在移動核心網中引入軟交換是必然選擇

2019-11-05 02:02:48

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供稿：網友

　　1、軟交換的基本思路和發展現狀

軟交換是下一代網的交換技術，曾經有過多個名稱，如呼叫服務器、呼叫代理、媒體網關控制器等。其基本思路是基于新的網絡功能模型分層，把呼叫控制功能(包括服務控制功能和網絡資源控制功能)與傳送功能分開，形成一個基于軟件的分布式交換/控制平臺。

實際上，軟交換是在Voip體系中把呼叫控制功能從媒體網關中分離出來，通過服務器上的軟件實現基本呼叫控制功能的產物。軟交換主要完成媒體網關接入功能、呼叫控制功能、業務提供功能和互連互通功能。各實體之間通過標準的協議進行連接和通信，可以在網上更加靈活地提供業務，實現業務融合和業務轉移。軟交換非常適用于不同網絡并存互通的需要，也適用于從電路交換話音網向多業務多媒體IP網的演進。

軟交換概念出現于上世紀末，由于網絡泡沫等因素的影響，一直未形成有規模的市場。直到2003年市場才開始看好。這一方面因為世界電信業開始復蘇，走向下一代網的步子又開始邁動；另一方面是因為軟交換帶給新老運營商的好處日益明顯，用軟交換取代傳統程控交換機逐漸形成共識。2003年全球軟交換設備的銷售額比上年增長42.4%，達到1.7億美元。預計到2008年全球軟交換市場將達到20.5億美元?，F在，部署軟交換的跨國運營商、傳統運營商、新運營商和移動運營商越來越多。軟交換設備的制造商不僅有傳統的交換機制造商(如Nortel、愛立信、西門子、華為等)，還包括路由器制造商(如Cisco)和下一代網設備制造商(如CopperCom、MetaSwitch和Sonus Networks)。軟交換市場的競爭開始加劇。

軟交換的主要優勢體現在成本和能力上。例如，新的運營商如用軟交換建網，可利用軟交換的成本優勢參與住宅用戶市場的競爭；原有運營商可以利用軟交換以數據為中心的特點來贏得那些想從傳統PBX轉向話音/數據綜合LAN的企業用戶。軟交換還可以提供PSTN不能提供的新特點，例如答應用戶使用Web接口來選擇呼叫目的地。軟交換大大降低了小通信公司進入市場的門檻，日本的Softbank和美國的Vonage都是利用軟交換經營VoIP非常成功的小公司。它們的成功引起了傳統通信公司對軟交換的重視。例如，文萊的傳統電信公司JTB采用華為的設備于2003年把其整個PSTN網轉換為基于軟交換的網。原來的41部電路交換機現在簡化成了兩部軟交換機(其中一部還是備用)和13個媒體網關。把公司一年的運行成本從250萬美元減至50萬美元。2004到2005年是許多運營商對軟交換的決策年。

2、軟交換同樣適用于移動核心網

早在上世紀90年代末就有人提出在第三代移動通信系統中引入移動服務器(即后來的軟交換)的設想，如圖1所示。進入21世紀后，整個電信網走向IP，固定網與移動網融合的趨勢越來越明顯，移動網同樣要從PSTN向IP網過渡，面臨與固定網相同的問題。因此，3GPP在制定WCDMA R4規范時正式把軟交換概念引入移動核心網是完全合乎邏輯的，有利于與固定網的融合。

在移動核心網中引入軟交換是必然選擇（圖一）

圖1　把軟交換引入移動網的設想

在R4版本中，雖然核心網仍是基于ATM的，但它規范了基于軟交換的體系結構，移動交換中心(MSC)被分解為MSC服務器(軟交換機)和媒體網關。前者提供傳統MSC的呼叫控制部分，后者提供傳統MSC的交換部分。圖2所示為R4的信令平面和用戶平面。圖中媒體網關完成把話音業務從分組核心網交換到傳統電路交換PSTN的工作。軟交換機通過標準的控制接口利用媒體網關控制(Megaco)協議來控制媒體網關。從表面看，移動軟交換機與用于固定網5類機的軟交換機一樣，但是移動軟交換機的軟件程序必須符合WCDMA的規范，提供控制無線接入網(RAN)和移動用戶的必要功能。由此增加的復雜性也必須服從基于標準的協議和流程，如CAMEL觸發器、用戶信息治理(SIM)流程、與原籍位置寄存器(HLR)的通信、與其它MSC的訪問位置寄存器(VLR)的通信等。這附加的復雜性使移動軟交換機比固定軟交換機復雜得多。

在移動核心網中引入軟交換是必然選擇（圖二）

圖2　R4的信令平面與用戶平面

同樣，在cdma2000的核心網中將來也要引入軟交換。當它在向全IP網的過渡中，核心網的體系結構也將遵照3GPP R5 IP網絡模型，由MSC服務器、媒體網關和信令網關組成。

3、移動軟交換的特點和好處

在向3G的過渡中，在移動核心網中引入基于軟交換的體系結構將給移動運營商帶來許多好處。軟交換的主要特點包括：

(1)分布式交換

傳統電路交換網利用集中的MSC在RAN和PSTN之間完成話音交換。由于運行成本和運維人員成本高，運營商都建大型集中的MSC，其代價是要建來自各城市RAN的回程話音電路。由于多數呼叫是本地的，這就造成電路加倍，從本地RAN到MSC，又從MSC到本地PSTN，如圖3左所示。圖3右所示的是基于軟交換的體系結構，它由集中的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，運營商可以明顯降低回程費用。

在移動核心網中引入軟交換是必然選擇（圖三）

圖3　傳統集中交換控制與分布交換集中控制的比較

利用基于軟交換的分布式體系結構的另一主要好處是話音業務和GPRS數據可以共用核心網。運營商只需一個網即可，而不是像2.5G那樣需要兩個網。

(2)開放智能業務不需對所有MSC升級

移動運營商利用移動智能網(IN)開放基于標準的業務。用于移動IN的GSM標準是移動增強邏輯定制應用(CAMEL)。北美CDMA與TDMA也在對無線智能網(WIN)進行標準化。雖然當前許多業務(如預付費業務等)是利用IN協議的專有擴充來提供的，但是想把這些業務延伸至漫游者就需要實施基于標準的CAMEL & WIN業務。CAMEL和WIN兩者都使用集中的智能網節點，叫業務控制點(SCP)。經過升級的MSC在某些點上要把呼叫控制移交給SCP，由SCP執行業務邏輯。當部署新業務時，運營商必須對所有的MSC進行升級，安裝觸發器。這樣做的缺點是：

◆業務提供成本高，因為要對每一MSC進行升級，費錢費時；

◆MSC實時處理代價高，因為所裝CAMEL觸發器可能占據MSC處理能力的5%-20%，這意味著與沒裝觸發器的MSC相比，每MSC將少支持5%-20%的無線用戶，這是很大的代價；

◆軟件成本高，因為MSC軟件升級也需相關費用；

◆業務投放市場時間長，因為在傳統電路交換MSC上開發軟件需要時間長。較好較經濟的辦法是把這些觸發器卸下來，放到軟交換機上去。由移動終端始發/終接的呼叫通過軟交換機而選路，軟交換機將基于所裝的觸發器對SCP發起詢問。由于觸發器集中裝在軟交換機中，從而減輕了MSC的負擔。利用軟交換結構可開放的智能業務包括無線號碼攜帶、號碼共用、預付費漫游、長途免費業務等。

(3)通過軟交換利用基于IP的服務平臺來開放業務

國際軟交換論壇應用工作組制定了一種應用框架，在此框架中，軟交換機可以使用SIP或LDAP來接入基于IP的應用服務器，獲得服務。這些IP使能的服務平臺其工作方式與SCP相同，但它們的成本低很多，而且更加靈活。一旦數據庫被移到更現代的平臺，軟交換機可以利用SIP或LDAP來對它們進行詢問。

由于上述特點，軟交換給移動運營商帶來如下好處：

◆降低投資和維護成本

◆高效靈活；

◆開放性；

◆有利于固定與移動核心網的融合。

4、在移動軟交換之后

目前在國際上，融合正在成為電信業的主旋律。技術趨于融合、網絡趨于融合、業務趨于融合。其實，融合的想法早在上世紀90年代中后期就已提出，先是三網融合，后是固定網與移動網的融合(FMC)。2000年，筆者曾著文寫道：“為了實現真正的個人通信，使用戶不論在固定環境中，還是在移動環境中都能享受到相同的服務，獲得相同的應用，固定通信網與移動通信網也將走向綜合，融為一體。固定網與移動網的融合應從核心網開始，逐漸擴展到邊緣，把各種速率的數據流通過接入節點提供給用戶，從而把固定網與移動網的功能通過IP這一粘合劑融合在一起?！?

但當時由于技術和標準不具備、市場不明朗以及后來的網絡泡沫等原因，固定網與移動網的融合并沒有真正搞起來。然而，2004年在國際上FMC成為NGN的研究重點，提出了基于IMS(IP多媒體子系統)實現FMC的NGN架構。ITU－T、ETSI都把FMC放在了NGN標準化工作的核心位置。短短幾個月來，IMS取得了很大進展，標準化工作一直在往前推進，設備商、運營商相繼公布基于IMS的策略。2004年NTT、英國電信、韓國電信、巴西電信等運營商成立“FMC聯盟”，旨在推廣固定電話與移動通信的聯合經營模式。2005年2月在法國嘎納剛舉行不久的3GSM大會上，IMS成為最引人注目的一個話題。

所謂基于IMS的NGN架構是對3GPP規范中的IMS(IP多媒體子系統)特性進行修訂補充，使其成為基于SIP的通用平臺，可以同時支持固定和移動的多種接入方式(WiMax、Wi-Fi、3G、FTTx等)，實現固定網與移動網的融合。IMS定義了三層結構(如圖4所示)，控制層基于SIP，與下面的傳送層和上面的業務層之間具有開放的接口，答應運營商采用單一的核心網，橫跨固定網與移動網提供VoIP、多媒體消息等基于SIP的業務。IMS符合NGN把呼叫控制與傳送分離的要求，是軟交換的延伸，在軟交換的基礎上對控制功能作進一步分離。目的是形成一個更加高度靈活的通信平臺，不僅可以實現人到內容(客戶機/服務器)多媒體通信，而且還可以實現人到人(端到端)的IP多媒體通信，如圖5所示。FMC把有線和無線的技術與業務集成在一起，形成一個單一的網絡基礎，這使電信運營商可以利用所有各種類型的業務來吸引其全部潛在用戶。實現FMC后，固網運營商不再受限于陸地固定網，而移動運營商將能夠使用最可靠的網絡資源去滿足移動用戶日益增長的需求。

在移動核心網中引入軟交換是必然選擇（圖四）

圖4　IMS分層結構

在移動核心網中引入軟交換是必然選擇（圖五）

圖5　基于IMS的通信方式

基于IMS的FMC在經歷一度質疑之后，現在得到越來越多的認同，尤其是得到固網運營商的認同。網絡分層原則的普遍接受以及ITU對IMS的接納是一個要害的轉折點。現在業界普遍認為它是未來核心網的發展方向。從目前來看，2006－2007年將是FMC技術和業務發展的要害時期。FMC從理論走向實踐的整個過渡時期也許要10年以上。在核心網，固定技術與移動技術的界線有人估計大約在2010～2012年期間被打破，主要表現為向全IP網過渡，在全IP網中，固定網和移動網邊界上的核心子系統均相同。而接入網即便在網絡核心實現FMC之后仍可能包括多種技術，因為接入網是一個技術多變的領域。但設備供給商之間的競爭以及新老業務提供商之間的競爭將推動接入網的FMC。

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