基于软交换技术的网络融合技术分析-巨人网络通讯

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基于软交换技术的网络融合技术分析

1.引言

　　随着国家对通信领域的开放，电信运营商之间的竞争越来越激烈，如何减少建网投资、降低运维成本的问题变得越来越重要。网络融合可以实现运营商在同一个网络上提供各种固定、移动接入业务，通过网络中设备的共用实现统一服务、统一管理、统一计费，最终实现减少投入、增加收益的目的。在技术上，下一代网络的承载和控制分离、控制和业务分离的思想和第三代移动通信网络的演进思路不谋而合，二者在核心控制层面都采用软交换技术，这就为网络融合提供了基础。

2.软交换技术在固网和移动网的应用

　　软交换概念从固网中提出，是下一代网络中的呼叫、会话控制技术，一般分为窄带软交换和宽带软交换。窄带软交换主要用于窄带的话音业务，宽带软交换主要用于宽带多媒体业务。在固网中，窄带软交换技术是指软交换机采用H.248协议或MGCP协议对各种网关进行控制，包括中继网关TG（Trunk Gateway）、接入网关AG（Access Gateway）和综合接入设备IAD（integrate Access Device），它们分别负责用户接入和与PSTN互通；在WCDMA移动网络中，窄带软交换技术是指R4版本中定义的MSC Server采用扩展的H.248对媒体网关MGW进行控制。宽带软交换技术在固网中是指各种SIP（Session Initiated Protocol，会话初始协议）服务器根据SIP协议进行呼叫控制的技术。

　　在WCDMA移动网中，宽带软交换是指IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统）的各种CSCF（Call Session Control Function，呼叫会话控制功能）根据SIP协议完成核心的呼叫控制功能。CSCF的种类包括P-CSCF（Proxy-CACF，代理CSCF）、I-CSCF(Interrogating CSCF，查询CSCF)和S-CSCF(Serving CSCF，服务CSCF) ，本质上它们都是SIP服务器，处理SIP信令。其业务承载由WCDMA的分组域的SGSNs( Serving GPRS Support Node,服务GPRS支持节点)、GGSN（Gateway GPRS Support Node,网关GPRS支持节点)以及无线接入网完成。

　　目前，在固网中不论是窄带软交换技术还是宽带软交换技术都已经有商用的产品，并有多个商用和试验网络。在移动网中，产品的成熟性相对固网要落后一些，还没有商用网络。

3.固定软交换和移动软交换比较

　　固网和移动网中的软交换技术在技术思路和基本原理方面是基本一致的，但由于固网和移动网络中的应用环境不同，实施上会有一些相应的变化。下面将从窄带软交换和宽带软交换两个方面进行技术比较。

　　在窄带软交换方面，固网中的Call Server和移动网中的MSC Server两个设备的共性是支持H.248协议对媒体网关进行控制，完成呼叫控制功能。只是MSC Server使用的H.248比ITU的H.248协议增加了一些移动特有的扩展应用，包括BICC（Bearer Independent Call Control，承载无关呼叫控制）扩展包和UMTS(Universal Mobile Telecommunication System, 通用移动通信系统)包两类，用于实现移动网中特有的应用。固网中的Call Server和移动网中的MSC Server的区别主要体现在所支持的协议体系的不同，媒体网关控制协议方面Call Server除了采用H.248协议，还使用MGCP(Media Gateway Control Protocol,媒体网关控制协议)协议，MGCP协议主要用于对小型的综合接入设备IAD进行控制，而MSC Server不采用MGCP；局间信令方面，Call Server之间一般采用SIP-T协议，很少采用BICC协议；而MSC Server之间的协议分为与呼叫相关的协议和呼叫无关的协议，呼叫相关的协议采用BICC，呼叫无关的协议即移动性管理相关的协议采用MAP（Mobile Application Part，移动应用部分）协议；在智能网相关的协议方面，Call Server采用INAP（Intelligent Network Application Part，智能网应用部分）与SCP（Service Control Point，业务控制点）通信，MSC Server采用CAP（CAMEL Application Part，CAMEL应用部分）协议与SCP互通，这是完全不同的两个协议。此外，MSC Server还支持RANAP(Radio Access Network Application Part，无线接入网应用部分)协议，用于和RNC之间建立Iu连接，构建接入网和核心网之间的通道。总之，MSC Server的功能比Call Server的功能复杂的多，二者只在支持H.248基本协议方面是一致的。

　　与控制层面相比，承载设备的功能相对简单，固网中的AG和IAD负责用户接入，TG负责和PSTN的互通，在协议方面固定网关支持H.248和MGCP协议。在移动网中，媒体网关除了支持H.248协议以外，还需要支持承载控制协议，如果MGW之间采用IP承载，MGW需支持IPBCP（IP Bearer Control Protocol，IP承载控制协议）协议；如果采用ATM承载，MGW需要支持Q.2630协议，完成MGW之间使用的地址信息、媒体流特征等信息的协商。这些信息的交互是通过MSC Server之间的BICC隧道和MSC Server与MGW之间的接口传送的，这是移动媒体网关特有的功能，固网中的网关没有承载控制功能，而是由Call Server完成相应功能，所以移动网中的媒体网关比固网中的媒体网关智能化程度要高。在语音编码方面，固定软交换中使用G.711、G.723和G.729话音编码方式；在移动软交换中，MGW使用移动特有的AMR语音编码方式，当与固网互通时MGW应支持G.711、G.723或G.729。

　　在宽带软交换方面，不论是固定软交换还是移动软交换，呼叫控制协议都采用SIP协议。SIP协议为运行在IP上的业务提供统一的端到端的对话机制，与承载网络无关。所以，基于SIP的应用可以实现跨网络的使用。虽然固网和移动网的各种SIP服务器不能完全一一对应，但是在实现SIP协议的各种功能上是有相似之处的。例如移动网中的P-CSCF节点的功能和固网的SIP代理服务器的Proxy功能和B2BUA（Back to Back User Agent,背靠背用户代理）功能类似；移动网络中S-CSCF节点的功能与固网中SIP注册服务器的Proxy，Registrar功能和B2BUA功能类似。

　　SIP协议是IETF定义的，移动网中的使用的SIP协议直接引用IETF的SIP协议。IETF针对移动的需要在原来的基础上增加了移动相关功能，例如增加了AKA（Authentication Key Agreement）鉴权流程以符合移动网络的鉴权机制；还增加了SIP压缩功能，因为空中接口的资源十分有限，所以需要引入压缩机制，节省无线资源。另外固网中实现会议电视功能的媒体资源服务器和移动网中的MRF（Multimedia Resource Function，媒体资源功能）功能类似，完成铃声提供，语音通知和多方会议等应用的媒体控制。总之在宽带软交换中，固网和移动网中相关网元的功能非常类似，这也使得网络融合具有一定的可能性。

4.网络融合方案

　　这里讲的网络融合是指通过设备的共用综合实现固定和移动业务的网络方案，也就是说相同的核心网既为固定用户服务又为移动用户服务。很显然，这种网络融合是以设备的共性为基础实现的。

　　根据前面的比较，窄带软交换中的Call Server和MSC Server的功能虽然有相似之处，但是，二者的差别比共性更多，因此不便于设备的共用。在接入层，固网的接入网关和移动网中负责接入的媒体网关在接口、语音编码和支持协议方面的差别较大，而固网中的TG和移动网中负责与PSTN互通的网关之间的差别相对较少，因此实现二者的融合相比接入网关的融合更容易一些。但是，如果要实现固网和移动网媒体网关的共用，就要求共用的媒体网关支持虚拟媒体网关的功能，也就是说，相同的媒体网关应可以配置为两个虚拟的媒体网关，分别接受Call Server和MSC Server的控制。由于两个虚拟的媒体网关共用软硬件资源，所以使得资源的管理和控制变得更加复杂。所以，固网和移动网在窄带软交换的融合有一定的难度。

　　在宽带软交换中，固网和移动网中的SIP服务器的功能类似，实现网络融合相对简单。融合的网络框架可以基于WCDMA中的IMS。移动的CSCF可以和固网SIP服务器融合，完成SIP信令的处理。MGCF完成与电路交换网络以及承载控制分离网络的信令互通,即完成SIP信令和ISUP或BICC之间的转换，并通过H.248控制IM-MGW。MGCF可以分别由MSC Server和Call Server兼作，也可以由单独的设备承担。IM-MGW完成媒体格式的转换，例如完成AMR和G.711之间的转换，可以由固网和移动网相应媒体网关兼作，也可以由单独的媒体网关实现。移动的MRFC（Multimedia Resource Function Controller，媒体资源功能控制器）和MRFP（Multimedia Resource Function Processor, 媒体资源功能处理器）一起完成固网媒体服务器的功能，实现会议电视等多媒体业务。WCDMA的 HSS（Home Subscriber Server，归属用户服务器）可以和固网中的位置服务器融合，存储固网和移动网用户的路由信息、签约业务信息等宽带网络融合方案。

　　通过上述的网络方案可以实现移动用户和固定用户的SIP终端的接入，并可以实现与其他网络的非SIP终端进行互通。

移动SIP终端通过接入网和核心网的分组域接入CSCF，获得各种应用服务器提供的业务。
固定SIP终端可以通过互联网接入CSCF，获得和移动用户相同的应用。
移动SIP终端和固定SIP终端的互通由CSCF完成控制，承载的互通通过IP承载网实现。
固定或移动SIP终端与使用R99电路交换网络的非SIP终端的话音互通，控制层由MGCF完成SIP协议和ISUP协议的转换，话音互通通过IM-MGW与GMSC之间的互通完成。固定或移动SIP终端和其他固定和移动电路交换网络的非SIP终端的互通类似，包括和PSTN、GSM等终端的互通。
固定或移动SIP终端和使用R4电路域的非SIP终端的话音互通，控制层由MGCF完成SIP协议和BICC协议的转换，话音互通通过IM-MGW与R4网络中GMSC Server控制的MGW的互通完成。固定或移动SIP终端和固网窄带软交换的非SIP终端的互通类似。

　　基于宽带软交换技术的网络和各种应用服务器一起可以向用户提供各种SIP应用，例如VoIP、POC（Push to Talk over Cellular，蜂窝系统的按键通话）、即时消息（Instant Messaging）、Prensence等特色业务。

5.结束语

　　综上所述，基于宽带软交换的固网和移动网的网络融合在技术上是可行的，而且从定性的角度分析，由于设备和网管资源的共用可以节省网络投资，降低运维成本，并且便于对用户实施基于一个帐户的计费从而提供统一话单。这对网络规模较小时可能的确有一定的优势，但是当网络的规模足够大以后，系统运行效率以及网管系统的压力的变化都是值得深入研究和探讨的问题。

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