9.3.2 软交换技术在移动本地网的应用
随着在2G长途汇接层面应用的展开,软交换技术也逐渐被用于移动网络的端局层面。
在移动本地网端局引入软交换技术要考虑今后向3G业务平滑过渡及2G与3G业务的互通,节约投资成本。在建设初期基于2G无线接入网的业务引接,在本地网扩容时引入软交换组网;当3G无线接入网建成后,本地软交换网同时引接3G无线接入网,实现3G业务的全IP传输。
1.组网结构
利用软交换技术改造或新建移动端局后的组网结构如图9.17所示。改造或新建的移动软交换端局均采用3GPP的R4核心网架构,因此原来的(G)MSC功能都被分离成为(G)MSC Server和MGW,实现控制与承载的分离。
图9.17 新建移动软交换端局的组网结构
MSC Server继承了(G)MSC所有的业务控制层业务处理能力及信令接口功能,并利用扩展的H.248协议控制MGW,实现媒体流的汇聚、映射和交换功能。MGW负责接入网与核心网之间媒体的转换和承载的转换。按“大容量、少局所”的原则,MSC Server独立于本地网之外集中设置,MGW按需要分散设置在各个本地网,一个MSC Server可控制多个MGW。MSC Server/MGW同时支持2G/3G用户接入,因此2G/3G在本地网实现了融合。原GSM交换网络中的HLR、SCP、SMS等网元设备则被重用。
在每个本地网中,软交换关口局是单独设置的,也就是说GMSC Server和GMGW都在本地。GMGW与本地网中的任意一个MSC端局之间都设置了直达电路,因此软交换关口局除了疏通异网话务,还兼有本地IP话务落地的功能。
2.路由组织
引入软交换设备后,软交换端局MGW和软交换关口局GMGW之间通过IP专用承载网网状互连。软交换端局MGW和其归属汇接区的TMSC2以及长途软交换汇接局TMG设置中继电路,按比例疏通长途话务;软交换端局MGW与本地网内的其他移动端局MSC之间设置直达中继,以疏通本地网内的话务;软交换端局MGW和本地网内的关口局GM-SC设置直达电路,以疏通互连互通话务。软交换端局MGW与BSC之间开设直达的TDM链路、与RNC之间开设ATM链路,以完成其所辖基站覆盖区域移动用户的业务。
为了充分地利用IP承载的优势,话务路由采用“就近入IP、就远出IP”的原则。移动核心网络中的具体话务互通和路由如下。
1)本地话务
(1)软交换端局MGW之间的话务直接通过IP承载网进行疏通。同一MGW的话务利用发卡功能进行转发。
(2)软交换端局与TDM端局之间的话务通过TDM直达电路进行疏通。
(3)软交换端局和本地的其他运营商之间的话务,由主叫的软交换端局路由到本地关口局,通过关口局实现互通。
(4)本地网内其他话务保持现有组织方式。
2)省内长途话务
(1)软交换端局发起、TDM端局落地的省内长途的话务。
由发端局将呼叫控制信令采用IP承载送至省内TMSC Server/CMA节点,由TMSC Server/CMA节点分析被叫MSRN或ISDN,并发起ISUP信令消息送至被叫端局。TMG完成话音的IP-TDM转换。
(2)软交换端局发起、被叫为省内异网用户的长途话务,由发端局将呼叫控制信令采用IP承载送至省内TMSC Server/CMA节点,由TMSC Server/CMA节点根据被叫区号或ISDN号码判断收端本地网内是否有软交换关口局:若收端侧本地网有软交换关口局,TMSC Server/CMA节点发起ISUP信令消息送至软交换关口局GMSC Server,进而完成接续,而话务由发端端局MGW直接经IP承载送至收端软交换关口局GMGW,由收端软交换关口局GMGW完成话音的IP-TDM转换;若收端侧本地网没有软交换关口局,则TMSC Serv-er/CMA节点发起ISUP信令消息送至收端关口局GMSC,而话务由发端端局MGW经IP承载送至省内TMG,由省内TMG完成话音的IP-TDM转换,再由省内TMG采用TDM疏通至被叫所在本地网关口局。
(3)TDM端局发起、软交换端局落地的省内长途话务,由TDM长途汇接网与软交换长途汇接网按比例转接。对于经TDM长途汇接网转接的长途话务,疏通方式保持不变,仍采用TDM承载送至被叫端局(包括TDM端局与软交换端局)。对于经软交换长途汇接网转接的长途话务,由发端局将呼叫送至省内TMSC Server/CMN节点,由省内TMSC Server/CMA节点分析被叫MSRN或ISDN,并发起BICC信令疏通至被叫端局;而话务由发端TDM端局送至本省TMG,本省TMG完成话音的TDM-IP转换。
(4)TDM端局发起、被叫为省内异网用户的长途话务,由TDM长途汇接网与软交换长途汇接网按比例转接。对于经TDM长途汇接网转接的长途话务,疏通方式保持不变,仍采用TDM承载送至被叫侧本地网关口局。对于经软交换长途汇接网转接的长途话务,由发端局将呼叫送至省内TMSC Server/CMN节点,省内TMSC Server/CMA节点根据被叫区号或ISDN判断收端本地网内是否有软交换关口局,若收端侧本地网有软交换关口局,TMSC Server/CMA节点发起BICC信令疏通至收端侧本地网软交换关口局GMSC Server,而话务由发端TDM端局经TMSC2送至本省TMG,本省TMG完成TDM-IP的转换。若收端侧本地网没有软交换关口局,仍保持现有疏通方式。
(5)省内其他长途话务,保持现有网络路由组织方式。
3)省际长途话务
省际长途话务的路由与省内长途话务的路由类似,只不过是呼叫控制信令采用IP承载送至本省TMSC Server/CMA节点后,由发端省TMSC Server/CNM节点分析被叫MSRN或ISDN,将信令疏通至收端省TMSC Server/CMA节点,再由收端省TMSC Server/CMA节点分析被叫MSRN或ISDN,从而完成接续。
3.设备介绍
1)移动交换服务器
移动交换服务器(MSC Server)是移动通信系统中电路交换向分组交换方式演进的核心设备。当MSC Server处于端局,应具有UMTS/GSM(可选)系统中MSC的呼叫控制功能和移动性管理功能。此外,MSC Server还要完成媒体网关接入控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等功能,并能配合SCP提供多样化的智能业务。
在无线接入侧,MSC Server应支持A接口的BSSAP和Iu-CS接口的RAAAP,用于处理用户与网络之间的信令消息交换;而在核心网侧,MSC Server除了支持原有的MAP、SUP、CAP等协议外,还要支持Mc接口的H.248协议和Nc接口的BICC协议。
MSC Server一般与VLR实体合设。
2)移动媒体网关
移动媒体网关(MGW)在移动端局位置时,位于无线子系统和核心网之间,负责把3GPPR4或3GPPR99的UTRAA系统和2G GSM的无线接入侧设备BSC接入到核心网。MGW负责完成Iu接口用户平面功能和Nb接口功能,即支持话音的ATM/IP承载与TDM承载之间的双向转换。如果MGW的两侧均为分组承载(ATM或IP),则MGW应支持AMR话音的透明传递。
MGW应能根据移动MSC Server的命令对所连接的呼叫资源进行控制,配合MSC Server实现呼叫无关的媒体网关控制过程、前向承载建立过程、后向承载建立过程以及漫游切换等业务过程。
3)信令网关
在移动软交换网中,信令网关(SGW)实现以下的信令消息的承载转换功能:
(1)RNC与MSC Server之间的RAAAP消息:
(2)BSC与MSC Server之间的BSSAP消息;
(3)TDMMSC/GMSC与MSC Server之间的ISUP消息。
SGW在物理实现上可以与(G)MSC Server或者MGW合设。
4.接口协议
1)Mc接口
Mc是MSC Server与MGW之间、GMSC Server与GMGW之间的接口,其上采用H.248协议。3GPP根据移动网络特有的需求对H.248协议作了一定扩展。例如,为了识别3G用户平面的分组包,增加了3G用户平面识别和相应程序;为了支持GSM和UMTS的电路交换业务,增加了电路交换数据的识别和相应的程序;为了支持TFO技术,增加了TFO标识;为CAMEL预付费业务告警音增加了一个新的toneID等。H.248协议支持IP承载(见图9.18(a)),也支持ATM承载(见图9.18(b))。目前的组网结构一般采用基于IP的传输方式。
图9.18 H.248协议支持的承载方式
2)Nc接口
Nc接口是MSC Server之间、GMSC Server与MSC Server之间、CMN与(G)MSC Server之间和CMA之间的呼叫控制信令接口。Nc接口采用BICC协议。BICC信令本身可基于TDM/ATM/IP多种承载方式,如图9.19所示。目前基本采用BICC/M3UA/SCTP/IP形式。
图9.19 BICC协议的承载基础方式
3)Nb接口
Nb接口是MGW之间、MGW与GMGW之间的接口,支持话音的ATM/IP分组承载或者TDM电路承载。Nb接口上的话音编码与采用的承载方式直接相关。当采用TDM承载时,话音采用G.711编码。当采用IP承载时,话音编/译码采用AMR2(12.2kbit/s),承载协议栈为RTP/UDP/IP。当MGW之间采用ATM/IP分组承载时,BSC中的TC单元(TRAU Transcoder)转移到MGW中,在移动网内部支持TrFO(Transoder Free Opera-tion)特性,即从UE到UE呼叫整个路径均采用AMR话音,而无须经过两次TC编/译码,即从AMR话音到G.711PCM话音再到AMR话音的转换。
4)A接口
A接口分为用户面和控制面两个层面。A接口的用户面基于TDM承载,在MGW终结并由MGW完成媒体处理和交换。A接口的控制面在MGW中经内置的SGW转接,SGW与MSC Server之间采用IP承载,如图9.20所示。
图9.20 A接口的控制面
5)Iu-CS接口
Iu-CS接口也分为控制面和用户面两个层面:控制面主要负责用户的移动性管理及呼叫控制;用户面主要负责承载的建立及媒体流的传送。Iu-CS接口的用户面在MGW终结并由MGW完成媒体处理和交换。Iu-CS接口的控制面在MGW中经内置SG转接,进而与MSC Server交互。Iu-CS接口控制面采用RANAP,可以基于ATM承载和IP承载:当基于ATM承载时,协议栈为RANAP/SCCP/MTP3B/SSCF-NNI/SSCOP/AAL5/ATM;当基于IP承载时,协议栈为RANAP/SCCP/M3UA/SCTP/IP。
6)其他接口
MSC Server与TDM交换机(2GMSC/GMSC)互通的ISUP信令,由MGW内置的SGW进行转接。TDM交换机与SGW之间仍采用TDM方式承载,其协议栈为ISUP/MTP;SGW与MSC Server之间采用IP承载,其协议栈为ISUP/M3UA/SCTP/IP,其中的SCTP应支持多归属机制。
MSC Server/VLR与HLR之间通过C/D接口进行MAP信令的传递。GMSC Server与HLR之间通过C接口进行MAP信令的传递。MSC Server/VLR之间通过E/G接口实现MAP上信令的传递。MAP协议接口基于TDM承载,接口协议栈为MAP/TCAP/SC-CP/MTP。
MSC Server/VLR/SSP以及GMSC Server通过CAP接口与SCP连接。CAP基于TDM承载,协议栈为CAP/TCAP/SCCP/MTP。
5.设备容量测算
在采用软交换技术新建移动端局的应用中,移动软交换设备的处理能力和IP带宽、移动媒体网关的电路数和IP带宽、信令网关的信令链路数和IP带宽等设备容量的测算方法与9.2.1小节介绍的方法类似,在此不再赘述。
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