（信号与信息处理专业论文）软交换技术在wcdma中的应用与测试.pdf

软交换技术在w c d m 中的应用与测试 摘要 随着下一代网络的深入发展和3 g 牌照发放的进程加快，软交换 技术成为了时下电信行业讨论和研究的热点。本文主要介绍软交换技 术及其在w c d m a 中的应用，并在此基础上介绍、c d m ar 4 软交 换网络的试验网的测试。 论文首先简单介绍了课题的背景，分析了当下软交换及3 g 的发 展状况、研究该课题的意义和重要性。 论文的第二部分主要介绍软交换技术及其在w c d m a 中的应 用。这一部分包括两部分内容，其一着重介绍移动软交换技术，包括 它的产生、特点、引入移动软交换的原因等，并在此基础上对固定软 交换和移动软交换进行了比较，进一步总结了移动软交换技术的优 势。其二着重介绍软交换技术在w c d m a 中的应用，并以r 4 结构为 主，在全面介绍、v c d m a 核心网络的基础上，着重突出i h 结构， 比较了r 4 相对于r 9 9 的优势，并简单介绍了r 4 核心网的网络结构、 基本组成和各网元间的接口功能。 论文的第三部分以具体的r 4 软交换设备为例，分析了软交换设 备在r 4 核心网中的作用，具体实现的功能。包括m s c s 的一些网 络配置、信令配置和媒体网关m g w 的相关信令协议和功能。 论文的第四部分介绍w c d m ar 4 软交换网络的测试。本测试是 以软交换设备为核心搭建的试验网的测试，主要验证一些基本的呼叫 功能。首先对测试项目进行了简单的说明，并简单介绍了试验网中所 用到的仿真仪d c t 2 0 0 0 。其次介绍具体的测试方案，包括网络的逻 辑配置以及具体的实验室组网图，并给出了试验网中需要配置的各接 口之间的物理资源的数据配置和测试所需的测试用例。接下来介绍了 测试依据的3 g p p 规范规定的r 4 呼叫流程，以此来对测试结果进行 判断。最后，对整个测试过程进行了简单介绍，并依据测试用例给出 了测试结果。 在论文的最后，对整个课题进行了总结和展望。 关键词：软交换w c d m ar 4 核心网m s c sm g w t h ea p p l i c a t i o na n dt e s t l n g o fs o f t s w i t c hi nw c d m a a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn g n 卸dm ec o m i n go fc o m m e r c i a l3 g s o r s w i t c hb e c o m e st h eh o t s p o ti nt l l et e l e c o m m u n i c a t i o nf i e l d t h i s p a p e ri sa b o u tm ea p p l i c a t i o no fs o r s w i t c h 舔w e l l 硒i t st e s t i n g i n w c d m an e t w o r k 1 1 1 i sp a p e ff i r s t l yg i v e sas i m p l ei n t f o d u c t i o no ft h eb a c k g m u n d i t i m r o d u c 嚣t h ed e v e l o p m e mo ft h es o f t s w i t c ha n d3 gn o wa n da l s ot h e i n l p o r t a n c eo f t h ep a p e r i nt h es e c o n dp a no ft h i sp a p s o 建s 研t c ht e c h n o l o g yi si n t r o d u c e d ， i n c l u d i n gi t sg c n e r a t i o n ，埘n c i p l e 卸di t sa d v 柚t a g e s a r e rt h i s ，t h i s p 印e ri n t r o d u c e sm e 印p l i c a t i o no f s o r s w i t c hi nw c d m a i nt h i ss e c t i o n ， r 4n e t w o r ki sm ef o c u s ，i n c l u d i n gm en e 咐o r ka r c h i t e c t u r c ，如n c t i o n so f t h en e t w o r ke l 锄e n ta n dt h ei n t e m c e sb e t w e e nm ee l e m e n t s i nm et h i r dp a r to ft h ep a p e r ar e a le q u i p m e n to fs o r s w i t c hi s a 伍3 r d e d t h em n c t i o n ，r o l e si nt h en e 附o r ka n dr e l a t e ds i g n a l i n go fm e m s c s 柚dt h em g wa r cd e s 嘶b e di nd e t a i l 1 nt 1 1 cf o u r t hp a r to ft h ep 印e r ，t h et e s t i n go ft h ew c d m ar 4 s o f t s w i t c hn e 时o r ki si n t r o d u c e d t h i sp a r tt c l l sw h a tt h ep r o j e c ta i m st o a i l dw h a tt h es i m u l a t o rd c t 2 0 0 0i s t h e n ， ad e t a i l e dt e s t i n g c o n f i g u m t i o ni sp r e s e m e di n c l u d i n g n e t w o r k c o n 丘g u r a t i o n ， t e s t b e d c o n f i g u r a t i o n ，i n t e r f a c ec o n 行g u r a t i o na n dt e s tc a s e s 1 1 1t h ef o l l o w i n g ，a b a s i cc a l lp r o c e d u ea c c o r d i n gt o l e3 g p ps p e c i f i c a t i o ni sd e s 嘶b e d a t t h ee n do f t h i sp a n ，at e s tr e s u l ti sg i v e n f i n a l l y ，s o m ep m b l 锄sa n ds u g g e s t i o n sa r cp r o p o s e d k e yw o r d s ：s o f 【s w i t c hw c d m a r 4c o r en e t w o r km s c sm g w 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果尽我所 知除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外。论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名：鎏! ! 塑 本人承担一切相关责任。 日期：型2 ：至= ! ! 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和磁盘允许学位论文被套阕和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以允许采用影印，缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 1 1 背景 第一章绪论 随着社会的发展，人们在日常生活中对语音、数据、图像等多媒体信息的需 求日趋强烈，从而对于带宽和服务质量的要求也在迅速增长。传统的p s t n ，虽 然能够提供优良的服务品质，但对新业务的支持却显得力不从心。而分组网络在 得到迅速发展的同时，却在如何保证服务质量方面遇到非常复杂的问题。虽然语 音业务在全部通信量中已不再占主要份额，但却是业务收入的主要来源。因此无 论在技术上和业务上，语音网络和数据网络都出现了逐步融合的趋势。而以软交 换( s o f i s w i t c h ) 设备为核心，能够提供语音、视频、数据等多媒体综合业务， 采用开放、标准体系结构，能够提供丰富业务的下一代网络( n g n ) 也就应运 而生。 软交换概念出现于上世纪末，由于网络泡沫等因素的影响，一直未形成有规 模的市场，直到2 0 0 3 年市场才开始被看好。这一方面是因为世界电信业开始复 苏，走向下一代网的步子又开始迈动；另一方面是因为软交换带给新老运营商的 好处日益明显，用软交换取代传统程控交换机逐渐形成共识。 近年来，以软交换为核心的下一代网络成为电信产业的聚焦点。目前，开发 下一代可持续发展的网络来支持语音业务和变的日益重要的数据以及多媒体业 务，已经成为众多电信运营商的战略目标。从发展的角度来看，n g n 是从传统 的以电路交换为主的p s t n 逐渐迈向以分组交换为主的网络，它承载了原有 p s t n 的所有业务，把大量的数据传输卸载到m 删网络中，以减轻p s t n 的 重荷，形成开放的、融合的、统一的网络平台。因此，n g n 是基于t d m 的p s t n 的语音网络和基于i p a t m 的分组网络融合的产物，它使得在新一代网络上语音、 视频、数据等综合业务成为了可能。这样不仅能降低网络成本，而且能派生出许 多新型的、集成的业务，为运营商创造了新的利润增长点，使网络向着信息传送 更加高效、业务生成更加灵活的方向发展。 而3 g 作为下代网络的重要组成部分，在移动核心网中引入软交换技术也 成为必然选择。顺应固定和移动融合以及整个电信网全口化演进的趋势，在向 3 g 过渡时在移动核心网中引入基于软交换的体系结构也将给全世界的移动运营 商带来许多好处。 随着软交换体系的完善和相关设备的成熟，以及3 g 商用网络建设的日益临 近， 国内各大运营商为应对业务需求多样化的挑战，纷纷采用软交换架构来建 设自己的3 g 和2 g 移动核心网，以期带来丰厚的回报和最大的投资保护。2 0 0 0 年前后，3 g p p 制订w c d m a ( w i d e b 锄dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c c s s ，宽带码 分多址) i h 阶段规范时，首次把n g n 提出的软交换概念引入到移动核心网，更 是推动了软交换技术在移动核心网中的大力发展。移动核心网的软交换时代已经 到来，以软交换为特征的全口网络是3 g 核心网的发展趋势。 2 0 0 5 年1 2 月开始，西门子移动通信网络公司启动了w c d m a r 4 软交换设 备测试项目。该测试项目主要是针对中国市场，旨在参与由中国移动组织各设备 提供商参加的3 g r 4 核心网设备性能测试项目。该项目在实验室组网的情况下， 主要测试由西门子自主研发的m s c - s 和m 刚v 等软交换设备组成的3 g r 4 核心 网的各接口功能、协议以及设备的稳定性等。2 0 0 5 年5 月，西门子已获得沃达 丰的3 g 订单，将为移动运营商沃达丰匈牙利公司提供设备以构建w c d m a 网 络。 1 2 课题的意义 n c 烈是当前电信领域的热点之一，无论是设备制造商，还是电信运营商， 都十分重视n g n 的应用及实践。软交换技术作为是n g n 的核心技术更是备受 关注。3 g p p 是第三代移动通信的标准化组织，其r 4 版本规范将软交换的概念 引入到u m t s 的核心网中。目前，国内r 4 版本的3 g 核心网络的应用焦点集中 在移动软交换设备上，软交换设备作为下一代网络的核心设备，备受瞩目。 随着3 g 在国内商用步伐的加快，有关3 g 的测试成为了当务之急。2 0 0 5 年 8 月，中国移动组织国内外各大设备提供商开始了3 gr 4 软交换网设备性能测试 项目。测试围绕软交换核心设备组件试验网，以验证i h 网络电路域的基本呼叫 功能及其性能。新的r 4 软交换网络是否具备各类呼叫地功能，是否能够实现承 载与控制的技术思想，是否能有效地与2 g 融合，是否能有效地提供对新的数据 业务的支持，以数据为中心的应用是否能在3 g 网络上顺畅运行并达到最终用户 的预期，所有的这些将成为各设备提供商能否在市场上取得成功的关键。因此， 对3 g 的测试日益凸显其重要性。 1 3 研究生期间的工作 4 1 3 1 本人工作 1 认真学习和研究了3 g p p 的相关规范并阅读了大量软交换方面的相关文 献，尤其是关注于r 4 结构的核心网电路域，对u m t sr 4 的网络结构、网元功 能、网元之间的各接口功能、协议栈、各呼叫流程进行了深入细致的研究和学习。 深入地研究了软交换技术在r 4 核心网中的应用，不仅在理论上对l h 中的核心 网设备有了更进一步的理解，更在实践中对软交换设备加强了认识和掌握。 2 参与了西门子关于r 4 软交换设备的测试项目，在整个项目中负责m g w 这一设备的维护操作、管理和设备的升级。通过配置m g w 数据库实现m g w 支 持的具体功能。对基于a r c a 结构的m g w 设备有了深入的掌握。 3 深入探讨了测试过程及各关键活动之间的关系。参与了测试项目的整个 过程，掌握了如何制定测试计划，如何设计测试用例、如何执行测试及如何判断 测试结束。在项目过程中，参与了实验室试验网的规划和组网，掌握了如何搭建 测试环境，如何合理布局，熟练掌握了有关组网测试所用的监控器及仿真仪表。 1 3 2 论文结构 本论文共分为6 章： 第一章，绪论，介绍课题的背景包括软交换技术的产生、为何在w c d m a 中引入软交换以及课题的意义。 第二章，介绍软交换技术。着重介绍了移动软交换技术的产生、概念特点等， 并在此基础上介绍了移动软交换与固定软交换网络的异同，最后介绍了移动软交 换技术的优势。 第三章，介绍软交换技术在w c d m a 中的应用。着重介绍了w c d m ar 4 的软交换网络结构，相对于r 9 9 的优势、r 4 网络的体系结构、网元功能和各网 元之间的接口功能等。 第四章，介绍了移动软交换设备的具体实现。主要分两部分介绍了西门子软 交换设备的实现，包括m s c s 和媒体网关m g w 。 第五章，介绍r 4 软交换网络的测试，主要以功能测试为主在实验室组网的 基础上对西门子的软交换设备进行了基本的呼叫类型的功能测试。 第六章，对课题进行了总结，并对未来的发展进行了展望。 第二章移动软交换技术 软交换技术作为业务控制与传送接入分离思想的体现，是n g n 体系结构中 的关键技术。根据软交换在网络中所处的位置和服务的终端将其分为两类，即固 定软交换和移动软交换。固定软交换是指软交换设备作为现有固定电话网的下一 代核心交换设备服务于固定电话用户；移动软交换是指软交换设备作为移动端局 m s c 服务于移动用户，可直接对h u t 等进行访问。因此，移动软交换不仅具备 固定软交换的功能，同时还具有移动性管理等功能。本章着重介绍移动软交换技 术，包括它的产生、引入的原因、特点等，在此基础上对移动软交换和固定软交 换技术进行了比较。 2 1 移动软交换技术的产生 移动软交换的概念来自于3 g p pr 4 的规范。这个概念不仅可以用于3 g 网络， 而且也适用于2 g 网络，符合目前电信网络向n g n 的发展方向。移动软交换主要 针对核心网络的交换部分，不涉及到接入网络的改造，其核心概念是实现了控制 面与用户面的分离。所有的控制功能集中在m s s ( m s c 服务器) 中，所有的交 换功能在m g w 中完成。m s s 通过标准的h 2 4 8 接口控制m g w 完成话务的交换， 同时m s s 通过传统的m a p 信令与h u t 交互，通过传统的b s s a p 或r a n a p 信令完 成对接入网络的控制。而在m s s 之间可以通过i s u p 协议或者b i c c 协议( 当使用 口承载时) 完成呼叫的建立。 现在，3 g p p 、3 g p p 2 两大3 g 标准化组织分别提出了全口的移动核心网的参 考结构。3 g 网络作为未来n g n 的一部分，也采用了n g n 中软交换的思想。3 g 核 心网的未来发展方向是采用基于软交换技术的全1 p 承载结构，实现传输网络、网 络控制、业务提供三者的分离，提供一个分层的、开放的、可靠的、扩展性良好 的网络体系，使3 g 网络能更好地与因特网实现融合，方便地利用因特网现有的 丰富资源，为3 g 网络用户提供实时话音与视频、w c b 浏览、电子商务等各种多 媒体业务和多样化的增值业务，从而实现3 g 网络与因特网的真正融合。 2 2 为什么要引入移动软交换技术 6 面临日益加剧的市场竞争，移动运营商最需要的是更高的网络容量和新型服 务，一方面降低成本，另一方面维持收益增长。慎重而又不失时机地逐步采用新 技术将保证当前和将来的竞争力。移动软交换将真正成为移动运营商业务开发、 发展的基石和创造利润和价值的乐园。业务增长、成本效益和发展演进是软交换 技术的主要驱动因素。 1 业务增长 用户对新业务和应用的期盼和需求是n g n 发展的原动力之一。虽然移动通 信在现阶段为用户提供了许多新的增值业务，但用户不断增长的业务需求已使得 现存的移动网在“爆炸式”的业务需求，尤其是越来越细分的个性化、多样性需 求面前只能捉襟见肘。用户的日益紧迫需求是网络革新的利剑，要么就在变革的 利剑中越发鼎盛，要么跟不上变革的步伐被革新的利剑所击倒。移动通信是一个 已经在全球范围内发展成熟的行业。用户、流量和利润的增加并不是自动的。从 网络发展角度看，具有低覆盖成本和高效性能的解决方案可以增加业务规模和利 润。从业务发展角度看，语音和短信息服务的单位价格在很多市场里正在飞快地 下降，开展新型服务对增加利润至关重要。多种类型的通信方式，例如可视电话， 共享式多媒体通信内容，将建立在现有的通信行为上，并有效地产生增值效应， 控制业务资费水平。口多媒体系统( 订s ) 引进了新型的v o 口和多媒体通信服务， 支持融合的业务，为跨越固定和移动、家庭和办公提供了集成的服务体系架构， 实现在现有语音、短信等服务和新型的基于口的多媒体通信间有效地协作，对保 持移动运营商在价值链中的领先地位有着至关重要的作用，并且会促进移动用户 通过使用新业务逐渐向全口通信转变。移动软交换将口网络“无法无天”的弱控 制转变成为控制有序、随心所欲进行通信的整洁有序的通信环境，随着设备的性 能越来越高，口的传输带宽也越来越宽，人们设想的“e v 州1 i n go v 盯口”时 代将在软交换支撑的平台下承载实现“语音+ 视频+ 数据”的业务融合。移动软 交换支持业务网络平台的统一，让人们从移动技术的进步所带来的兴奋中尽情地 去开发、玩味和体验各种便捷、无处不在和如影随形的移动新业务，在移动网上 可控的提供有质量保障的端到端服务。移动软交换将移动网络从过去支撑单一或 简单窄带移动业务的平面模式发展到承载多业务融合，将移动网络向多媒体网络 的高级阶段迈进，是一个从量变到质变的飞跃。自此，移动网络必然从宽带化、 个人化的复杂通信技术走向业务的融合，从业务的融合走向应用到用户的简单、 应用到开发的便捷、灵活和快速面向市场的新境界。 另外，设备厂商推动力也起到举足轻重的作用，由于目前传统通信产品的技 术已经被许多厂家所掌握，受市场竞争的影响，虽然通信产品制造商在销售传统 通信网络的产品方面所得到的产值最高，但利润率相对却较低。为在新一轮竞争 7 中占据有利位置，设备厂商必须不断在开发新产品方面投入较大的财力和人力。 但受技术变化周期缩短的影响，造成新产品投入大，销售周期缩短，总体利率下 降。若设备厂商统一在一个较为明确的目标上对n g n 投入，则这些设备制造商 会在n g n 网络建设中收回其所投入的成本并获利，而移动软交换是通信领域最 活跃的领域之一，谁拥有了移动软交换的主动权，谁就能在移动通信领域发挥更 大的主导性和主动性，从而在未来通信的主战场移动通信中拥有更大的话语 权。 2 成本效益 想要明显地提高成本效益，就需要瞄准导致成本居高不下的因素。移动通信 基础设施中最主要的可控成本与网络运营成本有关，它常常占据总利润的2 0 。 成本的大部分来自处理大量网络流量的电路交换设施。通过优化的控制和交换分 离设置，网络规划将更加有效，提高网络的可扩展性，并简化运行和维护。对新 技术灵活的支持方式将促进网络革命和硬件现代化，并辅助s 提供一个向未来 。全口”网络平稳和节约成本的过渡通过实际案例分析和计算，采用移动软交 换技术可以使核心网络运营成本降低5 0 。 3 发展演进 在复杂的移动网络中安全地引进软交换技术，需要一个开放的基于标准的解 决方案，实现并满足网络强壮性和可扩展性的需求：即现代软交换技术使用已验 证的电信平台。在保证全部网络规划灵活性和节约运行成本的同时，将保留发展 成熟的特性、功能和平台特色，从而可以迎合特别的操作需求和服务需要移动 软交换提供分层的网络架构，使不同的功能层的发展更加灵活，并可实现无缝的 多网络访问；除此之外，移动软交换作为国际标准，确保了新技术的前后向兼容 性。随着时间的发展，软交换将逐渐发展成为通用的、高可用性的网络架构，使 用已验证的处理器和开放代码操作系统，还将集成对v 0 口和传统语音服务的支 持，并为移动网络向全口演进做好了准备 2 3 移动软交换技术的特点 移动软交换的核心概念是实现了核心网控制面与用户面的分离。所有的控制 功能集中在m s cs e r v c r 中，所有的交换功能在媒体网关( m g w ) 中完成。m s c s e r v c r 通过标准的h 2 4 8 接口完成对话务等交换过程的控制。同时m s cs e r v c r 通过传统的m a p 信令与h u t 交互，通过传统的b s s a _ p 信令或r a n a p 信令完 成对接入网络的控制。而在m s cs e r v e r 之间可以通过i s u p 协议或者b i c c 协议 ( 当使用口承载时) 完成呼叫的建立。移动软交换技术有以下显著的特点： 软交换技术符合未来电信网络面向全口发展的趋势，同时兼顾原有的 t d m 承载需要。建立在多承载基础上的t r f o 技术通过减少编解码过程，同时 艉决了提高话音质量与节约核心网带宽的需求。由于软交换技术在3 g p pr 4 中 定义，因此很多新的电路交换功能也在移动软交换设备中引入，从而为运营商提 供更丰富的电路交换业务提供了可能。 由于控制面与用户面的分离，因此处于控制面的m s cs e r v e r 容量相对原 有交换机大大提高，而且可以集中放黄在省会与地区中心的机房，而负责交换的 m g w 则放置在各个本地网中，从而实现了清晰的网络结构。主要的控制与管理 工作将可以集中完成，新业务的引入也可以集中在m s cs e n ，盯中进行。m s c s e r v 盯与m g w 之间可以通过连接。 当引入m 承载话音时，可以将话音承载平面化。由于口网络本身具备 路由与交换的特性，因此原有的汇接局将不再需要，而且整个网络的结构将趋于 简单。 2 4 移动软交换网络与固定软交换网络的异同 2 4 1 移动软交换网络与固定软交换网络的相同点 从i h 阶段开始，软交换技术与3 g 技术开始走到一起，软交换网络承载与 控制分离的机制、统一的删a r m 分组业务承载都被引入到3 g 核心网中。 固定软交换网络与移动软交换网络的相同点包括： 1 均采用了相似的承载与控制分离的分层体系架构，媒体网关之间、软交 换设备之间以及软交换设备与媒体网关之间的媒体与控制流的承载均由传统的 电路专线交换演化为基于分组转发的宽带分组交换网络( 口，a t m ) 。软交换设备 与媒体网关之间不再是语音媒体流而是基于h 2 4 8 的控制消息。 2 对于基础网络设施，包括路由器、交换机以及底层的s d h d w d m 传输 设备及传输链路，需求相同，均统一采用基于分组统计复用及包信元转发的宽 带口棚m 承载。 3 对于p 核心骨干网，包括基于m 传输网络尤其是口路由器、2 层交换 设备所必须具备的q o s 能力有着相似的需求，其综合q o s 解决方案的经验也可 以相互借鉴，在共用i p 核心骨干网的情况下，q o s 工程可以统一规范。 4 就承载网组网制式而言，固定软交换网络与移动软交换网络基本上相同。 9 2 4 2 移动软交换网络与固定软交换网络的不同点 移动软交换网络与固定软交换网络的主要区别在于： 1 接入方式不同 移动软交换网络的接入部分由w c d m a 基站n o d e b 及基站控制器r n c 构 成，采用无线接入方式。 固定软交换网络的接入部分由从端局交换机分离出来的固定电话远近端接 入部分的接入网关a g ，队d 等组成，采用有线接入方式。 2 软交换设备的差异 移动软交换网络的m s cs e r v 盯继承了3 g 端局m s c 及关口局m s c 所有的 业务控制层的业务处理及信令接口功能，与i r r r a n 移动接入网及其他 p s t n p l m n 网络进行控制面流程交互实现3 g 用户的接入及与其他运营商或传 统网络的互通，并在业务流程中根据需要调用经过移动扩展的 l 2 4 8 协议控制移 动接入或中继网关完成媒体流的汇聚、映射及交换。 固定软交换网络的软交换设备则继承传统固定端局及长途局交换机的所有 业务处理及信令接口功能，并通过m g c p h 2 4 8 协议控制固定接入网关或中继网 关完成媒体流的汇聚、映射及交换，实现与p s t n 用户及其他运营商或传统网络 的互通。 3 用户数据管理方式不同 移动用户的数据存储在h l r 中，固定软交换网络的用户数据存储在软交换 设备中。 4 协议不同 移动软交换网络采用r a n a p ，b s s a p 协议接入移动用户，软交换设备之间 的主流协议使用b i c c 。固定软交换网络采用h 2 4 8 m g c p i u j w 5 u s 口接入 固定用户，软交换设备之间的主流协议使用s 口- i 。 移动软交换网络和固定软交换网络采用的媒体控制协议也存在较大差别，移 动媒体控制协议在固网h 2 4 8 协议基础上作了大量扩展，包括r i t u - t 的c b c 资 源控制模型o 1 9 5 0 扩展，以及3 g p p 的t s 2 9 2 3 2u m t s 域特有扩展。 5 编码方式不同 移动软交换网络主要采用以a m r 为主的编码方式，固定软交换网络承载语 音主要采用g 7 1 1 、g 7 2 9 等编码方式。 2 5 在3 g 中引入移动软交换的好处 1 0 移动软交换有着广阔的市场前景和显而易见的技术优势。首先，软交换架构 可以显著的降低运营商的运营成本。传统电路交换网利用集中的m s c 在r a n 和p s t n 之间完成话音交换，由于多数呼叫是本地的，这就造成电路加倍，从本 地黜n ( 无线接入网) 到m s c ，又从m s c 到本地p s t n 。基于软交换的体系结 构由集中的m s c 服务器软交换机与分布的媒体网关组成，呼叫控制与话音处 理交换是分开的，媒体网关可以布设在提供最大价值的地方，复杂的呼叫控制 被集中在一起。通过部署分布式交换，运营商可以明显降低回程费用。同时，话 音业务和g p r s 数据可以共用核心网。其次，开放智能业务并不需对所有m s c 升级。当前许多业务，例如预付费业务等是利用i n 协议的专有扩充来提供的， 但是想把这些业务延伸至漫游者，就需要实施基于标准的c m e l & w i n 业务。 c 朋“e l 和w 矾两者都使用集中的智能网节点业务控制点( s c p ) 。当部署 新业务时，运营商必须对所有的m s c 进行升级，经过升级的m s c 要把呼叫控 制移交给s c p ，由s c p 执行业务逻辑，这样就导致了业务提供成本高、m s c 实 时处理代价高、软件成本高、业务投放市场时间长等问题。 总体而言，软交换给移动运营商带来如下好处： 降低投资和维护成本； 分布式交换，运营商可以明显降低费用； 开放智能业务不用对所有m s c 升级； 统一的a p i 接口，高效灵活、具有良好的开放性； 有利于固定与移动核心网的融合。 第三章w c d m 中移动软交换技术的应用 随着软交换体系的完善和相关设备的成熟，以及3 g 商用网络建设的日益临 近，国内各大运营商为应对业务需求多样化的挑战，纷纷采用软交换架构来建设 自己的3 g 和2 g 移动核心网，以期带来丰厚的回报和最大的投资保护。2 0 0 0 年 前后，3 g p p 制订w c d m a ( w i d e b a n d c o d e d i “s i o n m u l t i p l e a c c e 船，宽带码分 多址) r 4 阶段规范时，首次把n g n 提出的软交换概念引入到移动核心网，更是 推动了软交换技术在移动核心网中的大力发展。 w c d m a 是目前全球三种主要的第三代移动通信体制之一，是未来移动通 信的发展趋势。w c d m a 系统是【t - 2 0 0 0 家族的一员，它由c n ( 核心网) 、 u t r a n ( u m t s 陆地无线接入网) 和u e ( 用户装置) 组成。i r r r a n 和u e 采 用w c d m a 无线接入技术其网络结构的基本特点是核心网从g s m 的核心网 逐步演进和过渡；而无线接入网则是革命性的变化，完全不同于g s m 的无线接 入网；而业务是完全兼容g s m 的业务，体现了业务的连续性。 本章简单介绍了w c d m a 的发展，着重介绍r 4 网络结构，包括i h 网络的 特点及其系统结构，介绍r 4 软交换网络各网元功能及各网元之间的接口功能。 3 1w c d m a 软交换网络体系结构 面对全球移动用户增长的巨大潜力，3 g 网络将致力于向用户提供更高的带 宽、更多的业务。于是，3 g p p 制订u m t sr 4 阶段规范时，首次把的软交换概 念引入到移动核心网。 u m ，r sr 9 9 ( r e i e 勰c9 9 ，1 9 9 9 年版本) 规定w c d m 厂r d s c d m a 系统的 核心网将基于a 1 m ，核心网络分为电路域和分组域两个部分，并为从r a n 到 c n 的语音承载定义了i u c s 接口。但是，r 9 9 不能称之为软交换网络。 u m t sr 4 阶段，w c d m a ，r d s c d m a 系统的核心网仍然分为电路域和分 组域两个部分，其中电路域移动交换中心( m s c ) 基于软交换技术的思想体系， 将m s c 的功能由m s cs e r v c r ( 移动交换服务器) 和m g w ( 媒体网关) 两个功 能实体来实现，m s cs e e f 完成呼叫控制和移动性管理功能，而m g w 完成媒 体流的处理功能。 u m t sr 5 定义了a 1 m 核心网过渡为全口核心网，提供语音、数据和多媒 体业务，实现了全口化的多媒体子系统。 3 1 1r 9 9 阶段的组网 为了确保运营商的投资利益，考虑到2 g 与3 g 的兼容性问题，引入了r 9 9 网络，以支持g s m g p r s 3 g 的平滑过渡。 在r 9 9 网络中，c s 域和p s 域是并列的。其核心网设备包括m s c u t 、r w f 、 s g s n 、g g s n 、h l 鼬u c 、e 瓜等。为支持3 g 业务，有些设备增添了相应的接 口协议，另外对原有的接口协议进行了改进。r 9 9 阶段不能够称之为n g n 。如 图3 1 所示，为r 9 9 网络结构图。 图3 一lr 9 9 核m 网络结构图 r 9 9 阶段的m s c 采用自适应多速率( a m r ，a d a p t i v em u l t i r a t e ) 编码算 法( 包含8 中不同的编码速率可以优化无线网络性能) ，a m r 语音包在核心网以 a 聊a a l 2 传输到m s c ，再转换为t d m 发送到p s t n 。 3 1 2r 4 核心网 3 g p p 在r 4 的核心网中引入了软交换技术，将m s c 在功能上分离为m s c s 和m g w ，实现了承载和控制分离，充分发挥了基于软交换技术的核心网络的优 势。在r 4 结构中，核心网络主要组成部分包括互通网关( 媒体网关、信令网关 等) 、分组语音呼叫控制和信令服务器( m s cs e r v e r 和g m s cs e 盯) 以及新的 多媒体应用业务服务器( 通过开放的业务接入) 。如图3 - 2 所示为r 4 结构图。 图3 2r 4 核心网络结构图 1 4 3 1 3r 4 核心网相对于r 9 9 的优势 r 9 9 是在g s m g p r s 网络的基础上，接入网部分进了革命性变革，由t d m a 制式发展为c d m a 制式，从而大大提高了频谱利用率和数据业务的带宽，也引 入了能够支持小区呼吸的a m r 语音编解码技术。r 4 在r 9 9 的基础上对于电路 域进行了彻底改造，引入软交换技术，将控制与承载相分离，信令和话路都引入 了分组技术。如图3 3 所示为r 4 与r 9 9 在核心网的区别。 图3 3r 4 与r 9 9 在核心网电路域的区刺 分离构架的引入，使得网络结构清晰合理，路由方式简单灵活，业务提供与 升级更加快捷，有效地降低了建设成本和运维成本。同时，分组技术的引入使网 络可以采用不同编解码和静音检测技术，节省传输，也可采用t r f o 技术来减少 语音编解码次数从而提高语音质量。软交换适应未来的网络架构，也更容易与其 它网络进行有机融合，可为将来的基于分组网络的固定语音、宽带多媒体和新的 的增值业务提供坚实的网络基础。 所以，综合r 4 与r 9 9 的比较，r 4 核心网所具有的优势如下： 灵活的组网方式：t d d ，a t m 佃组网； 承载网络融合：t d m a n d ，m 组网电路域与分组域采用相同的分组传输 网络，可与城域网进行融合； 可扩展性：控制面m s cs e r v e r 、承载面c s m g w 可分别扩展； 可管理性：控制面m s cs e r v e f 集中设置在中心城市，承载面c s m g w 分散设置在边缘城市，更利于新业务迅速开展和普及； 向n g n 的演进：i h 控制与承载相分离，具备n g n 网络的基本形态。 3 1 4r 5 阶段的核心网络 r 5 核心网将过渡到全i p 网，充分利用基于分组的网络架构、网络单元与 协议，提供新的m 多媒体业务。r 5 的网络结构与r 4 的基本相同，差别主要是 当p l m n 包括i m s 系统时，h l r 被h s s 替代。另外，r 5 规范将m s cs e r v 盯 在功能上分离为m o c f ( 媒体网关控制功能) 和c s c f ( 呼叫状态控制功能) ， 分别处理语音呼叫控制和多媒体呼叫控制。如图3 - 4 所示，为r 5 的i m s 基本网 络结构。 强式 。m m 叵m h c s c 卟岫 甲 g i 十g i g i g i 图3 4r 5 核心网结构 r 5 充分利用基于分组的网络架构、网络单元与协议，引入了基于全m 分 组的口多媒体子系统( “s ) 。从图中可以看到，( g ) m s c 被拆分为移动媒体 网关m g w 和m s cs e r v 盯。移动媒体网关处理媒体流，而( g ) m s c s e 盯则具 有m g c ( 媒体网关控制器) 的功能，这是为了分离呼叫与承载( g ) m s cs e r v 盯 通过m c 接口实现对m g w 的控制。 3 23 gr 4 阶段移动软交换系统架构 在核心网方面，r 4 网络相对于r 9 9 最大的变化是在电路域，它引入软交换 的概念，将控制和承载分离，如图3 5 所示为3 g p pr 4 移动软交换系统逻辑框图， 它很好地体现了控制和承载分离的思想。在r 4 中，m s c 分为m s cs e r v c r 和媒 体网关( m g w ) ，话音通过m g w 由分组域来传送。 由于电路域的这种变化，相应地在七号信令的承载方面也提出了新的方案， 1 6 即基于a t m 和口的方案。所以在i h 网络中，不仅话音和数据可以通过统一的 分组网络( a t m 或i p 网络) 来传送，基于7 号信令的移动应用协议m a p 和c a p 也可以通过分组网络来传送，为核心网向全i p 的演进迈出重要的一步。 在移动软交换电路域的核心网中，以承载独立的方式支持不同的传输层，如 a t m 和口。 电路域核心网由m s cs e r v e r 、g m s cs e r v e r 和m g 组成。g m s cs e r v c r 和 m s cs e r v c r 提供呼叫控制和移动性管理功能：m g w 提供媒体控制功能，并提供 传输资源，具有媒体流操纵功能。 g m s cs e r v 盯和m s cs e r v e r 通过m c 口控制m g w 。g m s cs e r v 盯和m s c s e r v 盯之间通过n c 口连接，在g m s cs e r v 盯和m s cs e r v c r 之间可有多个呼叫 传输节点。m g w 之间通过n b 接口连接。 图3 53 gr 4 阶段移动软交换系统架构 3 2 1m s cs e r v e r 作为s cs e r v e r 这是m s cs e r v e r + 移动媒体网关的应用模式，软交换设备相当于被访问的 m s c ( s i t c dm s c ) ，即作为端局；完全具有订s c 的所有特性( 内置v u t ) 。 、m s c 位于无线子系统和核心网之间，负责把u t r a n 和g s m 系统中的无 线子系统接入核心网。m s cs e r v 盯具有u m t s g s m 中m s c 的呼叫控制功能和 移动性管理功能，一般与存放移动用户业务数据和c a m e l 相关数据的v l r 实 体合并。 m s cs e r v e r 将处理用户与网络之间的信令，并把它翻译成n c 接口的信令。 m s cs e r v e r 同时还将处理m c 接口上的信令。m s cs e r v e r 控制m g w 上和媒体 连接有关的呼叫状态部分，并且要完成网络侧的呼叫控制协议，如b i c c s i p 协 议中的呼叫控制功能。 同时，s cs e n 惯可完成g m s cs e r v e r 的路由功能。 v m s c 模式的核心网软交换演进方案，真正做到了2 g 3 g 的平滑演进，保 护用户投资，简化网络结构，提供新的业务。 3 2 2 _ s cs e r v e r 作为g m s cs e r v e r 软交换设备相当于g m s c ( g a t e w a y m s c ，关口m s c ) ，具有移动性概念， 和h l r 通过m a p 接口定位移动用户，支持新的移动性业务，完成到被叫用户 的寻址功能。g m s cs e r v 盯具有u m r s g s m 中g m s c 的呼叫控制功能和移动性 管理功能。 g m s cs e 盯将处理用户与网络之间的信令，并把它翻译成n c 接口的信令。 g m s cs e r v 盯同时还将处理m c 接口上的信令。g m s cs e r v c r 控制m g w 上和媒 体连接有关的呼叫状态部分，并且要完成网络侧的呼叫控制协议，如b i c c s 口 协议中的呼叫控制功能。 3 2 3 雌cs e r v e r 作为t _ s cs e r v e r m s cs e r v 盯作为1 1 “s cs e r v 盯( 汇接m s c ) ，与固网及2 g 移动网的长途汇 接局的功能相同。 1 1 m s c 作为w c d m a ，r d s c d m g s m 电路交换本地网间长途汇接局。 如图3 6 所示。 - 电路交换本地网 ： 软交换网络； 电路交换本地网 囤3 6t m s cs e r v e r 示意图1 2 作为w c d m 栅一s c d m a 分组交换核心网间汇接局( 不控制媒体网关) 。 如图3 7 所示。 分组交换本地同 ；软交换网络i分组交换本地网 图3 7n i s cs e r v e r 示意图2 3 3r 4 核心网网元介绍 r 4 核心网的基本组成单元( 功能实体) 包括：m s cs e r v 盯、g m s cs e m 、 m g w 、信令网关等。 1 r 4 信令网 m s cs e r v e r 和m g w 之间的h 2 4 8 信令使用口或者a 1 m 传输，其他信令 ( 如b i c c 、m a p 、c a p ) 都可以使用两种方式； 传统s s 7 方式，可重用s s