软交换在3G中的应用

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1、电信交换2006 年 第 2 期软交换技术 软交换在 3G 中的应用杨丰瑞 潘安（重庆邮电大学通信学院 重庆 400065） 摘 要：随着软交换体系的完善和相关设备的成熟，3G 商用已被国内主要运 营商提上日程，国内主要运营商为应对业务需求多样化的挑战，都积极采用软交 换架构来建设自己的 3G 核心网，移动核心网的软交换时代已经来临。本文描述 了软交换在 3G 中的应用模式、在 3G 核心网中的应用，以及在 3G 增值业务中的 应用，并分析了软交换在 3G 中的优势。关键词：3G IMS CSCF MGCF MSC-Server MGW3G 无疑是下一代网络(NGN)的一个有机组成部分，因此，

2、作为 NGN 主流解决方案， 软交换在 3G 中得到广泛应用是顺理成章的，可有效地促进未来基于软交换的单一通信网 络的形成。ITU 批准的 WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA 三种主要的 3G 标准中， WCDMA 由于 GSM 普及程度最高和自身拥有的一些优点得到广泛的支持；CDMA2000 可 以从 2G/2.5G 平滑过渡得到推广；而 TD-SCDMA 优势在空中接口方面。三种标准的主要 区别集中在无线接入网上，核心网差异不大,本文主要讨论软交换在 WCDMA 中的应用。一、软交换概念和功能1. 软交换的概念 软交换是基于分组网利用程控软件提供呼叫控制功能和媒体处理相分离的设

3、备和系统。 从广义上讲，软交换是指以软交换设备为控制核心的下一代网络；从狭义上讲，软交换是 指位于 NGN 控制平面的软交换设备。软交换的基本含义就是把呼叫控制功能从媒体网关 （传输层）中分离出来，通过服务器上的软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管 理控制、连接控制（建立会话、拆除会话）和信令互通（如从 SS7 到 IP） 。其结果就是把 呼叫传输与呼叫控制分离开，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面，使业务提 供者可以自由地将传输业务与控制协议结合起来，实现业务转移。其中更重要的是，软交 换采用了开放式应用程序接口（API） ，允许在交换机制中灵活引入新业务。 软交换思想吸取了

4、IP、ATM、IN 和 TDM 等众家之长，完全形成分层的全开放的体系 架构，使得各个运营商可以根据自己的需要，全部或者部分利用软交换体系的产品，采用 适合自己的网络解决方案，在充分利用现有资源的同时，寻找到自己的网络立足点。 3GPP 制定 WCDMA R4 规范时，第一次把 NGN 提出的软交换概念引入移动核心网。 在网络结构上，NGN 和 3G 都提出了承载和控制分离的网络体系结构；在接口协议上，3G 与 NGN 许多协议是一致的；在业务上，3G 和 NGN 提供的业务种类相似，并且业务的实 现方式也大体相同。 2. 软交换的功能 呼叫控制功能 呼叫控制功能是软交换的重要功能之一，它完成

5、基本呼叫的建立、 维持和释放控制功能，包括呼叫处理、翻译和选路、连接控制、智能呼叫触发检出和资源 控制等。 媒体网关控制功能 媒体网关功能可以认为是一种适配功能，可以连接各种媒体网 关，如 PSTN/ISDN 网关、ATM 网关、IP 中继媒体网关、数据媒体网关和用户媒体网关等。 媒体网关可以完成 H.248 协议功能，可直接与 H.323 终端和 SIP 客户终端连接，提供相应杨丰瑞，潘 安：软交换在 3G 中的应用2业务。 信令互通功能 软交换可以通过一定的协议与外部实体如媒体网关、应用服务器、 SCP、媒体服务器、多媒体服务器、策略服务器、信令网关、其它软交换进行交互。软交 换具有支持各

6、种协议的特点，可同时支持 SIP 协议和 H.323 协议。 业务提供功能 软交换应能够提供 PSTN/ISDN 交换机提供的全部业务，包括基本 业务和补充业务；同时还应该能够与现有智能网配合，提供现有智能网提供的业务。 计费功能 具有采集详细话单和计次表话单的功能，可根据运营需求将话单传送至 计费中心。对于记账卡计费业务，具备实时断线功能。 网守功能 网守功能即接入认证与授权、地址解析和带宽管理功能。二、软交换与传统交换的区别电路交换是一条物理链路对应一个连接，而软交换则是一条物理链路对应多条虚连接。 软交换控制功能与交换功能分离，软件实现控制功能、网络功能分层，各网络实体通过标 准协议进行

7、连接和通信。 传统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。传统电路交换是基于 TDM 交换技术实现交换， 而软交换是则是基于 IP 分组网实现交换。三、软交换在 3G 中的应用3G 网络是在现有的各种网络向下一代网络（NGN）演进大趋势下发展起来的，使各 种网络融合于下一代网络主要采用软交换和 IP 技术。3G 的方向也是基于软交换的全 IP 网 络，IP 网络承载从话音、视频到电子商务等多种业务，网络控制由软交换服务器实现，网 上业务由智能业务提供商提供。从而实现传输网络、网络控制、业务提供的分离。 1.

8、 软交换在 3G 中的应用模式 WCDMA 的 R4 版本已经在电路交换域采用网关分离模式，通过(G)MSC Server 和 MGW 功能实体实现了 MSC 功能，而全 IP 的 WCDMA R5 版本则进一步实现这种模式。 R6 版本研究刚开始，将会在分组交换域（PS）中引入这种模式，从而使整个核心网 （CN）都基于网关分离模式。 网关分离是软交换最重要的技术基础，只要是采用这种思想实现的系统，都可以认为 是软交换技术的应用形式。因此，可以说 WCDMA 的核心网部分是采用软交换技术实现的。2. 软交换在 3G 核心网中的应用 主流的 3G 制式有 WCDMA、CDMA2000 和 TD-

9、SCDMA 三种。在这三种制式中， WCDMA 和 TD-SCDMA 的标准由标准组织 3GPP 制定，CDMA2000 的标准由标准组织 3GPP2 制定。由于 WCDMA/TD-SCDMA 共用同一核心网，核心网的网络结构和演进代表 了 3G 核心网络的发展，我们就以这个核心网为例介绍软交换在 3G 核心网络中的应用。到目前为止，3GPP 定义的 WCDMA 系统有 R99、R4、R5 和 R6 四个版本。其中 R6 版 本不涉及网络架构，主要是业务研究。涉及网络架构的是 R99、R4 和 R5，在这三个版本 中，由于涉及软交换应用的是核心网电路域，我们可以看到，软交换技术在 R4 和 R

10、5 网络 中得到了充分的应用。应用软交换技术后，R99 网络中的移动交换中心（MSC）在 R4 网 络中被分解为 MSC 服务器（软交换机）和媒体网关，前者提供传统 MSC 的呼叫控制部分， 后者提供传统 MSC 的媒体交换部分。R5 版本将 MSC Server 在功能上分离为 MGCF（媒 体网关控制功能）和 CSCF（呼叫控制功能） ，分别处理语音呼叫控制和多媒体呼叫控制。 WCDMA R4 阶段的网络模型如图 1 所示。电路域引入了基于软交换架构的分层结构，杨丰瑞，潘 安：软交换在 3G 中的应用3将呼叫控制和承载层相分离。承载层 MGW 负责为用户数据提供传送手段；控制层 MSC 服

11、务器负责提供原 MSC 中的呼叫控制、移动性管理、计费等功能。WCDMA R4 版本主要 变化是将 R99 的电路域（CS）中的(G)MSC 分解成两个功能实体(G)MSC Server 和 MGW。(G)MSC Server 主要完成对信令和呼叫的控制，而 MGW 则主要提供媒体流的处理。 (G)MSC Server 和 MGW 之间采用 H.248 协议，(G)MSC Server 之间采用 BICC 协议。(G) MSC Server 通过 SGW(信令网关)实现与 PSTN 和 PLMN 的互通。HLR 也可以被替换为归 属用户服务器 HSS（Home Subscriber Serve

12、r） 。M ME ES SI IM MUSIMB BS SC CR RN NC CB BT TS SB BT TS SNode BN No od de e B BR RN NC CC CS S- -M MG GW WC CS S- -M MG GW WS SG GS SN NG GG GS SN N G GM MS SC C s se er rv ve er rT T- -S SG GW WR R- -S SG GW WC CS S- - M MG GW WH HS SS S( (H HL LR R) )A AU UC CE EI IR RV VL LR RM MS SC C s se er

13、rv ve er rV VL LR RM MS SC C s se er rv ve er rMSS SI IM M- -M ME E i i/ /f forCuUu U Um mAbisB BS SS SGENcMcMcNbPSTNBBG Gs sC CN NF FDNcNbC CMhGcGrGfGnGiGpP PS ST TN NMcP PS ST TN NP PS ST TN NAGbIuCSIuPSRNSIubIur粗线：表示支持用户业务的接口细线：表示支持信令的接口杨丰瑞，潘 安：软交换在 3G 中的应用4图 1 R4 网络模型 R5 版本引入了 IP 多媒体子系统，简称 IMS。I

14、MS 负责完成移动终端的所有基于 IP 的 业务，包括语音、无线实时业务。IMS 架构在分组域网络之上，完成对 IP 多媒体通信的控 制和业务的提供。在核心网内全部基于 IP 传送，采用网关体系与传统的 PSTN/PLMN/ISDN 等网络进行互通和转换。采用基于软交换的分层网络体系结构，使控制 与承载分离。由 CSCF（呼叫状控制态功能） 、MGCF（媒体网关控制功能） 、MRF（媒体 资源功能）和 HSS 等功能实体组成。CSCF 处理与多媒体会话有关的控制层功能，主要包 括查询 CSCF，服务 CSCF 和代理 CSCF。其中 S-CSCF 处理网络中的会话状态，对用户终 端进行会话控制

15、。MGCF 用于控制 MGW 建立媒体通道，完成传统电路域网络与 IP 多媒体 子系统间呼叫相关的协议转换，并且根据路由号为从传统网络来的入呼叫选择 CSCF。HSS 是核心网内所有签约用户的主要数据库，包含用于支持 SGSN 和 CSCF 处理呼叫和会话所 必须的签约相关信息，是支持用户移动性和呼叫控制的关键。 3. 软交换在 3G 增值业务中的应用 3G 在增值业务的实现方面有三种方式：一种是由 MSC Server 直接实现；第二种是通 过和移动的 SCP（业务控制点）互通实现；第三种是通过开放的业务体系实现。第一种方式效率最高，但开放性较差，实际上就是传统的程控交换机实现方式。主要 适

16、用于和基本呼叫关系密切，本身没有独立逻辑的简单业务的实现。第二中方式主要是为了保护移动智能网的已有投资。MSC Server 实现 SSP(业务交换点)功 能，并且通过 CAMEL 和 SCP（业务控制点）互通，适用于继承网络中已实现的智能语音 业务。第三种方式是 3G 的主流实现方式，主要适用于融合了语音、数据、视频等特征，采 用类似与因特网工作模式的综合业务的实现。通常通过提供一个完全开放的，可编程的业 务环境来实现。由于 R4 阶段仍以语音业务为主，R5 和 R6 阶段才会大规模应用。3G 牌照发放以后，3G 进入商用阶段，传统电信商业运营模式将发生重大变化，三种 方式将越来越多地被采用，以实现新业务。 4.软交换在 3G 中的优势 软交换始终是立足于在单一的承载网络上构建电信应用平台，其技术特点和优势是多 方面的，主要体现在： 网络模型是分层的 整个网络分为接入层、控制层和业务层等，各层分别完成特 定的功能，互相配合，共同实现系统的目标。 协议接口是开放的 软交换系统全部采用标准化