在移動(dòng)核心網(wǎng)中引入軟交換是必然選擇

2019-11-05 02:02:48

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供稿：網(wǎng)友

　　1、軟交換的基本思路和發(fā)展現(xiàn)狀

軟交換是下一代網(wǎng)的交換技術(shù)，曾經(jīng)有過多個(gè)名稱，如呼叫服務(wù)器、呼叫代理、媒體網(wǎng)關(guān)控制器等。其基本思路是基于新的網(wǎng)絡(luò)功能模型分層，把呼叫控制功能(包括服務(wù)控制功能和網(wǎng)絡(luò)資源控制功能)與傳送功能分開，形成一個(gè)基于軟件的分布式交換/控制平臺(tái)。

實(shí)際上，軟交換是在Voip體系中把呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(guān)中分離出來，通過服務(wù)器上的軟件實(shí)現(xiàn)基本呼叫控制功能的產(chǎn)物。軟交換主要完成媒體網(wǎng)關(guān)接入功能、呼叫控制功能、業(yè)務(wù)提供功能和互連互通功能。各實(shí)體之間通過標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議進(jìn)行連接和通信，可以在網(wǎng)上更加靈活地提供業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)融合和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移。軟交換非常適用于不同網(wǎng)絡(luò)并存互通的需要，也適用于從電路交換話音網(wǎng)向多業(yè)務(wù)多媒體IP網(wǎng)的演進(jìn)。

軟交換概念出現(xiàn)于上世紀(jì)末，由于網(wǎng)絡(luò)泡沫等因素的影響，一直未形成有規(guī)模的市場(chǎng)。直到2003年市場(chǎng)才開始看好。這一方面因?yàn)槭澜珉娦艠I(yè)開始復(fù)蘇，走向下一代網(wǎng)的步子又開始邁動(dòng)；另一方面是因?yàn)檐浗粨Q帶給新老運(yùn)營(yíng)商的好處日益明顯，用軟交換取代傳統(tǒng)程控交換機(jī)逐漸形成共識(shí)。2003年全球軟交換設(shè)備的銷售額比上年增長(zhǎng)42.4%，達(dá)到1.7億美元。預(yù)計(jì)到2008年全球軟交換市場(chǎng)將達(dá)到20.5億美元。現(xiàn)在，部署軟交換的跨國(guó)運(yùn)營(yíng)商、傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商、新運(yùn)營(yíng)商和移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商越來越多。軟交換設(shè)備的制造商不僅有傳統(tǒng)的交換機(jī)制造商(如Nortel、愛立信、西門子、華為等)，還包括路由器制造商(如Cisco)和下一代網(wǎng)設(shè)備制造商(如CopperCom、MetaSwitch和Sonus Networks)。軟交換市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)開始加劇。

軟交換的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在成本和能力上。例如，新的運(yùn)營(yíng)商如用軟交換建網(wǎng)，可利用軟交換的成本優(yōu)勢(shì)參與住宅用戶市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)；原有運(yùn)營(yíng)商可以利用軟交換以數(shù)據(jù)為中心的特點(diǎn)來贏得那些想從傳統(tǒng)PBX轉(zhuǎn)向話音/數(shù)據(jù)綜合LAN的企業(yè)用戶。軟交換還可以提供PSTN不能提供的新特點(diǎn)，例如答應(yīng)用戶使用Web接口來選擇呼叫目的地。軟交換大大降低了小通信公司進(jìn)入市場(chǎng)的門檻，日本的Softbank和美國(guó)的Vonage都是利用軟交換經(jīng)營(yíng)VoIP非常成功的小公司。它們的成功引起了傳統(tǒng)通信公司對(duì)軟交換的重視。例如，文萊的傳統(tǒng)電信公司JTB采用華為的設(shè)備于2003年把其整個(gè)PSTN網(wǎng)轉(zhuǎn)換為基于軟交換的網(wǎng)。原來的41部電路交換機(jī)現(xiàn)在簡(jiǎn)化成了兩部軟交換機(jī)(其中一部還是備用)和13個(gè)媒體網(wǎng)關(guān)。把公司一年的運(yùn)行成本從250萬美元減至50萬美元。2004到2005年是許多運(yùn)營(yíng)商對(duì)軟交換的決策年。

2、軟交換同樣適用于移動(dòng)核心網(wǎng)

早在上世紀(jì)90年代末就有人提出在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中引入移動(dòng)服務(wù)器(即后來的軟交換)的設(shè)想，如圖1所示。進(jìn)入21世紀(jì)后，整個(gè)電信網(wǎng)走向IP，固定網(wǎng)與移動(dòng)網(wǎng)融合的趨勢(shì)越來越明顯，移動(dòng)網(wǎng)同樣要從PSTN向IP網(wǎng)過渡，面臨與固定網(wǎng)相同的問題。因此，3GPP在制定WCDMA R4規(guī)范時(shí)正式把軟交換概念引入移動(dòng)核心網(wǎng)是完全合乎邏輯的，有利于與固定網(wǎng)的融合。

在移動(dòng)核心網(wǎng)中引入軟交換是必然選擇（圖一）

圖1　把軟交換引入移動(dòng)網(wǎng)的設(shè)想

在R4版本中，雖然核心網(wǎng)仍是基于ATM的，但它規(guī)范了基于軟交換的體系結(jié)構(gòu)，移動(dòng)交換中心(MSC)被分解為MSC服務(wù)器(軟交換機(jī))和媒體網(wǎng)關(guān)。前者提供傳統(tǒng)MSC的呼叫控制部分，后者提供傳統(tǒng)MSC的交換部分。圖2所示為R4的信令平面和用戶平面。圖中媒體網(wǎng)關(guān)完成把話音業(yè)務(wù)從分組核心網(wǎng)交換到傳統(tǒng)電路交換PSTN的工作。軟交換機(jī)通過標(biāo)準(zhǔn)的控制接口利用媒體網(wǎng)關(guān)控制(Megaco)協(xié)議來控制媒體網(wǎng)關(guān)。從表面看，移動(dòng)軟交換機(jī)與用于固定網(wǎng)5類機(jī)的軟交換機(jī)一樣，但是移動(dòng)軟交換機(jī)的軟件程序必須符合WCDMA的規(guī)范，提供控制無線接入網(wǎng)(RAN)和移動(dòng)用戶的必要功能。由此增加的復(fù)雜性也必須服從基于標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議和流程，如CAMEL觸發(fā)器、用戶信息治理(SIM)流程、與原籍位置寄存器(HLR)的通信、與其它MSC的訪問位置寄存器(VLR)的通信等。這附加的復(fù)雜性使移動(dòng)軟交換機(jī)比固定軟交換機(jī)復(fù)雜得多。

在移動(dòng)核心網(wǎng)中引入軟交換是必然選擇（圖二）

圖2　R4的信令平面與用戶平面

同樣，在cdma2000的核心網(wǎng)中將來也要引入軟交換。當(dāng)它在向全I(xiàn)P網(wǎng)的過渡中，核心網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)也將遵照3GPP R5 IP網(wǎng)絡(luò)模型，由MSC服務(wù)器、媒體網(wǎng)關(guān)和信令網(wǎng)關(guān)組成。

3、移動(dòng)軟交換的特點(diǎn)和好處

在向3G的過渡中，在移動(dòng)核心網(wǎng)中引入基于軟交換的體系結(jié)構(gòu)將給移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商帶來許多好處。軟交換的主要特點(diǎn)包括：

(1)分布式交換

傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)利用集中的MSC在RAN和PSTN之間完成話音交換。由于運(yùn)行成本和運(yùn)維人員成本高，運(yùn)營(yíng)商都建大型集中的MSC，其代價(jià)是要建來自各城市RAN的回程話音電路。由于多數(shù)呼叫是本地的，這就造成電路加倍，從本地RAN到MSC，又從MSC到本地PSTN，如圖3左所示。圖3右所示的是基于軟交換的體系結(jié)構(gòu)，它由集中的MSC服務(wù)器/軟交換機(jī)與分布的媒體網(wǎng)關(guān)組成，呼叫控制與話音處理/交換是分開的，媒體網(wǎng)關(guān)可以布設(shè)在提供最大價(jià)值的地方，復(fù)雜的呼叫控制被集中在一起。通過部署分布式交換，運(yùn)營(yíng)商可以明顯降低回程費(fèi)用。

在移動(dòng)核心網(wǎng)中引入軟交換是必然選擇（圖三）

圖3　傳統(tǒng)集中交換控制與分布交換集中控制的比較

利用基于軟交換的分布式體系結(jié)構(gòu)的另一主要好處是話音業(yè)務(wù)和GPRS數(shù)據(jù)可以共用核心網(wǎng)。運(yùn)營(yíng)商只需一個(gè)網(wǎng)即可，而不是像2.5G那樣需要兩個(gè)網(wǎng)。

(2)開放智能業(yè)務(wù)不需對(duì)所有MSC升級(jí)

移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商利用移動(dòng)智能網(wǎng)(IN)開放基于標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)務(wù)。用于移動(dòng)IN的GSM標(biāo)準(zhǔn)是移動(dòng)增強(qiáng)邏輯定制應(yīng)用(CAMEL)。北美CDMA與TDMA也在對(duì)無線智能網(wǎng)(WIN)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。雖然當(dāng)前許多業(yè)務(wù)(如預(yù)付費(fèi)業(yè)務(wù)等)是利用IN協(xié)議的專有擴(kuò)充來提供的，但是想把這些業(yè)務(wù)延伸至漫游者就需要實(shí)施基于標(biāo)準(zhǔn)的CAMEL & WIN業(yè)務(wù)。CAMEL和WIN兩者都使用集中的智能網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，叫業(yè)務(wù)控制點(diǎn)(SCP)。經(jīng)過升級(jí)的MSC在某些點(diǎn)上要把呼叫控制移交給SCP，由SCP執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯。當(dāng)部署新業(yè)務(wù)時(shí)，運(yùn)營(yíng)商必須對(duì)所有的MSC進(jìn)行升級(jí)，安裝觸發(fā)器。這樣做的缺點(diǎn)是：

◆業(yè)務(wù)提供成本高，因?yàn)橐獙?duì)每一MSC進(jìn)行升級(jí)，費(fèi)錢費(fèi)時(shí)；

◆MSC實(shí)時(shí)處理代價(jià)高，因?yàn)樗bCAMEL觸發(fā)器可能占據(jù)MSC處理能力的5%-20%，這意味著與沒裝觸發(fā)器的MSC相比，每MSC將少支持5%-20%的無線用戶，這是很大的代價(jià)；

◆軟件成本高，因?yàn)镸SC軟件升級(jí)也需相關(guān)費(fèi)用；

◆業(yè)務(wù)投放市場(chǎng)時(shí)間長(zhǎng)，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)電路交換MSC上開發(fā)軟件需要時(shí)間長(zhǎng)。較好較經(jīng)濟(jì)的辦法是把這些觸發(fā)器卸下來，放到軟交換機(jī)上去。由移動(dòng)終端始發(fā)/終接的呼叫通過軟交換機(jī)而選路，軟交換機(jī)將基于所裝的觸發(fā)器對(duì)SCP發(fā)起詢問。由于觸發(fā)器集中裝在軟交換機(jī)中，從而減輕了MSC的負(fù)擔(dān)。利用軟交換結(jié)構(gòu)可開放的智能業(yè)務(wù)包括無線號(hào)碼攜帶、號(hào)碼共用、預(yù)付費(fèi)漫游、長(zhǎng)途免費(fèi)業(yè)務(wù)等。

(3)通過軟交換利用基于IP的服務(wù)平臺(tái)來開放業(yè)務(wù)

國(guó)際軟交換論壇應(yīng)用工作組制定了一種應(yīng)用框架，在此框架中，軟交換機(jī)可以使用SIP或LDAP來接入基于IP的應(yīng)用服務(wù)器，獲得服務(wù)。這些IP使能的服務(wù)平臺(tái)其工作方式與SCP相同，但它們的成本低很多，而且更加靈活。一旦數(shù)據(jù)庫被移到更現(xiàn)代的平臺(tái)，軟交換機(jī)可以利用SIP或LDAP來對(duì)它們進(jìn)行詢問。

由于上述特點(diǎn)，軟交換給移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商帶來如下好處：

◆降低投資和維護(hù)成本

◆高效靈活；

◆開放性；

◆有利于固定與移動(dòng)核心網(wǎng)的融合。

4、在移動(dòng)軟交換之后

目前在國(guó)際上，融合正在成為電信業(yè)的主旋律。技術(shù)趨于融合、網(wǎng)絡(luò)趨于融合、業(yè)務(wù)趨于融合。其實(shí)，融合的想法早在上世紀(jì)90年代中后期就已提出，先是三網(wǎng)融合，后是固定網(wǎng)與移動(dòng)網(wǎng)的融合(FMC)。2000年，筆者曾著文寫道：“為了實(shí)現(xiàn)真正的個(gè)人通信，使用戶不論在固定環(huán)境中，還是在移動(dòng)環(huán)境中都能享受到相同的服務(wù)，獲得相同的應(yīng)用，固定通信網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)也將走向綜合，融為一體。固定網(wǎng)與移動(dòng)網(wǎng)的融合應(yīng)從核心網(wǎng)開始，逐漸擴(kuò)展到邊緣，把各種速率的數(shù)據(jù)流通過接入節(jié)點(diǎn)提供給用戶，從而把固定網(wǎng)與移動(dòng)網(wǎng)的功能通過IP這一粘合劑融合在一起。”

但當(dāng)時(shí)由于技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)不具備、市場(chǎng)不明朗以及后來的網(wǎng)絡(luò)泡沫等原因，固定網(wǎng)與移動(dòng)網(wǎng)的融合并沒有真正搞起來。然而，2004年在國(guó)際上FMC成為NGN的研究重點(diǎn)，提出了基于IMS(IP多媒體子系統(tǒng))實(shí)現(xiàn)FMC的NGN架構(gòu)。ITU－T、ETSI都把FMC放在了NGN標(biāo)準(zhǔn)化工作的核心位置。短短幾個(gè)月來，IMS取得了很大進(jìn)展，標(biāo)準(zhǔn)化工作一直在往前推進(jìn)，設(shè)備商、運(yùn)營(yíng)商相繼公布基于IMS的策略。2004年NTT、英國(guó)電信、韓國(guó)電信、巴西電信等運(yùn)營(yíng)商成立“FMC聯(lián)盟”，旨在推廣固定電話與移動(dòng)通信的聯(lián)合經(jīng)營(yíng)模式。2005年2月在法國(guó)嘎納剛舉行不久的3GSM大會(huì)上，IMS成為最引人注目的一個(gè)話題。

所謂基于IMS的NGN架構(gòu)是對(duì)3GPP規(guī)范中的IMS(IP多媒體子系統(tǒng))特性進(jìn)行修訂補(bǔ)充，使其成為基于SIP的通用平臺(tái)，可以同時(shí)支持固定和移動(dòng)的多種接入方式(WiMax、Wi-Fi、3G、FTTx等)，實(shí)現(xiàn)固定網(wǎng)與移動(dòng)網(wǎng)的融合。IMS定義了三層結(jié)構(gòu)(如圖4所示)，控制層基于SIP，與下面的傳送層和上面的業(yè)務(wù)層之間具有開放的接口，答應(yīng)運(yùn)營(yíng)商采用單一的核心網(wǎng)，橫跨固定網(wǎng)與移動(dòng)網(wǎng)提供VoIP、多媒體消息等基于SIP的業(yè)務(wù)。IMS符合NGN把呼叫控制與傳送分離的要求，是軟交換的延伸，在軟交換的基礎(chǔ)上對(duì)控制功能作進(jìn)一步分離。目的是形成一個(gè)更加高度靈活的通信平臺(tái)，不僅可以實(shí)現(xiàn)人到內(nèi)容(客戶機(jī)/服務(wù)器)多媒體通信，而且還可以實(shí)現(xiàn)人到人(端到端)的IP多媒體通信，如圖5所示。FMC把有線和無線的技術(shù)與業(yè)務(wù)集成在一起，形成一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，這使電信運(yùn)營(yíng)商可以利用所有各種類型的業(yè)務(wù)來吸引其全部潛在用戶。實(shí)現(xiàn)FMC后，固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商不再受限于陸地固定網(wǎng)，而移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商將能夠使用最可靠的網(wǎng)絡(luò)資源去滿足移動(dòng)用戶日益增長(zhǎng)的需求。

在移動(dòng)核心網(wǎng)中引入軟交換是必然選擇（圖四）

圖4　IMS分層結(jié)構(gòu)

在移動(dòng)核心網(wǎng)中引入軟交換是必然選擇（圖五）

圖5　基于IMS的通信方式

基于IMS的FMC在經(jīng)歷一度質(zhì)疑之后，現(xiàn)在得到越來越多的認(rèn)同，尤其是得到固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的認(rèn)同。網(wǎng)絡(luò)分層原則的普遍接受以及ITU對(duì)IMS的接納是一個(gè)要害的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。現(xiàn)在業(yè)界普遍認(rèn)為它是未來核心網(wǎng)的發(fā)展方向。從目前來看，2006－2007年將是FMC技術(shù)和業(yè)務(wù)發(fā)展的要害時(shí)期。FMC從理論走向?qū)嵺`的整個(gè)過渡時(shí)期也許要10年以上。在核心網(wǎng)，固定技術(shù)與移動(dòng)技術(shù)的界線有人估計(jì)大約在2010～2012年期間被打破，主要表現(xiàn)為向全I(xiàn)P網(wǎng)過渡，在全I(xiàn)P網(wǎng)中，固定網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)邊界上的核心子系統(tǒng)均相同。而接入網(wǎng)即便在網(wǎng)絡(luò)核心實(shí)現(xiàn)FMC之后仍可能包括多種技術(shù)，因?yàn)榻尤刖W(wǎng)是一個(gè)技術(shù)多變的領(lǐng)域。但設(shè)備供給商之間的競(jìng)爭(zhēng)以及新老業(yè)務(wù)提供商之間的競(jìng)爭(zhēng)將推動(dòng)接入網(wǎng)的FMC。

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