哈工大電信學院移動軟交換網(wǎng)絡報告

1、Harbin Institute of Technology移動軟交換網(wǎng)絡課程名稱： 交換技術 注：本報告僅供參考 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 哈爾濱工業(yè)大學 2016年 4月 軟交換技術在移動通信的發(fā)展中越來越適應時代的需求，并對通信網(wǎng)絡深入市場、深入現(xiàn)代化有重要意義。軟交換技術所具有的開放體系架構、快速開展新業(yè)務的能力、高度集中的硬件設備，以及高可靠性的安全和備份方案，已成為未來核心網(wǎng)的發(fā)展方向，也是下一代移動通信網(wǎng)絡解決方案的焦點之一。它具有多種功能，如業(yè)務提供功能、業(yè)務交換功能、操作維護功能、計費功能等，相比較傳統(tǒng)的電路交換系統(tǒng)，軟交換的優(yōu)勢突出它可以向用戶提供更加靈活、

2、多樣的現(xiàn)有業(yè)務和新增業(yè)務，以及提供給用戶更加個性化的服務。作為核心網(wǎng)的一種技術，軟交換不僅可以應用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡、3G網(wǎng)絡，對于未來的移動網(wǎng)絡，也有廣泛的應用前景?！娟P鍵詞】：軟件換 下一代網(wǎng)絡 移動網(wǎng)絡 R41.軟交換綜述1.1 軟交換介紹根據(jù)我國信息產業(yè)部電信傳輸研究所對軟交換定義如下：“軟交換是網(wǎng)絡演進以及下一代分組網(wǎng)絡的核心設備之一，它獨立于傳送網(wǎng)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”。軟交換在下一代網(wǎng)絡(NGN)分層結構中位于控制層面的位置。軟交換作為 NGN的關鍵技術，最

3、基本的應用就是基于分組交換技術的語音業(yè)務電信級解決方案。它是多種邏輯功能實體的集合，提供綜合業(yè)務的呼叫控制以及部分業(yè)務功能，實現(xiàn)傳統(tǒng)SPC交換機的“呼叫控制”功能。同時軟交換也是下一代電信網(wǎng)中語音、數(shù)據(jù)、視頻業(yè)務的呼叫控制、業(yè)務提供的核心設備，是目前電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)演進的主要設備之一。1.2軟交換系統(tǒng)特點及體系結構軟交換系統(tǒng)特點有，開放的網(wǎng)絡體系結構、強大的業(yè)務提供能力、多樣化的媒體接入手段、統(tǒng)一的分組交換技術、基于策略的網(wǎng)絡管理機制以及設備占地少、便于靈活部署。軟交換的體系結構由四個層構成，它們是邊緣接入層、核心傳送層、控制層和業(yè)務應用層。(1).邊緣接入層利用網(wǎng)關設備負責將各種不同網(wǎng)絡和

4、終端設備接入軟交換網(wǎng)絡，集中各種業(yè)務，利用公共的分組傳送平臺進行信息傳送。(2).核心傳送層實際上就是軟交換網(wǎng)的承載網(wǎng)絡。(3).控制層的實體就是軟交換設備，主要負責對通過邊緣接入層MG接入的業(yè)務及MG之間的通信進行控制，完成呼叫控制、選路、認證、資源管理等功能，即完成呼叫建立和釋放。(4).業(yè)務應用層向最終用戶提供各種增值業(yè)務，完成業(yè)務提供和網(wǎng)絡管理等功能，包括存儲用戶簽約信息、確定用戶的業(yè)務權限等。2. R4軟交換技術軟交換設備應用于移動領域，除了具有固定領域的功能外，還應該具有與移動管理相關的功能，支持和移動終端、歸屬位置寄存器(HLR)、鑒權中心、短消息中心、移動媒體網(wǎng)關(MGW)、信

5、令網(wǎng)關(SGW)以及移動智能網(wǎng)的SCF等的接口2。通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)的R4與固定網(wǎng)引入軟交換技術的思路是完全一致。UMTS R4階段，WCDMA/TD-SCDMA系統(tǒng)的核心網(wǎng)絡仍然分為電路域和分組域兩個部分，其中電路域移動交換中心(MSC)基于軟交換技術的思想體系，將MSC的功能由移動交換服務器(MSC server)和媒體網(wǎng)關(MG)兩個功能實體來實現(xiàn)，MSC server完成呼叫控制和移動性管理功能，而MG完成媒體流的處理功能。這種體系架構與VoIP網(wǎng)絡將傳統(tǒng)的4類和5類電路交換機分離為媒體網(wǎng)關與軟交換設備類似。MG和MSC server之間是標準協(xié)議，R4階段組網(wǎng)思想是下一代網(wǎng)

6、絡的思想，R4階段的MSC server是一種軟交換設備。2.1 支持移動業(yè)務的軟交換體系結構支持移動業(yè)務的下一代網(wǎng)絡系統(tǒng)仍遵循開放的四層體系結構。下一代分組網(wǎng)是由業(yè)務平面、控制平面、接入平面、傳送平面等多個平面組成，其中控制平面主要完成各種呼叫控制，并負責相應業(yè)務處理信息的傳送。軟交換設備是下一代分組網(wǎng)絡核心設備之一，因此它在下一代分組網(wǎng)絡分層結構中位于控制層面中。在之前的3GPP的3種制式中，WCDMA在全球的應用最為廣泛，而WCDMA R4版本是GSM網(wǎng)絡向3G演進的可行網(wǎng)絡架構。并且在2G向3G過渡時，也有用WCDMA R4版本的軟交換設備來取代傳統(tǒng)的2G交換機。2.2 R4軟交換設備

7、R4在核心網(wǎng)電路域引入IP寬帶承載，從傳統(tǒng)電路交換向分組數(shù)據(jù)交換轉變，形成以IP core為基礎的電信網(wǎng)絡新框架，是傳統(tǒng)網(wǎng)絡向NGN演進的必經之路3。在WCDMA網(wǎng)絡演進的幾個階段中，R4階段會使電路域核心網(wǎng)的結構發(fā)生重大的轉變，即從傳統(tǒng)的電路交換組網(wǎng)方式向控制和承載相分離的軟交換組網(wǎng)方式轉變。軟交換是下一代網(wǎng)絡的核心技術，是固網(wǎng)和移動網(wǎng)共用的技術之一，其核心內容是使控制和承載相分離。3GPP需在R4階段引入軟交換技術，即在電路域核心網(wǎng)中將傳統(tǒng)的電路域交換機MSC/ GMSC (交換業(yè)務中心/ 關口交換業(yè)務中心) 的功能按照軟交換的結構分成MSC/GMSC SERVER (MSC/GMSC服務

8、)和MGW(媒體網(wǎng)關)兩部分。其中，MSC/GMSC SERVER完成呼叫控制和移動性管理MGW完成對媒體流的處理，兩個功能實體之間通過標準協(xié)議進行通信。R4電路域軟交換設備的組成如圖1所示。圖中，MSC SERVER1控制MGW1和MGW2，MSC SERVER2 控制MGW3，它們之間采用IP 承載網(wǎng)互聯(lián)，相關網(wǎng)元之間的接口類型、承載方式及通信協(xié)議是：（1）MSC SERVER 之間為Nc接口，采用基于IP承載的BICC協(xié)議通信（2）MSC SERVER 與MGW之間為Mc接口，MSC SERVER通過基于I P 承載的開放的H.248協(xié)議傳遞信令消息和實現(xiàn)對MGW的控制和管理（3）MGW

9、之間為Nb接口，通過IP網(wǎng)承載的RTP/RTCP/UDP/IP協(xié)議棧進行通信。圖1. 軟交換設備的組成（華為協(xié)議介紹）2.3 R4軟交換設備的優(yōu)點在GSM網(wǎng)絡核心網(wǎng)建設的過程中引入R4軟交換設備，既能滿足當前業(yè)務發(fā)展的需要，又為后來通信新時代的到來積累工程建設和運行維護的經驗，節(jié)省了投資，為以后移動通信技術處于主動地位和繼續(xù)保持領先優(yōu)勢的正確選擇。注：R4于2010年3月完成定稿版本。3. 移動軟交換技術工作原理此處僅給出移動軟交換作為GMSC，VMSC的例子來說明移動軟交換技術的工作原理。3.1移動軟交換位于GMSC移動軟交換設備用作GMSC，疏通移動用戶與其它網(wǎng)之間的通信業(yè)務。移動用戶作被

10、叫時，能夠根據(jù)號碼簿號碼查詢移動用戶的實際位置，獲取臨時號碼后接續(xù)至VMSC。移動媒體網(wǎng)關位于移動本地網(wǎng)的VMSC 和分組交換網(wǎng)之間，用來終結VMSC 到GMSC 的局間中繼電路。3.2移動軟交換位于VMSC移動軟交換設備用作VMSC，作為移動用戶拜訪網(wǎng)絡的接入點，對區(qū)域內的合法用戶完成來話與去話的呼叫處理。根據(jù)用戶的簽約信息提供其適合的業(yè)務。圖中左側移動媒體網(wǎng)關位于移動網(wǎng)的基站子系統(tǒng)和分組交換網(wǎng)之間，為移動用戶提供業(yè)務接入；右側移動中繼媒體網(wǎng)關位于分組交換網(wǎng)和PLMN 之間，終結VMSC 與PLMN 的局間中繼電路，包括局間用于切換的中繼電路。4.下一代移動軟交換技術4.1下一代移動核心網(wǎng)絡

11、的網(wǎng)管基于軟交換的移動核心網(wǎng)的網(wǎng)管分為操作維護中心(OMC)和集中網(wǎng)管兩個層次。操作維護中心處于TMN定義的網(wǎng)元管理層，完成被管設備的配置管理、故障管理、性能管理和安全管理功能；提供網(wǎng)絡運行的跟蹤、監(jiān)控、分析和管理維護；通過接口向運營商的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)(NMS)提供配置、告警和性能管理能力。集中網(wǎng)管完成集中的拓撲管理、集中的故障管理、集中的性能管理和集中的報表系統(tǒng)等管理功能以及其他一些業(yè)務相關的管理功能，向上級網(wǎng)管系統(tǒng)(NMS)提供接口4。4.2 下一代移動核心網(wǎng)絡的演進軟交換在移動網(wǎng)中的引入也是分步驟發(fā)展的。首先提供的是匯接(Tandem)的功能，在這種情況下它與固定軟交換、媒體網(wǎng)關應用模式基

12、本一樣，主要解決移動網(wǎng)與固定網(wǎng)之間的IP互通；其次充當關口移動交換中心(GMSC)角色，軟交換的地位相當于GMSC，具有移動性概念和歸屬位置寄存器(HLR)一起通過MAP/IS41接口，定位移動用戶，支持新的移動性業(yè)務；最后擔當虛擬移動交換中心(VM-SC)，在VMSC中提供軟交換的功能。4.3下一代移動核心網(wǎng)業(yè)務移動軟交換既可通過傳統(tǒng)的智能網(wǎng)方式來提供業(yè)務，即移動交換中心服務器充當業(yè)務交換點，提供呼叫控制功能、業(yè)務交換功能和專用資源功能，也可以通過IMS系統(tǒng)來提供業(yè)務，后者又可分為通過開放式業(yè)務架構來提供業(yè)務以及通過SIP、呼叫處理語言服務器來提供業(yè)務。經過與固定網(wǎng)絡的融合，比如與基礎承載網(wǎng)

13、的融合，與業(yè)務提供的融合以及與物理設備的融合，下一代移動核心網(wǎng)便可以開始提供多種業(yè)務。下一代移動核心網(wǎng)絡的業(yè)務有：電信業(yè)務、承載業(yè)務、補充業(yè)務、智能業(yè)務、SIP補充業(yè)務、移動軟交換和固定軟交換融合的業(yè)務、通過第三方提供的業(yè)務。5.總結在移動核心網(wǎng)中引入軟交換思想可以降低設備成本與運營、維護成本，且易于開發(fā)新的業(yè)務。相關的技術標準的逐漸完善及產品與業(yè)務日益成熟為移動軟交換技術的發(fā)展奠定了良好基礎。但目前在移動核心網(wǎng)演進過程中需要制訂合理的步驟并解決好一些關鍵問題，才能推進目前的移動核心網(wǎng)向下一代網(wǎng)絡的良性發(fā)展。移動軟交換技術缺點包括：需要考慮系統(tǒng)運行平臺安全、數(shù)據(jù)安全以及內容安全；如何將各種接入方式統(tǒng)一到軟交換，完善網(wǎng)絡的分級備份、可靠性、組網(wǎng)方式，并防止非法分流和漫游等。這已經成為軟交換技術向全網(wǎng)普及的最大障礙。雖然移動軟交換網(wǎng)絡擁有許多傳統(tǒng)移動通