（通信与信息系统专业论文）核心网关键性能指标分析与优化.pdf

摘要 移动软交换技术是核心网的一项关键技术，它采用控制和承载分离的体系提 供分层的网络架构，使不同功能层的发展更加灵活。然而，现今基于移动软交换 的2 g 3 g 网络存在一些服务质量问题，造成整个通信网络的各种资源不能得到合 理的利用，通话质量下降，服务水平偏低，网络运行效率低。因此需要分析移动 通信网络的各项参数和指标，并通过优化这些参数和指标来提高网络效率，提升 服务质量，获得网络资源的最佳使用效益。 本文首先阐述了论文的研究背景和移动软交换的概念、软交换的组网模式。 接着，阐述了r 9 9 、r 4 、r 5 三种w c d m a 软交换网络体系结构，并介绍了r 4 结构中控制和承载相分离的各接口和相关协议。其次，研究了基于软交换架构的 核心网网络优化体系及流程，并介绍资源容量指标和关键性能指标分析的主要参 数。然后，深入研究了关键性能指标中的寻呼成功率和位置更新成功率，它们是 移动通信中能体现网络接入和保持质量的指标。 本文重点研究的寻呼成功率和位置更新成功率，是针对移动软交换核心网控 制和承载分离的网络设备，以用户数、话务量大但指标偏低的实际局点信息为基 础，分析某一覆盖范围内的数据，从话务统计信息和利用第三方信令分析仪两方 面进行分析，细化到小区，找出失败原因，分析各种失败原因对指标的影响，修 改参数进行优化，提升指标，最后验证优化结果。同时，对于核心网侧无法提升 的约束条件也给出了分析和请无线侧配合的建议。 关键词：移动软交换寻呼成功率位置更新成功率 a b s t r a c t t h em o b i l es o f t s w i t c h i n gt e c h n o l o g yi so n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e si n c o r e n e t w o r k s i ta d o p t st h ea r c h i t e c t u r ew i t ht w oi n d e p e n d e n tc o n t r o la n db e a r e rt op r o v i d e l a y e r e dn e t w o r kp e r f o r m i n gd i f f e r e n tf u n c t i o n s h o w e v e r , t h e r ea r em a n yn e t w o r k q u a l i t yp r o b l e m si n2 g 3 gn e t w o r kb a s e do nm o b i l es o f t s w i t c h i n g ，w h i c hl e a dt o p o o rq o sa n do p e r a t i o ne f f i c i e n c y s o i ti sn e c e s s a r yt oa n a l y z ev a r i o u sn e t w o r k p a r a m e t e r sa n di n d i c a t o r s ，a n dt h e nt oi m p r o v en e t w o r ko p e r a t i o ne f f i c i e n c ya n dq o s t om a k eg o o du s eo fa v a i l a b l en e t w o r kr e s o u r c e a tt l l eb e g i n n i n go ft h i st h e s i s ，t h er e s e a r c hb a c k g r o u n d ，t h en o t i o na n dt h e n e t w o r km o d e lo fm o b i l es o f t s w i t c h i n gt e c h n o l o g ya r ei n t r o d u c e d t h ea p p l i c a t i o no f s o f t s w i t c h i n gi nw c d m a i sd e s c r i b e d a n dt h e nr 4n e t w o r ki si n t r o d u c e d ，i n c l u d i n g t h ei n t e r f a c e sb e t w e e nn e t w o r ke l e m e n t sa n dr e l a t e dp r o t o c o l s f u r t h e r m o r e ，t h e o p t i m i z e da r c h i t e c t u r ei nt h ec o r en e t w o r ki sd e s c r i b e d ，i n c l u d i n gr e s o u r c ec a p a b i l i t y i n d i c a t o r sa n dk e yp e r f o r m a n c ei n d i c a t o r s w h a t sm o r e ，p a g i n gs u c c e s sr a t ea n d l o c a t i o nu p d a t es u c c e s sr a t ei nk e yp e r f o r m a n c ei n d i c a t o r sa r ep r e s e n t e di nd e t a i l ， w h i c h r e p r e s e n tn e t w o r ka c c e s sa n dh o l d i n g i nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s t h em o s ti m p o r t a n tp a r a m e t e r sa l ep a g i n gs u c c e s sr a t ea n dl o c a t i o nu p d a t e s u c c e s sr a t e a n a l y s i si sb a s e do na c t u a lo f f i c ed a t aw h i c hh a sag r e a tn u m b e ro f s u b s c r i b e r sa n dt r a f f i cl o a db u tl o w e ri n d i c a t o rv a l u e s i d e n t i f yt h ef a i l u r er e a s o n s ， a n a l y z et h ei m p a c tt ok p i ，m o d i f yt h ep a r a m e t e r sa n dm a k eo p t i m i z a t i o nt oi m p r o v e k p i f i n a l l y , s o m eo p t i m i z a t i o nl i m i t si nt h ec o r en e t w o r ka r ea n a l y z e d k e y w o r d s ：m o b i l es o f t - s w i t c h i n g p a g i n gs u c c e s sr a t e l o c a t i o nu p d a t e s u c c e s sr a t e 西安电子科技大学 学位论文创新性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 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；也不包含为获得西安电子科技大学或其它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做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名： 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技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西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布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论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。( 保密的 论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。 本人签名： 导师签名：日期z 翌：至： 乏 第一章绪论 第一章绪论 本章首先简述了论文工作的研究背景，阐述了课题的意义及核心网网络优化 对保障网络安全运行的重大贡献。最后介绍了论文结构和内容安排。 1 1 研究背景 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。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。而以软交换设备为核 心的网络，能够提供语音、视频、数据等多媒体综合业务，采用开放、标准的体 系结构，提供丰富的业务。因此以软交换为核心的下一代网络( n g n ) 成为电信 产业的聚焦点。软交换最初是为固网n g n 演进而引入的，是为分组语音目的而 设计的技术实践手段，它借用了传统电信领域p s t n 网中的“硬”交换机的概念， 所不同的是强调其基于分组网和呼叫控制与媒体传输承载相分离的含义。软交换 机是以呼叫控制与媒体相分离的、基于标准的、开放的系统结构，它与p s t n 的 “硬 交换机还有许多共同的属性。软交换系统通过统一的、基于i p 的传输基 础结构，可以将呼叫控制设备( 软交换机) ，配合其它的i p 技术和数据应用技术 构造一个系统来支持多媒体和其他智能业务。从广义的角度来讲，软交换机系统 是呼叫、媒体和业务控制多种逻辑功能实体的集合。 很多国际组织( 如i t u 、i e t f 等) 对软交换及协议的研究工作起着积极的指 导作用，旨在提供一个标准、开放的系统结构。软交换国际论坛i s c ( i n t e r n a t i o n a l s o f t s w i t c hc o n s o r t i u m ) 是专门从事软交换体系研究的公认的权威性国际组织，倡 导将开放的结构和多厂商互操作性用于下一代的语音、图像和数据解决方案。目 前国际上的主要设备制造商和运营商都参与进来。i t u t 为了满足电路网向分组 网过渡的需要，在i s u p 的基础上制订了用于软交换控制设备之间互通的b i c c 协议，同时完成了软交换控制设备和m g w 之间控制关系的h 2 4 8 协议。i e t f 工 作组在m g c p 协议基础上制订m e g a c o 协议，将s s 7 信令移植到i p 网上，为此 制订了s c t p 和m 3 u a ，制订了用于软交换控制设备和数据终端设备之间的控制 协议s i p ，以及软交换控制设备之间互通的s i pb c p t 协议。3 g p p 组织成立于 1 9 9 8 年1 2 月，3 g p p 在r 4 阶段开始引入软交换，提出了与承载无关的电路交换 核心网，其中最主要的是将原来电路域中的m s c 分离为m s cs e r v e r 和媒体网关， 实现承载和控制分离。 核心网关键性能指标分析与优化 目前，开发下一代可持续发展的网络来支持语音、数据及多媒体业务，已成 为众多电信运营商的战略目标。而3 g 作为下一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。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 dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，宽带码分多址) r 4 阶段规范时，首次 把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【_ 刀。移动核心网的软交换时代已经到来，以软交换为特征的全i p 网络是核心 网的发展趋势。在3 g 的三大标准中，u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s s y s t e m ) ，即通用移动通信系统，它是建立在w c d m a 基础上由欧洲开发的第三 代移动通信系统，且兼容g s m 网络。作为一个完整的3 g 移动通信技术标准， u m t s 并不仅限于定义空中接口，它的主体包括接入网络和分组化的核心网络等 一系列技术规范和接口协议。其中核心网络就应用了移动软交换技术。 随着软交换体系的完善和相关设备的成熟，以及g s m 商用网络的成熟和3 g 网络的建设，国内各大运营商重组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2 g 3 g 移动核心网，以期带来丰厚的回报和最大的投资保护。 与此同时，近年来随着移动网络的迅猛发展，我国g s m 网络处于维护和优化阶 段，3 g 网络刚刚商用，而在全球范围内3 g 网络已商用多年，网络的建设无论是 在规划阶段还是在后续的扩建过程中，均存在着一些网络质量问题，造成整个通 信网络的各种资源得不到合理的应用，资源大大浪费，还使得通话质量下降，服 务水平偏低，网络运行效率低。 网络的服务质量问题越来越受到人们的关注。如何使网络达到最佳的运行状 态，为用户提供高质量的网络服务，已成为网络运营商的首要任务。加强网络优 化工作，搞好运行维护是提高移动通信网络质量的关键。网络优化，是从全网着 手，不停地观察和监测整个网络，找出故障并排除故障，提高网络效率，获得网 络资源的最佳使用效益1 6 j 。 移动核心网关键性能指标是针对移动核心网的网络性能进行分析，通过提取 话务统计指标和分析网络信令两方面对现网性能指标的优劣有一个很直观的了 解，对网优有很强的指导意义。关键性能指标能够反映网络中出现的相应问题， 如网络接通率低、寻呼成功率低等都会影响服务质量和用户满意度。客户希望建 立网络性能评估体系，通过日常监控和维护快速判断网络质量，进而提升网络运 维效率和服务质量，这都需要通过分析关键性能指标来实现。 1 2 课题的意义 移动软交换技术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，都十分重视其应用及实践。3 g p p 是第三代移动通信的标准化组织，其 第一章绪论 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 在国内的商用，移动用户日益增多，移动业务多样化发展，运营商 急需一套日常监控和维护的性能评估体系来帮助评价网络质量，为网络建设、网 络维护、网络改造提供数据参考，相关的2 g 3 g 的网络优化工作成为了当务之急。 由于我国移动网络建设周期短，扩容频繁，因此在工程中难免出现问题，造 成大量隐性网络质量问题，这些问题虽不会对整个网络产生大的破坏，但会造成 局部网络质量的下降，从而降低网络的服务水平。网络优化工作是一件复杂的系 统工程。优化本身是由全网的频率规划、基站安装建设和系统参数设定完成后所 产生的不正确性引出的。网络优化是运行维护工作的一个重要组成部分，是以日 常维护为基础的更高层次的维护工作，它不同于网络规划和工程建设，又与二者 密不可分。定期地在扩容工程后进行网络优化，是提高网络服务质量的最佳途径。 提高网络质量，改善网络覆盖，不但可以树立运营商在用户心目中的良好形 象，更能增强企业竞争力，为企业的持续发展提供强有力的支持。如何充分利用 现有的网络资源，提升网络质量，是一个有着巨大经济利益和关系到企业发展的 重要课题。多家移动通信运营的局面已在我国形成，竞争空前激烈，如何使网络 达到最佳的运行状态，为用户提供高质量的网络服务，已成为网络运营商的首要 任务。 如何合理利用和配置现有的网络设备、资源与容量，最大限度地提升网络的 平均服务质量，提高效益，以及如何使网络在不断发展的过程中，能够保持网络 的服务质量不下降，这些要求使得移动通信网络的优化工作成为移动通信运营商 提高服务水平、保障通信质量的重要工作内容。 网络优化，就是对整个网络的资源根据需求和发展的情况进行调配，达到合 理的运用。同时，对于网络运行中存在的诸如覆盖不好、语音质量差、掉话、网 络拥塞、切换成功率低等问题，通过网络优化进行解决。网络优化又是一个长期 和复杂的工作，它贯穿于网络发展的全过程。 1 3 论文结构 本论文共分为5 章： 第一章，绪论。介绍课题的研究背景，包括软交换技术的产生、w c d m a 中 引入软交换的原因、网络优化的必要性以及课题的意义，引出关键性能指标优化 的概念，从而明确了论文的研究思路和研究方向。 第二章，介绍移动软交换的概念，阐述了移动软交换中承载和控制分离的核 4 核心网关键性能指标分析与优化 心思想及其组网模式。介绍运营商在业务增长、成本效益、发展演进中引入移动 软交换的意义。 第三章，介绍软交换技术在u m t s 中的应用。着重介绍了w c d m ar 4 的软 交换网络体系结构、l 相对于r 9 9 的优势、各网元之间的接v i 功能等，以及软 交换涉及的相关协议。 第四章，研究了3 g p p 中的q o s 协议标准，由q o e 体系建立网络性能指标体 系。阐述了基于软交换架构的核心网网络优化体系及流程，并介绍资源容量指标 和关键性能指标的主要参数，突出关键性能指标的消息流程及影响因素。 第五章，重点研究关键性能指标中的寻呼成功率和位置更新成功率，以用户 数、话务量大但指标偏低的实际局点信息为基础，从话务统计信息和信令两方面 进行分析，找出失败原因。分析各种失败原因对指标的影响，修改参数并进行优 化，比较优化前后的指标提升程度。 第二章移动软交换技术 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【19 1 ，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 l r 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，包括它的概念、引入的意义等，在此基础上对移动软交换的组网模式和核 心思想进行了阐述。 2 1 软交换的概念 软交换的基本含义是把呼叫控制功能从媒体网关( 传输层) 中分离出来1 】【2 】， 通过服务器上的软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制、连接控 制( 建立会话、拆除会话) 和信令互通( 如从n o 7 到i p ) 。其中更重要的是，软 交换采用了开放式应用程序接口( a p i ) ，允许在交换机制中灵活地引入新业务。 业务层匦匝匦匦 控制层 因 传送层 接入层 图2 1 软交换网络分层结构 从广义上看，软交换泛指一种体系结构，利用该体系结构可以建立下一代网 络框架，其功能可以涵盖n g n 架构中的四个功能层面：接入层、传送层、控制 核心网关键性能指标分析与优化 层和业务层，它主要由软交换设备、信令网关、媒体网关、应用服务器、综合接 入设备等组成，如图2 1 所示。从狭义上看，软交换是指软交换设备，定位在控 制层。软交换设备也称为呼叫服务器、软交换机、媒体网关控制器等等【5 】。 软交换主要有以下特点： 高效灵活。软交换体系结构的最大优势在于将应用层和核心网络完全分 开，有利于以最快的速度和最有效的方式引入各类新业务，大大缩短了 新业务的开发周期，利用这种体系架构，用户可以非常灵活地享受业务 和应用。 开放性。由于软交换体系架构中的所有网络部件间均采用标准协议，因 此各部件既可独立发展，也可以有机组合成一体，实现互联互通。 多用户。软交换的设计思想迎合电信网、计算机网和有线电视网合一的 大趋势。它为新兴运营商进入语音市场提供了有力的技术手段，也为传 统运营商保持竞争优势开辟了有效的技术途径。 强大的业务功能。软交换可以利用标准的全开放应用平台为客户定制各 种新业务及综合业务，最大限度地满足用户需求，而且软交换可提供包 括语音、数据和多媒体等各种业务。 软交换是多种逻辑功能实体的集合，提供综合业务的呼叫控制、连接以及部 分业务功能，是下一代电信网中语音、数据、视频业务的呼叫、控制、业务提供 的核心设备，也是目前电路交换网向分组网演进的主要设备之一。 2 2 引入软交换的意义 在数据业务、多媒体业务需求迅速增长，i p 技术日益成熟的趋势下，不仅固 定通信网，移动网络也同样面临着向n g n 融合和演进的问题。就移动网络而言， 其发展方向是分组化、智能化和宽带化的第三代通信网络( 3 g ) 。但从更广泛的 意义上来说，3 g 也是n g n 的一个组成部分。 在典型的移动网络中，超过9 0 的收益是由电路交换式核心网络创造的。案 例分析显示，谨慎的软交换技术应用可以有效地把核心网络运行费用降低 5 0 e 3 9 j 。同时，这也是进一步发展到基于i p 多媒体系统( i m s ) 的a l l 网络 的关键步骤p l 。 在激烈的市场竞争中，移动运营商最需要的是更高的网络容量和新型服务， 一方面维持收益增长，另一方面降低成本。慎重而又不失时机地逐步采用新技术 将保证当前和未来的竞争力，特别是将来基于i p 的通信将从基于互联网的服务提 供商那里创造更广泛的竞争机会。移动软交换技术将是目前最佳的选择。业务增 长，成本效益，发展演进是软交换技术的主要驱动因素【1 6 l 。 第二章移动软交换技术 1 ) 业务增长 用户对新业务应用的期盼和需求是移动软交换发展的源动力之一。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己使 得移动网存在“爆炸式”的业务需求，尤其是在越来越细分的个性化、多样性需 求面前只能捉襟见肘。 移动通信是一个己在全球范围内发展成熟的行业。用户、流量和主要利润的 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。i p 多媒体系统( i m s ) 引进了新型 的v o i p 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i p 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i p 通信转变。移动软交换 将i p 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，m 的传输带宽也越来越宽，人们设想 的“e v e r y t h i n go v e ri p ”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 平面模式发展转变到承载多业务融合，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，设备厂商的推动力也起到举足轻重的作用，为在新一轮竞争中占据有 利位置，设备厂商必须不断地在开发新产品方面投入较大的财力和人力。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 良好的成本效益是很多市场中的有力竞争武器。同时，逐步降低重复成本对 于保持竞争力和现有业务也很重要。想要成功地提高成本效益，就需要瞄准致使 成本提高的因素。移动通信基础设施中最主要的可控制的成本和网络运营成本有 关。它常常占据总利润的2 0 。成本的大部分是由处理大量网络流量的电路交换 引起的。 移动软交换解决方案通过优化的控制和交换分离设置，网络规划将更加有 8 核心网关键性能指标分析与优化 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i m s 提供一个向未来“全i p ”网络平稳和节约成 本的过渡。 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 o i p 和传统语音 服务的支持，并为移动网络向全p 演进做好了准备。 2 3 i 组网模式 2 3 软交换技术的组网模式和核心思想 移动软交换系统主要由m s cs e r v e r g m s cs e r v e r 和m g w 构成【2 l 】【2 2 1 。由于 m s cs e r v e r g m s cs e r v e r 和m g w 的所处位置不同，所以移动软交换系统有以下 几种组网模式2 3 】【2 4 】： 1 ) 移动交换服务器( m s cs e r v e r ) 处于端局的位置 在这种组网模式下，m s cs e r v e r 具有传统u m t s g s m 系统中m s c 的呼叫 控制功能和移动性管理功能，一般可与v l r 合并。m s cs e r v e r 用于处理用户与 网络之间的信令，并将该信令翻译为n c 接口信令，同时还用于处理m e 接口上的 信令。m s cs e r v e r 可控制m g w 与媒体连接有关的呼叫状态部分，并完成网络侧 呼叫控制协议，如b i c c s i p t 协议中的呼叫控制功能。 2 ) 网关移动交换服务器( g m s cs e r v e r ) 处于关口局的位置 g m s cs e r v e r 处于网间互通的位置，完成到被叫用户的寻址功能。g m s c s e r v e r 具有传统u m t s g s m 系统中g m s c 的呼叫控制功能和移动性管理功能。 g m s cs e r v e r 除处理n c 接口及与外部网络接口的信令外，还处理m e 接口的信令。 g m s cs e r v e r 可控制m g w 与媒体连接有关的呼叫状态部分，并完成网络侧呼叫 控制协议，如b i c c s i p t 协议中的呼叫控制功能。 3 ) 移动媒体网关( m g w ) 作为端局 第二章移动软交换技术 9 移动媒体网关m g w 作为端局，处于无线子系统与核心网之间，负责将3 g p p r 9 9 、3 g p pr 4 的u t r a n 系统接入到核心网电路域。一般情况下，处于端局的 m g w 应能接入2 gg s m 的无线接入网系统，负责2 gg s m 在电路域核心网与接 入网之间进行语音和数据流转换并承载媒体的转换。 4 ) 移动媒体网关( m g w ) 作为关口局 移动媒体网关m g w 作为关口局时，处于网间互通位置，完成与其他网络间 的数据语音流的转换和承载媒体的转换，如3 g p pr 4 电路核心网和p s t n i s d n 网的互通及与其他p l m n 网络的互通。 5 ) 移动媒体网关( m g w ) 作为汇接局 移动媒体网关m g w 作为汇接局，提供话音数据流和承载媒体的汇接功能， 主要实现对同质数据流和承载媒体类型的汇接，如在a t mp v c 组网下，对p v c 链路及话音数据流的汇接；在t d m 组网下，对t d m 链路及话音数据流的汇接； 在i p 组网下，对可能的路由和话音数据流的汇接等。移动媒体网关( m g w ) 作 为汇接局时，亦需要实现不同承载媒体和数据流类型之间的汇接。 2 3 2 软交换技术核心思想 软交换技术的核心思想包括以下三方面： 1 ) 开放的业务生成接口 软交换提供业务的主要方式是通过a p i 与“应用服务器”配合以提供新的综 合网络业务。与此同时，为了更好地兼顾现有通信网络，它还能够通过i n a p 与 i n 中已有的s c p 配合以提供传统的智能业务。 2 1 综合的设备接入能力 软交换可以支持众多的协议，以便对各种各样的接入设备进行控制，最大限 度地保护用户投资并充分发挥现有通信网络的作用。 3 ) 基于策略的运行支持系统 软交换采用了一种与传统o a m 系统完全不同的、基于策略( p o l i c y b a s e d ) 的实现方式来完成运行支持系统的功能【2 列，按照一定的策略对网络特性进行实 时、智能、集中式的调整和干预，以保证整个系统的稳定性和可靠性。 作为分组交换网络与传统p s t n 网络融合的全新解决方案，软交换将p s t n 的可靠性和数据网的灵活性很好地结合起来，是新兴运营商进入话音市场新的技 术手段，也是传统话音网络向分组话音演进的方式。目前在国际上，软交换作为 下一代网络( n g n ) 的核心组件，己经被越来越多的运营商所接受和采用。 第三章w c d m a 软交换网络 第三章w c d m a 软交换网络 w c d m a ( w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，宽带码分多址) 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。3 g p p 制订 w c d m ar 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【8 】。 本章简单介绍了w c d m a 的发展，着重介绍r 4 网络的系统结构，各网元之 间的接口及协议。 3 1w c d m a 软交换网络体系结构 由3 g p p 进行标准化的w c d m a 通信系统规范有r 9 9 、r 4 、r 5 、r 6 和r 7 版 本3 4 1 。核心网电路域从3 g p pr 4 开始，引入了软交换的概念，称为移动软交换。 电路域中将控制与承载分离【17 】【2 0 1 ，从物理上把原来的m s c 分成m s cs e r v e r 和 m g w 两个物理实体。其中r 6 、r 7 版本不涉及网络结构，主要是业务研究。 3 1 1r 9 9 核心网络 r 9 9 是最早成熟的u m t s 协议版本，在2 0 0 3 年前建设的u m t s 网络多采用。 它的核心网继承了传统的电路语音交换，及g p r s 分组核心网，接入网引入u m t s 空口技术。与以前的版本相比，r 9 9 的主要变化就是引入了w c d m a 无线接入技 术，引入了适于分组数据传输的协议和机制，数据速率可支持1 4 4 k b p s 、3 8 4 k b p s 、 2 m k b p s ，是g s m 系统向w c d m a 系统演进的开始f 3 引。涉及的网元和接口也主要 是这一部分。其他部分基本与g s m g p r s 网络相同。考虑到2 g 和3 g 兼容，以及 g s m g p r s 向3 g 平滑过渡，核心网的架构没有大的改变。3 g p pr 9 9 网络参考模 型如图3 1 所示。 r 9 9 规定的核心网络分为电路域( c s ，c i r c u i ts w i t c h ) 和分组域( p s ，p a c k e t s w i t c h ) 两个子系统。 电路域基于电路交换网络，链路需要建立和释放，通信过程中以链路独占的 方式保证了电路域的通信质量。电路域的设备中包括了m s c v l r 和g m s c 等。 分组域基于分组交换网络，信令和数据都以数据包形式在分组网内传送，更 加有效地利用了网络资源，因此可以提供更加高速的传输速度。考虑到通信的可 靠性，在数据通信前，需要建立端到端的通道，从而保证了服务质量。分组域的 核心网关键性能指标分析与优化 主要设各是s g s n 和g g s n 蜃 。 i 艮 - - f 、蓄 i 氅祛 日一7 31 2 r 4 核心网络 图3 13 g p p r 9 9 阿络参考模型 r 4 版本相比p , 9 9 ，最大的变化是核心网的电路域引入了分层网络结构，也就 是引入了移动软交换的概念 ”l 。原来的m s c 在物理上分成了两个物理实体：m s c s e r v e r 和m g w 。m s cs e r v e r 具有呼叫控制的功能，包括信令协议转化，移动性管 理：m g w 负责承载的建立和释放，包括语音的处理。 由于在i ( 4 中实现了控制与承载分离，相应地引入了新的接口和信令协议，主 要有： m c 接口：m s c s e r v e r 与m g w 之间的接口h 2 4 8 协议。 n c 接口：m s cs e “e r 与m s cs e r v e r 之的接口，b i c c 饰议。 n b 接口：m g w 与m g w 之间的接口，q2 6 3 0 ( a t m 方式) 或q i p b c p 协议 ( i p 方式) 。 从逻辑上分离后，m s cs e r v e r 与m g w 将不一定存在具体的对应关系，两者 之间采用标准协议相连，这就可以使传送资源的调配变得灵活高效。r 4 电路域可 以承载在不同的网络媒质之上，可基于a t m 或口，也可基于传统的t d m 网络。 m g w 负责在不同的承载网络上管理传输资源。r 4 分组域中的功能实体s g s n 和 0 g s n 与r 9 9 规范没有本质差别。此外r 4 还正式存无线接入网系统中引入了 t d s c d m a 。3 g p p r 4 网络参考模型如图3 2 所示。 国 l 滤。 一-叫。靠 善，苴鸯、li8藜 第三章w c d m a 软交换网络 s c l 渗 谚+ 重 p 日络 图3 23 g p p r 4 网络参考模型 主要网络实体功能介绍p m ： 1 ) m s cs e r v e r ：只负责处理信令，主要包含g s m u m t sm s c 中的呼叫控制 和移动控制两部分。它负责移动发起和移动终结的电路域的控制呼叫，终止用户 网络问信令并将其翻译成相关的网络一网络间信令。同时，m s cs e r v e r 还包括v l r 来存储移动用户的业务数据和与智能网( c a m e l 等) 有关的数据，通过接口管理 m g w 中的媒体通道的连接控制呼叫状态。 2 ) g m s cs e r v e r ：主要包含g s m a 2 m t s 的g m s c 中的呼叫控制和移动控制部 分。 3 ) m o w ( c s m g w ) ：只负责处理用户数据。对一个特定网络而言，m g w 是p s t n p l m n 网络的传输终结点，通过l u 接口连接u t r a n 和核心网。m g w 终 结来自电路交换网的承载信道和来自分组网的媒体流( 如r t p 流) 。在1 u 接口上 m g w 可以支持媒体转换、承载控制以及净荷处理( 声码器、回声消除器、会议桥 等) ，并可以支持c s 业务的不同l n 接1 2 1 类型( 基于a a l 2 a t m 或基于 r t p 舢d m p ) 。m g w 的主要功能有：与m s cs e r v e r 和g m s cs e r v e r 相连，进行 资源控制；拥有并使用回声消除嚣等资源；同时还拥有多媒体数字信号编解码器。 r 4 系统采用承载与控制相分离带来的好处有： 1 ) 分布式组网节省投资成本 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，存在 布点多，运行成本和运维人员成本高的问题。运营商为解决这个问题，大多建设 一， 分分 核心网关键性能指标分析与优化 大型、集中的m s c ，其代价是要建设来自各城市r a n 的回程话音电路。由于多 数呼叫是本地的，这就造成电路迂回，从本地r a n 到m s c ，又从m s c 到本地 p s t n 。采用基于软交换的体系结构，网络由集中的m s c 服务器，软交换机与分布 的媒体网关组成，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。这样，运营商可以明显降低建设成本。 2 ) 设各独立升级 在r 9 9 中，由于m s c 足单个网元，无论是业务功能升级、部署还是媒体交换 能力升级都需要升级m s c 。而在软交换的r 4 架构中，媒体网关和业务服务器的 分离使得它们各自可以独立地进行工程实施、扩容和布局。由于业务升级远多于 媒体交换能力升级，而采用软交换后，r 4 中的业务服务器数量远小于媒体网关的 数量，这将带来大量软件升级费用的节省。 3 ) 通过软交换利用基于i p 的服务平台来开放业务 在w c d m a r 5 阶段，i p 多媒体域采用s i p 呼叫协议，使运营商可以借助基于 i p 的应用服务器向用户提供更灵活和更丰富的业务。 313 r 5 核心网络 r 5 与r 4 相比，主要有两个特点：一是引入了i p 多媒体子系统( i p m u l t i m e d i a s u b s y s t e m ，i m s ) ，二是无线接入网引入了h s d p a ( h i 曲s p e e dd o w n l i n kp a c k e t a c c e s s ) ，下行分组数据能力增强，最高可达1 4 m b p s l 3 9 1 。3 g p pr 5 网络参考模型 如图33 所示。 图3 33 g p p r 5 网络参考模型 第三章w c d m a 软交换网络 在r 5 阶段，实时的话音业务和非实时的分组业务、消息类业务都可以在i m s 上实现，理论上c s 域的功能完全可以由分组域和i m s 替代。但在向r 5 过渡的过 程中，用户的终端由r 9 9 r 4 阶段的非s i p 终端向r 5 阶段的s i p 终端的过渡将是 一个漫长的过程，同时如何在i p 上实现移动业务的q o s 问题依然未能得到很好的 解决。这就决定了r 5 的c s 域在相当长的一段时间内还必须存在。在r 5 网络中， 在与传统网络互通时，需要由m g c 和m g w 来进行信令和媒体转换，而m g c 和 m g w 都可以通过对r 4 的m s cs e r v e r 和m g w 进行升级来完成。 i m s 可支持多个用户和设备之间建立通信对话，可以在一个载波信道上支持 多项服务。此外，i m s 还可以支持在一个对话中集成实时和非实时服务，并支持 这些服务之间的交互。i p 语音和视频是这类多媒体通信的基本内容。i m s 为运营 商带来了挑战和机遇。移动核心网向基于u m t si m s 的平台演进将对整个移动行 业和每个移动业务运营商带来深远影响。这里需要再次强调的是，由于r 5 结构中 加入了i m s 部分，实际上基于电路交换的c s 域的功能完全可以由基于i p 的分组 域和i m s 替代，从而实现基于全i p 的3 g 核心网络。 3 2w c d m ar 4 软交换设备接口及协议 r 4 的核心网电路域在网络架构上发生了革命性变化，引入了承载控制分离的 软交换架构。在承载类型上，除了支持t d m 上承载话音外，新引入支持在i p a t m 分组网络上承载话音。在信令承载方面引入了s i g t r a n 技术，支持承载在i p 上 的宽带七号信令网。r 4 核心网电路域新增功能为： 控制与承载分离的软交换架构，引进媒体网络控制协议h 2 4 8 新的呼叫控制协议，如b i c c 宽带七号信令承载协议s i g t r a n 支持多种承载技术：t d m 、a t m 、i p t r f o 功能，节约t c 资源和提高语音质量 网络互连互通等等 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 r v e r ) 以及新的多媒体 应用业务服务器( 通过开放的业务接入) 。 媒体网关( m g w ) ：当媒体流从s c n ( 交换电路网络) 流向包网络时，网 关终结s c n 流，打包媒体数据( 如果媒体数据不是基于包的形式) ，并把打 包后的业务数据流传给分组网络。当媒体流从分组网络流向s c n 时，执行 相反功能。 媒体网关控制器( m g c ) ：m g c 负责处理m g w 上的资源注册和管理。m g c 核心网关键性能指标分析与优化 具备这样的能力：根据本地的策略来授权资源的使用。对于信令传输而言， m g c 具有这种能力：发起和终结s c n 信令协议，如s s 7 i s u p 币- i q 9 3 1 d s s l 。 信令网关( s g ) ：是一个信令代理，能够在i p 边缘发送和接收s c n 内部信令。 s s 7 i n t e m e t 网关中的s g 功能包括