下一代MSC——构筑3G统一“心”_NGN及软交换

下一代MSC——构筑3G统一“心”

冉隆科 2003/09/01

　　随着中国发放3G牌照的临近，各运营商都在为部署各自的3G网络摩拳擦掌，WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA究竟哪一个标准能够获得中国运营商的青睐尚属悬念。相比无线接入环节技术的不确定，3G核心网部分技术则显得清晰可见，下一代MSC（移动交换中心）将是不容置疑的主角。

　　下一代MSC是以分组交换为基础的下一代移动网络的软交换核心平台，或者说下一代MSC的核心技术是软交换技术。目前，我国已明确了下一代MSC软交换在网络发展中的位置、功能要求、业务要求、协议和接口要求等性能指标。以软交换为特征的下一代MSC，在网络发展和融合，尤其是对3G移动通信在我国的发展，将发挥出非常重要的粘合作用和推动作用。

技术解析篇

何谓下一代MSC

　　以分组交换技术为基础的下一代MSC是相对于传统的电路交换而言的。传统的电路交换设备过去由少数几家设备制造商提供，它采用时分复用(TDM)技术，版本升级时间长，运营成本高，因此运营商希望找到一种技术和产品来解决这些问题；于是，业界提出了一种设想，即把传统的交换设备部件化，分为呼叫控制与媒体处理。呼叫控制实际上是运行在通用硬件平台上的软件，而媒体处理则把TDM信号转换为基于IP的媒体流，二者之间采用标准协议链接，软交换(SoftSwitch)由此诞生。由于软交换技术具有扩充性强、接口标准化、业务开放等特点，故发展异常迅速，由此演化出了下一代MSC。

概念诠释

　　下一代MSC是以软交换为基础的，所以它应当表述为软交换移动交换中心(Mobile-Switch-Center softswitch)，或移动交换中心软交换。业界权威性机构给软交换下的定义是：软交换是网络演进以及3G通信网的核心设备之一，它独立于传送网络，主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，同时可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力。

　　软交换的基本概念包括许多功能，其核心是采用标准化协议和应用编程接口的开放体系结构，包括呼叫、承接控制和应用分离等。

软交换由VoIP技术发展而来，借鉴了电信网络智能网的呼叫与控制相分离的理念，其基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，其中包括呼叫路由、管理控制、连接控制和信令互通，由此实现传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件编程功能建立分离的平台，真正实现多厂家的网络运营环境，在网上引入多种业务(如图1所示)。

　　软交换的基本功能是以媒体网关控制器为基础，采用开放式应用程序接口(API)，允许在交换机中灵活引入新业务。它主要提供连接控制、翻译和路由、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫记录的生成等。同时，软交换移动交换中心为与传统的PSTN 电信网络相互连接提供接口，为其开辟了平滑向未来IP包交换网络过渡的途径，从而有可能在网络上提供更多的新业务。

主要功能

　　下一代移动交换中心的软交换功能是多种逻辑功能的集合体，它包括媒体网关接入、呼叫控制、业务提供、协议支持、网络业务卸载、资源管理、互连互通等功能。

　　·媒体网关接入。该功能可以是一种适配功能，软交换可以连接多种媒体网关，如IP中继媒体网关、ATM媒体网关、用户媒体网关、无线媒体网关以及综合接入网关等，并支持MGCP媒体网关控制协议或H.248协议。

　　·呼叫控制。这一功能实现基本呼叫的建立、维持和释放，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检测和资源控制，并支持和提供两方或多方呼叫控制，包括多方呼叫特殊逻辑关系、呼叫成员的加入和退出等功能。

　　·业务提供。在网络由电路交换向分组交换的迁移过程中，网络为终端用户提供的业务应当具备完全的继承性，因此下一代移动交换中心软交换必须能够实现PSTN/ISDN交换机提供的全部业务,其中包括基本业务和补充业务、智能网业务和多种增值业务。

　　·协议支持。下一代移动交换中心软交换是一种开放和多协议实体，采用标准协议，如H.248、H.323、SIP、MGCP等协议，与各种媒体网关、终端和网络通信。

·互连互通。在现有网络向下一代网络演进的过程中，促进多种现有网络互连互通，如PSTN网、SS7信令网、VoIP网、智能网等。

　　·卸载互联网业务。卸载互联网业务是下一代移动交换中心软交换的一个重要功能。它可能代替4类和5类交换机，既可以接收通过IP或ATM协议传送的互联网业务，又可以把互联网业务转移到PSTN以及数据业务骨干网上。

　　·资源管理功能。对系统中的各种资源，如资源分配、释放和控制等进行集中管理。通过采集话单详细数据，根据运营需求，采集计费信息并传送至计费中心，实施计费管理。

　　·认证和授权。下一代移动交换中心软交换与认证中心连接，可将网络中的用户、媒体网关信息送给认证中心，进行认证与授权，防止非法用户的接入。

三大优势

　　下一代MSC鉴于其自身和IP网的特点，除可以提供新的业务外，还可使电信运营商在推出业务的成本、应用和运营三个方面显示出前所未有的优势。

　　·成本优势。据业界人士分析，以分组技术为基础的软交换与传统的电路交换比较而言，其成本要降低五分之四，原因在于软交换机是一个开放平台，平台本身和开发成本都较电路交换低，而开发周期，亦即推出业务的时间，只有电路交换的十分之一。推出业务时间的大大缩短，也为降低成本提供有利条件。

　　·应用优势。由于软交换机是一个开放平台，它不仅为推出业务大大降低成本，而且还极有利于多家开发商同时开发多种应用。例如，过去在电路交换机上开发一种新的应用，可能只由一个厂商去做，而在软交换平台上，多个厂商可以做同一种应用，赋予应用开发以竞争性。

　　·运营优势。从运营角度看，下一代MSC软交换对新老运营商都会带来运营利益。运营商借助软交换平台，有机会使电信网、计算机网和电视网这三大网络在网络层面实现互连互通，在业务层面实现业务的渗透和交叉，使统一的分组网络承载多种业务成为可能。传统运营商可以通过软交换平台实现PSTN与分组网的融合，既保护已有的投资，又具有创新能力；而新兴运营商通过软交换平台容易进入通信服务领域，参与市场竞争，而且无需对传统设备进行更新投资，可在没有资金压力的前提下，为用户提供多种新业务。

技术实现

　　下一代MSC的软交换技术使传统交换机的功能模块分离为独立的网络部件，各个部件可以按相应的功能划分各自独立发展，部件间的协议接口基于相应的IP协议，使各种以IP为基础的业务都能在不同的网上实现互通。其软交换功能是在软交换参考模型上实现的，体现在物理节点上引入了应用服务器和媒体服务器，通过一系列协议实现多种新业务。

组网技术

　　下一代MSC软交换在电信网络中由4个层面构成：接入传送层、媒体层、控制层和业务应用层。各层实现如下组网功能。

　　·接入传送层。它将用户连接到网络，并将业务量集中后传送到目的地。

　　·媒体层。它把通过网络传送的业务转换成适当的格式，例如将传统的话音业务打包成IP数据包。

　　·控制层。该层决定用户应该接收哪些业务，并控制其他较低层的网络单元业务流的处理。

　　·业务应用层。在呼叫建立之上提供附加业务。

　　下一代MSC还可采用分布式结构。该结构由呼叫服务器、媒体网关和部件管理系统这三个主要单元组成。采用这种结构，运营商无需取代传统交换技术就可随着网络规模和容量的增长，利用分布式移动交换解决方案来增强其传统网络。其突出的优点在于，不是在新的服务区域增加新的传统移动交换中心，或对传统技术继续增加投资来适应容量的增长，而是对网络增加媒体网关，增加呼叫服务器；增加一个呼叫服务器和与之相结合的媒体网关，相当于对网络增加一台交换机。无论增加多少媒体网关，呼叫服务器都能对其实施控制。对任何业务或信令的接口只需连接到呼叫服务器上即可，而无需加到每个媒体网关上。这种解决方案还可支持基于IP业务的引入，并为运营商在未来对3G通信提供无缝隙接入。

部件技术

　　下一代MSC的各种功能是靠多种网络部件和接口实现的，这主要包括：

　　·呼叫服务器。它与传统交换机中的呼叫控制可承载机制分离，通过服务器上的软件功能实现呼叫控制功能，如呼叫路由、管理控制会话建立和拆除、信令互通等。把呼叫控制与承载信息的传输机制分离开来，使电信服务提供商能够方便地将传输与控制协议相结合，实现业务转移。

　　·媒体网关。媒体网关在软交换的控制下，将网络中一种媒体转换成另一种网络所要求的格式。如媒体网关能够在电路交换网的传输通道和分组网的媒体流之间进行转换，可以处理音频、视频等业务，并能进行全双工的媒体转换，可以演示视频和音频信息，并可同时支持多媒体会议。

　　·应用服务器。负责各种增值业务和智能业务的逻辑产生与管理，并提供各种开放式应用程序接口(API)，处理与软交换平台间的信令接口。应用服务器是一个独立的部件，从而实现了业务与呼叫控制的分离，有利于新业务的引入。

　　·媒体服务器。它给会议、传真等特殊业务提供资源平台，并处理与媒体网关间的承载接口。同时满足用户对新电信业务的需求，支持个性化的动态语音编程，支持资源的动态加载和修改。

　　·信令网关。它负责信令的转换和传递，它将PSTN中的七号信令(SS7)转换为IP网对应的信令协议。

协议技术

　　下一代MSC软交换作为一个开放实体，其接口是通过开放的通信协议实现的。主要有：

　　·媒体网关控制协议(MGCP)。它主要负责将一种网络中的媒体转换成另一种网络所要求的媒体格式，并控制与媒体通道连接相关的呼叫状态，报告用户端的事件，从而实现正常通信。

　　·会话初始化协议(SIP)。该协议是一种应用层控制协议，用于创建、修改和终结多媒体会话或呼叫。多媒体会话包括互联网多媒体会议、远程教育、互联网电话等应用。目前，SIP协议已被广泛接受，是支持3G等移动多媒体业务与应用的核心协议之一。

　　·H.248协议。该协议是一种网关控制协议，它解决了H.323协议复杂、扩充性差的问题，得到了厂商的广泛支持，成为了下一代MSC的至关重要的网关控制协议。

　　·信令控制传输协议(SCTP)。该协议主要用于传递软交换平台和信令网关间的信令信息。

　　·信令传送协议(SIGTRAN)。该协议用于在IP网络中，通过信令网关传递SS7等电路交换信令。

接入技术

　　目前，软交换实现的接入技术主要有：

　　·分组中继。它针对用户汇接局、长途局容量和传输带宽需求的增加，通过软交换平台构建分组中继网络，利用媒体网关直接提供高速分组数据接口，大大减少传输网络中低速交叉连接设备的数量，降低网络传输成本和带宽需求(一般可节省60%的传输资源)，从而满足长途局和汇接局的扩容需求。

　　·本地接入。这是指采用软交换技术，对DSL、以太网、无线局域网、3G无线接入技术、电缆、双绞线等接入方式，实现分组话音的本地接入。它在一定程度上，不仅可以替代5类交换机，而且为终端用户提供数据和话音综合业务。

　　·多媒体业务。根据用户对媒体业务的需求，通过软交换平台和网关装置，将各种应用服务器上的新业务提供给终端用户，并可通过与应用服务提供商合作，开发并引入新的应用业务。

3G应用篇

力促3G应用

　　3G网络的发展是在现有的各种网络向下一代网络演进的前提下进行的，因此它必将与实现网络融合的下一代网络的规范要求相吻合。然而，对于实现网络融合而言，目前公认的技术基础是软交换和IP技术，因此，3G的未来发展也将是实现基于软交换技术的全IP网络，其核心网络所采用的关键技术将是软交换和宽带IP技术，IP协议和软交换协议，也将是3G网络所采用的主要协议。这种技术上的一致性将为3G网络的建立提供一个良性环境，从而促进3G应用的迅速发展。

　　构建软交换全IP 3G核心网

　　所谓构建全IP 3G网，是指在GPRS网络或CDMA网络的基础上，实现业务传送完全基于IP承载的网络结构。

　　实现全IP 3G核心网络的基本途径是，首先由增强型GPRS网络完成对无线接入网的接入和提供IP通道，使用户终端直接由软交换平台实施控制，并在GPRS网络之上，构建一个基于软交换的IP多媒体子系统，即多媒体软交换系统；其次是在核心网络内部完全基于IP传送，采用IP 网关与传统的PSTN等非IP网络实现互通与转换；第三是采用基于软交换的分层网络结构，使控制与承载机制分离，呼叫控制与业务提供机制分离，各层的设备和结构可独立发展但不影响整个网络，各层之间的通信通过功能接口实现。

　　在3G核心网络中，软交换服务器是实现其通信功能的关键部件，它对以实时性和移动性为特征的业务提供呼叫控制和连接控制功能（见图2）。软交换服务器通过不同的逻辑与下层设备进行交互和控制，执行融合网络中的呼叫控制、媒体流的连接控制等功能，并提供支持多种信令协议的接口，从而实现全IP 3G核心网络中移动用户与各种传统网络间的信令互通和不同网关的互操作。

图2 全IP 3G核心网

协议的一致性促进3G发展

　　下一代移动交换多媒体软交换系统构建在与3GPP(第三代移动网络协议)相同的体系结构上，并运用SIP协议。下一代移动交换与3G体系结构中这种协议的一致性，有利于促进3G业务的发展。

　　首先，SIP是网络互连的理想选择，其基于文本的简单格式，可使开发商迅速开发新的应用业务，这意味着SIP既支持下一代移动交换，又能支持在3G网络上开发更多的应用业务。其次，在 3G移动网络的3GPP体系结构上支持应用业务，可以使用一个软交换平台，为移动和固定用户提供通用的多媒体应用。第三，SIP支持网上应用(如电子邮件和网上浏览)的现有协议，同时，H.323也可以在一定程度上重新用于处理这些应用。这意味着在SIP环境中，可使3G核心网与其他网络轻而易举地实现互通。

　　同时，在软交换技术的支持下，运营商面向特殊人群开发的微服务，即针对有特殊需求的用户群以及单个用户提供个性化的通信服务，从而使3G的部署和推广应用更加丰富多彩。

　　为3G运营商创造价值

　　随着移动软交换技术的发展和成熟，一些运营商开始锤炼以IP和软交换网络体系结构为基础的3G移动通信系统解决方案。这种解决方案不但保护用户的现有投资，而且为用户提供了经济实用的技术实现途径。

　　基于移动软交换的3G解决方案的特点是，提供基于IP软交换技术的3G核心网络，保护用户投资，降低成本；严格遵循3GPP标准，确保设备和网络的兼容性与互通性；利用统一的软件平台，提供成本低而效益高的3G设备，使网络扩容和管理更加方便；将软交换技术引入3G业务平台，使之在3G网络上开发各种新业务更加快捷。

　　产品与市场起波澜

　　作为下一代MSC核心的软交换平台，融合了传统话音网络的可靠性和新的IP技术的灵活性与有效性的优点，不但可以很好地解决从传统的电话交换网向IP分组交换网过渡的问题，而且，更是新兴运营商进入话音市场的技术手段之一。随着我国相应标准的出台和软交换设备研发的进展，正涌现出一批领军这一领域的厂商，形成一系列产品，从而将加快我国电信网络向分组交换网过渡的进程。

　　入网许可后浪推前浪

　　在我国，最早获得下一代MSC软交换设备入网许可的是中兴和华为。早在2001年，中兴通讯就成了第一家获准入网使用许可证的厂家。2002年，北电和华为是继中兴之后获得入网许可证的第二批厂商。到2003年春节前后，爱立信、UT斯达康、大唐，这三家厂商获准入网，形成了在中国发展下一代MSC软交换平台的第三批实力厂商。

　　爱立信、UT斯达康和大唐在推进软交换技术方面有其突出的特点。爱立信不仅提出了软交换网络语音域和多媒体域两个概念，而且还给新兴电信运营商和拥有传统网络的电信运营商提出了不同的建网策略。2003年3月，爱立信软交换系统ENGINE R4成功获得信息产业部颁发的入网试用许可证，成为我国第一个电话业务软交换和多媒体业务软交换双双获得入网试用许可证的厂家。目前，爱立信更是瞄准了软交换技术与3G技术的融合，为移动运营商提供“量身定制”解决方案。而UT斯达康在这方面也使出了“高招儿”，已在我国的相关无线市话网中运行设计容量高达100万门的mSwitch软交换系统。至于大唐电信则是这方面的新秀，其OpenSP SS3000软交换设备顺利获得信息产业部颁发的入网使用证，标志着大唐电信对软交换设备的研发已达到了先进水平。

　　促进运营方式变革

　　目前，我国有关下一代移动中心的软交换平台的整体规范、协议与接口标准以及语音的软交换设备标准业已出台；软交换支持多媒体通信的标准也在讨论之中，年内将会有更多的相关标准出台。

　　软交换平台的标准化犹如战鼓催春。中国电信、中国网通、中国联通、中国铁通等运营商正在为建设基于软交换的移动交换实验网而努力。业界人士认为，中国电信市场所形成的新格局，将为软交换技术在我国的发展提供新的机遇，基于软交换平台的全IP分组交换网络无疑将成为新老运营商的首选，从而将促进电信网络运营方式的变革。

　　软交换市场收入飙升

　　2000年，下一代MSC软交换市场还处于萌芽状态，但从2001年开始便直线上升(见表1)。

表1 下一代MSC软交换市场收入预测

年度	收入（亿美元）	收入增长率（％）
2000	0.18	----
2001	0.89	388
2002	7.95	795
2003	33.3	319
2004	104.0	212
2005	239.0	130
2006	394.73	65
数据来源：Frost & Sullivan公司

　　据统计，2000年，全球软交换市场收入仅0.18亿美元，2001年便上升到0.89亿美元，而到2002年则猛增到7.95亿美元。据业界人士预计，2003年，其市场收入将扶摇直上，增加到33.3亿美元，而到2006年将增至394.73亿美元。高收入将会给运营商带来高回报、高利润，从而赋予运营商更高的经济效益。

编者视点

　　对于下一代MSC的概念，从业内专业厂商的反馈来看，更多的提法是软交换。突出其移动交换中心概念，其实可以看作突出软交换在移动核心网中的重要地位。从概念认同角度看，以爱立信、UT斯达康为代表的无线通信提供商似乎更热衷于强调软交换作为下一代移动网核心的理念，更多的厂商则是从整体的NGN（下一代网络）角度来看待这个问题的。不管如何命名，其实谈的都是一个软交换主题。从目前的发展来看，部署3G网络的声音越来越强，作为其核心网技术的软交换将有望以下一代MSC面貌先期亮相。从这个角度看，部署3G网络，将成为引发NGN部署的导线。无论移动网络还是固定网络，向以下一代MSC与软交换为核心的IP分组交换网过渡，实现业务互相融和与全面互通，构成所谓的NGN网络，将成为潮流。

网络世界(cnw.ccw.com.cn)