全IP軟交換的技術(shù)創(chuàng)新與進展
2010/05/07
【摘要】目前軟交換設備在GSM網(wǎng)絡中已大量應用，具有容量大，集成度高，功耗低等明顯優(yōu)勢。同時，軟交換設備從核心網(wǎng)到無線接入網(wǎng)全面引入IP承載，全IP軟交換催生了許多新技術(shù)，進一步提升網(wǎng)絡安全性，提升網(wǎng)絡業(yè)務質(zhì)量，為移動網(wǎng)絡整體平滑演進到下一代全IP網(wǎng)絡奠定了基礎。
【關(guān)鍵詞】軟交換 IP 技術(shù)創(chuàng)新
背景
移動軟交換屬于3GPP R4階段的技術(shù)，到2004年3GPP移動軟交換相關(guān)協(xié)議已趨于成熟，首先實現(xiàn)了核心網(wǎng)的IP化。隨后，3GPP R5和R6階段引入了IU接口的IP化，R7實現(xiàn)了Gb和A接口控制面IP化，在R8引入A接口用戶面IP化，并最終實現(xiàn)移動軟交換下的端到端IP承載。
2004年中國移動首先在匯接局引入軟交換分離架構(gòu)。通過不斷的摸索，2006年底在陜西移動順利完成軟交換端局語音IP化網(wǎng)絡割接，核心網(wǎng)采用IP承載話音及信令，IP承載的業(yè)務質(zhì)量完全達到電信運營的標準。在不斷摸索IU接口、Gb接口IP化技術(shù)的同時，中國移動積極推動無線接入網(wǎng)特別是A接口IP化的發(fā)展，主導在3GPP中對重要接口協(xié)議進行創(chuàng)新性的完善。
基于分離式架構(gòu)的軟交換設備，在大容量，高集成度，低功耗方面具有明顯優(yōu)勢。同時，在移動軟交換全IP化的過程中，催生了許多新技術(shù)，進一步提升網(wǎng)絡安全性，提升網(wǎng)絡業(yè)務質(zhì)量，為移動網(wǎng)絡整體平滑演進到下一代全IP網(wǎng)絡奠定了基礎。
軟交換IP化總體演進策略
軟交換IP化既有驅(qū)動力、又有存在很大風險，主要體現(xiàn)為：
IP網(wǎng)的靈活帶來業(yè)務的靈活和開放等一系列好處，但是IP網(wǎng)的靈活多變也給電信網(wǎng)絡一貫的高品質(zhì)帶來了挑戰(zhàn)。IP軟交換帶來成本節(jié)約的同時，也不同程度的出現(xiàn)了網(wǎng)絡質(zhì)量的下降。
IP軟交換扁平化的組織方式，對管理模式，運維模式帶來挑戰(zhàn)。IP網(wǎng)絡某一部分的變化和故障往往很容易影響到全網(wǎng)，這些都給運營商帶來巨大挑戰(zhàn)；IP網(wǎng)絡扁平化的組網(wǎng)改變了傳統(tǒng)的維護模式，推進了集中化的維護模式，對維護體制是巨大變化。
IP化帶來了資源重新組織的能力，對傳統(tǒng)業(yè)務在長途、漫游，業(yè)務歸屬關(guān)系都帶來挑戰(zhàn)；IP化導致很難確定某一個業(yè)務是為一個地區(qū)服務還是為全網(wǎng)服務，這就要求改變業(yè)務運營商的思維，梳理全網(wǎng)服務意識。
為保證長期投資的有效性，使移動通信網(wǎng)絡平滑演進到下一代網(wǎng)絡，針對網(wǎng)絡IP化既有驅(qū)動力、又有存在很大風險的實際情況，移動軟交換IP化應遵循分步驟逐漸演進的策略。主要體現(xiàn)為：對于全網(wǎng)IP化，按先R4移動軟交換(網(wǎng)絡)，再IMS(業(yè)務)的思路演進；對于網(wǎng)絡IP化，按先核心網(wǎng)，再接入網(wǎng)的思路演進；對于核心網(wǎng)IP化，按先話音，再信令的思路演進；對于話音IP化，按先匯接，再端局的思路演進；對于端局IP化，按先分離架構(gòu)，再IP承載語音的思路演進。
全IP軟交換催生技術(shù)創(chuàng)新
R99核心網(wǎng)電路域基于TDM承載的傳統(tǒng)程控交換方式，網(wǎng)絡架構(gòu)與GSM核心網(wǎng)相同。如果將R99 MSC在地理上集中設置，會導致明顯的話路迂回，網(wǎng)絡容災方面的安全性也有問題。
移動軟交換實現(xiàn)了控制與承載相分離，可以把容量相對較小的MGW拉遠到地級市負責交換本地話路，這樣就可以避免本地話路迂回的問題；同時把MSC Server部署在省會中心，便于集中維護和管理。由于軟交換可以通過MGW歸屬到多個MSC
Server(地理可分離)的機制實現(xiàn)MSC Server POOL組網(wǎng)，可以在在一定程度上補償由于MSC Server集中設置所帶來的容災方面的安全性問題。
- 核心網(wǎng)IP承載語音優(yōu)化網(wǎng)絡組織結(jié)構(gòu)
中國移動采用基于IP承載語音的軟交換架構(gòu)組網(wǎng)。軟交換機集中設置在省中心城市，媒體網(wǎng)關(guān)MGW靠近話務源部署在各地市。移動軟交換機和MGW都應具備同時支持3G和2G的能力。在控制面，全國省內(nèi)所有軟交換機平面組網(wǎng)，省際軟交換機之間的BICC信令經(jīng)CMN轉(zhuǎn)接。在用戶面，全國所有的MGW平面組網(wǎng)，MGW之間的媒體流由IP承載網(wǎng)疏通，不再經(jīng)其他MGW轉(zhuǎn)接。
對于省際、省內(nèi)長途IP端局與TDM端局的互通話務，由交換關(guān)口局GMGW或TMG做互通設備(IW－MGW)，疏通TDM側(cè)的省際話務和部分省內(nèi)話務。實現(xiàn)TDM端局到IP端局互通話務的就近入IP，IP端局到TDM端局互通話務的就遠出IP路由方式。
核心網(wǎng)IP承載語音的上述路由方式保證IP端局之間媒體直連，IP-TDM互通話務盡量由本地網(wǎng)轉(zhuǎn)接，降低匯接網(wǎng)TMG擴容規(guī)模壓力。
- 無線接入網(wǎng)IP化實現(xiàn)端到端全面IP承載
對于網(wǎng)絡IP化的策略，在全IP軟交換的基礎上，引入無線接入網(wǎng)IP化，可實現(xiàn)端到端全面IP承載。
BTS與BSC間的Abis接口目前為設備廠家的私有接口，主要采用設備廠家的自有方案實現(xiàn)IP承載，Gb接口IP化標準化和設備實現(xiàn)都比較成熟，但3GPP早期僅僅對A接口信令面的IP化進行了規(guī)定，在用戶面的IP化方面尚屬一片空白。
A接口用戶面的IP化能夠帶來節(jié)省傳輸帶寬，提高語音質(zhì)量等優(yōu)勢，中國移動積極推動相關(guān)研究，并已經(jīng)在2008年將研究成果全部推入國際標準，填補了3GPP在AoIP方面的空白。
A接口用戶面IP化的完成，標志著移動軟交換下端到端基于IP承載的實現(xiàn)，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)為：
話音業(yè)務質(zhì)量提高：在A接口TDM承載時(核心網(wǎng)IP化條件下)，單個2G－2G呼叫需要經(jīng)過4次TC(編解碼轉(zhuǎn)換)過程 ，語音質(zhì)量下降；AoIP后，可實現(xiàn)全程免編解碼從而提高語音質(zhì)量。
降低網(wǎng)絡成本：A接口IP化后，由于TC從BSC上移到MGW，IP化后TrFO情況下的2G呼2G不需要TC，大量降低設備投資。
BSC信令直達MSC Server，取消SG：BSC和MSC Server皆有IP端口，信令可以直接從BSC直連MSC Server，不再需要SG做TDM→IP轉(zhuǎn)接，簡化網(wǎng)絡組織。
IP化利于MSC POOL組網(wǎng)實施：在A/Gb為TDM情況下，由于E1傳輸連接太復雜， MSC in Pool、SGSN in Pool方案實現(xiàn)難度大。IP帶來的組網(wǎng)扁平化使得MSC、SGSN資源池的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)得以快速實施。
簡化維護管理難度：GSM核心網(wǎng)和接入網(wǎng)統(tǒng)一支持全IP組網(wǎng)，有利于網(wǎng)絡規(guī)劃。Abis接口、A接口、Gb接口IP化后，可以將需要維護的網(wǎng)絡類型歸一化，減少維護人員的技能要求，簡化了維護管理難度。
2G/3G共享網(wǎng)絡傳輸，利于傳輸網(wǎng)的規(guī)劃設計：在3G RAN采用IP傳輸?shù)那闆r下，3G RAN的基礎網(wǎng)絡必然將采用IP化傳輸技術(shù)，IP BSS使得2G、3G可以共享基礎網(wǎng)絡，不需要為2G
BSS單獨維護一張TDM基礎網(wǎng)絡。
ICS技術(shù)實現(xiàn)業(yè)務由IMS統(tǒng)一控制
對于全網(wǎng)IP化，在移動軟交換IP化的基礎上，再引入基于IP的IMS控制架構(gòu)，實現(xiàn)從承載到業(yè)務控制的全面IP化。
IMS支持多種固定/移動接入方式的融合，支持無縫的移動性和業(yè)務連續(xù)性，是全業(yè)務運營的目標核心網(wǎng)架構(gòu)。在LTE階段，運營商可以提供由IMS控制的PS承載語音及豐富的多媒體業(yè)務。但LTE初期可能以熱點覆蓋為主，一段時間內(nèi)還無法形成與2/3G接近的全面覆蓋。由于2/3G無線網(wǎng)絡帶寬和QoS等因素的限制，運營商可以在2/3G網(wǎng)絡提供一些PS域非實時業(yè)務，但移動話音業(yè)務還需要從CS域接入。IMS
Centralized Services (ICS)就是要建立一個公共的核心網(wǎng)絡，同時向移動/固定IP接入和移動CS接入用戶提供統(tǒng)一服務，以實現(xiàn)有效地降低核心網(wǎng)的OPEX和CAPEX。
國際標準上定義了兩種ICS實現(xiàn)方案。一種是基于終端增強的方案，即終端通過PS域接入IMS域進行會話和業(yè)務控制，CS域僅提供語音話路的承載；該方案高度依賴終端功能，現(xiàn)網(wǎng)部署實施難度較大。另一種是基于網(wǎng)絡增強的方案，即MSC升級實現(xiàn)將A/Iu-CS接口信令轉(zhuǎn)換為IMS信令，接入IMS域以提供語音業(yè)務控制；該方案對終端用戶的影響較小，同時可根據(jù)網(wǎng)絡發(fā)展需要，在終端用戶不感知的前提下，實現(xiàn)統(tǒng)一業(yè)務控制的核心網(wǎng)架構(gòu)。
結(jié)束語
全網(wǎng)IP化是未來網(wǎng)絡發(fā)展趨勢，軟交換從核心網(wǎng)到無線接入網(wǎng)全面引入IP承載，為移動網(wǎng)絡整體平滑演進到下一代全IP網(wǎng)絡奠定了基礎。同時，全IP軟交換也催生了許多新的網(wǎng)絡部署策略、路由組織策略，便于部署更多的新技術(shù)。因此，全IP軟交換必然會進一步提升網(wǎng)絡的安全性和業(yè)務質(zhì)量。
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