移动软交换技术在3G核心网中的实现(上)

日期：2008年2月24日作者：杨恒唐存琛查看:[大字体中字体小字体]

   文章主要从网络结构、功能、特点等几个方面论述了移动软交换技术在3G网络中的实现，并讨论了移动软交换在设备、协议、资源控制、媒体网关等方面与固定软交换的差异。

    1、引言

    随着新技术的不断涌现和应用，全球移动用户迅速增长，计划中的3G核心网将向用户提供更宽的带宽和各种更新的服务，除传统的话音服务外，还包括无线上网、收发电子邮件以及移动视频的服务。

    分组话音从技术上改变了传统话音传送的方式和服务质量。在固定网VoIP中，话音业务是在专用或公用IP网上以数据分组形式传送的，而不是通过电路交换在特定中继线上传送。在移动网中，话音业务与传统的固定电话一样，也是通过移动交换中心(MSC)进行电路交换的。传统的电路交换正在向分组核心网平滑过渡，话音将在这个新的核心网上以分组形式传送。

    目前，在固定网VoIP中已经开始使用基于软交换的体系结构，在这种结构中把四类和五类的电路交换分解为媒体网关和软交换机。在移动核心网中引入基于软交换的体系结构也将给全世界的移动运营商带来许多好处。现在，3GPP、3GPP2两大3G标准化组织分别提出了全IP的移动核心网的参考结构。3G网络作为未来NGN的一部分，也采用了NGN中软交换的思想。3G核心网的未来发展方向是采用基于软交换技术的全IP承载结构，实现传输网络、网络控制、业务提供三者的分离，提供一个分层的、开放的、可靠的、扩展性良好的网络体系。3G网络能更好地与因特网实现融合，方便地利用因特网现有的丰富资源，为3G网络用户提供实时话音与视频、Web浏览、电子商务等各种多媒体业务和多样化的增值业务，从而实现3G网络与因特网真正的融合。

    2、软交换技术在3G中的应用

    从电路交换核心网过渡到全IP核心网，UMTS标准有三个版本：R99、R4以及R5。这三个版本各有特色：R99系统向下兼容GSM和GPRS；R4电路域基于承载与控制分离的思想采用移动软交换技术，并实现了核心网电路域的IP传输问题；R5则是从无线网络到核心网都采用IP传输，并增加了IP多媒体域的实体，可以实现端到端的多媒体业务。

    2.1UMTSR99版本

    UMTSR99规定WCDMA/TD-SCDMA系统的核心网将基于ATM，核心网络分为电路域和分组域两个部分。电路域通过编解码转换器实现话音由ATMAAL2至64k电路的转换；分组域仍然采用了GPRSSGSN和GGSN的网络结构，相对于GPRS，增加了服务级别的概念，分组域的业务质量保证能力提高，带宽增加。并且，为把话音业务从无线接入网(RAN)传向核心网,最终传向PSTN，定义了Iu-cs电路交换接口。

    R99网络主要以继承GSM为主，在网络特征上仍然属于传统的网络。

    2.2UMTSR4版本

    R4阶段，WCDMA/TD-SCDMA核心网络仍然分为电路域和分组域两个部分，其中电路域移动交换中心(MSC)基于软交换的思想体系，将MSC的功能由MSCServer(移动交换服务器)和MG(媒体网关)两个功能实体来实现。MSCServer完成呼叫控制和移动性管理，而MG完成媒体流的处理功能。MG和MSCServer之间是标准协议。

    对移动终端到移动终端的话音呼叫而言，话音分组可以直接利用无汇接运行(TFO)或无变码器运行(TrFO)来传送，以减少时延和改善话音质量。在R4中使用TrFO时，媒体网关可以是ATM交换机。在核心网中话音利用AAL2通过ATM传送。R4相对于3GPP的R99主要有以下优点：

    (1)网络由TDM中心节点交换型演进为典型的分组话音分布式体系结构；

    (2)网络采用开放式结构，业务逻辑与底层承载相分离，话音分组化；

    (3)由于优化了话音编解码转换器，改善了WCDMA系统网络内部话音分组包的时延，提高了话音质量和核心网传输资源的利用率，

    (4)话音采用统计复用方式传递，可以提高传输网的效率，实现网络带宽动态分配。

    2.3UMTSR5版本

    UMTSR5也建立在分组核心网的基础上，但它规定要利用IPv6从ATM核心网过渡到全IP网，提供话音、数据和多媒体服务，终端开始支持SIP协议。R5规范将MSCServer在功能上分离为MGCF(媒体网关控制功能)和CSCF(呼叫状态控制功能)，分别处理语音呼叫控制和多媒体呼叫控制。

    R5将充分利用基于分组的网络架构、网络单元与协议。对分组交换的数据来说，可以保证端到端的服务质量(QoS)。引入新的宽带多速率(WB-AMR)声码器来改善话音质量。R5还将引入新的网元，如原籍用户服务器(HSS)等，以及引入一些新的概念，如虚拟原籍环境(VHE)等。HSS管理有关移动用户的信息。VHE的目的是实现跨越不同网络和不同终端的个性化业务可携性。用户可以利用个人业务环境(PSE)来生成他们自己的服务环境。VHE保证不论UMTS用户处于何种网络，使用何种终端，身处何地，都始终能够向用户提供同样的个性化功能、用户接口能力和业务。另外，在网中还可加入应用服务器，通过基于Parlay/SIP-S协议的开放式接口(OSA)接入，接收来自HSS、PSE和CSCF的信息。

    3、移动软交换的功能

    移动软交换是多种逻辑功能实体的集合，提供综合业务的呼叫控制、连接以及部分业务功能，是3GPPR4及以后阶段软交换系统核心网中的电路域实时语音/数据业务呼叫、控制、业务提供的核心设备。

    移动软交换设备的功能结构其主要设计思想是业务/控制与传送/接入分离，各实体之间通过标准的协议进行连接和通信，主要功能包括以下几个部分：

    (1)移动性管理功能

    主要完成切换(包括UMTS系统内、GSM系统内以及GSM与UMTS系统间的切换)、登记和移动台去活功能。

    (2)安全保密功能

    支持用户鉴权、TMSI使用和用户信息加密。

    (3)呼叫控制和处理功能

    移动交换服务器可以为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等；接收来自业务交换功能的监视请求，并对其中与呼叫相关的事件进行处理；支持基本的两方呼叫控制功能和多方呼叫控制功能。

    (4)VLR功能

    包括用户数据管理、位置登记、鉴权、提供MSRN、VLR恢复、切换号码分配、TMSI分配、清除、SuperCharger功能。

    (5)其他功能

    包括协议处理、互通、资源管理、计费、认证与授权、号码分析/地址解析、媒体控制等。
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