移动软交换的关键技术统一标准和演进过程引言当数据业务逐渐取代话音.doc

移动软交换技术标准和演进过程

一、引言
当数据业务逐步替换话音业务成为关键收益起源时，向以数据为主分组网络演进不可避免。因为话音仍是一个关键业务，要求下一代网络必需依据不一样业务要求提供对应QoS确保。所以，形成了网络技术向NGN网络演进关键推进力。

　　软交换是下一代网络关键技术，其基础思想是呼叫和承载分离。软交换最开始提出出发点是基于将现有电路交换网逐步地向IP网过渡，并替换传统电路交换网。同时，为IP电话提供更多业务，使IP网取得和传统电路交换网所能提供相同业务。

　　二、软交换技术概述
固网NGN软交换技术现在基础上按两条技术路线来发展：一条是将传统电路交换领域业务移植到分组承载网上来实现。另一条是全新基于全IP多媒体业务系统。对于第一条路线，传统电信业务从专用TDM承载向统一共享式IP/ATM多业务传输网络转移，而且在维持用户接入方法不变前提下借助接入网关完成网络层业务传输分组化。原电路交换网络设备被划分为物理上独立控制面软交换和承载面媒体网关两个部分，而PSTN/ISDN/PLMN最终用户基础感觉不到业务特征及接入方法改变。

　　对于全新基于全IP多媒体业务系统，实现了真正端到端IP业务特征，而且引入了包含话音在内全新实时多媒体应用。用户以SIP/H.323分组终端方法接入软交换网络。网络体系结构及业务提供方法(如SIP方法)完全不一样于传统电路交换网。而UMTS移动领域3GPP R4及R5两个阶段，恰好和上述软交换发展两条技术路线相对应。

　　三、移动网下一代关键网电路域
1.3GPP电路域关键网

　　软交换在3GPP关键网应用关键在两个方面：即电路域和IMS子域。3GPPR4中，电路域关键网引入了控制和承载分离网络结构(见图1)。

图1　3GPP电路域关键网
在移动交换服务器关键网电路域中，能够使用承载独立方法支持不一样传输层，如IP，ATM或TDM。电路域关键网关键由MSC Server，GMSC Server和MGW组成。
(1)移动交换服务器(GMSC Server和MSC Server)是UMTS移动通信系统中电路域关键网向分组交换方法演进关键设备，它独立于底层承载协议，关键完成呼叫控制、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、计费等功效，并向用户提供3GPP R4阶段电路域关键网所能提供业务，和配合智能SCP提供多样化第三方业务。

　　(2)媒体网关(MGW)，是将一个网络中媒体转换成另一个网络所要求媒体格式。媒体网关能够在电路交换网承载通道和分组网媒体流之间进行转换，能够处理音频、视频，能够进行全双工媒体翻译，能够演示视频/音频消息，实现其它IVR功效，也能够进行多媒体会议等。

　　GMSC Server和MSC Server经过Mc接口控制MGW。GMSC Server和MSC Server之间经过Nc接口连接。MGW之间经过Nb接口连接。其中：

　　(1)Mc接口：为MSC Server和MGW之间接口，关键功效是媒体控制。使用基于H.248呼叫承载控制协议。协议内容包含3GPP29.232，H.248，MeGaCo和Q.1950。

　　(2)Nc接口：为MSC Server和(G)MSC Server之间接口，关键处理是用控制和承载分离方法处理移动ISUP呼叫控制。使用呼叫控制和承载相分离呼叫控制协议，如BICC，SIP-T。

　　(3)Nb协议：为MGW之间接口。关键功效是使用ATM或IP方法承载电路域业务，包含话音和电路域数据承载业务。使用分组交换方法对3GPP电路域承载协议。Nb接口关键内容包含3GPP29.415。

　　2.3GPP2电路域关键网

　　3GPP2定义下一代关键网络包含LMSD和MMD两个部分，其中LMSD是为了利用软交换结构交换网络向用户提供电路域业务而定义，MMD则是和3GPP定义全IP相对应网络。在3GPP2中，对cdma网络传统移动电路交换域向全IP演进方法进行了定义(见图2)。

图2　cdmaLMDS全IP演进
(1)LMSDS需要支持接口

　　网络中引入了LMSDS实体、媒体网关(MGW)和媒体资源功效处理实体(MRFP)。LMSDS实体包含原LMSD中HLR，MSC和SCP功效，分别称为HLR模拟器(emulation)、MSC模拟器(emulation)和SCP模拟器(emulation)。LMSDS功效关键包含传统电路域业务控制和管理，而且需要支持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需要支持接口

　　MGW和MRFP关键负责多种媒体流承载和处理，而且提供电路域业务需要多种信号资源。需要支持接口有：

　　·媒体网关和RAN之间话音承载接口：IOS-A2；

　　·媒体网关和RAN之间电路域数据业务承载接口：IOS-A5；

　　·媒体网关和PSTN之间承载：TDM；

　　·LMSDS和媒体网关之间信令：MEGACO；

　　·LMSDS和媒体资源功效处理实体之间信令：MEGACO；

　　·媒体网关之间IP承载。

　　四、协议和功效
1.BICC和H.248

　　BICC协议是一个承载和呼叫无关协议。它协议模型中将承载控制和呼叫控制两种功效分离，呼叫控制只负责业务步骤实现，和具体承载类型无关。SIP-T和3G电路域业务兼容能力强，但现在仅支持IP用户面承载，而SIP协议现在也仅支持在IP上承载。

　　BICC因其体系制订完备性，充足考虑了RTP/IP，ATM AAL2/AALl，TDM，MPLS等方法进行多个电路域业务承载网组建方法需求，对于现在广域IP QoS机制尚不成熟情况，含有条件运行商可能会选择首先组建ATM或TDM承载话音业务流，造成多个承载类型网络共存局面，而现在仅有BICC能够完成控制面和ATM，IP类承载兼容支持及交互。BICC真正作到了将呼叫控制逻辑和承载相关承载控制逻辑完全分离，承载控制逻辑(如Q.AAL2)直接在MGW间实施或(IPBCP)经过隧道方法在MGW间代理透传，确保了承载模式改变更新对软交换业务逻辑影响最小。

　　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。假如传输和控制是分离，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。为了处理控制和承载分离问题，ITU-T方案是修改ISUP，克服ISUP限制，使得传输网络真正变成和控制独立。标准化结果就是ITU-T承载独立呼叫控制(BICC)协议。BICC关键思想是承载控制和呼叫控制两种功效分开：呼叫控制只负责业务步骤实现，和具体承载类型无关；而承载控制是在传统ISUP协议基础上，去掉了和具体承载相关消息和参数，增加了APM消息和APP参数，能够对多个承载类型进行控制。APM(Application Transport Mechanism)提供了传送承载连接建立所需BICC专用信息手段。
BICC在3GPP R4电路域功效关键处理在控制和承载分离方法下提供移动ISUP呼叫控制。BICC能够被用在承载任何分组网络环境中，如ATM，IP，TDM或其它技术。ITU已经定义了两种版本：

　　(1)BICC能力组1(CSl)。CSl是BICC第一个版本。在完成(ITU-T Q.1901系列)，CSl支持窄带ISDN业务在ATM传输层上传输，它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MGW是集成在一个节点中，对水平化集成网络来说，这是很大一个限制。

　　(2)BICC能力组2(CS2)。为了克服CSl限制，ITU在～间完成了BICC CS2(Q.1902系列)。CS2增加最关键内容是在网络模型中包含了当地交换机，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MGW，使用了GCP(网关控制协议)。GCP可用来控制承载建立，控制MGW中资源，如回声抑制器、编解码器和语音通知机等。机等。IETF和ITU-T合作开发了GCP协议，ITU-T将GCP称之为H.248，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协议不一样名字，但它们内容是完全一样。

　　H.248工作在主从模式，并定义了连接模型，连接模垄中有终止点、流和关联(上下文)。终止点是出/入分组网络媒体流连接，它许可信号应用到媒体流上，如发送忙音，也许可从媒体流中接收发生事件，如收到DTMF信号。关联则是将终止点上媒体流混合并桥接在一起，并描述媒体流之间关系。在呼叫建立过程中，网关控制协议经过命令建立终端，描述终端属性，控制在MGW中资源。

　　2.TFO和TrFO

　　TFO(Tandem Free Operation)是一个带内通信协议。TrFO(Transcoder Free Operation)是一个带外Transcoder控制协议。

　　(1)TFO

　　TFO是一个基于现在GSM网络中使用方法，因为UMTS将语音编码变换点从BSC移到了关键网MGW，TFO在UMTS中使用需要部分修改。TFO是在呼叫建立以后对使用编解码进行协商，使得手机到手机呼叫能够避免在发端侧和收端侧进行无须要语音编解码转换。因为数次话音压缩/解压缩处理会降低端到端话音质量，增加话音时延，TFO能够显著提升话音质量和降低时延。TFO既能够在BICC网络中实现也能够在传统TDM承载网络中实现。整个呼叫过程中，经过Transcoder话音通路带有TFO帧，这些TFO帧确定在呼叫中对Codec使用。假如需要话，TFO许可快速地重新激活编解码器。这是因为即使己被关闭，但Transcoder实际上一直存在于呼叫路径中。重新激活编解码器在一些情况下是必需，如UMTS到GSM切换，或呼叫中丢失同时等。

　　(2)TrFO

　　网络能够在呼叫建立前就对编解码类型和模式进行协商，假如两端使用编解码一样，则对于移动到移动呼叫能够完全不经过Transcoder。TrFO好处一样是能够提升话音质量，而且在分组关键网中能够优化网络带宽。话音是以AMR l2.2kbit/s速率而不是64kbit/s在关键网中传输。因为移动网内呼叫能够不使用Transcoder，还能够节省设备投资。TrFO是UMTS R4定义新功效，能够看作是对TFO补充。Codec协商在承载建立之前完成，这么能够确保呼叫使用合适承载资源。

　　五、移动网络IP多媒体业务系统及演进
1.3GPP IMS域

　　3GPP R5IP多媒体子域(IMS)定义了UMTS关键网向全IP演进网络结构。IMS提供多媒体会话功效，强调媒体组合业务，标准开放性确保业务组合很轻易。IMS域提供IP网络控制QoS能力，保障业务质量。真正支持业务开放性，业务间耦合性降低，能够支持极其丰富第三方新业务。IMS网络和IP网络完美结合，把IP网转变成为可管理网络。IMS提供灵活业务计费手段和计费能力，把IP网络转变成可运行网络。IMS网络支持多种接入方法，业务特点和接入方法无关。已经有业务平台业务服务器，如SCP等，能够作为数据业务平台在IMS网络中继续发展。IMS不一样于已经有多种网络，提供真正可运行、可管理、开放增值服务网络。

　　2.3GPP2 MMD

　　3GPP2定义cdma全IP网络结构多媒体域(MMD)关键网关键包含两个子系统：分组数据子系统和IP多媒体会话子系统。这里IP多媒体会话子系统和3GPPIMS子域相对应，其演进方法基础相同。

　　3.网络融合问题

　　3GPP和3GPP2两种体制移动通信网络在技术上逐步IP化，这是一个共同趋势。而且网络中IP从网络向无线接入侧延伸，从高层向低层延伸。

　　(1)在电路域方面，3GPP分组化包含IP和ATM两种方法，而3GPP2分组化仅有一个全IP方法。实际上两个体系电路域IP方法基础一致，但3GPP要求协议相对比较完善和成熟。因为现在IP方法承载电路域业务QoS问题还没有完全处理，所以3GPP要求ATM承载方法实现电路域业务交换，将是NGN软交换在移动网络中最早开始应用。

　　(2)多媒体域方面，3GPP2要求MMD最初就是依据3GPPMS子域设计，网络结构和接口协议基础一致。所以，两种体系在这个域融合将是肯定(见图3)。

图3　3GPP和3GPP2全IP融合参考模型
表1　3GPP和3GPP2功效实体对应关系

六、结束语
移动软交换技术作为3G网络一个关键技术受到了业界普遍关注，中国正在进行对应行业标准制订工作。不管是固定网络还是移动网络全部在向下一代网络演进，移动和固定NGN融合也是未来电信网络发展趋势。现在，中国多个运行商全部已使用软交换技术进行试验，但因为传统网络运行模式、业务经营模式制约和3G网络逐步布署，这种融合将需要一个较长过程。