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下一代MSC——構筑3G統(tǒng)一“心”

冉隆科 2003/09/01

　　隨著中國發(fā)放3G牌照的臨近，各運營商都在為部署各自的3G網絡摩拳擦掌，WCDMA、CDMA2000與TD-SCDMA究竟哪一個標準能夠獲得中國運營商的青睞尚屬懸念。相比無線接入環(huán)節(jié)技術的不確定，3G核心網部分技術則顯得清晰可見，下一代MSC（移動交換中心）將是不容置疑的主角。

　　下一代MSC是以分組交換為基礎的下一代移動網絡的軟交換核心平臺，或者說下一代MSC的核心技術是軟交換技術。目前，我國已明確了下一代MSC軟交換在網絡發(fā)展中的位置、功能要求、業(yè)務要求、協(xié)議和接口要求等性能指標。以軟交換為特征的下一代MSC，在網絡發(fā)展和融合，尤其是對3G移動通信在我國的發(fā)展，將發(fā)揮出非常重要的粘合作用和推動作用。

技術解析篇

何謂下一代MSC

　　以分組交換技術為基礎的下一代MSC是相對于傳統(tǒng)的電路交換而言的。傳統(tǒng)的電路交換設備過去由少數幾家設備制造商提供，它采用時分復用(TDM)技術，版本升級時間長，運營成本高，因此運營商希望找到一種技術和產品來解決這些問題；于是， 業(yè)界提出了一種設想，即把傳統(tǒng)的交換設備部件化，分為呼叫控制與媒體處理。呼叫控制實際上是運行在通用硬件平臺上的軟件，而媒體處理則把TDM信號轉換為基于IP的媒體流，二者之間采用標準協(xié)議鏈接，軟交換(SoftSwitch)由此誕生。由于軟交換技術具有擴充性強、接口標準化、 業(yè)務開放等特點，故發(fā)展異常迅速，由此演化出了下一代MSC。

概念詮釋

　　下一代MSC是以軟交換為基礎的，所以它應當表述為軟交換移動交換中心(Mobile-Switch-Center softswitch)，或移動交換中心軟交換。業(yè)界權威性機構給軟交換下的定義是：軟交換是網絡演進以及3G通信網的核心設備之一，它獨立于傳送網絡， 主要完成呼叫控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認證、計費等主要功能，同時可以向用戶提供現(xiàn)有電路交換機所能提供的所有業(yè)務，并向第三方提供可編程能力。

　　軟交換的基本概念包括許多功能，其核心是采用標準化協(xié)議和應用編程接口的開放體系結構，包括呼叫、承接控制和應用分離等。

軟交換由VoIP技術發(fā)展而來，借鑒了電信網絡智能網的呼叫與控制相分離的理念，其基本含義就是將呼叫控制功能從媒體網關中分離出來，通過軟件實現(xiàn)基本呼叫控制功能，其中包括呼叫路由、管理控制、連接控制和信令互通，由此實現(xiàn)傳輸與呼叫控制的分離，為控制、交換和軟件編程功能建立分離的平臺，真正實現(xiàn)多廠家的網絡運營環(huán)境，在網上引入多種業(yè)務(如圖1所示)。


　　軟交換的基本功能是以媒體網關控制器為基礎，采用開放式應用程序接口(API)，允許在交換機中靈活引入新業(yè)務。它主要提供連接控制、翻譯和路由、網關管理、呼叫控制、帶寬管理、信令、安全性和呼叫記錄的生成等。同時，軟交換移動交換中心為與傳統(tǒng)的PSTN 電信網絡相互連接提供接口，為其開辟了平滑向未來IP包交換網絡過渡的途徑，從而有可能在網絡上提供更多的新業(yè)務。

主要功能

　　下一代移動交換中心的軟交換功能是多種邏輯功能的集合體，它包括媒體網關接入、呼叫控制、業(yè)務提供、協(xié)議支持、網絡業(yè)務卸載、資源管理、互連互通等功能。

　　·媒體網關接入。該功能可以是一種適配功能，軟交換可以連接多種媒體網關，如IP中繼媒體網關、ATM媒體網關、用戶媒體網關、無線媒體網關以及綜合接入網關等，并支持MGCP媒體網關控制協(xié)議或H.248協(xié)議。

　　·呼叫控制。這一功能實現(xiàn)基本呼叫的建立、維持和釋放，包括呼叫處理、連接控制、智能呼叫觸發(fā)檢測和資源控制，并支持和提供兩方或多方呼叫控制，包括多方呼叫特殊邏輯關系、呼叫成員的加入和退出等功能。

　　·業(yè)務提供。在網絡由電路交換向分組交換的遷移過程中，網絡為終端用戶提供的業(yè)務應當具備完全的繼承性，因此下一代移動交換中心軟交換必須能夠實現(xiàn)PSTN/ISDN交換機提供的全部業(yè)務,其中包括基本業(yè)務和補充業(yè)務、智能網業(yè)務和多種增值業(yè)務。

　　·協(xié)議支持。下一代移動交換中心軟交換是一種開放和多協(xié)議實體，采用標準協(xié)議，如H.248、H.323、SIP、MGCP等協(xié)議，與各種媒體網關、終端和網絡通信。

·互連互通。在現(xiàn)有網絡向下一代網絡演進的過程中，促進多種現(xiàn)有網絡互連互通，如PSTN網、SS7信令網、VoIP網、智能網等。

　　·卸載互聯(lián)網業(yè)務。卸載互聯(lián)網業(yè)務是下一代移動交換中心軟交換的一個重要功能。它可能代替4類和5類交換機，既可以接收通過IP或ATM協(xié)議傳送的互聯(lián)網業(yè)務，又可以把互聯(lián)網業(yè)務轉移到PSTN以及數據業(yè)務骨干網上。

　　·資源管理功能。對系統(tǒng)中的各種資源，如資源分配、釋放和控制等進行集中管理。通過采集話單詳細數據，根據運營需求，采集計費信息并傳送至計費中心，實施計費管理。

　　·認證和授權。下一代移動交換中心軟交換與認證中心連接，可將網絡中的用戶、媒體網關信息送給認證中心，進行認證與授權，防止非法用戶的接入。

三大優(yōu)勢

　　下一代MSC鑒于其自身和IP網的特點，除可以提供新的業(yè)務外，還可使電信運營商在推出業(yè)務的成本、應用和運營三個方面顯示出前所未有的優(yōu)勢。

　　·成本優(yōu)勢。據業(yè)界人士分析，以分組技術為基礎的軟交換與傳統(tǒng)的電路交換比較而言，其成本要降低五分之四，原因在于軟交換機是一個開放平臺，平臺本身和開發(fā)成本都較電路交換低，而開發(fā)周期，亦即推出業(yè)務的時間，只有電路交換的十分之一。推出業(yè)務時間的大大縮短，也為降低成本提供有利條件。

　　·應用優(yōu)勢。由于軟交換機是一個開放平臺，它不僅為推出業(yè)務大大降低成本，而且還極有利于多家開發(fā)商同時開發(fā)多種應用。例如，過去在電路交換機上開發(fā)一種新的應用，可能只由一個廠商去做，而在軟交換平臺上，多個廠商可以做同一種應用，賦予應用開發(fā)以競爭性。

　　·運營優(yōu)勢。從運營角度看，下一代MSC軟交換對新老運營商都會帶來運營利益。運營商借助軟交換平臺，有機會使電信網、計算機網和電視網這三大網絡在網絡層面實現(xiàn)互連互通，在業(yè)務層面實現(xiàn)業(yè)務的滲透和交叉，使統(tǒng)一的分組網絡承載多種業(yè)務成為可能。傳統(tǒng)運營商可以通過軟交換平臺實現(xiàn)PSTN與分組網的融合，既保護已有的投資，又具有創(chuàng)新能力；而新興運營商通過軟交換平臺容易進入通信服務領域，參與市場競爭，而且無需對傳統(tǒng)設備進行更新投資，可在沒有資金壓力的前提下，為用戶提供多種新業(yè)務。

技術實現(xiàn)

　　下一代MSC的軟交換技術使傳統(tǒng)交換機的功能模塊分離為獨立的網絡部件，各個部件可以按相應的功能劃分各自獨立發(fā)展，部件間的協(xié)議接口基于相應的IP協(xié)議，使各種以IP為基礎的業(yè)務都能在不同的網上實現(xiàn)互通。其軟交換功能是在軟交換參考模型上實現(xiàn)的，體現(xiàn)在物理節(jié)點上引入了應用服務器和媒體服務器，通過一系列協(xié)議實現(xiàn)多種新業(yè)務。

組網技術

　　下一代MSC軟交換在電信網絡中由4個層面構成：接入傳送層、媒體層、控制層和業(yè)務應用層。各層實現(xiàn)如下組網功能。

　　·接入傳送層。它將用戶連接到網絡，并將業(yè)務量集中后傳送到目的地。

　　·媒體層。它把通過網絡傳送的業(yè)務轉換成適當的格式，例如將傳統(tǒng)的話音業(yè)務打包成IP數據包。

　　·控制層。該層決定用戶應該接收哪些業(yè)務，并控制其他較低層的網絡單元業(yè)務流的處理。

　　·業(yè)務應用層。在呼叫建立之上提供附加業(yè)務。

　　下一代MSC還可采用分布式結構。該結構由呼叫服務器、媒體網關和部件管理系統(tǒng)這三個主要單元組成。采用這種結構，運營商無需取代傳統(tǒng)交換技術就可隨著網絡規(guī)模和容量的增長，利用分布式移動交換解決方案來增強其傳統(tǒng)網絡。其突出的優(yōu)點在于，不是在新的服務區(qū)域增加新的傳統(tǒng)移動交換中心，或對傳統(tǒng)技術繼續(xù)增加投資來適應容量的增長，而是對網絡增加媒體網關，增加呼叫服務器；增加一個呼叫服務器和與之相結合的媒體網關，相當于對網絡增加一臺交換機。無論增加多少媒體網關，呼叫服務器都能對其實施控制。對任何業(yè)務或信令的接口只需連接到呼叫服務器上即可，而無需加到每個媒體網關上。這種解決方案還可支持基于IP業(yè)務的引入，并為運營商在未來對3G通信提供無縫隙接入。

部件技術

　　下一代MSC的各種功能是靠多種網絡部件和接口實現(xiàn)的，這主要包括：

　　·呼叫服務器。它與傳統(tǒng)交換機中的呼叫控制可承載機制分離，通過服務器上的軟件功能實現(xiàn)呼叫控制功能，如呼叫路由、管理控制會話建立和拆除、信令互通等。把呼叫控制與承載信息的傳輸機制分離開來，使電信服務提供商能夠方便地將傳輸與控制協(xié)議相結合，實現(xiàn)業(yè)務轉移。

　　·媒體網關。媒體網關在軟交換的控制下，將網絡中一種媒體轉換成另一種網絡所要求的格式。如媒體網關能夠在電路交換網的傳輸通道和分組網的媒體流之間進行轉換，可以處理音頻、視頻等業(yè)務，并能進行全雙工的媒體轉換，可以演示視頻和音頻信息，并可同時支持多媒體會議。

　　·應用服務器。負責各種增值業(yè)務和智能業(yè)務的邏輯產生與管理，并提供各種開放式應用程序接口(API)，處理與軟交換平臺間的信令接口。應用服務器是一個獨立的部件，從而實現(xiàn)了業(yè)務與呼叫控制的分離，有利于新業(yè)務的引入。

　　·媒體服務器。它給會議、傳真等特殊業(yè)務提供資源平臺，并處理與媒體網關間的承載接口。同時滿足用戶對新電信業(yè)務的需求，支持個性化的動態(tài)語音編程，支持資源的動態(tài)加載和修改。

　　·信令網關。它負責信令的轉換和傳遞，它將PSTN中的七號信令(SS7)轉換為IP網對應的信令協(xié)議。

協(xié)議技術

　　下一代MSC軟交換作為一個開放實體，其接口是通過開放的通信協(xié)議實現(xiàn)的。主要有：

　　·媒體網關控制協(xié)議(MGCP)。它主要負責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，并控制與媒體通道連接相關的呼叫狀態(tài)，報告用戶端的事件，從而實現(xiàn)正常通信。

　　·會話初始化協(xié)議(SIP)。該協(xié)議是一種應用層控制協(xié)議，用于創(chuàng)建、修改和終結多媒體會話或呼叫。多媒體會話包括互聯(lián)網多媒體會議、遠程教育、互聯(lián)網電話等應用。目前，SIP協(xié)議已被廣泛接受，是支持3G等移動多媒體業(yè)務與應用的核心協(xié)議之一。

　　·H.248協(xié)議。該協(xié)議是一種網關控制協(xié)議，它解決了H.323協(xié)議復雜、擴充性差的問題，得到了廠商的廣泛支持，成為了下一代MSC的至關重要的網關控制協(xié)議。

　　·信令控制傳輸協(xié)議(SCTP)。該協(xié)議主要用于傳遞軟交換平臺和信令網關間的信令信息。

　　·信令傳送協(xié)議(SIGTRAN)。該協(xié)議用于在IP網絡中，通過信令網關傳遞SS7等電路交換信令。

接入技術

　　目前，軟交換實現(xiàn)的接入技術主要有：

　　·分組中繼。它針對用戶匯接局、長途局容量和傳輸帶寬需求的增加，通過軟交換平臺構建分組中繼網絡，利用媒體網關直接提供高速分組數據接口，大大減少傳輸網絡中低速交叉連接設備的數量，降低網絡傳輸成本和帶寬需求(一般可節(jié)省60%的傳輸資源)， 從而滿足長途局和匯接局的擴容需求。

　　·本地接入。這是指采用軟交換技術，對DSL、以太網、無線局域網、3G無線接入技術、電纜、雙絞線等接入方式，實現(xiàn)分組話音的本地接入。它在一定程度上，不僅可以替代5類交換機，而且為終端用戶提供數據和話音綜合業(yè)務。

　　·多媒體業(yè)務。根據用戶對媒體業(yè)務的需求，通過軟交換平臺和網關裝置，將各種應用服務器上的新業(yè)務提供給終端用戶，并可通過與應用服務提供商合作，開發(fā)并引入新的應用業(yè)務。

3G應用篇

力促3G應用

　　3G網絡的發(fā)展是在現(xiàn)有的各種網絡向下一代網絡演進的前提下進行的，因此它必將與實現(xiàn)網絡融合的下一代網絡的規(guī)范要求相吻合。然而，對于實現(xiàn)網絡融合而言，目前公認的技術基礎是軟交換和IP技術，因此，3G的未來發(fā)展也將是實現(xiàn)基于軟交換技術的全IP網絡，其核心網絡所采用的關鍵技術將是軟交換和寬帶IP技術，IP協(xié)議和軟交換協(xié)議，也將是3G網絡所采用的主要協(xié)議。這種技術上的一致性將為3G網絡的建立提供一個良性環(huán)境，從而促進3G應用的迅速發(fā)展。

　　構建軟交換全IP 3G核心網

　　所謂構建全IP 3G網，是指在GPRS網絡或CDMA網絡的基礎上，實現(xiàn)業(yè)務傳送完全基于IP承載的網絡結構。

　　實現(xiàn)全IP 3G核心網絡的基本途徑是，首先由增強型GPRS網絡完成對無線接入網的接入和提供IP通道，使用戶終端直接由軟交換平臺實施控制，并在GPRS網絡之上，構建一個基于軟交換的IP多媒體子系統(tǒng)，即多媒體軟交換系統(tǒng)；其次是在核心網絡內部完全基于IP傳送，采用IP 網關與傳統(tǒng)的PSTN等非IP網絡實現(xiàn)互通與轉換；第三是采用基于軟交換的分層網絡結構，使控制與承載機制分離，呼叫控制與業(yè)務提供機制分離，各層的設備和結構可獨立發(fā)展但不影響整個網絡，各層之間的通信通過功能接口實現(xiàn)。

　　在3G核心網絡中，軟交換服務器是實現(xiàn)其通信功能的關鍵部件，它對以實時性和移動性為特征的業(yè)務提供呼叫控制和連接控制功能（見圖2）。軟交換服務器通過不同的邏輯與下層設備進行交互和控制，執(zhí)行融合網絡中的呼叫控制、媒體流的連接控制等功能，并提供支持多種信令協(xié)議的接口，從而實現(xiàn)全IP 3G核心網絡中移動用戶與各種傳統(tǒng)網絡間的信令互通和不同網關的互操作。


圖2 全IP 3G核心網

協(xié)議的一致性促進3G發(fā)展

　　下一代移動交換多媒體軟交換系統(tǒng)構建在與3GPP(第三代移動網絡協(xié)議)相同的體系結構上，并運用SIP協(xié)議。下一代移動交換與3G體系結構中這種協(xié)議的一致性，有利于促進3G業(yè)務的發(fā)展。

　　首先，SIP是網絡互連的理想選擇，其基于文本的簡單格式，可使開發(fā)商迅速開發(fā)新的應用業(yè)務，這意味著SIP既支持下一代移動交換，又能支持在3G網絡上開發(fā)更多的應用業(yè)務。其次，在 3G移動網絡的3GPP體系結構上支持應用業(yè)務，可以使用一個軟交換平臺，為移動和固定用戶提供通用的多媒體應用。第三，SIP支持網上應用(如電子郵件和網上瀏覽)的現(xiàn)有協(xié)議，同時，H.323也可以在一定程度上重新用于處理這些應用。這意味著在SIP環(huán)境中，可使3G核心網與其他網絡輕而易舉地實現(xiàn)互通。

　　同時，在軟交換技術的支持下，運營商面向特殊人群開發(fā)的微服務，即針對有特殊需求的用戶群以及單個用戶提供個性化的通信服務，從而使3G的部署和推廣應用更加豐富多彩。

　　為3G運營商創(chuàng)造價值

　　隨著移動軟交換技術的發(fā)展和成熟，一些運營商開始錘煉以IP和軟交換網絡體系結構為基礎的3G移動通信系統(tǒng)解決方案。這種解決方案不但保護用戶的現(xiàn)有投資，而且為用戶提供了經濟實用的技術實現(xiàn)途徑。

　　基于移動軟交換的3G解決方案的特點是，提供基于IP軟交換技術的3G核心網絡，保護用戶投資，降低成本；嚴格遵循3GPP標準，確保設備和網絡的兼容性與互通性；利用統(tǒng)一的軟件平臺，提供成本低而效益高的3G設備，使網絡擴容和管理更加方便；將軟交換技術引入3G業(yè)務平臺，使之在3G網絡上開發(fā)各種新業(yè)務更加快捷。

　　產品與市場起波瀾

　　作為下一代MSC核心的軟交換平臺，融合了傳統(tǒng)話音網絡的可靠性和新的IP技術的靈活性與有效性的優(yōu)點，不但可以很好地解決從傳統(tǒng)的電話交換網向IP分組交換網過渡的問題，而且，更是新興運營商進入話音市場的技術手段之一。 隨著我國相應標準的出臺和軟交換設備研發(fā)的進展，正涌現(xiàn)出一批領軍這一領域的廠商，形成一系列產品，從而將加快我國電信網絡向分組交換網過渡的進程。

　　入網許可后浪推前浪

　　在我國，最早獲得下一代MSC軟交換設備入網許可的是中興和華為。早在2001年，中興通訊就成了第一家獲準入網使用許可證的廠家。2002年，北電和華為是繼中興之后獲得入網許可證的第二批廠商。到2003年春節(jié)前后，愛立信、UT斯達康、大唐，這三家廠商獲準入網，形成了在中國發(fā)展下一代MSC軟交換平臺的第三批實力廠商。

　　愛立信、UT斯達康和大唐在推進軟交換技術方面有其突出的特點。愛立信不僅提出了軟交換網絡語音域和多媒體域兩個概念，而且還給新興電信運營商和擁有傳統(tǒng)網絡的電信運營商提出了不同的建網策略。2003年3月，愛立信軟交換系統(tǒng)ENGINE R4成功獲得信息產業(yè)部頒發(fā)的入網試用許可證，成為我國第一個電話業(yè)務軟交換和多媒體業(yè)務軟交換雙雙獲得入網試用許可證的廠家。目前，愛立信更是瞄準了軟交換技術與3G技術的融合，為移動運營商提供“量身定制”解決方案。而UT斯達康在這方面也使出了“高招兒”，已在我國的相關無線市話網中運行設計容量高達100萬門的mSwitch軟交換系統(tǒng)。至于大唐電信則是這方面的新秀，其OpenSP SS3000軟交換設備順利獲得信息產業(yè)部頒發(fā)的入網使用證，標志著大唐電信對軟交換設備的研發(fā)已達到了先進水平。

　　促進運營方式變革

　　目前，我國有關下一代移動中心的軟交換平臺的整體規(guī)范、協(xié)議與接口標準以及語音的軟交換設備標準業(yè)已出臺；軟交換支持多媒體通信的標準也在討論之中，年內將會有更多的相關標準出臺。

　　軟交換平臺的標準化猶如戰(zhàn)鼓催春。中國電信、中國網通、中國聯(lián)通、中國鐵通等運營商正在為建設基于軟交換的移動交換實驗網而努力。業(yè)界人士認為，中國電信市場所形成的新格局，將為軟交換技術在我國的發(fā)展提供新的機遇，基于軟交換平臺的全IP分組交換網絡無疑將成為新老運營商的首選，從而將促進電信網絡運營方式的變革。

　　軟交換市場收入飆升

　　2000年，下一代MSC軟交換市場還處于萌芽狀態(tài)，但從2001年開始便直線上升(見表1)。

表1 下一代MSC軟交換市場收入預測

年度 收入（億美元） 收入增長率（％）
2000 0.18 ----
2001 0.89 388
2002 7.95 795
2003 33.3 319
2004 104.0 212
2005 239.0 130
2006 394.73 65
數據來源：Frost & Sullivan公司

　　據統(tǒng)計，2000年，全球軟交換市場收入僅0.18億美元，2001年便上升到0.89億美元，而到2002年則猛增到7.95億美元。據業(yè)界人士預計，2003年，其市場收入將扶搖直上，增加到33.3億美元，而到2006年將增至394.73億美元。高收入將會給運營商帶來高回報、高利潤，從而賦予運營商更高的經濟效益。

編者視點

　　對于下一代MSC的概念，從業(yè)內專業(yè)廠商的反饋來看，更多的提法是軟交換。突出其移動交換中心概念，其實可以看作突出軟交換在移動核心網中的重要地位。從概念認同角度看，以愛立信、UT斯達康為代表的無線通信提供商似乎更熱衷于強調軟交換作為下一代移動網核心的理念，更多的廠商則是從整體的NGN（下一代網絡）角度來看待這個問題的。不管如何命名，其實談的都是一個軟交換主題。從目前的發(fā)展來看，部署3G網絡的聲音越來越強，作為其核心網技術的軟交換將有望以下一代MSC面貌先期亮相。從這個角度看，部署3G網絡，將成為引發(fā)NGN部署的導線。無論移動網絡還是固定網絡，向以下一代MSC與軟交換為核心的IP分組交換網過渡，實現(xiàn)業(yè)務互相融和與全面互通，構成所謂的NGN網絡，將成為潮流。

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