作者：陶安

    摘要：本文主要介紹了軟交換的技術特點和新增協議的介紹，同時也對任何從2G網絡如何向3G網絡演進進行了介紹

    1.網絡技術演進總體策略

    網絡技術的演進從策略總體上都是漸進式的，即要保證現有投資和收益，同時也要有利于現有技術的平滑過渡；而要實現漸進式的演進策略，其技術標準的指導思想是系統中的網元可分別獨立演進，網絡盡可能實現平滑過渡，最終實現全ip化的全球寬帶移動通信網絡。

    也就是最終達到一張IP承載網，一張核心網絡，n種不同的接入方式（GSM,UMTS,CDMA2000,WiFi, WiMax…）。

    2.軟交換NGN的特點

    為了網絡的平滑演進，需要核心的交換設備從承載和控制一體的方式向承載和控制分離進行演進，以適應未來以軟交換分層架構為主導的下一代移動網絡建設趨勢，同時也為實現同一張核心網打下堅實的基礎。

    下一代網絡體系主要的特點是采用開放的網絡構架，將傳統交換機的功能模塊分離成獨立的網絡構件，各個構件可按相應的功能劃分，各自獨立發展。構件間的協議接口基于相應的標準，使得原有的網絡逐步走向開放，同時可以根據業務的需要自由組合各部分的功能構件來組建網絡，實現各種異構網的互通。構件化的結構更具有彈性，便于各個構件的獨立發展、擴容和升級。通過業務與呼叫控制分離以及呼叫控制與承載分離實現相對獨立的業務體系，使業務真正獨立于網絡，靈活有效地實現業務的提供。用戶可以自行配置和定義自己的業務特征，不必關心承載業務的網絡形式以及終端類型，使得業務和應用的提供有較大的靈活性，從而滿足用戶不斷發展更新的業務需求。也使得網絡具有可持續發展的能力和競爭力。

    軟交換技術作為業務／控制與傳送／接入分離思想的體現，是NGN體系結構中的要害技術，其核心思想是硬件軟件化，通過軟件的方式來實現原來交換機的控制、接續和業務處理等功能，各實體之間通過標準的協議進行連接和通信，便于在NGN中更快地實現各類復雜的協議及更方便地提供業務。

    移動軟交換就是將軟交換技術引入移動網絡，狹義上講，軟交換專指軟交換設備。基本含義就是把呼叫控制功能從媒體網關中分離出來，通過服務器或網元上的軟件實現基本呼叫控制功能，包含呼叫選路、治理控制、連接控制(建立會話、拆除會話)、信令互通(如從SS7到IP)。軟交換是NGN的控制功能實體，是NGN呼叫控制和連接控制的核心。他獨立于底層承載協議，完成呼叫控制、媒體網關接入控制、資源分配、協議處理、路由、認證、計費等主要功能，可以向用戶提供現有電路交換機所能提供的所有業務，并向第三方提供可編程能力。因為NGN是一個融合網絡，網絡必須互通是NGN發展的要害。軟交換通過對各種媒體網關的控制實現不同網絡之間的業務層融合。軟交換作為控制中心，通過網關發出信令，控制語音／數據業務通路。

    相對與傳統的網絡，軟交換有如下好處：

    *開放性

    開放的體系，使運營商可以自由的選擇設計自己的網絡，易于提高競爭力，使得綜合建網成本下降。

    *低成本

    三網合一的建網思路，使運營商的建設成本及網絡運維成本大幅度降低。

    *易規劃，分布建網

    無級網絡，伸縮性強，網絡可按需邊規劃邊建設，分布式組網使運營商的業務“低成本、廣覆蓋”。起步容量較小時，成本優勢明顯，組網成本線性增長。

    *更豐富的業務

    可以支持有線/無線/多媒體融合的業務，任何用戶可以在任何地點、采用任何接入手段、任何時間獲得基本相同的業務，“一點提供、全網共享”，支持第三方業務，支持用戶業務定制，業務個性化。

    *增強網絡可靠性

    在傳統的組網中，合一的設備實體使得想通過設備冗余提高網絡可靠性是不可能的。應用軟交換技術后，可以通過設置N+1冗余業務服務器的方式低成本的提高網絡的可靠性。

    從軟交換的技術可以看出，下一代網絡的演進主要按照兩條路線來發展：第一條路線主要體現為電路交換網絡設備被劃分為物理上獨立的控制面軟交換與承載面媒體網關兩部分，而最終用戶基本感覺不到業務特性及接入方式的變化。而第二條路線則實現了真正端到端的IP業務特性，并引入了包括話音在內的全新實時多媒體應用，用戶以SIP/H.323等分組終端的方式接入網絡，網絡體系結構及業務的提供方式(如SIP方式)完全不同于傳統網絡。而3GPP的R4，R5等架構的演進也正好符合下一代網絡的演進，為最終固定和移動的寬帶網絡融合提供

    從移動核心電路域的發展來看，期間經歷了R99到R4以及到全IP化的R5系統架構，其標準還在不斷的完善中。在R99的架構中，系統仍然采用分組域和電路域分別承載與處理的方式，分別接入PSTN和公用數據網。無線側的AMR話音仍須經過編解碼轉換器轉化為64k電路，降低了話音質量，導致核心網的傳輸資源利用率低而且核心網仍采用過時的TDM技術，雖然技術成熟，互通性好，，但存在技術過時、新業務跟不上的問題。而在演進到R4架構中，同R99相比，無線接入網網絡結構沒有改變，改變的只是一些接口協議的特性和功能的增強。而核心網部分：PS（分組交換）域不變，電路域變化較大，主要體現引入了軟交換的體系架構，在電路域引入分層結構。話音分組化，由包方式承載，可以由ATM、IP來傳輸電路域的語音和信令。這樣，接入網與核心網話音承載方式均由分組方式實現；同時，由于分組交換域的傳輸也是建立在ATM或IP網絡上，所以，運營商可以用同一個傳輸網絡來傳輸所有的業務。

    3.軟交換架構中的要害技術和協議簡介

    由于新的接口引入，在R4架構中的存在著以下幾種要害協議和技術：

    *Mc接口

    用于控制媒體網關進行承載的建立；3GPP規范推薦使用的用于媒體網關承載控制的協議是H.248，主要參考3GPPTS29.232和3GPP23.205。H.248有文本的方式和二進制的方式，主要承載在UDP/IP或SCTP/IP之上。隨著了技術的發展，H.248的協議內容不斷的增加，從TDM/VoIP的控制到3GIP承載的控制。

    *Nc接口

    引入BICC協議（與承載無關的呼叫控制協議），它是由ITUT第11組提出的信令協議。BICC協議屬于應用層控制協議，采用呼叫信令和承載信令功能分離的思路，重新定義了一個在骨干網絡中使用的呼叫控制信令協議，其協議解決了呼叫控制和承載控制分離的問題，使呼叫控制信令可在各種網絡上承載，包括MTPSS7網絡、ATM網絡、IP網絡。呼叫控制協議基于NISUP信令，沿用ISUP中的相關消息，并利用APM(applicationTransport Mechanis m)機制傳送BICC特定的承載控制信息。由于采用了呼叫與承載分離的機制，使異種承載的網絡之間的業務互通變得十分簡單，只需要完成承載級的互通，業務不用進行任何的修改。它是傳統網絡向綜合多業務網絡演進的重要的支撐規范。

    *Nb接口

    Nb接口可以基于TDM/ATM/IP，在向下一代技術的演進中，IP的承載成為主流。對于IP承載而言，目前主要有兩種方式，一種是VoIP，另外是3GIP。3GIP采用的是3GPP的幀協議，包括了NbUP的協議，在建立承載時候需要對Nb的用戶面進行協商；而VoIP采用的不是3GPP的幀協議，不要進行Nb的用戶面的協商，不需要附加類似于NbUP的額外的信元，所以對于同是采用G.711的編解碼格式的時候，所需要的傳輸長度是小于3GIP的。下表為不同編解碼下的需要的傳輸長度：

    從上表中可以看出，在采用G.711的編解碼方式下，VoIP具有占用帶寬小的特點，而3GIP主要適于于ARM2的編解碼方式，這主要是因為3G的無線接入采用的ARM2的編解碼，在3GIP的部署中可以不插入編解碼，從而保證語音質量。

    *信令的承載協議

    為了讓信令承載的IP化，同時保證信令傳輸的安全可靠，IETFSIGTRAN小組提出的流控制傳送協議(SCTP)，主要在無連接的網絡上傳送信令消息，該協議可以在IP網上提供可靠的傳輸協議。SCTP用來在確認的方式下，無差錯、無重復地傳送用戶數據；根據通路的MTU限制，進行用戶數據分段；并在多個流上保證用戶消息的順序遞交；把多個用戶的消息復用到SCTP的數據塊中；利用SCTP多歸屬機制提供網絡級在故障情況下，用戶信息可靠傳送的保證，同時SCTP還具有避免擁塞、避免遭受泛播及匿名攻擊的特點。SCTP可以在IP網上承載7號信令，完成IP網與現有7號信令網和智能網的互通。同時SCTP還可以承載H.248，ISDN，SIP，BICC等控制協議，因此，SCTP是IP網上控制協議的主要承載者。

    *信令的適配協議

    在保證了信令的安全可靠的傳輸后，需要對傳統的信令進行設配，使其適于在IP網絡上傳輸。目前國際標準的發展情況，以及在國際上的應用情況來看，唯一可行的技術就是IETF定義的SIGTRAN協議標準，其協議組成如下：

    主流的No.7信令的適配層協議有以下幾種：

    1.M3UA:是唯一在3GPP（TS29.202）中被定義用于UMTSRelease4以及之后的，核心網七號信令傳輸的標準。同時M3UA在3GPP的TS25.412中也被采用，做為在UMTS Release99以及之后的，Iu-CS和Iu-PS接口RANAP的傳輸協議之一。另外，分別在TS29.205和TS29.232中，M3UA也被定義用來承載BICC和H.248。

    M3UA適配協議可以完成MTP3－USER信令的適配傳送功能，以及IP與No.7信令網之間治理消息的映射轉換，可以用于IPSP之間或者SGW與IPSP之間。當M3UA協議用于SGW時，在SGW一側M3UA作為SGP（信令網關進程）工作，在MGC一側M3UA作為asp（應用服務器進程）工作，M3UA協議支持治理功能，完成ASP和SGP之間的通信。M3UA也可以用于IPSP之間點到點的信令通信，在IPSP之間可以使用多個應用服務器進程，分別使用多條SCTP偶聯來承載信令業務。

    M3UA可以采用代理模式和轉接模式。在代理模式下，信令網關不需要有獨立的信令點碼；在轉接模式下，信令網關需要有自己獨立的信令點碼，其功能類似于傳統的STP。

    2.M2UA：是對于MTP2的適配，其特點是不需要對立的信令點，可以看做是核心設備的信令的IP延伸，其所有優點M3UA的代理模式下均具備，所有在信令網的適配層中，M2UA并不占有主要地位。

    3.M2PA：也是對MTP2層的替換，其協議的特點：從SG的協議棧上看，SG完全等同于一個連接TDM的SP與IP的SP之間的STP（信令轉接點），SG將信令鏈路的承載（MTP-1層定義的標準）轉換基于IP承載，將MTP2層定義幀結構轉換為M2PA的幀結構，同時將SLC信令鏈路適配至一個或多個SCTP連接，同時M2PA必須保存各條七號信令鏈路至它的SCTP偶聯和相應目的IP地址的對應表。由于SG支持MTP3層協議，具備信令網治理功能，可以將SG與軟交換機之間的IP信令鏈路狀態信息傳送給TDM交換機，也可以將SG與TDM交換機之間的TDM信令鏈路狀態信息傳送給軟交換機。具備信令轉接功能，支持七號信令消息在多個通過IP網絡相連的SG之間轉發。因此，可以說采用M2PA協議能夠構建一個TDM信令鏈路與IP信令鏈路無縫連接的信令網，而SG是連接TDM信令鏈路與IP鏈路鏈路的STP。所以現在的主流是在作為IP的STP之間M2PA作為主要的信令適配協議。其信令網關需要具備獨立的信令點編碼，即采用信令轉接點方式工作．綜上所述，M3UA是適用于做IP的信令端點，而M2PA適用作為IP中的STIP。

    *TrFO/TFO

    TrFO主要是為了減少語音編解碼的轉換而在兩端采用相同編解碼的時候不插入編解碼，提高語音質量，這主要用于3G的核心網絡，在3GPP中核心網絡采用AMR2的編解碼，保證了和無線側的統一，同時也保證了端到端的無編解碼的輸入；而在2G網絡中無線側采用的是EFR等編解碼，接入到核心網是經過轉換的G.711，為了保證2G現網網絡語音質量，采用G.711是好的選擇。在建網初期，可以統一采用同一個編解碼，這樣保證了全網設備的統一性，解決進行協商的時延和配合。

    TFO是帶內協商的信令，不進行編解碼，只是對接入的編解碼（如EFR）進行適配到G.711，沒有節省帶寬，但由于沒有進行編解碼的轉換，沒有產生語音質量的丟失。

    從上述的要害技術當中，可以看出這中間主要涉及到如何從基于TDM的信令和語音承載網絡過渡到以IP為主的承載網絡，在3GPP所進行的核心域的演進中，R5的系統架構實現了端到端的全IP化，同R4結構的主要區別是Iu接口摒棄了ATM的傳輸而采用IP，同時業務上也引入了Camel4，提供了更多的智能業務應用。而同時在R5結構中也提出了IMS多媒體域的疊加，用于實現各種實時或非實時的多媒體業務。其技術的演進是逐步走向IP化，核心統一化。在其后的R6甚至R7的階段，核心的電路域和分組域會統一，而SGSN和GGSN也會逐步走向控制和承載的分離，和IMS域進行融合，真正形成核心一張網，而可以有多種接入。

    4.2G網絡的演進策略

    為了節省移動網絡的投資和運營以及將來的網絡需求，對于2G網絡中的新建局可以平滑引入軟交換，基于對于現網用戶的語音質量的保護以及技術的漸進成熟，建議如下的進入方式：

    第一階段：為了維護2G現網的結構和以TDM為主的方式，引入軟交換的后其信令和語音依然基于TDM的方式，在軟交換設備之間引入BICC，在CallServer和媒體網關之間引入H.248；為了保證2G網絡用戶的增長和平滑引入軟交換體制，可采用將媒體網關設置在不同地區，但CallServer集中進行設置。軟交換和傳統的交換機用ISUP信令，軟交換之間采用BICC信令，Mc接口可以基于IP承載網/IP專線或者IPover TDM。其結構示意圖如下：

    第二階段：為了平滑過渡到以IP為主的未來的網絡體制，在IP承載網能夠保證網絡延遲不大于100ms，抖動不大于20ms，丟包率不大于0.1%的情況下，可以將信令和語音承載在IP網上，由于是在2G的現網，TRAU不支持TFO，為了不要因為引入IP而對語音質量造成大的影響，編解碼可以采用G.711，Nb接口采用VoIP，Nc接口的BICC信令承載在IP,Mc接口的H.248也承載在IP網上。為了提供更好的服務，可以在有WiMax/WiFi的地方可以引入無限制接入的技術，保證了熱點地區的無縫覆蓋。

    針對于無限制接入的技術，可以采用Alcatel獨有的無限制網絡控制中心和軟交換合二為一的技術，節省投資，充分利用網絡資源。

    盡管在2G現網中引入了軟交換，但并不改變網絡的結構，傳輸網絡依然利用現有的T局網絡，在采用了IP網絡后，由于軟交換具有容量大的特點，省內的軟交換數量不會太多，那么軟交換之間可以采用扁平化的組網。而省間可以采用軟交換結構的T局。

    在第二階段中，可以引入信令網關將基于TDM的信令進行轉換為基于IP的信令，在此階段，媒體網關可以內設信令網關對Ａ接口信令，ISUP信令和MAP/CAP信令進行轉換。在這種方式下，其信令是基于M3UA/SCTP/IP。

    第三階段：在2G用戶不再增長的時候，可以對2G軟交換進行升級使之能對3G進行接入，使2G/3G共用同一個網絡。

    以上的三個階段是針對如何在2G現網中引入軟交換，以及如何與3G合二為一形成同一張網絡。而在3G引入的時期，可以單獨進行3G軟交換的建設，3G軟交換之間采用扁平的組網方式，對于Nb接口采用3GIP，同時支持AMR2的編解碼，這主要為了發揮TrFO的保證語音質量的作用；而為了和2G的互通和語音質量，G.711作為缺省的編解碼。在3G發展的中期，其軟交換也可以增加BSC的接入，作為應對2G的擴容。在2G和3G的網絡中，形成你中有我，我中有你的同一張核心網絡以提供各種各樣的業務。