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全IP软交换的技术创新与进展

发布时间:2020-01-14 15:18:03阅读:来源:万能检测设备

李凯 王帅宇 魏冰

中国移动通信有限公司研究院

【摘要】目前软交换设备在GSM网络中已大量应用,具有容量大,集成度高,功耗低等明显优势。同时,软交换设备从核心网到无线接入网全面引入IP承载,全IP软交换催生了许多新技术,进一步提升网络安全性,提升网络业务质量,为移动网络整体平滑演进到下一代全IP网络奠定了基础。

【关键词】软交换 IP 技术创新

1 背景

移动软交换属于3GPP R4阶段的技术,到2004年3GPP移动软交换相关协议已趋于成熟,首先实现了核心网的IP化。随后,3GPP R5和R6阶段引入了IU接口的IP化,R7实现了Gb和A接口控制面IP化,在R8引入A接口用户面IP化,并最终实现移动软交换下的端到端IP承载。

2004年中国移动首先在汇接局引入软交换分离架构。通过不断的摸索,2006年底在陕西移动顺利完成软交换端局语音IP化网络割接,核心网采用IP承载话音及信令,IP承载的业务质量完全达到电信运营的标准。在不断摸索IU接口、Gb接口IP化技术的同时,中国移动积极推动无线接入网特别是A接口IP化的发展,主导在3GPP中对重要接口协议进行创新性的完善。

基于分离式架构的软交换设备,在大容量,高集成度,低功耗方面具有明显优势。同时,在移动软交换全IP化的过程中,催生了许多新技术,进一步提升网络安全性,提升网络业务质量,为移动网络整体平滑演进到下一代全IP网络奠定了基础。

2 软交换IP化总体演进策略

软交换IP化既有驱动力、又有存在很大风险,主要体现为:

(1)IP网的灵活带来业务的灵活和开放等一系列好处,但是IP网的灵活多变也给电信网络一贯的高品质带来了挑战。IP软交换带来成本节约的同时,也不同程度的出现了网络质量的下降。

(2)IP软交换扁平化的组织方式,对管理模式,运维模式带来挑战。IP网络某一部分的变化和故障往往很容易影响到全网,这些都给运营商带来巨大挑战;IP网络扁平化的组网改变了传统的维护模式,推进了集中化的维护模式,对维护体制是巨大变化。

(3)IP化带来了资源重新组织的能力,对传统业务在长途、漫游,业务归属关系都带来挑战;IP化导致很难确定某一个业务是为一个地区服务还是为全网服务,这就要求改变业务运营商的思维,梳理全网服务意识。

(4)为保证长期投资的有效性,使移动通信网络平滑演进到下一代网络,针对网络IP化既有驱动力、又有存在很大风险的实际情况,移动软交换IP化应遵循分步骤逐渐演进的策略。主要体现为:对于全网IP化,按先R4移动软交换(网络),再IMS(业务)的思路演进;对于网络IP化,按先核心网,再接入网的思路演进;对于核心网IP化,按先话音,再信令的思路演进;对于话音IP化,按先汇接,再端局的思路演进;对于端局IP化,按先分离架构,再IP承载语音的思路演进。如图1所示:

图1 移动软交换IP化演进路线

3 全IP软交换催生技术创新

3.1 分离式架构催生新的部署策略

R99核心网电路域基于TDM承载的传统程控交换方式,网络架构与GSM核心网相同。如果将R99 MSC在地理上集中设置,会导致明显的话路迂回,网络容灾方面的安全性也有问题。

移动软交换实现了控制与承载相分离,可以把容量相对较小的MGW拉远到地级市负责交换本地话路,这样就可以避免本地话路迂回的问题;同时把MSC Server部署在省会中心,便于集中维护和管理。由于软交换可以通过MGW归属到多个MSC Server(地理可分离)的机制实现MSC Server POOL组网,可以在在一定程度上补偿由于MSC Server集中设置所带来的容灾方面的安全性问题。

核心网IP承载语音优化网络组织结构

中国移动采用基于IP承载语音的软交换架构组网。软交换机集中设置在省中心城市,媒体网关MGW靠近话务源部署在各地市。移动软交换机和MGW都应具备同时支持3G和2G的能力。在控制面,全国省内所有软交换机平面组网,省际软交换机之间的BICC信令经CMN转接。在用户面,全国所有的MGW平面组网,MGW之间的媒体流由IP承载网疏通,不再经其他MGW转接。

对于省际、省内长途IP端局与TDM端局的互通话务,由交换关口局GMGW或TMG做互通设备(IW-MGW),疏通TDM侧的省际话务和部分省内话务。实现TDM端局到IP端局互通话务的就近入IP,IP端局到TDM端局互通话务的就远出IP路由方式。

核心网IP承载语音的上述路由方式保证IP端局之间媒体直连,IP-TDM互通话务尽量由本地网转接,降低汇接网TMG扩容规模压力。

3.3 无线接入网IP化实现端到端全面IP承载

对于网络IP化的策略,在全IP软交换的基础上,引入无线接入网IP化,可实现端到端全面IP承载。

BTS与BSC间的Abis接口目前为设备厂家的私有接口,主要采用设备厂家的自有方案实现IP承载,Gb接口IP化标准化和设备实现都比较成熟,但3GPP早期仅仅对A接口信令面的IP化进行了规定,在用户面的IP化方面尚属一片空白。

A接口用户面的IP化能够带来节省传输带宽,提高语音质量等优势,中国移动积极推动相关研究,并已经在2008年将研究成果全部推入国际标准,填补了3GPP在AoIP方面的空白。

图2 A接口IP化信令和媒体路由组网图

A接口用户面IP化的完成,标志着移动软交换下端到端基于IP承载的实现,其优势主要体现为:

◆ 话音业务质量提高:在A接口TDM承载时(核心网IP化条件下),单个2G-2G呼叫需要经过4次TC(编解码转换)过程 ,语音质量下降;AoIP后,可实现全程免编解码从而提高语音质量。

◆ 降低网络成本:A接口IP化后,由于TC从BSC上移到MGW,IP化后TrFO情况下的2G呼2G不需要TC,大量降低设备投资。

◆ BSC信令直达MSC Server,取消SG:BSC和MSC Server皆有IP端口,信令可以直接从BSC直连MSC Server,不再需要SG做TDM→IP转接,简化网络组织。

◆ IP化利于MSC POOL组网实施:在A/Gb为TDM情况下,由于E1传输连接太复杂, MSC in Pool、SGSN in Pool方案实现难度大。IP带来的组网扁平化使得MSC、SGSN资源池的网络结构得以快速实施。

◆ 简化维护管理难度:GSM核心网和接入网统一支持全IP组网,有利于网络规划。Abis接口、A接口、Gb接口IP化后,可以将需要维护的网络类型归一化,减少维护人员的技能要求,简化了维护管理难度。

◆ 2G/3G共享网络传输,利于传输网的规划设计:在3G RAN采用IP传输的情况下,3G RAN的基础网络必然将采用IP化传输技术,IP BSS使得2G、3G可以共享基础网络,不需要为2G BSS单独维护一张TDM基础网络。

4 ICS技术实现业务由IMS统一控制

对于全网IP化,在移动软交换IP化的基础上,再引入基于IP的IMS控制架构,实现从承载到业务控制的全面IP化。

IMS支持多种固定/移动接入方式的融合,支持无缝的移动性和业务连续性,是全业务运营的目标核心网架构。在LTE阶段,运营商可以提供由IMS控制的PS承载语音及丰富的多媒体业务。但LTE初期可能以热点覆盖为主,一段时间内还无法形成与2/3G接近的全面覆盖。由于2/3G无线网络带宽和QoS等因素的限制,运营商可以在2/3G网络提供一些PS域非实时业务,但移动话音业务还需要从CS域接入。IMS Centralized Services (ICS)就是要建立一个公共的核心网络,同时向移动/固定IP接入和移动CS接入用户提供统一服务,以实现有效地降低核心网的OPEX和CAPEX。

国际标准上定义了两种ICS实现方案。一种是基于终端增强的方案,即终端通过PS域接入IMS域进行会话和业务控制,CS域仅提供语音话路的承载;该方案高度依赖终端功能,现网部署实施难度较大。另一种是基于网络增强的方案,即MSC升级实现将A/Iu-CS接口信令转换为IMS信令,接入IMS域以提供语音业务控制;该方案对终端用户的影响较小,同时可根据网络发展需要,在终端用户不感知的前提下,实现统一业务控制的核心网架构。

5 结束语

全网IP化是未来网络发展趋势,软交换从核心网到无线接入网全面引入IP承载,为移动网络整体平滑演进到下一代全IP网络奠定了基础。同时,全IP软交换也催生了许多新的网络部署策略、路由组织策略,便于部署更多的新技术。因此,全IP软交换必然会进一步提升网络的安全性和业务质量。

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