軟交換及其在移動通信網(wǎng)上的應(yīng)用(上)

摘要　介紹軟交換概念，軟交換體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)元接口協(xié)議、語音編碼方式以及軟交換技術(shù)特點，對移動網(wǎng)建設(shè)中軟交換技術(shù)的選用進行討論，最后簡單闡述軟交換在中國移動省際長途匯接網(wǎng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞　軟交換　移動通信網(wǎng)　R4　長途匯接網(wǎng)

一、軟交換概念及其發(fā)展歷程

軟交換是電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)演進的核心設(shè)備，是下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的重要組成部分。它獨立于底層承載協(xié)議，主要完成呼叫控制、媒體網(wǎng)關(guān)接入控制、資源分配、協(xié)議處理、路由選擇、認證和計費等功能，可以向用戶提供現(xiàn)有電路交換所能提供的所有業(yè)務(wù)以及多樣化的第三方業(yè)務(wù)。

軟交換的概念是隨著IP網(wǎng)和ATM網(wǎng)的發(fā)展而產(chǎn)生的，是下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中采用的理念。根據(jù)軟交換在網(wǎng)絡(luò)中所處的位置和服務(wù)的終端將其分為兩類，即固定軟交換和移動軟交換。固定軟交換是指軟交換設(shè)備作為現(xiàn)有固定電話網(wǎng)的下一代核心交換設(shè)備服務(wù)于固定電話用戶；移動軟交換是指軟交換設(shè)備作為移動端局MSC服務(wù)于移動用戶，可直接對HLR等進行訪問，因此，移動軟交換不僅具備固定軟交換的功能，同時還具有移動性管理等功能。當軟交換僅作為移動匯接局使用時，其功能同固定軟交換。

盡管“軟交換”是目前NGN/3G討論的熱點，但是人們對它的概念仍然有些似是而非。綜合業(yè)界的看法，從廣義上講，軟交換概念是指以軟交換設(shè)備為控制核心的下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)；從狹義上講，軟交換特指位于NGN控制平面的軟交換設(shè)備。軟交換設(shè)備(soft switch)，曾被稱為呼叫服務(wù)器(call server)、呼叫代理(call agent)或媒體網(wǎng)關(guān)控制器(Media Gateway Control)，是在VoIP體系中把呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(guān)中分離出來，通過服務(wù)器上的軟件實現(xiàn)基本呼叫控制功能。1999年后，軟交換設(shè)備這一名詞被業(yè)界普遍認可，成為最后的通用概念。

順應(yīng)固定和移動融合以及整個電信網(wǎng)全IP化演進的趨勢，第三代移動通信(3G)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展在很多方面應(yīng)用了NGN技術(shù)。2000年前后，3GPP制訂WCDMA R4階段規(guī)范時，首次把NGN提出的軟交換概念引入移動核心網(wǎng)。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、接口協(xié)議、業(yè)務(wù)以及業(yè)務(wù)開發(fā)等方面看，3G與NGN的發(fā)展是協(xié)調(diào)一致的。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面，NGN和3G都提出了承載和控制分離的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)；在接口協(xié)議方面，3G與NGN所采用的協(xié)議很多都是一致的，包括BICC、SIP/SIP-T、H.248/MEGAO和SIGTRAN；在業(yè)務(wù)方面，3G和NGN不僅提供的業(yè)務(wù)種類相似，例如都提供話音和多媒體業(yè)務(wù)，而且業(yè)務(wù)的實現(xiàn)方式也類似，3G和NGN都支持開放的業(yè)務(wù)接口，因此，二者在業(yè)務(wù)層面和架夠上均是統(tǒng)一的，相似的業(yè)務(wù)可以同時構(gòu)建在NGN和3G之上。從廣義上講，NGN包括了固定和無線領(lǐng)域，WCDMA R4和R5及其后續(xù)階段都屬于NGN構(gòu)架。

二、軟交換體系結(jié)構(gòu)

采用軟交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)分為4層：邊緣接入層、控制層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和核心傳送層。

1.邊緣接入層

邊緣接入層的功能是將用戶/業(yè)務(wù)連接到軟交換網(wǎng)絡(luò)。邊緣接入層的物理實體是一系列媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備(MG：Media Gateway)，完成數(shù)據(jù)格式和協(xié)議的轉(zhuǎn)換，將接入的所有媒體信息流轉(zhuǎn)換為采用IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包，在軟交換網(wǎng)絡(luò)中傳送。主要有以下幾種網(wǎng)關(guān)設(shè)備：

(1)信令網(wǎng)關(guān)(SG)：用于與電路型交換網(wǎng)中的七號信令網(wǎng)相連，將窄帶七號信令轉(zhuǎn)換為適于在IP網(wǎng)中傳送的信令。

(2)中繼媒體網(wǎng)關(guān)(TMG)：用于與電路交換網(wǎng)相連，負責將電路交換網(wǎng)中的業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)換為軟交換網(wǎng)中傳送的IP媒體流。

(3)綜合接入媒體網(wǎng)關(guān)(AG或AMG)：用于直接與電話用戶和PC終端連接。電話用戶可直接通過用戶線連接至AMG，也可通過IAD設(shè)備與PC終端一起經(jīng)IP網(wǎng)連接至AMG。

(4)無線接入媒體網(wǎng)關(guān)(WAG)：用于將無線接入用戶連接至軟交換網(wǎng)中。

(5)多媒體網(wǎng)關(guān)(MGW)：用于將各種多媒體數(shù)據(jù)源連接至軟交換網(wǎng)中。

(6)網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器(NAS)：用于為電話網(wǎng)用戶和軟交換網(wǎng)直連用戶提供撥號上網(wǎng)業(yè)務(wù)。

2.控制層

控制層完成各種呼叫控制功能，并負責相應(yīng)的業(yè)務(wù)處理信息的傳送�？刂茖又械奈锢韺嶓w是軟交換機(SS)，其主要功能如下：

(1)對接入層各種媒體網(wǎng)關(guān)的連接、信息壓縮編碼方式、回聲抑制功能和業(yè)務(wù)流量進行控制；

(2)對基本話音業(yè)務(wù)的呼叫處理和連接控制；

(3)對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理和連接控制；

(4)提供更高層應(yīng)用接口；

(5)計費功能。

3.業(yè)務(wù)應(yīng)用層

軟交換網(wǎng)提供的多種增值業(yè)務(wù)是由業(yè)務(wù)層的各種應(yīng)用服務(wù)器平臺完成的。業(yè)務(wù)應(yīng)用層的物理實體是各種應(yīng)用服務(wù)器(AS：Application Sever)和智能網(wǎng)的SCP。語音增值業(yè)務(wù)，既可由智能網(wǎng)SCP平臺完成，也可以由AS完成。數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)和話音與數(shù)據(jù)融合的增值業(yè)務(wù)由AS完成。AS還提供標準接口，供第三方應(yīng)用業(yè)務(wù)開發(fā)商在AS上開發(fā)各種有特色的增值業(yè)務(wù)。

4.核心傳送層

傳送層的任務(wù)是將軟交換網(wǎng)各網(wǎng)元，如接入層的各種媒體網(wǎng)關(guān)、控制層的軟交換機、業(yè)務(wù)層的各種服務(wù)器平臺等連接起來。軟交換網(wǎng)的各網(wǎng)元間，采用IP數(shù)據(jù)包傳送各種控制信息和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息，因此傳送層實際上就是一個IP承載網(wǎng)絡(luò)。

三、軟交換體系的網(wǎng)元接口協(xié)議及語音編碼方式

1.SS間的接口協(xié)議

目前，SS間采用的標準接口協(xié)議底層為SCTP/IP，高層主要有BICC和SIP-T 2種。BICC協(xié)議是ITU-T制定的，主要對七號信令中的ISUP協(xié)議進行封裝。SIP-T是IETF制定的，主要對SIP協(xié)議進行擴展。BICC協(xié)議對窄帶話音業(yè)務(wù)的支持能力較SIP-T強，與ISUP協(xié)議的互通性比SIP-T完善和成熟。

2.SG與SS間的接口協(xié)議

SG與SS間通常采用SIGTRAN/IP接口協(xié)議。SIGTRAN的底層為傳輸層SCTP協(xié)議，為七號信令在TCP/IP網(wǎng)上傳送提供可靠的連接；高層為適配層協(xié)議，目前有M2PA、M2UA和M3UA 3種。M2PA具備較為強大的IP信令網(wǎng)組網(wǎng)能力，適用于利用IP網(wǎng)組建與傳統(tǒng)七號信令網(wǎng)功能基本相同的信令網(wǎng)，但對于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對簡單的軟交換匯接網(wǎng)來說，要求SS和SG均能夠處理MTP3層以下的協(xié)議，要求較高，所以優(yōu)勢較小。M2UA協(xié)議對SG的處理能力要求較低，但對SS的處理能力要求相對較高，適用于SS通過SG直接與TDM交換機設(shè)置信令鏈路的組網(wǎng)模式，無法做到網(wǎng)絡(luò)級備份。M3UA協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)組織上具有較大的靈活性，SG既可以工作在信令轉(zhuǎn)接點模式，也可以工作在信令代理模式；工作在信令轉(zhuǎn)接點方式時，M3UA具備M2PA協(xié)議的優(yōu)點。

3.TMG與SS間的接口協(xié)議

TMG與SS間的協(xié)議主要有MEGACO/H.248和MGCP 2種。MEGACO/H.248由IETF和ITU聯(lián)合開發(fā)，結(jié)構(gòu)簡單、功能強大、擴展性好，允許在呼叫控制層下建立多個分區(qū)網(wǎng)關(guān)。MGCP協(xié)議是MEGACO/H.248之前的版本，其靈活性和擴展性較MEGACO/H.248差，同時在廠家支持方面也不如MEGACO/H.248協(xié)議。

4.TMG的語音編碼方式

TMG在IP網(wǎng)上的語音編碼方式目前主要有G.711、G.729、G.723.1 3種，G.711的編碼比特率為64kbit/s，G.729的編碼比特率為8kbit/s，G.723.1的編碼比特率為5.3或6.3kitb/s。在不考慮IP網(wǎng)傳輸丟包、時延的前提下，3種編碼方式的話音質(zhì)量相差不大，但如果在IP網(wǎng)傳輸過程中發(fā)生丟包，則G.711編碼方式的話音質(zhì)量明顯優(yōu)于G.729和G.723.1編碼方式，而G.729與G.723.1的話音質(zhì)量相差不大。從傳輸帶寬資源的占用方面看，G.729編碼方式對傳輸帶寬的占用僅為G.711編碼方式的1/8，而G.723.1比G.729節(jié)省的傳輸帶寬有限。因此，對于64kbit/s承載類業(yè)務(wù)，SS控制TMG采用G.711編碼方式；對于普通話音業(yè)務(wù)，SS能夠根據(jù)IP承載網(wǎng)絡(luò)的資源情況，動態(tài)控制TMG采用G.711或G.729編碼。在IP網(wǎng)資源較為充裕的情況下，優(yōu)先選用G.711編碼方式；當IP網(wǎng)資源較為緊張時，選用G.729編碼方式。