wǎng)成本低，網(wǎng)絡(luò)易升級，便于加快新業(yè)務(wù)和新應(yīng)用的開發(fā)、生成和部署，快速實現(xiàn)低成本廣域業(yè)務(wù)覆蓋，推進話音和數(shù)據(jù)的融合等等。軟交換技術(shù)的諸多優(yōu)點，使其成為下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心，軟交換技術(shù)也理所當(dāng)然成為業(yè)界發(fā)展的主流。

1、軟交換的優(yōu)勢

移動軟交換主要針對核心網(wǎng)絡(luò)的交換部分，不涉及到接入網(wǎng)絡(luò)的改造。移動軟交換的核心概念是實現(xiàn)了控制面與用戶面的分離。所有的控制功能集中在MSC-Call Server中，所有的交換功能在媒體網(wǎng)關(guān)（MGW）中完成。MSC-Call Server通過標(biāo)準(zhǔn)的H.248接口完成對話務(wù)等交換過程的控制。同時MSC-Call Server通過傳統(tǒng)的MAP信令與HLR交互，通過傳統(tǒng)的BSSAP信令完成對接入網(wǎng)絡(luò)的控制。而在MSC-Call Server之間可以通過ISUP協(xié)議或者BICC協(xié)議（當(dāng)使用IP承載時）完成呼叫的建立。移動軟交換技術(shù)具有以下顯著的特點：

◆軟交換技術(shù)符合未來電信網(wǎng)絡(luò)面向全IP發(fā)展的趨勢，同時兼顧原有的TDM承載需要。建立在多承載基礎(chǔ)上的TrFO技術(shù)通過減少編解碼過程，同時解決了提高話音質(zhì)量與節(jié)約核心網(wǎng)帶寬的需求。由于軟交換技術(shù)在3GPP R4中定義，因此很多新的電路交換功能也在移動軟交換設(shè)備中引入，從而為運營商提供更豐富的電路交換業(yè)務(wù)提供了可能。

◆由于控制面與用戶面的分離，因此處于控制面的MSC-Call Server容量相對原有交換機大大提高，而且可以集中放置在省會與地區(qū)中心的機房，而負(fù)責(zé)交換的MGW則放置在各個本地網(wǎng)中，從而實現(xiàn)了清晰的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。主要的控制與管理工作將可以集中完成，新業(yè)務(wù)的引入也可以集中在MSC-Call Server中進行。MSC-Call Server與MGW之間可以通過IP連接。

◆當(dāng)引入IP承載話音時，可以將話音承載平面化。由于IP網(wǎng)絡(luò)本身具備路由與交換的特性，因此原有的匯接局將不再需要，而且整個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)將趨于簡單。

移動軟交換技術(shù)的優(yōu)越性體現(xiàn)為以下幾個方面：

1.1　基本建設(shè)費用（CAPEX）低

軟交換技術(shù)放棄了傳統(tǒng)交換網(wǎng)絡(luò)的封閉架構(gòu)，轉(zhuǎn)而采用相對集中的控制核心為全網(wǎng)用戶提供服務(wù)，通過開放的接口和通用協(xié)議，協(xié)助運營商構(gòu)造一個開放的低成本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提高業(yè)務(wù)的部署速度。軟交換技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)從PSTN向NGN的演進，同時也可以實現(xiàn)2G、3G、IMS網(wǎng)絡(luò)的良好兼容和平滑遷移，從而大幅減少網(wǎng)絡(luò)遷移的CAPEX支出。

另一方面，軟交換網(wǎng)絡(luò)采用IP作為傳輸承載介質(zhì)，提高了傳輸效率，降低了整網(wǎng)的傳輸成本；軟交換網(wǎng)絡(luò)可以方便地采用集中設(shè)置和管理模式，覆蓋多個業(yè)務(wù)區(qū)域，減少局間切換的數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)側(cè)位置更新的數(shù)量，從而改善網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)質(zhì)量；大容量、集中設(shè)置的軟交換設(shè)備可以實現(xiàn)跨區(qū)域的資源共享，具有更高效的設(shè)備資源利用率和網(wǎng)絡(luò)效率；媒體網(wǎng)關(guān)采用扁平化組網(wǎng)模式，即使在建設(shè)大型網(wǎng)絡(luò)時，也不需要建設(shè)匯接層面，簡化了網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通拓?fù)�，網(wǎng)絡(luò)易于管理。

據(jù)統(tǒng)計，相比傳統(tǒng)交換網(wǎng)絡(luò)，軟交換網(wǎng)絡(luò)可節(jié)省20%～30%的總體CAPEX支出。

1.2　運營支出成本（OPEX）低

軟交換設(shè)備在處理能力、集成度和功耗等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的交換設(shè)備，從而大大地降低了對機房、供電的要求，可節(jié)省機房面積60～70%，節(jié)電30%。

承載與控制相分離的機制可將軟交換網(wǎng)絡(luò)的核心集中放置和管理，運營商可將運維力量聚焦于數(shù)量有限的軟交換局所，從而降低網(wǎng)絡(luò)的運維成本。

1.3　網(wǎng)絡(luò)安全性提高

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)缺乏網(wǎng)絡(luò)級的可靠性策略和手段，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點出現(xiàn)故障時，服務(wù)質(zhì)量將受到極大影響。軟交換網(wǎng)絡(luò)引入了雙歸屬、MSC Pool等網(wǎng)絡(luò)級的可靠性機制，極大地提高了電信網(wǎng)絡(luò)的可靠性和網(wǎng)絡(luò)的可用性。

雙歸屬技術(shù)實現(xiàn)了軟交換設(shè)備節(jié)點間的互備份功能：當(dāng)一個軟交換設(shè)備出現(xiàn)故障時，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)可平滑地切到備份設(shè)備，由后者繼續(xù)提供電信服務(wù)，避免降低全網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量；MSC Pool技術(shù)可使無線網(wǎng)絡(luò)共享多個核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)點，避免了MGW設(shè)備單點故障對全網(wǎng)業(yè)務(wù)和服務(wù)的影響，提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性和可用性。

1.4　快速、方便地提供新業(yè)務(wù)

（1）網(wǎng)絡(luò)開放，縮短業(yè)務(wù)開發(fā)周期：軟交換系統(tǒng)基于更加開放的構(gòu)架和分布式軟件技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)易于集成，可為運營商提供快速業(yè)務(wù)開發(fā)環(huán)境。據(jù)不完全統(tǒng)計，基于軟交換網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)開發(fā)周期較之傳統(tǒng)交換設(shè)備可縮短50%。

（2）集中管理，易于業(yè)務(wù)部署：在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，新業(yè)務(wù)的部署需要升級網(wǎng)絡(luò)中的所有交換設(shè)備，業(yè)務(wù)部署非常復(fù)雜；在軟交換網(wǎng)絡(luò)，新業(yè)務(wù)的部署僅需對軟交換設(shè)備進行軟件升級，大容量、集中化管理的軟交換組網(wǎng)模式進一步簡化了業(yè)務(wù)部署的難度，業(yè)務(wù)部署周期縮短一倍以上。

（3）可擴展多媒體業(yè)務(wù)提供能力：軟交換網(wǎng)絡(luò)在繼承傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)的同時，擴展了對數(shù)據(jù)、多媒體業(yè)務(wù)的支撐能力。通過集成多媒體會話協(xié)議SIP和視頻轉(zhuǎn)換功能，可極大地擴展新業(yè)務(wù)的創(chuàng)新空間和領(lǐng)域，為運營商開創(chuàng)更多增值業(yè)務(wù)提供了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，如移動固定綜合業(yè)務(wù)、視頻互通業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)/語音結(jié)合業(yè)務(wù)等。

開放的業(yè)務(wù)接口可加速增值業(yè)務(wù)的發(fā)展，解決了電信網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)發(fā)展的問題，加速電信增值業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)的創(chuàng)新和普及，繁榮電信增值業(yè)務(wù)。

2、移動軟交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

移動軟交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在移動軟交換核心網(wǎng)的電路域中，可以使用承載獨立的方式支持不同的傳輸層，如IP、ATM或TDM。電路域核心網(wǎng)主要由MSC Server、GMSC Server和MGW組成。

圖1　移動軟交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.1　MSC服務(wù)器（MSC Server）

電路交換子系統(tǒng)中的軟交換機，除了具有傳統(tǒng)MSC的呼叫控制功能以外，增加了移動系統(tǒng)特有的移動管理功能，負(fù)責(zé)移動發(fā)起和移動終結(jié)的電路域呼叫控制，它終止用戶—網(wǎng)絡(luò)信令并把它轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)—網(wǎng)絡(luò)信令。MSC服務(wù)器也包含VLR功能，容納移動用戶的各種簽約數(shù)據(jù)。MSC服務(wù)器管理媒體網(wǎng)關(guān)中與連接控制相關(guān)的呼叫狀態(tài)。

MSC服務(wù)器可以實現(xiàn)語音業(yè)務(wù)、基本數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)互通、媒體網(wǎng)關(guān)控制等主要功能需求，具體功能包括：

（1）呼叫控制功能。

（2）業(yè)務(wù)提供功能。

（3）系統(tǒng)過負(fù)荷控制功能。

（4）計費功能。

（5）系統(tǒng)性能統(tǒng)計、告警、網(wǎng)管功能。

（6）路由、地址解析功能。

（7）網(wǎng)絡(luò)互通和信令網(wǎng)關(guān)功能，包括支持七號信令、SIP-T、BICC、IGTRAN、MAP、BSSAP、INMAP/CAP及進行媒體網(wǎng)關(guān)控制的MEGACO/H.248信令等。

（8）持漫游用戶數(shù)據(jù)管理，包括HLR向VLR提供用戶數(shù)據(jù)，通知VLR改變用戶數(shù)據(jù)等。

（9）支持鑒權(quán)與安全性管理，包括支持HLR/AuC鑒權(quán)用戶數(shù)據(jù)過程及鑒權(quán)算法。

（10）支持HLR的恢復(fù)功能。

（11）支持移動性管理功能，包括一般性位置登記、移動用戶清除及周期性位置更新等。

（12）支持同一移動媒體網(wǎng)關(guān)內(nèi)不同BSC之間、移動媒體網(wǎng)關(guān)之間、軟交換設(shè)備（或MSC）之間的信道切換，支持業(yè)務(wù)請求和尋呼功能等。

2.2　GMSC服務(wù)器（GMSC Server）

GMSC服務(wù)器是電路交換子系統(tǒng)中負(fù)責(zé)與外部PSTN/iSDN網(wǎng)絡(luò)互通的軟交換機，主要包含了傳統(tǒng)GMSC的呼叫控制和移動管理功能。

2.3　媒體網(wǎng)關(guān)（MGW）

媒體網(wǎng)關(guān)是將一種網(wǎng)絡(luò)中的媒體轉(zhuǎn)換成另一種網(wǎng)絡(luò)所要求的媒體格式。它能夠在電路交換網(wǎng)的承載通道和分組網(wǎng)的媒體流之間進行轉(zhuǎn)換，可以處理音頻、視頻，能夠進行全雙工的媒體翻譯，可以演示視頻/音頻消息，實現(xiàn)其它IVR功能，也可以進行多媒體會議等。

2.4　T-SGW

傳輸信令網(wǎng)關(guān)主要用于呼叫控制信令的承載轉(zhuǎn)換，它的主要功能是執(zhí)行7號信令承載和IP承載的轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)7號信令交換機和軟交換機的信令承載互通；提供PSTN/PLMN和IP的傳輸層地址映射。

2.5　Mc接口

Mc為MSC Server與MGW之間的接口，主要功能是媒體控制，以實現(xiàn)軟交換機和媒體網(wǎng)關(guān)的交互，完成承載控制、網(wǎng)關(guān)管理等功能。純IP連接時，協(xié)議棧為H.248/SCTP/IP，也可將M3UA加在SCTP之上。為了更好地與基于H.248的固定軟交換系統(tǒng)進行互通，在純IP連接時，可選采用UDP承載，即H.248/UDP/IP。純ATM連接時，協(xié)議棧為H.248/MTP3b/SSCF/SSCOP/AAL5/ATM。混合ATM、IP連接時，協(xié)議棧為H.248/M3UA/SCTP/IP。

2.6　Nc接口

Nc為MSC Server與（G）MSC Server之間的接口，主要解決控制和承載分離的移動ISUP的呼叫控制。使用呼叫控制與承載相分離的呼叫控制協(xié)議，如BICC、SIP-T。Nc接口可以基于ATM/IP/TDM承載，相應(yīng)的協(xié)議棧是：IP承載時，為BICC/M3UA/SCTP/IP或BICC/SCTP/IP；ATM承載時，為BICC/MTP3b/SAAL/AAL5；TDM承載時，為BICC/MTP3/MTP2/MTP1。

2.7　Nb接口

Nb為MGW之間的接口。主要功能是使用ATM或IP的方式承載電路域的業(yè)務(wù)，包括話音和電路域的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。以ATM方式作為承載時，Nb接口的用戶平面和控制平面都在兩個MGW之間直接傳輸。用戶平面基于AAL2，協(xié)議棧為AAL-2 SAR SSCS（I.366.1）/AAL2（I.363.2）/ATM；控制平面基于AAL5，協(xié)議棧為AAL2連接信令（Q.2630.2）/用于MTP3b的AAL2信令傳送轉(zhuǎn)換（Q.2150.1/MTP3b/SSCF-NNI/SSCOP/AAL5/ATM，采用IP承載時，Nb接口的用戶平面和控制平面的傳輸路徑不同。用戶平面基于RTP，直接在兩個MGW之間傳輸，其協(xié)議棧為RTP/UDP/IP；控制平面采用Q.1970，需要通過Mc和Nc接口的隧道傳輸。

2.8　MSC服務(wù)器與應(yīng)用/業(yè)務(wù)層之間的接口

提供訪問各種數(shù)據(jù)庫、三方應(yīng)用平臺、各種功能服務(wù)器等的接口，實現(xiàn)對各種增值業(yè)務(wù)、管理業(yè)務(wù)和三方應(yīng)用的支持。其中包括：

◆MSC服務(wù)器與應(yīng)用服務(wù)器之間的接口：可使用SIP協(xié)議或API（如Parlay），提供對三方應(yīng)用和各種增值業(yè)務(wù)的支持功能。

◆MSC服務(wù)器與策略服務(wù)器之間的接口：實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行動態(tài)干預(yù)，可使用COPS協(xié)議。

◆MSC服務(wù)器與網(wǎng)關(guān)中心之間的接口：實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理，可使用SNMP協(xié)議。

◆MSC服務(wù)器與智能網(wǎng)的SCP之間的接口：實現(xiàn)對現(xiàn)有智能網(wǎng)業(yè)務(wù)的支持，可使用CAP/WINMAP協(xié)議。

◆MSC服務(wù)器與歸屬位置寄存器HLR、短消息中心之間的接口：實現(xiàn)對位置查詢、位置登記、業(yè)務(wù)更新及短消息業(yè)務(wù)的支持，可使用MAP協(xié)議。

3、吉林移動核心網(wǎng)步入軟交換時代

軟交換技術(shù)是在1997年由貝爾實驗室提出的，在運營商、制造商的共同努力下，發(fā)展迅速，并已進入規(guī)模商用階段。據(jù)IDC市場預(yù)測數(shù)據(jù)顯示：2005年是全球軟交換市場進入高速發(fā)展期的起點，2005年～2009年是軟交換網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展階段，軟交換設(shè)備市場以平均47%的速度增長，至2009年末，軟交換市場應(yīng)用量將超過傳統(tǒng)交換市場。

吉林移動公司為順應(yīng)時代和市場的高速發(fā)展，滿足用戶的更高需求，部分城市采用上海貝爾阿爾卡特5020 Spatial Atrium移動軟交換，自2006年軟交換成功割接以來，用戶數(shù)在逐漸增加，網(wǎng)絡(luò)各項性能指標(biāo)趨于正常，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。5020移動軟交換解決方案由集中配置的無線軟交換（WSS）、分布配置的無線媒體網(wǎng)關(guān)（WMG）、集成在WSS中的無線網(wǎng)管系統(tǒng)（WEM）三類網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成，此方案基于革命性的開放平臺技術(shù)，極大地利用計算機通信產(chǎn)業(yè)的成果，包括計算平臺、運營平臺、協(xié)議棧，可以支持GSM、CDMA、UMTS、IMS等多種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，增強了網(wǎng)絡(luò)提供基于分組的無線話音和數(shù)據(jù)通信的能力，為移動運營商部署和維護其核心網(wǎng)絡(luò)提供了一個全新的范例。方案采用控制和承載分離，控制部分可以集成話音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和IMS業(yè)務(wù)，以分布在網(wǎng)絡(luò)中的多個節(jié)點代替?zhèn)鹘y(tǒng)集中配置的交換機，從而可實現(xiàn)向全IP網(wǎng)絡(luò)的平滑演進。

一方面，5020移動軟交換廣泛采用了業(yè)界軟硬件可靠性和安全性設(shè)計方面的經(jīng)驗和技術(shù)，采用分布式的體系架構(gòu)，降低了單個網(wǎng)元的復(fù)雜度，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)與承載之間的完全隔離；標(biāo)準(zhǔn)的電信級平臺，具備強大的系統(tǒng)可擴展性和安全性可靠性；全面而有效的單板和端口冗余保護機制、高效的系統(tǒng)內(nèi)部檢測和恢復(fù)機制，加上靈活可配置的過負(fù)荷控制策略，確保了單板級和設(shè)備級的高可靠性；創(chuàng)新的多種呼叫服務(wù)器地理冗余方案和媒體網(wǎng)關(guān)群方案在組網(wǎng)上增強了系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性。

另一方面，5020移動軟交換采用先進的雙CPU，具有強大的處理能力、板卡種類少、結(jié)構(gòu)簡單易維護。能夠支持GSM/GPRS/UMTS/TD-SCDMA，CDMA2000等多種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)制式，并可平滑演進到IMS，支持TDM/ATM/IP等各種組網(wǎng)方式，具有強大的全IP承載組網(wǎng)能力和兼容性。

4、結(jié)束語

雖然不少廠家推出了軟交換的解決方案，各運營商也在積極進行相關(guān)的試驗，但新技術(shù)的應(yīng)用需要相當(dāng)長的時間來完善。在新興運營商積極探索分組承載網(wǎng)絡(luò)是否能夠提供話音業(yè)務(wù)的可行性時，傳統(tǒng)運營商正在思考這種新的架構(gòu)是否能夠提供新的業(yè)務(wù)。任何事物的發(fā)展都需要一個過程，整個軟交換的技術(shù)尚處于初期發(fā)展階段，許多思想尚須通過實踐來不斷驗證和修正，移動軟交換隨著業(yè)務(wù)及功能的發(fā)展而不斷補充和更新。軟交換技術(shù)已經(jīng)取得的巨大成績是有目共睹的，技術(shù)的進步和新問題的產(chǎn)生總是同步的，通過積極的試驗，研究的深入，相信這些問題一定會得到解決，從而進一步推動軟交換技術(shù)的完善，加快軟交換技術(shù)的商用。

技術(shù)的發(fā)展最終要面向應(yīng)用，應(yīng)該務(wù)實地看待基于軟交換的下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，關(guān)心基于軟交換技術(shù)相關(guān)設(shè)備的業(yè)務(wù)支持能力、服務(wù)質(zhì)量以及維護管理等可運營性問題；要積極的通過基于軟交換的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的試驗來驗證技術(shù)的可用性、設(shè)備的成熟性；并進行經(jīng)濟可行性分析，制訂合理的商業(yè)模型，充分挖掘軟交換技術(shù)的潛力，開拓新的市場，探索出一種增加業(yè)務(wù)收入、降低成本和拓展市場空間的發(fā)展之路。以技術(shù)發(fā)展促進應(yīng)用，以應(yīng)用需求促進技術(shù)發(fā)展，如此，基于軟交換的下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展才可步入良性循環(huán)的軌道。