软交换及其在移动通信网上的应用(上)

摘要　介绍软交换概念，软交换体系结构、网元接口协议、语音编码方式以及软交换技术特点，对移动网建设中软交换技术的选用进行讨论，最后简单阐述软交换在中国移动省际长途汇接网中的应用。

关键词　软交换　移动通信网　R4　长途汇接网

一、软交换概念及其发展历程

软交换是电路交换网向分组网演进的核心设备，是下一代网络(NGN)的重要组成部分。它独立于底层承载协议，主要完成呼叫控制、媒体网关接入控制、资源分配、协议处理、路由选择、认证和计费等功能，可以向用户提供现有电路交换所能提供的所有业务以及多样化的第三方业务。

软交换的概念是随着IP网和ATM网的发展而产生的，是下一代网络发展中采用的理念。根据软交换在网络中所处的位置和服务的终端将其分为两类，即固定软交换和移动软交换。固定软交换是指软交换设备作为现有固定电话网的下一代核心交换设备服务于固定电话用户；移动软交换是指软交换设备作为移动端局MSC服务于移动用户，可直接对HLR等进行访问，因此，移动软交换不仅具备固定软交换的功能，同时还具有移动性管理等功能。当软交换仅作为移动汇接局使用时，其功能同固定软交换。

尽管"软交换"是目前NGN/3G讨论的热点，但是人们对它的概念仍然有些似是而非。综合业界的看法，从广义上讲，软交换概念是指以软交换设备为控制核心的下一代网络(NGN)；从狭义上讲，软交换特指位于NGN控制平面的软交换设备。软交换设备(soft switch)，曾被称为呼叫服务器(call server)、呼叫代理(call agent)或媒体网关控制器(Media Gateway Control)，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。1999年后，软交换设备这一名词被业界普遍认可，成为最后的通用概念。

顺应固定和移动融合以及整个电信网全IP化演进的趋势，第三代移动通信(3G)网络的发展在很多方面应用了NGN技术。2000年前后，3GPP制订WCDMA R4阶段规范时，首次把NGN提出的软交换概念引入移动核心网。从网络结构、接口协议、业务以及业务开发等方面看，3G与NGN的发展是协调一致的。在网络结构方面，NGN和3G都提出了承载和控制分离的网络体系结构；在接口协议方面，3G与NGN所采用的协议很多都是一致的，包括BICC、SIP/SIP-T、H.248/MEGAO和SIGTRAN；在业务方面，3G和NGN不仅提供的业务种类相似，例如都提供话音和多媒体业务，而且业务的实现方式也类似，3G和NGN都支持开放的业务接口，因此，二者在业务层面和架够上均是统一的，相似的业务可以同时构建在NGN和3G之上。从广义上讲，NGN包括了固定和无线领域，WCDMA R4和R5及其后续阶段都属于NGN构架。

二、软交换体系结构

采用软交换技术的网络分为4层：边缘接入层、控制层、业务应用层和核心传送层。

1.边缘接入层

边缘接入层的功能是将用户/业务连接到软交换网络。边缘接入层的物理实体是一系列媒体网关设备(MG：Media Gateway)，完成数据格式和协议的转换，将接入的所有媒体信息流转换为采用IP协议的数据包，在软交换网络中传送。主要有以下几种网关设备：

(1)信令网关(SG)：用于与电路型交换网中的七号信令网相连，将窄带七号信令转换为适于在IP网中传送的信令。

(2)中继媒体网关(TMG)：用于与电路交换网相连，负责将电路交换网中的业务流转换为软交换网中传送的IP媒体流。

(3)综合接入媒体网关(AG或AMG)：用于直接与电话用户和PC终端连接。电话用户可直接通过用户线连接至AMG，也可通过IAD设备与PC终端一起经IP网连接至AMG。

(4)无线接入媒体网关(WAG)：用于将无线接入用户连接至软交换网中。

(5)多媒体网关(MGW)：用于将各种多媒体数据源连接至软交换网中。

(6)网络接入服务器(NAS)：用于为电话网用户和软交换网直连用户提供拨号上网业务。

2.控制层

控制层完成各种呼叫控制功能，并负责相应的业务处理信息的传送。控制层中的物理实体是软交换机(SS)，其主要功能如下：

(1)对接入层各种媒体网关的连接、信息压缩编码方式、回声抑制功能和业务流量进行控制；

(2)对基本话音业务的呼叫处理和连接控制；

(3)对数据业务的处理和连接控制；

(4)提供更高层应用接口；

(5)计费功能。

3.业务应用层

软交换网提供的多种增值业务是由业务层的各种应用服务器平台完成的。业务应用层的物理实体是各种应用服务器(AS：Application Sever)和智能网的SCP。语音增值业务，既可由智能网SCP平台完成，也可以由AS完成。数据增值业务和话音与数据融合的增值业务由AS完成。AS还提供标准接口，供第三方应用业务开发商在AS上开发各种有特色的增值业务。

4.核心传送层

传送层的任务是将软交换网各网元，如接入层的各种媒体网关、控制层的软交换机、业务层的各种服务器平台等连接起来。软交换网的各网元间，采用IP数据包传送各种控制信息和业务数据信息，因此传送层实际上就是一个IP承载网络。

三、软交换体系的网元接口协议及语音编码方式

1.SS间的接口协议

目前，SS间采用的标准接口协议底层为SCTP/IP，高层主要有BICC和SIP-T 2种。BICC协议是ITU-T制定的，主要对七号信令中的ISUP协议进行封装。SIP-T是IETF制定的，主要对SIP协议进行扩展。BICC协议对窄带话音业务的支持能力较SIP-T强，与ISUP协议的互通性比SIP-T完善和成熟。

2.SG与SS间的接口协议

SG与SS间通常采用SIGTRAN/IP接口协议。SIGTRAN的底层为传输层SCTP协议，为七号信令在TCP/IP网上传送提供可靠的连接；高层为适配层协议，目前有M2PA、M2UA和M3UA 3种。M2PA具备较为强大的IP信令网组网能力，适用于利用IP网组建与传统七号信令网功能基本相同的信令网，但对于网络结构相对简单的软交换汇接网来说，要求SS和SG均能够处理MTP3层以下的协议，要求较高，所以优势较小。M2UA协议对SG的处理能力要求较低，但对SS的处理能力要求相对较高，适用于SS通过SG直接与TDM交换机设置信令链路的组网模式，无法做到网络级备份。M3UA协议在网络组织上具有较大的灵活性，SG既可以工作在信令转接点模式，也可以工作在信令代理模式；工作在信令转接点方式时，M3UA具备M2PA协议的优点。

3.TMG与SS间的接口协议

TMG与SS间的协议主要有MEGACO/H.248和MGCP 2种。MEGACO/H.248由IETF和ITU联合开发，结构简单、功能强大、扩展性好，允许在呼叫控制层下建立多个分区网关。MGCP协议是MEGACO/H.248之前的版本，其灵活性和扩展性较MEGACO/H.248差，同时在厂家支持方面也不如MEGACO/H.248协议。

4.TMG的语音编码方式

TMG在IP网上的语音编码方式目前主要有G.711、G.729、G.723.1 3种，G.711的编码比特率为64kbit/s，G.729的编码比特率为8kbit/s，G.723.1的编码比特率为5.3或6.3kitb/s。在不考虑IP网传输丢包、时延的前提下，3种编码方式的话音质量相差不大，但如果在IP网传输过程中发生丢包，则G.711编码方式的话音质量明显优于G.729和G.723.1编码方式，而G.729与G.723.1的话音质量相差不大。从传输带宽资源的占用方面看，G.729编码方式对传输带宽的占用仅为G.711编码方式的1/8，而G.723.1比G.729节省的传输带宽有限。因此，对于64kbit/s承载类业务，SS控制TMG采用G.711编码方式；对于普通话音业务，SS能够根据IP承载网络的资源情况，动态控制TMG采用G.711或G.729编码。在IP网资源较为充裕的情况下，优先选用G.711编码方式；当IP网资源较为紧张时，选用G.729编码方式。