软交换技术在下一代网络LTE中的应用

【摘 要】软交换技术在LTE网络中采用标准、开放和多协议支持，成为通信网络中的关键技术。随着数据、语音、视频网络的分离，将下一代网络演变为开放、一体的新型通信网络。软交换的特点，满足了业务的交换需求，有利于通过增加模块的方式来增加新的业务，便于提供个性化业务。本文简单分析了软交换技术在下一代网络LTE中的应用，研究探讨了提高软交换技术应用的相关方法。

【关键词】软交换技术下一代网络 LTE 网络技术 交换技术 开放协议

中图分类号：F224文献标识码： A

一．引言

传统的PSTN网络是建立在TDM之上的，网络提供给客户的各项功能都需要交换机的支持，业务处理和管理控制都是通过交换机来实现。如果需要增加新业务，既要修订标准又要改造交换机，导致新增业务需要较长时间。为实现新业务需求，需要在网络中建立公共业务平台，将业务提供和呼叫连接分开，由智能网(IN)完成业务提供，而由交换机完成呼叫连接。采用此种模式很大程度上提高了业务处理能力，同时也缩短了业务提供时间。业务分离，承载出现多样化，为确保承载连接和呼叫控制进一步分离，就需要导入软交换技术，通过软交换技术在媒体层、传送层、业务层和控制层的作用，将业务和控制分类，实现最终目的。

二. 软交换技术概述。

1.软交换的概念。

软交换又称为呼叫AGENT、呼叫服务器或媒体网关控制。其最基本的特点和最重要的贡献就是把呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，通过服务器或网元上的软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制、连接控制（建立会话、拆除会话）、信令互通（如从7号信令到IP信令）等。这种分离为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面，使业务提供者可以自由地将传输业务与控制协议结合起来，实现业务转移。这一分离同时意味着呼叫控制和媒体网关之间的开放和标准化，为网络走向开放和可编程创造了条件和基础。

2.软交换技术的发展。

软交换的概念最早起源于美国。当时在企业网络环境下，用户采用基于以太网的电话，通过一套基于PC服务器的呼叫控制软件（CallManager、CallServer），实现PBX功能（IPPBX）。对于这样一套设备，系统不需单独铺设网络，而只通过与局域网共享就可实现管理与维护的统一，综合成本远低于传统的PBX。由于企业网环境对设备的可靠性、计费和管理要求不高，主要用于满足通信需求，设备门槛低，许多设备商都可提供此类解决方案，因此IP PBX应用获得了巨大成功。受到IP PBX成功的启发，为了提高网络综合运营效益，网络的发展更加趋于合理、开放，更好的服务于用户。业界提出了这样一种思想：将传统的交换设备部件化，分为呼叫控制与媒体处理，二者之间采用标准协议（MGCP、H248）且主要使用纯软件进行处理，于是，SoftSwitch（软交换）技术应运而生。

三.下一代网络LTE概述。

1.LTE概念。

LTE是3GPP在2005年启动的新一代无线系统研究项目。LTE采用了基于OFDM技术的空中接口设计，目标是构建出高速率、低时延、分组优化的无线接入系统，提供更高的数据速率和频谱利用率。整个系统由核心网络（EPC）、无线网络（E-UTRAN）和用户设备（UE）3部分组成，（见下图一）。其中EPC负责核心网部分；E-UTRAN（LTE）负责接入网部分，由eNodeB节点组成；UE指用户终端设备。系统支持FDD和TDD两种双工方式，并对传统UMTS网络架构进行了优化，其中LTE仅包含eNodeB，不再有RNC；EPC也做了较大的简化。这使得整个系统呈现扁平化特性。系统的扁平化设计使得接口也得到简化。其中eNodeB与EPC通过S1接口连接；eNodeB之间通过X2接口连接；eNodeB与UE 通过Uu接口连接。

（图一，LTE系统网络架构图）

2. LTE技术的发展。

LTE项目是近两年来3GPP框架内为了应对WiMAX等通信技术的挑战于2005年年底紧急启动的规模庞大的新技术研发项目。作为3G向后的演进，LTE得到了各大通信企业、高校和通信研究机构的广泛关注与参与。它采用OFDM和MIMO作为无线网络演进的唯一标准，大大改进并增强了3G的空中接入技术。数据传输能力方面，在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，同时，改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。与3G甚至HSPA相比，LTE在高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容等方面都更具技术优势。

四.软交换技术在下一代网络LTE中的应用。

下一代网络NGN是业务驱动的网络，通过业务与呼叫控制分离以及呼叫控制与承载业务分离实现相对独立的业务体系，使业务真正独立于网络，灵活有效地实现业务的提供。用户可以自行配置和定义自己的业务特征，不必关心承载业务的网络形式以及终端类型，使业务和应用的提供有较大的灵活性，从而满足用户不断发展、更新业务的需求。也使得网络具有可持续发展的能力和竞争力。同时，下一代网络是基于统一协议的分组式网络。现有的通信网络，无论是电信网、计算机网还是有线电视网，都不可能单独作为信息基础设施，但近几年IP的发展使人们开始认识到：各种网络都将最终汇合到统一的IP网络，即三网融合。各种以IP为基础的业务能在不同的网上实现互通，IP协议成为各个通信网都能够接受的通信协议，从技术上为NGN奠定了坚实的基础。

软交换是下一代网络的控制功能实体，为下一代网络提供具有实时性要求的业务呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。软交换技术，是NGN体系结构中的关键技术，其核心思想是硬件软件化，通过软件来实现原来交换机的控制、接续和业务处理等功能，各实体间通过标准化协议进行连接和通信，便于在NGN中更快地实现各类复杂的协议，更方便地提供业务。软交换设备是多种逻辑功能实体的集合，提供综合业务的呼叫控制、连接以及部分业务功能，是NGN中语音/数据/视频业务呼叫、控制、业务提供的核心设备。

基于SRVCC 网络技术，LTE 核心网络的MME 与现网软交换MSC Server 之间要建立基于IP 的信令接口Sv 接口。该接口在用户从LTE 无线网络向GSM/WCDMA 漫游时由用户终端触发PS 到CS的语音业务切换。 终端用户在原LTE 网络下的承载可能除了有基于GBR（Guaranteed Bit Rate）的语音承载外，还可能同时有非GBR 的数据承载， 在网络和终端具备条件的情形下也要进行相应的处理。在目标网络GSM 或WCDMA 支持和终端手机支持的情况下，SRVCC 的切换同时可能伴随PS 到PS的切换。 PS 到PS 的切换要涉及到网络的S3/S4 接口或Gn 接口； 同时进行PS 到PS 的切换可使得在LTE 网络如Web 浏览的数据业务在目标网络中保持连续。

基于3GPP 网络技术规范和GSMA 运营商企业联盟IR.92 技术规范，IMS MMTel 是2G/3G 移动网络进一步演进并在LTE 时代提供多媒体语音业务的关键网络技术；IMSMMTel 是保证运营商在下一代网络业务运营中处于主导地位的关键。运营商在现网的网络建设中应积极推进和部署IMS 的网络建设。运营商在现网的网络建设中，在网络IP 化建设的基础上，基于移动网络的设备演进能力，积极的推进网络软交换系统与IMS 系统的设备功能融合，例如进行MGCF 与MSCServer 的功能融合，IM-MGw 与软交换MGw 融合， 推进SIP-I 技术的网络部署；从而简化IMS 与现网组网的复杂度，加快IMS 的网络应用步伐。 在LTE 网络部署的同时，在IMS MMTel 成熟的区域部署SRVCC 的网络应用解决LTE 覆盖不连续问题。 分析和准备CSFB 的网络技术应用。在现网的网络建设中，在现有的软交换系统中部署SGs 网络互通接口，以确保用户语音业务的应用。

五. 软交换技术的过度策略。

软交换又称为呼叫AGENT、呼叫服务器或媒体网关控制。其最基本的特点和最重要的贡献就是把呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，通过服务器或网元上的软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制、连接控制（建立会话、拆除会话）、信令互通（如从7号信令到IP信令）等。这种分离为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面，使业务提供者可以自由地将传输业务与控制协议结合起来，实现业务转移。这一分离同时意味着呼叫控制和媒体网关之间的开放和标准化，为网络走向开放和可编程创造了条件和基础。下一代网络（NGN）是一个建立在IP技术基础上的新型公共电信网络，它将话音、数据、视频等多种业务集于一体。建设下一代网络是电信竞争的需要。随着通信技术的飞速发展和电信市场的逐步开放，电信业的一个最重要的发展趋势就是业务运营和网络运营的分离，由网络运营商提供可靠、高效的基础承载平台，由业务提供商提供各种应用，他们与设备制造商三足鼎立，共同推动了电信业的繁荣和进步。软交换技术是下一代网络的核心技术，软交换思想吸取了IP、ATM、IN和TDM等众家之长，形成分层、全开放的体系架构，作为下一代网络的发展方向，软交换不但实现了网络的融合，更重要的是实现了业务的融合。

从网络角度看，通过软交换机结合媒体网关和信令网关，跨接和互连电路交换网与分组化网，尽管两个网仍基本独立，但业务层已实现基本融合，可统一提供管理和加快扩展部署业务。当数据业务逐渐成为网络的主流业务时，可以考虑将电路交换网上的电话业务逐渐转移到分组化网上来，最终形成一个统一的融合网。这种网络演进思路的基点在于网络和业务的融合，不在于节点的融合，它允许不同的网按照各自最佳的方向独立演进，不受限于节点结构，是最适合于像中国电信这样的传统运营商的网络演进策略。据国外统计数字估计，在8年内一个不投资在软交换的运营商的利润将比投资在软交换上的运营商少50%。当然，软交换技术还在发展和完善过程之中，会有这样或那样的问题，但作为网络技术的发展方向已经获得业界的认同。软交换的切入点将随网络运营商的侧重点不同而有所差异。通常是从长途局和汇接局开始，再进入端局和接入，然后扩展到多媒体应用和3G网络。当然，不同的运营策略将有不同的切入点优先次序，但最终都是提供一个完整的端到端的解决方案，完成从电路交换网向分组化网的过渡。软交换不仅适合于新兴的电信运营商，也同样适合于传统的老牌电信运营商，都可以完成从电路交换网向分组化网的过渡。

六．结束语

软交换技术缩短了业务提供的时间，有利于高效服务。在下一代网络LTE中，利用软交换技术的特点，便于打造高质量服务，利用复杂的技术，解决通信难题，有利于移动通信的进一步发展。

参考文献：

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