移动软交换的技术标准和演进过程引言当数据业务逐渐取代话音

1、移动软交换的技术标准和演进过程一、引言当数据业务逐渐取代话音业务成为主要的收益来源时，向以数据为主的分组 网络演进不可避免。由于话音仍是一种重要的业务，要求下一代网络必须根据不同业务的要求提供相应的QoS保证。因此，形成了网络技术向NGN网络演进的主要推动力。软交换是下一代网络的核心技术，其基本思想是呼叫和承载分离。软交换最开始提出的出发点是基于将现有的 电路交换网逐步地向IP网过渡，并替代传统的电路交换网。同时，为IP电话提供更多的业务，使IP网获得与传统的电路交换网所能提供的相同的业务。二、软交换技术的概述固网NGN的软交换技术现在基本上按两条技术路线来发展：一条是将传统电路交换领域的业务

2、移植到分组承载网上来实现。另一条是全新的基于全IP的多媒体业务系统。对于第一条路线，传统 电信业务从专用TDM承载向统一的共享式IP/ATM多业务传输网络转移， 并且在维持用户接入方式不变的前提下借助接入网关完成网络层业务传输的分组化。原电路交换网络设备被划分为物理上独立的控制面软交换和承载面媒体网关两个部分，而PSTN /ISDN/PLMN 最终用户基本感觉不到业务特性及接入方式的变化。对于全新的基于全IP的多媒体业务系统，实现了真正端到端的IP业务特性，并且引入 了包括话音在内的全新实时多媒体应用。用户以SIP/H.323分组终端的方式接入软交换网络。网络体系结构及业务的提供方式（如SIP

3、方式）完全不同于传统电路交换网。而UMTS移动领域的3GPP R4及R5两个阶段，正好与上述软交换发展的两条技术路线相对应。三、移动网的下一代核心网电路域1.3GPP电路域核心网软交换在3GPP核心网的应用主要在两个方面：即电路域和IMS子域。3GPP的R4中,电路域核心网引入了控制和承载分离的网络结构（见图1）。Owww. ctl.1. com.*riiMsoa r-/U i IS41于 lS4i的栈心的樓心J鞘阶段 2(LMDS)IIP H工叶4甲“ i出挣容鶴产MLaluip持界 if 悴 st 虻也削x、f 虾iip、X/CTAWMisii(站令怙y(W(分纵网*v 人图1 3GPP电

4、路域核心网在移动交换 服务器核心网的电路域中，可以使用承载独立的方式支持不同的传输层，如IP，ATM或TDM。电路域核心网主要由MSC Server ，GMSC Server 和MGW 组成。 移动交换服务器(GMSC Server 和MSC Server) 是UMTS移动通信系统中电路域 核心网向分组交换方式演进的核心设备，它独立于底层承载协议，主要完成呼叫控制、媒体 网关接入控制、移动性管理、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等功能，并向用户提 供3GPP R4阶段的电路域核心网所能提供的业务，以及配合智能SCP提供多样化的第三方业务。(2)媒体网关(MGW)，是将一种网络中的媒体转换成

5、另一种网络所要求的媒体格式。 媒体网关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。GMSC Server 和 MSC Server 通过 Me 接口控制 MGW。GMSC Server 和 MSC Server之间通过 Nc接口连接。MGW 之间通过 Nb接口连接。其中：(1) Me接口：为MSC Server 与MGW 之间的接口，主要功能是媒体控制。使用基于H.248 的呼叫承载控制协议。协议内容包括 3GPP29.232，H.248 ，MeGaCo 和Q.1950

6、。(2) Nc接口：为 MSC Server 与(G)MSC Server 之间的接口，主要解决的是用控制和承载分离的方式解决移动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。(3)Nb协议：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。使用分组交换方式对3GPP电路域的承载协议。Nb接口的主要内容包括 3GPP29.415。2. 3GPP2电路域核心网3GPP2定义的下一代核心网络包括LMSD和MMD两个部分，其中 LMSD是为了利用软交换结构的交换网络向用户提供电路域业务而定义的，MMD则是

7、与3GPP定义的全IP相对应的网络。在 3GPP2中，对cdma2000网络的传统移动电路交换域向全IP演进的方式进行了定义(见图2) oWWW GttICl JIXhciL 1亠 J |r11 j1Med 口 fmctjkin.nAWLiiiGaiewavI-11 -.1rNX：T .:知11 厂心皿、MS iXintnri Suppnrl耳 I r * * * * Ir i- v * g, 11 AccessPiiiM：:msg；: sent：图2 cdma2000 的LMDS全IP演进(1) LMSDS 需要支持的接口网络中引入了 LMSDS实体、媒体网关(MGW)和媒体资源功能处理实体

8、 (MRFP) oLMSDS实体包括原LMSD中的HLR , MSC和SCP功能，分别称为 HLR模拟器 (emulation) 、MSC 模拟器(emulation) 和 SCP 模拟器(emulation) 。LMSDS 的功能主 要包括传统电路域业务的控制和管理，并且需要支持ANSI-41 网络信令(MAP) , PSTN网络信令(ISUP)，媒体网关信令(MEGACO) , MRF处理信令(MEGACO),无线接入网络信令 (IOS-A1) 和LMSDS IP 呼叫建立信令(SIP-T)接口。(2)MGW 和MRFP需要支持的接口MGW和MRFP主要负责各种媒体流的承载和处理，并且提供

9、电路域业务需要的各种信号资源。需要支持的接口有：媒体网关与RAN之间的话音承载接口：I0S-A2 ;媒体网关与RAN之间的电路域数据业务承载接口：I0S-A5 ;媒体网关与PSTN之间的承载：TDM ;LMSDS 与媒体网关之间的信令：MEGACO ;LMSDS与媒体资源功能处理实体之间的信令：MEGACO ;媒体网关之间的IP承载。四、协议和功能1. BICC 与 H.248BICC协议是一个承载与呼叫无关的协议。它的协议模型中将承载控制和呼叫控制两种功能分离，呼叫控制只负责业务流程的实现，和具体的承载类型无关。SIP-T与3G电路域业务兼容能力强，但目前仅支持IP用户面承载，而 SIP协议

10、目前也仅支持在IP上承载。BICC 因其体系制定的完备性，充分考虑了RTP/IP , ATM AAL2/AAL1 , TDM , MPLS等方式进行多种电路域业务承载网组建方式的需求，对于目前广域IP QoS机制尚不成熟的情况，具备条件的运营商可能会选择首先组建 ATM或TDM承载话音业务流，造成多种承载 类型网络共存的局面，而目前仅有BICC可以完成控制面与 ATM , IP类承载的兼容支持及交互。BICC真正作到了将呼叫控制逻辑与承载相关的承载控制逻辑的完全分离，承载控制 逻辑(如Q.AAL2)直接在MGW间执行或(IPBCP)通过隧道方式在 MGW间代理透传，确保 了承载模式的变化更新对

11、软交换的业务逻辑影响最小。在ISUP消息中，通常会有一个电路识别编码(CIC)作为参考，用来指示此消息用于哪个物理信道。如果传输和控制是分离的，呼叫独立于传输，ATM或IP就没有指定信道，不能使用CIC来指定传输信道。为了解决控制与承载分离的问题，ITU -T的方案是修改ISUP , 克服ISUP的限制，使得传输网络真正变成与控制独立。标准化的结果就是ITU-T的承载独立呼叫控制(BICC)协议。BICC的主要思想是承载控制和呼叫控制两种功能分开：呼叫 控制只负责业务流程的实现，和具体的承载类型无关；而承载控制是在传统ISUP协议的基 础上，去掉了和具体承载有关的消息和参数，增加了 APM消息

12、和APP参数，能够对多种的承载类型进行控制。 APM(Application Tran sport Mecha nism)提供了传送承载连接建立所需BICC专用信息的手段。BICC在3GPP R4电路域的功能主要解决在控制和承载分离的方式下提供移动ISUP的呼叫控制。BICC可以被用在承载任何分组网络的环境中，如ATM，IP，TDM或其它技术。ITU已经定义了两种版本：BICC 能力组1(CSI) oCSl是BICC的第一个版本。在2000 年完成(ITU-T Q.1901 系列)，CSI支持窄带ISDN业务在ATM传输层上传输，它的网络模式假定呼叫控制和承 载控制没有物理分开，它假定MGC和

13、MGW是集成在一个节点中，对水平化集成的网络来说，这是很大的一个限制。(2)BICC 能力组2(CS2)。为了克服 CSl的限制，ITU在20002001年间完成了 BICC CS2(Q.1902 系列)。CS2增加的最重要的内容是在网络模型中包括了本地交换机，MSC , TSC和GMSC。将呼叫控制和承载控制物理分开，并支持 IP作为承载技术控制服务器为了能在分层网络中控制远端的MGW，使用了 GCP(网关控制协议)。GCP可用来控制承载的建立，控制MGW中的资源，如回声抑制器、编解码器和语音通知机等。机等。IETF与ITU-T 合作开发了 GCP协议，ITU-T 将GCP称之为H.248，

14、而IETF称 之为媒体网关控制协议(MEGA-CO)。尽管两个标准化组织各自给了 GCP协议不同的名字， 但它们的内容是完全一样的。H.248工作在主从模式，并定义了连接模型，连接模垄中有终结点、流以及关联(上下文)。终结点是出/入分组网络的媒体流的连接，它允许信号应用到媒体流上，如发送忙音， 也允许从媒体流中接受发生的事件，如收到DTMF信号。关联则是将终结点上媒体流混合并桥接在一起，并描述媒体流之间的关系。在呼叫建立过程中，网关控制协议通过命令建立终端，描述终端的属性，控制在MGW中的资源。2. TFO 与 TrFOTFO(Ta ndem Free Operatio n)是一种带内的通信协

15、议。TrFO(Tra nscoder FreeOperatio n) 是一种带外的Tran scoder 控制协议。(1)TFOTFO是一种基于目前 GSM网络中使用的方法，由于 UMTS将语音编码变换点从 BSC 移到了核心网 MGW , TFO在UMTS中使用需要一些修改。TFO是在呼叫建立之后对使用的编解码进行协商， 使得手机到手机的呼叫可以避免在发端侧和收端侧进行不必要的语音编 解码转换。由于多次的话音压缩 /解压缩处理会降低端到端话音质量，增加话音时延，TFO可以明显提高话音质量和减少时延。TFO既可以在BICC网络中实现也可以在传统的TDM承载网络中实现。整个呼叫过程中，经过Tra

16、nscoder 的话音通路带有 TFO帧，这些TFO帧确认在呼叫中对 Codec的使用。如果需要的话，TFO允许迅速地重新激活编解码器。这是因为即使己被关闭，但 Tran scoder 实际上一直存在于呼叫路径中。重新激活编解码器 在某些情况下是必要的，如UMTS到GSM切换，或呼叫中丢失同步等。(2)TrFO网络可以在呼叫建立前就对编解码的类型和模式进行协商，如果两端使用的编解码一样，则对于移动到移动的呼叫可以完全不经过Transcoder 。 TrFO的好处同样是可以提高AMR l2.2kbit/s的速率而不Tran scoder ，还可以节省TFO的补充。Codec的协商话音质量，并且在

17、分组核心网中可以优化网络带宽。话音是以 是64kbit/s 在核心网中传输。由于移动网内的呼叫可以不使用 设备投资。TrFO是UMTS R4定义的新功能，可以看作是对 在承载建立之前完成，这样可以保证呼叫使用适当的承载资源。五、移动网络的IP多媒体业务系统及演进1.3GPP IMS 域3GPP R5的IP多媒体子域(IMS)定义了 UMTS核心网向全IP演进的网络结构。IMS 提供多媒体会话功能，强调媒体组合业务，标准的开放性保证业务组合非常容易。IMS域提供IP网络控制QoS的能力，保障业务质量。真正支持业务的开放性，业务间的耦合性 降低，可以支持极其丰富的第三方新业务。IMS网络和IP网络

18、的完美结合，把IP网转变成为可管理的网络。IMS提供灵活的业务计费手段和计费能力，把IP网络转变成可运营的网络。IMS网络支持各种接入方式，业务特点与接入方式无关。已有的业务平台业务服务 器，如SCP等，可以作为数据业务的平台在IMS网络中继续发展。IMS不同于已有的各种网络，提供真正可运营、可管理、开放的增值服务网络。2.3GPP2 MMD3GPP2定义的cdma2000 全IP网络结构的多媒体域(MMD)核心网主要包括两个子 系统：分组数据子系统和 IP多媒体会话子系统。这里的 IP多媒体会话子系统与 3GPP的 IMS子域相对应，其演进方式基本相似。3. 网络融合问题3GPP和3GPP2两种体制的移动通信网络在技术上逐渐IP化，这是一个共同的趋势。并