移动核心网络逐渐步入软交换时代

  2003年12月,全球第一个基于软交换架构的商用3G网络——阿联酋ETISALAT的UMTS网络放号运营;同月,香港SUNDAY也选择软交换架构来建设覆盖全港的3G网络;2004年3月,泰国AISGSM移动软交换核心网割接入网;4月,中国移动选择移动软交换技术建设覆盖全国的移动长途汇接网;7月,毛里求斯EMTEL采用R4软交换建设3G网络——“软交换”不再只是固定网络运营商的热点,移动设备提供商和移动网络运营商已将软交换系统真实地推到了用户的面前,标志着移动核心网软交换时代已经来临。
  
  那么,移动网络运营商为什么会纷纷选择软交换架构来建设3G和2G的核心网呢?为此,首先需要了解一下软交换技术的发展历程,在此基础上,本文也将进一步阐明为什么说R4软交换技术是当前移动核心网建设的最佳选择。
  
  软交换技术发展历程
  软交换的概念起源于下一代网络(NGN),是NGN的核心技术。从狭义上讲,NGN指固定网领域相对于传统PSTN而言的下一代网络
  
  接入平面。提供各种网络和设备接入到核心骨干网的方式和手段,主要包括信令网关、媒体网关、接入网关等多种接入设备。
  
  传输平面。负责提供各种信令和媒体流传输的通道,网络的传输网目前可以是ATM或者IP分组网络,但采用IP分组网络是大势所趋。
  
  控制平面。该平面的主要组成部分是软交换设备,是NGN体系中的控制核心,它独立于底层承载协议,主要完成呼叫控制、媒体网关接入控制、资源分配、协议处理、路由、计费等主要功能,可以向用户提供现有网络能够提供的业务,并向业务支撑环境提供底层网络能力的访问接口,也是目前电路交换网向分组网演进的主要设备之一。
  
  应用平面。利用底层的各种网络资源为用户提供丰富多样的网络业务。主要包括应用服务器(ApplicationServer)、策略/管理服务器(PolicyServer)、AAA服务器(AuthorityAuthenticationandAccountingServer)等。其中最主要的功能实体是应用服务器,它是软交换网络体系中业务的执行环境。
  
  尽管“软交换”是目前NGN/3G讨论的热点,但是人们对它的概念仍然有些似是而非。综合业界的看法,从广义来讲,软交换概念是指上述以软交换设备为控制核心的NGN,即下一代网络;从狭义来讲,软交换特指位于NGN控制平面的软交换设备。软交换设备(softswitch),曾被称为呼叫服务器(callserver)、呼叫代理(callagent)或媒体网关控制器(MediaGatewayControl),是VoIP体系中把呼叫控制功能从媒体网关中分离出来,通过服务器上的软件实现基本呼叫控制功能的产物;1999年后,软交换设备这一名词为业界普遍认可,成为最后的通用概念。
  
  顺应固定和移动融合以及整个电信网全IP化演进的趋势,3G网络的发展在很多方面应用了NGN的技术。2000年前后,3GPP在制订WCDMAR4阶段的规范时,首次把NGN领域提出的软交换概念引入到移动核心网领域,而且从网络结构、接口协议、业务以及业务开发各方面,3G与NGN的发展是协调一致的:在网络结构方面,NGN和3G中都提出了承载和控制分离的网络结构;在接口协议方面,3G网络与NGN所采用的协议很多都是一致的,包括BICC协议、SIP/SIP-T协议、H.248/MEGAO协议、SIGTRAN协议;在业务方面,3G和NGN不仅提供的业务种类是相似的,例如话音和多媒体业务,而且在业务的实现方式上也是类似的;3G和NGN都支持开放业务接口,所以二者在业务层面上是统一的,架构上也是一致的,也就是说,对于相似的业务,可以同时构建在NGN固定网和3G移动网络之上。
  
  因此,从广义上讲,NGN包括了固定和无线领域,WCDMAR4和R5及后续阶段都属于NGN构架。软交换技术应用于NGN固定领域时,可以称为固定软交换;应用于广义NGN的3G领域时,可以称为移动软交换。
  
  值得注意的是,从2003年以来,华为公司基于对软交换技术的深刻理解,在业界首次把软交换的技术应用到对传统GSM网络的改造和升级中,而且率先在海内外获得了大规模商用。
  
  软交换技术的主要特点包括以下几个方面。
  
  降低投资和维护成本。由于软交换设备处理能力强、容量大,对原来须采用多个MSC进行管理的地区可以集中在同一个MSCServer上进行管理,显著降低维护成本(OPEX)。软交换平台中广泛采用了分组交换和IP传输技术,可以大大节省传输资源,提高产品集成度,减少系统耗电量,从而降低投资成本(CAPEX)。而且对于移动软交换设备,由一个MSCServer控制的多个MGW可以分布在与每个地区接入网和PSTN靠近的地方,显著节省传输,降低回程费用。
  
  高效灵活。基于TDM的传统话音技术,虽然可以提供优良的语音业务,但是每个交换节点都要完成业务的交换和信令的控制,需要较长的周期提供新业务,软交换体系结构的最大优势在于将应用层和控制层与承载层完全分开,与具体的承载无关,有利于以最快的方式、最有效的方式引入各类新业务,大大缩短了新业务的开发周期。利用该体系结构,用户可以非常灵活地享受所提供的业务和应用,运营商也可以更快地获得收入。由于软交换设备和MGW分离,组网可以非常灵活,例如,在话务量大的地方设置大容量的MGW,话务量稀少的地方则只设置小容量的MGW,然后连接到同一个MSCServer。
  
  开放性。由于软交换体系架构中的所有网络部件之间均采用标准协议,因此各个部件之间既能独立发展和演进,又能有机组合成一个整体,实现互联互通。这样运营商可以根据自己的需要选择市场上的优势产品,实现最佳配置。而且软交换设备还支持通过开放的协议或API与开放业务平台进行交互,使其能够间接地利用底层的网络资源,从而实现业务与呼叫控制的分离。
  
  有利于固定和移动核心网融合。固定软交换与3GR4及其后的核心网结构和业务模型十分吻合,为未来网络的完全融合提供了可能。
  
  R4软交换技术是当前移动核心网建设最佳选择
  众所周知,WCDMA目前分为3GPPR99、R4、R5/R6几个阶段与版本。
  
  R99在GSM/GPRS网络的基础上,对接入网部分进行了革命性的变革,由TDMA制式发展为CDMA制式,从而大大提高了频谱利用率和数据业务的带宽,而且也引入了能够支持小区呼吸的AMR语音编解码技术。
  
  R4在R99的基础上对电路域进行了彻底的改造,引入了NGN中首先提出的软交换技术,将控制与承载面分离,信令与话路都引入了分组技术。
  
  分离构架的引入,使得网络结构清晰合理,路由方式简单灵活,业务提供与升级更加方便快捷,有效降低了建设成本与网络运维成本;分组技术的引入,使网络可以采用不同编解码与静音检测技术节省传输,也可以采用TrFO技术减少语音编解码次数从而提高语音质量。软交换架构的采用,适应了将来网络架构的需求,也更容易与其它各种网络进行有机的融合,这为将来的基于分组网络的固定语音、宽带多媒体和新的增值业务提供了坚实的网络基础。
  
  R5/R6在原有R4分组域的基础上叠加了一个IP多媒体域,提供了一个统一的基于分组的核心网,为将来的各种业务融合提供平台。R5/R6更多地侧重于多媒体业务的应用,与R4不是对立而是相辅相成的关系。R4的分组语音技术得到充分应用,必将为R5/R6的应用提供坚实的基础,而且R4网络中的承载网在R5/R6仍然可以继续使用。R4的网元可以通过软件升级支持R5/R6相关协议,例如R4的软交换设备,即MSCServer网元可以很容易地通过软件升级成为R5/R6的MGCF网元。
  
  当前阶段,语音业务仍然是各运营商的主要收入来源。对于新建的3G网络来说,在R5/R6本身技术尚未完全成熟的前提下,网络架构优于R99却又比R5/R6成熟可靠的R4软交换技术是最佳选择。它保证了新建网络的稳定运营和业务提供的方便快捷,同时又为网络今后的演进发展做好了准备。进退攻守,应付自如。
  
  同样,R4也是传统GSM运营商在对现有GSM核心网络扩容升级时的首选。
  
  在3G即将在全世界范围内部署的前夜,如果仍然采用传统的2GMSC设备升级或扩容现有设备,显然不利于投资的保护。华为公司在业界首次把软交换技术引入到对GSM核心网的扩容和升级上,使得这些采用软交换架构的2GMSC今后只需要进行软件升级即可作为3G时代的核心网网元,最大限度地保护了运营商的投资。
  
  因此,在当前阶段,不论移动运营商是新建3G网络,还是改造老的2G网络,引入R4软交换技术都是最佳的选择。事实上,正如本文开头所介绍的情况,目前运营商采用软交换架构建设3G和2G移动核心网已成潮流,采用软交换架构也必将为运营商带来丰厚的回报和最大的投资保护。