移动软交换

韩国舞族

   

摘要　在移动下一代网络（NGN）中，MSC将演变为移动软交换和媒体网关，以此实现控制层与承载层的分离。它的产生是由数据业务需求及技术演进的趋势共同推动的。文章先容了移动软交换的背景及发展状况，描述了移动软交换的技术特点、网络结构、协议组成、功能划分和接口要求。

　　在未来的移动通信网络中，传统MSC将分割为MSC呼叫服务器（MSC-Call Server）和MSC网关（MSC-GW），MSC-GW完成媒体网关的功能，MSC-Call Server完成软交换机的功能，包括呼叫控制、业务提供功能、资源分配、协议处理、路由、鉴权、计费、操作维护等，可以为用户提供移动语音业务、数据业务及多样化的第三方业务。

1、移动软交换的特点

　　移动软交换主要针对核心网络的交换部分，不涉及到接入网络的改造。移动软交换的核心概念是实现了控制面与用户面的分离。所有的控制功能集中在MSC-Call Server中，所有的交换功能在媒体网关（MGW）中完成。MSC-Call Server通过标准的H.248接口完成对话务等交换过程的控制。同时MSC-Call Server通过传统的MAP信令与HLR交互，通过传统的BSSAP信令完成对接入网络的控制。而在MSC-Call Server之间可以通过ISUP协议或者BICC协议（当使用IP承载时）完成呼叫的建立。移动软交换技术有以下显著的特点：

　　◆软交换技术符合未来电信网络面向全IP发展的趋势，同时兼顾原有的TDM承载需要。建立在多承载基础上的TrFO技术通过减少编解码过程，同时解决了提高话音质量与节约核心网带宽的需求。由于软交换技术在3GPPR4中定义，因此很多新的电路交换功能也在移动软交换设备中引入，从而为运营商提供更丰富的电路交换业务提供了可能。

　　◆由于控制面与用户面的分离，因此处于控制面的MSC-Call Server容量相对原有交换机提高，而且可以集中放置在省会与地区中心的机房，而负责交换的MGW则放置在各个本地网中，从而实现了清晰的网络结构。主要的控制与管理工作将可以集中完成，新业务的引入也可以集中在MSC-Call Server中进行。MSC-Call Server与MGW之间可以通过IP连接。

　　◆当引入IP承载话音时，可以将话音承载平面化。由于IP网络本身具备路由与交换的特性，因此原有的汇接局将不再需要，而且整个网络的结构将趋于简单。

2、移动软交换网络结构

　　移动软交换网络结构如图1所示。在移动软交换核心网的电路域中，可以使用承载独立的方式支撑不同的传输层，如IP、ATM或TDM。电路域核心网主要由MSC Server，GMSC Server和MGW组成。



图1　移动软交换网络结构

　　（1）MSC服务器（MSC Server）

　　电路交换子系统中的软交换机，除了具有传统MSC的呼叫控制功能以外，增加了移动系统特有的移动管理功能，负责移动发起和移动终结的电路域呼叫控制，它终止用户-网络信令并把它转化成网络-网络信令。MSC服务器也包含VLR功能，容纳移动用户的各种签约数据。MSC服务器管理媒体网关中与连接控制相关的呼叫状态。

　　MSC服务器可以实现语音业务、基本数据业务、网络互通、媒体网关控制等主要功能需求，具体功能包括：

　　◆呼叫控制功能。

　　◆业务提供功能。

　　特服业务：各种呼叫前转业务、呼叫等待、三方呼叫、会议电话、呼叫限制、紧急呼叫、呼叫转移、语音信箱、彩铃业务等；移动业务；基本呼叫、短消息、定位业务、密码业务、传真业务、无线上网等；智能网业务；预付费业务、虚拟专用网、800业务。

　　◆系统过负荷控制功能。

　　◆计费功能。

　　◆系统性能统计、告警、网管功能。

　　◆路由、地址解析功能。

　　◆网络互通和信令网关功能，包括支撑七号信令、SIP-T、BICC、IGTRAN、MAP、BSSAP、INMAP/CAP及进行媒体网关控制的MEGACO/H.248信令等。

　　◆支撑漫游用户数据管理，包括HLR向VLR提供用户数据，通知VLR改变用户数据等。

　　◆支撑鉴权与安全性管理，包括支撑HLR/AuC鉴权用户数据过程及鉴权算法。

　　◆支撑HLR的恢复功能。

　　◆支撑移动性管理功能，包括一般性位置登记、移动用户清除及周期性位置更新等。

　　◆支撑同一移动媒体网关内不同BSC之间、移动媒体网关之间、软交换设备（或MSC）之间的信道切换，支撑业务请求和寻呼功能等。

　　（2）GMSC服务器（GMSC Server）

　　GMSC服务器是电路交换子系统中负责与外部PSTN/ISDN网络互通的软交换机，主要包含了传统GMSC的呼叫控制和移动管理功能。

　　（3）媒体网关（MGW）

　　媒体网关是将一种网络中的媒体转换成另一种网络所要求的媒体格式。它能够在电路交换网的承载通道和分组网的媒体流之间进行转换，可以处理音频、视频，能够进行全双工的媒体翻译，可以演示视频/音频消息，实现其它IVR功能，也可以进行多媒体会议等。

　　（4）T-SGW

　　传输信令网关主要用于呼叫控制信令的承载转换，它的主要功能是实行7号信令承载和IP承载的转换，以实现7号信令交换机和软交换机的信令承载互通；提供PSTN/PLMN和IP的传输层地址映射。

　　（5）Mc接口

　　Mc为MSC Server与MGW之间的接口，主要功能是媒体控制，以实现软交换机和媒体网关的交互，完成承载控制、网关管理等功能。纯IP连接时，协议栈为H.248/SCTP/IP，也可将M3UA加在SCTP之上。为了更好地与基于H.248的固定软交换系统进行互通，在纯IP连接时，可选采用UDP承载，即H.248/UDP/IP。纯ATM连接时，协议栈为H.248/MTP3b/SSCF/SSCOP/AAL5/ATM。混合ATM、IP连接时，协议栈为H.248/M3UA/SCTP/IP。

　　（6）Nc接口

　　Nc为MSC Server与（G）MSC Server之间的接口，主要解决控制和承载分离的移动ISUP的呼叫控制。使用呼叫控制与承载相分离的呼叫控制协议，如BICC，SIP-T。Nc接口可以基于ATM/IP/TDM承载，相应的协议栈是：IP承载时，为BICC/M3UA/SCTP/IP或BICC/SCTP/IP；ATM承载时，为BICC/MTP3b/SAAL/AAL5；TDM承载时，为BICC/MTP3/MTP2/MTP1。

　　（7）Nb接口

　　Nb为MGW之间的接口。主要功能是使用ATM或IP的方式承载电路域的业务，包括话音和电路域的数据承载业务。以ATM方式作为承载时，Nb接口的用户平面和控制平面都在两个MGW之间直接传输。用户平面基于AAL2，协议栈为AAL-2 SAR SSCS（I.366.1）/AAL2（I.363.2）/ATM；控制平面基于AAL5，协议栈为AAL2连接信令（Q.2630.2）/用于MTP3b的AAL2信令传送转换（Q.2150.1/MTP3b/SSCF-NNI/SSCOP/AAL5/ATM，采用IP承载时，Nb接口的用户平面和控制平面的传输路径不同。用户平面基于RTP，直接在两个MGW之间传输，其协议栈为RTP/UDP/IP；控制平面采用Q.1970，需要通过Mc和Nc接口的隧道传输，协议栈结构如图2所示：



图2　控制平面协议栈结构图

　　（8）MSC服务器与应用/业务层之间的接口

　　提供访问各种数据库、三方应用平台、各种功能服务器等的接口，实现对各种增值业务、管理业务和三方应用的支撑。其中包括：

　　◆MSC服务器与应用服务器之间的接口：可使用SIP协议或API（如Parlay），提供对三方应用和各种增值业务的支撑功能。

　　◆MSC服务器与策略服务器之间的接口：实现对网络设备进行动态干预，可使用COPS协议。

　　◆MSC服务器与网关中心之间的接口：实现网络管理，可使用SNMP协议。

　　◆MSC服务器与智能网的SCP之间的接口：实现对现有智能网业务的支撑，可使用CAP/WINMAP协议。

　　◆MSC服务器与归属位置寄存器HLR、短消息中心之间的接口：实现对位置查询、位置登记、业务更新及短消息业务的支撑，可使用MAP协议。

3、典型的移动软交换实现

　　随着通信技术的发展，国内外各大设备制造商应针对市场业务需求多样化的挑战纷纷提出了移动软交换的解决方案，软交换体系逐步完善，相关设备已逐步成熟。如上海贝尔阿尔卡特A5020 Spatial Atrium移动软交换设备最近顺利获得了中国移动入网许可证。Spatial Atrium移动软交换解决方案（见图3），是目前全球范围内获得大规模商用的解决方案，该方案增强了网络提供基于分组的无线话音和数据通信的能力，为移动运营商部署和维护其核心网络提供了一个全新的范例，以最少的网络建设成本和运维成本创造了最大的利润!方案采用控制和承载分离，控制部分可以集成话音业务、数据业务和IMS业务，以分布在网络中的多个节点代替传统集中配置的交换机，主要包括集中配置的无线软交换（WSS）、分布配置的无线媒体网关（WMG）、集成在WSS中的无线网管系统（WEM）三类网络节点，从而可实现向全IP网络的平滑演进。  



图3　Spatial Atrium TM软交换解决方案

　　◆无线软交换（WSS，Wireless Soft Switch）：能控制媒体网关（Media Gateways）并且管理所有语音和数据业务的呼叫。

　　◆无线媒体网关（WMG，Wireless Media Gateway）：提供TDM/ATM/IP的交换能力，具有丰富的话音和数据接口类型和端口密度。实现承载媒体和编码转换、回声消除、静音抑制、录音通知、DTMF、合法侦听、会议桥等功能。

　　◆网管系统（WEM，Wireless Element Man agement System）：完成对呼叫服务器和媒体网关的管理和维护。

　　对于移动运营商来说，Spatial Atrium极大降低了投资成本和运营成本，简化了网络结构，提高了呼叫的处理能力，占地面积减小，并带来了许多竞争优势：

　　◆低OPEX——操作维护简单；可以降低传输成本；减少维护人员。

　　◆低CAPEX——开放的电信级的IT平台，提高功能开发速度；降低单用户投资成本。

　　◆及时的新业务开发——新业务快速部署，为用户赢得时间，赢得商机。

　　◆版本的演进能力和系统扩展能力——支撑未来全IP构架；大容量和极好的扩展能力。

4、结束语

　　移动软交换技术作为未来网络的一种重要技术受到了业界的普遍关注，我国正在进行相应的行业标准制定工作。无论是固定网络还是移动网络都在向下一代网络演进，移动和固定NGN的融合也是未来电信网络的发展趋势。目前，国内多个运营商都已使用软交换技术进行试验，但由于传统的网络运营模式、业务经营模式的制约以及移动网络的逐步部署，这种融合将需要一个较长的过程。采用基于软交换的全IP的核心网结构，符合NGN的发展趋势，实现了传输与控制、控制与业务的分离，相对于传统网络，网络安全性、业务质量保证、新业务提供的便利性、业务种类的丰富性以及开放系统带来的广阔商机都是无可比拟的。移动软交换技术的应用，将使运营商能够构筑更经济有效的网络，提供先进的服务，创造更多的收入。