- 易迪拓培训,专注于微波、射频、天线设计工程师的培养
如何构建下一代移动核心网
录入：edatop.com 点击：
引言
基于3GPP R4规范的移动软交换技术从2000年左右开始规范制定，至今发展已经6年多的时间，软交换相比于传统TDM交换机在组网灵活性，集成度，处理能力，功耗，占地面积，节约投资和运维成本等方面的无可比拟的优势可谓深入人心，已经商用于世界各地移动通信2G/3G网络的各种网元、端局、T局和G局中。
上海贝尔阿尔卡特基于下一代网络架构（NGN）的5020移动软交换解决方案采用革命性的开放平台技术，其先进的软硬件平台，大容量、高密度，低功耗和平滑的演进性特点显著的降低了网络运营的OPEX和网络建设的CAPEX，并有效的保护运营商今天的投资。
业界领先的软硬件平台
5020移动软交换采用新一代电信硬件平台，基于SUN全新的电信级服务器，领先的双CPU处理器技术，系统容量大，密度高，模块种类/数量少。
强大的处理能力使系统大容量，高集成度成为可能，单机架支持100万BHCA，集成计费网关和网元管理服务器，因此大大减少了网元投资的数量，使每端口的价格更具竞争力，有效降低CAPEX。
系统满配置只需6种模块，相比其他交换机模块数量大幅降低，运营商备品备件将更少，投资更经济
传统交换平台基于TDM矩阵，内部结构非常复杂，5020移动软交换采用非常简单的系统结构，如下图，系统软硬件安装，操作将更方便，同时系统采用标准的UNIX软件平台，基于开放的开发软件如C/C++、Java，使系统维护更加简单，容易；加上呼叫控制器与媒体网关的有效分离，大大简化了网络结构，运营商维护人员数量，维护费用将更少。
一方面，对高容量网络来说，基于5020移动软交换的网络比传统交换网络占地面积减少10倍，功耗只有传统交换机的30％左右，在同比软交换产品中，每用户年度耗电和占地面积也更低，这大大的降低了交换机对机房的数量和配套设施如空调等的要求；同时由于引入IP承载后，传输成本也大为降低。
安全和可靠性设计
5020移动软交换的安全性和可靠性设计主要表现在设备的系统级和网络级冗余保护。
1．单系统冗余保护
5020移动软交换在开发过程中融合了阿尔卡特几十年核心网可靠性设计方面所积累的成功经验，系统中的每个模块都存在相应的冗余备份机制，不同的网卡分别连接内部网络和外部管理和计费网络，在物理上实现了系统内部核心以太网和外部管理计费网的隔离。
受益于阿尔卡特5020 Spatial Atrium移动软交换全面的完整的软硬件安全性可靠性设计，目前网络中已经商用的128个MSC服务器和272个媒体网关（截止2006年第一季度），可靠性均超过了99.999%。另外，实验室测试和现场应用均证明5020 Spatial Atrium移动软交换发生主备用模块倒换时，进行中的呼叫、计费和统计数据可以得到有效的保持。
2．网络级冗余保护
为了最大程度地降低移动软交换大容量少局所组网时可能造成的故障风险，5020 Spatial Atrium移动软交换全面支持呼叫服务器的多种地理级冗余方案，并且提出了创新的媒体网关保护群方案，彻底解决了网络中的单点故障。
*呼叫服务器（WSS）地理冗余方案
支持1+1、 N+1主从备用方案，具有最小的投资和维护工作量，100%的业务接管能力，最大的可扩展性。见图1
当主用呼叫服务器（WSS）遇到不可修复的或灾难性的故障时，备用WSS将会自动地或可控地切换至服务状态。此方案可以提高大容量容灾的能力，最大程度的保证了网络运行的可靠性。
* 媒体网关（WMG）保护机制
阿尔卡特拥有独创的媒体网关保护群专利技术。采用创新的区分路由算法确保出局CS和入局CS位于同一个WMG；可以保证同一业务区内各个WMG之间的话务均匀分担；如果某一WMG故障，其他的WMG将会分担该故障WMG的业务，从而保证相关局向的话务依然有效，实现承载层的冗余备份。
全面应用中国市场
*获中国移动GSM软交换入网许可证
5020移动软交换设备于2005年10月在中国移动启动测试，经历预审、测试、评审、遗留问题处理等环节，测试用例达1700多项，结果证明5020移动软交换完全符合中国移动GSM相关规范。
实验室测试由中国移动北京研究院承担。根据中国移动GSM网软交换设备规范和测试规范要求，整个实验室测试包括A接口、SS7、MAP、GSM基本业务、CAP、TUP、计费、安全性、电信级性能和稳定性能等10个测试模块，目的是对设备进行全面测试与评估。经过2个多月的测试，5020移动软交换顺利通过各项测试，测试通过率达到100%。
现网测试由上海移动承担，现网测试GSM全业务与功能、MAP兼容性、网管与统计指标和计费功能等验证。5020 移动软交换经过严格的测试后，于2006年1月13日在上海移动成功割接现网业务，设备开始入网运行。经过数次业务割接后，目前该设备的承载用户约24万，该设备自从割接入网以来设备工作正常、运行稳定，互通良好。
同时，在中国移动2G设备入网测试中，5020移动软交换是唯一通过中国移动电信级可靠性和安全性测试的设备，其设备性能指标、稳定运行能力、过负载性能、模块倒换性均已达到入网运行标准。
*首批入围中国联通GSM软交换商用名单
5020移动软交换设备于2005年底在江苏联通完成1300多项测试，包括拨打测试、性能测试、操作维护测试和切换测试等，涵盖了GSM交换机所有功能，充分展示移动软交换分离式架构，与主流设备商的MSC、BSC、SCP、HLR等良好的互连互通，完全到达商用要求。新增的针对呼叫异常处理ISUP,TUP,MTP,MAP 等自选类测试，结果也100%通过。
*获信产部入网许可证
受信息产业部电信管理局委托，2005年中国泰尔实验室按照相关电信技术规范对5020 移动软交换解决方案进行了全面的检测，并以优异成绩顺利通过了全部测试。由信产部组织的电信设备进网专家评审组在北京对5020 移动软交换进行审查，专家一致认为5020移动软交换已经完全拥有了MSC、GMSC、TMSC的功能，符合电信产品的入网要求。
*积极参与3G R4测试，成绩名列前茅
基于强大本地研发力量，公司专门成立了14个相关的研发小组，研究信产部和各运营商的3G R4设备规范，针对中国市场需求对移动软交换进行了二次开发，进一步完善其功能。
在2005年中国移动总部3G R4测试中，5020移动软交换设备的单系统测试、互连互通测试以及计费和业务测试100%通过。同年还参与了信息产业部TD-SCDMA兼容性测试，100%通过所有必选项。上海贝尔阿尔卡特配合中国电信和中国网通3G R4 测试，5020移动软交换顺利完成单系统测试、功能IOT测试、M3UA兼容性测试、BICC兼容性测试等项目，通过率排在前列。而且上海贝尔阿尔卡特为各大运营商开通多个WCDMA 试验网和TD-SCDMA试验网。上海贝尔阿尔卡特5020移动软交换凭借其强大功能有力的支持了中国WCDMA、TD-SCDMA各个阶段的测试和试验。
商用案例分析
上海贝尔阿尔卡特5020移动软交换以优异的成绩通过中国联通第一批软交换入网测试，并于2006年8月在河北联通正式投入商用。
*案例背景
随着GSM移动用户业务使用量的不断增长，移动网络流量也呈现同步增加，河北联通这种话务量上升势头在今后几年仍可能将保持较快的发展，另外长途业务的不断发展也促进了部分地区交换容量出现不足，因此对网络容量的要求急剧增加，需要对网络进行扩容。
而从河北联通现网看，基于传统TDM交换的部分设备平台陈旧，在将来业务发展时，可能需要改变主要硬件，同时在移动业务的高速增长下，未来网络向着“大容量，少局所”的大本地网演进的趋势发展，基于传统TDM交换的设备在设备处理能力，系统容量，网络安全等方面都不能很好的满足需求。
上海贝尔阿尔卡特5020移动软交换基于3GPP R4下一代网络规范，产品支持平滑的未来演进，有效的保护了用户的投资，同时控制承载的分离，采用最新的电信IT软硬件技术，容量大，处理能力和集成度高，不仅很好的解决了当前2G交换机的网络扩容，也是河北联通未来几年网络革新，优化网络结构，向全IP演进的网络转型良策。
另一方面，3G核心网络未来1到3年的目标是基于标准的R4架构，现网所有交换机均不能支持到R4架构的平滑升级，所以用软交换设备逐步替换现网所有传统交换机是一种必然的趋势。
基于以上技术原因，河北联通在十一期的GSM网络建设中选择了上海贝尔阿尔卡特5020移动软交换方案。以下将介绍组网方案及实施。
*组网方案
上海贝尔阿尔卡特移动软交换解决方案主要由呼叫控制器Call Server和媒体网关MGW组成：Call Server负责呼叫控制、移动性管理等信令处理，媒体网关用作话音和数据的物理承载。
根据“大容量，少局所”原则，采用大本地网方案，在石家庄集中新建MSC-Server设备3台，管理地市(石家庄、邢台、邯郸)分开放置的4台MGW，容量共计99万；
为了保证网络安全，采用N+1即2+1的方式备份呼叫控制器，并且容灾系统在异地机房设置。
同时河北联通TDM资源丰富，SS7在TDM上传只需要作些链路调整，不需要很大的投资，所以信令网基于现有的SS7体系，只有Call Server和MGW之间的H.248协议基于IP。
*效果分析
新建的软交换网络满足传统各地端局MSC扩容的要求、同时由于网络组织方式的灵活性（Call Server和WMG可以分开和集中设置），网络的集中控制，网络操作维护更为简便，这也很好的满足了机房搬迁等网络调整以及GSM网络备份等需求，加上高处理能力，优化的产品内部软硬件设计，对新业务新功能支持程度将更高，也为3G的到来做好了充足的准备。
而对整个河北联通网络来说，后期演进也变得更加简单高效，可以采用在石家庄集中扩容Call Server, 实现对全省网络的集中控制；同时在各地市扩展MGW（扩容和新建），对全网的其他传统交换机进行替换，而对MGW间的Nb接口IP化，将更加节省传输，简化网络结构，使整个网络体系基于包交换数据网络，直接面向多业务融合，业务提供上满足综合化、个性化、开放性等要求，技术体系上满足层次化、标准化、开放性的下一代网络特性。
结语
上海贝尔阿尔卡特5020移动软交换解决方案充分利用IT最新成果（商业操作系统、专业的协议栈、测试环境等），同时支持GSM/3GPPR99/3GPPR4/IMS/CDMA协议， 支持仅软件升级向未来IMS演进，是至今全球最广泛应用的移动软交换解决方案，上海贝尔阿尔卡特将从产品，方案，部署等全方面以最有效的方式支持运营商网络向全IP网络迈进。
作者：夏安红 殷文辉 郑海虹 来源：泰尔网
基于3GPP R4规范的移动软交换技术从2000年左右开始规范制定，至今发展已经6年多的时间，软交换相比于传统TDM交换机在组网灵活性，集成度，处理能力，功耗，占地面积，节约投资和运维成本等方面的无可比拟的优势可谓深入人心，已经商用于世界各地移动通信2G/3G网络的各种网元、端局、T局和G局中。
上海贝尔阿尔卡特基于下一代网络架构（NGN）的5020移动软交换解决方案采用革命性的开放平台技术，其先进的软硬件平台，大容量、高密度，低功耗和平滑的演进性特点显著的降低了网络运营的OPEX和网络建设的CAPEX，并有效的保护运营商今天的投资。
业界领先的软硬件平台
5020移动软交换采用新一代电信硬件平台，基于SUN全新的电信级服务器，领先的双CPU处理器技术，系统容量大，密度高，模块种类/数量少。
强大的处理能力使系统大容量，高集成度成为可能，单机架支持100万BHCA，集成计费网关和网元管理服务器，因此大大减少了网元投资的数量，使每端口的价格更具竞争力，有效降低CAPEX。
系统满配置只需6种模块，相比其他交换机模块数量大幅降低，运营商备品备件将更少，投资更经济
传统交换平台基于TDM矩阵，内部结构非常复杂，5020移动软交换采用非常简单的系统结构，如下图，系统软硬件安装，操作将更方便，同时系统采用标准的UNIX软件平台，基于开放的开发软件如C/C++、Java，使系统维护更加简单，容易；加上呼叫控制器与媒体网关的有效分离，大大简化了网络结构，运营商维护人员数量，维护费用将更少。
一方面，对高容量网络来说，基于5020移动软交换的网络比传统交换网络占地面积减少10倍，功耗只有传统交换机的30％左右，在同比软交换产品中，每用户年度耗电和占地面积也更低，这大大的降低了交换机对机房的数量和配套设施如空调等的要求；同时由于引入IP承载后，传输成本也大为降低。
安全和可靠性设计
5020移动软交换的安全性和可靠性设计主要表现在设备的系统级和网络级冗余保护。
1．单系统冗余保护
5020移动软交换在开发过程中融合了阿尔卡特几十年核心网可靠性设计方面所积累的成功经验，系统中的每个模块都存在相应的冗余备份机制，不同的网卡分别连接内部网络和外部管理和计费网络，在物理上实现了系统内部核心以太网和外部管理计费网的隔离。
受益于阿尔卡特5020 Spatial Atrium移动软交换全面的完整的软硬件安全性可靠性设计，目前网络中已经商用的128个MSC服务器和272个媒体网关（截止2006年第一季度），可靠性均超过了99.999%。另外，实验室测试和现场应用均证明5020 Spatial Atrium移动软交换发生主备用模块倒换时，进行中的呼叫、计费和统计数据可以得到有效的保持。
2．网络级冗余保护
为了最大程度地降低移动软交换大容量少局所组网时可能造成的故障风险，5020 Spatial Atrium移动软交换全面支持呼叫服务器的多种地理级冗余方案，并且提出了创新的媒体网关保护群方案，彻底解决了网络中的单点故障。
*呼叫服务器（WSS）地理冗余方案
支持1+1、 N+1主从备用方案，具有最小的投资和维护工作量，100%的业务接管能力，最大的可扩展性。见图1
当主用呼叫服务器（WSS）遇到不可修复的或灾难性的故障时，备用WSS将会自动地或可控地切换至服务状态。此方案可以提高大容量容灾的能力，最大程度的保证了网络运行的可靠性。
* 媒体网关（WMG）保护机制
阿尔卡特拥有独创的媒体网关保护群专利技术。采用创新的区分路由算法确保出局CS和入局CS位于同一个WMG；可以保证同一业务区内各个WMG之间的话务均匀分担；如果某一WMG故障，其他的WMG将会分担该故障WMG的业务，从而保证相关局向的话务依然有效，实现承载层的冗余备份。
全面应用中国市场
*获中国移动GSM软交换入网许可证
5020移动软交换设备于2005年10月在中国移动启动测试，经历预审、测试、评审、遗留问题处理等环节，测试用例达1700多项，结果证明5020移动软交换完全符合中国移动GSM相关规范。
实验室测试由中国移动北京研究院承担。根据中国移动GSM网软交换设备规范和测试规范要求，整个实验室测试包括A接口、SS7、MAP、GSM基本业务、CAP、TUP、计费、安全性、电信级性能和稳定性能等10个测试模块，目的是对设备进行全面测试与评估。经过2个多月的测试，5020移动软交换顺利通过各项测试，测试通过率达到100%。
现网测试由上海移动承担，现网测试GSM全业务与功能、MAP兼容性、网管与统计指标和计费功能等验证。5020 移动软交换经过严格的测试后，于2006年1月13日在上海移动成功割接现网业务，设备开始入网运行。经过数次业务割接后，目前该设备的承载用户约24万，该设备自从割接入网以来设备工作正常、运行稳定，互通良好。
同时，在中国移动2G设备入网测试中，5020移动软交换是唯一通过中国移动电信级可靠性和安全性测试的设备，其设备性能指标、稳定运行能力、过负载性能、模块倒换性均已达到入网运行标准。
*首批入围中国联通GSM软交换商用名单
5020移动软交换设备于2005年底在江苏联通完成1300多项测试，包括拨打测试、性能测试、操作维护测试和切换测试等，涵盖了GSM交换机所有功能，充分展示移动软交换分离式架构，与主流设备商的MSC、BSC、SCP、HLR等良好的互连互通，完全到达商用要求。新增的针对呼叫异常处理ISUP,TUP,MTP,MAP 等自选类测试，结果也100%通过。
*获信产部入网许可证
受信息产业部电信管理局委托，2005年中国泰尔实验室按照相关电信技术规范对5020 移动软交换解决方案进行了全面的检测，并以优异成绩顺利通过了全部测试。由信产部组织的电信设备进网专家评审组在北京对5020 移动软交换进行审查，专家一致认为5020移动软交换已经完全拥有了MSC、GMSC、TMSC的功能，符合电信产品的入网要求。
*积极参与3G R4测试，成绩名列前茅
基于强大本地研发力量，公司专门成立了14个相关的研发小组，研究信产部和各运营商的3G R4设备规范，针对中国市场需求对移动软交换进行了二次开发，进一步完善其功能。
在2005年中国移动总部3G R4测试中，5020移动软交换设备的单系统测试、互连互通测试以及计费和业务测试100%通过。同年还参与了信息产业部TD-SCDMA兼容性测试，100%通过所有必选项。上海贝尔阿尔卡特配合中国电信和中国网通3G R4 测试，5020移动软交换顺利完成单系统测试、功能IOT测试、M3UA兼容性测试、BICC兼容性测试等项目，通过率排在前列。而且上海贝尔阿尔卡特为各大运营商开通多个WCDMA 试验网和TD-SCDMA试验网。上海贝尔阿尔卡特5020移动软交换凭借其强大功能有力的支持了中国WCDMA、TD-SCDMA各个阶段的测试和试验。
商用案例分析
上海贝尔阿尔卡特5020移动软交换以优异的成绩通过中国联通第一批软交换入网测试，并于2006年8月在河北联通正式投入商用。
*案例背景
随着GSM移动用户业务使用量的不断增长，移动网络流量也呈现同步增加，河北联通这种话务量上升势头在今后几年仍可能将保持较快的发展，另外长途业务的不断发展也促进了部分地区交换容量出现不足，因此对网络容量的要求急剧增加，需要对网络进行扩容。
而从河北联通现网看，基于传统TDM交换的部分设备平台陈旧，在将来业务发展时，可能需要改变主要硬件，同时在移动业务的高速增长下，未来网络向着“大容量，少局所”的大本地网演进的趋势发展，基于传统TDM交换的设备在设备处理能力，系统容量，网络安全等方面都不能很好的满足需求。
上海贝尔阿尔卡特5020移动软交换基于3GPP R4下一代网络规范，产品支持平滑的未来演进，有效的保护了用户的投资，同时控制承载的分离，采用最新的电信IT软硬件技术，容量大，处理能力和集成度高，不仅很好的解决了当前2G交换机的网络扩容，也是河北联通未来几年网络革新，优化网络结构，向全IP演进的网络转型良策。
另一方面，3G核心网络未来1到3年的目标是基于标准的R4架构，现网所有交换机均不能支持到R4架构的平滑升级，所以用软交换设备逐步替换现网所有传统交换机是一种必然的趋势。
基于以上技术原因，河北联通在十一期的GSM网络建设中选择了上海贝尔阿尔卡特5020移动软交换方案。以下将介绍组网方案及实施。
*组网方案
上海贝尔阿尔卡特移动软交换解决方案主要由呼叫控制器Call Server和媒体网关MGW组成：Call Server负责呼叫控制、移动性管理等信令处理，媒体网关用作话音和数据的物理承载。
根据“大容量，少局所”原则，采用大本地网方案，在石家庄集中新建MSC-Server设备3台，管理地市(石家庄、邢台、邯郸)分开放置的4台MGW，容量共计99万；
为了保证网络安全，采用N+1即2+1的方式备份呼叫控制器，并且容灾系统在异地机房设置。
同时河北联通TDM资源丰富，SS7在TDM上传只需要作些链路调整，不需要很大的投资，所以信令网基于现有的SS7体系，只有Call Server和MGW之间的H.248协议基于IP。
*效果分析
新建的软交换网络满足传统各地端局MSC扩容的要求、同时由于网络组织方式的灵活性（Call Server和WMG可以分开和集中设置），网络的集中控制，网络操作维护更为简便，这也很好的满足了机房搬迁等网络调整以及GSM网络备份等需求，加上高处理能力，优化的产品内部软硬件设计，对新业务新功能支持程度将更高，也为3G的到来做好了充足的准备。
而对整个河北联通网络来说，后期演进也变得更加简单高效，可以采用在石家庄集中扩容Call Server, 实现对全省网络的集中控制；同时在各地市扩展MGW（扩容和新建），对全网的其他传统交换机进行替换，而对MGW间的Nb接口IP化，将更加节省传输，简化网络结构，使整个网络体系基于包交换数据网络，直接面向多业务融合，业务提供上满足综合化、个性化、开放性等要求，技术体系上满足层次化、标准化、开放性的下一代网络特性。
结语
上海贝尔阿尔卡特5020移动软交换解决方案充分利用IT最新成果（商业操作系统、专业的协议栈、测试环境等），同时支持GSM/3GPPR99/3GPPR4/IMS/CDMA协议， 支持仅软件升级向未来IMS演进，是至今全球最广泛应用的移动软交换解决方案，上海贝尔阿尔卡特将从产品，方案，部署等全方面以最有效的方式支持运营商网络向全IP网络迈进。
作者：夏安红 殷文辉 郑海虹 来源：泰尔网
