通信网基础ch02(3)

第二章电话业务网（3）参考教材第十章（基于软交换的电话业务网）2019/8/15通信网基础2提纲基于软交换的电话业务网电话业务网体系架构软交换设备功能网关接口和协议组网及应用2019/8/15通信网基础3软交换技术组网及应用目前软交换技术在固网和移动网中得到了广泛应用，与传统电话网相比，软交换组网具有较明显的技术优势。组网的灵活性增加在容量、互通性等方面均优于传统TDM交换机灵活提供包括语音、视频以及数据在内的多种业务与电路交换机相比，软交换成本较低2019/8/15通信网基础4软交换在固网中的应用替代DC1，建设软交换长途网替代汇接局交换机，进行固网智能化改造替代端局交换机，传统TDM交换机逐步退网。2019/8/15通信网基础5替代DC1，建设软交换长途网2019/8/15通信网基础6这种应用具体的实施过程是：运营商首先建设覆盖全国的骨干IP网，然后将全国的各个省（自治区、直辖市）分成数个大区，每个大区在中心城市放置一对软交换设备，而在每个省（自治区、直辖市）内放置TG设备与DC2交换机相连，同时配置相应的SG与7号信令网相连。采用软交换建设长途网，交换节点数量大大减少，同时资源调配也更加简单。当某些省份之间长途业务流量发生变化时，只需要相应调整骨干传输网络的带宽分配，就可以实现资源的重新配置，而在软交换DC1长途网的控制层面基本不用进行任何改动。2019/8/15通信网基础7目前，软交换在长途网中的应用最为成熟。软交换之所以适合于长途网建设，除了上述软交换技术的自身优势外，最主要的有如下几点：由于DC1长途网节点少，可以采用平面组网的方式，回避了软交换的大规模组网问题；长途网软交换不携带终端用户，避免了安全攻击等问题；长途网不涉及城域网或接入网，而骨干IP传输网的带宽又比较容易保障，因此也不会出现QoS问题。2019/8/15通信网基础8软交换替代汇接局交换机2019/8/15通信网基础9这种应用具体的实施步骤是：运营商首先对需要进行智能化改造的本地网进行端汇结构调整，取消端局之间的直达电路，形成完整的端汇两级结构，并且要求所有端局的本地呼叫都转发到汇接局；然后在汇接局设置一个或一对软交换，并同时建设软交换的承载网。软交换承载网可以单独建设，如果城域网资源充足的话，也可以使用原来的城域网作为承载网。软交换与智能网之间采用SG进行互通，同时也可以配置应用服务器来提供更为丰富的智能业务。在端局层面需要设置TG设备实现与端局交换机的互通，同时配置相应的SG设备与7号信令网相连。2019/8/15通信网基础10软交换设备必须满足固网智能化对交换机的要求，包括具有内置的集中数据库或者具备访问外置集中数据库的接口，集中数据库中存放智能业务签约用户的签约信息以及业务接入码；具有SSP业务触发能力等。用软交换来进行智能化改造，主要优势并不只在于实现固网智能化，更重要的是引入软交换后为固定网运营商提供了部署其他业务形式的机会，例如，如果汇接局软交换容量充足，并且配置了端局业务能力，那么就可以直接开展软交换的本地业务，如通过IAD、AG提供语音，通过SIP终端提供视频电话、数据业务等。2019/8/15通信网基础11软交换替代端局交换机2019/8/15通信网基础12这种应用具体的实施过程是：运营商首先要在本地网建设软交换网络，通过SG和TG设备与原有PSTN网络互通。当有端局交换机退网时，采用大容量的AG设备进行替换，同时将所有本地网用户数据转移到软交换网络上。随着TDM交换机的逐步退网，PSTN网络也将逐步演进到软交换网络。软交换除了接纳原有的PSTN用户，也可以通过部署IAD或SIP终端发展新的软交换用户。2019/8/15通信网基础13软交换在3G核心网中的应用3G核心网3G制式有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三种。在这3种制式中，WCDMA和TD-SCDMA的标准由3G标准化组织3GPP制定，CDMA2000的标准由3G标准组织3GPP2制定。核心网标准主要有基于GSMCCS7和ANSI-41两种核心网。一般情况下，WCDMA和CDMATDD对应于GSMCCS7核心网，CDMA2000对应于ANSI-41核心网，但目前的标准允许任何无线接口同时兼容两个核心网，这样可以通过在无线接口上定义相应的兼容协议来接入不同的核心网。2019/8/15通信网基础143GPP组织主要负责制定基于GSM的核心网、以WCDMA和CDMATDD为无线接口的标准，到目前为止已经有4个版本，即R99、R4、R5和R6，这里着重讨论核心网部分。软交换技术在R4和R5网络中得到了应用。2019/8/15通信网基础15R99网络结构R99是比较成熟的版本，其无线接入部分采用全新的3G接入网（RAN），核心网则在MSC+GPRS的网络基础上演进，如图所示。R99核心网类似于目前GSM交换子系统与GPRS交换子系统的叠加，包括GSM电路交换部分及分组域部分，分别用于支持语音业务及数据业务，完全体现了2G向3G平滑过渡的思想。不同的是，由于无线部分引入了可实现3G业务的无线网，核心网采用新定义的Iu接口与3G无线网相连，包括支持电路交换的Iu-CS和支持分组交换业务的Iu-PS两部分。2019/8/15通信网基础16R99网络结构2019/8/15通信网基础17相对于GPRS，R99增加了服务级别的概念，提高了分组域的业务质量保证能力，增加了带宽；在系统能力方面，目前除了支持GSM/GPRS提供的所有业务以外，还支持下行速率为384kbit/s的数据业务；在业务方面，智能网规范提出了支持能力级CS2的CAMEL3。这种组网方式可以延用原有核心网设备，增加无线接入网即可实现3G业务，极大地保护了运营商的现有投资，有利于运营商迅速开展3G业务。2019/8/15通信网基础18R4网络结构与R99版本比较，R4的无线接入网网络结构并没有变化，只是改进了一些接口协议特性以提高系统性能。核心网电路域变化较大，引入了软交换的概念，将控制和承载分开，原来的MSC变为MSC服务器和媒体网关MGW，语音通过MGW由分组域来传送。电路域网络结构如图所示。2019/8/15通信网基础19R4核心网：控制和承载分离的电路域结构2019/8/15通信网基础20GMSCServer和MSCServer是移动通信系统中电路域核心网向分组交换方式演进的核心设备，它独立于底层承载协议，主要完成呼叫控制、媒体网关接入控制、移动性管理、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等功能，并向用户提供3GPPR4阶段的电路域核心网所能提供的业务，以及配合智能SCP提供多样化的第三方业务。MGW是将一种网络中的媒体转换成另一种网络所要求的媒体格式。媒体网关能够在电路交换网的承载通道和分组网的媒体流之间进行转换，可以处理音频、视频，能够进行全双工的媒体翻译，可以演示视频/音频消息，也可以进行多媒体会议等。2019/8/15通信网基础21MSCServer通过Mc接口控制MGW。GMSCServer和MSCServer之间通过Nc接口连接。MGW之间通过Nb接口连接。Mc接口：主要功能是媒体控制。使用基于H.248的呼叫承载控制协议。Nc接口：主要解决的是用控制和承载分离的方式解决移动ISUP的呼叫控制。使用BICC和SIP-T协议。Nb协议：主要功能是使用ATM或IP的方式承载电路域的业务，包括语音和电路域的数据承载业务。使用分组交换方式对3GPP电路域的承载协议。2019/8/15通信网基础22R5网络结构R5版本是全IP化的第一个版本，在无线接入网方面，提出了高速下行分组接入HSDPA技术，在核心网方面，最大的变化是在R4的基础上增加了基于软交换的IP多媒体子系统（即IMS系统），它是对其核心网分组域（PS-CN）的补充，从而完成在R4结构中核心网分组域不能够完成的IP语音电话和多媒体业务等。在R5中仍然保留电路域并实现与IMS的互操作，主要是保护运营商的R99的网络投资。全IP的组网方式是网络演进的趋势，IMS是R5的新增部分。2019/8/15通信网基础232019/8/15通信网基础24IMS通过基于IP的网络来控制语音、多媒体的呼叫和会话以及与其它网络（例如PSTN、UMTS）的互联，从而达到支持以下业务的目的：语音电话；实时交互游戏；视频电话；即时消息；紧急呼叫；多媒体会议这些业务具有一个共同的特征，即：它们通常是两方或多方之间需要一定程度实时性交互的会话。该特征对网络提出了两个方面的要求：一方面是实时性要求，这就要求IMS应建立在能够达到语音和多媒体QoS要求的核心IP网络之上；另一方面就是对会话建立和呼叫控制的要求，3GPP选择SIP作为UE和IMS以及IMS内部各元素之间的信令协议以满足第二个要求。2019/8/15通信网基础253GPP定义的IMS的系统架构2019/8/15通信网基础26IMS的主要功能实体包括：呼叫控制服务器（CSCF）是最主要的软交换控制实体,主要功能是处理用来控制用户多媒体会话的信令消息，它可以作为三种角色出现：P-CSCF（Proxy-CSCF）：ProxyCSCF是SIP终端接入IMS系统的入口。I-CSCF（Interrogating-CSCF）：I-CSCF是在一个运营商IMS网络中，对于来自于其他网络呼叫或来自位于其它网络的漫游用户呼叫的联系点。S-CSCF（Serving-CSCF）：S-CSCF管理SIP会话并且协调其它IMS网络元素进行呼叫/会话控制。2019/8/15通信网基础27媒体网关控制服务器（MGCF）是IMS控制面与传统PSTN/CS网络的互通点，控制IMS-MGW，以完成媒体面的互通（H.248）。IP多媒体网关（IM-MGW）的功能是与MGCF一起完成资源控制，以及通过回波消除器和码转换器，实现媒体转换和帧协议转换功能；MRF分为多媒体资源功能控制器（MRFC）和多媒体资源功能处理器（MRFP），其中MRFP提供了必需的多媒体处理功能，其中包括编码/解码，代码转换，音频/视频的混频等；MRFC控制MRFP中的各种媒体资源，包括提供各种铃声，录音通知和多方会议等媒体资源。2019/8/15通信网基础28出口网关控制功能（BGCF）的主要作用为被叫出IMS网络（如：PSTN/CS）选择适当的出口点若被叫和IMS同网，则选择本网的一个MGCF若被叫非本网，则交给另一个网络接口的BGCF不同运营商的IMS网络互通，不需经过BGCF归属用户服务器（HSS）是在一个运营商网络中存储IMS用户的签约数据、ServiceProfile、位置信息、鉴权信息等；也可提供传统的HLR功能：CS签约数据、PS签约数据。2019/8/15通信网基础29IMS域关系图P-CSCFMGCF/BGCFGMSCServerMSCServerMGWMGWGGSNSGSNI/S-CSCFIM-MGWRNCCoreNetworkPS域CS域HSSMRFCMRFPRadioAccessNetworkIu-CSIu-PSIMS域ToPSTNSIPAS2019/8/15通信网基础30IMS与CS、PS的关系IP多媒体子系统应用PS域来进行多媒体信号的承载和传输。PS域为IMS提供服务，终端的移动性对于IMS来说是屏蔽的。IP多媒体子系统和CS域之间是相对独立的，只有一些网络设备可能需要和CS域进行通讯。在部署一个IP多媒体子系统时，并不一定需要部署CS域。IMS与CS目前是一种业务互相补充，网络互连互通的关系。IMS对CS进行逐步融合替代2019/8/15通信网基础31R6网络结构R6版本核心网在R5IMS基础上提出的网络框架基本没有改变，增强部分：在QoS方面在互通和兼容性上主要研究WLAN接入、IMS到CS域的互通、IMS到PS域的互通、Presence等新业务，并在IETFSIP的基础上对协议