软交换在3G中的应用

1、杨丰瑞，潘 安：软交换在3g中的应用软交换技术软交换在3g中的应用杨丰瑞 潘安（重庆邮电大学通信学院 重庆 400065）摘 要：随着软交换体系的完善和相关设备的成熟，3g商用已被国内主要运营商提上日程，国内主要运营商为应对业务需求多样化的挑战，都积极采用软交换架构来建设自己的3g核心网，移动核心网的软交换时代已经来临。本文描述了软交换在3g中的应用模式、在3g核心网中的应用，以及在3g增值业务中的应用，并分析了软交换在3g中的优势。关键词：3g ims cscf mgcf msc-server mgw 3g无疑是下一代网络(ngn)的一个有机组成部分，因此，作为ngn主流解决方案，软交换在3

2、g中得到广泛应用是顺理成章的，可有效地促进未来基于软交换的单一通信网络的形成。itu批准的wcdma、cdma2000、td-scdma三种主要的3g标准中，wcdma由于gsm普及程度最高和自身拥有的一些优点得到广泛的支持；cdma2000可以从2g/2.5g平滑过渡得到推广；而td-scdma优势在空中接口方面。三种标准的主要区别集中在无线接入网上，核心网差异不大,本文主要讨论软交换在wcdma中的应用。一、软交换概念和功能1. 软交换的概念软交换是基于分组网利用程控软件提供呼叫控制功能和媒体处理相分离的设备和系统。从广义上讲，软交换是指以软交换设备为控制核心的下一代网络；从狭义上讲，软交

3、换是指位于ngn控制平面的软交换设备。软交换的基本含义就是把呼叫控制功能从媒体网关（传输层）中分离出来，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ss7到ip）。其结果就是把呼叫传输与呼叫控制分离开，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面，使业务提供者可以自由地将传输业务与控制协议结合起来，实现业务转移。其中更重要的是，软交换采用了开放式应用程序接口（api），允许在交换机制中灵活引入新业务。软交换思想吸取了ip、atm、in和tdm等众家之长，完全形成分层的全开放的体系架构，使得各个运营商可以根据自己的需要，全部或者部分

4、利用软交换体系的产品，采用适合自己的网络解决方案，在充分利用现有资源的同时，寻找到自己的网络立足点。3gpp制定wcdma r4规范时，第一次把ngn提出的软交换概念引入移动核心网。在网络结构上，ngn和3g都提出了承载和控制分离的网络体系结构；在接口协议上，3g与ngn许多协议是一致的；在业务上，3g和ngn提供的业务种类相似，并且业务的实现方式也大体相同。2. 软交换的功能 呼叫控制功能 呼叫控制功能是软交换的重要功能之一，它完成基本呼叫的建立、维持和释放控制功能，包括呼叫处理、翻译和选路、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等。 媒体网关控制功能 媒体网关功能可以认为是一种适配功能，可以

5、连接各种媒体网关，如pstn/isdn网关、atm网关、ip中继媒体网关、数据媒体网关和用户媒体网关等。媒体网关可以完成h.248协议功能，可直接与h.323终端和sip客户终端连接，提供相应业务。 信令互通功能 软交换可以通过一定的协议与外部实体如媒体网关、应用服务器、scp、媒体服务器、多媒体服务器、策略服务器、信令网关、其它软交换进行交互。软交换具有支持各种协议的特点，可同时支持sip协议和h.323协议。 业务提供功能 软交换应能够提供pstn/isdn交换机提供的全部业务，包括基本业务和补充业务；同时还应该能够与现有智能网配合，提供现有智能网提供的业务。 计费功能 具有采集详细话单和

6、计次表话单的功能，可根据运营需求将话单传送至计费中心。对于记账卡计费业务，具备实时断线功能。 网守功能 网守功能即接入认证与授权、地址解析和带宽管理功能。二、软交换与传统交换的区别电路交换是一条物理链路对应一个连接，而软交换则是一条物理链路对应多条虚连接。软交换控制功能与交换功能分离，软件实现控制功能、网络功能分层，各网络实体通过标准协议进行连接和通信。传统电路交换将控制和交换功能均集中于msc，而软交换仅将控制功能集中于msc-server，交换功能则分布于媒体网关mgw。传统电路交换是基于tdm交换技术实现交换，而软交换是则是基于ip分组网实现交换。三、软交换在3g中的应用3g网络是在现有

7、的各种网络向下一代网络（ngn）演进大趋势下发展起来的，使各种网络融合于下一代网络主要采用软交换和ip技术。3g的方向也是基于软交换的全ip网络，ip网络承载从话音、视频到电子商务等多种业务，网络控制由软交换服务器实现，网上业务由智能业务提供商提供。从而实现传输网络、网络控制、业务提供的分离。1. 软交换在3g中的应用模式wcdma的r4版本已经在电路交换域采用网关分离模式，通过(g)msc server和mgw功能实体实现了msc功能，而全ip的wcdma r5版本则进一步实现这种模式。r6版本研究刚开始，将会在分组交换域（ps）中引入这种模式，从而使整个核心网（cn）都基于网关分离模式。网

8、关分离是软交换最重要的技术基础，只要是采用这种思想实现的系统，都可以认为是软交换技术的应用形式。因此，可以说wcdma的核心网部分是采用软交换技术实现的。2. 软交换在3g核心网中的应用主流的3g制式有wcdma、cdma2000和td-scdma三种。在这三种制式中，wcdma和td-scdma的标准由标准组织3gpp制定，cdma2000的标准由标准组织3gpp2制定。由于wcdma/td-scdma共用同一核心网，核心网的网络结构和演进代表了3g核心网络的发展，我们就以这个核心网为例介绍软交换在3g核心网络中的应用。 到目前为止，3gpp定义的wcdma系统有r99、r4、r5和r6四个

9、版本。其中r6版本不涉及网络架构，主要是业务研究。涉及网络架构的是r99、r4和r5，在这三个版本中，由于涉及软交换应用的是核心网电路域，我们可以看到，软交换技术在r4和r5网络中得到了充分的应用。应用软交换技术后，r99网络中的移动交换中心（msc）在r4网络中被分解为msc服务器（软交换机）和媒体网关，前者提供传统msc的呼叫控制部分，后者提供传统msc的媒体交换部分。r5版本将msc server在功能上分离为mgcf（媒体网关控制功能）和cscf（呼叫控制功能），分别处理语音呼叫控制和多媒体呼叫控制。wcdma r4 阶段的网络模型如图1所示。电路域引入了基于软交换架构的分层结构，将呼

10、叫控制和承载层相分离。承载层mgw负责为用户数据提供传送手段；控制层msc 服务器负责提供原msc中的呼叫控制、移动性管理、计费等功能。wcdma r4版本主要变化是将r99的电路域（cs）中的(g)msc分解成两个功能实体(g)msc server和mgw。(g)msc server主要完成对信令和呼叫的控制，而mgw则主要提供媒体流的处理。(g)msc server和mgw之间采用h.248协议，(g)msc server之间采用bicc协议。(g)msc server通过sgw(信令网关)实现与pstn和plmn的互通。hlr也可以被替换为归属用户服务器hss（home subscrib

11、er server）。粗线：表示支持用户业务的接口细线：表示支持信令的接口图1 r4网络模型r5版本引入了ip多媒体子系统，简称ims。ims负责完成移动终端的所有基于ip的业务，包括语音、无线实时业务。ims架构在分组域网络之上，完成对ip多媒体通信的控制和业务的提供。在核心网内全部基于ip传送，采用网关体系与传统的pstn/plmn/isdn等网络进行互通和转换。采用基于软交换的分层网络体系结构，使控制与承载分离。由cscf（呼叫状控制态功能）、mgcf（媒体网关控制功能）、mrf（媒体资源功能）和hss等功能实体组成。cscf处理与多媒体会话有关的控制层功能，主要包括查询cscf，服务c

12、scf和代理cscf。其中s-cscf处理网络中的会话状态，对用户终端进行会话控制。mgcf用于控制mgw建立媒体通道，完成传统电路域网络与ip多媒体子系统间呼叫相关的协议转换，并且根据路由号为从传统网络来的入呼叫选择cscf。hss是核心网内所有签约用户的主要数据库，包含用于支持sgsn和cscf处理呼叫和会话所必须的签约相关信息，是支持用户移动性和呼叫控制的关键。3. 软交换在3g增值业务中的应用3g在增值业务的实现方面有三种方式：一种是由msc server直接实现；第二种是通过和移动的scp（业务控制点）互通实现；第三种是通过开放的业务体系实现。 第一种方式效率最高，但开放性较差，实际

13、上就是传统的程控交换机实现方式。主要适用于和基本呼叫关系密切，本身没有独立逻辑的简单业务的实现。 第二中方式主要是为了保护移动智能网的已有投资。msc server实现ssp(业务交换点)功能，并且通过camel和scp（业务控制点）互通，适用于继承网络中已实现的智能语音业务。 第三种方式是3g的主流实现方式，主要适用于融合了语音、数据、视频等特征，采用类似与因特网工作模式的综合业务的实现。通常通过提供一个完全开放的，可编程的业务环境来实现。由于r4阶段仍以语音业务为主，r5和r6阶段才会大规模应用。 3g牌照发放以后，3g进入商用阶段，传统电信商业运营模式将发生重大变化，三种方式将越来越多地

14、被采用，以实现新业务。4.软交换在3g中的优势软交换始终是立足于在单一的承载网络上构建电信应用平台，其技术特点和优势是多方面的，主要体现在： 网络模型是分层的 整个网络分为接入层、控制层和业务层等，各层分别完成特定的功能，互相配合，共同实现系统的目标。 协议接口是开放的 软交换系统全部采用标准化的协议接口，以便于不同厂商设备的互连互通。这种标准化不但体现在软交换系统和其它网络之间，也体现在软交换系统内部各设备之间。 分布式组网节省投资成本 传统电路交换网利用集中的msc在ran和pstn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，大多建设大型、集中的ms

15、c，其代价是要建设来自各城市ran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ran到msc，又从msc到本地pstn。软交换的体系结构由集中的msc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。 升级简单易行 多种功能集成在一起的设备进行升级时相当复杂，如gsm网中的msc，无论是gsm网业务功能升级还是交换能力升级都需要升级msc。而在3g核心网中，软交换分离的媒体网关和业务服务器均可单独的升级和扩容。在一个适应现代通信发展的3g网络中，业务功能升级应该相当频繁，远多于交换能力升级，而采用软交换后，业务功能升级仅需在少量的业务服务器上进行，这将大大简化网络升级过程，同时会节省大量软件升级费用。 通过软交换利用基于ip的服务平台来开放业务 在wcdma的r5阶段，ip多媒体子系统采用sip呼叫协议，使得运营商可以借助基于ip的应用服务器向用户提供更灵活和更丰富的业务。五、结束语通过上面的论述，我们可以看到在3g核心网中和3g增值业务中采用软交换将给无线运营商带来很大好处。但由于软交换技术新，国内运营商还只是处于实