軟交換的體系結構 1、引言隨著信息化進程的不斷推進，人們已越來越不滿足于現有GSM網絡以窄帶方式提供的單一語音服務，提供寬帶化、智能化、個人化移動多媒體服務的需求日益劇增。 下一代網絡泛指一個以IP為中心，可以支持語音、數據和多媒體業務融合全新的網絡。3G不是現有移動網和IP網的簡單疊加，也不是單項節點技術和網絡技術的結合，而是整個網絡框架的變革，是一種整體方案。軟交換SoftSWitch正是構建在以IP為中心，可以支持語音、數據和多媒體業務的融合方案。基于軟交換技術和IP技術構建出分層開放的體系架構全新的網絡平臺，在3G中占有極為重要位置。 2、軟交換的體系結構軟交換體系結構是目前面向網絡融合的新一代多媒體業務整體解決方案，具有層次化、呼叫控制與承載分離、快速開發業務、集中部署業務等特點，可以向用戶提供包含PSTN話音、無線話音、基礎數據、多媒體數據等各種業務。通過優化網絡結構，不但實現了網絡的融合，更重要的是實現了業務的融合，使得包交換網絡能夠繼承原有電路交換網中豐富的業務功能，同時，可以在全網范圍內快速提供原有網絡難以提供的新型業務。 在軟交換構建的開放體系架構中，通過呼叫控制與媒體交換/承載的分離，實現了開放的分層架構，各層次網絡單元通過標準協議互通，可以各自獨立演進，以適應未來技術的發展。軟交換主要包含兩個層次： ◆媒體網關層：根據組網的位置，可分為接入媒體網關(提供接入適配功能)、中繼媒體網關(提供與其他網絡互通的媒體流轉換功能)、資源媒體網關(提供特定媒體資源)。 ◆呼叫控制層：由信令網關(提供中繼信令SS7在IP網上的傳輸適配功能)和呼叫控制服務器(通過與信令網關和媒體網關的配合實現呼叫的建立、維持和釋放控制功能)。 3、軟交換的特點 (1)分布式交換降低運營成本 傳統電路交換網存在布點多、運行成本和運維人員成本高的問題。而基于軟交換的體系結構由集中的MSC服務器/軟交換機與分布的媒體網關組成，呼叫控制與話音處理/交換是分開的，媒體網關可以布設在提供最大價值的地方，復雜的呼叫控制被集中在一起。通過部署分布式交換，可以實現靈活的組網方式，可以有效地解決傳統組網模式中容量、覆蓋和路由迂回的矛盾，便于進行集中維護和管理，有利于降低建網成本和運維費用。 (2)開放智能業務不需對所有核心網網元升級 在2G、2.5G中，由于MSC是單個網元，無論是業務功能升級/部署還是媒體交換能力升級都需要升級MSC。經過升級的MSC要把呼叫控制移交給移動智能網(IN)節點——業務控制點SCP，由SCP執行業務邏輯。這樣導致業務提供成本高，MSC實時處理代價高，軟件成本高。而在軟交換的3GPPR4架構中，媒體網關和MSC服務器的分離使得它們各自可以獨立的進行工程實施、擴容和布局。由于業務升級遠多于媒體交換能力升級，而采用軟交換后，R4中的MSC服務器數量遠小于媒體網關的數量，這將帶來大量軟件升級費用的節省。 4、移動軟交換的功能移動軟交換是多種邏輯功能實體的集合，提供綜合業務的呼叫控制、連接以及部分業務功能，是3GPPR4及以后階段軟交換系統核心網中的電路域實時語音/數據業務呼叫、控制、業務提供的核心設備。其主要功能包括以下幾個部分： (1)移動性管理功能 主要完成切換(包括UMTS系統內、GSM系統內以及GSM與UMTS系統間的切換)、登記和移動臺去話功能。還具有VLR功能，包括用戶數據管理、位置登記、鑒權、提供MSRN、VLR恢復、切換號碼分配、TMSI分配、清除、SuperCharger功能。 (2)安全保密功能 支持用戶鑒權、TMSI使用和用戶信息加密。 (3)呼叫控制和處理功能 移動交換服務器可以為基本呼叫的建立、維持和釋放提供控制功能，包括呼叫處理、連接控制、智能呼叫觸發檢測和資源控制等;接收來自業務交換功能的監視請求，并對其中與呼叫相關的事件進行處理;支持基本的兩方呼叫控制功能和多方呼叫控制功能。 (4)其他功能 包括協議處理、互通、資源管理、計費、認證與授權、號碼分析/地址解析、媒體控制等。 5、軟交換在3G核心網中的應用3G制式有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三種。在這三種制式中，WCDMA和TD-SCDMA的標準由3G標準化組織3GPP制定，CDMA2000的標準由3G標準組織3GPP2制定。

UMTS及TD-SCDMA較好地考慮了對GSM系統的兼容，成為我國GSM運營商的首選標準，可采用兩者之一或混合組網方式。由于兩者分別基于FDD及TDD模式，因此在應用上各有所長、各有所用，是互存、互補的關系。 核心網標準主要有基于GSMCCS7和ANSI-41兩種核心網。一般情況下，WCDMA和CDMATDD對應于GSMCCS7核心網，CDMA2000對應于ANSI-41核心網，但目前的標準允許任何無線接口同時兼容兩個核心網，這樣可以通過在無線接口上定義相應的兼容協議來接入不同的核心網。 GSM交換網向3G核心網的演進。3GPP組織主要負責制定基于GSM的核心網、以WCDMA和CDMATDD為無線接口的標準，到目前為止已經有四個版本，即R99、R4、R5和R6，這里著重討論核心網部分。 5.1R99網絡結構 R99是比較成熟的版本，其無線接入部分采用全新的3G接入網(RAN)，核心網則在MSC+GPRS的網絡基礎上演進可以看出，R99核心網類似于目前GSM交換子系統與GPRS交換子系統的疊加，包括GSM電路交換部分及分組域部分，分別用于支持話音業務及數據業務，完全體現了2G向3G平滑過渡的思想。不同的是，由于無線部分引入了可實現3G業務的無線網，核心網采用新定義的Iu接口與3G無線網相連，包括支持電路交換的Iu-CS和支持分組交換業務的Iu-PS兩部分。相對于GPRS，R99增加了服務級別的概念，提高了分組域的業務質量保證能力，增加了帶寬;在系統能力方面，目前除了支持GSM/GPRS提供的所有業務以外，還支持下行速率為384kb/s的數據業務;在業務方面，智能網規范提出了支持能力級CS2的CAMEL3。這種組網方式可以延用原有核心網設備，增加無線接入網即可實現3G業務，極大地保護了運營商的現有投資，有利于運營商迅速開展3G業務。 5.2R4網絡結構 與R99版本比較，R4的無線接入網網絡結構并沒有變化，只是改進了一些接口協議特性以提高系統性能。核心網電路域變化較大，引入了軟交換的概念，將控制和承載分開，原來的MSC變為MSC服務器和媒體網關MGW，話音通過MGW由分組域來傳送。 可以看出，R4核心網已由TDM中心節點交換型演進為典型的分組話音分布式體系結構，網絡采用開放式結構，業務邏輯與底層承載相分離，話音分組化，由包方式承載。由于電路域的這種變化，相應的在七號信令的承載方面也提出了新的方案，即基于ATM和IP的方案，七號信令的移動應用協議MAP和CAP也可以通過分組網絡來傳送，為核心網向全IP的演進邁出非常關鍵的一步。R4的組網方式在技術先進性及建設成本上都有很大優勢，其采用全新的協議與技術。但是，運營商選擇R99網絡向R4升級時，只需要對電路域進行升級，可以保留R99無線部分和分組域并保持原有組網方式，3GPP規范良好的向后兼容性支持R4以至于R5的無線接入網都可以和R99的電路域很好地配合。 5.3R5網絡結構 R5版本是全IP(或全分組化)的第一個版本，在無線接入網方面，提出了高速下行分組接入HSDPA技術，在核心網方面，最大的變化是在R4的基礎上增加了IP多媒體子系統(即IMS系統)，它和分組域一起實現實時和非實時的多媒體業務，并可以實現與電路域的互操作。在R5中仍然保留電路域并實現與IMS的互操作主要是保護運營商的R99的網絡投資。全IP的組網方式是網絡演進的趨勢，IMS是R5的新增部分，圖3是IMS域的配置。 IMS的主要功能實體包括：呼叫控制服務器(CSCF)、媒體網關控制服務器(MGCF)、IM-MGW、MRF以及BGCF等，CSCF的作用是完成入呼叫網關功能，呼叫業務觸發功能和路由選擇功能，是最主要的軟交換控制實體，是整個網絡的核心，支持SIP協議處理SIP會話。P-CSCF是UE接入IMS系統的入口，實現了在SIP協議中的Proxy和UserAgent功能;MGCF的作用是根據被叫號碼和來話情況選擇CSCF，并完成PSTN和IMS之間呼叫控制協議轉換，以及控制IM-MGW媒體通道的呼叫狀態;IM-MGW的功能與CS-MGW的功能類似，與MGCF一起完成資源控制，以及通過回波消除器和碼轉換器，實現媒體轉換和幀協議轉換功能;MRF分為多媒體資源功能控制器(MRFC)和多媒體資源功能處理器(MRFP)，分別進行完成媒體流的控制和承載功能;BGCF的主要作用是在與PSTN通信時，完成信令轉發功能。 5.4R6網絡結構 R6版本核心網在R5IMS基礎上提出的網絡框架基本沒有改變，只是將PDF(PolicyDecisionFunction)從P-CSCF中分離出來，二者之間的接口定義為Gq接口。在QoS方面，3GPP已經定義了端到端的QoS概念和框架結構，具體到IMS的QoS問題主要集中在Gq接口和Go接口(GGSN和PDF之間的接口)，QoS策略基于SIP會話中請求的參數，端到端的QoS要求則分段映射到網絡的各個層面。R6在功能上更加完善，能夠支持OMA提出的新業務，同時在網絡上，在互通和兼容性上進一步增強，主要研究控制(Gq接口)、WLAN接入、IMS到CS域的互通、IMS到PS域的互通、Presence等新業務，并在IETFSIP協議的基礎上對協議進行了擴展。 不論是現在商用的還是正在試驗的(CDMA2000/WCDMAR99/R4/TD-SCDMA)3G標準都不是基于全IP的網絡，比如CDMA2000是基于ANSI-41;WCDMA99/TD-SCDMA是基于傳統的GSM、R4軟交換的承載和控制分離方式，而直到R5引入了IMS才實現全IP的核心網。顯然全IP的核心網絡也是3G發展的方向，采用基于全IP的核心網不但可以與無線接入方式獨立地發展，還可以支持包括Wi-Fi、WiMAX、WCDMA等多種無線接入方式。在3G的R6中已經開始把WLAN和3G一同考慮了。Wi-Fi/WiMAX和3G不同的承載特性(吞吐量、延時QoS、對稱性等)為用戶享受語音、數據、多媒體業務提供更多的接入方式選擇;它們可通過共用開放的業務平臺融合不同的業務引擎實現網絡間互通;根據網絡服務區內的性能，用戶可以手工或者自動選擇接入那個網絡;支持WLAN和3G網絡的運營支撐系統，可以對雙網實現統一的運營管理、計費、甚至用戶身份認證，最大限度降低網絡建設、維護成本。 Wi-Fi/WiMAX的市場目標是成為寬帶無線接入城域網技術，基本目標是要提供一種城域網領域點對多點的多廠商環境下可有效地互操作的寬帶無線接入手段，以實現滿足3G標準的以無線廣域網WWAN為基本模式、以公眾語音及多媒體數據為內容、在全球范圍內漫游的個人手機終端的基本市場定位。Wi-Fi/WiMAX也可以作為3G無線廣域/城域、多點基站互聯支持手段的補充。 未來無線通信領域的一個發展趨勢是移動網絡和固定網絡的融合。因此人們又提出更高的發展目標那就是4G。4G系統應能實現全球范圍內多種移動網絡和固定網絡間的無縫漫游和切換，構筑一個移動網絡和固定接入網的融合體，實現與WLAN/WiMAX無縫連接。4G的無縫特性，包含系統、業務和覆蓋等多方面的無縫性。其無縫性指的是用戶既能在WLAN中使用，也能在蜂窩系統中使用;業務的無縫性指的是對話音、數據和圖像的無縫性;而覆蓋的無縫性則指4G系統應該能向全球提供業務。

6、結論總之，移動軟交換提供分層的網絡架構，使不同的功能層的發展更加靈活，并可實現無縫的多網絡訪問。除此之外，移動軟交換作為國際標準，確保了新技術的前后兼容性。隨著時間的發展，軟交換將逐漸發展成為通用的、高可用性的網絡架構，集成對VoIP和傳統語音服務的支持，并為移動網絡向全IP演進做好了準備。 移動軟交換支持業務網絡平臺的統一，讓人們從移動技術的進步所帶來的興奮中去盡情地開發、體驗各種便捷移動新業務，移動軟交換將移動網絡從過去支撐單一或簡單窄帶移動業務的平面模式發展到承載多業務融合，將移動網絡向多媒體網絡的高級階段邁進，這是一個從量變到質變的飛躍。這是一個跨越式發展，這是核心網絡建設的一個里程碑，它標志著基于IP的R4架構的移動軟交換網絡已經完全成熟。移動軟交換技術不僅能充分滿足對現有2G、2.5G網絡的革新需求，更面向下一代網絡建設與運營的要求，可打造兼容現網且面向未來全IP網絡的移動核心網。

關鍵詞： 軟交換技術 網絡架構 HSDPA