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软交换技术在2G交换网中的应用

IT知识

网络技术是从1990年代中期发展起来的新技术 ， 它把互联网上分散的资源融为有机整体 ， 实现资源的全面共享和有机协作 ， 使人们能够透明地使用资源的整体能力并按需获取信息 。资源包括高性能计算机、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、大型数据库、网络、传感器等 。当前的互联网只限于信息共享 ， 网络则被认为是互联网发展的第三阶段 。一、概述
第三代移动网络是移动通信领域的下一代网络 。在这个网络的发展中 ， 软交换技术和IP技术得到充分体现 。然而 ， 软交换技术在移动网的应用不是只能从3G网络开始 ， 事实上在3G即将到来之前 ， 软交换技术已经逐渐在2G的网络中崭露头角 。中国移动2004年建成软交换长途汇接网后 ， 各地移动公司也逐渐开始在GSM省网以及本地网上采用软交换技术构建移动汇接局TMSC、关口局GMSC以及端局MSC 。
从业界情况看 ， 国外已有固网运营商在商用中大规模采用软交换技术 ， 更多的固定/移动运营商正在试验软交换技术 。3G方面 ， 现在WCDMA R4协议已经基本稳定 ， 跨 过R99直接采用软交换的R4架构建设3G核心网已成定局 。相信随着3G应用的推迟 ， 软交换技术/设备的成熟 ， 在现有的2G网络上尽早引入软交换技术 ， 积累软交换的应用经验 ， 将会给运营商的未来发展带来更多好处 。
二、移动软交换的体系结构
在软交换构建的开放体系架构中 ， 通过呼叫控制与媒体交换/承载的分离 ， 实现了开放的分层架构 ， 各层次网络单元通过标准协议互通 ， 可以各自独立演进 ， 以适应未来技术的发展 。软交换主要包含两个层次：呼叫控制层和媒体网关层 。
1.  呼叫控制层

呼叫控制层完成各种呼叫控制 ， 并负责相应业务处理信息的传送 。呼叫控制层中的物理实体是软交换机(SS：SoftSwitch) ， 软交换机的主要功能如下：
● 对接入层的各种媒体网关的控制 ， 指示媒体网关应与哪个媒体网关建立连接关系 ， 完成信息压缩编码方式的控制、回声抑制功能控制和业务流量控制；
● 基本话音业务的呼叫处理和连接控制；
● 数据业务的处理和连接控制；
● 提供与更高层应用的接口；
● 计费功能 。
2.  媒体网关层
媒体网关层的功能是将用户/业务连接接入软交换网络 。边缘接入层中的物理实体是一系列媒体网关设备(MGW) ， 各网关设备完成数据格式和协议的转换 ， 将接入的所有媒体信息流均转换为采用IP协议的数据包在软交换网络中传送 。2G移动交换网主要实现话音业务的时隙交换 ， 最常用的有两种媒体网关：中继媒体网关(TMG)和信令网关(SG) 。
（1）中继媒体网关(TMG)    用于与电路交换网相连 ， 负责将电路交换网中的业务转换为软交换网中传送的IP媒体流 。用软交换设备构建的TMSC、GMSC或者MSC ， 与原有GSM网元的互通只能继续采用TDM方式承载, 而软交换TMG之间的连接 ， 则可以选择TDM承载、IP承载或者ATM承载 。中国移动的长途汇接网在各个省会城市设置了TMG ， TMG之间的话务采用IP承载 ， 通过建设独立的IP专网来满足移动长途网话音业务QoS以及安全性的需要 。而在GSM省网或者本地网引入软交换时 ， 由于初期软交换网元数量较少 ， 通常只有二三个 ， 故可以在TMG之间继续采用TDM方式承载 ， 以减少初期建网的复杂程度 。
（2）信令网关(SG)    用于与电路型交换网中的七号信令网相连 ， 将窄带七号信令转换为适于在IP网中传送的信令 。在软交换引入初期业务量不大的时候 ， 可以考虑SG与TMG合设的方式 ， 当信令业务量增大时再考虑设置独立的SG 。
如果移动软交换网建设初期只处理话音业务 ， 在全部采用TDM方式承载时也可以考虑将信令网关和软交换机合设在一起 。此时TMG通过半永久连接将信令消息直接传送至软交换机 。这种方式采用传统的TDM技术 ， 成熟性高 ， 但是需要大量的中继收敛 ， 可扩展性比较差 ， 尤其是在软交换机和媒体网关之间采用双归属时更耗费中继资源 。
三种信令网关设置方式下移动软交换结构如图1所示。

软交换技术在2G交换网中的应用

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三、软交换在GSM交换网中的优势
1． 大容量、高集成度
由于近年来设备生产商对软交换技术研发的大力投入 ， 软交换设备构造的MSC在容量和集成度方面远高于传统交换机 。表1为中兴、华为、Alcatel三个厂家软交换设备的单局容量表 。以华为公司G9软交换机为例 ， 用其构建MSC时单局最大容量180万 ， 构建TMSC、GMSC时单局最大容量为7056个E1 ， 并且达到最大容量时只需要6个机柜 ， 占仅几个平米 。而用传统交换机构建MSC时单局最大容量一般在60万左右 ， 构建TMSC、GMSC时单局最大容量200个E1左右 ， 机柜数量也在10个以上 。

表  1


2．分布式组网、设备独立升级
软交换机将传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件 ， 各个部件可以按相应的功能划分 ， 各自独立发展 。部件间的协议接口基于相应的标准 ， 有利于实现各种异构网的互通 。媒体网关可实现拉远 ， 与软交换机可分开放置 ， 使得它们各自可以独立地进行工程实施、扩容和布局 。由于业务升级远多于媒体交换能力升级 ， 而采用软交换后 ， 软交换机的数量远小于媒体网关的数量 ， 这将带来大量软件升级费用的节省 。
移动软交换分布式组网如图2所示 。对于MSC来说 ， 将媒体网关分散拉远 ， 可以更加靠近BSC ， 减少话务迂回 ， 节省传输 。对于TMSC、GMSC来说 ， 可将媒体网关分散到
不同的本地网 ， 做到话务就近接入 ， 集中控制 。
软交换技术在2G交换网中的应用

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3． 向3G过渡
到目前为止 ， 3GPP定义的WCDMA系统有R99、R4、R5和R6四个版本 。其中R6版本不涉及网络架构 ， 主要是业务研究 。涉及网络架构的是R99、R4和R5 ， 软交换技术在R4和R5网络中得到了充分的应用 。应用软交换技术后 ， R99网络中的移动交换中心（MSC）在R4网络中被分解为MSC服务器（软交换机）和媒体网关 ， 前者提供传统MSC的呼叫控制部分 ， 后者提供传统MSC的媒体交换部分 。而在R5网络中更是增加了基于软交换架构的IP多媒体（IMS）域 。
像中国移动这样有着庞大2G网络资源的移动运营商 ， 向3G网络过渡时如何充分利用和保护2G网络的投资成为首要考虑的问题之一 。传统的2G交换机与R4及以上的版本要求的电路域交换机硬件平台差距很大 ， 通常需要建3G交换机 。而利用软交换技术构造的2G交换机 ， 可以通过简单的软件升级改造成为2G/3G兼容的电路域交换机 ， 大大减少了3G网络建设的投资 ， 并且能帮助运营商及早积累软交换运行和维护方面的经验 。
4． 增强网络可靠性
在传统的2G交换网中 ， 合一的交换设备实体使得想通过设备冗余提高网络可靠性是很困难的 。应用软交换技术后 ， 可以通过设置N+1冗余软交换机的方式 ， 或者利用软交换机与媒体网关之间"双归属" 提供网络级容灾机制 ， 确保大容量交换机的可靠性 。
四、移动软交换协议的选择
国际上从事软交换相关标准制定的组织主要是IETF和ITU-T 。软交换体系架构中的主要协议种类如表2所示 。

采用M3UA协议的信令互通方式如图4所示 。M3UA协议是在信令网关上终结MTP3 ， 将MTP3和MTP3用户(如ISUP、MAP、CAP等)间的原语封装成M3UA消息在信令网关功能和软交换设备间传递 。使用M3UA协议 ， 软交换机只须具备MTP3上层的窄带协议 ， 信令网关则必须实现MTP1、2、3层功能 。由于有了MTP3层功能 ， 信令网关就不像使用M2UA协议时那样只能充当信令代理 ， 而是可以充当信令代理(信令网关和软交换共享信令点码) ， 或是以信令转接点(STP)的方式转接信令(信令网关拥有自己独立的信令点码) 。由于M3UA提供了细致的选路(如根据SI ， OPC ， CIC等)以及较完善的信令网管理消息互通(能够将信令点可达性、用户部分可达性、拥塞等状态准确在电话交换网和IP侧互通) ， 并且具备类似STP的组网能力 ， 因此M3UA适用于软交换网与移动网、智能网等复杂网络的互通 ， 并具备较大的组网灵活性 。

软交换技术在2G交换网中的应用

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采用M2PA协议的信令互通方式如图5所示 。M2PA协议是和SCTP协议一起实现MTP2的功能 。通过M2PA协议 ， 将一条SCTP在IP网的连接完全封装成一条信令链路 。而M2PA层之上的MTP3协议可以像管理一条七号信令链路一样无缝地对其进行管理 。这种方式相当于完全保留了成熟的MTP3的信令网络和信令链路管理功能对IP信令链路进行管理 ， 仅仅更换了七号信令网的承载 。使用M2PA ， 信令网关和软交换机均需具备独立的信令点编码 。
软交换技术在2G交换网中的应用

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移动软交换网中的SG ， 由于往往TMG需要与GMSC、MSC以及增值业务平台（如SCP、SMS等）设置七号信令链路 ， 如果采用M2UA或M2PA将造成软交换机上配置大量的SCTP链路 ， 且由于M3UA具有较大的灵活性 ， 因此移动软交换网通常使用M3UA协议 ，  并以信令转接点（STP）的方式转接信令（信令网关拥有自己独立的信令点码） 。
六、结束语
通过上面的论述 ， 我们可以看到 ， 在2G交换网中采用软交换将给移动运营商带来很大好处 。中继网关、信令网关是2G移动软交换机网常用的两种媒体网关 。软交换机间的BICC协议、软交换机与媒体网关间的H.248协议以及软交换机与信令网关之间SIGTRAN协议栈中的M3UA ， 是最适合当前我国2G移动网引入软交换时候采用的协议 。
参 考 文 献
1   Hyun-Jin Park, Mi-Jeong Kim . UWB communication system for home entertainment network . Consumer Electronics, IEEE Transactions ,  May 2003
2  Porcino D., Hirt, W. .Ultra-wideband radio technology: potential and challenges ahead. Communications Magazine, IEEE , July 2003
【软交换技术在2G交换网中的应用】3  Aiello, G.R.; Rogerson, G.D. . Ultra-wideband wireless systems . Microwave Magazine, IEEE , June 2003

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