3G软交换技术与应用探讨

摘要 　首先概述了软交换技术，介绍了3GPP软交换技术的发展历程；然后着重探讨了3GPP R4软交换在MSC Server与MGW中的应用。比较了3GPP软交换与NGN的异同点；最后展望了3G软交换技术的未来。

关键词 　软交换技术　3G软交换　NGN技术

1、软交换概述 

软交换技术是在IP电话的基础上逐步发展起来的一门新技术。其主要设计思想是承载与控制分离，各实体间通过标准协议进行互联和通信，以便在网上更加灵活地提供业务。国际上从事软交换标准研究的组织主要有ITU-T、ETSI、IETF、3GPP。1999年5月成立的国际软交换协会(International SoftswitchConsortum，ISC)目前已有近180个成员，大多数世界知名的电信设备制造商和电信运营商都是该协会成员。它的成立加快了软交换技术的发展步伐。它制定的软交换相关标准和协议受到IETF、ITU-T等国际标准化组织的重视。经过几年发展，软交换技术在标准化和产业化方面均取得了很大进展，一些协议如H.323、MGCP等已逐渐完善，BICC、SIP/SIP-T等新协议已相继推出。我国的无线通信标准化组织CWTS也正在出台3G核心网中的软交换设备技术的一系列规范。在众多制造商和运营商的共同推动下，软交换产品逐步趋于成熟，功能日益丰富，性能逐渐稳定，标准化工作正稳步推进，软交换技术正走向市场。

2、3GPP软交换技术的发展历程 

3GPP组织自1998年12月成立以来，一直致力于基于WCDMA的技术规范的制定和完善。目前，它已经制定的规范包括R99、R4、R5及R6等。

3GPP在R4开始引入软交换，提出了与承载无关的电路交换核心网(BICN)，其中最主要的是将原来电路域中的MSC分离为MSC服务器和媒体网关，实现承载和控制分离。

WCDMA软交换的演进主要分为R4 Softswitch和R5 IM两个阶段。

(1)R4 Softswitch阶段。这个阶段主要包括：CS域的分组化；主要用于演进CS域的基础结构，继承以前的CS业务；主要协议有BICC+H.248。

(2)R5 IM阶段。这个阶段主要包括：在CS域、PS域之外新增加IM域(多媒体域)；主要用于提供新业务；主要协议有SIP。

相对于R4、R5核心网中增加了IMS(IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统)，用于支持分组域的多媒体业务，此时无论核心网或无线接入网都是基于IP传输。IMS在R6中进一步完善功能。

3、3GPP R4软交换MSC Server与MGW中的应用 

分组域组网方式与R99完全一致，不再赘述，这里仅描述CS域的组网应用方式。

CS域在R4主要变化在MSC由一个网元分解为MSC Server和MGW两个网元。
 
　　3.1　MSC Server的应用

同MSC相似，MSC Server也有多种应用方式。

(1)MSC Server作为VMSC Server，负责疏通本MSC Server控制区内的MS的各种话务；

(2)MSC Server作为GMSC Server，同PSTN、其他PLMN互通，负责疏通移动网同其他移动网络/PSTN间的话务；

(3)MSC Server作为TMSC Server，负责疏通移动网内各本地网间的话务；

(4)MSC Server作为V/GMSC Server，既负责疏通本MSC Server控制区内的MS的各种话务，又负责疏通同PSTN间的话务。

3.2　MGW的应用

MGW有如下两种应用方式：
 
　　(1)V-MGW。这种方式具有Iu-CS接口、Nb接口，用于连接RNC和BSC。

(2)G-MGW。这种方式具有Nb接口、Ai接口，用于连接各种TDM网络。

3.3　MSC Server和MGW的组合应用

(1)MSC Server和MGW合一。这种情况下两者实际上相当于一个R99 MSC；组网情况同R99相同。
 
　　(2)MSC Server和MGW分离。这种情况下，组网方式同软交换组网方式差不多。

4、3GPP软交换与NGN的异同 

NGN有广义、狭义之分。广义NGN泛指所有采用承载、控制分离的软交换架构以及IP/ATM宽带分组承载的电信服务网络，无论该网络为最终用户提供的是固定或是移动业务，因此为移动用户提供服务的3GPPR4网络本身也隶属于广义NGN的子集；相对而言，狭义NGN则仅指提供基于宽带分组承载、为固定网接入用户提供C4/C5业务及IP多媒体业务的网络。

严格来说，狭义NGN的软交换技术又是按照将传统电路交换领域的业务移植到分组承载网上和全新的IP分组多媒体服务这两条路线来发展的。

与狭义NGN软交换发展的两条路线相对应，UMTS移动领域的3GPP R4及R5阶段分别对应NGN路线一和路线二，因此3GPP R4与NGN并不是一个完全对等的概念。

4.1　3GPP R4与NGN的相同点

4.1.1　相似的系统架构

3GPPR4与NGN网络均采用了相似的承载与控制分离的分层体系架构：即原有承载、控制合一的交换机分离为专门负责用户面的媒体处理与交换功能的媒体网关以及专门负责控制面呼叫处理及业务提供的软交换设备，同时媒体网关之间、软交换之间以及软交换与媒体网关之间的媒体与控制流的承载均由传统的TDM专线交换演化为基于分组转发的宽带包交换网络(IP/ATM)。

4.1.2　同样的承载网络

无论是3GPPR4的移动实时呼叫与非实时数据业务，还是NGN的固定实时呼叫与非实时数据业务，以及相关的控制信令流，均统一采用基于分组统计复用及包/信元转发的宽带IP/ATM承载。因此3GPPR4与NGN对于基础传输网络设施，包括路由器、交换机以及底层的SDH/DWDM传输设备及传输链路，其需求也均是相同的。

当采用IP及ATM SVC方式作为承载网时，3GPPR4与NGN远端用户之间及3GPPR4和NGN用户与传统PSTN/PLMN用户的承载面语音和数据业务流，均在媒体网关之间(分别对应接入媒体网关之间以及接入媒体网关与网关媒体网关之间)直接基于目的MGW的IP地址或ATM地址进行端到端的平面式寻址和路由，其寻址转接过程完全取决于公共IP/ATM网的承载网的内部拓扑结构，呼叫控制层完全不需要关心。因此，就承载网组网制式而言，3GPP R4与NGN基本上完全相同。

4.1.3　一样的业务构架

3GPP R4软交换和NGN具有一样的业务架构、业务提供方式：
　　●软交换设备自身提供业务，包括语音、视频；
　　●通过智能网设备提供成熟智能网业务；
　　●软交换与业务服务器协同提供多媒体增值业务；
　　●通过Parlay/OSA应用接口将业务开放给第三方提供多媒体增值业务；
　　●同其他内容服务提供商配合提供增值业务。

4.2　3GPP R4与NGN的差异

4.2.1　软交换设备的差异

3GPP R4与NGN软交换的差别主要体现在业务特性集及交互协议方面：

3GPP R4软交换(MSCserver)继承了3G端局MSC及关口局MSC所有的业务控制层的业务处理及信令接口功能，与UTRAN移动接入网及其他PSTN/PLMN网络进行控制面流程交互实现3G用户的接入及与其他运营商或传统网络的互通，并在业务流程中根据需要调用经过扩展的H.248协议控制移动接入或中继媒体网关完成媒体流的汇聚、映射及交换。

NGN软交换则继承传统C4固定端局及C5长途局交换机的所有业务处理及信令接口功能，并通过MGCP/H.248协议控制固定接入网关或中继网关完成媒体流的汇聚、映射及交换，实现与PSTN用户及其他运营商或传统网络的互通。

3GPP R4软交换采用RANAP/BSSAP协议接入移动用户，BICC/SIP-T作为软交换局间中继控制；而NGN软交换则采用H.248/MGCP/IUA/V5UA接入固定用户，H.323/SIP/SIP-T/BICC作为软交换间的中继控制。

3GPP R4软交换具备NGN软交换没有的移动性管理及呼叫管理(CM/MM)特性。

4.2.2　网关接入及中继的差异

移动与固定接入的媒体网关对数据、传真业务的处理方式完全不同。

尽管移动中继媒体网关与固定中继媒体网关都承担VoIP/VoATM与传统电路交换网之间的承载类型、语音编解码模式转换及回声抑制的控制，但移动采用AMR/EFR编解码算法，而固网采用G.723/G.729编解码算法，它们对回声抑制功能参数的需求不同，而且移动中继媒体网关还涉及复杂的用户面及TrFO功能的处理。

基于上述差异，3GPPR4与NGN在软交换与媒体网关之间的媒体控制协议方面也存在较大差别。移动媒体控制协议在固网H.248协议基础上进行了大量的扩展，包括ITU-T的CBC资源控制模型Q.1950扩展以及3GPP的TS 29.232 UMTS域特有扩展。

4.2.3　网管与计费功能差异

尽管3GPP R4及NGN中要求软交换统一出话单，但由于业务流程、呼叫类型及计费策略方面的不同，其话单格式也不同，而且将被送往不同的计费中心加以处理。NGN对H.323用户还可通过RADIUS协议在GK中完成计费。

在高层中心网管与各网元设备的接口方面，NGN一般要求必须支持SNMP协议，3GPP则推荐遵循对象化的CORBA及SNMP规范。

4.2.4　QoS问题差异

总体来说，3GPP R4的QoS问题相对NGN更易解决，因为3GPP R4仅面临着与NGN相同的承载核心骨干层QoS问题，其接入层则因采用ATM组网而有成熟的QoS控制策略；相反，NGN网络解决QoS问题的难点恰恰在于承载网接入层。

3GPP R4的接入网QoS机制有严格的系统规范约束，因此设备互通不存在问题；而NGN接入层的QoS机制则种类繁多，目前缺乏统一的标准，因而也给不同厂商设备的兼容和QoS机制统一的实现造成了不便。

5、3G软交换技术的未来 

5.1　3G核心网向软交换的演进方向

3G的未来发展方向是采用基于软交换技术的全IP网络结构，关键是在3G的核心网络采用宽带IP网络和软交换技术：由IP网络承载多种业务，IP协议是主导的网络路由与寻址协议；网络控制由软交换服务器实现，采用基于软交换的网络结构；业务则由第三方业务提供商提供，从而实现传输网络、网络控制、业务提供的分离。

从3GPP版本演进过程可以看到：R4引入了软交换技术，为3G系统带来了集中控制、分散接入、组网灵活、业务架构开放的特点，有利于运营商降低建网和运营的成本并具备全业务支持能力；后续发展中，R5虽然在R4的核心网基础上增加了IMS子系统，形态上发生了较大的变化，但本质上仍然保持了承载与控制分离的软交换架构，同时真正实现了端到端的IP业务特性，是软交换技术的进一步发展。由于IMS在R5中并没有最终完成。所以R6将继续完成增强(IMS phase2)，最终实现较完整的ALL IP网络。

5.2　3G软交换与NGN未来的融合

所有综合运营商必将要求，3GPPR4与NGN能够配合提供业务应用层的移动、固定融合智能业务以提升竞争力，这可以通过3GPPR4与固定NGN的软交换标准互通或SCP间的非标准互通来实现。另外，通过将功能基本相似的3GPPR4与NGN关口局功能在物理上合设，还可大大提高综合运营商的内、外部网络互联互通的效率并方便网络维护。

出于业务竞争的考虑，3GPP R4与NGN软交换/媒体网关间的多媒体业务互通，及3GPP R4软交换与NGN SIP应用服务器的交互，都将为各自业务领域带来新的机会并进一步促进移动、固定融合业务的多样化和全面推广。