向3G 演进的软交换网络设计

1、向 3G 演进的软交换网络设计郭东亮 广州杰赛通信规划设计院【 摘要 】 文章基于目前业界对软交换的认识,结合以往设计经验和 3G 网络的发展趋势,将 软交换网络设计与其分布式结构及 IP 网特性相匹配,探讨了软交换网络设计的相关问题。1 3G核心网引入移动软交换3G 网络的发展是现有网络向 NGN 演进的大背景下进行的,演进趋势是:(1适应因特网的需求随着因特网自 20世纪九十年代至今的迅猛普及,极大地改变了人们的生活,若 3G 不 适应因特网的需求, 成为移动上网的平台, 那么其前景可能是暗淡的, 这一趋势驱使网络向 全 IP (All-IP 网络结构演进。(2网络的融合融合是目前网络发展

2、的主题,软交换技术是这一融合大趋势的技术基础之一。 NGN 可 分解为 4个功能层面:业务和应用层面、控制层、传送层、接入层,而软交换位于控制层。1.1 3GPP电路域核心网3GPP R4电路域引入了基于软交换架构的分层结构, 将呼叫控制与承载层相分离。 承载 层 MGW 负责为用户数据提供传送手段(承载信道 ;控制层 MSC 服务器负责提供原 MSC 中的呼叫控制、 移动性管理、 计费等功能。 (G MSC 被两个独立的功能实体 (G MSC Server和媒体网关(MGW , Media Gateway替代, HLR 也可以被替换为归属用户服务器(HSS , Home Subscriber

3、 Server 。R5协议引入了 IP 多媒体子系统, 简称 IMS 。 IMS 叠加在分组域网络之上, 由 CSCF (呼 叫状态控制功能、 MGCF (媒体网关控制功能、 MRF (媒体资源功能和 HSS (归属签 约用户服务器等功能实体组成。 IMS 负责完成移动终端的所有基于 IP 的业务,包括语音、 含数据及语音的无线实时业务等。1.23GPP2电路域核心网3GPP2定义的下一代核心网包括 LMSD 和 MMD 两部分, 其中 LMSD 对应软交换结构,MMD 对应 3GPP 定义的全 IP 网络。1.3 可实现的业务软交换具有清晰的分层结构模型, 提供统一开放的业务平台, 利于新业

4、务的实现, 软交 换网络可提供的业务除了 PSTN 的基本业务、 补充业务、 智能网业务外, 还可提供多媒体业 务、 与因特网应用结合的业务, 以及通过对第三方提供开放的标准业务接口而为运营商提供 新业务。PSTN 受到终端和带宽的同时限制,无法提供在软交换网络中可以轻松实现的业务, 另外由于软交换网络本身基于宽带数据网络,将 PSTN 中的语音业务以 IP 语音业务方式实 现,有效降低了话费。2 软交换与传统交换的差别电路交换是一条物理链路对应一个连接, 而软交换本身是建立在因特网基础上的, 一条 物理链路对应多条虚连接,软交换的思想为:(1控制功能与交换功能分开,在不同的网元中实施,各网元

5、独立发展;(2软件实现控制功能;(3各网络实体(节点通过标准协议进行连接和通信;(4网络功能分层,网元分布式部署。对于移动网,其核心网软交换示意如图 1所示: 图 1 移动软交换示意从逻辑上分离之后, MGW 与 MSC 服务器将不一定存在具体的对应关系,这就可以使 传送资源的调配变得更灵活高效。传统电路交换和软交换的网络结构如图 2所示, 传统的电路交换将控制和交换功能均集中于 MSC , 而软交换仅将控制功能集中于 MSC-Server , 交换功能则分布于媒体网关 MGW 。 传统电路交换基于 TDM 交换技术实现交换,而软交换则基于 IP 分组网实现交换。 图 2 传统电路交换与软交换

6、3 网络设计的关键点3.1 发挥经济性优势电信市场日益激烈的竞争使运营商在寻找市场机遇和更新的商业模式之余, 还需不断寻 找可利用的新技术降低网络建设、 维护、 新业务开发的成本, 而这恰是软交换技术的优势所 在, 据估计, 软交换的综合运营成本相对 PSTN 减低 50%, 网络设计应发挥出其成本效率优 势。(1简化网络层次。传统电路交换机将交换硬件、呼叫控制和业务应用功能结合进单 个交换机,形成垂直集成的封闭结构,软交换则采用横向组合模式,将功能接口打开,采用 开放接口和通用协议,便于最佳设备组合,建网成本低,升级容易。简化网络层次,减少交 换机中继互联的复杂性很重要。(2网络设计应提供网

7、络级资源冗余,包括 MSC-S 和 MGW 的冗余,共享控制服务 器和媒体网关资源池, “池”的概念是指节点被加入网络中而不需对网元进行重新配置。网 络级资源冗余提供更灵活的网元选择和业务路由, 使得网络维护不中断网络的工作, 保证业 务连贯性。(3考虑 2G 向 3G 的演进,以 GSM 向 WCDMA 演进为例,所有服务器和媒体网关 均应同时支持 GSM 和 WCDMA 业务,支持标准网络接口,便于网间切换,语音业务和数 据业务可以共有一个核心网,运营商不需建两个独立的核心网。基于同一软交换核心网,GSM 和 WCDMA 共享控制服务器和媒体网关资源池, 不需要对两网的业务分流作预测, 相

8、 对传统电路核心网设计简化了业务预测, 尤其适合用户行为和业务分布快速变化以及不可预 测的情况。(4由于软交换的分布式架构体系,在用户相对分散、密度低的业务区,软交换具有 优势,网络建设可以从简洁的网络架构建起,随着需求的驱动,逐步增加网元部署,获得经 济上的及时的投资回报。(5 MSC 服务器选址考虑靠近维护中心,节省运维成本。(6充分利用现有传统电路交换网的 MSC ,对其作适当升级改造作为 MSC-S ,保护 已有投资,平滑过渡。(7降低站址租赁费用。传统集中式 MSC 需要占大的机房和消耗大量能源,软交换 “分布式”的好处是设备独立发展,各独立设备可以采用新技术集成,占空间更小,能耗更

9、 小, 从网络设计角度分布式系统可以更灵活地对网元选址, 为降低成本可以租赁租金较低的 机房。3.2 呼叫与承载分离带来的问题(1安全问题及解决软交换选择了 IP 网作为承载网,其特征为开放性,所以安全问题尤为突出,具体包括 媒体网关、 软交换机、 应用服务器会受到互联网用户的攻击, 必须采用安全策略以保证软交 换网络的安全。主要策略有:边界隔离:媒体网关、 MSC 服务器需配备专用隔离设备,如网关、防火墙,达到隔 离效果。数据加密:应在网络层和用户层两层实现, 网络层保证子网间安全, 子网间密钥共享, 用户层为用户与服务器间密钥共享。访问控制:保证用户的合法性,可以根据网络规模和业务需求灵活

10、设定认证服务器, 比如设立集中认证服务器统一认证用户身份或按子网设分布式认证。登录记录:确定 MSC-S 、 MGW 等主机设备的安全规格,对用户在网络中的操作作 相应记录,以便有据可查。注意设计机房的安全防盗设施,制定出入人员的管理规范。(2服务质量及解决由于控制和承载分离, 非正常情况下若软交换和网关之间的连接丢失, 会造成控制层呼叫和承载层连接的不一致, 这种技术上的风险在网络设计中应予以考虑。 在必要的情况下采 用控制与承载不分离的方案以保证服务质量,即“分离不分离”的混合网络,分离保留下 一代网的演进特性, 不分离是针对网络的稳定性采取的保守措施。 实际网络设计应灵活处理, 不拘泥于软交换本身的特征。3.3 软交换网络设计理念(1集中与分布的“度”传统交换采用集中式交换, 软交换采用分布式交换, 然而, 集中和分布应是各有优缺点 的:集中便于管理,但资源使用效率低、不便开发新业务;分布资源使用效率高、便于开发 新业务, 但不便于集中管理, 软交换网络的设计中应注意网元过度分散可能会抵消其获得的 诸多好处。(2技术可行性与经济可行性网络设计可行性主要包括两个方面:技术可行性和经济可行性。 对于软交换网络, 分布 式交换 /控制实际上相对