现有GSM网络中的软交换建设分析

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软交换技术区别于其他技术的最显著特征，即其核心思想的3个基本要素是：　　a）开放的业务生成接口：通过API与“应用服务器”提供新的综合网络业务。
　　b）综合的设备接入能力：支持众多的协议，以便对各种各样的接入设备进行控制，最大限度地保护用户投资并充分发挥现有通信网络的作用。
　　c）基于策略的运行支持系统：采用一种与传统OAM系统完全不同的、基于策略的实现方式来完成运行支持系统的功能，按照一定的策略对网络特性进行实时、智能、集中式的调整和干预，以保证整个系统的稳定性和可靠性。
　　软交换技术由于其开放的体系架构、快速开放新业务的能力、便于核心网设备的集约化，并充分考虑了核心网的节点安全和备份，将成为未来核心网发展的方向。
　　软交换技术不仅可应用于未来的3G网络，在GSM网络、固定电话网上也具有广泛的应用价值。下面主要针对软交换在GSM网络上的建设方案进行论述。
1、在GSM网络中引入软交换的背景
　　在GSM网络中引进的软交换设备由Server和MGW（MediaGateway）两大部分组成，与传统TDM交换机相比，软交换设备具有如下优势：
　　a）技术优势
　　（a）采用承载和控制分离架构，便于集中化维护管理、便于快速开发新业务、便于MSC的容量均衡和容灾等，是NGN的核心技术；
　　（b）采用基于IP承载的软交换设备，MGW之间无级网相连，可优化网络结构，便于向未来分层架构的NGN演进。
　　b）价格优势
　　（a）由于采用了开放式平台，易于接收革新应用，便于新业务的部署和开展；
　　（b）根据2006年上半年主流厂家的报价，软交换MSC比TDMMSC的价格约低25%；
　　（c）建设初期，需要建设IP承载网来承载软交换系统，需增加部分投资，但从长远来看IP承载相对TDM承载的传输利用率更高。
　　c）符合未来网络发展趋势：软交换采用IP软交换技术，符合NGN的整体发展思路，符合未来语音、数据、多媒体全业务融合网络的发展方向。
　　因此，我国GSM网络运营商都提出要在现有GSM网络上建设软交换设备，并主要考虑采用分离架构的软交换设备。
　　下面以一个省为例介绍采用分离软交换设备的组网方案。
2、软交换组网方案
　　2.1话路网网络组织
　　2.1.1GSM话路网现状
　　目前移动GSM数字移动通信长途网采用二、三级混合结构。二级结构的省内话路网由一级兼二级汇接中心（TMSC1/2）和本地移动业务交换中心（MSC）组成。三级结构的省内话路网由一级汇接中心（TMSC1）、二级汇接中心（TMSC2）、MSC组成。三级网络结构又分两种情况：部分省采用二级逻辑网络组织，即省内网元与一级、二级汇接中心均相连，省际业务由一级汇接中心转接，省内业务由二级汇接中心转接；部分省采用三级网路组织，即省内网元只与二级汇接中心相连，省际业务由二级汇接中心转接至一级汇接中心。
　　本地网各MSC与GMSC之间设置直达中继，以疏通移动网与其他网之间的话务。各MSC之间设置直达电路，以疏通MSC之间的直达呼叫或越局切换。
　　2.1.2语音不基于IP承载下的话路网组织
　　对于新增软交换MGW部分，如果语音不考虑基于IP承载，可按照TDM端局组网原则考虑。图1示出的是语音不基于IP承载下的话路网组织图。

图1 语音不基于IP承载下的话路网组织

　　2.1.3语音基于IP承载下的话路网组织
　　如果语音考虑基于IP承载，可按照如下组网原则考虑：
　　a）对于MGW间网内：同一本地网内设有多个MGW时，直接通过IP网网状互联；不同地市的MGW通过IP网网状直联。
　　b）对于MGW网间：同一本地网内，MGW与所辖区域的2GMSC、GMSC设置直达电路。对本地网局（所）较多的地市，为了简化网络结构以及局数据的复杂程度，也可通过本地汇接局或者关口局转接。
　　对于长途话务，MGW与其他地市的MSC、GMSC间的连接方式有如下几种选择：
　　方式一：MGW通过现有长途汇接网疏通与其他地市的MSC、GMSC。
　　方式二：考虑不同地市间长途话务量尽量通过IP网承载：即A地市MSC/GMSC→A地市MGW→B地市MGW，A地市MSC/GMSC→A地市MGW→B地市MGW→B地市MSC。
　　从未来发展趋势来看，语音基于IP承载是一个大的发展趋势，长远来看将采用方式二。但考虑到一次性实施的难度和风险，可先考虑采用方式一，再分步骤分阶段向方式二过渡。图2示出的是语音基于IP承载下的话路网组织图。

图2 语音基于IP承载下的话路网组织

　　2.2信令网网络组织
　　2.2.1GSM信令网现状
　　目前移动GSM七号信令网结构采用二、三级的混合组网结构，采用A、B双平面的组网方式。同一平面内的STP网状相连，平面间成对STP以C链路相连。
　　二级结构的省内信令网由高级兼低级信令转接点（H/LSTP）和本地信令点（SP）组成。三级结构的省内信令网由高级信令转接点（HSTP）、低级信令转接点（LSTP）、省内网元组成。部分省采用逻辑二级网络组织，即省内网元与高级、低级信令转接点均相连，省际业务由高级信令转接点转接，省内业务由低级信令网转接点转接。部分省采用逻辑三级网路组织，即省内网元只与低级信令转接点相连，省际业务由低级信令转接点转接至高级信令转接点。
　　本地网内信令采用以直联为主的方式，即各网关局与各移动交换端局间设置直联信令链路，各移动局间设直联信令链路，网关局与HLR设置直联信令链路（Gateway功能），移动端局与HLR设置直联信令链路（位置更新、鉴权等功能）。
　　2.2.2信令网组网建议
　　新建软交换的信令网组网方式建议如下（以纯三级信令网结构为例）：
　　a）MGW与Server间采用H.248协议，通过IP承载。
　　b）Server与MSC、GMSC等设备间的ISUP/TUP消息通过MGW/SG或者LSTP转接。MGW/SG与本地MSC、GMSC间设置直达七号信令链路，通过IP承载网传送信令消息到Server进行处理；Server与MSC、GMSC、TMSC间的ISUP/TUP消息通过LSTP转接作为备用路由。
　　Server与TMSC设备间的ISUP/TUP消息通过LSTP转接。为避免Server与TMSC开设直达信令链路占用大量的TMSC设备的信令链路，建议由Server通过一对LSTP转接（可根据汇接局的信令资源情况灵活调整）。
　　c）Server与BSC间的BSSAP消息通过MGW/SG转接，MGW内置信令网关SG，MGW/SG与本地BSC间设置直达七号信令链路，通过IP承载网传送信令消息到Server进行处理。
　　d）Server与SCP间的CAP消息仍通过LSTP转接。
　　e）Server与Server间初期采用ISUP信令，通过TDM信令承载。
　　如果不同Server管辖同一本地网内MGW，Server间信令由MGW/SG转接。
　　如果同一Server管辖不同的本地网的MGW，逻辑Server间信令按照长途信令处理，由LSTP转接。
　　下一步再考虑将Server间的ISUP信令改为BICC信令：改为BICC信令后，省内Server间BICC消息通过IP承载网直接疏通。
　　f）由于Server采用大区管理机制，与所辖大区内HLR间的MAP信令都可认为是本地网范畴的信令，与其他地市和省际间的信令认为是长途信令，对于长途信令消息，仍通过一对LSTP进行转接，对于Server与所辖地市HLR间的信令消息有如下3种方式：
　　方式一：Server与所辖地市HLR间的MAP消息全部通过本地MGW/SG进行转接；Server与HLR间的MAP消息通过LSTP转接作为备用路由。
　　方式二：Server与所辖地市HLR间的MAP消息全部通过直达信令链路疏通；Server与HLR间的MAP消息通过LSTP转接作为备用路由。
　　方式三：如果Server与HLR在同一本地网，通过TDM电路直联；如果Server与HLR不在同一本地网，通过MGW与本地HLR设置直联信令链路，经IP承载网传送信令消息到Server进行处理；Server与HLR间的MAP消息通过LSTP转接作为备用路由。
　　方式一的优点是局数据原则统一；缺点是Server与HLR间的MAP消息全部需经过MGW/SG转接并基于IP承载网疏通，增加了MAP消息的时延及对IP网带宽的占用。
　　方式二的优点是局数据原则统一，Server与HLR之间设置直达信令链路，不需额外占用IP网带宽，稳定性好；缺点是需要增调Server与所辖地市HLR之间长途电路，电路的安全性相对本地电路稍差。
　　在不考虑有备用Server的情况下，总体上来说方式二要优于方式一，但方式二需要增调Server与所辖地市HLR间的长途电路，电路的安全性相对本地电路稍差。如果考虑到备用Server的使用，方式一相对方式二局数据设置简单。
　　从未来技术演进趋势来说，窄带信令将向宽带信令转变，那么信令基于IP承载是未来趋势；目前软交换厂家，如华为、摩托罗拉等在现网已经有方式一的信令连接应用案例。图3为按照方式一组网模式下的信令组网图。

图3 信令网网络组网示意图（N+1备份方式）

　　2.3IP承载网网络组织
　　从综合软交换核心节点选择、带宽需求、网络安全的方面考虑，结合IP承载网的特点，建议软交换IP承载网按照以下方式组织：
　　a）双星型结构。
　　b）在省会设置两个核心节点，分别放置一台高端路由器。
　　c）在每个建设软交换节点的地市设置接入节点，分别放置两台高端路由器，这两台路由器应尽可能分别设置于不同局址的机房。
　　d）接入路由器至核心路由器分别通过155MPOS链路相连。
　　e）MGW和MSCServer分别通过FE连接至局域网交换机，再接入两台接入路由器，实现链路保护。
　　IP承载网网络组织示意图见图4。

图4 IP承载网网络组织示意图

　　2.4计费、网管连接
　　对于软交换的计费，只需要大区中心Server与计费系统相连。
　　软交换的Server和MGW都需要通过物理通道连接到软交换的OMC-S，然后连接至省级网管。
　　2.5Server备份方式
　　目前软交换Server备份方式主要有两种，一种是N+1备份，一种是MSCinPOOL方式。
　　2.5.1N+1备份方式
　　正常工作模式下，备用Server和主用Server利用心跳链路连接，实时监控主用MSCServer的工作状态。一旦主用MSCServer出现故障，备用Server立即接管故障Server下挂MGW的管理及呼叫处理，保证网络的可用性。备用Server接替主用Server工作时共用主用Server的信令点编码和GT码。
　　当所有主用MSCServer正常工作时，备用Server将通过手工方式对所有主备Server的静态数据进行同步。当某主用MSCServer发生故障时，备用Server激活到其他主用Server的MISUP信令，MGW注册到备用Server上。此时备用Server中没有该区域漫游用户的用户数据，HLR中该故障Server下的漫游用户位置信息均无效，当用户进行主叫、发短消息、位置更新等操作时，需要到备用Server进行资源申请，备用Server就会到相关HLR中取该用户的三元组数据，完成该主叫用户的位置信息插入，此时该用户恢复被叫功能。对于一些没有任何主动行为的用户，将会通过接续过程自动从HLR插入用户信息，从而恢复用户数据。
　　当故障MSCServer恢复后，人工断开备用Server和其他主用Server之间的MISUP连接，闭锁备用Server到MGW的链路，激活原故障MSCServer的相关路由，实现故障倒回。
　　图5示出的是N+1备份实现方式示意图。

图5N+1备份实现方式示意图

　　2.5.2MSCinPOOL方式
　　采用MSCinPOOL方式，系统可以在池化服务区中的多个MSC之间分配用户，而不是利用单个MSC为特定区域提供服务。
　　一个MSCinPOOL方式可以把综合区域看作单个实体为其提供服务。每个BSC或RNC都与池中的每个MSC建立连接。
　　由于系统可以根据BSC或RNC中的业务分配算法在MSC节点之间分配漫游到池化区的用户，而且用户在离开池化区之前一直在同一MSC中注册，因此可以改善业务分配。
　　MSC池化可以提供负载分担和灾难恢复特性。图6示出的是MSCinPOOL备份实现方式示意图。

图6 MSCinPOOL备份实现方式示意图

3、软交换系统对IP承载网和传输的要求
　　采用分离架构的软交换设备，对Server和MGW之间的物理连接提出更高的安全保障要求，因此在网络组织和电路使用及调度方面应注意物理路由的安全性。
　　3.1对IP承载网的要求
　　a）IP承载网的结构要简洁，且安全、高效、稳定。
　　b）IP承载网与软交换设备接口需要紧密配合，IP地址统一规划，加强接口间测试。
　　c）IP承载网具有有效的病毒预防和检测机制。
　　d）应充分论证IP承载网在各种故障情况下的恢复保护机制，能够在IP承载网上实现可靠的异地容灾方案。
　　3.2对传输网的要求
　　a）加强传输网络的安全保障，尽量考虑建设传输二平面，增加物理传输通道的安全性，保障IP承载网和软交换长途传输电路的安全。
　　b）传输网络能够进行便捷的电路调度和调整。
4、软交换对维护管理体系的要求
　　由于软交换Server集中设置，而MGW分散放置，对维护管理提出新的要求。
　　大区中心（Server集中放置的地市）维护人员与所属地市维护人员应该分别设定账户，并明确账户的权限。对维护人员应按照不同的角色，设置不同的职责权限，并由相关主管部门对用户角色的权限设定进行审阅并签字确认。
　　大区中心维护管理人员需对大区中心的设备进行集中维护管理，包括设备局数据的设置、修改，设备的日常运行维护；定期校验Server的主机时间、BAM时间、计费服务器时间。
　　所属地市维护管理人员只能在返迁终端对本地设备进行维护，只能修改跟本地市相关的设置，不能擅自改动大区中心Server的局数据；定期校验MGW主机时间。
5、下一步发展展望
　　根据未来技术发展趋势，建设在GSM网络上的软交换设备的发展方向主要有如下几个方面：
　　a）软交换MGW间语音改为IP承载，Server间改为BICC信令，并为2G和3G融合打下基础。
　　b）建设时间同步网，对软交换设备进行时间同步。
　　c）软交换不仅支持2G和3G核心网，而且可以支持其他接入方式，如固网接入等。
6、结束语
　　由于软交换的技术优势和技术解决方案的逐步成熟，软交换技术在电信网络中获得了越来越多的应用。但由于软交换技术新、变化大，对工程建设和维护管理提出了新的要求。相对建设原来的传统交换机，不仅软交换本身网络组织更加复杂，而且还需要建设IP承载网与软交换紧密配合，调整传输电路，保障物理通道安全，这些工作大大增加了工程建设的难度。由于软交换采用分离架构，Server集中设置方式，需要维护体制相应发生变化，为未来维护管理集中化探路。