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基于軟交換技術的網絡融合技術分析

1.引言

　　隨著國家對通信領域的開放，電信運營商之間的競爭越來越激烈，如何減少建網投資、降低運維成本的問題變得越來越重要。網絡融合可以實現運營商在同一個網絡上提供各種固定、移動接入業務，通過網絡中設備的共用實現統一服務、統一管理、統一計費，最終實現減少投入、增加收益的目的。在技術上，下一代網絡的承載和控制分離、控制和業務分離的思想和第三代移動通信網絡的演進思路不謀而合，二者在核心控制層面都采用軟交換技術，這就為網絡融合提供了基礎。

2.軟交換技術在固網和移動網的應用

　　軟交換概念從固網中提出，是下一代網絡中的呼叫、會話控制技術，一般分為窄帶軟交換和寬帶軟交換。窄帶軟交換主要用于窄帶的話音業務，寬帶軟交換主要用于寬帶多媒體業務。在固網中，窄帶軟交換技術是指軟交換機采用H.248協議或MGCP協議對各種網關進行控制，包括中繼網關TG（Trunk Gateway）、接入網關AG（Access Gateway）和綜合接入設備IAD（integrate Access Device），它們分別負責用戶接入和與PSTN互通；在WCDMA移動網絡中，窄帶軟交換技術是指R4版本中定義的MSC Server采用擴展的H.248對媒體網關MGW進行控制。寬帶軟交換技術在固網中是指各種SIP（Session Initiated Protocol，會話初始協議）服務器根據SIP協議進行呼叫控制的技術。

　　在WCDMA移動網中，寬帶軟交換是指IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統）的各種CSCF（Call Session Control Function，呼叫會話控制功能）根據SIP協議完成核心的呼叫控制功能。CSCF的種類包括P-CSCF（Proxy-CACF，代理CSCF）、I-CSCF(Interrogating CSCF，查詢CSCF)和S-CSCF(Serving CSCF，服務CSCF) ，本質上它們都是SIP服務器，處理SIP信令。其業務承載由WCDMA的分組域的SGSNs( Serving GPRS Support Node,服務GPRS支持節點)、GGSN（Gateway GPRS Support Node,網關GPRS支持節點)以及無線接入網完成。

　　目前，在固網中不論是窄帶軟交換技術還是寬帶軟交換技術都已經有商用的產品，并有多個商用和試驗網絡。在移動網中，產品的成熟性相對固網要落后一些，還沒有商用網絡。

3.固定軟交換和移動軟交換比較

　　固網和移動網中的軟交換技術在技術思路和基本原理方面是基本一致的，但由于固網和移動網絡中的應用環境不同，實施上會有一些相應的變化。下面將從窄帶軟交換和寬帶軟交換兩個方面進行技術比較。

　　在窄帶軟交換方面，固網中的Call Server和移動網中的MSC Server兩個設備的共性是支持H.248協議對媒體網關進行控制，完成呼叫控制功能。只是MSC Server使用的H.248比ITU的H.248協議增加了一些移動特有的擴展應用，包括BICC（Bearer Independent Call Control，承載無關呼叫控制）擴展包和UMTS(Universal Mobile Telecommunication System, 通用移動通信系統)包兩類，用于實現移動網中特有的應用。固網中的Call Server和移動網中的MSC Server的區別主要體現在所支持的協議體系的不同，媒體網關控制協議方面Call Server除了采用H.248協議，還使用MGCP(Media Gateway Control Protocol,媒體網關控制協議)協議，MGCP協議主要用于對小型的綜合接入設備IAD進行控制，而MSC Server不采用MGCP；局間信令方面，Call Server之間一般采用SIP-T協議，很少采用BICC協議；而MSC Server之間的協議分為與呼叫相關的協議和呼叫無關的協議，呼叫相關的協議采用BICC，呼叫無關的協議即移動性管理相關的協議采用MAP（Mobile Application Part，移動應用部分）協議；在智能網相關的協議方面，Call Server采用INAP（Intelligent Network Application Part，智能網應用部分）與SCP（Service Control Point，業務控制點）通信，MSC Server采用CAP（CAMEL Application Part，CAMEL應用部分）協議與SCP互通，這是完全不同的兩個協議。此外，MSC Server還支持RANAP(Radio Access Network Application Part，無線接入網應用部分)協議，用于和RNC之間建立Iu連接，構建接入網和核心網之間的通道。總之，MSC Server的功能比Call Server的功能復雜的多，二者只在支持H.248基本協議方面是一致的。

　　與控制層面相比，承載設備的功能相對簡單，固網中的AG和IAD負責用戶接入，TG負責和PSTN的互通，在協議方面固定網關支持H.248和MGCP協議。在移動網中，媒體網關除了支持H.248協議以外，還需要支持承載控制協議，如果MGW之間采用IP承載，MGW需支持IPBCP（IP Bearer Control Protocol，IP承載控制協議）協議；如果采用ATM承載，MGW需要支持Q.2630協議，完成MGW之間使用的地址信息、媒體流特征等信息的協商。這些信息的交互是通過MSC Server之間的BICC隧道和MSC Server與MGW之間的接口傳送的，這是移動媒體網關特有的功能，固網中的網關沒有承載控制功能，而是由Call Server完成相應功能，所以移動網中的媒體網關比固網中的媒體網關智能化程度要高。在語音編碼方面，固定軟交換中使用G.711、G.723和G.729話音編碼方式；在移動軟交換中，MGW使用移動特有的AMR語音編碼方式，當與固網互通時MGW應支持G.711、G.723或G.729。

　　在寬帶軟交換方面，不論是固定軟交換還是移動軟交換，呼叫控制協議都采用SIP協議。SIP協議為運行在IP上的業務提供統一的端到端的對話機制，與承載網絡無關。所以，基于SIP的應用可以實現跨網絡的使用。雖然固網和移動網的各種SIP服務器不能完全一一對應，但是在實現SIP協議的各種功能上是有相似之處的。例如移動網中的P-CSCF節點的功能和固網的SIP代理服務器的Proxy功能和B2BUA（Back to Back User Agent,背靠背用戶代理）功能類似；移動網絡中S-CSCF節點的功能與固網中SIP注冊服務器的Proxy，Registrar功能和B2BUA功能類似。

　　SIP協議是IETF定義的，移動網中的使用的SIP協議直接引用IETF的SIP協議。IETF針對移動的需要在原來的基礎上增加了移動相關功能，例如增加了AKA（Authentication Key Agreement）鑒權流程以符合移動網絡的鑒權機制；還增加了SIP壓縮功能，因為空中接口的資源十分有限，所以需要引入壓縮機制，節省無線資源。另外固網中實現會議電視功能的媒體資源服務器和移動網中的MRF（Multimedia Resource Function，媒體資源功能）功能類似，完成鈴聲提供，語音通知和多方會議等應用的媒體控制。總之在寬帶軟交換中，固網和移動網中相關網元的功能非常類似，這也使得網絡融合具有一定的可能性。

4.網絡融合方案

　　這里講的網絡融合是指通過設備的共用綜合實現固定和移動業務的網絡方案，也就是說相同的核心網既為固定用戶服務又為移動用戶服務。很顯然，這種網絡融合是以設備的共性為基礎實現的。

　　根據前面的比較，窄帶軟交換中的Call Server和MSC Server的功能雖然有相似之處，但是，二者的差別比共性更多，因此不便于設備的共用。在接入層，固網的接入網關和移動網中負責接入的媒體網關在接口、語音編碼和支持協議方面的差別較大，而固網中的TG和移動網中負責與PSTN互通的網關之間的差別相對較少，因此實現二者的融合相比接入網關的融合更容易一些。但是，如果要實現固網和移動網媒體網關的共用，就要求共用的媒體網關支持虛擬媒體網關的功能，也就是說，相同的媒體網關應可以配置為兩個虛擬的媒體網關，分別接受Call Server和MSC Server的控制。由于兩個虛擬的媒體網關共用軟硬件資源，所以使得資源的管理和控制變得更加復雜。所以，固網和移動網在窄帶軟交換的融合有一定的難度。

　　在寬帶軟交換中，固網和移動網中的SIP服務器的功能類似，實現網絡融合相對簡單。融合的網絡框架可以基于WCDMA中的IMS。移動的CSCF可以和固網SIP服務器融合，完成SIP信令的處理。MGCF完成與電路交換網絡以及承載控制分離網絡的信令互通,即完成SIP信令和ISUP或BICC之間的轉換，并通過H.248控制IM-MGW。MGCF可以分別由MSC Server和Call Server兼作，也可以由單獨的設備承擔。IM-MGW完成媒體格式的轉換，例如完成AMR和G.711之間的轉換，可以由固網和移動網相應媒體網關兼作，也可以由單獨的媒體網關實現。移動的MRFC（Multimedia Resource Function Controller，媒體資源功能控制器）和MRFP（Multimedia Resource Function Processor, 媒體資源功能處理器）一起完成固網媒體服務器的功能，實現會議電視等多媒體業務。WCDMA的 HSS（Home Subscriber Server，歸屬用戶服務器）可以和固網中的位置服務器融合，存儲固網和移動網用戶的路由信息、簽約業務信息等寬帶網絡融合方案。

　　通過上述的網絡方案可以實現移動用戶和固定用戶的SIP終端的接入，并可以實現與其他網絡的非SIP終端進行互通。

移動SIP終端通過接入網和核心網的分組域接入CSCF，獲得各種應用服務器提供的業務。
固定SIP終端可以通過互聯網接入CSCF，獲得和移動用戶相同的應用。
移動SIP終端和固定SIP終端的互通由CSCF完成控制，承載的互通通過IP承載網實現。
固定或移動SIP終端與使用R99電路交換網絡的非SIP終端的話音互通，控制層由MGCF完成SIP協議和ISUP協議的轉換，話音互通通過IM-MGW與GMSC之間的互通完成。固定或移動SIP終端和其他固定和移動電路交換網絡的非SIP終端的互通類似，包括和PSTN、GSM等終端的互通。
固定或移動SIP終端和使用R4電路域的非SIP終端的話音互通，控制層由MGCF完成SIP協議和BICC協議的轉換，話音互通通過IM-MGW與R4網絡中GMSC Server控制的MGW的互通完成。固定或移動SIP終端和固網窄帶軟交換的非SIP終端的互通類似。

　　基于寬帶軟交換技術的網絡和各種應用服務器一起可以向用戶提供各種SIP應用，例如VoIP、POC（Push to Talk over Cellular，蜂窩系統的按鍵通話）、即時消息（Instant Messaging）、Prensence等特色業務。

5.結束語

　　綜上所述，基于寬帶軟交換的固網和移動網的網絡融合在技術上是可行的，而且從定性的角度分析，由于設備和網管資源的共用可以節省網絡投資，降低運維成本，并且便于對用戶實施基于一個帳戶的計費從而提供統一話單。這對網絡規模較小時可能的確有一定的優勢，但是當網絡的規模足夠大以后，系統運行效率以及網管系統的壓力的變化都是值得深入研究和探討的問題。

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