全IP软交换的技术创新与进展_NGN及软交换_电信

全IP软交换的技术创新与进展

2010/05/07

　　【摘要】目前软交换设备在GSM网络中已大量应用，具有容量大，集成度高，功耗低等明显优势。同时，软交换设备从核心网到无线接入网全面引入IP承载，全IP软交换催生了许多新技术，进一步提升网络安全性，提升网络业务质量，为移动网络整体平滑演进到下一代全IP网络奠定了基础。

　　【关键词】软交换 IP 技术创新

　　背景

　　移动软交换属于3GPP R4阶段的技术，到2004年3GPP移动软交换相关协议已趋于成熟，首先实现了核心网的IP化。随后，3GPP R5和R6阶段引入了IU接口的IP化，R7实现了Gb和A接口控制面IP化，在R8引入A接口用户面IP化，并最终实现移动软交换下的端到端IP承载。

　　2004年中国移动首先在汇接局引入软交换分离架构。通过不断的摸索，2006年底在陕西移动顺利完成软交换端局语音IP化网络割接，核心网采用IP承载话音及信令，IP承载的业务质量完全达到电信运营的标准。在不断摸索IU接口、Gb接口IP化技术的同时，中国移动积极推动无线接入网特别是A接口IP化的发展，主导在3GPP中对重要接口协议进行创新性的完善。

　　基于分离式架构的软交换设备，在大容量，高集成度，低功耗方面具有明显优势。同时，在移动软交换全IP化的过程中，催生了许多新技术，进一步提升网络安全性，提升网络业务质量，为移动网络整体平滑演进到下一代全IP网络奠定了基础。

　　软交换IP化总体演进策略

　　软交换IP化既有驱动力、又有存在很大风险，主要体现为：

　　IP网的灵活带来业务的灵活和开放等一系列好处，但是IP网的灵活多变也给电信网络一贯的高品质带来了挑战。IP软交换带来成本节约的同时，也不同程度的出现了网络质量的下降。

　　IP软交换扁平化的组织方式，对管理模式，运维模式带来挑战。IP网络某一部分的变化和故障往往很容易影响到全网，这些都给运营商带来巨大挑战；IP网络扁平化的组网改变了传统的维护模式，推进了集中化的维护模式，对维护体制是巨大变化。

　　IP化带来了资源重新组织的能力，对传统业务在长途、漫游，业务归属关系都带来挑战；IP化导致很难确定某一个业务是为一个地区服务还是为全网服务，这就要求改变业务运营商的思维，梳理全网服务意识。

　　为保证长期投资的有效性，使移动通信网络平滑演进到下一代网络，针对网络IP化既有驱动力、又有存在很大风险的实际情况，移动软交换IP化应遵循分步骤逐渐演进的策略。主要体现为：对于全网IP化，按先R4移动软交换(网络)，再IMS(业务)的思路演进；对于网络IP化，按先核心网，再接入网的思路演进；对于核心网IP化，按先话音，再信令的思路演进；对于话音IP化，按先汇接，再端局的思路演进；对于端局IP化，按先分离架构，再IP承载语音的思路演进。

　　全IP软交换催生技术创新

　　

分离式架构催生新的部署策略

　　R99核心网电路域基于TDM承载的传统程控交换方式，网络架构与GSM核心网相同。如果将R99 MSC在地理上集中设置，会导致明显的话路迂回，网络容灾方面的安全性也有问题。

　　移动软交换实现了控制与承载相分离，可以把容量相对较小的MGW拉远到地级市负责交换本地话路，这样就可以避免本地话路迂回的问题；同时把MSC Server部署在省会中心，便于集中维护和管理。由于软交换可以通过MGW归属到多个MSC Server(地理可分离)的机制实现MSC Server POOL组网，可以在在一定程度上补偿由于MSC Server集中设置所带来的容灾方面的安全性问题。
　　

核心网IP承载语音优化网络组织结构

　　中国移动采用基于IP承载语音的软交换架构组网。软交换机集中设置在省中心城市，媒体网关MGW靠近话务源部署在各地市。移动软交换机和MGW都应具备同时支持3G和2G的能力。在控制面，全国省内所有软交换机平面组网，省际软交换机之间的BICC信令经CMN转接。在用户面，全国所有的MGW平面组网，MGW之间的媒体流由IP承载网疏通，不再经其他MGW转接。

　　对于省际、省内长途IP端局与TDM端局的互通话务，由交换关口局GMGW或TMG做互通设备(IW－MGW)，疏通TDM侧的省际话务和部分省内话务。实现TDM端局到IP端局互通话务的就近入IP，IP端局到TDM端局互通话务的就远出IP路由方式。

　　核心网IP承载语音的上述路由方式保证IP端局之间媒体直连，IP-TDM互通话务尽量由本地网转接，降低汇接网TMG扩容规模压力。
　　

无线接入网IP化实现端到端全面IP承载

　　对于网络IP化的策略，在全IP软交换的基础上，引入无线接入网IP化，可实现端到端全面IP承载。

　　BTS与BSC间的Abis接口目前为设备厂家的私有接口，主要采用设备厂家的自有方案实现IP承载，Gb接口IP化标准化和设备实现都比较成熟，但3GPP早期仅仅对A接口信令面的IP化进行了规定，在用户面的IP化方面尚属一片空白。

　　A接口用户面的IP化能够带来节省传输带宽，提高语音质量等优势，中国移动积极推动相关研究，并已经在2008年将研究成果全部推入国际标准，填补了3GPP在AoIP方面的空白。

　　A接口用户面IP化的完成，标志着移动软交换下端到端基于IP承载的实现，其优势主要体现为：

　　话音业务质量提高：在A接口TDM承载时(核心网IP化条件下)，单个2G－2G呼叫需要经过4次TC(编解码转换)过程，语音质量下降；AoIP后，可实现全程免编解码从而提高语音质量。

　　降低网络成本：A接口IP化后，由于TC从BSC上移到MGW，IP化后TrFO情况下的2G呼2G不需要TC，大量降低设备投资。

　　BSC信令直达MSC Server，取消SG：BSC和MSC Server皆有IP端口，信令可以直接从BSC直连MSC Server，不再需要SG做TDM→IP转接，简化网络组织。

　　IP化利于MSC POOL组网实施：在A/Gb为TDM情况下，由于E1传输连接太复杂， MSC in Pool、SGSN in Pool方案实现难度大。IP带来的组网扁平化使得MSC、SGSN资源池的网络结构得以快速实施。

　　简化维护管理难度：GSM核心网和接入网统一支持全IP组网，有利于网络规划。Abis接口、A接口、Gb接口IP化后，可以将需要维护的网络类型归一化，减少维护人员的技能要求，简化了维护管理难度。

　　2G/3G共享网络传输，利于传输网的规划设计：在3G RAN采用IP传输的情况下，3G RAN的基础网络必然将采用IP化传输技术，IP BSS使得2G、3G可以共享基础网络，不需要为2G BSS单独维护一张TDM基础网络。

　　ICS技术实现业务由IMS统一控制

　　对于全网IP化，在移动软交换IP化的基础上，再引入基于IP的IMS控制架构，实现从承载到业务控制的全面IP化。

　　IMS支持多种固定/移动接入方式的融合，支持无缝的移动性和业务连续性，是全业务运营的目标核心网架构。在LTE阶段，运营商可以提供由IMS控制的PS承载语音及丰富的多媒体业务。但LTE初期可能以热点覆盖为主，一段时间内还无法形成与2/3G接近的全面覆盖。由于2/3G无线网络带宽和QoS等因素的限制，运营商可以在2/3G网络提供一些PS域非实时业务，但移动话音业务还需要从CS域接入。IMS Centralized Services (ICS)就是要建立一个公共的核心网络，同时向移动/固定IP接入和移动CS接入用户提供统一服务，以实现有效地降低核心网的OPEX和CAPEX。

　　国际标准上定义了两种ICS实现方案。一种是基于终端增强的方案，即终端通过PS域接入IMS域进行会话和业务控制，CS域仅提供语音话路的承载；该方案高度依赖终端功能，现网部署实施难度较大。另一种是基于网络增强的方案，即MSC升级实现将A/Iu-CS接口信令转换为IMS信令，接入IMS域以提供语音业务控制；该方案对终端用户的影响较小，同时可根据网络发展需要，在终端用户不感知的前提下，实现统一业务控制的核心网架构。

　　结束语

　　全网IP化是未来网络发展趋势，软交换从核心网到无线接入网全面引入IP承载，为移动网络整体平滑演进到下一代全IP网络奠定了基础。同时，全IP软交换也催生了许多新的网络部署策略、路由组织策略，便于部署更多的新技术。因此，全IP软交换必然会进一步提升网络的安全性和业务质量。

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