在移动核心网中引入软交换是必然选择

2019-11-05 02:02:48

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供稿：网友

　　1、软交换的基本思路和发展现状

软交换是下一代网的交换技术，曾经有过多个名称，如呼叫服务器、呼叫代理、媒体网关控制器等。其基本思路是基于新的网络功能模型分层，把呼叫控制功能(包括服务控制功能和网络资源控制功能)与传送功能分开，形成一个基于软件的分布式交换/控制平台。

实际上，软交换是在Voip体系中把呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，通过服务器上的软件实现基本呼叫控制功能的产物。软交换主要完成媒体网关接入功能、呼叫控制功能、业务提供功能和互连互通功能。各实体之间通过标准的协议进行连接和通信，可以在网上更加灵活地提供业务，实现业务融合和业务转移。软交换非常适用于不同网络并存互通的需要，也适用于从电路交换话音网向多业务多媒体IP网的演进。

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2003年市场才开始看好。这一方面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。2003年全球软交换设备的销售额比上年增长42.4%，达到1.7亿美元。预计到2008年全球软交换市场将达到20.5亿美元。现在，部署软交换的跨国运营商、传统运营商、新运营商和移动运营商越来越多。软交换设备的制造商不仅有传统的交换机制造商(如Nortel、爱立信、西门子、华为等)，还包括路由器制造商(如Cisco)和下一代网设备制造商(如CopperCom、MetaSwitch和Sonus Networks)。软交换市场的竞争开始加剧。

软交换的主要优势体现在成本和能力上。例如，新的运营商如用软交换建网，可利用软交换的成本优势参与住宅用户市场的竞争；原有运营商可以利用软交换以数据为中心的特点来赢得那些想从传统PBX转向话音/数据综合LAN的企业用户。软交换还可以提供PSTN不能提供的新特点，例如答应用户使用Web接口来选择呼叫目的地。软交换大大降低了小通信公司进入市场的门槛，日本的Softbank和美国的Vonage都是利用软交换经营VoIP非常成功的小公司。它们的成功引起了传统通信公司对软交换的重视。例如，文莱的传统电信公司JTB采用华为的设备于2003年把其整个PSTN网转换为基于软交换的网。原来的41部电路交换机现在简化成了两部软交换机(其中一部还是备用)和13个媒体网关。把公司一年的运行成本从250万美元减至50万美元。2004到2005年是许多运营商对软交换的决策年。

2、软交换同样适用于移动核心网

早在上世纪90年代末就有人提出在第三代移动通信系统中引入移动服务器(即后来的软交换)的设想，如图1所示。进入21世纪后，整个电信网走向IP，固定网与移动网融合的趋势越来越明显，移动网同样要从PSTN向IP网过渡，面临与固定网相同的问题。因此，3GPP在制定WCDMA R4规范时正式把软交换概念引入移动核心网是完全合乎逻辑的，有利于与固定网的融合。

在移动核心网中引入软交换是必然选择（图一）

图1　把软交换引入移动网的设想

在R4版本中，虽然核心网仍是基于ATM的，但它规范了基于软交换的体系结构，移动交换中心(MSC)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的交换部分。图2所示为R4的信令平面和用户平面。图中媒体网关完成把话音业务从分组核心网交换到传统电路交换PSTN的工作。软交换机通过标准的控制接口利用媒体网关控制(Megaco)协议来控制媒体网关。从表面看，移动软交换机与用于固定网5类机的软交换机一样，但是移动软交换机的软件程序必须符合WCDMA的规范，提供控制无线接入网(RAN)和移动用户的必要功能。由此增加的复杂性也必须服从基于标准的协议和流程，如CAMEL触发器、用户信息治理(SIM)流程、与原籍位置寄存器(HLR)的通信、与其它MSC的访问位置寄存器(VLR)的通信等。这附加的复杂性使移动软交换机比固定软交换机复杂得多。

在移动核心网中引入软交换是必然选择（图二）

图2　R4的信令平面与用户平面

同样，在cdma2000的核心网中将来也要引入软交换。当它在向全IP网的过渡中，核心网的体系结构也将遵照3GPP R5 IP网络模型，由MSC服务器、媒体网关和信令网关组成。

3、移动软交换的特点和好处

在向3G的过渡中，在移动核心网中引入基于软交换的体系结构将给移动运营商带来许多好处。软交换的主要特点包括：

(1)分布式交换

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。由于运行成本和运维人员成本高，运营商都建大型集中的MSC，其代价是要建来自各城市RAN的回程话音电路。由于多数呼叫是本地的，这就造成电路加倍，从本地RAN到MSC，又从MSC到本地PSTN，如图3左所示。图3右所示的是基于软交换的体系结构，它由集中的MSC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。

在移动核心网中引入软交换是必然选择（图三）

图3　传统集中交换控制与分布交换集中控制的比较

利用基于软交换的分布式体系结构的另一主要好处是话音业务和GPRS数据可以共用核心网。运营商只需一个网即可，而不是像2.5G那样需要两个网。

(2)开放智能业务不需对所有MSC升级

移动运营商利用移动智能网(IN)开放基于标准的业务。用于移动IN的GSM标准是移动增强逻辑定制应用(CAMEL)。北美CDMA与TDMA也在对无线智能网(WIN)进行标准化。虽然当前许多业务(如预付费业务等)是利用IN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CAMEL & WIN业务。CAMEL和WIN两者都使用集中的智能网节点，叫业务控制点(SCP)。经过升级的MSC在某些点上要把呼叫控制移交给SCP，由SCP执行业务逻辑。当部署新业务时，运营商必须对所有的MSC进行升级，安装触发器。这样做的缺点是：

◆业务提供成本高，因为要对每一MSC进行升级，费钱费时；

◆MSC实时处理代价高，因为所装CAMEL触发器可能占据MSC处理能力的5%-20%，这意味着与没装触发器的MSC相比，每MSC将少支持5%-20%的无线用户，这是很大的代价；

◆软件成本高，因为MSC软件升级也需相关费用；

◆业务投放市场时间长，因为在传统电路交换MSC上开发软件需要时间长。较好较经济的办法是把这些触发器卸下来，放到软交换机上去。由移动终端始发/终接的呼叫通过软交换机而选路，软交换机将基于所装的触发器对SCP发起询问。由于触发器集中装在软交换机中，从而减轻了MSC的负担。利用软交换结构可开放的智能业务包括无线号码携带、号码共用、预付费漫游、长途免费业务等。

(3)通过软交换利用基于IP的服务平台来开放业务

国际软交换论坛应用工作组制定了一种应用框架，在此框架中，软交换机可以使用SIP或LDAP来接入基于IP的应用服务器，获得服务。这些IP使能的服务平台其工作方式与SCP相同，但它们的成本低很多，而且更加灵活。一旦数据库被移到更现代的平台，软交换机可以利用SIP或LDAP来对它们进行询问。

由于上述特点，软交换给移动运营商带来如下好处：

◆降低投资和维护成本

◆高效灵活；

◆开放性；

◆有利于固定与移动核心网的融合。

4、在移动软交换之后

目前在国际上，融合正在成为电信业的主旋律。技术趋于融合、网络趋于融合、业务趋于融合。其实，融合的想法早在上世纪90年代中后期就已提出，先是三网融合，后是固定网与移动网的融合(FMC)。2000年，笔者曾著文写道：“为了实现真正的个人通信，使用户不论在固定环境中，还是在移动环境中都能享受到相同的服务，获得相同的应用，固定通信网与移动通信网也将走向综合，融为一体。固定网与移动网的融合应从核心网开始，逐渐扩展到边缘，把各种速率的数据流通过接入节点提供给用户，从而把固定网与移动网的功能通过IP这一粘合剂融合在一起。”

但当时由于技术和标准不具备、市场不明朗以及后来的网络泡沫等原因，固定网与移动网的融合并没有真正搞起来。然而，2004年在国际上FMC成为NGN的研究重点，提出了基于IMS(IP多媒体子系统)实现FMC的NGN架构。ITU－T、ETSI都把FMC放在了NGN标准化工作的核心位置。短短几个月来，IMS取得了很大进展，标准化工作一直在往前推进，设备商、运营商相继公布基于IMS的策略。2004年NTT、英国电信、韩国电信、巴西电信等运营商成立“FMC联盟”，旨在推广固定电话与移动通信的联合经营模式。2005年2月在法国嘎纳刚举行不久的3GSM大会上，IMS成为最引人注目的一个话题。

所谓基于IMS的NGN架构是对3GPP规范中的IMS(IP多媒体子系统)特性进行修订补充，使其成为基于SIP的通用平台，可以同时支持固定和移动的多种接入方式(WiMax、Wi-Fi、3G、FTTx等)，实现固定网与移动网的融合。IMS定义了三层结构(如图4所示)，控制层基于SIP，与下面的传送层和上面的业务层之间具有开放的接口，答应运营商采用单一的核心网，横跨固定网与移动网提供VoIP、多媒体消息等基于SIP的业务。IMS符合NGN把呼叫控制与传送分离的要求，是软交换的延伸，在软交换的基础上对控制功能作进一步分离。目的是形成一个更加高度灵活的通信平台，不仅可以实现人到内容(客户机/服务器)多媒体通信，而且还可以实现人到人(端到端)的IP多媒体通信，如图5所示。FMC把有线和无线的技术与业务集成在一起，形成一个单一的网络基础，这使电信运营商可以利用所有各种类型的业务来吸引其全部潜在用户。实现FMC后，固网运营商不再受限于陆地固定网，而移动运营商将能够使用最可靠的网络资源去满足移动用户日益增长的需求。

在移动核心网中引入软交换是必然选择（图四）

图4　IMS分层结构

在移动核心网中引入软交换是必然选择（图五）

图5　基于IMS的通信方式

基于IMS的FMC在经历一度质疑之后，现在得到越来越多的认同，尤其是得到固网运营商的认同。网络分层原则的普遍接受以及ITU对IMS的接纳是一个要害的转折点。现在业界普遍认为它是未来核心网的发展方向。从目前来看，2006－2007年将是FMC技术和业务发展的要害时期。FMC从理论走向实践的整个过渡时期也许要10年以上。在核心网，固定技术与移动技术的界线有人估计大约在2010～2012年期间被打破，主要表现为向全IP网过渡，在全IP网中，固定网和移动网边界上的核心子系统均相同。而接入网即便在网络核心实现FMC之后仍可能包括多种技术，因为接入网是一个技术多变的领域。但设备供给商之间的竞争以及新老业务提供商之间的竞争将推动接入网的FMC。

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