向3G 演進的軟交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

1、向 3G 演進的軟交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計郭東亮 廣州杰賽通信規(guī)劃設(shè)計院【 摘要 】 文章基于目前業(yè)界對軟交換的認識,結(jié)合以往設(shè)計經(jīng)驗和 3G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢,將 軟交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與其分布式結(jié)構(gòu)及 IP 網(wǎng)特性相匹配,探討了軟交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的相關(guān)問題。1 3G核心網(wǎng)引入移動軟交換3G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)向 NGN 演進的大背景下進行的,演進趨勢是:(1適應(yīng)因特網(wǎng)的需求隨著因特網(wǎng)自 20世紀九十年代至今的迅猛普及,極大地改變了人們的生活,若 3G 不 適應(yīng)因特網(wǎng)的需求, 成為移動上網(wǎng)的平臺, 那么其前景可能是暗淡的, 這一趨勢驅(qū)使網(wǎng)絡(luò)向 全 IP (All-IP 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進。(2網(wǎng)絡(luò)的融合融合是目前網(wǎng)絡(luò)發(fā)展

2、的主題,軟交換技術(shù)是這一融合大趨勢的技術(shù)基礎(chǔ)之一。 NGN 可 分解為 4個功能層面:業(yè)務(wù)和應(yīng)用層面、控制層、傳送層、接入層,而軟交換位于控制層。1.1 3GPP電路域核心網(wǎng)3GPP R4電路域引入了基于軟交換架構(gòu)的分層結(jié)構(gòu), 將呼叫控制與承載層相分離。 承載 層 MGW 負責為用戶數(shù)據(jù)提供傳送手段(承載信道 ;控制層 MSC 服務(wù)器負責提供原 MSC 中的呼叫控制、 移動性管理、 計費等功能。 (G MSC 被兩個獨立的功能實體 (G MSC Server和媒體網(wǎng)關(guān)(MGW , Media Gateway替代, HLR 也可以被替換為歸屬用戶服務(wù)器(HSS , Home Subscriber

3、 Server 。R5協(xié)議引入了 IP 多媒體子系統(tǒng), 簡稱 IMS 。 IMS 疊加在分組域網(wǎng)絡(luò)之上, 由 CSCF (呼 叫狀態(tài)控制功能、 MGCF (媒體網(wǎng)關(guān)控制功能、 MRF (媒體資源功能和 HSS (歸屬簽 約用戶服務(wù)器等功能實體組成。 IMS 負責完成移動終端的所有基于 IP 的業(yè)務(wù),包括語音、 含數(shù)據(jù)及語音的無線實時業(yè)務(wù)等。1.23GPP2電路域核心網(wǎng)3GPP2定義的下一代核心網(wǎng)包括 LMSD 和 MMD 兩部分, 其中 LMSD 對應(yīng)軟交換結(jié)構(gòu),MMD 對應(yīng) 3GPP 定義的全 IP 網(wǎng)絡(luò)。1.3 可實現(xiàn)的業(yè)務(wù)軟交換具有清晰的分層結(jié)構(gòu)模型, 提供統(tǒng)一開放的業(yè)務(wù)平臺, 利于新業(yè)

4、務(wù)的實現(xiàn), 軟交 換網(wǎng)絡(luò)可提供的業(yè)務(wù)除了 PSTN 的基本業(yè)務(wù)、 補充業(yè)務(wù)、 智能網(wǎng)業(yè)務(wù)外, 還可提供多媒體業(yè) 務(wù)、 與因特網(wǎng)應(yīng)用結(jié)合的業(yè)務(wù), 以及通過對第三方提供開放的標準業(yè)務(wù)接口而為運營商提供 新業(yè)務(wù)。PSTN 受到終端和帶寬的同時限制,無法提供在軟交換網(wǎng)絡(luò)中可以輕松實現(xiàn)的業(yè)務(wù), 另外由于軟交換網(wǎng)絡(luò)本身基于寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),將 PSTN 中的語音業(yè)務(wù)以 IP 語音業(yè)務(wù)方式實 現(xiàn),有效降低了話費。2 軟交換與傳統(tǒng)交換的差別電路交換是一條物理鏈路對應(yīng)一個連接, 而軟交換本身是建立在因特網(wǎng)基礎(chǔ)上的, 一條 物理鏈路對應(yīng)多條虛連接,軟交換的思想為:(1控制功能與交換功能分開,在不同的網(wǎng)元中實施,各網(wǎng)元

5、獨立發(fā)展;(2軟件實現(xiàn)控制功能;(3各網(wǎng)絡(luò)實體(節(jié)點通過標準協(xié)議進行連接和通信;(4網(wǎng)絡(luò)功能分層,網(wǎng)元分布式部署。對于移動網(wǎng),其核心網(wǎng)軟交換示意如圖 1所示: 圖 1 移動軟交換示意從邏輯上分離之后, MGW 與 MSC 服務(wù)器將不一定存在具體的對應(yīng)關(guān)系,這就可以使 傳送資源的調(diào)配變得更靈活高效。傳統(tǒng)電路交換和軟交換的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 2所示, 傳統(tǒng)的電路交換將控制和交換功能均集中于 MSC , 而軟交換僅將控制功能集中于 MSC-Server , 交換功能則分布于媒體網(wǎng)關(guān) MGW 。 傳統(tǒng)電路交換基于 TDM 交換技術(shù)實現(xiàn)交換,而軟交換則基于 IP 分組網(wǎng)實現(xiàn)交換。 圖 2 傳統(tǒng)電路交換與軟交換

6、3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的關(guān)鍵點3.1 發(fā)揮經(jīng)濟性優(yōu)勢電信市場日益激烈的競爭使運營商在尋找市場機遇和更新的商業(yè)模式之余, 還需不斷尋 找可利用的新技術(shù)降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、 維護、 新業(yè)務(wù)開發(fā)的成本, 而這恰是軟交換技術(shù)的優(yōu)勢所 在, 據(jù)估計, 軟交換的綜合運營成本相對 PSTN 減低 50%, 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計應(yīng)發(fā)揮出其成本效率優(yōu) 勢。(1簡化網(wǎng)絡(luò)層次。傳統(tǒng)電路交換機將交換硬件、呼叫控制和業(yè)務(wù)應(yīng)用功能結(jié)合進單 個交換機,形成垂直集成的封閉結(jié)構(gòu),軟交換則采用橫向組合模式,將功能接口打開,采用 開放接口和通用協(xié)議,便于最佳設(shè)備組合,建網(wǎng)成本低,升級容易。簡化網(wǎng)絡(luò)層次,減少交 換機中繼互聯(lián)的復雜性很重要。(2網(wǎng)絡(luò)設(shè)計應(yīng)提供網(wǎng)

7、絡(luò)級資源冗余,包括 MSC-S 和 MGW 的冗余,共享控制服務(wù) 器和媒體網(wǎng)關(guān)資源池, “池”的概念是指節(jié)點被加入網(wǎng)絡(luò)中而不需對網(wǎng)元進行重新配置。網(wǎng) 絡(luò)級資源冗余提供更靈活的網(wǎng)元選擇和業(yè)務(wù)路由, 使得網(wǎng)絡(luò)維護不中斷網(wǎng)絡(luò)的工作, 保證業(yè) 務(wù)連貫性。(3考慮 2G 向 3G 的演進,以 GSM 向 WCDMA 演進為例,所有服務(wù)器和媒體網(wǎng)關(guān) 均應(yīng)同時支持 GSM 和 WCDMA 業(yè)務(wù),支持標準網(wǎng)絡(luò)接口,便于網(wǎng)間切換,語音業(yè)務(wù)和數(shù) 據(jù)業(yè)務(wù)可以共有一個核心網(wǎng),運營商不需建兩個獨立的核心網(wǎng)?；谕卉浗粨Q核心網(wǎng),GSM 和 WCDMA 共享控制服務(wù)器和媒體網(wǎng)關(guān)資源池, 不需要對兩網(wǎng)的業(yè)務(wù)分流作預測, 相

8、 對傳統(tǒng)電路核心網(wǎng)設(shè)計簡化了業(yè)務(wù)預測, 尤其適合用戶行為和業(yè)務(wù)分布快速變化以及不可預 測的情況。(4由于軟交換的分布式架構(gòu)體系,在用戶相對分散、密度低的業(yè)務(wù)區(qū),軟交換具有 優(yōu)勢,網(wǎng)絡(luò)建設(shè)可以從簡潔的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建起,隨著需求的驅(qū)動,逐步增加網(wǎng)元部署,獲得經(jīng) 濟上的及時的投資回報。(5 MSC 服務(wù)器選址考慮靠近維護中心,節(jié)省運維成本。(6充分利用現(xiàn)有傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)的 MSC ,對其作適當升級改造作為 MSC-S ,保護 已有投資,平滑過渡。(7降低站址租賃費用。傳統(tǒng)集中式 MSC 需要占大的機房和消耗大量能源,軟交換 “分布式”的好處是設(shè)備獨立發(fā)展,各獨立設(shè)備可以采用新技術(shù)集成,占空間更小,能耗更

9、 小, 從網(wǎng)絡(luò)設(shè)計角度分布式系統(tǒng)可以更靈活地對網(wǎng)元選址, 為降低成本可以租賃租金較低的 機房。3.2 呼叫與承載分離帶來的問題(1安全問題及解決軟交換選擇了 IP 網(wǎng)作為承載網(wǎng),其特征為開放性,所以安全問題尤為突出,具體包括 媒體網(wǎng)關(guān)、 軟交換機、 應(yīng)用服務(wù)器會受到互聯(lián)網(wǎng)用戶的攻擊, 必須采用安全策略以保證軟交 換網(wǎng)絡(luò)的安全。主要策略有:邊界隔離:媒體網(wǎng)關(guān)、 MSC 服務(wù)器需配備專用隔離設(shè)備,如網(wǎng)關(guān)、防火墻,達到隔 離效果。數(shù)據(jù)加密:應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)層和用戶層兩層實現(xiàn), 網(wǎng)絡(luò)層保證子網(wǎng)間安全, 子網(wǎng)間密鑰共享, 用戶層為用戶與服務(wù)器間密鑰共享。訪問控制:保證用戶的合法性,可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和業(yè)務(wù)需求靈活

10、設(shè)定認證服務(wù)器, 比如設(shè)立集中認證服務(wù)器統(tǒng)一認證用戶身份或按子網(wǎng)設(shè)分布式認證。登錄記錄:確定 MSC-S 、 MGW 等主機設(shè)備的安全規(guī)格,對用戶在網(wǎng)絡(luò)中的操作作 相應(yīng)記錄,以便有據(jù)可查。注意設(shè)計機房的安全防盜設(shè)施,制定出入人員的管理規(guī)范。(2服務(wù)質(zhì)量及解決由于控制和承載分離, 非正常情況下若軟交換和網(wǎng)關(guān)之間的連接丟失, 會造成控制層呼叫和承載層連接的不一致, 這種技術(shù)上的風險在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中應(yīng)予以考慮。 在必要的情況下采 用控制與承載不分離的方案以保證服務(wù)質(zhì)量,即“分離不分離”的混合網(wǎng)絡(luò),分離保留下 一代網(wǎng)的演進特性, 不分離是針對網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性采取的保守措施。 實際網(wǎng)絡(luò)設(shè)計應(yīng)靈活處理, 不拘泥于軟交換本身的特征。3.3 軟交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計理念(1集中與分布的“度”傳統(tǒng)交換采用集中式交換, 軟交換采用分布式交換, 然而, 集中和分布應(yīng)是各有優(yōu)缺點 的:集中便于管理,但資源使用效率低、不便開發(fā)新業(yè)務(wù);分布資源使用效率高、便于開發(fā) 新業(yè)務(wù), 但不便于集中管理, 軟交換網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中應(yīng)注意網(wǎng)元過度分散可能會抵消其獲得的 諸多好處。(2技術(shù)可行性與經(jīng)濟可行性網(wǎng)絡(luò)設(shè)計可行性主要包括兩個方面:技術(shù)可行性和經(jīng)濟可行性。 對于軟交換網(wǎng)絡(luò), 分布 式交換 /控制實際上相對