软交换网络对IP承载的3G业务需求分析

摘要:在3G核心网建设中,规划和分析是首要的。分析了软交换网络体系结构,根据3G网络中语音IP化的特点,对软交换核心网业务进行了分类,给出了3G核心软交换网的总体要求和业务需求。

关键词:软交换;IP承载网;业务需求

中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)33-9389-03

3G Services Need Analysis for IP Bearer on Soft-switching Network

LI Bi-yun1, SHI Jun-ping2

(1.College of Mathematics and Computer Science,Jishou University,Jishou 416000, China; 2.College of Physics Science & Information Engineering,Jishou University,Jishou 416000, China)

Abstract: In the 3G core network construction, Planning and analysis is paramount. Soft-switching network architecture was analyzed, according to 3G networks IP-based voice characteristics, softswitch core network business was separated,and the softswitch overall requirements and business needs of 3G core network was gave.

Key words: softswitch; IP bearer network; business need

随着信息化进程的不断推进,人们已越来越不满足于现有GSM网络以窄带方式提供的单一语音服务,提供宽带化、智能化、个人化移动多媒体服务的需求日益剧增。下一代网络泛指一个以IP为中心,可以支持语音、数据和多媒体业务融合全新的网络。软交换SoftSWitch是构建在以IP为中心,可以支持语音、数据和多媒体业务的融合方案。在目前各大运营商老一代IP承载网建设和运营中,网络架构和技术理念都已经达到了完善,尤其是在冗余备份,路由切换方面已经有了规范化的设计理念和技术。但在3G核心网的承载方面,由于语音IP化的特殊需求,对新的IP承载网提出了更高或者更新的要求,因此,目前的承载网无法满足基于语音IP化的软交换核心网的承载需求。

1 软交换功能结构

软交换体系结构是目前面向网络融合的新一代多媒体业务整体解决方案,具有层次化、呼叫控制与承载分离、快速开发业务、集中部署业务等特点,可以向用户提供包含PSTN话音、无线话音、基础数据、多媒体数据等各种业务。通过优化网络结构,不但实现了网络的融合,更重要的是实现了业务的融合,使得包交换网络能够继承原有电路交换网中丰富的业务功能,同时,可以在全网范围内快速提供原有网络难以提供的新型业务。

在软交换构建的开放体系架构中,通过呼叫控制与媒体交换/承载的分离,实现了开放的分层架构,各层次网络单元通过标准协议互通,可以各自独立演进,以适应未来技术的发展。软交换主要包含两个层次。

媒体网关层:根据组网的位置,可分为接入媒体网关(提供接入适配功能)、中继媒体网关(提供与其他网络互通的媒体流转换功能)、资源媒体网关(提供特定媒体资源)。

呼叫控制层:由信令网关(提供中继信令SS7在IP网上的传输适配功能)和呼叫控制服务器(通过与信令网关和媒体网关的配合实现呼叫的建立、维持和释放控制功能)。

2 总体要求

为了满足3G核心网软交换承载的的基本需求,根据IP下一代网络NGN的自身特点,我们需要研究一套能够满足中国移动通信核心网的地位及承载业务的IP承载平台,同时确保其所承载软交换类业务及信令VPN业务安全可靠地运行的网络平台。

对于3G话音、信令和数据业务的具体需求,该平台理论上应当满足QoS(Quality of Service)、可靠性和安全性才能算做是一套高效和合格的NGN承载平台[1]。

QOS可以根据业务的重要性和及时性的要求,对不同业务分为不同级别,在接入、转发、汇聚等各方面提供不同优先级的承载服务[2],如最优传输、尽可能传输等。当然,在传输和设备性能足够的情况下,各个业务服务是一样的,但在接入层和转发层面上,突况都是不可控的,因此,在突况下,由于瞬时的性能和容量不足,对业务服务分为不同级别是非常有必要的;

安全性方面,由于移动业务本身的重要性,要着重解决外来入侵和内部干扰两个方面的安全性[3],分别可以通过接入层ACL、VPN技术、路由策略等技术进行完美解决。

可靠性方面,要求所有数据都能完整、有效、及时的进行传输。

3 3G业务分类

3G业务主要可以分为三个大类:实时话音业务、信令信号以及数据业务。

3.1 实时语音业务

实时话音业务是3G系统中最重要的业务,除了必要的QoS、可靠性和安全基础要求外,对话音传输的及时性方面有严格的要求。按照目前实验室的研究情况,要求在传输或设备故障、路由改变和收敛时,信号中断或震荡时间要小于50ms-200ms,分别是用户完全没有感知以及用户可以容忍的最大时限。经过测试,我们得出表1的结论。

根据表1,我们认为超过这个时限,将会引起用户的感知度的降低。但是,因为各种原因导致的路由改变和重新收敛在全国性运营商的承载网中经常出现,按照目前实验环境,在湖北移动网络中,核心路由器上的路由收敛一天有50次以上,扩展到全国范围,这个数字将会达到数千次。但是,如果不采用特殊的网络技术,仅仅利用现有的3层路由协议和策略配置,路由收敛最快也只能达到秒级。如OSPF收敛时间为10秒以上,目前中国移动采用的ISIS骨干路由协议在接入层可以达到3.3秒,而BGP路由协议更是不能进行自行收敛,而是必须根据承载的IGP路由协议收敛来收敛,时间更长。因此,解决由该原因造成的信号中断将是承载话音业务最重要的任务。

3.2 信令业务

对于信令业务来说,实时性要求没有话音业务高,但是,对安全性的要求特别突出,也就是对信号传输的有效性和可靠性有很高的要求。一个信令的错误可能导致整个通话或业务流程的全部中断。目前TDM承载平台中,由于信令在传输过程中的错误造成的用户投诉和业务质量降低是最大一个部分。

因此,除了在接入层进行严格限制外,在核心层不能进行依靠现有的路由协议来进行。因为,现有的动态路由协议具有自动寻路功能,而该功能在网络出现各种不可知的变动时,不仅会造成收敛时间很慢和错误收敛,还会造成次优路由、迂回路由或路由环路等各种不可知的变化,导致在一段时间内信令传输的错误。因此,如何确保信令传输的有效性是针对信令业务最重要的要求。

3.3 数据业务

3G的PS域中,数据业务占有很大部分。但是和比重相比,数据业务的重要性反而是最低的。因为数据业务用户对实时性的要求很低,对数据的有效性也没有很高的要求。在近一年的调查中,针对数据业务的这两个方面的投诉(如业务使用缓慢、业务不稳定等)的比率接近为0,而大部分用户对数据业务的要求仅仅在于是否可用方面。

因此,在承载平台上,对数据业务的要求最低,可以说只要满足了实时话音业务和信令业务的需求,数据业务的要求就能同样满足。

4 3G业务需求

根据以上对3G网络的分类及分析情况,可得出以下具体的需求。

4.1 高安全性

通过设备机制及组网方案提高网络整体的安全性,对于所承载的电信级业务,要能提供类似于传统专线一样的安全性,包括:1) 从业务的安全性要求出发划分安全域;2) 有效的隔离和边界控制。

网络系统的稳定可靠是应用系统正常运行的关键保证,在网络设计中应选用已规模商用的高可靠性网络产品,合理设计网络架构,制订可靠的网络备份策略,保证网络具有故障自愈的能力,最大限度地支持系统的正常运行。

1) 冗余设计,避免单点故障造成业务质量下降;

2) 快速的故障检测和故障倒换技术;

3) 保证业务在IP专网中传送时的可靠性、完整性和保密性;

4) 严格达到PSTN网99.999%的可靠性要求,信令承载要求更是要达到6个9或7个9的程度。

4.2 服务质量保证能力。

1) 引入承载控制机制,根据业务需求进行资源的管理;

2) 对数据传输质量进行严格要求,如IP专网端到端单向时延小于50ms、端到端时延抖动小于10ms、丢包率为小于1%;

3) 引入QoS技术:对于所承载的每种业务,要能够按需提供QoS;对于话音等实时业务,要能够提供类似于传统PSTN网络的服务质量,这样才能作为电信级业务的IP骨干网络。

4.3 良好的可扩展性

根据未来业务的增长和变化,网络可以平滑地扩充和升级,最大程度的减少对网络架构和现有设备的调整。

1) 巨大的用户和业务地址需求

2) 日益增长的业务容量要求,具备强大的处理能力、业务能力及平滑演进能力:IP专网必须具备承载高QoS业务所需的性能、各种特性及业务能力(如MPLS VPN、QoS、安全特性、ACL等),同时应具备强大的业务演进及扩展能力,对于新特性、新业务的提供(如IPv6),可通过软件升级的方式提供,最大限度地保护现网投资,满足可持续发展的要求;

3) 标准开放性:支持国际上通用标准的网络协议(如TCP/IP)、国际标准的大型的动态路由协议(如BGP、ISIS)等开放协议,有利于以保证与其它网络之间的平滑连接互通,以及将来网络的扩展。

4.4 QoS机制

1) 根据业务需求提供灵活的QoS、安全性保证:如严格保证增值类业务(VPN、话音及视讯等)的QoS,能够为所承载的各类电信业务(包括媒体流及信令流等)按需提供QoS保证(EF、AF);

2) 有效的网络层和业务层管理手段:对网络实行集中监测、分权管理。选用先进的网络管理平台,具有对设备、端口等的管理、流量统计分析,及可提供故障自动报警;

3) IP专网必须具有完善的故障定位、故障排查等功能,为网络日常维护管理、网络优化提供依据;同时应提供VPN策略部署工具,简化管理、降低维护成本。

4) 可对不同的业务实施灵活的计费策略。

综合以上的业务需求,无论从技术和商业角度都可以看到软交换还面临许多复杂要求[4],软交换仍处在发展阶段。

5 结束语

要建设一个具有前瞻性的软交换系统,相应的,具备先进性、开放性、高可靠性、可扩展性、可管理性和安全性的运营支撑系统也是必不可少的,特别是在新业务层出不穷的现时代。随着新技术的进步与新业务的开展,下一代软交换运营支持系统一定会有更大的发展。

参考文献:

[1] 蔡康,李洪.下一代网络(NGN)业务及运营[M].北京:人民邮电出版社,2005:145-170.

[2] 陈曾胜.IP承载网及其3G/NGN业务的QoS方案[J].移动通信,2008,(10):22-25.

[3] 刘军杰.刘成芳.软交换IP承载网传输质量监测[J].通信技术,2008,(04):156-158.

[4] 黄亮.在3G核心网中应用软交换的优势分析[J].电脑知识与技术,2008(5):1060-1061.