3G軟交換技術(shù)與應(yīng)用探討

摘要 　首先概述了軟交換技術(shù)，介紹了3GPP軟交換技術(shù)的發(fā)展歷程；然后著重探討了3GPP R4軟交換在MSC Server與MGW中的應(yīng)用。比較了3GPP軟交換與NGN的異同點；最后展望了3G軟交換技術(shù)的未來。

關(guān)鍵詞 　軟交換技術(shù)　3G軟交換　NGN技術(shù)

1、軟交換概述 

軟交換技術(shù)是在IP電話的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的一門新技術(shù)。其主要設(shè)計思想是承載與控制分離，各實體間通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進行互聯(lián)和通信，以便在網(wǎng)上更加靈活地提供業(yè)務(wù)。國際上從事軟交換標(biāo)準(zhǔn)研究的組織主要有ITU-T、ETSI、IETF、3GPP。1999年5月成立的國際軟交換協(xié)會(International SoftswitchConsortum，ISC)目前已有近180個成員，大多數(shù)世界知名的電信設(shè)備制造商和電信運營商都是該協(xié)會成員。它的成立加快了軟交換技術(shù)的發(fā)展步伐。它制定的軟交換相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議受到IETF、ITU-T等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的重視。經(jīng)過幾年發(fā)展，軟交換技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化方面均取得了很大進展，一些協(xié)議如H.323、MGCP等已逐漸完善，BICC、SIP/SIP-T等新協(xié)議已相繼推出。我國的無線通信標(biāo)準(zhǔn)化組織CWTS也正在出臺3G核心網(wǎng)中的軟交換設(shè)備技術(shù)的一系列規(guī)范。在眾多制造商和運營商的共同推動下，軟交換產(chǎn)品逐步趨于成熟，功能日益豐富，性能逐漸穩(wěn)定，標(biāo)準(zhǔn)化工作正穩(wěn)步推進，軟交換技術(shù)正走向市場。

2、3GPP軟交換技術(shù)的發(fā)展歷程 

3GPP組織自1998年12月成立以來，一直致力于基于WCDMA的技術(shù)規(guī)范的制定和完善。目前，它已經(jīng)制定的規(guī)范包括R99、R4、R5及R6等。

3GPP在R4開始引入軟交換，提出了與承載無關(guān)的電路交換核心網(wǎng)(BICN)，其中最主要的是將原來電路域中的MSC分離為MSC服務(wù)器和媒體網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)承載和控制分離。

WCDMA軟交換的演進主要分為R4 Softswitch和R5 IM兩個階段。

(1)R4 Softswitch階段。這個階段主要包括：CS域的分組化；主要用于演進CS域的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，繼承以前的CS業(yè)務(wù)；主要協(xié)議有BICC+H.248。

(2)R5 IM階段。這個階段主要包括：在CS域、PS域之外新增加IM域(多媒體域)；主要用于提供新業(yè)務(wù)；主要協(xié)議有SIP。

相對于R4、R5核心網(wǎng)中增加了IMS(IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統(tǒng))，用于支持分組域的多媒體業(yè)務(wù)，此時無論核心網(wǎng)或無線接入網(wǎng)都是基于IP傳輸。IMS在R6中進一步完善功能。

3、3GPP R4軟交換MSC Server與MGW中的應(yīng)用 

分組域組網(wǎng)方式與R99完全一致，不再贅述，這里僅描述CS域的組網(wǎng)應(yīng)用方式。

CS域在R4主要變化在MSC由一個網(wǎng)元分解為MSC Server和MGW兩個網(wǎng)元。
 
　　3.1　MSC Server的應(yīng)用

同MSC相似，MSC Server也有多種應(yīng)用方式。

(1)MSC Server作為VMSC Server，負(fù)責(zé)疏通本MSC Server控制區(qū)內(nèi)的MS的各種話務(wù)；

(2)MSC Server作為GMSC Server，同PSTN、其他PLMN互通，負(fù)責(zé)疏通移動網(wǎng)同其他移動網(wǎng)絡(luò)/PSTN間的話務(wù)；

(3)MSC Server作為TMSC Server，負(fù)責(zé)疏通移動網(wǎng)內(nèi)各本地網(wǎng)間的話務(wù)；

(4)MSC Server作為V/GMSC Server，既負(fù)責(zé)疏通本MSC Server控制區(qū)內(nèi)的MS的各種話務(wù)，又負(fù)責(zé)疏通同PSTN間的話務(wù)。

3.2　MGW的應(yīng)用

MGW有如下兩種應(yīng)用方式：
 
　　(1)V-MGW。這種方式具有Iu-CS接口、Nb接口，用于連接RNC和BSC。

(2)G-MGW。這種方式具有Nb接口、Ai接口，用于連接各種TDM網(wǎng)絡(luò)。

3.3　MSC Server和MGW的組合應(yīng)用

(1)MSC Server和MGW合一。這種情況下兩者實際上相當(dāng)于一個R99 MSC；組網(wǎng)情況同R99相同。
 
　　(2)MSC Server和MGW分離。這種情況下，組網(wǎng)方式同軟交換組網(wǎng)方式差不多。

4、3GPP軟交換與NGN的異同 

NGN有廣義、狹義之分。廣義NGN泛指所有采用承載、控制分離的軟交換架構(gòu)以及IP/ATM寬帶分組承載的電信服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，無論該網(wǎng)絡(luò)為最終用戶提供的是固定或是移動業(yè)務(wù)，因此為移動用戶提供服務(wù)的3GPPR4網(wǎng)絡(luò)本身也隸屬于廣義NGN的子集；相對而言，狹義NGN則僅指提供基于寬帶分組承載、為固定網(wǎng)接入用戶提供C4/C5業(yè)務(wù)及IP多媒體業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。

嚴(yán)格來說，狹義NGN的軟交換技術(shù)又是按照將傳統(tǒng)電路交換領(lǐng)域的業(yè)務(wù)移植到分組承載網(wǎng)上和全新的IP分組多媒體服務(wù)這兩條路線來發(fā)展的。

與狹義NGN軟交換發(fā)展的兩條路線相對應(yīng)，UMTS移動領(lǐng)域的3GPP R4及R5階段分別對應(yīng)NGN路線一和路線二，因此3GPP R4與NGN并不是一個完全對等的概念。

4.1　3GPP R4與NGN的相同點

4.1.1　相似的系統(tǒng)架構(gòu)

3GPPR4與NGN網(wǎng)絡(luò)均采用了相似的承載與控制分離的分層體系架構(gòu)：即原有承載、控制合一的交換機分離為專門負(fù)責(zé)用戶面的媒體處理與交換功能的媒體網(wǎng)關(guān)以及專門負(fù)責(zé)控制面呼叫處理及業(yè)務(wù)提供的軟交換設(shè)備，同時媒體網(wǎng)關(guān)之間、軟交換之間以及軟交換與媒體網(wǎng)關(guān)之間的媒體與控制流的承載均由傳統(tǒng)的TDM專線交換演化為基于分組轉(zhuǎn)發(fā)的寬帶包交換網(wǎng)絡(luò)(IP/ATM)。

4.1.2　同樣的承載網(wǎng)絡(luò)

無論是3GPPR4的移動實時呼叫與非實時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，還是NGN的固定實時呼叫與非實時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以及相關(guān)的控制信令流，均統(tǒng)一采用基于分組統(tǒng)計復(fù)用及包/信元轉(zhuǎn)發(fā)的寬帶IP/ATM承載。因此3GPPR4與NGN對于基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，包括路由器、交換機以及底層的SDH/DWDM傳輸設(shè)備及傳輸鏈路，其需求也均是相同的。

當(dāng)采用IP及ATM SVC方式作為承載網(wǎng)時，3GPPR4與NGN遠(yuǎn)端用戶之間及3GPPR4和NGN用戶與傳統(tǒng)PSTN/PLMN用戶的承載面語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流，均在媒體網(wǎng)關(guān)之間(分別對應(yīng)接入媒體網(wǎng)關(guān)之間以及接入媒體網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)關(guān)媒體網(wǎng)關(guān)之間)直接基于目的MGW的IP地址或ATM地址進行端到端的平面式尋址和路由，其尋址轉(zhuǎn)接過程完全取決于公共IP/ATM網(wǎng)的承載網(wǎng)的內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，呼叫控制層完全不需要關(guān)心。因此，就承載網(wǎng)組網(wǎng)制式而言，3GPP R4與NGN基本上完全相同。

4.1.3　一樣的業(yè)務(wù)構(gòu)架

3GPP R4軟交換和NGN具有一樣的業(yè)務(wù)架構(gòu)、業(yè)務(wù)提供方式：
　　●軟交換設(shè)備自身提供業(yè)務(wù)，包括語音、視頻；
　　●通過智能網(wǎng)設(shè)備提供成熟智能網(wǎng)業(yè)務(wù)；
　　●軟交換與業(yè)務(wù)服務(wù)器協(xié)同提供多媒體增值業(yè)務(wù)；
　　●通過Parlay/OSA應(yīng)用接口將業(yè)務(wù)開放給第三方提供多媒體增值業(yè)務(wù)；
　　●同其他內(nèi)容服務(wù)提供商配合提供增值業(yè)務(wù)。

4.2　3GPP R4與NGN的差異

4.2.1　軟交換設(shè)備的差異

3GPP R4與NGN軟交換的差別主要體現(xiàn)在業(yè)務(wù)特性集及交互協(xié)議方面：

3GPP R4軟交換(MSCserver)繼承了3G端局MSC及關(guān)口局MSC所有的業(yè)務(wù)控制層的業(yè)務(wù)處理及信令接口功能，與UTRAN移動接入網(wǎng)及其他PSTN/PLMN網(wǎng)絡(luò)進行控制面流程交互實現(xiàn)3G用戶的接入及與其他運營商或傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的互通，并在業(yè)務(wù)流程中根據(jù)需要調(diào)用經(jīng)過擴展的H.248協(xié)議控制移動接入或中繼媒體網(wǎng)關(guān)完成媒體流的匯聚、映射及交換。

NGN軟交換則繼承傳統(tǒng)C4固定端局及C5長途局交換機的所有業(yè)務(wù)處理及信令接口功能，并通過MGCP/H.248協(xié)議控制固定接入網(wǎng)關(guān)或中繼網(wǎng)關(guān)完成媒體流的匯聚、映射及交換，實現(xiàn)與PSTN用戶及其他運營商或傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的互通。

3GPP R4軟交換采用RANAP/BSSAP協(xié)議接入移動用戶，BICC/SIP-T作為軟交換局間中繼控制；而NGN軟交換則采用H.248/MGCP/IUA/V5UA接入固定用戶，H.323/SIP/SIP-T/BICC作為軟交換間的中繼控制。

3GPP R4軟交換具備NGN軟交換沒有的移動性管理及呼叫管理(CM/MM)特性。

4.2.2　網(wǎng)關(guān)接入及中繼的差異

移動與固定接入的媒體網(wǎng)關(guān)對數(shù)據(jù)、傳真業(yè)務(wù)的處理方式完全不同。

盡管移動中繼媒體網(wǎng)關(guān)與固定中繼媒體網(wǎng)關(guān)都承擔(dān)VoIP/VoATM與傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)之間的承載類型、語音編解碼模式轉(zhuǎn)換及回聲抑制的控制，但移動采用AMR/EFR編解碼算法，而固網(wǎng)采用G.723/G.729編解碼算法，它們對回聲抑制功能參數(shù)的需求不同，而且移動中繼媒體網(wǎng)關(guān)還涉及復(fù)雜的用戶面及TrFO功能的處理。

基于上述差異，3GPPR4與NGN在軟交換與媒體網(wǎng)關(guān)之間的媒體控制協(xié)議方面也存在較大差別。移動媒體控制協(xié)議在固網(wǎng)H.248協(xié)議基礎(chǔ)上進行了大量的擴展，包括ITU-T的CBC資源控制模型Q.1950擴展以及3GPP的TS 29.232 UMTS域特有擴展。

4.2.3　網(wǎng)管與計費功能差異

盡管3GPP R4及NGN中要求軟交換統(tǒng)一出話單，但由于業(yè)務(wù)流程、呼叫類型及計費策略方面的不同，其話單格式也不同，而且將被送往不同的計費中心加以處理。NGN對H.323用戶還可通過RADIUS協(xié)議在GK中完成計費。

在高層中心網(wǎng)管與各網(wǎng)元設(shè)備的接口方面，NGN一般要求必須支持SNMP協(xié)議，3GPP則推薦遵循對象化的CORBA及SNMP規(guī)范。

4.2.4　QoS問題差異

總體來說，3GPP R4的QoS問題相對NGN更易解決，因為3GPP R4僅面臨著與NGN相同的承載核心骨干層QoS問題，其接入層則因采用ATM組網(wǎng)而有成熟的QoS控制策略；相反，NGN網(wǎng)絡(luò)解決QoS問題的難點恰恰在于承載網(wǎng)接入層。

3GPP R4的接入網(wǎng)QoS機制有嚴(yán)格的系統(tǒng)規(guī)范約束，因此設(shè)備互通不存在問題；而NGN接入層的QoS機制則種類繁多，目前缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因而也給不同廠商設(shè)備的兼容和QoS機制統(tǒng)一的實現(xiàn)造成了不便。

5、3G軟交換技術(shù)的未來 

5.1　3G核心網(wǎng)向軟交換的演進方向

3G的未來發(fā)展方向是采用基于軟交換技術(shù)的全IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵是在3G的核心網(wǎng)絡(luò)采用寬帶IP網(wǎng)絡(luò)和軟交換技術(shù)：由IP網(wǎng)絡(luò)承載多種業(yè)務(wù)，IP協(xié)議是主導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)路由與尋址協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)控制由軟交換服務(wù)器實現(xiàn)，采用基于軟交換的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；業(yè)務(wù)則由第三方業(yè)務(wù)提供商提供，從而實現(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)控制、業(yè)務(wù)提供的分離。

從3GPP版本演進過程可以看到：R4引入了軟交換技術(shù)，為3G系統(tǒng)帶來了集中控制、分散接入、組網(wǎng)靈活、業(yè)務(wù)架構(gòu)開放的特點，有利于運營商降低建網(wǎng)和運營的成本并具備全業(yè)務(wù)支持能力；后續(xù)發(fā)展中，R5雖然在R4的核心網(wǎng)基礎(chǔ)上增加了IMS子系統(tǒng)，形態(tài)上發(fā)生了較大的變化，但本質(zhì)上仍然保持了承載與控制分離的軟交換架構(gòu)，同時真正實現(xiàn)了端到端的IP業(yè)務(wù)特性，是軟交換技術(shù)的進一步發(fā)展。由于IMS在R5中并沒有最終完成。所以R6將繼續(xù)完成增強(IMS phase2)，最終實現(xiàn)較完整的ALL IP網(wǎng)絡(luò)。

5.2　3G軟交換與NGN未來的融合

所有綜合運營商必將要求，3GPPR4與NGN能夠配合提供業(yè)務(wù)應(yīng)用層的移動、固定融合智能業(yè)務(wù)以提升競爭力，這可以通過3GPPR4與固定NGN的軟交換標(biāo)準(zhǔn)互通或SCP間的非標(biāo)準(zhǔn)互通來實現(xiàn)。另外，通過將功能基本相似的3GPPR4與NGN關(guān)口局功能在物理上合設(shè)，還可大大提高綜合運營商的內(nèi)、外部網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的效率并方便網(wǎng)絡(luò)維護。

出于業(yè)務(wù)競爭的考慮，3GPP R4與NGN軟交換/媒體網(wǎng)關(guān)間的多媒體業(yè)務(wù)互通，及3GPP R4軟交換與NGN SIP應(yīng)用服務(wù)器的交互，都將為各自業(yè)務(wù)領(lǐng)域帶來新的機會并進一步促進移動、固定融合業(yè)務(wù)的多樣化和全面推廣。