移動核心網(wǎng)步入軟交換時代
2004/09/02
2003年12月，全球第一個基于軟交換架構的商用3G網(wǎng)絡——阿聯(lián)酋ETISALAT的UMTS網(wǎng)絡放號運營；同月，香港SUNDAY也選擇軟交換架構來建設覆蓋全港的3G網(wǎng)絡；2004年3月，泰國AISGSM移動軟交換核心網(wǎng)割接入網(wǎng)；4月，中國移動選擇移動軟交換技術建設覆蓋全國的移動長途匯接網(wǎng)；7月，毛里求斯EMTEL采用R4軟交換建設3G網(wǎng)絡——“軟交換”不再只是固定網(wǎng)絡運營商的熱點，移動設備提供商和移動網(wǎng)絡運營商已將軟交換系統(tǒng)真實地推到了用戶的面前，標志著移動核心網(wǎng)軟交換時代已經來臨。
那么，移動網(wǎng)絡運營商為什么會紛紛選擇軟交換架構來建設3G和2G的核心網(wǎng)呢？為此，首先需要了解一下軟交換技術的發(fā)展歷程，在此基礎上，本文也將進一步闡明為什么說R4軟交換技術是當前移動核心網(wǎng)建設的最佳選擇。
軟交換技術發(fā)展歷程
軟交換的概念起源于下一代網(wǎng)絡（NGN），是NGN的核心技術。從狹義上講，NGN指固定網(wǎng)領域相對于傳統(tǒng)PSTN而言的下一代網(wǎng)絡，NGN的體系結構如下圖所示：
從圖中可看出，NGN網(wǎng)絡從功能上可以分為接入平面、傳輸平面、控制平面和業(yè)務平面四個平面。
接入平面。提供各種網(wǎng)絡和設備接入到核心骨干網(wǎng)的方式和手段，主要包括信令網(wǎng)關、媒體網(wǎng)關、接入網(wǎng)關等多種接入設備。
傳輸平面。負責提供各種信令和媒體流傳輸?shù)耐ǖ溃W(wǎng)絡的傳輸網(wǎng)目前可以是ATM或者IP分組網(wǎng)絡，但采用IP分組網(wǎng)絡是大勢所趨。
控制平面。該平面的主要組成部分是軟交換設備，是NGN體系中的控制核心，它獨立于底層承載協(xié)議，主要完成呼叫控制、媒體網(wǎng)關接入控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、計費等主要功能，可以向用戶提供現(xiàn)有網(wǎng)絡能夠提供的業(yè)務，并向業(yè)務支撐環(huán)境提供底層網(wǎng)絡能力的訪問接口，也是目前電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)演進的主要設備之一。
應用平面。利用底層的各種網(wǎng)絡資源為用戶提供豐富多樣的網(wǎng)絡業(yè)務。主要包括應用服務器（ApplicationServer）、策略/管理服務器（PolicyServer）、AAA服務器（AuthorityAuthenticationandAccountingServer）等。其中最主要的功能實體是應用服務器，它是軟交換網(wǎng)絡體系中業(yè)務的執(zhí)行環(huán)境。
盡管“軟交換”是目前NGN/3G討論的熱點，但是人們對它的概念仍然有些似是而非。綜合業(yè)界的看法，從廣義來講，軟交換概念是指上述以軟交換設備為控制核心的NGN，即下一代網(wǎng)絡；從狹義來講，軟交換特指位于NGN控制平面的軟交換設備。軟交換設備（softswitch），曾被稱為呼叫服務器（callserver）、呼叫代理（callagent）或媒體網(wǎng)關控制器（MediaGatewayControl），是VoIP體系中把呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關中分離出來，通過服務器上的軟件實現(xiàn)基本呼叫控制功能的產物；1999年后，軟交換設備這一名詞為業(yè)界普遍認可，成為最后的通用概念。
順應固定和移動融合以及整個電信網(wǎng)全IP化演進的趨勢，3G網(wǎng)絡的發(fā)展在很多方面應用了NGN的技術。2000年前后，3GPP在制訂WCDMAR4階段的規(guī)范時，首次把NGN領域提出的軟交換概念引入到移動核心網(wǎng)領域，而且從網(wǎng)絡結構、接口協(xié)議、業(yè)務以及業(yè)務開發(fā)各方面，3G與NGN的發(fā)展是協(xié)調一致的：在網(wǎng)絡結構方面，NGN和3G中都提出了承載和控制分離的網(wǎng)絡結構；在接口協(xié)議方面，3G網(wǎng)絡與NGN所采用的協(xié)議很多都是一致的，包括BICC協(xié)議、SIP/SIP－T協(xié)議、H.248/MEGAO協(xié)議、SIGTRAN協(xié)議；在業(yè)務方面，3G和NGN不僅提供的業(yè)務種類是相似的，例如話音和多媒體業(yè)務，而且在業(yè)務的實現(xiàn)方式上也是類似的；3G和NGN都支持開放業(yè)務接口，所以二者在業(yè)務層面上是統(tǒng)一的，架構上也是一致的，也就是說，對于相似的業(yè)務，可以同時構建在NGN固定網(wǎng)和3G移動網(wǎng)絡之上。
因此，從廣義上講，NGN包括了固定和無線領域，WCDMAR4和R5及后續(xù)階段都屬于NGN構架。軟交換技術應用于NGN固定領域時，可以稱為固定軟交換；應用于廣義NGN的3G領域時，可以稱為移動軟交換。
值得注意的是，從2003年以來，華為公司基于對軟交換技術的深刻理解，在業(yè)界首次把軟交換的技術應用到對傳統(tǒng)GSM網(wǎng)絡的改造和升級中，而且率先在海內外獲得了大規(guī)模商用。
軟交換技術的主要特點包括以下幾個方面。
降低投資和維護成本。由于軟交換設備處理能力強、容量大，對原來須采用多個MSC進行管理的地區(qū)可以集中在同一個MSCServer上進行管理，顯著降低維護成本（OPEX）。軟交換平臺中廣泛采用了分組交換和IP傳輸技術，可以大大節(jié)省傳輸資源，提高產品集成度，減少系統(tǒng)耗電量，從而降低投資成本（CAPEX）。而且對于移動軟交換設備，由一個MSCServer控制的多個MGW可以分布在與每個地區(qū)接入網(wǎng)和PSTN靠近的地方，顯著節(jié)省傳輸，降低回程費用。
高效靈活。基于TDM的傳統(tǒng)話音技術，雖然可以提供優(yōu)良的語音業(yè)務，但是每個交換節(jié)點都要完成業(yè)務的交換和信令的控制，需要較長的周期提供新業(yè)務，軟交換體系結構的最大優(yōu)勢在于將應用層和控制層與承載層完全分開，與具體的承載無關，有利于以最快的方式、最有效的方式引入各類新業(yè)務，大大縮短了新業(yè)務的開發(fā)周期。利用該體系結構，用戶可以非常靈活地享受所提供的業(yè)務和應用，運營商也可以更快地獲得收入。由于軟交換設備和MGW分離，組網(wǎng)可以非常靈活，例如，在話務量大的地方設置大容量的MGW，話務量稀少的地方則只設置小容量的MGW，然后連接到同一個MSCServer。
開放性。由于軟交換體系架構中的所有網(wǎng)絡部件之間均采用標準協(xié)議，因此各個部件之間既能獨立發(fā)展和演進，又能有機組合成一個整體，實現(xiàn)互聯(lián)互通。這樣運營商可以根據(jù)自己的需要選擇市場上的優(yōu)勢產品，實現(xiàn)最佳配置。而且軟交換設備還支持通過開放的協(xié)議或API與開放業(yè)務平臺進行交互，使其能夠間接地利用底層的網(wǎng)絡資源，從而實現(xiàn)業(yè)務與呼叫控制的分離。
有利于固定和移動核心網(wǎng)融合。固定軟交換與3GR4及其后的核心網(wǎng)結構和業(yè)務模型十分吻合，為未來網(wǎng)絡的完全融合提供了可能。
R4軟交換技術是當前移動核心網(wǎng)建設最佳選擇
眾所周知，WCDMA目前分為3GPPR99、R4、R5/R6幾個階段與版本。
R99在GSM/GPRS網(wǎng)絡的基礎上，對接入網(wǎng)部分進行了革命性的變革，由TDMA制式發(fā)展為CDMA制式，從而大大提高了頻譜利用率和數(shù)據(jù)業(yè)務的帶寬，而且也引入了能夠支持小區(qū)呼吸的AMR語音編解碼技術。
R4在R99的基礎上對電路域進行了徹底的改造，引入了NGN中首先提出的軟交換技術，將控制與承載面分離，信令與話路都引入了分組技術。
分離構架的引入，使得網(wǎng)絡結構清晰合理，路由方式簡單靈活，業(yè)務提供與升級更加方便快捷，有效降低了建設成本與網(wǎng)絡運維成本；分組技術的引入，使網(wǎng)絡可以采用不同編解碼與靜音檢測技術節(jié)省傳輸，也可以采用TrFO技術減少語音編解碼次數(shù)從而提高語音質量。軟交換架構的采用，適應了將來網(wǎng)絡架構的需求，也更容易與其它各種網(wǎng)絡進行有機的融合，這為將來的基于分組網(wǎng)絡的固定語音、寬帶多媒體和新的增值業(yè)務提供了堅實的網(wǎng)絡基礎。
R5/R6在原有R4分組域的基礎上疊加了一個IP多媒體域，提供了一個統(tǒng)一的基于分組的核心網(wǎng)，為將來的各種業(yè)務融合提供平臺。R5/R6更多地側重于多媒體業(yè)務的應用，與R4不是對立而是相輔相成的關系。R4的分組語音技術得到充分應用，必將為R5/R6的應用提供堅實的基礎，而且R4網(wǎng)絡中的承載網(wǎng)在R5/R6仍然可以繼續(xù)使用。R4的網(wǎng)元可以通過軟件升級支持R5/R6相關協(xié)議，例如R4的軟交換設備，即MSCServer網(wǎng)元可以很容易地通過軟件升級成為R5/R6的MGCF網(wǎng)元。
當前階段，語音業(yè)務仍然是各運營商的主要收入來源。對于新建的3G網(wǎng)絡來說，在R5/R6本身技術尚未完全成熟的前提下，網(wǎng)絡架構優(yōu)于R99卻又比R5/R6成熟可靠的R4軟交換技術是最佳選擇。它保證了新建網(wǎng)絡的穩(wěn)定運營和業(yè)務提供的方便快捷，同時又為網(wǎng)絡今后的演進發(fā)展做好了準備。進退攻守，應付自如。
同樣，R4也是傳統(tǒng)GSM運營商在對現(xiàn)有GSM核心網(wǎng)絡擴容升級時的首選。
在3G即將在全世界范圍內部署的前夜，如果仍然采用傳統(tǒng)的2GMSC設備升級或擴容現(xiàn)有設備，顯然不利于投資的保護。華為公司在業(yè)界首次把軟交換技術引入到對GSM核心網(wǎng)的擴容和升級上，使得這些采用軟交換架構的2GMSC今后只需要進行軟件升級即可作為3G時代的核心網(wǎng)網(wǎng)元，最大限度地保護了運營商的投資。
因此，在當前階段，不論移動運營商是新建3G網(wǎng)絡，還是改造老的2G網(wǎng)絡，引入R4軟交換技術都是最佳的選擇。事實上，正如本文開頭所介紹的情況，目前運營商采用軟交換架構建設3G和2G移動核心網(wǎng)已成潮流，采用軟交換架構也必將為運營商帶來豐厚的回報和最大的投資保護。
移動核心網(wǎng)已經步入軟交換時代！
中國信息產業(yè)網(wǎng)(www.cnii.com.cn)
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