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相關(guān)專(zhuān)題：
一、引言
當(dāng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)逐漸取代話音業(yè)務(wù)成為主要的收益來(lái)源時(shí)，向以數(shù)據(jù)為主的分組網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)不可避免。由于話音仍是一種重要的業(yè)務(wù)，要求下一代網(wǎng)絡(luò)必須根據(jù)不同業(yè)務(wù)的要求提供相應(yīng)的QoS保證。因此，形成了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向NGN網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的主要推動(dòng)力。
軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，其基本思想是呼叫和承載分離。軟交換最開(kāi)始提出的出發(fā)點(diǎn)是基于將現(xiàn)有的電路交換網(wǎng)逐步地向IP網(wǎng)過(guò)渡，并替代傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)。同時(shí)，為IP電話提供更多的業(yè)務(wù)，使IP網(wǎng)獲得與傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)所能提供的相同的業(yè)務(wù)。
二、軟交換技術(shù)的概述
固網(wǎng)NGN的軟交換技術(shù)現(xiàn)在基本上按兩條技術(shù)路線來(lái)發(fā)展：一條是將傳統(tǒng)電路交換領(lǐng)域的業(yè)務(wù)移植到分組承載網(wǎng)上來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一條是全新的基于全I(xiàn)P的多媒體業(yè)務(wù)系統(tǒng)。對(duì)于第一條路線，傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)從專(zhuān)用TDM承載向統(tǒng)一的共享式IP/ATM多業(yè)務(wù)傳輸網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移，并且在維持用戶(hù)接入方式不變的前提下借助接入網(wǎng)關(guān)完成網(wǎng)絡(luò)層業(yè)務(wù)傳輸?shù)姆纸M化。原電路交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)備被劃分為物理上獨(dú)立的控制面軟交換和承載面媒體網(wǎng)關(guān)兩個(gè)部分，而PSTN/ISDN/PLMN最終用戶(hù)基本感覺(jué)不到業(yè)務(wù)特性及接入方式的變化。
對(duì)于全新的基于全I(xiàn)P的多媒體業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了真正端到端的IP業(yè)務(wù)特性，并且引入了包括話音在內(nèi)的全新實(shí)時(shí)多媒體應(yīng)用。用戶(hù)以SIP/H.323分組終端的方式接入軟交換網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)的提供方式(如SIP方式)完全不同于傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)。而UMTS移動(dòng)領(lǐng)域的3GPP R4及R5兩個(gè)階段，正好與上述軟交換發(fā)展的兩條技術(shù)路線相對(duì)應(yīng)。
三、移動(dòng)網(wǎng)的下一代核心網(wǎng)電路域
1.3GPP電路域核心網(wǎng)
軟交換在3GPP核心網(wǎng)的應(yīng)用主要在兩個(gè)方面：即電路域和IMS子域。3GPP的R4中，電路域核心網(wǎng)引入了控制和承載分離的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)。
圖1 3GPP電路域核心網(wǎng)
在移動(dòng)交換服務(wù)器核心網(wǎng)的電路域中，可以使用承載獨(dú)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。
(1)移動(dòng)交換服務(wù)器(GMSC Server和MSC Server)是UMTS移動(dòng)通信系統(tǒng)中電路域核心網(wǎng)向分組交換方式演進(jìn)的核心設(shè)備，它獨(dú)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、移動(dòng)性管理、資源分配、協(xié)議處理、路由、認(rèn)證、計(jì)費(fèi)等功能，并向用戶(hù)提供3GPP R4階段的電路域核心網(wǎng)所能提供的業(yè)務(wù)，以及配合智能SCP提供多樣化的第三方業(yè)務(wù)。
(2)媒體網(wǎng)關(guān)(MGW)，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。媒體網(wǎng)關(guān)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(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以處理音頻、視頻，能夠進(jìn)行全雙工的媒體翻譯，可以演示視頻/音頻消息，實(shí)現(xiàn)其它IVR功能，也可以進(jìn)行多媒體會(huì)議等。
GMSC Server和MSC Server通過(guò)Mc接口控制MGW。GMSC Server和MSC Server之間通過(guò)Nc接口連接。MGW之間通過(guò)Nb接口連接。其中：
(1)Mc接口：為MSC Server與MGW之間的接口，主要功能是媒體控制。使用基于H.248的呼叫承載控制協(xié)議。協(xié)議內(nèi)容包括3GPP29.232，H.248，MeGaCo和Q.1950。
(2)Nc接口：為MSC Server與(G)MSC Server之間的接口，主要解決的是用控制和承載分離的方式解決移動(dòng)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。
(3)Nb協(xié)議：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)。使用分組交換方式對(duì)3GPP電路域的承載協(xié)議。Nb接口的主要內(nèi)容包括3GPP29.415。
2.3GPP2電路域核心網(wǎng)
3GPP2定義的下一代核心網(wǎng)絡(luò)包括LMSD和MMD兩個(gè)部分，其中LMSD是為了利用軟交換結(jié)構(gòu)的交換網(wǎng)絡(luò)向用戶(hù)提供電路域業(yè)務(wù)而定義的，MMD則是與3GPP定義的全I(xiàn)P相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。在3GPP2中，對(duì)cdma2000網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)移動(dòng)電路交換域向全I(xiàn)P演進(jìn)的方式進(jìn)行了定義(見(jiàn)圖2)。
圖2 cdma2000的LMDS全I(xiàn)P演進(jìn)
(1)LMSDS需要支持的接口
網(wǎng)絡(luò)中引入了LMSDS實(shí)體、媒體網(wǎng)關(guān)(MGW)和媒體資源功能處理實(shí)體(MRFP)。LMSDS實(shí)體包括原LMSD中的HLR，MSC和SCP功能，分別稱(chēng)為HLR模擬器(emulation)、MSC模擬器(emulation)和SCP模擬器(emulation)。LMSDS的功能主要包括傳統(tǒng)電路域業(yè)務(wù)的控制和管理，并且需要支持ANSI-41網(wǎng)絡(luò)信令(MAP)，PSTN網(wǎng)絡(luò)信令(ISUP)，媒體網(wǎng)關(guān)信令(MEGACO)，MRF處理信令(MEGACO)，無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)信令(IOS-A1)和LMSDS IP呼叫建立信令(SIP-T)接口。
(2)MGW和MRFP需要支持的接口
MGW和MRFP主要負(fù)責(zé)各種媒體流的承載和處理，并且提供電路域業(yè)務(wù)需要的各種信號(hào)資源。需要支持的接口有：
·媒體網(wǎng)關(guān)與RAN之間的話音承載接口：IOS-A2；
·媒體網(wǎng)關(guān)與RAN之間的電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載接口：IOS-A5；
·媒體網(wǎng)關(guān)與PSTN之間的承載：TDM；
·LMSDS與媒體網(wǎng)關(guān)之間的信令：MEGACO；
·LMSDS與媒體資源功能處理實(shí)體之間的信令：MEGACO；
·媒體網(wǎng)關(guān)之間的IP承載。
四、協(xié)議和功能
1.BICC與H.248
BICC協(xié)議是一個(gè)承載與呼叫無(wú)關(guān)的協(xié)議。它的協(xié)議模型中將承載控制和呼叫控制兩種功能分離，呼叫控制只負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)流程的實(shí)現(xiàn)，和具體的承載類(lèi)型無(wú)關(guān)。SIP-T與3G電路域業(yè)務(wù)兼容能力強(qiáng)，但目前僅支持IP用戶(hù)面承載，而SIP協(xié)議目前也僅支持在IP上承載。
BICC因其體系制定的完備性，充分考慮了RTP/IP，ATM AAL2/AALl，TDM，MPLS等方式進(jìn)行多種電路域業(yè)務(wù)承載網(wǎng)組建方式的需求，對(duì)于目前廣域IP QoS機(jī)制尚不成熟的情況，具備條件的運(yùn)營(yíng)商可能會(huì)選擇首先組建ATM或TDM承載話音業(yè)務(wù)流，造成多種承載類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)共存的局面，而目前僅有BICC可以完成控制面與ATM，IP類(lèi)承載的兼容支持及交互。BICC真正作到了將呼叫控制邏輯與承載相關(guān)的承載控制邏輯的完全分離，承載控制邏輯(如Q.AAL2)直接在MGW間執(zhí)行或(IPBCP)通過(guò)隧道方式在MGW間代理透?jìng)�，確保了承載模式的變化更新對(duì)軟交換的業(yè)務(wù)邏輯影響最小。
在ISUP消息中，通常會(huì)有一個(gè)電路識(shí)別編碼(CIC)作為參考，用來(lái)指示此消息用于哪個(gè)物理信道。如果傳輸和控制是分離的，呼叫獨(dú)立于傳輸，ATM或IP就沒(méi)有指定信道，不能使用CIC來(lái)指定傳輸信道。為了解決控制與承載分離的問(wèn)題，ITU-T的方案是修改ISUP，克服ISUP的限制，使得傳輸網(wǎng)絡(luò)真正變成與控制獨(dú)立。標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果就是ITU-T的承載獨(dú)立呼叫控制(BICC)協(xié)議。BICC的主要思想是承載控制和呼叫控制兩種功能分開(kāi)：呼叫控制只負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)流程的實(shí)現(xiàn)，和具體的承載類(lèi)型無(wú)關(guān)；而承載控制是在傳統(tǒng)ISUP協(xié)議的基礎(chǔ)上，去掉了和具體承載有關(guān)的消息和參數(shù)，增加了APM消息和APP參數(shù)，能夠?qū)Χ喾N的承載類(lèi)型進(jìn)行控制。APM(Application Transport Mechanism)提供了傳送承載連接建立所需BICC專(zhuān)用信息的手段。
BICC在3GPP R4電路域的功能主要解決在控制和承載分離的方式下提供移動(dòng)ISUP的呼叫控制。BICC可以被用在承載任何分組網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中，如ATM，IP，TDM或其它技術(shù)。ITU已經(jīng)定義了兩種版本：
(1)BICC能力組1(CSl)。CSl是BICC的第一個(gè)版本。在2000年完成(ITU-T Q.1901系列)，CSl支持窄帶ISDN業(yè)務(wù)在ATM傳輸層上傳輸，它的網(wǎng)絡(luò)模式假定呼叫控制和承載控制沒(méi)有物理分開(kāi)，它假定MGC和MGW是集成在一個(gè)節(jié)點(diǎn)中，對(duì)水平化集成的網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，這是很大的一個(gè)限制。
(2)BICC能力組2(CS2)。為了克服CSl的限制，ITU在2000～2001年間完成了BICC CS2(Q.1902系列)。CS2增加的最重要的內(nèi)容是在網(wǎng)絡(luò)模型中包括了本地交換機(jī)，MSC，TSC和GMSC。將呼叫控制和承載控制物理分開(kāi)，并支持IP作為承載技術(shù)
控制服務(wù)器為了能在分層網(wǎng)絡(luò)中控制遠(yuǎn)端的MGW，使用了GCP(網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議)。GCP可用來(lái)控制承載的建立，控制MGW中的資源，如回聲抑制器、編解碼器和語(yǔ)音通知機(jī)等。機(jī)等。IETF與ITU-T合作開(kāi)發(fā)了GCP協(xié)議，ITU-T將GCP稱(chēng)之為H.248，而IETF稱(chēng)之為媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議(MEGA-CO)。盡管兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織各自給了GCP協(xié)議不同的名字，但它們的內(nèi)容是完全一樣的。
H.248工作在主從模式，并定義了連接模型，連接模壟中有終結(jié)點(diǎn)、流以及關(guān)聯(lián)(上下文)。終結(jié)點(diǎn)是出/入分組網(wǎng)絡(luò)的媒體流的連接，它允許信號(hào)應(yīng)用到媒體流上，如發(fā)送忙音，也允許從媒體流中接受發(fā)生的事件，如收到DTMF信號(hào)。關(guān)聯(lián)則是將終結(jié)點(diǎn)上媒體流混合并橋接在一起，并描述媒體流之間的關(guān)系。在呼叫建立過(guò)程中，網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議通過(guò)命令建立終端，描述終端的屬性，控制在MGW中的資源。
2.TFO與TrFO
TFO(Tandem Free Operation)是一種帶內(nèi)的通信協(xié)議。TrFO(Transcoder Free Operation)是一種帶外的Transcoder控制協(xié)議。
(1)TFO
TFO是一種基于目前GSM網(wǎng)絡(luò)中使用的方法，由于UMTS將語(yǔ)音編碼變換點(diǎn)從BSC移到了核心網(wǎng)MGW，TFO在UMTS中使用需要一些修改。TFO是在呼叫建立之后對(duì)使用的編解碼進(jìn)行協(xié)商，使得手機(jī)到手機(jī)的呼叫可以避免在發(fā)端側(cè)和收端側(cè)進(jìn)行不必要的語(yǔ)音編解碼轉(zhuǎn)換。由于多次的話音壓縮/解壓縮處理會(huì)降低端到端話音質(zhì)量，增加話音時(shí)延，TFO可以明顯提高話音質(zhì)量和減少時(shí)延。TFO既可以在BICC網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)也可以在傳統(tǒng)的TDM承載網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)。整個(gè)呼叫過(guò)程中，經(jīng)過(guò)Transcoder的話音通路帶有TFO幀，這些TFO幀確認(rèn)在呼叫中對(duì)Codec的使用。如果需要的話，TFO允許迅速地重新激活編解碼器。這是因?yàn)榧词辜罕魂P(guān)閉，但Transcoder實(shí)際上一直存在于呼叫路徑中。重新激活編解碼器在某些情況下是必要的，如UMTS到GSM切換，或呼叫中丟失同步等。
(2)TrFO
網(wǎng)絡(luò)可以在呼叫建立前就對(duì)編解碼的類(lèi)型和模式進(jìn)行協(xié)商，如果兩端使用的編解碼一樣，則對(duì)于移動(dòng)到移動(dòng)的呼叫可以完全不經(jīng)過(guò)Transcoder。TrFO的好處同樣是可以提高話音質(zhì)量，并且在分組核心網(wǎng)中可以?xún)?yōu)化網(wǎng)絡(luò)帶寬。話音是以AMR l2.2kbit/s的速率而不是64kbit/s在核心網(wǎng)中傳輸。由于移動(dòng)網(wǎng)內(nèi)的呼叫可以不使用Transcoder，還可以節(jié)省設(shè)備投資。TrFO是UMTS R4定義的新功能，可以看作是對(duì)TFO的補(bǔ)充。Codec的協(xié)商在承載建立之前完成，這樣可以保證呼叫使用適當(dāng)?shù)某休d資源。
五、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的IP多媒體業(yè)務(wù)系統(tǒng)及演進(jìn)
1.3GPP IMS域
3GPP R5的IP多媒體子域(IMS)定義了UMTS核心網(wǎng)向全I(xiàn)P演進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。IMS提供多媒體會(huì)話功能，強(qiáng)調(diào)媒體組合業(yè)務(wù)，標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放性保證業(yè)務(wù)組合非常容易。IMS域提供IP網(wǎng)絡(luò)控制QoS的能力，保障業(yè)務(wù)質(zhì)量。真正支持業(yè)務(wù)的開(kāi)放性，業(yè)務(wù)間的耦合性降低，可以支持極其豐富的第三方新業(yè)務(wù)。IMS網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)絡(luò)的完美結(jié)合，把IP網(wǎng)轉(zhuǎn)變成為可管理的網(wǎng)絡(luò)。IMS提供靈活的業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)手段和計(jì)費(fèi)能力，把IP網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變成可運(yùn)營(yíng)的網(wǎng)絡(luò)。IMS網(wǎng)絡(luò)支持各種接入方式，業(yè)務(wù)特點(diǎn)與接入方式無(wú)關(guān)。已有的業(yè)務(wù)平臺(tái)業(yè)務(wù)服務(wù)器，如SCP等，可以作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的平臺(tái)在IMS網(wǎng)絡(luò)中繼續(xù)發(fā)展。IMS不同于已有的各種網(wǎng)絡(luò)，提供真正可運(yùn)營(yíng)、可管理、開(kāi)放的增值服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。
2.3GPP2 MMD
3GPP2定義的cdma2000全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多媒體域(MMD)核心網(wǎng)主要包括兩個(gè)子系統(tǒng)：分組數(shù)據(jù)子系統(tǒng)和IP多媒體會(huì)話子系統(tǒng)。這里的IP多媒體會(huì)話子系統(tǒng)與3GPP的IMS子域相對(duì)應(yīng)，其演進(jìn)方式基本相似。
3.網(wǎng)絡(luò)融合問(wèn)題
3GPP和3GPP2兩種體制的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)上逐漸IP化，這是一個(gè)共同的趨勢(shì)。并且網(wǎng)絡(luò)中的IP從網(wǎng)絡(luò)向無(wú)線接入側(cè)延伸，從高層向低層延伸。
(1)在電路域方面，3GPP的分組化包括IP和ATM兩種方式，而3GPP2的分組化僅有一種全I(xiàn)P的方式。實(shí)際上兩個(gè)體系電路域的IP方式基本一致，但3GPP規(guī)定的協(xié)議相對(duì)比較完善和成熟。由于目前IP方式承載電路域業(yè)務(wù)的QoS問(wèn)題還沒(méi)有完全解決，因此3GPP規(guī)定的ATM承載方式實(shí)現(xiàn)電路域的業(yè)務(wù)交換，將是NGN軟交換在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中最早開(kāi)始的應(yīng)用。
(2)多媒體域方面，3GPP2規(guī)定的MMD最初就是依據(jù)3GPP的MS子域設(shè)計(jì)的，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和接口協(xié)議基本一致。因此，兩種體系在這個(gè)域的融合將是必然(見(jiàn)圖3)。
圖3 3GPP和3GPP2全I(xiàn)P融合參考模型
表1 3GPP和3GPP2功能實(shí)體的對(duì)應(yīng)關(guān)系
六、結(jié)束語(yǔ)
移動(dòng)軟交換技術(shù)作為3G網(wǎng)絡(luò)的一種重要技術(shù)受到了業(yè)界的普遍關(guān)注，我國(guó)正在進(jìn)行相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定工作。無(wú)論是固定網(wǎng)絡(luò)還是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)都在向下一代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，移動(dòng)和固定NGN的融合也是未來(lái)電信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)多個(gè)運(yùn)營(yíng)商都已使用軟交換技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，但由于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)模式、業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)模式的制約以及3G網(wǎng)絡(luò)的逐步部署，這種融合將需要一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程。
