摘要　文章主要从网络结构、功能、特点等几个方面论述了移动软交换技术在3G网络中的实现，并讨论了移动软交换在设备、协议、资源控制、媒体网关等方面与固定软交换的差异。

1、引言

　　随着新技术的不断涌现和应用，全球移动用户迅速增长，计划中的3G核心网将向用户提供更宽的带宽和各种更新的服务，除传统的话音服务外，还包括无线上网、收发电子邮件以及移动视频的服务。

　　分组话音从技术上改变了传统话音传送的方式和服务质量。在固定网VoIP中，话音业务是在专用或公用IP网上以数据分组形式传送的，而不是通过电路交换在特定中继线上传送。在移动网中，话音业务与传统的固定电话一样，也是通过移动交换中心(MSC)进行电路交换的。传统的电路交换正在向分组核心网平滑过渡，话音将在这个新的核心网上以分组形式传送。

　　目前，在固定网VoIP中已经开始使用基于软交换的体系结构，在这种结构中把四类和五类的电路交换分解为媒体网关和软交换机。在移动核心网中引入基于软交换的体系结构也将给全世界的移动运营商带来许多好处。现在，3GPP、3GPP2两大3G标准化组织分别提出了全IP的移动核心网的参考结构。3G网络作为未来NGN的一部分，也采用了NGN中软交换的思想。3G核心网的未来发展方向是采用基于软交换技术的全IP承载结构，实现传输网络、网络控制、业务提供三者的分离，提供一个分层的、开放的、可靠的、扩展性良好的网络体系。3G网络能更好地与因特网实现融合，方便地利用因特网现有的丰富资源，为3G网络用户提供实时话音与视频、Web浏览、电子商务等各种多媒体业务和多样化的增值业务，从而实现3G网络与因特网真正的融合。

2、软交换技术在3G中的应用

　　从电路交换核心网过渡到全IP核心网，UMTS标准有三个版本：R99、R4以及R5。这三个版本各有特色：R99系统向下兼容GSM和GPRS；R4电路域基于承载与控制分离的思想采用移动软交换技术，并实现了核心网电路域的IP传输问题；R5则是从无线网络到核心网都采用IP传输，并增加了IP多媒体域的实体，可以实现端到端的多媒体业务。

　　2.1　UMTS R99版本

　　UMTS R99规定WCDMA/TD-SCDMA系统的核心网将基于ATM，核心网络分为电路域和分组域两个部分。电路域通过编解码转换器实现话音由ATM AAL2至64k电路的转换；分组域仍然采用了GPRS SGSN和GGSN的网络结构，相对于GPRS，增加了服务级别的概念，分组域的业务质量保证能力提高，带宽增加。并且，为把话音业务从无线接入网(RAN)传向核心网,最终传向PSTN，定义了Iu-cs电路交换接口。

　　R99网络主要以继承GSM为主，在网络特征上仍然属于传统的网络。

　　2.2　UMTS R4版本

　　R4阶段，WCDMA/TD-SCDMA核心网络仍然分为电路域和分组域两个部分，其中电路域移动交换中心(MSC)基于软交换的思想体系，将MSC的功能由MSC Server(移动交换服务器)和MG(媒体网关)两个功能实体来实现。MSC Server完成呼叫控制和移动性管理，而MG完成媒体流的处理功能。MG和MSC Server之间是标准协议。

　　对移动终端到移动终端的话音呼叫而言，话音分组可以直接利用无汇接运行(TFO)或无变码器运行(TrFO)来传送，以减少时延和改善话音质量。在R4中使用TrFO时，媒体网关可以是ATM交换机。在核心网中话音利用AAL2通过ATM传送。R4相对于3GPP的R99主要有以下优点：

　　(1)网络由TDM中心节点交换型演进为典型的分组话音分布式体系结构；

　　(2)网络采用开放式结构，业务逻辑与底层承载相分离，话音分组化；

　　(3)由于优化了话音编解码转换器，改善了WCDMA系统网络内部话音分组包的时延，提高了话音质量和核心网传输资源的利用率，

　　(4)话音采用统计复用方式传递，可以提高传输网的效率，实现网络带宽动态分配。

　　2.3　UMTS R5版本

　　UMTS R5也建立在分组核心网的基础上，但它规定要利用IPv6从ATM核心网过渡到全IP网，提供话音、数据和多媒体服务，终端开始支持SIP协议。R5规范将MSC Server在功能上分离为MGCF(媒体网关控制功能)和CSCF(呼叫状态控制功能)，分别处理语音呼叫控制和多媒体呼叫控制。

　　R5将充分利用基于分组的网络架构、网络单元与协议。对分组交换的数据来说，可以保证端到端的服务质量(QoS)。引入新的宽带多速率(WB-AMR)声码器来改善话音质量。R5还将引入新的网元，如原籍用户服务器(HSS)等，以及引入一些新的概念，如虚拟原籍环境(VHE)等。HSS管理有关移动用户的信息。VHE的目的是实现跨越不同网络和不同终端的个性化业务可携性。用户可以利用个人业务环境(PSE)来生成他们自己的服务环境。VHE保证不论UMTS用户处于何种网络，使用何种终端，身处何地，都始终能够向用户提供同样的个性化功能、用户接口能力和业务。另外，在网中还可加入应用服务器，通过基于Parlay/SIP-S协议的开放式接口(OSA)接入，接收来自HSS、PSE和CSCF的信息。

3、移动软交换的功能

　　移动软交换是多种逻辑功能实体的集合，提供综合业务的呼叫控制、连接以及部分业务功能，是3GPP R4及以后阶段软交换系统核心网中的电路域实时语音/数据业务呼叫、控制、业务提供的核心设备。

　　移动软交换设备的功能结构其主要设计思想是业务/控制与传送/接入分离，各实体之间通过标准的协议进行连接和通信，主要功能包括以下几个部分：

　　(1)移动性管理功能

　　主要完成切换(包括UMTS系统内、GSM系统内以及GSM与UMTS系统间的切换)、登记和移动台去活功能。

　　(2)安全保密功能

　　支持用户鉴权、TMSI使用和用户信息加密。

　　(3)呼叫控制和处理功能

　　移动交换服务器可以为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等；接收来自业务交换功能的监视请求，并对其中与呼叫相关的事件进行处理；支持基本的两方呼叫控制功能和多方呼叫控制功能。

　　(4)VLR功能

　　包括用户数据管理、位置登记、鉴权、提供MSRN、VLR恢复、切换号码分配、TMSI分配、清除、SuperCharger功能。

　　(5)其他功能

　　包括协议处理、互通、资源管理、计费、认证与授权、号码分析/地址解析、媒体控制等。

4、软交换体系结构在无线网中的特点和好处

　　(1)分布式交换降低运营成本

　　传统电路交换网利用集中的MSC在RAN和PSTN之间完成话音交换。由于多数呼叫是本地的，这就造成电路加倍，从本地RAN到MSC，又从MSC到本地PSTN。基于软交换的体系结构由集中的MSC服务器/软交换机与分布的媒体网关组成，呼叫控制与话音处理/交换是分开的，媒体网关可以布设在提供最大价值的地方，复杂的呼叫控制被集中在一起。通过部署分布式交换，运营商可以明显降低回程费用。

　　基于软交换的分布式体系结构的另一主要好处是话音业务和GPRS数据可以共用核心网。

　　(2)开放智能业务不需对所有MSC升级

　　移动运营商利用移动智能网(IN)开放基于标准的业务。当前许多业务例如预付费业务等是利用IN协议的专有扩充来提供的，但是想把这些业务延伸至漫游者就需要实施基于标准的CAMEL&WIN业务。CAMEL和WIN两者都使用集中的智能网节点----业务控制点(SCP)。当部署新业务时，运营商必须对所有的MSC进行升级，经过升级的MSC要把呼叫控制移交给SCP，由SCP执行业务逻辑。这样导致业务提供成本高，MSC实时处理代价高，软件成本高，业务投放市场时间长。

　　经济的办法是由移动终端始发/终接的呼叫通过软交换机选路，软交换机通过所装的触发器对SCP发起询问。
由于触发器集中装在软交换机中，从而减轻了MSC的负担。利用软交换结构可开放包括无线号码携带、号码共用、预付费漫游、长途免费业务等的智能业务。

　　(3)通过软交换利用基于IP的服务平台来开放业务

　　软交换机可以使用SIP或LDAP来接入基于IP的应用服务器，获得服务。这些IP使服务平台的工作方式与SCP相同，但它们的成本低很多，而且更加灵活。一旦数据库被移到更现代的平台，软交换机可以利用SIP或LDAP来对它们进行询问。

5、移动与固定网软交换技术的差异比较

　　从表面看，无线软交换机与用于固定网五类机的软交换机一样，但是无线软交换机的软件程序必须符合GSM、UMTS规范，提供控制无线接入网(RAN)和移动用户的必要功能。由此增加的复杂性也必须服从基于标准的协议和流程，如CAMEL触发器/GSM MoU要求的特点、用户信息管理(SIM)流程、与原籍位置寄存器(HLR)的通信、与其它MSC的访问位置寄存器(VLR)的通信等。这些附加的复杂性使无线软交换机比有线软交换机复杂得多。

　　5.1　移动与固定软交换设备的特征差异

　　移动软交换设备：即MSC Server，继承了3G VMSC及GMSC所有的业务控制层的业务处理及信令接口功能，并在业务流程中根据需要调用经过移动扩展的H.248协议控制移动接入或中继媒体网关完成媒体流的汇聚、映射及交换功能。主要完成的业务功能除了基本话音业务、中继业务以及补充业务外，还包括MO/MT短消息、G3传真业务、定位业务和支持移动智能特性。

　　固定网软交换设备：提供继承传统C4固定端局及C5长途局交换机的所有业务处理及信令接口功能，并通过MGCP/H.248协议控制固定接入网关或中继网关完成媒体流的汇聚、映射及交换功能。支持通过MGCP或H.248协议从接入网关(AG)接入的普通常规电话业务(POTS，Plain Ordinary Telephone Service)用户或以太网电话用户，为固定网用户提供的业务包括：基本话音业务、补充业务、Centrex业务、固定智能SSP特性、分组中继业务、支持H.323、SIP分组语音用户的接入认证以及呼叫互通功能、提供可视电话、电视会议等视频业务，并通过SCP及Parlay网关提供开放的业务API，供第三方业务开发而自定制增值业务。

　　5.2　移动与固定网软交换技术在协议方面的差异

　　(1)接入侧协议

　　移动软交换支持的接入侧协议为：RANAP(WCDMA用户接入)、BSSAP(GSM用户接入)；

　　固定网软交换支持的接入侧协议：H.248和MGCP(POTS用户接入)、IUA(ISDN用户接入)、V5UA(接入网用户接入)。

　　(2)中继侧协议

　　移动软交换设备支持的中继侧协议：ISUP/TUP(窄带PSTN、MSC局间)、BICC(MSC Server局间)。

　　固定网软交换设备支持的中继侧协议：ISUP/TUP(窄带PSTN局间)、H.323和SIP/SIP-T(固定网软交换局间)、No.1/R2(随路交换机局间)、BICC。

　　(3)智能应用协议

　　移动软交换智能应用协议采用CAP(Camel PhaseⅢ),而固定网软交换智能应用协议采用INAP(CS1/2)。

　　CAP与INAP分别由3GPP 22.078/23.078及ITU-T Q.12XX系列定义，在基本概念上类似，都以SCCP/TCAP协议为承载，其差异主要体现为O/T-BCSM的状态机不同、触发点定义不同、触发方式不同、智能嵌套处理及其他业务的交互关系处理也不同。

　　(4)移动交换设备特有的移动应用协议

　　基于SCCP/TCAP的MAP协议(MSC Server与HLR间、MSC Server间)是移动软交换设备从MSC/VLR继承的完成网络层移动应用(位置更新、短消息、局间切换、补充业务和被叫路由信息获取等)的专有协议。

　　(5)信令承载模式

　　移动软交换设备信令承载模式：

　　*ISUP/TUP over MTP3/MTP2/MTPl or over M3UA/SCTP/IP

　　*BICC over SCTP/IP or M3UA/SCTP/IP or MTP3B/SAAL/AAL5

　　*SIP-T over SCTP/IP

　　*H.248 over SCTP/IP or M3UA/SCTP/IP or MTP3B/SCTP/IP

　　*MAP/CAP over MTP3/MTP2/MTP1 or over M3UA/SCTP/IP

　　*RANAP over M3UA/SCTP/IP or MTP3B/SAAL/AAL5

　　*BSSAP over M3UA/SCTP/IP or MTP3/MTP2/MTP1

　　固定网软交换设备信令承载模式：

　　*ISUP/TUP over MTP3/MTP2/MTP1，or over M3UA/SCTP/IP，or over MTP3/M2UA/SCTP/IP

　　*H.323 over UDP/IP and TCP/IP

　　*SIP/SIP-T over UDP/IP or SCTP/IP or TCP/IP

　　*IUA over SCTP/IP

　　*V5UA over SCTP/IP

　　*H.248 over UDP/IP or SCTP/IP or TCP/IP

　　*MGCP over UDP/IP

　　固定网软交换体系中，对于采用IP承载的网络，高层应用协议的底层传输协议比较多样化，而在3G R4核心网中则统一规定所有应用层协议均承载在SCTP协议上，主要基于以下考虑：

　　除网络层因特网安全协议(IPSec，Internet Security Protocol)外，SCTP在IP域能够支持比TCP更为强大的传输层可靠性机制，SCTP提供了连接可靠性、实时性及链路顺序保障机制以及比TCP更为灵活的信息复用/拆卸能力。

　　5.3　移动和固定网软交换技术在资源控制方面的差异

　　软交换设备对媒体网关的资源控制主要分为两大类：智能网方式及哑网关方式。在目前已实现并投入运营的软交换设备配置中，网关资源控制模式大多数采用了哑网关方式。3G R4标准实际选择了智能网关方式作为移动软交换设备的资源控制模式。从长远看，智能网关控制模式正逐步成为承载控制分离网络体系结构的最终演进趋势。对于移动、固定融合的软交换设备，将同时支持这两种资源控制模式。

　　5.4　移动与固定软交换技术在媒体网关方面的差异

　　固定网媒体网关可分类为：中继网关，即SCN与分组网络之间的网关；接入网关，提供用户到网络接口的媒体网关；住宅网关，把模拟线路接入到分组网络的网关。

　　移动媒体网关可分类为：移动接入网关，ATM为核心的RAN与IP/ATM/TDM为承载的核心交换网之间的网关设备；移动中继网关，IP/ATM/TDM为承载的核心交换网与其他运营商之间的网关，或IP/ATM为承载的核心交换网与基于TDM的PSTN网络之间的网关设备。

　　(1)在语音编解码(Codec)能力上的差异

　　移动MG，典型的情况是完成PSTN内基本的非压缩编解码算法(G.711-A率、G.711-U率)与3G R4电路域网络内基于自适应速率及码本激励线性预测机制AMR编解码算法(4.75kb/s-12.2kb/s)及各类固定速率Codec(GSM-EFR、PDC-EFR、TDMA-EFR、HR AMR、FR AMR、UMTS AMR、UMTS AMR2、FR AMR-WB和UMTS AMR-WB等)。

　　对于固定网MG，典型的情况是完成PSTN内的基本非压缩编解码算法(G.711-A率、G.711-U率)与VoIP/VoATM网络内基于先进的码本激励线性预测(CELP)机制编解码(G.722、G.723.1、G.726、G.727、G.728、G.729、G.729A等)。

　　(2)对传真/数据业务支持的差异

　　在支持移动电路域的数据承载及传真业务的过程中，移动MG担任的角色与固定网MG完全不同。固定网中，从原始数据信息到3.1kb/s模拟音频(在AG/IAD转换为G.711PCM格式)的调制解调，或64kb/s数据信道的速率适配(RA)，都是在用户终端侧完成的，而在移动网体系中，上述全部或部分功能都需要在网络侧的移动MG中来完成，即MG的IWF功能。

　　移动域的数据业务类型非常丰富，包括透明/非透明、异步/同步业务、基于多种制式Modem调制解调的3.1kHz音频数据业务等。移动MG根据软交换设备下发的承载能力(BC)信息判断当前为语音或数据业务，并针对数据业务选择合适的Modem及速率适配资源。

　　固定网的语音/传真(数据)交替由于没有带外信令的指示，因而MG需要具备从带内语音检测特殊传真音的能力，而对于移动终端，由于有带外Modify(修改)机制，使得移动MG可以根据软交换设备下发的模式修改命令来切换工作模式。

　　(3)用户面承载控制协议的差异

　　固定网MG用户面承载控制协议有：RTP/RTCP(IP承载组网的基本协议)、IP、AAL2、AAL1、ATM。

　　3G移动MG的用户面承载控制协议有：Q.1790(IPBCP)、Q.1990(Tunnel)、Q.2630.1/Q.2630.2、IuUP、AAL2、ATM。

　　(4)信令承载控制协议的差异

　　固定网MG的信令承载控制协议有：M3UA、M2UA、IUA、SCTP、TCP、UDP、IP、MTP、AAL5。

　　3G移动MG的信令承载控制协议有：M3UA、SCTP、MTP、AAL5、MTP3B。

　　(5)网关控制方式的差异

　　固定网MG的网关控制方式有标准的H.248会话过程、标准的MGCP会话过程，在IP上可以使用TCP、UDP或SCTP协议传输H.248。

　　3G移动MG的网关控制方式有经过3G扩展的H.248会话过程，在IP上只能使用SCTP传输H.248。

6、结束语

　　虽然早期软交换的发展主要是针对有线网的应用，但是，这种技术给无线运营商也带来很大好处。在软交换协会(ISC)中，专门成立了一个无线工作组，来研究如何把软交换结构运用到无线网。

　　采用基于软交换的全IP的核心网结构，符合NGN的发展趋势，实现了传输与控制、控制与业务的分离，相对于传统网络，网络安全性、业务质量保证、新业务提供的便利性、业务种类的丰富性以及开放系统带来的广阔商机都是无可比拟的。移动软交换技术在3G中的应用，将使运营商能够构筑更经济有效的网络，提供先进的服务，创造更多的收入。


来源：中国联通　作者：杨恒　唐存琛