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廣東省電信有限公司科學技術(shù)研究院     劉艷

一、概述
    下一代網(wǎng)絡是集話音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務于一體的全新網(wǎng)絡。它基于軟交換技術(shù)和IP技術(shù)構(gòu)建出分層開放的體系架構(gòu)。運營商可以在業(yè)務的驅(qū)動下利用這個開放的體系架構(gòu)靈活實現(xiàn)自己的網(wǎng)絡解決方案，并通過業(yè)務和網(wǎng)絡的不斷融合提高企業(yè)的競爭能力。
    第三代移動網(wǎng)絡是移動通信領(lǐng)域的下一代網(wǎng)絡。在這個網(wǎng)絡的發(fā)展中，軟交換技術(shù)和IP技術(shù)得到充分體現(xiàn)。本文主要介紹軟交換在3G核心網(wǎng)絡組網(wǎng)上的應用，而不涉及其中的具體協(xié)議和接口問題。

二、軟交換的體系結(jié)構(gòu)
    在軟交換構(gòu)建的開放體系架構(gòu)中，通過呼叫控制與媒體交換/承載的分離，實現(xiàn)了開放的分層架構(gòu)，各層次網(wǎng)絡單元通過標準協(xié)議互通，可以各自獨立演進，以適應未來技術(shù)的發(fā)展。軟交換主要包含兩個層次：
    · 媒體網(wǎng)關(guān)層：根據(jù)組網(wǎng)的位置可分為接入媒體網(wǎng)關(guān)（提供接入適配功能）、中繼媒體網(wǎng)關(guān)（提供與其他網(wǎng)絡互通的媒體流轉(zhuǎn)換功能）、資源媒體網(wǎng)關(guān)（提供特定媒體資源）。
    · 呼叫控制層：由信令網(wǎng)關(guān)（提供中繼信令SS7在IP網(wǎng)上的傳輸適配功能）和呼叫控制服務器（通過與信令網(wǎng)關(guān)和媒體網(wǎng)關(guān)的配合實現(xiàn)呼叫的建立、維持和釋放控制功能）。

三、軟交換在3G核心網(wǎng)中的應用
    主流的3G制式有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三種。在這三種制式中，WCDMA和TD-SCDMA的標準由標準組織3GPP制定，CDMA2000的標準由標準組織3GPP2制定。由于WCDMA/TD-SCDMA共用同一核心網(wǎng)，核心網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和演進代表了3G核心網(wǎng)絡的發(fā)展，我們就以這個核心網(wǎng)為例介紹軟交換在3G核心網(wǎng)絡中的應用。
    到目前為止，3GPP定義的WCDMA系統(tǒng)有R99、R4、R5和R6四個版本。其中R6版本不涉及網(wǎng)絡架構(gòu)，主要是業(yè)務研究。涉及網(wǎng)絡架構(gòu)的是R99、R4和R5，在這三個版本中，由于涉及軟交換應用的是核心網(wǎng)電路域，所以我們只給出電路域部分的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖。
    圖1   R99核心網(wǎng)電路域結(jié)構(gòu)
    圖2   R4核心網(wǎng)電路域結(jié)構(gòu)
    圖3  R5核心網(wǎng)電路域結(jié)構(gòu)
    在上圖中，我們可以看到，軟交換技術(shù)在R4和R5網(wǎng)絡中得到了充分的應用。應用軟交換技術(shù)后，R99網(wǎng)絡中的移動交換中心（MSC）在R4網(wǎng)絡中被分解為MSC服務器（軟交換機）和媒體網(wǎng)關(guān)，前者提供傳統(tǒng)MSC的呼叫控制部分，后者提供傳統(tǒng)MSC的媒體交換部分。而在R5網(wǎng)絡中更是增加了基于軟交換架構(gòu)的IP多媒體（IMS）域。實體包括：CSCF（呼叫控制服務器）、MGCF（媒體網(wǎng)關(guān)控制服務器）、IM-MGW（IP 多媒體網(wǎng)關(guān),上圖中CS-MGW在功能上代替了IM-MGW）、MRFC（多媒體資源功能控制器）和MRFP（多媒體資源功能處理器）。
    值得注意的是，雖然R99采用了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡架構(gòu)，但在實現(xiàn)的時候，考慮到未來的演進，很多廠家在符合R99接口協(xié)議和支持TDM組網(wǎng)的前提下提供了用MSC服務器和媒體網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)R99組網(wǎng)的PRE-R4解決方案，如下圖：
    圖4  R99組網(wǎng)的PRE-R4解決方案

四、軟交換在3G核心網(wǎng)中的優(yōu)勢
    1．分布式組網(wǎng)節(jié)省投資成本
    傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)利用集中的MSC在RAN和PSTN之間完成話音交換，存在布點多，運行成本和運維人員成本高的問題。運營商為解決這個問題，大多建設(shè)大型、集中的MSC，其代價是要建設(shè)來自各城市RAN的回程話音電路。由于多數(shù)呼叫是本地的，這就造成電路迂回，從本地RAN到MSC，又從MSC到本地PSTN，如圖5左所示。圖5右所示的是基于軟交換的體系結(jié)構(gòu)，它由集中的MSC服務器/軟交換機與分布的媒體網(wǎng)關(guān)組成，網(wǎng)關(guān)可以布設(shè)在提供最大價值的地方，復雜的呼叫控制被集中在一起。這樣，運營商可以明顯降低建設(shè)成本。
    圖5  傳統(tǒng)集中交換控制與分布交換集中控制的比較
    2． 設(shè)備獨立升級
    在R99中，由于MSC是單個網(wǎng)元，無論是業(yè)務功能升級/部署還是媒體交換能力升級都需要升級MSC。而在軟交換的R4架構(gòu)中，媒體網(wǎng)關(guān)和業(yè)務服務器的分離使得它們各自可以獨立的進行工程實施、擴容和布局。 由于業(yè)務升級遠多于媒體交換能力升級，而采用軟交換后，R4中的業(yè)務服務器數(shù)量遠小于媒體網(wǎng)關(guān)的數(shù)量，這將帶來大量軟件升級費用的節(jié)省。
    3． 通過軟交換利用基于IP的服務平臺來開放業(yè)務
    在WCDMA的R5階段，IP多媒體域采用SIP呼叫協(xié)議，使得運營商可以借助基于IP的應用服務器向用戶提供更靈活和更豐富的業(yè)務。
    4． 引入競爭
    在3G組網(wǎng)中，如果采用軟交換的架構(gòu)，就可以很好的將具有獨到技術(shù)優(yōu)勢的專業(yè)公司引入到設(shè)備的競爭中來，如可以將微軟在軟件方面的優(yōu)勢引入業(yè)務服務器設(shè)備領(lǐng)域，將Intel在硬件方面的優(yōu)勢引入媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備領(lǐng)域。這對于提高設(shè)備性能，降低運營商建網(wǎng)成本，促進業(yè)務發(fā)展具有重大意義。
    5． 增強網(wǎng)絡可靠性
    在實際網(wǎng)絡運營中，有這樣的矛盾：軟件的故障遠多于硬件的故障；硬件成本又遠大于軟件成本；軟件故障的影響遠大于硬件故障的影響。在R99組網(wǎng)中，合一的設(shè)備實體使得想通過設(shè)備冗余提高網(wǎng)絡可靠性是不可能的。應用軟交換技術(shù)后，可以通過設(shè)置N+1冗余業(yè)務服務器的方式低成本的提高網(wǎng)絡的可靠性。如下圖：
    圖6   軟交換技術(shù)組網(wǎng)中的冗余備份方式

六、結(jié)束語
    通過上面的論述，我們可以看到在3G核心網(wǎng)中采用軟交換將給無線運營商帶來很大好處。從業(yè)界情況看，國外已有固網(wǎng)運營商在商用中大規(guī)模采用軟交換技術(shù)，更多的固定/移動運營商在試驗軟交換技術(shù)。3G方面，現(xiàn)在R4協(xié)議已經(jīng)基本穩(wěn)定，愛立信、諾基亞和華為等公司已經(jīng)推出支持R4的商用軟交換設(shè)備，相信隨著3G應用的推遲，軟交換技術(shù)/設(shè)備的成熟，跨過R99直接采用軟交換的R4架構(gòu)建設(shè)3G核心網(wǎng)將給運營商帶來更多好處。