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廣東省電信有限公司科學技術研究院     劉艷

一、概述
    下一代網絡是集話音、數據和多媒體業務于一體的全新網絡。它基于軟交換技術和IP技術構建出分層開放的體系架構。運營商可以在業務的驅動下利用這個開放的體系架構靈活實現自己的網絡解決方案，并通過業務和網絡的不斷融合提高企業的競爭能力。
    第三代移動網絡是移動通信領域的下一代網絡。在這個網絡的發展中，軟交換技術和IP技術得到充分體現。本文主要介紹軟交換在3G核心網絡組網上的應用，而不涉及其中的具體協議和接口問題。

二、軟交換的體系結構
    在軟交換構建的開放體系架構中，通過呼叫控制與媒體交換/承載的分離，實現了開放的分層架構，各層次網絡單元通過標準協議互通，可以各自獨立演進，以適應未來技術的發展。軟交換主要包含兩個層次：
    · 媒體網關層：根據組網的位置可分為接入媒體網關（提供接入適配功能）、中繼媒體網關（提供與其他網絡互通的媒體流轉換功能）、資源媒體網關（提供特定媒體資源）。
    · 呼叫控制層：由信令網關（提供中繼信令SS7在IP網上的傳輸適配功能）和呼叫控制服務器（通過與信令網關和媒體網關的配合實現呼叫的建立、維持和釋放控制功能）。

三、軟交換在3G核心網中的應用
    主流的3G制式有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三種。在這三種制式中，WCDMA和TD-SCDMA的標準由標準組織3GPP制定，CDMA2000的標準由標準組織3GPP2制定。由于WCDMA/TD-SCDMA共用同一核心網，核心網的網絡結構和演進代表了3G核心網絡的發展，我們就以這個核心網為例介紹軟交換在3G核心網絡中的應用。
    到目前為止，3GPP定義的WCDMA系統有R99、R4、R5和R6四個版本。其中R6版本不涉及網絡架構，主要是業務研究。涉及網絡架構的是R99、R4和R5，在這三個版本中，由于涉及軟交換應用的是核心網電路域，所以我們只給出電路域部分的網絡結構圖。
    圖1   R99核心網電路域結構
    圖2   R4核心網電路域結構
    圖3  R5核心網電路域結構
    在上圖中，我們可以看到，軟交換技術在R4和R5網絡中得到了充分的應用。應用軟交換技術后，R99網絡中的移動交換中心（MSC）在R4網絡中被分解為MSC服務器（軟交換機）和媒體網關，前者提供傳統MSC的呼叫控制部分，后者提供傳統MSC的媒體交換部分。而在R5網絡中更是增加了基于軟交換架構的IP多媒體（IMS）域。實體包括：CSCF（呼叫控制服務器）、MGCF（媒體網關控制服務器）、IM-MGW（IP 多媒體網關,上圖中CS-MGW在功能上代替了IM-MGW）、MRFC（多媒體資源功能控制器）和MRFP（多媒體資源功能處理器）。
    值得注意的是，雖然R99采用了傳統的網絡架構，但在實現的時候，考慮到未來的演進，很多廠家在符合R99接口協議和支持TDM組網的前提下提供了用MSC服務器和媒體網關實現R99組網的PRE-R4解決方案，如下圖：
    圖4  R99組網的PRE-R4解決方案

四、軟交換在3G核心網中的優勢
    1．分布式組網節省投資成本
    傳統電路交換網利用集中的MSC在RAN和PSTN之間完成話音交換，存在布點多，運行成本和運維人員成本高的問題。運營商為解決這個問題，大多建設大型、集中的MSC，其代價是要建設來自各城市RAN的回程話音電路。由于多數呼叫是本地的，這就造成電路迂回，從本地RAN到MSC，又從MSC到本地PSTN，如圖5左所示。圖5右所示的是基于軟交換的體系結構，它由集中的MSC服務器/軟交換機與分布的媒體網關組成，網關可以布設在提供最大價值的地方，復雜的呼叫控制被集中在一起。這樣，運營商可以明顯降低建設成本。
    圖5  傳統集中交換控制與分布交換集中控制的比較
    2． 設備獨立升級
    在R99中，由于MSC是單個網元，無論是業務功能升級/部署還是媒體交換能力升級都需要升級MSC。而在軟交換的R4架構中，媒體網關和業務服務器的分離使得它們各自可以獨立的進行工程實施、擴容和布局。 由于業務升級遠多于媒體交換能力升級，而采用軟交換后，R4中的業務服務器數量遠小于媒體網關的數量，這將帶來大量軟件升級費用的節省。
    3． 通過軟交換利用基于IP的服務平臺來開放業務
    在WCDMA的R5階段，IP多媒體域采用SIP呼叫協議，使得運營商可以借助基于IP的應用服務器向用戶提供更靈活和更豐富的業務。
    4． 引入競爭
    在3G組網中，如果采用軟交換的架構，就可以很好的將具有獨到技術優勢的專業公司引入到設備的競爭中來，如可以將微軟在軟件方面的優勢引入業務服務器設備領域，將Intel在硬件方面的優勢引入媒體網關設備領域。這對于提高設備性能，降低運營商建網成本，促進業務發展具有重大意義。
    5． 增強網絡可靠性
    在實際網絡運營中，有這樣的矛盾：軟件的故障遠多于硬件的故障；硬件成本又遠大于軟件成本；軟件故障的影響遠大于硬件故障的影響。在R99組網中，合一的設備實體使得想通過設備冗余提高網絡可靠性是不可能的。應用軟交換技術后，可以通過設置N+1冗余業務服務器的方式低成本的提高網絡的可靠性。如下圖：
    圖6   軟交換技術組網中的冗余備份方式

六、結束語
    通過上面的論述，我們可以看到在3G核心網中采用軟交換將給無線運營商帶來很大好處。從業界情況看，國外已有固網運營商在商用中大規模采用軟交換技術，更多的固定/移動運營商在試驗軟交換技術。3G方面，現在R4協議已經基本穩定，愛立信、諾基亞和華為等公司已經推出支持R4的商用軟交換設備，相信隨著3G應用的推遲，軟交換技術/設備的成熟，跨過R99直接采用軟交換的R4架構建設3G核心網將給運營商帶來更多好處。