软交换在3G核心网中的应用

恋々风

一、概述
    下一代网络是集话音、数据和多媒体业务于一体的全新网络。它基于软交换技术和IP技术构建出分层开放的体系架构。运营商可以在业务的驱动下利用这个开放的体系架构灵活实现自己的网络解决方案，并通过业务和网络的不断融合提高企业的竞争能力。
    第三代移动网络是移动通信领域的下一代网络。在这个网络的发展中，软交换技术和IP技术得到充分体现。本文主要介绍软交换在3G核心网络组网上的应用，而不涉及其中的具体协议和接口问题。

二、软交换的体系结构
    在软交换构建的开放体系架构中，通过呼叫控制与媒体交换/承载的分离，实现了开放的分层架构，各层次网络单元通过标准协议互通，可以各自独立演进，以适应未来技术的发展。软交换主要包含两个层次：
    · 媒体网关层：根据组网的位置可分为接入媒体网关（提供接入适配功能）、中继媒体网关（提供与其他网络互通的媒体流转换功能）、资源媒体网关（提供特定媒体资源）。
    · 呼叫控制层：由信令网关（提供中继信令SS7在IP网上的传输适配功能）和呼叫控制服务器（通过与信令网关和媒体网关的配合实现呼叫的建立、维持和释放控制功能）。

三、软交换在3G核心网中的应用
    主流的3G制式有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三种。在这三种制式中，WCDMA和TD-SCDMA的标准由标准组织3GPP制定，CDMA2000的标准由标准组织3GPP2制定。由于WCDMA/TD-SCDMA共用同一核心网，核心网的网络结构和演进代表了3G核心网络的发展，我们就以这个核心网为例介绍软交换在3G核心网络中的应用。
    到目前为止，3GPP定义的WCDMA系统有R99、R4、R5和R6四个版本。其中R6版本不涉及网络架构，主要是业务研究。涉及网络架构的是R99、R4和R5，在这三个版本中，由于涉及软交换应用的是核心网电路域，所以我们只给出电路域部分的网络结构图。
    图1   R99核心网电路域结构
    图2   R4核心网电路域结构
    图3  R5核心网电路域结构
    在上图中，我们可以看到，软交换技术在R4和R5网络中得到了充分的应用。应用软交换技术后，R99网络中的移动交换中心（MSC）在R4网络中被分解为MSC服务器（软交换机）和媒体网关，前者提供传统MSC的呼叫控制部分，后者提供传统MSC的媒体交换部分。而在R5网络中更是增加了基于软交换架构的IP多媒体（IMS）域。实体包括：CSCF（呼叫控制服务器）、MGCF（媒体网关控制服务器）、IM-MGW（IP 多媒体网关,上图中CS-MGW在功能上代替了IM-MGW）、MRFC（多媒体资源功能控制器）和MRFP（多媒体资源功能处理器）。
    值得注意的是，虽然R99采用了传统的网络架构，但在实现的时候，考虑到未来的演进，很多厂家在符合R99接口协议和支持TDM组网的前提下提供了用MSC服务器和媒体网关实现R99组网的PRE-R4解决方案，如下图：
    图4  R99组网的PRE-R4解决方案

四、软交换在3G核心网中的优势
    1．分布式组网节省投资成本
    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，存在布点多，运行成本和运维人员成本高的问题。运营商为解决这个问题，大多建设大型、集中的MSC，其代价是要建设来自各城市RAN的回程话音电路。由于多数呼叫是本地的，这就造成电路迂回，从本地RAN到MSC，又从MSC到本地PSTN，如图5左所示。图5右所示的是基于软交换的体系结构，它由集中的MSC服务器/软交换机与分布的媒体网关组成，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。这样，运营商可以明显降低建设成本。
    图5  传统集中交换控制与分布交换集中控制的比较
    2． 设备独立升级
    在R99中，由于MSC是单个网元，无论是业务功能升级/部署还是媒体交换能力升级都需要升级MSC。而在软交换的R4架构中，媒体网关和业务服务器的分离使得它们各自可以独立的进行工程实施、扩容和布局。 由于业务升级远多于媒体交换能力升级，而采用软交换后，R4中的业务服务器数量远小于媒体网关的数量，这将带来大量软件升级费用的节省。
    3． 通过软交换利用基于IP的服务平台来开放业务
    在WCDMA的R5阶段，IP多媒体域采用SIP呼叫协议，使得运营商可以借助基于IP的应用服务器向用户提供更灵活和更丰富的业务。
    4． 引入竞争
    在3G组网中，如果采用软交换的架构，就可以很好的将具有独到技术优势的专业公司引入到设备的竞争中来，如可以将微软在软件方面的优势引入业务服务器设备领域，将Intel在硬件方面的优势引入媒体网关设备领域。这对于提高设备性能，降低运营商建网成本，促进业务发展具有重大意义。
    5． 增强网络可靠性
    在实际网络运营中，有这样的矛盾：软件的故障远多于硬件的故障；硬件成本又远大于软件成本；软件故障的影响远大于硬件故障的影响。在R99组网中，合一的设备实体使得想通过设备冗余提高网络可靠性是不可能的。应用软交换技术后，可以通过设置N+1冗余业务服务器的方式低成本的提高网络的可靠性。如下图：
    图6   软交换技术组网中的冗余备份方式

六、结束语
    通过上面的论述，我们可以看到在3G核心网中采用软交换将给无线运营商带来很大好处。从业界情况看，国外已有固网运营商在商用中大规模采用软交换技术，更多的固定/移动运营商在试验软交换技术。3G方面，现在R4协议已经基本稳定，爱立信、诺基亚和华为等公司已经推出支持R4的商用软交换设备，相信随着3G应用的推迟，软交换技术/设备的成熟，跨过R99直接采用软交换的R4架构建设3G核心网将给运营商带来更多好处。