軟交換在3G中的應(yīng)用

1、軟交換在3G中的應(yīng)用                        摘 要：隨著軟交換體系的完善和相關(guān)設(shè)備的成熟，3G商用已被國內(nèi)主要運營商提上日程，國內(nèi)主要運營商為應(yīng)對業(yè)務(wù)需求多樣化的挑戰(zhàn)，都積極采用軟交換架構(gòu)來建設(shè)自己的3G核心網(wǎng)，移動核心網(wǎng)的軟交換時代已經(jīng)來臨。本文描述了軟交換在3G中的應(yīng)用模式、在3G核心網(wǎng)中的應(yīng)用，以及在3G增值業(yè)務(wù)中的應(yīng)

2、用，并分析了軟交換在3G中的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：3G  IMS  CSCF  MGCF  MSC-Server  MGW 3G無疑是下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的一個有機(jī)組成部分，因此，作為NGN主流解決方案，軟交換在3G中得到廣泛應(yīng)用是順理成章的，可有效地促進(jìn)未來基于軟交換的單一通信網(wǎng)絡(luò)的形成。ITU批準(zhǔn)的WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三種主要的3G標(biāo)準(zhǔn)中，WCDMA由于GSM普及程度最高和自身擁有的一些優(yōu)點得到廣泛的支持；CDMA2000可以從2G/2.5G平滑過渡得到推廣；而T

3、D-SCDMA優(yōu)勢在空中接口方面。三種標(biāo)準(zhǔn)的主要區(qū)別集中在無線接入網(wǎng)上，核心網(wǎng)差異不大,本文主要討論軟交換在WCDMA中的應(yīng)用。一、軟交換概念和功能1. 軟交換的概念軟交換是基于分組網(wǎng)利用程控軟件提供呼叫控制功能和媒體處理相分離的設(shè)備和系統(tǒng)。從廣義上講，軟交換是指以軟交換設(shè)備為控制核心的下一代網(wǎng)絡(luò)；從狹義上講，軟交換是指位于NGN控制平面的軟交換設(shè)備。軟交換的基本含義就是把呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(guān)（傳輸層）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，包括呼叫選路、管理控制、連接控制（建立會話、拆除會話）和信令互通（如從SS7到IP）。其結(jié)果就是把呼叫傳輸與呼叫控制分離開，為控制

4、、交換和軟件可編程功能建立分離的平面，使業(yè)務(wù)提供者可以自由地將傳輸業(yè)務(wù)與控制協(xié)議結(jié)合起來，實現(xiàn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移。其中更重要的是，軟交換采用了開放式應(yīng)用程序接口（API），允許在交換機(jī)制中靈活引入新業(yè)務(wù)。軟交換思想吸取了IP、ATM、IN和TDM等眾家之長，完全形成分層的全開放的體系架構(gòu)，使得各個運營商可以根據(jù)自己的需要，全部或者部分利用軟交換體系的產(chǎn)品，采用適合自己的網(wǎng)絡(luò)解決方案，在充分利用現(xiàn)有資源的同時，尋找到自己的網(wǎng)絡(luò)立足點。3GPP制定WCDMA R4規(guī)范時，第一次把NGN提出的軟交換概念引入移動核心網(wǎng)。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，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)議上，3G

5、與NGN許多協(xié)議是一致的；在業(yè)務(wù)上，3G和NGN提供的業(yè)務(wù)種類相似，并且業(yè)務(wù)的實現(xiàn)方式也大體相同。2. 軟交換的功能 呼叫控制功能  呼叫控制功能是軟交換的重要功能之一，它完成基本呼叫的建立、維持和釋放控制功能，包括呼叫處理、翻譯和選路、連接控制、智能呼叫觸發(fā)檢出和資源控制等。 媒體網(wǎng)關(guān)控制功能  媒體網(wǎng)關(guān)功能可以認(rèn)為是一種適配功能，可以連接各種媒體網(wǎng)關(guān)，如PSTN/ISDN網(wǎng)關(guān)、ATM網(wǎng)關(guān)、IP中繼媒體網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)媒體網(wǎng)關(guān)和用戶媒體網(wǎng)關(guān)等。媒體網(wǎng)關(guān)可以完成H.248協(xié)議功能，可直接與H.323終端和SIP客戶終端連接，提供相

6、應(yīng)業(yè)務(wù)。 信令互通功能  軟交換可以通過一定的協(xié)議與外部實體如媒體網(wǎng)關(guān)、應(yīng)用服務(wù)器、SCP、媒體服務(wù)器、多媒體服務(wù)器、策略服務(wù)器、信令網(wǎng)關(guān)、其它軟交換進(jìn)行交互。軟交換具有支持各種協(xié)議的特點，可同時支持SIP協(xié)議和H.323協(xié)議。 業(yè)務(wù)提供功能  軟交換應(yīng)能夠提供PSTN/ISDN交換機(jī)提供的全部業(yè)務(wù)，包括基本業(yè)務(wù)和補充業(yè)務(wù)；同時還應(yīng)該能夠與現(xiàn)有智能網(wǎng)配合，提供現(xiàn)有智能網(wǎng)提供的業(yè)務(wù)。 計費功能  具有采集詳細(xì)話單和計次表話單的功能，可根據(jù)運營需求將話單傳送至計費中心。對于記賬卡計費業(yè)務(wù)，具備實時斷線功能。&

7、#160;網(wǎng)守功能  網(wǎng)守功能即接入認(rèn)證與授權(quán)、地址解析和帶寬管理功能。二、軟交換與傳統(tǒng)交換的區(qū)別電路交換是一條物理鏈路對應(yīng)一個連接，而軟交換則是一條物理鏈路對應(yīng)多條虛連接。軟交換控制功能與交換功能分離，軟件實現(xiàn)控制功能、網(wǎng)絡(luò)功能分層，各網(wǎng)絡(luò)實體通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行連接和通信。傳統(tǒng)電路交換將控制和交換功能均集中于MSC，而軟交換僅將控制功能集中于MSC-Server，交換功能則分布于媒體網(wǎng)關(guān)MGW。傳統(tǒng)電路交換是基于TDM交換技術(shù)實現(xiàn)交換，而軟交換是則是基于IP分組網(wǎng)實現(xiàn)交換。三、軟交換在3G中的應(yīng)用3G網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡(luò)向下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）演進(jìn)大趨勢下發(fā)展起來的，使各種

8、網(wǎng)絡(luò)融合于下一代網(wǎng)絡(luò)主要采用軟交換和IP技術(shù)。3G的方向也是基于軟交換的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，IP網(wǎng)絡(luò)承載從話音、視頻到電子商務(wù)等多種業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)控制由軟交換服務(wù)器實現(xiàn)，網(wǎng)上業(yè)務(wù)由智能業(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。1. 軟交換在3G中的應(yīng)用模式WCDMA的R4版本已經(jīng)在電路交換域采用網(wǎng)關(guān)分離模式，通過(G)MSC Server和MGW功能實體實現(xiàn)了MSC功能，而全I(xiàn)P的WCDMA R5版本則進(jìn)一步實現(xiàn)這種模式。R6版本研究剛開始，將會在分組交換域（PS）中引入這種模式，從而使整個核心網(wǎng)（CN）都基于網(wǎng)關(guān)分離模式。網(wǎng)關(guān)分離是軟交換最重要的技術(shù)基礎(chǔ)，

9、只要是采用這種思想實現(xiàn)的系統(tǒng)，都可以認(rèn)為是軟交換技術(shù)的應(yīng)用形式。因此，可以說WCDMA的核心網(wǎng)部分是采用軟交換技術(shù)實現(xiàn)的。2. 軟交換在3G核心網(wǎng)中的應(yīng)用主流的3G制式有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三種。在這三種制式中，WCDMA和TD-SCDMA的標(biāo)準(zhǔn)由標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP制定，CDMA2000的標(biāo)準(zhǔn)由標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP2制定。由于WCDMA/TD-SCDMA共用同一核心網(wǎng)，核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和演進(jìn)代表了3G核心網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，我們就以這個核心網(wǎng)為例介紹軟交換在3G核心網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。    到目前為止，3GPP定義的WCDMA系統(tǒng)有R9

10、9、R4、R5和R6四個版本。其中R6版本不涉及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，主要是業(yè)務(wù)研究。涉及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的是R99、R4和R5，在這三個版本中，由于涉及軟交換應(yīng)用的是核心網(wǎng)電路域，我們可以看到，軟交換技術(shù)在R4和R5網(wǎng)絡(luò)中得到了充分的應(yīng)用。應(yīng)用軟交換技術(shù)后，R99網(wǎng)絡(luò)中的移動交換中心（MSC）在R4網(wǎng)絡(luò)中被分解為MSC服務(wù)器（軟交換機(jī)）和媒體網(wǎng)關(guān)，前者提供傳統(tǒng)MSC的呼叫控制部分，后者提供傳統(tǒng)MSC的媒體交換部分。R5版本將MSC Server在功能上分離為MGCF（媒體網(wǎng)關(guān)控制功能）和CSCF（呼叫控制功能），分別處理語音呼叫控制和多媒體呼叫控制。WCDMA R4 階段的網(wǎng)絡(luò)模型

11、如圖1所示。電路域引入了基于軟交換架構(gòu)的分層結(jié)構(gòu)，將呼叫控制和承載層相分離。承載層MGW負(fù)責(zé)為用戶數(shù)據(jù)提供傳送手段；控制層MSC 服務(wù)器負(fù)責(zé)提供原MSC中的呼叫控制、移動性管理、計費等功能。WCDMA R4版本主要變化是將R99的電路域（CS）中的(G)MSC分解成兩個功能實體(G)MSC Server和MGW。(G)MSC Server主要完成對信令和呼叫的控制，而MGW則主要提供媒體流的處理。(G)MSC Server和MGW之間采用H.248協(xié)議，(G)MSC Server之間采用BICC協(xié)議。(G)MSC Serve

12、r通過SGW(信令網(wǎng)關(guān))實現(xiàn)與PSTN和PLMN的互通。HLR也可以被替換為歸屬用戶服務(wù)器HSS（Home Subscriber Server）。圖片1粗線：表示支持用戶業(yè)務(wù)的接口細(xì)線：表示支持信令的接口圖1  R4網(wǎng)絡(luò)模型                             

13、;R5版本引入了IP多媒體子系統(tǒng)，簡稱IMS。IMS負(fù)責(zé)完成移動終端的所有基于IP的業(yè)務(wù)，包括語音、無線實時業(yè)務(wù)。IMS架構(gòu)在分組域網(wǎng)絡(luò)之上，完成對IP多媒體通信的控制和業(yè)務(wù)的提供。在核心網(wǎng)內(nèi)全部基于IP傳送，采用網(wǎng)關(guān)體系與傳統(tǒng)的PSTN/PLMN/ISDN等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互通和轉(zhuǎn)換。采用基于軟交換的分層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，使控制與承載分離。由CSCF（呼叫狀控制態(tài)功能）、MGCF（媒體網(wǎng)關(guān)控制功能）、MRF（媒體資源功能）和HSS等功能實體組成。CSCF處理與多媒體會話有關(guān)的控制層功能，主要包括查詢CSCF，服務(wù)CSCF和代理CSCF。其中S-CSCF處理網(wǎng)絡(luò)中的會話狀態(tài)，對用戶終端進(jìn)行會話控制。MGC

14、F用于控制MGW建立媒體通道，完成傳統(tǒng)電路域網(wǎng)絡(luò)與IP多媒體子系統(tǒng)間呼叫相關(guān)的協(xié)議轉(zhuǎn)換，并且根據(jù)路由號為從傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來的入呼叫選擇CSCF。HSS是核心網(wǎng)內(nèi)所有簽約用戶的主要數(shù)據(jù)庫，包含用于支持SGSN和CSCF處理呼叫和會話所必須的簽約相關(guān)信息，是支持用戶移動性和呼叫控制的關(guān)鍵。3. 軟交換在3G增值業(yè)務(wù)中的應(yīng)用3G在增值業(yè)務(wù)的實現(xiàn)方面有三種方式：一種是由MSC Server直接實現(xiàn)；第二種是通過和移動的SCP（業(yè)務(wù)控制點）互通實現(xiàn)；第三種是通過開放的業(yè)務(wù)體系實現(xiàn)。    第一種方式效率最高，但開放性較差，實際上就是傳統(tǒng)的程控交換機(jī)實

15、現(xiàn)方式。主要適用于和基本呼叫關(guān)系密切，本身沒有獨立邏輯的簡單業(yè)務(wù)的實現(xiàn)。    第二中方式主要是為了保護(hù)移動智能網(wǎng)的已有投資。MSC Server實現(xiàn)SSP(業(yè)務(wù)交換點)功能，并且通過CAMEL和SCP（業(yè)務(wù)控制點）互通，適用于繼承網(wǎng)絡(luò)中已實現(xiàn)的智能語音業(yè)務(wù)。    第三種方式是3G的主流實現(xiàn)方式，主要適用于融合了語音、數(shù)據(jù)、視頻等特征，采用類似與因特網(wǎng)工作模式的綜合業(yè)務(wù)的實現(xiàn)。通常通過提供一個完全開放的，可編程的業(yè)務(wù)環(huán)境來實現(xiàn)。由于R4階段仍以語音業(yè)務(wù)為主，R5和R6階段才會大規(guī)模應(yīng)用。 &#

16、160;  3G牌照發(fā)放以后，3G進(jìn)入商用階段，傳統(tǒng)電信商業(yè)運營模式將發(fā)生重大變化，三種方式將越來越多地被采用，以實現(xiàn)新業(yè)務(wù)。軟交換始終是立足于在單一的承載網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建電信應(yīng)用平臺，其技術(shù)特點和優(yōu)勢是多方面的，主要體現(xiàn)在： 網(wǎng)絡(luò)模型是分層的   整個網(wǎng)絡(luò)分為接入層、控制層和業(yè)務(wù)層等，各層分別完成特定的功能，互相配合，共同實現(xiàn)系統(tǒng)的目標(biāo)。 協(xié)議接口是開放的  軟交換系統(tǒng)全部采用標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議接口，以便于不同廠商設(shè)備的互連互通。這種標(biāo)準(zhǔn)化不但體現(xiàn)在軟交換系統(tǒng)和其它網(wǎng)絡(luò)之間，也體現(xiàn)在軟交換系統(tǒng)內(nèi)部各設(shè)備之間。

17、60;分布式組網(wǎng)節(jié)省投資成本  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，存在布點多，運行成本和運維人員成本高的問題。運營商為解決這個問題，大多建設(shè)大型、集中的MSC，其代價是要建設(shè)來自各城市RAN的回程話音電路。由于多數(shù)呼叫是本地的，這就造成電路迂回，從本地RAN到MSC，又從MSC到本地PSTN。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，網(wǎng)關(guān)可以布設(shè)在提供最大價值的地方，復(fù)雜的呼叫控制被集中在一起。這樣，運營商可以明顯降低建設(shè)成本。  升級簡單易行  多種功能集成在一起的設(shè)備進(jìn)行升級時相當(dāng)復(fù)雜，如GSM網(wǎng)中的MSC，無論是GSM網(wǎng)業(yè)務(wù)功能升級還是交換能力升級都需要升級MSC。而在3G核心網(wǎng)中，軟交換分離的媒體網(wǎng)關(guān)和業(yè)務(wù)服務(wù)器均可單獨的升級和擴(kuò)容。在一個適應(yīng)現(xiàn)代通信發(fā)展的3G網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)功能升級應(yīng)該相當(dāng)頻繁，遠(yuǎn)多于交換能力升級，而采用軟交換后，業(yè)務(wù)功能升級僅需在少量的業(yè)務(wù)服務(wù)器上進(jìn)行，這將大大簡化網(wǎng)絡(luò)升級過程，同時會節(jié)省大量軟件升級費用。  通過軟交換利用基于IP的服務(wù)平臺來開放業(yè)務(wù)  在WCDMA的