廣東省電信有限公司科學(xué)技術(shù)研究院 劉艷
一、概述
下一代網(wǎng)絡(luò)是集話音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)于一體的全新網(wǎng)絡(luò)。它基于軟交換技術(shù)和IP技術(shù)構(gòu)建出分層開放的體系架構(gòu)。運(yùn)營商可以在業(yè)務(wù)的驅(qū)動(dòng)下利用這個(gè)開放的體系架構(gòu)靈活實(shí)現(xiàn)自己的網(wǎng)絡(luò)解決方案，并通過業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的不斷融合提高企業(yè)的競爭能力。
第三代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)是移動(dòng)通信領(lǐng)域的下一代網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)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)。本文主要介紹軟交換在3G核心網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)上的應(yīng)用，而不涉及其中的具體協(xié)議和接口問題。
二、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(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）。
三、軟交換在3G核心網(wǎng)中的應(yīng)用
主流的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)由標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP制定，CDMA2000的標(biāo)準(zhǔn)由標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP2制定。由于WCDMA/TD-SCDMA共用同一核心網(wǎng)，核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和演進(jìn)代表了3G核心網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，我們就以這個(gè)核心網(wǎng)為例介紹軟交換在3G核心網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。
到目前為止，3GPP定義的WCDMA系統(tǒng)有R99、R4、R5和R6四個(gè)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，在這三個(gè)版本中，由于涉及軟交換應(yīng)用的是核心網(wǎng)電路域，所以我們只給出電路域部分的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。
圖1 R99核心網(wǎng)電路域結(jié)構(gòu)
圖2 R4核心網(wǎng)電路域結(jié)構(gòu)
圖3 R5核心網(wǎng)電路域結(jié)構(gòu)
在上圖中，我們可以看到，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(dòng)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(jī)）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。實(shí)體包括：CSCF（呼叫控制服務(wù)器）、MGCF（媒體網(wǎng)關(guān)控制服務(wù)器）、IM-MGW（IP 多媒體網(wǎng)關(guān),上圖中CS-MGW在功能上代替了IM-MGW）、MRFC（多媒體資源功能控制器）和MRFP（多媒體資源功能處理器）。
值得注意的是，雖然R99采用了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，但在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，考慮到未來的演進(jìn)，很多廠家在符合R99接口協(xié)議和支持TDM組網(wǎng)的前提下提供了用MSC服務(wù)器和媒體網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)R99組網(wǎng)的PRE-R4解決方案，如下圖：
圖4 R99組網(wǎng)的PRE-R4解決方案
四、軟交換在3G核心網(wǎng)中的優(yōu)勢
1．分布式組網(wǎng)節(jié)省投資成本
傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)利用集中的MSC在RAN和PSTN之間完成話音交換，存在布點(diǎn)多，運(yùn)行成本和運(yùn)維人員成本高的問題。運(yùn)營商為解決這個(gè)問題，大多建設(shè)大型、集中的MSC，其代價(jià)是要建設(shè)來自各城市RAN的回程話音電路。由于多數(shù)呼叫是本地的，這就造成電路迂回，從本地RAN到MSC，又從MSC到本地PSTN，如圖5左所示。圖5右所示的是基于軟交換的體系結(jié)構(gòu)，它由集中的MSC服務(wù)器/軟交換機(jī)與分布的媒體網(wǎng)關(guān)組成，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。這樣，運(yùn)營商可以明顯降低建設(shè)成本。
圖5 傳統(tǒng)集中交換控制與分布交換集中控制的比較
2． 設(shè)備獨(dú)立升級
在R99中，由于MSC是單個(gè)網(wǎng)元，無論是業(yè)務(wù)功能升級/部署還是媒體交換能力升級都需要升級MSC。而在軟交換的R4架構(gòu)中，媒體網(wǎng)關(guān)和業(yè)務(wù)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)升級遠(yuǎn)多于媒體交換能力升級，而采用軟交換后，R4中的業(yè)務(wù)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費(fèi)用的節(jié)省。
3． 通過軟交換利用基于IP的服務(wù)平臺來開放業(yè)務(wù)
在WCDMA的R5階段，IP多媒體域采用SIP呼叫協(xié)議，使得運(yùn)營商可以借助基于IP的應(yīng)用服務(wù)器向用戶提供更靈活和更豐富的業(yè)務(wù)。
4． 引入競爭
在3G組網(wǎng)中，如果采用軟交換的架構(gòu)，就可以很好的將具有獨(dú)到技術(shù)優(yōu)勢的專業(yè)公司引入到設(shè)備的競爭中來，如可以將微軟在軟件方面的優(yōu)勢引入業(yè)務(wù)服務(wù)器設(shè)備領(lǐng)域，將Intel在硬件方面的優(yōu)勢引入媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備領(lǐng)域。這對于提高設(shè)備性能，降低運(yùn)營商建網(wǎng)成本，促進(jìn)業(yè)務(wù)發(fā)展具有重大意義。
5． 增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)可靠性
在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中，有這樣的矛盾：軟件的故障遠(yuǎn)多于硬件的故障；硬件成本又遠(yuǎn)大于軟件成本；軟件故障的影響遠(yuǎn)大于硬件故障的影響。在R99組網(wǎng)中，合一的設(shè)備實(shí)體使得想通過設(shè)備冗余提高網(wǎng)絡(luò)可靠性是不可能的。應(yīng)用軟交換技術(shù)后，可以通過設(shè)置N+1冗余業(yè)務(wù)服務(wù)器的方式低成本的提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。如下圖：
圖6 軟交換技術(shù)組網(wǎng)中的冗余備份方式
六、結(jié)束語
通過上面的論述，我們可以看到在3G核心網(wǎng)中采用軟交換將給無線運(yùn)營商帶來很大好處。從業(yè)界情況看，國外已有固網(wǎng)運(yùn)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(dòng)運(yùn)營商在試驗(yàn)軟交換技術(shù)。3G方面，現(xiàn)在R4協(xié)議已經(jīng)基本穩(wěn)定，愛立信、諾基亞和華為等公司已經(jīng)推出支持R4的商用軟交換設(shè)備，相信隨著3G應(yīng)用的推遲，軟交換技術(shù)/設(shè)備的成熟，跨過R99直接采用軟交換的R4架構(gòu)建設(shè)3G核心網(wǎng)將給運(yùn)營商帶來更多好處。
