論軟交換基礎(chǔ)上的WCDMA網(wǎng)絡(luò)

摘要下一代網(wǎng)絡(luò)是開(kāi)放、多業(yè)務(wù)承載的網(wǎng)絡(luò)，軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，它使3G向具有融合多媒體業(yè)務(wù)能力的全I(xiàn)P分組網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展；伴隨著WCDMA網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，在軟交換基礎(chǔ)上構(gòu)建WCDMA網(wǎng)絡(luò)變得越來(lái)越重要。文章闡述了軟交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并且簡(jiǎn)單地介紹了3G，在這些基礎(chǔ)之上討論了如何在軟交換環(huán)境中實(shí)現(xiàn)WCDMA網(wǎng)絡(luò)。

隨著通信業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)從承載單一業(yè)務(wù)的獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)向承載多種業(yè)務(wù)的統(tǒng)一的下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）的方向發(fā)展。下一代網(wǎng)絡(luò)要求能承載多種業(yè)務(wù)、采用開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活并易于擴(kuò)充。軟交換技術(shù)作為業(yè)務(wù)/控制與傳送/接入分離思想的體現(xiàn)，是下一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵技術(shù)，它獨(dú)立于傳送網(wǎng)絡(luò)，主要完成呼叫控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認(rèn)證、計(jì)費(fèi)等主要功能，同時(shí)可以向用戶提供現(xiàn)有電路交換機(jī)所能提供的所有業(yè)務(wù)，并向第三方提供可編程能力。目前正積極進(jìn)行3G核心網(wǎng)技術(shù)研究，其最終目標(biāo)是具有融合多媒體業(yè)務(wù)能力的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)。在這方面，3GPP發(fā)揮了很大的作用，提出了軟交換技術(shù)為基礎(chǔ)的IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）結(jié)構(gòu)，另外，WCDMA的快速發(fā)展和價(jià)格的下降，使得軟交換與WCDMA互聯(lián)越來(lái)越重要。3G與WCDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)充分體現(xiàn)了軟交換技術(shù)在下一代組網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，本文就基于這種觀點(diǎn)展開(kāi)討論。

一、軟交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖1給出軟交換網(wǎng)絡(luò)的一般分層結(jié)構(gòu)。其中，接入層支持各種類型的終端，相當(dāng)于軟交換網(wǎng)絡(luò)的用戶—網(wǎng)絡(luò)接口功能，傳送層負(fù)責(zé)通信媒體信息的端到端傳遞，對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的下3層功能。控制層負(fù)責(zé)呼叫控制，對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的會(huì)話層功能。該層的主要設(shè)備就是軟交換系統(tǒng)（SSW），其地位相當(dāng)于傳統(tǒng)通信網(wǎng)中的交換機(jī)，是網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，業(yè)務(wù)層基于下層網(wǎng)絡(luò)的能力提供增值業(yè)務(wù)，對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層功能。

圖1 軟交換網(wǎng)絡(luò)的一般結(jié)構(gòu)

二、WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem通用移動(dòng)通信系統(tǒng)）是采用WCDMA空中接口技術(shù)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，通常也把UMTS系統(tǒng)稱為WCDMA通信系統(tǒng)。

UMTS系統(tǒng)采用了與第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)類似的結(jié)構(gòu)包括RAN（無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)）和CN（核心網(wǎng)絡(luò)），其中RAN處理所有與無(wú)線有關(guān)的功能，其中網(wǎng)元種類較少，主要包括BTS和RNC兩種。BTS與GSM系統(tǒng)中的基站相同，是無(wú)線信號(hào)收發(fā)的基本單元，它可以支持WCDMA的編碼方式。RNC（無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器）的功能相當(dāng)于GSM系統(tǒng)中BSC與GPRS的PCU兩者的結(jié)合，它承擔(dān)無(wú)線資源管理、BTS控制以及切換管理等功能。而CN處理UMTS系統(tǒng)內(nèi)所有的話音呼叫和數(shù)據(jù)連接并實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的交換和路由功能。CN從邏輯上分為CS（電路交換域）和PS（分組交換域），UTRAN（UMTS的陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò)）、CN與UE（用戶設(shè)備）一起構(gòu)成了整個(gè)UMTS系統(tǒng)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 UMTS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從3GPPR99（3GPPTS23.002 V3.4.0，2000-12）標(biāo)準(zhǔn)的角度來(lái)看，UE和UTRAN由全新的協(xié)議構(gòu)成，其設(shè)計(jì)基于WCDMA無(wú)線技術(shù)，而CN則采用了GSM/GPRS的定義，這樣可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的平滑過(guò)渡，此外在第三代網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初期可以實(shí)現(xiàn)全球漫游。

三、3G簡(jiǎn)單介紹

3G標(biāo)準(zhǔn)組織主要由3GPP、3GPP2組成，以CDMA碼分多址技術(shù)為核心。

3G網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)通信發(fā)展的方向，它的一個(gè)重要目標(biāo)就是以VoIP方式提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)以及多樣化的多媒體業(yè)務(wù)，并實(shí)現(xiàn)3G核心承載網(wǎng)絡(luò)與IP網(wǎng)的融合統(tǒng)一。

3G網(wǎng)絡(luò)作為NGN的一部分，其體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展演進(jìn)也受到軟交換技術(shù)的影響，由于其核心網(wǎng)采用全I(xiàn)P方式進(jìn)行承載，從而保證了3G的全I(xiàn)P核心網(wǎng)能夠與NGN核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有效的融合和互通，按照軟交換網(wǎng)絡(luò)功能分層的模型，3G網(wǎng)絡(luò)也可以分為4個(gè)層面，即接入層、傳送層、控制層和業(yè)務(wù)層，另外，3G核心網(wǎng)有效實(shí)現(xiàn)了控制、承載、業(yè)務(wù)三者的分離。

四、基于IP的WCDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

圖3 WCDMA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖3給出一個(gè)基于電路交換域中的完全的WCDMA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。SGSN/GGSN（服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)/網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）通過(guò)IP將來(lái)自RAN的信令傳遞到MMCS/MMAS（多媒體服務(wù)器呼叫服務(wù)器/應(yīng)用服務(wù)器），它們提供了與MSC（移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心）服務(wù)器相同的功能。MGC（媒體網(wǎng)關(guān)控制器）執(zhí)行通過(guò)SG（信令網(wǎng)關(guān)）與PSTN或傳統(tǒng)PLMN的信令。來(lái)自RAN的媒體以RTP包的形式通過(guò)SGSN/GGSN傳遞到MG（媒體網(wǎng)關(guān)）。并且，被MSC服務(wù)器控制的MS（媒體服務(wù)器）能夠提供簡(jiǎn)單的廣播，以及對(duì)傳遞增值服務(wù)的應(yīng)用服務(wù)器的控制，例如，語(yǔ)音信息、即按即說(shuō)和召開(kāi)會(huì)議。在以上網(wǎng)絡(luò)中，通常協(xié)議使用情況為：媒體和信令網(wǎng)關(guān)與MSC服務(wù)器之間使用H.248協(xié)議，媒體服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器之間使用SIP協(xié)議，MSC服務(wù)器和GMSC之間使用SIP/SIP-T/H.323/BICC協(xié)議，VLR和HLR及GMSC和信令網(wǎng)關(guān)之間使用SIGTRAN協(xié)議，信令網(wǎng)關(guān)和PSTN/PLMN之間使用SS7/BICC協(xié)議。相關(guān)協(xié)議解釋如下：

SIP（會(huì)話初始化協(xié)議）是IETF制定的多媒體通信系統(tǒng)框架協(xié)議之一，它是一個(gè)基于文本的應(yīng)用層控制協(xié)議，獨(dú)立于底層協(xié)議，用來(lái)創(chuàng)建、修改和終結(jié)雙方或多方參與的會(huì)話過(guò)程，其可應(yīng)用于基于IP網(wǎng)絡(luò)的交互式多媒體通信，屬于帶外信令。SIP協(xié)議借鑒了HTTP、SMTP等協(xié)議，支持代理、重定向、注冊(cè)定位用戶等功能，支持用戶的可移動(dòng)性，與RTP/RTCP、SDP、RTSP等協(xié)議配合，可以支持多種多媒體業(yè)務(wù)。在NGN中，SIP主要用于軟交換、SIP服務(wù)器和SIP終端之間的通信控制和信息交互。

H.248/Megaco是在MGCP協(xié)議（RFC2705）的基礎(chǔ)上，結(jié)合其它媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議特點(diǎn)發(fā)展而成的一種協(xié)議，它提供控制媒體的建立、修改和釋放機(jī)制，同時(shí)也可攜帶某些隨路呼叫信令，支持傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)終端的呼叫。其主要用于媒體網(wǎng)關(guān)控制器（MGC）控制媒體網(wǎng)關(guān)，完成媒體轉(zhuǎn)換和媒體流控制功能，并不具有呼叫控制功能。

H.323協(xié)議族為ITU-T制定的標(biāo)準(zhǔn)，其可以完成呼叫建立、釋放、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、能力交換等功能。H.323協(xié)議帶有電信網(wǎng)可管理性和集中的特征，采用了ISDN的設(shè)計(jì)思想，使用Q.931協(xié)議完成呼叫的建立和釋放。其發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)，但升級(jí)和擴(kuò)展性相比SIP和H.248結(jié)合的方式要復(fù)雜。

SIGTRAN協(xié)議是由IETF的SIGTRAN工作組制定，其用途是在IP網(wǎng)絡(luò)上傳送PSTN信令，SIGTRAN協(xié)議包括SCTPM2UA。M3UA，提供了和SS7MTP同樣的功能。

SIP-T（RFC2026）是對(duì)SIP協(xié)議的擴(kuò)展，其可使得SIP協(xié)議攜帶ISUP信令，從而有利于PSTN網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。一種有用的功能是PSTN間的SIP橋，用于兩個(gè)軟交換設(shè)備（MGC/CallAgent）之間的連接通信。

BICC（BearerIndependentCallControl，與承載無(wú)關(guān)的呼叫控制）直接面向電話業(yè)務(wù)的應(yīng)用提出，是在ISUP基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。在語(yǔ)音業(yè)務(wù)支持方面比較成熟，能夠支持ISDN業(yè)務(wù)集，如語(yǔ)音業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)等。3GPP采用了BICC協(xié)議制定第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)，成為R4版本Nc接口信令協(xié)議。其可以承載于ATM和IP之上。BICC與ISUP其中一個(gè)主要的不同之處是：增加了APM（應(yīng)用傳送）消息和APP參數(shù)。BICC通過(guò)APP參數(shù)傳送封裝應(yīng)用信息；另外通過(guò)APM消息在呼叫的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)編解碼協(xié)商。

五、總結(jié)

軟交換技術(shù)成為3G的核心技術(shù)之一，它使3G向具有融合多媒體業(yè)務(wù)能力的全I(xiàn)P分組網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展，使基于軟交換的3G與WCDMA互通成為可能。其在承載原有WCDMA網(wǎng)絡(luò)的所有業(yè)務(wù)的同時(shí)，又由于IP技術(shù)的引入而帶來(lái)的充足的帶寬和一定的QoS保證，使得在新一代網(wǎng)絡(luò)上語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務(wù)可以更完美地實(shí)現(xiàn)。