1、引言
隨著新技術的不斷涌現和應用，全球移動用戶迅速增長，計劃中的3G核心網將向用戶提供更寬的帶寬和各種更新的服務，除傳統的話音服務外，還包括無線上網、收發電子郵件以及移動視頻的服務。
分組話音從技術上改變了傳統話音傳送的方式和服務質量。在固定網VoIP中，話音業務是在專用或公用IP網上以數據分組形式傳送的，而不是通過電路交換在特定中繼線上傳送。在移動網中，話音業務與傳統的固定電話一樣，也是通過移動交換中心(MSC)進行電路交換的。傳統的電路交換正在向分組核心網平滑過渡，話音將在這個新的核心網上以分組形式傳送。
目前，在固定網VoIP中已經開始使用基于軟交換的體系結構，在這種結構中把四類和五類的電路交換分解為媒體網關和軟交換機。在移動核心網中引入基于軟交換的體系結構也將給全世界的移動運營商帶來許多好處。現在，3GPP、3GPP2兩大3G標準化組織分別提出了全IP的移動核心網的參考結構。3G網絡作為未來NGN的一部分，也采用了NGN中軟交換的思想。3G核心網的未來發展方向是采用基于軟交換技術的全IP承載結構，實現傳輸網絡、網絡控制、業務提供三者的分離，提供一個分層的、開放的、可靠的、擴展性良好的網絡體系。3G網絡能更好地與因特網實現融合，方便地利用因特網現有的豐富資源，為3G網絡用戶提供實時話音與視頻、Web瀏覽、電子商務等各種多媒體業務和多樣化的增值業務，從而實現3G網絡與因特網真正的融合。
2、軟交換技術在3G中的應用
從電路交換核心網過渡到全IP核心網，UMTS標準有三個版本：R99、R4以及R5。這三個版本各有特色：R99系統向下兼容GSM和GPRS；R4電路域基于承載與控制分離的思想采用移動軟交換技術，并實現了核心網電路域的IP傳輸問題；R5則是從無線網絡到核心網都采用IP傳輸，并增加了IP多媒體域的實體，可以實現端到端的多媒體業務。
2.1 UMTS R99版本
UMTS R99規定WCDMA/TD-SCDMA系統的核心網將基于ATM，核心網絡分為電路域和分組域兩個部分。電路域通過編解碼轉換器實現話音由ATM AAL2至64k電路的轉換；分組域仍然采用了GPRS SGSN和GGSN的網絡結構，相對于GPRS，增加了服務級別的概念，分組域的業務質量保證能力提高，帶寬增加。并且，為把話音業務從無線接入網(RAN)傳向核心網,最終傳向PSTN，定義了Iu-cs電路交換接口。
R99網絡主要以繼承GSM為主，在網絡特征上仍然屬于傳統的網絡。
2.2 UMTS R4版本
R4階段，WCDMA/TD-SCDMA核心網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)基于軟交換的思想體系，將MSC的功能由MSC Server(移動交換服務器)和MG(媒體網關)兩個功能實體來實現。MSC Server完成呼叫控制和移動性管理，而MG完成媒體流的處理功能。MG和MSC Server之間是標準協議。
對移動終端到移動終端的話音呼叫而言，話音分組可以直接利用無匯接運行(TFO)或無變碼器運行(TrFO)來傳送，以減少時延和改善話音質量。在R4中使用TrFO時，媒體網關可以是ATM交換機。在核心網中話音利用AAL2通過ATM傳送。R4相對于3GPP的R99主要有以下優點：
(1)網絡由TDM中心節點交換型演進為典型的分組話音分布式體系結構；
(2)網絡采用開放式結構，業務邏輯與底層承載相分離，話音分組化；
(3)由于優化了話音編解碼轉換器，改善了WCDMA系統網絡內部話音分組包的時延，提高了話音質量和核心網傳輸資源的利用率，
(4)話音采用統計復用方式傳遞，可以提高傳輸網的效率，實現網絡帶寬動態分配。
2.3 UMTS R5版本
UMTS R5也建立在分組核心網的基礎上，但它規定要利用IPv6從ATM核心網過渡到全IP網，提供話音、數據和多媒體服務，終端開始支持SIP協議。R5規范將MSC Server在功能上分離為MGCF(媒體網關控制功能)和CSCF(呼叫狀態控制功能)，分別處理語音呼叫控制和多媒體呼叫控制。
R5將充分利用基于分組的網絡架構、網絡單元與協議。對分組交換的數據來說，可以保證端到端的服務質量(QoS)。引入新的寬帶多速率(WB-AMR)聲碼器來改善話音質量。R5還將引入新的網元，如原籍用戶服務器(HSS)等，以及引入一些新的概念，如虛擬原籍環境(VHE)等。HSS管理有關移動用戶的信息。VHE的目的是實現跨越不同網絡和不同終端的個性化業務可攜性。用戶可以利用個人業務環境(PSE)來生成他們自己的服務環境。VHE保證不論UMTS用戶處于何種網絡，使用何種終端，身處何地，都始終能夠向用戶提供同樣的個性化功能、用戶接口能力和業務。另外，在網中還可加入應用服務器，通過基于Parlay/SIP-S協議的開放式接口(OSA)接入，接收來自HSS、PSE和CSCF的信息。
3、移動軟交換的功能
移動軟交換是多種邏輯功能實體的集合，提供綜合業務的呼叫控制、連接以及部分業務功能，是3GPP R4及以后階段軟交換系統核心網中的電路域實時語音/數據業務呼叫、控制、業務提供的核心設備。
移動軟交換設備的功能結構其主要設計思想是業務/控制與傳送/接入分離，各實體之間通過標準的協議進行連接和通信，主要功能包括以下幾個部分：
(1)移動性管理功能
主要完成切換(包括UMTS系統內、GSM系統內以及GSM與UMTS系統間的切換)、登記和移動臺去活功能。
(2)安全保密功能
支持用戶鑒權、TMSI使用和用戶信息加密。
(3)呼叫控制和處理功能
移動交換服務器可以為基本呼叫的建立、維持和釋放提供控制功能，包括呼叫處理、連接控制、智能呼叫觸發檢出和資源控制等；接收來自業務交換功能的監視請求，并對其中與呼叫相關的事件進行處理；支持基本的兩方呼叫控制功能和多方呼叫控制功能。
(4)VLR功能
包括用戶數據管理、位置登記、鑒權、提供MSRN、VLR恢復、切換號碼分配、TMSI分配、清除、SuperCharger功能。
(5)其他功能
包括協議處理、互通、資源管理、計費、認證與授權、號碼分析/地址解析、媒體控制等。
4、軟交換體系結構在無線網中的特點和好處
(1)分布式交換降低運營成本
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。由于多數呼叫是本地的，這就造成電路加倍，從本地RAN到MSC，又從MSC到本地PSTN。基于軟交換的體系結構由集中的MSC服務器/軟交換機與分布的媒體網關組成，呼叫控制與話音處理/交換是分開的，媒體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。通過部署分布式交換，運營商可以明顯降低回程費用。
基于軟交換的分布式體系結構的另一主要好處是話音業務和GPRS數據可以共用核心網。
(2)開放智能業務不需對所有MSC升級
移動運營商利用移動智能網(IN)開放基于標準的業務。當前許多業務例如預付費業務等是利用IN協議的專有擴充來提供的，但是想把這些業務延伸至漫游者就需要實施基于標準的CAMEL&WIN業務。CAMEL和WIN兩者都使用集中的智能網節點----業務控制點(SCP)。當部署新業務時，運營商必須對所有的MSC進行升級，經過升級的MSC要把呼叫控制移交給SCP，由SCP執行業務邏輯。這樣導致業務提供成本高，MSC實時處理代價高，軟件成本高，業務投放市場時間長。
經濟的辦法是由移動終端始發/終接的呼叫通過軟交換機選路，軟交換機通過所裝的觸發器對SCP發起詢問。
由于觸發器集中裝在軟交換機中，從而減輕了MSC的負擔。利用軟交換結構可開放包括無線號碼攜帶、號碼共用、預付費漫游、長途免費業務等的智能業務。
(3)通過軟交換利用基于IP的服務平臺來開放業務
軟交換機可以使用SIP或LDAP來接入基于IP的應用服務器，獲得服務。這些IP使服務平臺的工作方式與SCP相同，但它們的成本低很多，而且更加靈活。一旦數據庫被移到更現代的平臺，軟交換機可以利用SIP或LDAP來對它們進行詢問。
5、移動與固定網軟交換技術的差異比較
從表面看，無線軟交換機與用于固定網五類機的軟交換機一樣，但是無線軟交換機的軟件程序必須符合GSM、UMTS規范，提供控制無線接入網(RAN)和移動用戶的必要功能。由此增加的復雜性也必須服從基于標準的協議和流程，如CAMEL觸發器/GSM MoU要求的特點、用戶信息管理(SIM)流程、與原籍位置寄存器(HLR)的通信、與其它MSC的訪問位置寄存器(VLR)的通信等。這些附加的復雜性使無線軟交換機比有線軟交換機復雜得多。
5.1 移動與固定軟交換設備的特征差異
移動軟交換設備：即MSC Server，繼承了3G VMSC及GMSC所有的業務控制層的業務處理及信令接口功能，并在業務流程中根據需要調用經過移動擴展的H.248協議控制移動接入或中繼媒體網關完成媒體流的匯聚、映射及交換功能。主要完成的業務功能除了基本話音業務、中繼業務以及補充業務外，還包括MO/MT短消息、G3傳真業務、定位業務和支持移動智能特性。
固定網軟交換設備：提供繼承傳統C4固定端局及C5長途局交換機的所有業務處理及信令接口功能，并通過MGCP/H.248協議控制固定接入網關或中繼網關完成媒體流的匯聚、映射及交換功能。支持通過MGCP或H.248協議從接入網關(AG)接入的普通常規電話業務(POTS，Plain Ordinary Telephone Service)用戶或以太網電話用戶，為固定網用戶提供的業務包括：基本話音業務、補充業務、Centrex業務、固定智能SSP特性、分組中繼業務、支持H.323、SIP分組語音用戶的接入認證以及呼叫互通功能、提供可視電話、電視會議等視頻業務，并通過SCP及Parlay網關提供開放的業務API，供第三方業務開發而自定制增值業務。
5.2 移動與固定網軟交換技術在協議方面的差異
(1)接入側協議
移動軟交換支持的接入側協議為：RANAP(WCDMA用戶接入)、BSSAP(GSM用戶接入)；
固定網軟交換支持的接入側協議：H.248和MGCP(POTS用戶接入)、IUA(ISDN用戶接入)、V5UA(接入網用戶接入)。
(2)中繼側協議
移動軟交換設備支持的中繼側協議：ISUP/TUP(窄帶PSTN、MSC局間)、BICC(MSC Server局間)。
固定網軟交換設備支持的中繼側協議：ISUP/TUP(窄帶PSTN局間)、H.323和SIP/SIP-T(固定網軟交換局間)、No.1/R2(隨路交換機局間)、BICC。
(3)智能應用協議
移動軟交換智能應用協議采用CAP(Camel PhaseⅢ),而固定網軟交換智能應用協議采用INAP(CS1/2)。
CAP與INAP分別由3GPP 22.078/23.078及ITU-T Q.12XX系列定義，在基本概念上類似，都以SCCP/TCAP協議為承載，其差異主要體現為O/T-BCSM的狀態機不同、觸發點定義不同、觸發方式不同、智能嵌套處理及其他業務的交互關系處理也不同。
(4)移動交換設備特有的移動應用協議
基于SCCP/TCAP的MAP協議(MSC Server與HLR間、MSC Server間)是移動軟交換設備從MSC/VLR繼承的完成網絡層移動應用(位置更新、短消息、局間切換、補充業務和被叫路由信息獲取等)的專有協議。
(5)信令承載模式
移動軟交換設備信令承載模式：
*ISUP/TUP over MTP3/MTP2/MTPl or over M3UA/SCTP/IP
*BICC over SCTP/IP or M3UA/SCTP/IP or MTP3B/SAAL/AAL5
*SIP-T over SCTP/IP
*H.248 over SCTP/IP or M3UA/SCTP/IP or MTP3B/SCTP/IP
*MAP/CAP over MTP3/MTP2/MTP1 or over M3UA/SCTP/IP
*RANAP over M3UA/SCTP/IP or MTP3B/SAAL/AAL5
*BSSAP over M3UA/SCTP/IP or MTP3/MTP2/MTP1
固定網軟交換設備信令承載模式：
*ISUP/TUP over MTP3/MTP2/MTP1，or over M3UA/SCTP/IP，or over MTP3/M2UA/SCTP/IP
*H.323 over UDP/IP and TCP/IP
*SIP/SIP-T over UDP/IP or SCTP/IP or TCP/IP
*IUA over SCTP/IP
*V5UA over SCTP/IP
*H.248 over UDP/IP or SCTP/IP or TCP/IP
*MGCP over UDP/IP
固定網軟交換體系中，對于采用IP承載的網絡，高層應用協議的底層傳輸協議比較多樣化，而在3G R4核心網中則統一規定所有應用層協議均承載在SCTP協議上，主要基于以下考慮：
除網絡層因特網安全協議(IPSec，Internet Security Protocol)外，SCTP在IP域能夠支持比TCP更為強大的傳輸層可靠性機制，SCTP提供了連接可靠性、實時性及鏈路順序保障機制以及比TCP更為靈活的信息復用/拆卸能力。
5.3 移動和固定網軟交換技術在資源控制方面的差異
軟交換設備對媒體網關的資源控制主要分為兩大類：智能網方式及啞網關方式。在目前已實現并投入運營的軟交換設備配置中，網關資源控制模式大多數采用了啞網關方式。3G R4標準實際選擇了智能網關方式作為移動軟交換設備的資源控制模式。從長遠看，智能網關控制模式正逐步成為承載控制分離網絡體系結構的最終演進趨勢。對于移動、固定融合的軟交換設備，將同時支持這兩種資源控制模式。
5.4 移動與固定軟交換技術在媒體網關方面的差異
固定網媒體網關可分類為：中繼網關，即SCN與分組網絡之間的網關；接入網關，提供用戶到網絡接口的媒體網關；住宅網關，把模擬線路接入到分組網絡的網關。
移動媒體網關可分類為：移動接入網關，ATM為核心的RAN與IP/ATM/TDM為承載的核心交換網之間的網關設備；移動中繼網關，IP/ATM/TDM為承載的核心交換網與其他運營商之間的網關，或IP/ATM為承載的核心交換網與基于TDM的PSTN網絡之間的網關設備。
(1)在語音編解碼(Codec)能力上的差異
移動MG，典型的情況是完成PSTN內基本的非壓縮編解碼算法(G.711-A率、G.711-U率)與3G R4電路域網絡內基于自適應速率及碼本激勵線性預測機制AMR編解碼算法(4.75kb/s-12.2kb/s)及各類固定速率Codec(GSM-EFR、PDC-EFR、TDMA-EFR、HR AMR、FR AMR、UMTS AMR、UMTS AMR2、FR AMR-WB和UMTS AMR-WB等)。
對于固定網MG，典型的情況是完成PSTN內的基本非壓縮編解碼算法(G.711-A率、G.711-U率)與VoIP/VoATM網絡內基于先進的碼本激勵線性預測(CELP)機制編解碼(G.722、G.723.1、G.726、G.727、G.728、G.729、G.729A等)。
(2)對傳真/數據業務支持的差異
在支持移動電路域的數據承載及傳真業務的過程中，移動MG擔任的角色與固定網MG完全不同。固定網中，從原始數據信息到3.1kb/s模擬音頻(在AG/IAD轉換為G.711PCM格式)的調制解調，或64kb/s數據信道的速率適配(RA)，都是在用戶終端側完成的，而在移動網體系中，上述全部或部分功能都需要在網絡側的移動MG中來完成，即MG的IWF功能。
移動域的數據業務類型非常豐富，包括透明/非透明、異步/同步業務、基于多種制式Modem調制解調的3.1kHz音頻數據業務等。移動MG根據軟交換設備下發的承載能力(BC)信息判斷當前為語音或數據業務，并針對數據業務選擇合適的Modem及速率適配資源。
固定網的語音/傳真(數據)交替由于沒有帶外信令的指示，因而MG需要具備從帶內語音檢測特殊傳真音的能力，而對于移動終端，由于有帶外Modify(修改)機制，使得移動MG可以根據軟交換設備下發的模式修改命令來切換工作模式。
(3)用戶面承載控制協議的差異
固定網MG用戶面承載控制協議有：RTP/RTCP(IP承載組網的基本協議)、IP、AAL2、AAL1、ATM。
3G移動MG的用戶面承載控制協議有：Q.1790(IPBCP)、Q.1990(Tunnel)、Q.2630.1/Q.2630.2、IuUP、AAL2、ATM。
(4)信令承載控制協議的差異
固定網MG的信令承載控制協議有：M3UA、M2UA、IUA、SCTP、TCP、UDP、IP、MTP、AAL5。
3G移動MG的信令承載控制協議有：M3UA、SCTP、MTP、AAL5、MTP3B。
(5)網關控制方式的差異
固定網MG的網關控制方式有標準的H.248會話過程、標準的MGCP會話過程，在IP上可以使用TCP、UDP或SCTP協議傳輸H.248。
3G移動MG的網關控制方式有經過3G擴展的H.248會話過程，在IP上只能使用SCTP傳輸H.248。 |
