论软交换基础上的WCDMA网络

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摘要下一代网络是开放、多业务承载的网络，软交换是下一代网络的关键技术，它使3G向具有融合多媒体业务能力的全IP分组网络方向发展；伴随着WCDMA网络的发展，在软交换基础上构建WCDMA网络变得越来越重要。文章阐述了软交换网络结构和WCDMA系统结构，并且简单地介绍了3G，在这些基础之上讨论了如何在软交换环境中实现WCDMA网络。
    随着通信业务的迅速发展，通信网络从承载单一业务的独立网络向承载多种业务的统一的下一代网络（NGN）的方向发展。下一代网络要求能承载多种业务、采用开放的体系结构、网络结构灵活并易于扩充。软交换技术作为业务/控制与传送/接入分离思想的体现，是下一代网络体系结构中的关键技术，它独立于传送网络，主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，同时可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力。目前正积极进行3G核心网技术研究，其最终目标是具有融合多媒体业务能力的全IP网络。在这方面，3GPP发挥了很大的作用，提出了软交换技术为基础的IP多媒体子系统（IMS）结构，另外，WCDMA的快速发展和价格的下降，使得软交换与WCDMA互联越来越重要。3G与WCDMA移动网络的互联充分体现了软交换技术在下一代组网技术的优势，本文就基于这种观点展开讨论。
    一、软交换网络结构
    图1给出软交换网络的一般分层结构。其中，接入层支持各种类型的终端，相当于软交换网络的用户—网络接口功能，传送层负责通信媒体信息的端到端传递，对应网络的下3层功能。控制层负责呼叫控制，对应网络的会话层功能。该层的主要设备就是软交换系统（SSW），其地位相当于传统通信网中的交换机，是网络的核心设备，业务层基于下层网络的能力提供增值业务，对应网络的应用层功能。

    图1 软交换网络的一般结构

   二、WCDMA系统结构
    UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem通用移动通信系统）是采用WCDMA空中接口技术的第三代移动通信系统，通常也把UMTS系统称为WCDMA通信系统。
    UMTS系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构包括RAN（无线接入网络）和CN（核心网络），其中RAN处理所有与无线有关的功能，其中网元种类较少，主要包括BTS和RNC两种。BTS与GSM系统中的基站相同，是无线信号收发的基本单元，它可以支持WCDMA的编码方式。RNC（无线网络控制器）的功能相当于GSM系统中BSC与GPRS的PCU两者的结合，它承担无线资源管理、BTS控制以及切换管理等功能。而CN处理UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接并实现与外部网络的交换和路由功能。CN从逻辑上分为CS（电路交换域）和PS（分组交换域），UTRAN（UMTS的陆地无线接入网络）、CN与UE（用户设备）一起构成了整个UMTS系统其系统结构如图2所示。

    图2 UMTS的系统结构

    从3GPPR99（3GPPTS23.002 V3.4.0，2000-12）标准的角度来看，UE和UTRAN由全新的协议构成，其设计基于WCDMA无线技术，而CN则采用了GSM/GPRS的定义，这样可以实现网络的平滑过渡，此外在第三代网络建设的初期可以实现全球漫游。
    三、3G简单介绍
    3G标准组织主要由3GPP、3GPP2组成，以CDMA码分多址技术为核心。
    3G网络是未来通信发展的方向，它的一个重要目标就是以VoIP方式提供语音业务以及多样化的多媒体业务，并实现3G核心承载网络与IP网的融合统一。
    3G网络作为NGN的一部分，其体系结构的发展演进也受到软交换技术的影响，由于其核心网采用全IP方式进行承载，从而保证了3G的全IP核心网能够与NGN核心网实现有效的融合和互通，按照软交换网络功能分层的模型，3G网络也可以分为4个层面，即接入层、传送层、控制层和业务层，另外，3G核心网有效实现了控制、承载、业务三者的分离。
    四、基于IP的WCDMA移动网络

    图3 WCDMA网络架构

    图3给出一个基于电路交换域中的完全的WCDMA网络架构。SGSN/GGSN（服务GPRS支持节点/网关GPRS支持节点）通过IP将来自RAN的信令传递到MMCS/MMAS（多媒体服务器呼叫服务器/应用服务器），它们提供了与MSC（移动业务交换中心）服务器相同的功能。MGC（媒体网关控制器）执行通过SG（信令网关）与PSTN或传统PLMN的信令。来自RAN的媒体以RTP包的形式通过SGSN/GGSN传递到MG（媒体网关）。并且，被MSC服务器控制的MS（媒体服务器）能够提供简单的广播，以及对传递增值服务的应用服务器的控制，例如，语音信息、即按即说和召开会议。在以上网络中，通常协议使用情况为：媒体和信令网关与MSC服务器之间使用H.248协议，媒体服务器和应用服务器之间使用SIP协议，MSC服务器和GMSC之间使用SIP/SIP-T/H.323/BICC协议，VLR和HLR及GMSC和信令网关之间使用SIGTRAN协议，信令网关和PSTN/PLMN之间使用SS7/BICC协议。相关协议解释如下：
    SIP（会话初始化协议）是IETF制定的多媒体通信系统框架协议之一，它是一个基于文本的应用层控制协议，独立于底层协议，用来创建、修改和终结双方或多方参与的会话过程，其可应用于基于IP网络的交互式多媒体通信，属于带外信令。SIP协议借鉴了HTTP、SMTP等协议，支持代理、重定向、注册定位用户等功能，支持用户的可移动性，与RTP/RTCP、SDP、RTSP等协议配合，可以支持多种多媒体业务。在NGN中，SIP主要用于软交换、SIP服务器和SIP终端之间的通信控制和信息交互。
    H.248/Megaco是在MGCP协议（RFC2705）的基础上，结合其它媒体网关控制协议特点发展而成的一种协议，它提供控制媒体的建立、修改和释放机制，同时也可携带某些随路呼叫信令，支持传统网络终端的呼叫。其主要用于媒体网关控制器（MGC）控制媒体网关，完成媒体转换和媒体流控制功能，并不具有呼叫控制功能。
    H.323协议族为ITU-T制定的标准，其可以完成呼叫建立、释放、补充业务、能力交换等功能。H.323协议带有电信网可管理性和集中的特征，采用了ISDN的设计思想，使用Q.931协议完成呼叫的建立和释放。其发展时间较长，但升级和扩展性相比SIP和H.248结合的方式要复杂。
    SIGTRAN协议是由IETF的SIGTRAN工作组制定，其用途是在IP网络上传送PSTN信令，SIGTRAN协议包括SCTPM2UA。M3UA，提供了和SS7MTP同样的功能。
    SIP-T（RFC2026）是对SIP协议的扩展，其可使得SIP协议携带ISUP信令，从而有利于PSTN网络和IP网络的互联。一种有用的功能是PSTN间的SIP桥，用于两个软交换设备（MGC/CallAgent）之间的连接通信。
    BICC（BearerIndependentCallControl，与承载无关的呼叫控制）直接面向电话业务的应用提出，是在ISUP基础上发展起来的。在语音业务支持方面比较成熟，能够支持ISDN业务集，如语音业务、补充业务等。3GPP采用了BICC协议制定第三代移动通信网络的标准，成为R4版本Nc接口信令协议。其可以承载于ATM和IP之上。BICC与ISUP其中一个主要的不同之处是：增加了APM（应用传送）消息和APP参数。BICC通过APP参数传送封装应用信息；另外通过APM消息在呼叫的过程中实现编解码协商。
    五、总结
    软交换技术成为3G的核心技术之一，它使3G向具有融合多媒体业务能力的全IP分组网络方向发展，使基于软交换的3G与WCDMA互通成为可能。其在承载原有WCDMA网络的所有业务的同时，又由于IP技术的引入而带来的充足的带宽和一定的QoS保证，使得在新一代网络上语音、视频、数据等综合业务可以更完美地实现。