軟交換技術(shù)解析
軟交換的體系結(jié)構(gòu)
1、引言
隨著信息化進(jìn)程的不斷推進(jìn),人們已越來越不滿足于現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)以窄帶方式提供的單一語音服務(wù),提供寬帶化、智能化、個(gè)人化移動(dòng)多媒體服務(wù)的需求日益劇增。
下一代網(wǎng)絡(luò)泛指一個(gè)以IP為中心,可以支持語音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)融合全新的網(wǎng)絡(luò)。3G不是現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)和IP網(wǎng)的簡單疊加,也不是單項(xiàng)節(jié)點(diǎn)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合,而是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)框架的變革,是一種整體方案。軟交換SoftSWitch正是構(gòu)建在以IP為中心,可以支持語音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的融合方案?;?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/軟交換技術(shù)">軟交換技術(shù)和IP技術(shù)構(gòu)建出分層開放的體系架構(gòu)全新的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),在3G中占有極為重要位置。
2、軟交換的體系結(jié)構(gòu)
軟交換體系結(jié)構(gòu)是目前面向網(wǎng)絡(luò)融合的新一代多媒體業(yè)務(wù)整體解決方案,具有層次化、呼叫控制與承載分離、快速開發(fā)業(yè)務(wù)、集中部署業(yè)務(wù)等特點(diǎn),可以向用戶提供包含PSTN話音、無線話音、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)等各種業(yè)務(wù)。通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),不但實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的融合,更重要的是實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)的融合,使得包交換網(wǎng)絡(luò)能夠繼承原有電路交換網(wǎng)中豐富的業(yè)務(wù)功能,同時(shí),可以在全網(wǎng)范圍內(nèi)快速提供原有網(wǎng)絡(luò)難以提供的新型業(yè)務(wù)。
在軟交換構(gòu)建的開放體系架構(gòu)中,通過呼叫控制與媒體交換/承載的分離,實(shí)現(xiàn)了開放的分層架構(gòu),各層次網(wǎng)絡(luò)單元通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議互通,可以各自獨(dú)立演進(jìn),以適應(yīng)未來技術(shù)的發(fā)展。軟交換主要包含兩個(gè)層次:
◆媒體網(wǎng)關(guān)層:根據(jù)組網(wǎng)的位置,可分為接入媒體網(wǎng)關(guān)(提供接入適配功能)、中繼媒體網(wǎng)關(guān)(提供與其他網(wǎng)絡(luò)互通的媒體流轉(zhuǎn)換功能)、資源媒體網(wǎng)關(guān)(提供特定媒體資源)。
◆呼叫控制層:由信令網(wǎng)關(guān)(提供中繼信令SS7在IP網(wǎng)上的傳輸適配功能)和呼叫控制服務(wù)器(通過與信令網(wǎng)關(guān)和媒體網(wǎng)關(guān)的配合實(shí)現(xiàn)呼叫的建立、維持和釋放控制功能)。
3、軟交換的特點(diǎn)
(1)分布式交換降低運(yùn)營成本
傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)存在布點(diǎn)多、運(yùn)行成本和運(yùn)維人員成本高的問題。而基于軟交換的體系結(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,呼叫控制與話音處理/交換是分開的,媒體網(wǎng)關(guān)可以布設(shè)在提供最大價(jià)值的地方,復(fù)雜的呼叫控制被集中在一起。通過部署分布式交換,可以實(shí)現(xiàn)靈活的組網(wǎng)方式,可以有效地解決傳統(tǒng)組網(wǎng)模式中容量、覆蓋和路由迂回的矛盾,便于進(jìn)行集中維護(hù)和管理,有利于降低建網(wǎng)成本和運(yùn)維費(fèi)用。
(2)開放智能業(yè)務(wù)不需對(duì)所有核心網(wǎng)網(wǎng)元升級(jí)
在2G、2.5G中,由于MSC是單個(gè)網(wǎng)元,無論是業(yè)務(wù)功能升級(jí)/部署還是媒體交換能力升級(jí)都需要升級(jí)MSC。經(jīng)過升級(jí)的MSC要把呼叫控制移交給移動(dòng)智能網(wǎng)(IN)節(jié)點(diǎn)——業(yè)務(wù)控制點(diǎn)SCP,由SCP執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯。這樣導(dǎo)致業(yè)務(wù)提供成本高,MSC實(shí)時(shí)處理代價(jià)高,軟件成本高。而在軟交換的3GPPR4架構(gòu)中,媒體網(wǎng)關(guān)和MSC服務(wù)器的分離使得它們各自可以獨(dú)立的進(jìn)行工程實(shí)施、擴(kuò)容和布局。由于業(yè)務(wù)升級(jí)遠(yuǎn)多于媒體交換能力升級(jí),而采用軟交換后,R4中的MSC服務(wù)器數(shù)量遠(yuǎn)小于媒體網(wǎng)關(guān)的數(shù)量,這將帶來大量軟件升級(jí)費(fèi)用的節(jié)省。
4、移動(dòng)軟交換的功能
移動(dòng)軟交換是多種邏輯功能實(shí)體的集合,提供綜合業(yè)務(wù)的呼叫控制、連接以及部分業(yè)務(wù)功能,是3GPPR4及以后階段軟交換系統(tǒng)核心網(wǎng)中的電路域?qū)崟r(shí)語音/數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呼叫、控制、業(yè)務(wù)提供的核心設(shè)備。其主要功能包括以下幾個(gè)部分:
(1)移動(dòng)性管理功能
主要完成切換(包括UMTS系統(tǒng)內(nèi)、GSM系統(tǒng)內(nèi)以及GSM與UMTS系統(tǒng)間的切換)、登記和移動(dòng)臺(tái)去話功能。還具有VLR功能,包括用戶數(shù)據(jù)管理、位置登記、鑒權(quán)、提供MSRN、VLR恢復(fù)、切換號(hào)碼分配、TMSI分配、清除、SuperCharger功能。
(2)安全保密功能
支持用戶鑒權(quán)、TMSI使用和用戶信息加密。
(3)呼叫控制和處理功能
移動(dòng)交換服務(wù)器可以為基本呼叫的建立、維持和釋放提供控制功能,包括呼叫處理、連接控制、智能呼叫觸發(fā)檢測和資源控制等;接收來自業(yè)務(wù)交換功能的監(jiān)視請(qǐng)求,并對(duì)其中與呼叫相關(guān)的事件進(jìn)行處理;支持基本的兩方呼叫控制功能和多方呼叫控制功能。
(4)其他功能
包括協(xié)議處理、互通、資源管理、計(jì)費(fèi)、認(rèn)證與授權(quán)、號(hào)碼分析/地址解析、媒體控制等。
5、軟交換在3G核心網(wǎng)中的應(yīng)用
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3G標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP制定,CDMA2000的標(biāo)準(zhǔn)由3G標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP2制定。
UMTS及TD-SCDMA較好地考慮了對(duì)GSM系統(tǒng)的兼容,成為我國GSM運(yùn)營商的首選標(biāo)準(zhǔn),可采用兩者之一或混合組網(wǎng)方式。由于兩者分別基于FDD及TDD模式,因此在應(yīng)用上各有所長、各有所用,是互存、互補(bǔ)的關(guān)系。
核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)主要有基于GSMCCS7和ANSI-41兩種核心網(wǎng)。一般情況下,WCDMA和CDMATDD對(duì)應(yīng)于GSMCCS7核心網(wǎng),CDMA2000對(duì)應(yīng)于ANSI-41核心網(wǎng),但目前的標(biāo)準(zhǔn)允許任何無線接口同時(shí)兼容兩個(gè)核心網(wǎng),這樣可以通過在無線接口上定義相應(yīng)的兼容協(xié)議來接入不同的核心網(wǎng)。
GSM交換網(wǎng)向3G核心網(wǎng)的演進(jìn)。3GPP組織主要負(fù)責(zé)制定基于GSM的核心網(wǎng)、以WCDMA和CDMATDD為無線接口的標(biāo)準(zhǔn),到目前為止已經(jīng)有四個(gè)版本,即R99、R4、R5和R6,這里著重討論核心網(wǎng)部分。
5.1R99網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
R99是比較成熟的版本,其無線接入部分采用全新的3G接入網(wǎng)(RAN),核心網(wǎng)則在MSC+GPRS的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上演進(jìn)可以看出,R99核心網(wǎng)類似于目前GSM交換子系統(tǒng)與GPRS交換子系統(tǒng)的疊加,包括GSM電路交換部分及分組域部分,分別用于支持話音業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),完全體現(xiàn)了2G向3G平滑過渡的思想。不同的是,由于無線部分引入了可實(shí)現(xiàn)3G業(yè)務(wù)的無線網(wǎng),核心網(wǎng)采用新定義的Iu接口與3G無線網(wǎng)相連,包括支持電路交換的Iu-CS和支持分組交換業(yè)務(wù)的Iu-PS兩部分。相對(duì)于GPRS,R99增加了服務(wù)級(jí)別的概念,提高了分組域的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證能力,增加了帶寬;在系統(tǒng)能力方面,目前除了支持GSM/GPRS提供的所有業(yè)務(wù)以外,還支持下行速率為384kb/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);在業(yè)務(wù)方面,智能網(wǎng)規(guī)范提出了支持能力級(jí)CS2的CAMEL3。這種組網(wǎng)方式可以延用原有核心網(wǎng)設(shè)備,增加無線接入網(wǎng)即可實(shí)現(xiàn)3G業(yè)務(wù),極大地保護(hù)了運(yùn)營商的現(xiàn)有投資,有利于運(yùn)營商迅速開展3G業(yè)務(wù)。
5.2R4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
與R99版本比較,R4的無線接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并沒有變化,只是改進(jìn)了一些接口協(xié)議特性以提高系統(tǒng)性能。核心網(wǎng)電路域變化較大,引入了軟交換的概念,將控制和承載分開,原來的MSC變?yōu)镸SC服務(wù)器和媒體網(wǎng)關(guān)MGW,話音通過MGW由分組域來傳送。
可以看出,R4核心網(wǎng)已由TDM中心節(jié)點(diǎn)交換型演進(jìn)為典型的分組話音分布式體系結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)采用開放式結(jié)構(gòu),業(yè)務(wù)邏輯與底層承載相分離,話音分組化,由包方式承載。由于電路域的這種變化,相應(yīng)的在七號(hào)信令的承載方面也提出了新的方案,即基于ATM和IP的方案,七號(hào)信令的移動(dòng)應(yīng)用協(xié)議MAP和CAP也可以通過分組網(wǎng)絡(luò)來傳送,為核心網(wǎng)向全I(xiàn)P的演進(jìn)邁出非常關(guān)鍵的一步。R4的組網(wǎng)方式在技術(shù)先進(jìn)性及建設(shè)成本上都有很大優(yōu)勢(shì),其采用全新的協(xié)議與技術(shù)。但是,運(yùn)營商選擇R99網(wǎng)絡(luò)向R4升級(jí)時(shí),只需要對(duì)電路域進(jìn)行升級(jí),可以保留R99無線部分和分組域并保持原有組網(wǎng)方式,3GPP規(guī)范良好的向后兼容性支持R4以至于R5的無線接入網(wǎng)都可以和R99的電路域很好地配合。
5.3R5網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
R5版本是全I(xiàn)P(或全分組化)的第一個(gè)版本,在無線接入網(wǎng)方面,提出了高速下行分組接入HSDPA技術(shù),在核心網(wǎng)方面,最大的變化是在R4的基礎(chǔ)上增加了IP多媒體子系統(tǒng)(即IMS系統(tǒng)),它和分組域一起實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的多媒體業(yè)務(wù),并可以實(shí)現(xiàn)與電路域的互操作。在R5中仍然保留電路域并實(shí)現(xiàn)與IMS的互操作主要是保護(hù)運(yùn)營商的R99的網(wǎng)絡(luò)投資。全I(xiàn)P的組網(wǎng)方式是網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的趨勢(shì),IMS是R5的新增部分,圖3是IMS域的配置。
IMS的主要功能實(shí)體包括:呼叫控制服務(wù)器(CSCF)、媒體網(wǎng)關(guān)控制服務(wù)器(MGCF)、IM-MGW、MRF以及BGCF等,CSCF的作用是完成入呼叫網(wǎng)關(guān)功能,呼叫業(yè)務(wù)觸發(fā)功能和路由選擇功能,是最主要的軟交換控制實(shí)體,是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心,支持SIP協(xié)議處理SIP會(huì)話。P-CSCF是UE接入IMS系統(tǒng)的入口,實(shí)現(xiàn)了在SIP協(xié)議中的Proxy和UserAgent功能;MGCF的作用是根據(jù)被叫號(hào)碼和來話情況選擇CSCF,并完成PSTN和IMS之間呼叫控制協(xié)議轉(zhuǎn)換,以及控制IM-MGW媒體通道的呼叫狀態(tài);IM-MGW的功能與CS-MGW的功能類似,與MGCF一起完成資源控制,以及通過回波消除器和碼轉(zhuǎn)換器,實(shí)現(xiàn)媒體轉(zhuǎn)換和幀協(xié)議轉(zhuǎn)換功能;MRF分為多媒體資源功能控制器(MRFC)和多媒體資源功能處理器(MRFP),分別進(jìn)行完成媒體流的控制和承載功能;BGCF的主要作用是在與PSTN通信時(shí),完成信令轉(zhuǎn)發(fā)功能。
5.4R6網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
R6版本核心網(wǎng)在R5IMS基礎(chǔ)上提出的網(wǎng)絡(luò)框架基本沒有改變,只是將PDF(PolicyDecisionFunction)從P-CSCF中分離出來,二者之間的接口定義為Gq接口。在QoS方面,3GPP已經(jīng)定義了端到端的QoS概念和框架結(jié)構(gòu),具體到IMS的QoS問題主要集中在Gq接口和Go接口(GGSN和PDF之間的接口),QoS策略基于SIP會(huì)話中請(qǐng)求的參數(shù),端到端的QoS要求則分段映射到網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)層面。R6在功能上更加完善,能夠支持OMA提出的新業(yè)務(wù),同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上,在互通和兼容性上進(jìn)一步增強(qiáng),主要研究控制(Gq接口)、WLAN接入、IMS到CS域的互通、IMS到PS域的互通、Presence等新業(yè)務(wù),并在IETFSIP協(xié)議的基礎(chǔ)上對(duì)協(xié)議進(jìn)行了擴(kuò)展。
不論是現(xiàn)在商用的還是正在試驗(yàn)的(CDMA2000/WCDMAR99/R4/TD-SCDMA)3G標(biāo)準(zhǔn)都不是基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò),比如CDMA2000是基于ANSI-41;WCDMA99/TD-SCDMA是基于傳統(tǒng)的GSM、R4軟交換的承載和控制分離方式,而直到R5引入了IMS才實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P的核心網(wǎng)。顯然全I(xiàn)P的核心網(wǎng)絡(luò)也是3G發(fā)展的方向,采用基于全I(xiàn)P的核心網(wǎng)不但可以與無線接入方式獨(dú)立地發(fā)展,還可以支持包括Wi-Fi、WiMAX、WCDMA等多種無線接入方式。在3G的R6中已經(jīng)開始把WLAN和3G一同考慮了。Wi-Fi/WiMAX和3G不同的承載特性(吞吐量、延時(shí)QoS、對(duì)稱性等)為用戶享受語音、數(shù)據(jù)、多媒體業(yè)務(wù)提供更多的接入方式選擇;它們可通過共用開放的業(yè)務(wù)平臺(tái)融合不同的業(yè)務(wù)引擎實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間互通;根據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)內(nèi)的性能,用戶可以手工或者自動(dòng)選擇接入那個(gè)網(wǎng)絡(luò);支持WLAN和3G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營支撐系統(tǒng),可以對(duì)雙網(wǎng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的運(yùn)營管理、計(jì)費(fèi)、甚至用戶身份認(rèn)證,最大限度降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、維護(hù)成本。
Wi-Fi/WiMAX的市場目標(biāo)是成為寬帶無線接入城域網(wǎng)技術(shù),基本目標(biāo)是要提供一種城域網(wǎng)領(lǐng)域點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的多廠商環(huán)境下可有效地互操作的寬帶無線接入手段,以實(shí)現(xiàn)滿足3G標(biāo)準(zhǔn)的以無線廣域網(wǎng)WWAN為基本模式、以公眾語音及多媒體數(shù)據(jù)為內(nèi)容、在全球范圍內(nèi)漫游的個(gè)人手機(jī)終端的基本市場定位。Wi-Fi/WiMAX也可以作為3G無線廣域/城域、多點(diǎn)基站互聯(lián)支持手段的補(bǔ)充。
未來無線通信領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)的融合。因此人們又提出更高的發(fā)展目標(biāo)那就是4G。4G系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)多種移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)間的無縫漫游和切換,構(gòu)筑一個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定接入網(wǎng)的融合體,實(shí)現(xiàn)與WLAN/WiMAX無縫連接。4G的無縫特性,包含系統(tǒng)、業(yè)務(wù)和覆蓋等多方面的無縫性。其無縫性指的是用戶既能在WLAN中使用,也能在蜂窩系統(tǒng)中使用;業(yè)務(wù)的無縫性指的是對(duì)話音、數(shù)據(jù)和圖像的無縫性;而覆蓋的無縫性則指4G系統(tǒng)應(yīng)該能向全球提供業(yè)務(wù)。
6、結(jié)論
總之,移動(dòng)軟交換提供分層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),使不同的功能層的發(fā)展更加靈活,并可實(shí)現(xiàn)無縫的多網(wǎng)絡(luò)訪問。除此之外,移動(dòng)軟交換作為國際標(biāo)準(zhǔn),確保了新技術(shù)的前后兼容性。隨著時(shí)間的發(fā)展,軟交換將逐漸發(fā)展成為通用的、高可用性的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),集成對(duì)VoIP和傳統(tǒng)語音服務(wù)的支持,并為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向全I(xiàn)P演進(jìn)做好了準(zhǔn)備。
移動(dòng)軟交換支持業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的統(tǒng)一,讓人們從移動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步所帶來的興奮中去盡情地開發(fā)、體驗(yàn)各種便捷移動(dòng)新業(yè)務(wù),移動(dòng)軟交換將移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)從過去支撐單一或簡單窄帶移動(dòng)業(yè)務(wù)的平面模式發(fā)展到承載多業(yè)務(wù)融合,將移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向多媒體網(wǎng)絡(luò)的高級(jí)階段邁進(jìn),這是一個(gè)從量變到質(zhì)變的飛躍。這是一個(gè)跨越式發(fā)展,這是核心網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的一個(gè)里程碑,它標(biāo)志著基于IP的R4架構(gòu)的移動(dòng)軟交換網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)完全成熟。移動(dòng)軟交換技術(shù)不僅能充分滿足對(duì)現(xiàn)有2G、2.5G網(wǎng)絡(luò)的革新需求,更面向下一代網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)營的要求,可打造兼容現(xiàn)網(wǎng)且面向未來全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)核心網(wǎng)。
評(píng)論