移動軟交換的技術標準和演進過程引言當數據業務逐漸取代話音

移動軟交換的技術標準和演進過程

一、引言當數據業務逐漸取代話音業務成為主要的收益來源時，向以數據為主的分組網絡演進不可避免。由于話音仍是一種重要的業務，要求下一代網絡必須根據不同業務的要求提供相應的QoS保證。因此，形成了網絡技術向NGN網絡演進的主要推動力。

軟交換是下一代網絡的核心技術，其基本思想是呼叫和承載分離。軟交換最開始提出的出發點是基于將現有的電路交換網逐步地向IP網過渡，并替代傳統的電路交換網。同時，為IP電話提供更多的業務，使IP網獲得與傳統的電路交換網所能提供的相同的業務。

二、軟交換技術的概述固網NGN的軟交換技術現在基本上按兩條技術路線來發展：一條是將傳統電路交換領域的業務移植到分組承載網上來實現。另一條是全新的基于全IP的多媒體業務系統。對于第一條路線，傳統電信業務從專用TDM承載向統一的共享式IP/ATM多業務傳輸網絡轉移，并且在維持用戶接入方式不變的前提下借助接入網關完成網絡層業務傳輸的分組化。原電路交換網絡設備被劃分為物理上獨立的控制面軟交換和承載面媒體網關兩個部分，而PSTN/ISDN/PLMN最終用戶基本感覺不到業務特性及接入方式的變化。

對于全新的基于全IP的多媒體業務系統，實現了真正端到端的IP業務特性，并且引入了包括話音在內的全新實時多媒體應用。用戶以SIP/H.323分組終端的方式接入軟交換網絡。網絡體系結構及業務的提供方式(如SIP方式)完全不同于傳統電路交換網。而UMTS移動領域的3GPPR4及R5兩個階段，正好與上述軟交換發展的兩條技術路線相對應。

三、移動網的下一代核心網電路域1.3GPP電路域核心網

軟交換在3GPP核心網的應用主要在兩個方面：即電路域和IMS子域。3GPP的R4中，電路域核心網引入了控制和承載分離的網絡結構(見圖1)。圖13GPP電路域核心網在移動交換服務器核心網的電路域中，可以使用承載獨立的方式支持不同的傳輸層，如IP，ATM或TDM。電路域核心網主要由MSCServer，GMSCServer和MGW組成。(1)移動交換服務器(GMSCServer和MSCServer)是UMTS移動通信系統中電路域核心網向分組交換方式演進的核心設備，它獨立于底層承載協議，主要完成呼叫控制、媒體網關接入控制、移動性管理、資源分配、協議處理、路由、認證、計費等功能，并向用戶提供3GPPR4階段的電路域核心網所能提供的業務，以及配合智能SCP提供多樣化的第三方業務。

(2)媒體網關(MGW)，是將一種網絡中的媒體轉換成另一種網絡所要求的媒體格式。媒體網關能夠在電路交換網的承載通道和分組網的媒體流之間進行轉換，可以處理音頻、視頻，能夠進行全雙工的媒體翻譯，可以演示視頻/音頻消息，實現其它IVR功能，也可以進行多媒體會議等。

GMSCServer和MSCServer通過Mc接口控制MGW。GMSCServer和MSCServer之間通過Nc接口連接。MGW之間通過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的呼叫承載控制協議。協議內容包括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ISUP的呼叫控制。使用呼叫控制與承載相分離的呼叫控制協議，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ISUP的呼叫控制。BICC可以被用在承載任何分組網絡的環境中，如ATM，IP，TDM或其它技術。ITU已經定義了兩種版本：

(1)BICC能力組1(CSl)。CSl是BICC的第一個版本。在2000年完成(ITU-TQ.1901系列)，CSl支持窄帶ISDN業務在ATM傳輸層上傳輸，它的網絡模式假定呼叫控制和承載控制沒有物理分開，它假定MGC和MGW是集成在一個節點中，對水平化集成的網絡來說，這是很大的一個限制。

(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增加的最重要的內容是在網絡模型中包括了本地交換機，MSC，TSC和GMSC。將呼叫控制和承載控制物理分開，并支持IP作為承載技術

控制服務器為了能在分層網絡中控制遠端的MGW，使用了GCP(網關控制協議)。GCP可用來控制承載的建立，控制MGW中的資源，如回聲抑制器、編解碼器和語音通知機等。機等。IETF與ITU-T合作開發了GCP協議，ITU-T將GCP稱之為H.248，而IETF稱之為媒體網關控制協議(MEGA-CO)。盡管兩個標準化組織各自給了GCP協議不同的名字，但它們的內容是完全一樣的。

H.248工作在主從模式，并定義了連接模型，連接模壟中有終結點、流以及關聯(上下文)。終結點是出/入分組網絡的媒體流的連接，它允許信號應用到媒體流上，如發送忙音，也允許從媒體流中接受發生的事件，如收到DTMF信號。關聯則是將終結點上媒體流混合并橋接在一起，并描述媒體流之間的關系。在呼叫建立過程中，網關控制協議通過命令建立終端，描述終端的屬性，控制在MGW中的資源。

2.TFO與TrFO

TFO(TandemFreeOperation)是一種帶內的通信協議。TrFO(TranscoderFreeOperation)是一種帶外的Transcoder控制協議。

(1)TFO

TFO是一種基于目前GSM網絡中使用的方法，由于UMTS將語音編碼變換點從BSC移到了核心網MGW，TFO在UMTS中使用需要一些修改。TFO是在呼叫建立之后對使用的編解碼進行協商，使得手機到手機的呼叫可以避免在發端側和收端側進行不必要的語音編解碼轉換。由于多次的話音壓縮/解壓縮處理會降低端到端話音質量，增加話音時延，TFO可以明顯提高話音質量和減少時延。TFO既可以在BICC網絡中實現也可以在傳統的TDM承載網絡中實現。整個呼叫過程中，經過Transcoder的話音通路帶有TFO幀，這些TFO幀確認在呼叫中對Codec的使用。如果需要的話，TFO允許迅速地重新激活編解碼器。這是因為即使己被關閉，但Transcoder實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

網絡可以在呼叫建立前就對編解碼的類型和模式進行協商，如果兩端使用的編解碼一樣，則對于移動到移動的呼叫可以完全不經過Transcoder。TrFO的好處同樣是可以提高話音質量，并且在分組核心網中可以優化網絡帶寬。話音是以AMRl2.2kbit/s的速率而不是64kbit/s在核心網中傳輸。由于移動網內的呼叫可以不使用Transcoder，還可以節省設備投資。TrFO是UMTSR4定義的新功能，可以看作是對TFO的補充。Codec的協商在承載建立之前完成，這樣可以保證呼叫使用適當的承載資源。

五、移動網絡的IP多媒體業務系統及演進1.3GPPIMS域

3GPPR5的IP多媒體子域(IMS)定義了UMTS核心網向全IP演進的網絡結構。IMS提供多媒體會話功能，強調媒體組合業務，標準的開放性保證業務組合非常容易。IMS域提供IP網絡控制QoS的能力，保障業務質量。真正支持業務的開放性，業務間的耦合性降低，可以支持極其豐富的第三方新業務。IMS網絡和IP網絡的完美結合，把IP網轉變成為可管理的網絡。IMS提供靈活的業務計費手段和計費能力，把IP網絡轉變成可運營的網絡。IMS網絡支持各種接入方式，業務特點與接入方式無關。已有的業務平臺業務服務器，如SCP等，可以作為數據業務的平臺在IMS網絡中繼續發展。IMS不同于已有的各種網絡，提供真正可運營、可管理、開放的增值服務網絡。

2.3GPP2MMD

3GPP2定義的cdma2000全IP網絡結構的多媒體域(MMD)核心網主要包括兩個子系統：分組數據子系統和IP多媒體會話子系統。這里的IP多媒體會話子系統與3GPP的IMS子域相對應，其演進方式基本相似。

3.網絡融合問題

3GPP和3GPP2兩種體制的移動通信網絡在技術上逐漸IP化，這是一個共同的趨勢。并且網絡中的IP從網絡向無線接入側延伸，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IP的方式。實際上兩個體系電路域的IP方式基本一致，但3GPP規定的協議相對比較完善和成熟。由于目前IP方式承載電路域業務的QoS問題還沒有完全解決，因此3GPP規定的ATM承載方式實現電路域的業務交換，將是NGN軟交換在移動網絡中最早開始的應用。

(2)多媒體域方面，3GPP2規定的MMD最初就是依據3GPP的MS子域設計的，網絡結構和接口協議基本一致。因此，兩種體系在這個域的融合將是必然(見圖3)。

圖33GPP和3GPP2全