软交换技术通用教程

软交换概述软交换结构和基本概念软交换基本功能软交换和传统交换比较软交换基本概念软交换，来自于英文单词Softswitch，在移动通讯领域，是电路交换域（CircuitSwitchingdomain）主要信令和业务的处理单元。软交换得结构、使用的接口严格遵守3GPPR4规范，所以也称R4软交换。软交换和3GPP规范3GPPRel993GPPRel43GPPRel5功能冻结时间点2000/032001/032002/03GSM/GPRS核心网电路域软交换TD-SCDMAVoIP

IMS(IP多媒体)HSDPAR99网络结构BSCMSCGMSCHLRSGSNGGSNRNC接入网TDM承载宽带承载核心网R4网络结构BSCMSCServerGMSCServerHLRSGSNGGSNRNC接入网TDM承载宽带承载核心网MGWGMGW传统交换结构模型呼叫控制SS7LineCardTrunkCard业务交换MSC管理系统计费系统MSCMSCR4软交换结构模型管理系统业务系统计费系统N0.7网络分离，MSC有MSS和MGW/SG两个物理实体分组，业务采用IP承载方式MSCServerMGW/SG1MGW/SGnIPIP承载网/专线分组，信令采用IP承载方式MSCServer基本概念MSCServer：MobileSwitchingCenterServer，简写为MSS，移动交换中心服务器MSCServer，包括MSCServer和VLR两部分；主要特点为：提供呼叫控制、移动性管理、用户业务数据和CAMEL相关数据的管理（VLR功能）等信令处理。MSCServerMGW基本概念MGW：MediaGateway，简写为MGW，媒体网关。MGW，包括MGW和SG两部分；主要特点为：与MSCServer配合完成核心网络资源的配置和信令转接。同时完成回声消除、多媒体数字信号的编解码以及通知音的播放等。MGW软交换结构和基本概念软交换基本功能软交换和传统交换比较MSCServer基本功能呼叫控制和处理功能协议处理功能SSF功能操作维护功能计费功能MSCServerMGW基本功能MGW用户承载面功能媒体转换、承载控制及业务交换等功能资源受控功能支持电路域业务在多种传输媒介SG基本功能信令网关（SG）在基于TDM的窄带SS7信令网络与基于IP的宽带信令网络之间，完成MTP3或者MTP2上层用户的传输层信令协议栈的双向转换(SIGTRANM3UA/SCTP/IP<=>SS7MTP3/2/1)。SGW在物理实现上与MGW合一。SG软交换主要接口和协议NbNcMGWMGWMSCServerMSCServerMcMcBICCH.248H.248IP/ATMNc接口协议栈结构和功能

BICC/ISUP/TUPMTP3MTP3BM3UAMTP2SSCF/SSCOPSCTPMTP1AAL5/ATMIP

Nc接口的BICC协议主要功能是提供MSCServer和MSCServer之间基本呼叫的建立、维持和释放；Mc接口协议栈结构和功能H.248SCTPUDPMTP3BIPSSCF/SSCOP/AAL5Mc接口的H.248协议主要功能是提供MSCServer和MGW之间资源控制；Nb接口协议栈结构

RTPAAL2语音帧UDP/IPATMPCMNb接口主要功能是提供MGW和MGW之间承载控制和媒体流交换；软交换结构和基本概念软交换基本功能软交换和传统交换比较软交换与传统核心网络的结构比较MSCSCPHLRMSCRANRANRANTDMMSCServerSCPHLRRANRANRANTDM/ATM/IPMGWMGWMSCServerTUP/ISUP/BICCTUP/ISUPR99R4H.248H.248MAPOverTDMMAPOverTDM/IPCAPOverTDMCAPOverTDM/IP软交换与传统核心网络的信令比较ISUPMTP3MTP2MTP1BICCM3UASCTPIPPHYIP承载TDM承载软交换与传统核心网络的媒体比较IPBCPSCTPIPPHYG.711PCMTDMAMRNBUPRTPUDPIPPHYIP承载TDM承载Q&A?

软交换接口及协议软交换主要接口和协议NbNcMGWMGWMSCServerMSCServerMcMcBICCH.248H.248IP/ATM软交换H.248信令软交换BICC信令软交换Nb接口H.248概述H.248和MEGACO是ITU-T与IETF共同努力的结果，ITU-T称之为H.248，而IETF称为MEGACO，以下通称为H.248。Mc接口协议栈结构和功能H.248SCTPUDPMTP3BIPSSCF/SSCOP/AAL5H.248协议基本概念媒体网关（MG）媒体网关，是一种媒体单元，能将一种类型网络的媒体转换成另一网络所要求的格式。可以有能力分别对音频、视频和数据进行处理，并且能够进行全双工的媒体转换。也可以播放一些音频/视频信号，执行一些IVR功能，甚至具有提供媒体会议的能力。H.248协议基本概念媒体网关控制器（MGC）：负责对相关于MG内媒体信道连接控制的呼叫状态进行维护。流（Stream）：作为呼叫或者会议的一部分，而被媒体网关发送/接收的双向媒体或控制流。H.248协议基本概念多点控制单元（MCU）：控制多方会议（通常会包含对音频、视频和数据的处理）的建立和协调的实体。H.248协议基本功能H.248应用于Mc接口，是MGC与媒体网关MG间的标准协议。H.248协议消息编码采用二进制或文本方式，底层传输机制将采用MTP-3b（基于ATM的信令传输）或SCTP/UDP（基于IP的信令传输）为其提供协议承载。H.248协议基本功能

H.248向Mc接口提供了MSCServer（或GMSCServer）在呼叫处理过程中控制MGW中各类静态及动态资源（IP/ATM/TDM）的能力（包括终端属性、终端连接交换关系及其承载的媒体流）；H.248协议基本功能

H.248向Mc接口还提供了独立于呼叫的MGW状态维护与管理能力。H.248连接模型的两个抽象概念协议的连接模型主要描述MGW中的逻辑实体，这些逻辑实体由MGC控制。这个连接模型中的主要的抽象概念是终端（Termination）和关联（Context）。在H.248/Megaco定义的连接模型中，包括关联和终端两个实体。一个关联中至少要包含一个终端，否则此关联将被删除。同时一个终端在任一时刻也只能属于一个关联。

关联（Context）基本概念关联描述一个终端集之间的关联关系；当一个关联涉及多个终端时，关联将描述这些终端所组成的拓扑结构以及媒体混合交换的参数；关联可以通过Add命令进行创建，通过Subtract进行删除；一个关联中必须包含终端。终端（Termination）基本概念

终端是位于媒体网关中的一个逻辑实体；终端可以发送/接收媒体和（或）控制流。例如表示一个时隙、一个IP端口(IP地址+端口号)、或一个ATM端口(VPI/VCI)。Context关联和终端关系一

SCNBearerChannelTerminationSCNBearerChannelTerminationRTPStreamTermination★NullContext关联和终端关系二

ContextRTPStreamTermination★SCNBearerChannelTermination关联和终端关系三

ContextSCNBearerChannelTerminationRTPStreamTermination★H.248消息结构的4个步骤一个H.248消息（Message）包含多个事务交互（Transaction），消息中的事务交互之间没有关系，可以单独处理；一个事务交互由多个动作（Action）构成，动作对应关联（Context）；动作由一系列局限于一个关联的命令（Command）组成。

H.248协议的消息结构H.248消息事务交互1关联1命令1描述符1描述符n事务交互nH.248中的8个命令命令发送方向含义AddMGC→MG增加一个终端到一个关联中，当不指明ContextID时，将生成一个关联，然后加入终端ModifyMGC→MG修改一个终端的属性、事件和信号参数H.248中的8个命令命令发送方向含义SubtractMGC→MG从一个关联中删除一个终端，同时返回终端的统计状态。如关联中再没有其它的终端将删除此关联MoveMGC→MG将一个终端从一个关联移到另一个关联H.248中的8个命令命令发送方向含义AuditValueMGC→MG返回终端特性的当前状态AuditCapabilitiesMGC→MG返回终端特性的能力集H.248中的8个命令命令发送方向含义NotifyMG→MGCMG将检测到的事件通知给MGCServiceChangeMGC↔MGMG向MGC通知一个或者多个终端将要脱离或者加入业务，也可以用于MG注册到MGC，表示可用性，以及MGC的挂起和MGC的主备转换通知等MGW向MSCServer注册流程MGWMSCServerServiceChangeServiceChangeReplayH.248总结H.248是一种媒体网关控制协议，在软交换中，H.248协议用作MGC与MG之间的通信，实现MGC对MG的控制功能。在UMTS系统，H.248协议应用于Mc接口上。软交换H.248信令软交换BICC信令软交换Nb接口BICC概述BICC（BearerIndependentCallControl——与承载无关的呼叫控制）协议属于应用层控制协议，可用于建立，修改，终结呼叫，可以承载全方位的PLMN/PSTN/ISDN业务。Nc接口协议栈结构

BICC/ISUP/TUPMTP3MTP3BM3UAMTP2SSCF/SSCOPSCTPMTP1AAL5/ATMIPBICC的功能BICC协议是在骨干网中使用的与承载无关的呼叫控制信令协议。BICC不直接对媒体资源（ATM、IP）进行控制，而是通过标准的承载控制协议（H.248协议）对这些资源进行控制。BICC和ISUP比较BICC协议是在窄带ISUP协议的基础上发展来的，可以认为是将窄带ISUP协议去掉具体的电路控制部分改编而成，但它不能与ISUP对等兼容。BICC协议可部署在各种各样的信号传输协议栈之上，提供与具体业务承载无关的呼叫控制。BICC协议由ITU-TQ.1902系列，Q.2150，Q.765等规范描述BICC功能结构BICC是对ISUP协议的演进和发展，其最基本的特点就是将呼叫控制和承载控制两个层面分离，使得呼叫业务功能（CSF）和承载控制功能（BCF）相独立。在UMTS系统，BICC应用于不同MSCServer之间的呼叫控制接口上。BICC功能结构BICC主要消息按照Q.1902.3中定义，BICC协议大约有40多消息。其中呼叫过程中最常看到的消息有：IAM：初始化地址消息APM：应用传输消息ACM：地址全参数ANM：应答参数REL：释放消息RLC：释放完成消息BICC消息结构CIC－

呼叫实例码，用来标识两局之间属于同一呼叫的消息Messagetypecode－消息类型，如：IAM/APM/ACM/ANM等消息Mandatoryfixedpart－强制固定长度参数部分Mandatoryvariablepart－强制可变长度参数部分Optionalpart－可选参数部分CICMessagetypecodeMandatoryfixedpartMandatoryvariablepartOptionalpart呼叫实例码概念呼叫实例码（CallInstanceCode，CIC）是局间呼叫关系对应的逻辑编号，指示了该消息对应于哪一次呼叫实例。其功能与ISUP消息中的电路识别码（CIC）功能相似，但不标识电路，且进行了扩展，呼叫实例码CIC扩充为用32个比特（电路识别码为12个比特）表示，使得局间呼叫实例的数目理论上可达4,294,967,296条（2的32次方）

BICC承载建立方式前向承载建立方式(ForwardBearerSetup)

非隧道方式(NoTunnelcase)

快速隧道方式(FastTunnel)

延迟隧道方式(DelayedForwardTunnel)后向承载建立方式(BackwardBearerSetup)

非隧道方式(NoTunnelCase)

延迟隧道方式(DelayedBackwardTunnel)前向快速隧道承载建立流程前向延迟隧道承载建立流程后向延迟隧道承载建立方式BICC总结BICC是一种与承载无关的呼叫控制信令协议；BICC实现了核心网承载与控制的分离；BICC是应用于3GR4中MSCServer间控制层的软交换设备间的中继侧协议；BICC有多种承载建立方式，对应多种局间的消息流程BICC可利用隧道机制来传送承载控制信令软交换H.248信令软交换BICC信令软交换Nb接口NbCP接口物理层（PHY）ATMTDM无L2IPSCTPIPBCPATMSAAL-NNIMTP-3BSTCALCAPIPNbCP功能NbCP功能是MGW间的Nb接口用来在R4核心网内承载用户业务流，并以承载控制信令，管理业务流连接的建立、释放与维护。Nb

CP承载方式Nb接口可选择采用ATM、IP或TDM作为物理承载方式。IP承载：承载控制信令的协议栈为Q.1970（IPBCP)负责承载控制信息在MGW之间交换。在IP承载网中，不允许MGW之间直接交互承载控制信息，是通过Mc、Nc接口隧道来传递。ATM承载：承载控制信令ALCAP(Q.2630.1)建立用户面的AAL2连接。NbUP接口结构物理层（PHY）ATMAAL2NbUPUDPIPAMRATMIPRTPAMRTDMNbUPPCMG.711NbUP功能NbUP功能在承载面MGW间提供业务数据流的组帧、差错校验、速率匹配及定时控制等功能，与IuUP基本相同，支持压缩语音、数据流的传输。Q&A?

软交换IP语音解决方案为什么引入IP语音VOIP关键因素VOIP带来的语音变化中国移动汇接局介绍移动网络发展－分层化、承载IP化3GPPRel993GPPRel43GPPRel5功能冻结时间点2000/032001/032002/03GSM/GPRS核心网电路域软交换TD-SCDMAVoIP

IMS(IP多媒体)HSDPAServiceAccessCoreX.25ADSLEthernetPSTNIPATMFRGSM/GPRSCDMACablePDHSDHWirelessVoiceWirelessDataHighSpeedInternet

VoiceStreamingDial-upVoIPMessageTodayWirelessDSLFTTP/HFC3GRANIP/MPLSNetworkLocation&PresenceMessageOnlineGamingVoiceDataVideoStorageDirectoryTomorrowIP承载网络将成为全业务的核心节省TC资源(通过TrFO)可以服务于实时和非实时业务，甚至多业务融合节省带宽(VAD+语音压缩编码方式)消耗TC资源仅满足窄带实时业务固定的64k网络发展业务能力带宽利用率较成熟，移动T1等应用近2年技术成熟度高，有多年运营经验组网结构简单，网络平面化，扩容和维护简单化，大幅降低运营成本端口密度低，单位设备成本高，网络结构复杂，维护与管理成本较高带宽分组统计复用，利用率高，QoS保证技术已经完善独占带宽，QoS有保证可以平滑演进到3G无法演进IP承载相对TDM承载更经济、业务质量更好IP承载TDM承载语音压缩技术提高带宽利用率Codec比特率KbpsFE接口(Kbps)POS接口(Kbps)G.7116495.2

83.6G.729839.227.6EFR12.245.233.4AMR12.212.245.233.4AMR4.754.7537.625.3节省一半带宽语音压缩技术提高带宽利用率VoiceQuality(PESQ-LQ)CODECPESQ(IPCodec)PESQ(inGSM)G.7114.13.9(noTFO)AMR4.06(TrFO)4.06(TFO/TrFO)AMR3.9(noTrFO)3.76(noTrFO)AMR(12.2K)和G.711具有等同的语音质量和效果免编解码技术TrFO/TFO改善语音UMG8900BSCUMG8900MSOFTX3000TrFOFR(EFR)/NbUP/RTP/UDP/IPIPBSCFR(EFR)/PCM

MSOFTX3000BTSBTSFR(EFR)/PCMFR(EFR)/RLC/MACFR(EFR)/RLC/MACBICCSelectedCodec=“FR/EFR”TFOTrFOTFOGSM核心网向VoIP演进步骤一GMSC5套HLR其他运营商关口局××本地网7套MSC/VLRGSM核心网向VoIP演进步骤二IP中心城市本地网1本地网2MGWServer-1Server-2TMGTMSCServerGSM核心网向VoIP演进步骤三信令IP承载信令和话路TDM承载话路IP承载IP承载网MGWMGWMSCServerMSCServerMSCServerTMSCServer/CMNTMSCServer/CMNH.248BICCMGWMGW为什么引入IP语音VOIP关键因素VOIP带来的语音变化中国移动汇接局介绍IP承载业务QoS基本概念时延数据包在网络的两个节点间传送的平均往返时间；抖动时延的变化，主要影响语音、视频等实时承载业务；丢包率在网络传输过程中丢失报文的百分比，数据业务有严格要求。回声回声抑制功能，影响语音互通质量带宽和吞吐量不同编解码，不同业务带宽需求不同IP承载业务QoS基本要素InformationLossDelayJitterEcho丢包或丢帧

编解码转换损失噪声干扰固定时延(Codec时延,包处理时延)动态时延(排对、串行发送和抖动缓冲等延时)电学回声声学回声设备处理时延不同传输时延不同蓝色问题由网络层解决;绿色由设备层面解决;SpeechQuality网络等级单向时延（ms）包丢失率抖动（ms）良好(自定义)≤40≤0.1％≤10较差*≤100≤1％≤20恶劣*≤400≤5％≤60*为根据通信行业标准YD/T1071-2000《IP电话网关设备技术要求》

承载网质量等级定义VoIP业务QoS要求IP承载的高可靠性为了保证承载业务的安全，必须在组网和设备上采取措施保证业务的连续性包括设备可靠性、链路可靠性、网络可靠性保证承载网故障能够快速收敛，业务不受影响IP承载的网络安全性保证承载网路由设备安全、保障承载网正常转发IP包的能力。包括网络设备安全和业务、用户接入安全IP承载的网络组网与流量规划承载网络结构不合理，会造成承载网的路由收敛缓慢在实际应用中，QoS及必要的带宽保证，需要合理配置网络资源，包括：IP网节点设备处理能力、端口资源分配和中继带宽分配等通过带宽预测，借鉴成功经验，建立呼叫模型、流量规划，进行合理组网

为什么引入IP语音VOIP关键因素VOIP带来的语音变化中国移动汇接局介绍语音IP承载与TDM承载协议区别：信令ISUPMTP3MTP2MTP1BICCM3UASCTPIPPHYIP承载TDM承载语音IP承载与TDM承载协议区别：媒体IPBCPSCTPIPPHYG.711PCMTDMAMRNBUPRTPUDPIPPHYIP承载TDM承载语音IP承载与TDM承载维护比较TDM网络IP网络协议栈基于MTP3BICC，H248，以及M3UA，M2UA组网传统三级结构：SP/LSTP/HSTP结构类似，区别是采用IPSTP维护传统的E1中继链路维护和管理基于SCTP协议，同样可以通过告警信息及时反映链路状态与链路负荷等情况（如链路故障、链路拥塞等），维护模式上和窄带链路的维护模式基本相同语音IP承载与TDM承载配置比较TDM网络IP网络配置MTP3链路配置，需要跟对端设备协商链路选择码、时隙号、E1的阻抗、卫星链路标志等。另外，配置时每一条E1都需要通过配线架等设备中转，配置比较繁琐对于非M3UA的宽带信令的配置，只要跟对端设备协商好IP地址、端口号与是否为客户端就可以了，配置比较简单。对于M3UA配置命令与MTP3基本一样：都需要配置目的点、链路集、路由与链路。但是配置链路数目可以大大减少。语音IP承载与TDM承载话务组网区别TDM网络IP网络独占64K时隙AMR多速率，共享带宽话路端口受限于E1条数，链路较多由于MGW的IP端口容量较大，链路少话路组网网络较大时无法实现全互联，必须由网关或汇接局转接IP网络扁平，MGW之间可以实现全互联话路维护导致跨网关数可能较多。需要维护其中间承载电路状态维护时只需维护网关间的连接关系呼叫信令随话路经过网关或汇接局转接，或STP转接通过CMN转接Mc接口性能测量Mc接口软交换新引入了Mc接口，为了监控每个Mc接口的负荷，需要新增针对每个Mc口的统计同时为了衡量MGW命令处理的成功率需要新增测量参数包括：Mc接口的收发消息数，包数，命令数，错误命令数等SIGTRAN性能测量包括SCTP以及承载在其上的M3UA/M2UA/H.248协议需要新增针对M3UA链路、H.248链路（H.248直接承载在SCTP）、BICC链路（BICC直接承载在SCTP）相关性能测量测量参数包括：收发的包数、字节数；拥塞次数，时长；不可用次数、时长Nc接口相关性能测量物理端口测量承载在以太网端口上，需要监控以太网端口（FE/GE）的负荷。所以需要新增针对物理端口MAC层发送和接收字节数的统计Nc接口性能测量借鉴原来对TDM承载的ISUP相关性能测量参数进行评估。但测量对象和粒度需要从TDM承载的中继群改为BICC局向（在目前的中国移动R4核心网资源模型中被称为NcLink）Nb接口相关性能测量IP网