Word軟交換技術(shù)在2G交換網(wǎng)中的應(yīng)用

軟交換技術(shù)在2G交換網(wǎng)中的應(yīng)用

一、概述

第三代移動網(wǎng)絡(luò)是移動通信領(lǐng)域的下一代網(wǎng)絡(luò)。在這個網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展中，軟交換技術(shù)和IP技術(shù)得到充分體現(xiàn)。然而，軟交換技術(shù)在移動網(wǎng)的應(yīng)用不是只能從3G網(wǎng)絡(luò)開始，事實上在3G即將到來之前，軟交換技術(shù)已經(jīng)逐漸在2G的網(wǎng)絡(luò)中嶄露頭角。中國移動2021年建成軟交換長途匯接網(wǎng)后，各地移動公司也逐漸開始在GSM省網(wǎng)以及本地網(wǎng)上采用軟交換技術(shù)構(gòu)建移動匯接局TMSC、關(guān)口局GMSC以及端局MSC。

從業(yè)界情況看，國外已有固網(wǎng)運營商在商用中大規(guī)模采用軟交換技術(shù)，更多的固定/移動運營商正在試驗軟交換技術(shù)。3G方面，現(xiàn)在WCDMAR4協(xié)議已經(jīng)基本穩(wěn)定，跨過R99直接采用軟交換的R4架構(gòu)建設(shè)3G核心網(wǎng)已成定局。相信隨著3G應(yīng)用的推遲，軟交換技術(shù)/設(shè)備的成熟，在現(xiàn)有的2G網(wǎng)絡(luò)上盡早引入軟交換技術(shù)，積累軟交換的應(yīng)用經(jīng)驗，將會給運營商的未來發(fā)展帶來更多好處。

二、移動軟交換的體系結(jié)構(gòu)

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，實現(xiàn)了開放的分層架構(gòu)，各層次網(wǎng)絡(luò)單元通過標準協(xié)議互通，可以各自獨立演進，以適應(yīng)未來技術(shù)的發(fā)展。軟交換主要包含兩個層次：呼叫控制層和媒體網(wǎng)關(guān)層。

1.呼叫控制層

呼叫控制層完成各種呼叫控制，并負責(zé)相應(yīng)業(yè)務(wù)處理信息的傳送。呼叫控制層中的物理實體是軟交換機(SS：SoftSwitch)，軟交換機的主要功能如下：

●對接入層的各種媒體網(wǎng)關(guān)的控制，指示媒體網(wǎng)關(guān)應(yīng)與哪個媒體網(wǎng)關(guān)建立連接關(guān)系，完成信息壓縮編碼方式的控制、回聲抑制功能控制和業(yè)務(wù)流量控制；

●基本話音業(yè)務(wù)的呼叫處理和連接控制；

●數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理和連接控制；

●提供與更高層應(yīng)用的（接口）；

●計費功能。

2.媒體網(wǎng)關(guān)層

媒體網(wǎng)關(guān)層的功能是將用戶/業(yè)務(wù)連接接入軟交換網(wǎng)絡(luò)。邊緣接入層中的物理實體是一系列媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備(MGW)，各網(wǎng)關(guān)設(shè)備完成數(shù)據(jù)格式和協(xié)議的轉(zhuǎn)換，將接入的所有媒體信息流均轉(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。2G移動交換網(wǎng)主要實現(xiàn)話音業(yè)務(wù)的時隙交換，最常用的有兩種媒體網(wǎng)關(guān)：中繼媒體網(wǎng)關(guān)(TMG)和信令網(wǎng)關(guān)(SG)。

（1）中繼媒體網(wǎng)關(guān)(TMG)用于與（電路）交換網(wǎng)相連，負責(zé)將電路交換網(wǎng)中的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換為軟交換網(wǎng)中傳送的IP媒體流。用軟交換設(shè)備構(gòu)建的TMSC、GMSC或者MSC，與原有GSM網(wǎng)元的互通只能繼續(xù)采用TDM方式承載,而軟交換TMG之間的連接，則可以選擇TDM承載、IP承載或者ATM承載。中國移動的長途匯接網(wǎng)在各個省會城市設(shè)置了TMG，TMG之間的話務(wù)采用IP承載，通過建設(shè)獨立的IP專網(wǎng)來滿足移動長途網(wǎng)話音業(yè)務(wù)QoS以及安全性的需要。而在GSM省網(wǎng)或者本地網(wǎng)引入軟交換時，由于初期軟交換網(wǎng)元數(shù)量較少，通常只有二三個，故可以在TMG之間繼續(xù)采用TDM方式承載，以減少初期建網(wǎng)的復(fù)雜程度。

（2）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。在軟交換引入初期業(yè)務(wù)量不大的時候，可以考慮SG與TMG合設(shè)的方式，當信令業(yè)務(wù)量增大時再考慮設(shè)置獨立的SG。

如果移動軟交換網(wǎng)建設(shè)初期只處理話音業(yè)務(wù)，在全部采用TDM方式承載時也可以考慮將信令網(wǎng)關(guān)和軟交換機合設(shè)在一起。此時TMG通過半永久連接將信令消息直接傳送至軟交換機。這種方式采用傳統(tǒng)的TDM技術(shù)，成熟性高，但是需要大量的中繼收斂，可擴展性比較差，尤其是在軟交換機和媒體網(wǎng)關(guān)之間采用雙歸屬時更耗費中繼資源。

三種信令網(wǎng)關(guān)設(shè)置方式下移動軟交換結(jié)構(gòu)如圖1所示。

三、軟交換在GSM交換網(wǎng)中的優(yōu)勢

1．大容量、高集成度

由于近年來設(shè)備生產(chǎn)商對軟交換技術(shù)研發(fā)的大力投入，軟交換設(shè)備構(gòu)造的MSC在容量和集成度方面遠高于傳統(tǒng)（交換機）。表1為中興、（華為）、Alca（te）l三個廠家軟交換設(shè)備的單局容量表。以華為公司G9軟交換機為例，用其構(gòu)建MSC時單局最大容量180萬，構(gòu)建TMSC、GMSC時單局最大容量為7056個E1，并且達到最大容量時只需要6個機柜，占僅幾個平米。而用傳統(tǒng)交換機構(gòu)建MSC時單局最大容量一般在60萬左右，構(gòu)建TMSC、GMSC時單局最大容量200個E1左右，機柜數(shù)量也在10個以上。

表1

廠家/設(shè)備名稱

軟交換機型號媒體網(wǎng)關(guān)型號單局容量BHCAE1接口STM-1接口中興ZXSS10SS1BMSG900020000k1120210華為G9MSOFTX3000UMG89007200k7056112AlcatelSpa（TI）alAtriumWSSWMG4000k55567682．分布式組網(wǎng)、設(shè)備獨立升級

軟交換機將傳統(tǒng)交換機的功能模塊分離成為獨立的網(wǎng)絡(luò)部件，各個部件可以按相應(yīng)的功能劃分，各自獨立發(fā)展。部件間的協(xié)議接口基于相應(yīng)的標準，有利于實現(xiàn)各種異構(gòu)網(wǎng)的互通。媒體網(wǎng)關(guān)可實現(xiàn)拉遠，與軟交換機可分開放置，使得它們各自可以獨立地進行工程實施、擴容和布局。由于業(yè)務(wù)升級遠多于媒體交換能力升級，而采用軟交換后，軟交換機的數(shù)量遠小于媒體網(wǎng)關(guān)的數(shù)量，這將帶來大量（軟件）升級費用的節(jié)省。

移動軟交換分布式組網(wǎng)如圖2所示。對于MSC來說，將媒體網(wǎng)關(guān)分散拉遠，可以更加靠近BSC，減少話務(wù)迂回，節(jié)省傳輸。對于TMSC、GMSC來說，可將媒體網(wǎng)關(guān)分散到

不同的本地網(wǎng)，做到話務(wù)就近接入，集中控制。

3．向3G過渡

到目前為止，3GPP定義的WCDMA系統(tǒng)有R99、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，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）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。而在R5網(wǎng)絡(luò)中更是增加了基于軟交換架構(gòu)的IP多媒體（IMS）域。

像中國移動這樣有著龐大2G網(wǎng)絡(luò)資源的移動運營商，向3G網(wǎng)絡(luò)過渡時如何充分利用和保護2G網(wǎng)絡(luò)的投資成為首要考慮的問題之一。傳統(tǒng)的2G交換機與R4及以上的版本要求的電路域交換機硬件平臺差距很大，通常需要建3G交換機。而利用軟交換技術(shù)構(gòu)造的2G交換機，可以通過簡單的軟件升級改造成為2G/3G兼容的電路域交換機，大大減少了3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投資，并且能幫助運營商及早積累軟交換運行和維護方面的經(jīng)驗。

4．增強網(wǎng)絡(luò)可靠性

在傳統(tǒng)的2G交換網(wǎng)中，合一的交換設(shè)備實體使得想通過設(shè)備冗余提高網(wǎng)絡(luò)可靠性是很困難的。應(yīng)用軟交換技術(shù)后，可以通過設(shè)置N+1冗余軟交換機的方式，或者利用軟交換機與媒體網(wǎng)關(guān)之間"雙歸屬"提供網(wǎng)絡(luò)級容災(zāi)機制，確保大容量交換機的可靠性。

四、移動軟交換協(xié)議的選擇

國際上從事軟交換相關(guān)標準制定的組織主要是IETF和ITU-T。軟交換體系架構(gòu)中的主要協(xié)議種類如表2所示。

表2軟交換主要協(xié)議種類

協(xié)議應(yīng)用場合

協(xié)議類型協(xié)議名稱協(xié)議制定者軟交換機－媒體網(wǎng)關(guān)呼叫控制類MGCPIETFH.248ITU－T軟交換機-軟交換機SIP－TIETFBICCITU-T媒體網(wǎng)關(guān)-終端SIPIETFH.323ITU-T軟交換機-信令網(wǎng)關(guān)控制信令類SIGTRANIETF軟交換機-應(yīng)用平臺應(yīng)用接口類ParlayAPIParlay

表中所有協(xié)議均基于TCP/IP協(xié)議。在移動網(wǎng)引入軟交換時，要根據(jù)移動網(wǎng)的特點和互通的需要選擇適合的協(xié)議。

1.軟交換機之間的協(xié)議

目前，業(yè)界軟交換機之間采用的標準協(xié)議底層為SCTP/IP，高層主要有BICC和SIP-T兩種。BICC協(xié)議是ITU-T制定的標準協(xié)議，主要是將七號信令中的ISUP協(xié)議進行封裝，SIP-T是IETF制定的標準協(xié)議，主要是對SIP協(xié)議進行擴展。

在2G移動網(wǎng)引入軟交換的局，依然以承載窄帶話音業(yè)務(wù)為主。而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更完善和更成熟，因此在2G移動網(wǎng)軟交換機之間通常采用BICC(CS2)/SCTP/IP進行通信。

2.中繼媒體網(wǎng)關(guān)與軟交換機間的協(xié)議

TMG與軟交換機之間的協(xié)議主要有MEGACO/H.248協(xié)議和MGCP協(xié)議。MEGACO/H.248由IETF和ITU聯(lián)合開發(fā)，協(xié)議簡單，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)議是在MEGACO/H.248之前的一個版本，它的靈活性和擴展性比不上MEGACO/H.248，同時在廠家支持方面也不如MEGACO/H.248協(xié)議。因此在移動軟交換網(wǎng)中，TMG與軟交換機之間通常采用MEGACO/H.248協(xié)議。

3.信令網(wǎng)關(guān)與軟交換機間的協(xié)議

軟交換網(wǎng)與移動通信網(wǎng)的互通，還要求信令消息能夠在兩種性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)中進行無縫傳輸。目前，業(yè)界主要采用IETF制定的SIGTRAN標準協(xié)議解決這一問題。SIGTRAN協(xié)議是支持通過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸七號信令協(xié)議的協(xié)議棧，該協(xié)議棧支持七號信令協(xié)議分層模型定義中的層間標準原語接口，從而保證已有的七號信令應(yīng)用可以未經(jīng)修改地使用，同時也利用標準的IP傳輸協(xié)議作為傳輸?shù)讓?，通過增加自身的功能來滿足七號信令的特殊傳輸要求。

4.信令網(wǎng)關(guān)與移動通信網(wǎng)間的協(xié)議

軟交換網(wǎng)與移動通信網(wǎng)的互通，要求信令網(wǎng)關(guān)與移動通信網(wǎng)間必須使用相同的信令協(xié)議。在GSM七號信令網(wǎng)中常用的高層協(xié)議包括用于語音呼叫的（MI）SUP、移動性管理的MAP、智能網(wǎng)應(yīng)用協(xié)議CAMEL等。

五、與移動七號信令網(wǎng)的互通

軟交換網(wǎng)中的信令網(wǎng)關(guān)（SG）是No.7信令網(wǎng)與IP網(wǎng)的邊緣接收和發(fā)送信令消息的信令代理，對信令消息進行中繼、翻譯或終結(jié)處理。其實質(zhì)就是為了實現(xiàn)PSTN/PLMN端局與軟交換設(shè)備之間的No.7信令互通，實現(xiàn)信令承載層電路交換與IP分組的轉(zhuǎn)換功能。信令網(wǎng)關(guān)在No.7信令網(wǎng)和IP網(wǎng)的邊緣對呼叫信令進行實時轉(zhuǎn)接或協(xié)議轉(zhuǎn)換。因此，信令網(wǎng)關(guān)可以在呼叫控制、智能網(wǎng)以及移動網(wǎng)中提供多種多樣的應(yīng)用。

目前，我國的移動No.7信令網(wǎng)已有很大規(guī)模，有成對的HSTP和LSTP，使用的信令協(xié)議種類也較多，應(yīng)用層除了ISUP以外，用于移動性管理的MAP和智能網(wǎng)應(yīng)用協(xié)議——CAP也在大規(guī)模的使用。軟交換系統(tǒng)與移動網(wǎng)互通時，信令網(wǎng)關(guān)與移動信令網(wǎng)直接相連，信令網(wǎng)關(guān)通常只做MTP層的信令處理，SCCP層以及應(yīng)用層的協(xié)議的處理由軟交換機來完成。

信令網(wǎng)關(guān)與軟交換機之間采用SIGTRAN協(xié)議。SIGTRAN協(xié)議底層為傳輸層(SCTP協(xié)議)，上層為適配層(UA協(xié)議)。根據(jù)適配方式的不同，適配層協(xié)議又分為用戶適配層協(xié)議(M2UA或M3UA)和端對端適配層(M2PA)協(xié)議。下面分別對M2UA、M3UA和M2PA作一具體描述。

采用M2UA協(xié)議的信令互通方式如圖3所示。M2UA協(xié)議是在信令網(wǎng)關(guān)上終結(jié)MTP2，將MTP2和MTP3間的原語封裝成M2UA消息在信令網(wǎng)關(guān)和軟交換機間傳遞。這時，軟交換機必須具備MTP3及其以上層的窄帶協(xié)議功能，信令網(wǎng)關(guān)則實現(xiàn)MTP1、2層功能。這樣，信令網(wǎng)關(guān)作為軟交換機的一個2層信令代理，且信令網(wǎng)關(guān)不需要信令點編碼。M2UA協(xié)議主要是一種立足解決直連信令，而非準直連信令的軟交換網(wǎng)與電話交換網(wǎng)互通的協(xié)議。因此M2UA主要是用于規(guī)模不大的軟交換網(wǎng)。

采用M3UA協(xié)議的信令互通方式如圖4所示。M3UA協(xié)議是在信令網(wǎng)關(guān)上終結(jié)MTP3，將MTP3和MTP3用戶(如ISUP、MAP、CAP等)間的原語封裝成M3UA消息在信令網(wǎng)關(guān)功能和軟交換設(shè)備間傳遞。使用M3UA協(xié)議，軟交換機只須具備MTP3上層的窄帶協(xié)議，信令網(wǎng)關(guān)則必須實現(xiàn)MTP1、2、3層功能。由于有了MTP3層功能，信令網(wǎng)關(guān)就不像使用M2UA協(xié)議時那樣只能充當信令代理，而是可以充當信令代理(信令網(wǎng)關(guān)和軟交換共享信令點碼)，或是以信令轉(zhuǎn)接點(STP)的方式轉(zhuǎn)接信令(信令網(wǎng)關(guān)擁有自己獨立的信令點碼)。由于M3UA提供了細致的選路(如根據(jù)SI，OPC，CIC等)以及較完善的信令網(wǎng)管理消息互通(能夠?qū)⑿帕铧c可達性、用戶部分可達性、擁塞等狀態(tài)準確在電話交換網(wǎng)和IP側(cè)互通)，并且具備類似STP的組網(wǎng)能力，因此M3UA適用于軟交換網(wǎng)與移動網(wǎng)、智能網(wǎng)等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的互通，并具備較大的組網(wǎng)靈活性。

采用M2P