移動(dòng)軟交換的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和演進(jìn)過(guò)程引言當(dāng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)逐漸取代話音

移動(dòng)軟交換的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和演進(jìn)過(guò)程

一、引言當(dāng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)逐漸取代話音業(yè)務(wù)成為主要的收益來(lái)源時(shí)，向以數(shù)據(jù)為主的分組網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)不可避免。由于話音仍是一種重要的業(yè)務(wù)，要求下一代網(wǎng)絡(luò)必須根據(jù)不同業(yè)務(wù)的要求提供相應(yīng)的QoS保證。因此，形成了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向NGN網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的主要推動(dòng)力。

軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，其基本思想是呼叫和承載分離。軟交換最開(kāi)始提出的出發(fā)點(diǎn)是基于將現(xiàn)有的電路交換網(wǎng)逐步地向IP網(wǎng)過(guò)渡，并替代傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)。同時(shí)，為IP電話提供更多的業(yè)務(wù)，使IP網(wǎng)獲得與傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)所能提供的相同的業(yè)務(wù)。

二、軟交換技術(shù)的概述固網(wǎng)NGN的軟交換技術(shù)現(xiàn)在基本上按兩條技術(shù)路線來(lái)發(fā)展：一條是將傳統(tǒng)電路交換領(lǐng)域的業(yè)務(wù)移植到分組承載網(wǎng)上來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一條是全新的基于全I(xiàn)P的多媒體業(yè)務(wù)系統(tǒng)。對(duì)于第一條路線，傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)從專(zhuān)用TDM承載向統(tǒng)一的共享式IP/ATM多業(yè)務(wù)傳輸網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移，并且在維持用戶接入方式不變的前提下借助接入網(wǎng)關(guān)完成網(wǎng)絡(luò)層業(yè)務(wù)傳輸?shù)姆纸M化。原電路交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)備被劃分為物理上獨(dú)立的控制面軟交換和承載面媒體網(wǎng)關(guān)兩個(gè)部分，而PSTN/ISDN/PLMN最終用戶基本感覺(jué)不到業(yè)務(wù)特性及接入方式的變化。

對(duì)于全新的基于全I(xiàn)P的多媒體業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了真正端到端的IP業(yè)務(wù)特性，并且引入了包括話音在內(nèi)的全新實(shí)時(shí)多媒體應(yīng)用。用戶以SIP/H.323分組終端的方式接入軟交換網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)的提供方式(如SIP方式)完全不同于傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)。而UMTS移動(dòng)領(lǐng)域的3GPPR4及R5兩個(gè)階段，正好與上述軟交換發(fā)展的兩條技術(shù)路線相對(duì)應(yīng)。

三、移動(dòng)網(wǎng)的下一代核心網(wǎng)電路域1.3GPP電路域核心網(wǎng)

軟交換在3GPP核心網(wǎng)的應(yīng)用主要在兩個(gè)方面：即電路域和IMS子域。3GPP的R4中，電路域核心網(wǎng)引入了控制和承載分離的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)。圖13GPP電路域核心網(wǎng)在移動(dòng)交換服務(wù)器核心網(wǎng)的電路域中，可以使用承載獨(dú)立的方式支持不同的傳輸層，如IP，ATM或TDM。電路域核心網(wǎng)主要由MSCServer，GMSCServer和MGW組成。(1)移動(dòng)交換服務(wù)器(GMSCServer和MSCServer)是UMTS移動(dòng)通信系統(tǒng)中電路域核心網(wǎng)向分組交換方式演進(jìn)的核心設(shè)備，它獨(dú)立于底層承載協(xié)議，主要完成呼叫控制、媒體網(wǎng)關(guān)接入控制、移動(dòng)性管理、資源分配、協(xié)議處理、路由、認(rèn)證、計(jì)費(fèi)等功能，并向用戶提供3GPPR4階段的電路域核心網(wǎng)所能提供的業(yè)務(wù)，以及配合智能SCP提供多樣化的第三方業(yè)務(wù)。

(2)媒體網(wǎng)關(guān)(MGW)，是將一種網(wǎng)絡(luò)中的媒體轉(zhuǎn)換成另一種網(wǎng)絡(luò)所要求的媒體格式。媒體網(wǎng)關(guān)能夠在電路交換網(wǎng)的承載通道和分組網(wǎng)的媒體流之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以處理音頻、視頻，能夠進(jìn)行全雙工的媒體翻譯，可以演示視頻/音頻消息，實(shí)現(xiàn)其它IVR功能，也可以進(jìn)行多媒體會(huì)議等。

GMSCServer和MSCServer通過(guò)Mc接口控制MGW。GMSCServer和MSCServer之間通過(guò)Nc接口連接。MGW之間通過(guò)Nb接口連接。其中：

(1)Mc接口：為MSCServer與MGW之間的接口，主要功能是媒體控制。使用基于H.248的呼叫承載控制協(xié)議。協(xié)議內(nèi)容包括3GPP29.232，H.248，MeGaCo和Q.1950。

(2)Nc接口：為MSCServer與(G)MSCServer之間的接口，主要解決的是用控制和承載分離的方式解決移動(dòng)ISUP的呼叫控制。使用呼叫控制與承載相分離的呼叫控制協(xié)議，如BICC，SIP-T。

BICC在3GPPR4電路域的功能主要解決在控制和承載分離的方式下提供移動(dòng)ISUP的呼叫控制。BICC可以被用在承載任何分組網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中，如ATM，IP，TDM或其它技術(shù)。ITU已經(jīng)定義了兩種版本：

(1)BICC能力組1(CSl)。CSl是BICC的第一個(gè)版本。在2000年完成(ITU-TQ.1901系列)，CSl支持窄帶ISDN業(yè)務(wù)在ATM傳輸層上傳輸，它的網(wǎng)絡(luò)模式假定呼叫控制和承載控制沒(méi)有物理分開(kāi)，它假定MGC和MGW是集成在一個(gè)節(jié)點(diǎn)中，對(duì)水平化集成的網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，這是很大的一個(gè)限制。

(2)BICC能力組2(CS2)。為了克服CSl的限制，ITU在2000～2001年間完成了BICCCS2(Q.1902系列)。CS2增加的最重要的內(nèi)容是在網(wǎng)絡(luò)模型中包括了本地交換機(jī)，MSC，TSC和GMSC。將呼叫控制和承載控制物理分開(kāi)，并支持IP作為承載技術(shù)

控制服務(wù)器為了能在分層網(wǎng)絡(luò)中控制遠(yuǎn)端的MGW，使用了GCP(網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議)。GCP可用來(lái)控制承載的建立，控制MGW中的資源，如回聲抑制器、編解碼器和語(yǔ)音通知機(jī)等。機(jī)等。IETF與ITU-T合作開(kāi)發(fā)了GCP協(xié)議，ITU-T將GCP稱(chēng)之為H.248，而IETF稱(chēng)之為媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議(MEGA-CO)。盡管兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織各自給了GCP協(xié)議不同的名字，但它們的內(nèi)容是完全一樣的。

H.248工作在主從模式，并定義了連接模型，連接模壟中有終結(jié)點(diǎn)、流以及關(guān)聯(lián)(上下文)。終結(jié)點(diǎn)是出/入分組網(wǎng)絡(luò)的媒體流的連接，它允許信號(hào)應(yīng)用到媒體流上，如發(fā)送忙音，也允許從媒體流中接受發(fā)生的事件，如收到DTMF信號(hào)。關(guān)聯(lián)則是將終結(jié)點(diǎn)上媒體流混合并橋接在一起，并描述媒體流之間的關(guān)系。在呼叫建立過(guò)程中，網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議通過(guò)命令建立終端，描述終端的屬性，控制在MGW中的資源。

2.TFO與TrFO

TFO(TandemFreeOperation)是一種帶內(nèi)的通信協(xié)議。TrFO(TranscoderFreeOperation)是一種帶外的Transcoder控制協(xié)議。

(1)TFO

TFO是一種基于目前GSM網(wǎng)絡(luò)中使用的方法，由于UMTS將語(yǔ)音編碼變換點(diǎn)從BSC移到了核心網(wǎng)MGW，TFO在UMTS中使用需要一些修改。TFO是在呼叫建立之后對(duì)使用的編解碼進(jìn)行協(xié)商，使得手機(jī)到手機(jī)的呼叫可以避免在發(fā)端側(cè)和收端側(cè)進(jìn)行不必要的語(yǔ)音編解碼轉(zhuǎn)換。由于多次的話音壓縮/解壓縮處理會(huì)降低端到端話音質(zhì)量，增加話音時(shí)延，TFO可以明顯提高話音質(zhì)量和減少時(shí)延。TFO既可以在BICC網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)也可以在傳統(tǒng)的TDM承載網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)。整個(gè)呼叫過(guò)程中，經(jīng)過(guò)Transcoder的話音通路帶有TFO幀，這些TFO幀確認(rèn)在呼叫中對(duì)Codec的使用。如果需要的話，TFO允許迅速地重新激活編解碼器。這是因?yàn)榧词辜罕魂P(guān)閉，但Transcoder實(shí)際上一直存在于呼叫路徑中。重新激活編解碼器在某些情況下是必要的，如UMTS到GSM切換，或呼叫中丟失同步等。

(2)TrFO

網(wǎng)絡(luò)可以在呼叫建立前就對(duì)編解碼的類(lèi)型和模式進(jìn)行協(xié)商，如果兩端使用的編解碼一樣，則對(duì)于移動(dòng)到移動(dòng)的呼叫可以完全不經(jīng)過(guò)Transcoder。TrFO的好處同樣是可以提高話音質(zhì)量，并且在分組核心網(wǎng)中可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)帶寬。話音是以AMRl2.2kbit/s的速率而不是64kbit/s在核心網(wǎng)中傳輸。由于移動(dòng)網(wǎng)內(nèi)的呼叫可以不使用Transcoder，還可以節(jié)省設(shè)備投資。TrFO是UMTSR4定義的新功能，可以看作是對(duì)TFO的補(bǔ)充。Codec的協(xié)商在承載建立之前完成，這樣可以保證呼叫使用適當(dāng)?shù)某休d資源。

五、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的IP多媒體業(yè)務(wù)系統(tǒng)及演進(jìn)1.3GPPIMS域

3GPPR5的IP多媒體子域(IMS)定義了UMTS核心網(wǎng)向全I(xiàn)P演進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。IMS提供多媒體會(huì)話功能，強(qiáng)調(diào)媒體組合業(yè)務(wù)，標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放性保證業(yè)務(wù)組合非常容易。IMS域提供IP網(wǎng)絡(luò)控制QoS的能力，保障業(yè)務(wù)質(zhì)量。真正支持業(yè)務(wù)的開(kāi)放性，業(yè)務(wù)間的耦合性降低，可以支持極其豐富的第三方新業(yè)務(wù)。IMS網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)絡(luò)的完美結(jié)合，把IP網(wǎng)轉(zhuǎn)變成為可管理的網(wǎng)絡(luò)。IMS提供靈活的業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)手段和計(jì)費(fèi)能力，把IP網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變成可運(yùn)營(yíng)的網(wǎng)絡(luò)。IMS網(wǎng)絡(luò)支持各種接入方式，業(yè)務(wù)特點(diǎn)與接入方式無(wú)關(guān)。已有的業(yè)務(wù)平臺(tái)業(yè)務(wù)服務(wù)器，如SCP等，可以作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的平臺(tái)在IMS網(wǎng)絡(luò)中繼續(xù)發(fā)展。IMS不同于已有的各種網(wǎng)絡(luò)，提供真正可運(yùn)營(yíng)、可管理、開(kāi)放的增值服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

2.3GPP2MMD

3GPP2定義的cdma2000全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多媒體域(MMD)核心網(wǎng)主要包括兩個(gè)子系統(tǒng)：分組數(shù)據(jù)子系統(tǒng)和IP多媒體會(huì)話子系統(tǒng)。這里的IP多媒體會(huì)話子系統(tǒng)與3GPP的IMS子域相對(duì)應(yīng)，其演進(jìn)方式基本相似。

3.網(wǎng)絡(luò)融合問(wèn)題

3GPP和3GPP2兩種體制的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)上逐漸IP化，這是一個(gè)共同的趨勢(shì)。并且網(wǎng)絡(luò)中的IP從網(wǎng)絡(luò)向無(wú)線接入側(cè)延伸，從高層向低層延伸。

(1)在電路域方面，3GPP的分組化包括IP和ATM兩種方式，而3GPP2的分組化僅有一種全I(xiàn)P的方式。實(shí)際上兩個(gè)體系電路域的IP方式基本一致，但3GPP規(guī)定的協(xié)議相對(duì)比較完善和成熟。由于目前IP方式承載電路域業(yè)務(wù)的QoS問(wèn)題還沒(méi)有完全解決，因此3GPP規(guī)定的ATM承載方式實(shí)現(xiàn)電路域的業(yè)務(wù)交換，將是NGN軟交換在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中最早開(kāi)始的應(yīng)用。

(2)多媒體域方面，3GPP2規(guī)定的MMD最初就是依據(jù)3GPP的MS子域設(shè)計(jì)的，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和接口協(xié)議基本一致。因此，兩種體系在這個(gè)域的融合將是必然(見(jiàn)圖3)。

圖33GPP和3GPP2全