移動軟交換的技術標準和演進過程

2019-11-05 02:34:40

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　　一、引言
　　當數據業務逐漸取代話音業務成為主要的收益來源時，向以數據為主的分組網絡演進不可避免。由于話音仍是一種重要的業務，要求下一代網絡必須根據不同業務的要求提供相應的QoS保證。因此，形成了網絡技術向NGN網絡演進的主要推動力。
　　
　　軟交換是下一代網絡的核心技術，其基本思想是呼叫和承載分離。軟交換最開始提出的出發點是基于將現有的電路交換網逐步地向ip網過渡，并替代傳統的電路交換網。同時，為IP電話提供更多的業務，使IP網獲得與傳統的電路交換網所能提供的相同的業務。
　　
　　二、軟交換技術的概述
　　固網NGN的軟交換技術現在基本上按兩條技術路線來發展：一條是將傳統電路交換領域的業務移植到分組承載網上來實現。另一條是全新的基于全IP的多媒體業務系統。對于第一條路線，傳統電信業務從專用TDM承載向統一的共享式IP/ATM多業務傳輸網絡轉移，并且在維持用戶接入方式不變的前提下借助接入網關完成網絡層業務傳輸的分組化。原電路交換網絡設備被劃分為物理上獨立的控制面軟交換和承載面媒體網關兩個部分，而PSTN/ISDN/PLMN最終用戶基本感覺不到業務特性及接入方式的變化。
　　
　　對于全新的基于全IP的多媒體業務系統，實現了真正端到端的IP業務特性，并且引入了包括話音在內的全新實時多媒體應用。用戶以SIP/H.323分組終端的方式接入軟交換網絡。網絡體系結構及業務的提供方式(如SIP方式)完全不同于傳統電路交換網。而UMTS移動領域的3GPP R4及R5兩個階段，正好與上述軟交換發展的兩條技術路線相對應。
　　
　　三、移動網的下一代核心網電路域
　　1.3GPP電路域核心網
　　
　　軟交換在3GPP核心網的應用主要在兩個方面：即電路域和IMS子域。3GPP的R4中，電路域核心網引入了控制和承載分離的網絡結構(見圖1)。]
　　　移動軟交換的技術標準和演進過程（圖一）

　　圖1　3GPP電路域核心網
　　在移動交換服務器核心網的電路域中，可以使用承載獨立的方式支持不同的傳輸層，如IP，ATM或TDM。電路域核心網主要由MSC Server，GMSC Server和MGW組成。
　　
　　(1)移動交換服務器(GMSC Server和MSC Server)是UMTS移動通信系統中電路域核心網向分組交換方式演進的核心設備，它獨立于底層承載協議，主要完成呼叫控制、媒體網關接入控制、移動性治理、資源分配、協議處理、路由、認證、計費等功能，并向用戶提供3GPP R4階段的電路域核心網所能提供的業務，以及配合智能SCP提供多樣化的第三方業務。
　　
　　(2)媒體網關(MGW)，是將一種網絡中的媒體轉換成另一種網絡所要求的媒體格式。媒體網關能夠在電路交換網的承載通道和分組網的媒體流之間進行轉換，可以處理音頻、視頻，能夠進行全雙工的媒體翻譯，可以演示視頻/音頻消息，實現其它IVR功能，也可以進行多媒體會議等。
　　
　　GMSC Server和MSC Server通過Mc接口控制MGW。GMSC Server和MSC Server之間通過Nc接口連接。MGW之間通過Nb接口連接。其中：
　　
　　(1)Mc接口：為MSC Server與MGW之間的接口，主要功能是媒體控制。使用基于H.248的呼叫承載控制協議。協議內容包括3GPP29.232，H.248，MeGaCo和Q.1950。
　　
　　(2)Nc接口：為MSC Server與(G)MSC Server之間的接口，主要解決的是用控制和承載分離的方式解決移動ISUP的呼叫控制。使用呼叫控制與承載相分離的呼叫控制協議，如BICC，SIP-T。
　　
　　(3)Nb協議：為MGW之間的接口。主要功能是使用ATM或IP的方式承載電路域的業務，包括話音和電路域的數據承載業務。使用分組交換方式對3GPP電路域的承載協議。Nb接口的主要內容包括3GPP29.415。
　　
　　2.3GPP2電路域核心網
　　
　　3GPP2定義的下一代核心網絡包括LMSD和MMD兩個部分，其中LMSD是為了利用軟交換結構的交換網絡向用戶提供電路域業務而定義的，MMD則是與3GPP定義的全IP相對應的網絡。在3GPP2中，對cdma2000網絡的傳統移動電路交換域向全IP演進的方式進行了定義(見圖2)。
　　　移動軟交換的技術標準和演進過程（圖二）

　　圖2　cdma2000的LMDS全IP演進
　　(1)LMSDS需要支持的接口
　　
　　網絡中引入了LMSDS實體、媒體網關(MGW)和媒體資源功能處理實體(MRFP)。LMSDS實體包括原LMSD中的HLR，MSC和SCP功能，分別稱為HLR模擬器(emulation)、MSC模擬器(emulation)和SCP模擬器(emulation)。LMSDS的功能主要包括傳統電路域業務的控制和治理，并且需要支持ANSI-41網絡信令(MAP)，PSTN網絡信令(ISUP)，媒體網關信令(MEGACO)，MRF處理信令(MEGACO)，無線接入網絡信令(IOS-A1)和LMSDS IP呼叫建立信令(SIP-T)接口。
　　
　　(2)MGW和MRFP需要支持的接口
　　
　　MGW和MRFP主要負責各種媒體流的承載和處理，并且提供電路域業務需要的各種信號資源。需要支持的接口有：
　　
　　•媒體網關與RAN之間的話音承載接口：IOS-A2；
　　
　　•媒體網關與RAN之間的電路域數據業務承載接口：IOS-A5；
　　
　　•媒體網關與PSTN之間的承載：TDM；
　　
　　•LMSDS與媒體網關之間的信令：MEGACO；
　　
　　•LMSDS與媒體資源功能處理實體之間的信令：MEGACO；
　　
　　•媒體網關之間的IP承載。
　　
　　四、協議和功能
　　1.BICC與H.248
　　
　　BICC協議是一個承載與呼叫無關的協議。它的協議模型中將承載控制和呼叫控制兩種功能分離，呼叫控制只負責業務流程的實現，和具體的承載類型無關。SIP-T與3G電路域業務兼容能力強，但目前僅支持IP用戶面承載，而SIP協議目前也僅支持在IP上承載。
　　
　　BICC因其體系制定的完備性，充分考慮了RTP/IP，ATM AAL2/AALl，TDM，MPLS等方式進行多種電路域業務承載網組建方式的需求，對于目前廣域IP QoS機制尚不成熟的情況，具備條件的運營商可能會選擇首先組建ATM或TDM承載話音業務流，造成多種承載類型網絡共存的局面，而目前僅有BICC可以完成控制面與ATM，IP類承載的兼容支持及交互。BICC真正作到了將呼叫控制邏輯與承載相關的承載控制邏輯的完全分離，承載控制邏輯(如Q.AAL2)直接在MGW間執行或(IPBCP)通過隧道方式在MGW間代理透傳，確保了承載模式的變化更新對軟交換的業務邏輯影響最小。
　　
　　在ISUP消息中，通常會有一個電路識別編碼(CIC)作為參考，用來指示此消息用于哪個物理信道。假如傳輸和控制是分離的，呼叫獨立于傳輸，ATM或IP就沒有指定信道，不能使用CIC來指定傳輸信道。為了解決控制與承載分離的問題，ITU-T的方案是修改ISUP，克服ISUP的限制，使得傳輸網絡真正變成與控制獨立。標準化的結果就是ITU-T的承載獨立呼叫控制(BICC)協議。BICC的主要思想是承載控制和呼叫控制兩種功能分開：呼叫控制只負責業務流程的實現，和具體的承載類型無關；而承載控制是在傳統ISUP協議的基礎上，去掉了和具體承載有關的消息和參數，增加了APM消息和APP參數，能夠對多種的承載類型進行控制。APM(application Transport Mechanism)提供了傳送承載連接建立所需BICC專用信息的手段。
　　
　　BICC在3GPP R4電路域的功能主要解決在控制和承載分離的方式下提供移動ISUP的呼叫控制。BICC可以被用在承載任何分組網絡的環境中，如ATM，IP，TDM或其它技術。ITU已經定義了兩種版本：
　　
　　(1)BICC能力組1(CSl)。CSl是BICC的第一個版本。在2000年完成(ITU-T Q.1901系列)，CSl支持窄帶ISDN業務在ATM傳輸層上傳輸，它的網絡模式假定呼叫控制和承載控制沒有物理分開，它假定MGC和MGW是集成在一個節點中，對水平化集成的網絡來說，這是很大的一個限制。
　　
　　(2)BICC能力組2(CS2)。為了克服CSl的限制，ITU在2000～2001年間完成了BICC CS2(Q.1902系列)。CS2增加的最重要的內容是在網絡模型中包括了本地交換機，MSC，TSC和GMSC。將呼叫控制和承載控制物理分開，并支持IP作為承載技術
　　
　　控制服務器為了能在分層網絡中控制遠端的MGW，使用了GCP(網關控制協議)。GCP可用來控制承載的建立，控制MGW中的資源，如回聲抑制器、編解碼器和語音通知機等。機等。IETF與ITU-T合作開發了GCP協議，ITU-T將GCP稱之為H.248，而IETF稱之為媒體網關控制協議(MEGA-CO)。盡管兩個標準化組織各自給了GCP協議不同的名字，但它們的內容是完全一樣的。
　　
　　H.248工作在主從模式，并定義了連接模型，連接模壟中有終結點、流以及關聯(上下文)。終結點是出/入分組網絡的媒體流的連接，它答應信號應用到媒體流上，如發送忙音，也答應從媒體流中接受發生的事件，如收到DTMF信號。關聯則是將終結點上媒體流混合并橋接在一起，并描述媒體流之間的關系。在呼叫建立過程中，網關控制協議通過命令建立終端，描述終端的屬性，控制在MGW中的資源。
　　
　　2.TFO與TrFO
　　
　　TFO(Tandem Free Operation)是一種帶內的通信協議。TrFO(Transcoder Free Operation)是一種帶外的Transcoder控制協議。
　　
　　(1)TFO
　　
　　TFO是一種基于目前GSM網絡中使用的方法，由于UMTS將語音編碼變換點從BSC移到了核心網MGW，TFO在UMTS中使用需要一些修改。TFO是在呼叫建立之后對使用的編解碼進行協商，使得手機到手機的呼叫可以避免在發端側和收端側進行不必要的語音編解碼轉換。由于多次的話音壓縮/解壓縮處理會降低端到端話音質量，增加話音時延，TFO可以明顯提高話音質量和減少時延。TFO既可以在BICC網絡中實現也可以在傳統的TDM承載網絡中實現。整個呼叫過程中，經過Transcoder的話音通路帶有TFO幀，這些TFO幀確認在呼叫中對Codec的使用。假如需要的話，TFO答應迅速地重新激活編解碼器。這是因為即使己被關閉，但Transcoder實際上一直存在于呼叫路徑中。重新激活編解碼器在某

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