软交换与3G网络互通关键技术分析

　　0、前言

　　随着软交换技术逐步走向商用和3G牌照发放的日益临近，软交换网络和3G网络的大规模布放和网络组织逐渐成为技术研究的重点。在网络大规模布放之后，如何实现两网的顺利互通，互通中需要考虑哪些关键的技术问题，对互通节点如何要求等，成了网络建设中必须要考虑的关键问题。本文从两网的结构特点入手，就软交换网络和基于WCDMA R4架构的3G网络电路域基本业务互通的主要技术问题进行探讨，并借此提出对互通节点的技术要求。供网络建设和设备选型时参考。

　　1、网络结构

　　1.1　软交换网络

　　软交换网络从下向上分为接入层、承载层、控制层和业务/应用层。软交换设备位于控制层，是整个网络呼叫控制的核心设备。软交换网络以IP网作为承载层，实现呼叫控制和承载的分离，各种网关接受软交换设备的控制，实现媒体的端到端连接。图1是软交换网络结构图。

　　图1　软交换网络结构

　　1.2　3G R4 网络

　　图2是3G R4的网络结构图。从图2可以看到，R4阶段采用软交换技术实现电路域业务的控制，多媒体业务主要通过分组域实现。与软交换网络类似，R4网络同样以IP网作为承载层，实现呼叫控制和承载的分离，网关MGW接受MSC Server设备的控制，实现媒体的端到端连接。

　　图2　3G R4的网络结构图

　　2、业务实现方式比较

　　2.1　话音业务

　　2.1.1　软交换网实现方式

　　软交换网内语音和传真业务的实现方式如图3所示。

　　图3　语音、传真的实现方式

　　在支持语音业务时，软交换通过H.248协议控制媒体网关(或通过SIP协议与SIP终端配合)完成呼叫的建立。当涉及到跨软交换的呼叫时，局间根据主被叫的情况采用SIP或SIP-I协议。对于目前软交换作为汇接局或长途局的情况，局间采用SIP-I协议，通过封装端局上送的ISUP消息来完成呼叫控制的接续。

　　媒体网关完成媒体的编解码和格式转换。目前语音在IP网上传递主要采用的编码方式有G.711/G.723/G.729等。

　　在语音呼叫建立的过程中，软交换负责媒体的编/解码类型和格式的协商，并指示网关设备采用确定的编码方式。当涉及到编码方式的动态调整时，网关需要上报软交换设备，并在软交换的指示下进行切换。

　　2.1.2　3G网实现方式

　　3G R4网络的电路域采用呼叫控制和业务承载分离的网络架构。MSC Server属于控制层面，负责呼叫控制、承载控制和路由解析等功能。MGW属于承载层面，负责用户面的话音和媒体流的传递和转换功能。

　　网内MSC Server之间使用BICC协议，MSC Server通过扩展的H.248协议控制所管辖的MGW，MGW之间通过IPBCP和Nb-UP初始化消息建立用户面的连接。3G R4网络协议连接如图4所示。

　　图4　3G R4网络协议连接

　　3G网内用户的语音呼叫，当R4网络使用TrFO功能时，可以使网内的3G终端之间使用同一AMR编码进行通信，从而省去编/解码的过程。AMR语音有8种编码速率：12.2、10.2、7.95、7.40、6.70、5.90、5.15、4.75kbit/s，但若两终端不能统一成为一种AMR编码，则仍需要MGW负责做编码的转换。

　　对于传真业务，3G终端和MGW之间使用E-T.38协议，通过MGW转换成G.711。

　　2.2　多媒体业务

　　2.2.1　软交换网实现方式

　　软交换网络中视频电话实现方式如图5所示。

　　图5　软交换网视频电话实现方式

　　软交换网络可提供点对点视频和视频会议功能。目前采用的终端主要为SIP的软、硬终端。软交换通过SIP协议与终端配合完成呼叫的建立，当涉及到跨软交换的呼叫时，局间也采用SIP协议进行互通。

　　软交换支持视频会议业务需要用到MCU或者媒体资源服务器。目前厂家提供的MCU是基于原有的H.323体系，设备和软交换之间采用H.323协议。当涉及到跨软交换的呼叫时，局间也采用SIP协议进行互通。

　　2.2.2　3G网实现方式

　　3G网络中视频会议实现方式如图6所示。

　　图6　3G网络视频会议实现方式

　　3GPP采纳H.324M协议作为电路型视频通话的标准。当网内2个3G-324M终端之间建立视频呼叫时，MGW对媒体流不做任何处理，3G终端音频使用AMR，视频使用H.263。MSC Server之间仍然通过BICC消息进行互通。

　　3G网内的视频会议要使用MCU，通过视频互通网关(VIG)连接2个网络。VIG与MCU相连，能够让H.324M终端加入到多点会议中。3G终端通过拨叫特服号创建或加入到视频会议中。

　　VIG同时连接IP网络(H.323)和TDM(WCDMA设备)。在IP侧，VIG通过RAS注册到H.323网络中的GK，通过H.323协议与H.323网络中MCU进行信令交互；在TDM侧，VIG以ISUP中继接入WCDMA网络，通过ISUP与WCDMA网络进行信令交互，通过H.324M协议与WCDMA网络中的视频终端进行H.245交互和媒体交互。3G终端音频使用AMR，视频使用H.263。

　　3、业务互通技术要点分析

　　由上面的分析可以看到，软交换网络和3G R4网络互通时，会涉及到多个层面的互通，包括业务层、控制层和接入层。以下关于互通问题的讨论，仅针对网络的主要层面，即控制层和接入层。

　　3.1　互通协议的选择

　　在软交换网络和3G互通时，会涉及到多个层面的互通，包括业务层、控制层和接入层。SIP-I协议和BICC协议是目前用于软交换网络控制层面和3G R4网络控制层面的主流协议，是软交换网络和3G网络互通时首先涉及的协议。以下主要讨论两种协议在2个网络中的发展和作用。

　　3.1.1　BICC协议

　　BICC是在ISUP基础上发展起来的，在语音业务支持方面比较成熟，能够支持以前窄带所有的语音业务、补充业务和数据业务等。BICC是直接面向电话业务的应用提出的，来自传统的电信阵营，具有更加严谨的体系架构，因此它能为在软交换中实施现有电路交换电话网络中的业务提供很好的透明性。

　　BICC协议解决了呼叫控制和承载分离的问题，使呼叫控制信令可以在各种网络上承载，包括MTP No.7网和IP网。

　　目前BICC协议由CS1向CS2、CS3发展。CS1支持呼叫控制信令在MTP No.7网和ATM网上的承载；CS2增加了在IP网上的承载；CS3则关注MPLS、IP QoS等承载应用质量以及与SIP互通问题。

　　3.1.2　SIP与SIP-I协议

　　SIP协议是一个基于文本的应用层控制协议，用于建立、修改和终止双方或多方多媒体会话，在实现上独立于底层传输协议，底层承载可采用TCP/UDP/SCTP中的任何一种。SIP协议通过与RTP/RTCP、SDP、RTSP等协议及DNS配合，在能力上可支持语音、视频、数据、状态呈现、即时通信、游戏等业务。除此之外，SIP消息体部分可允许同时存在多种不同会话描述协议，此种方式称为MIME(Multipurpose Internet Mail Extensions)。

　　当SIP成为一种趋势时，ITU也开始制定相关标准，研究PSTN如何与SIP网络进行互通。只不过ITU的相关文档是在IETF的成果基础上得出的。ITU提出了TRQ 2815和Q.1912规范，其中，TRQ 2815类似于IETF的RFC3372，定义了SIP与BICC/ISUP互通时的技术需求，包括互通接口模型、互通单元IWU所应支持的协议能力集、互通接口的安全模型等；Q.1912类似于IETF的RFC3398，根据IWU在SIP侧的NNI上所需支持的不同协议能力配置集，详细定义了SIP与BICC/ISUP的互通、一般情况下SIP与BICC/ISUP的互通、SIP带有ISUP消息封装时(SIP-I)与BICC/ISUP的互通等。在Q.1912中，将封装了ISUP消息的SIP消息称为SIP-I。

　　SIP-I协议族重用了许多IETF的标准和草案，内容不仅涵盖了基本呼叫的互通，还包括了BICC/ISUP补充业务的互通。

　　3.1.3　BICC协议和SIP-I协议的比较

　　以下对BICC协议和SIP-I协议的主要方面进行比较(见表1)。

　　表1　BICC协议与SIP-I协议的比较

　　3.2　互通需要解决的关键问题

　　由上面的分析可以看出，软交换网络和3G网络在业务实现时存在下述几点不同，在业务互通时必须解决好这几个方面的问题。

　　3.2.1　协议及编解码方式的转换

　　软交换网络中的控制设备(即软交换设备)支持SIP/SIP-I协议进行互通；3G网络中的控制设备(即MSC Server设备)支持BICC协议进行互通。互通时，需要在控制层设置相应的协议转换设备，根据呼叫发起的方向不同，互通设备实现以下两种功能：

　　a)终结BICC协议，并发起SIP/SIP-I协议：

　　b)终结SIP/SIP-I协议，并发起BICC协议。

　　另外，由于软交换网络和3G网络采用的媒体编码格式不同，因此，在承载层需要特定的媒体转换设备，完成媒体编码的转换。

　　3.2.2　互通网关的选择

　　软交换网络和3G网络的网关具有不同的特性，因此，在选择互通网关时，必须注意网关能够具备与两种网关的互通。

　　图7列出了3G网络和软交换网络的网关的控制模型。

　　图7　3G和软交换网网关控制模型

　　从图7可以看出，网关控制模型的主要不同在于承载控制功能(BCF)的位置。软交换网络的承载控制由软交换设备完成，即软交换设备完成媒体地址的交互、媒体类型的协商等功能。3G网络的承载控制由网关设备完成，即网关设备完成媒体地址的交互、媒体类型的协商等功能。

　　上述的不同使得3G网络和软交换互通时，需要通过特定的互通网关，同时支持网关设备的媒体控制协商功能和软交换设备的媒体控制协商功能。

　　3.2.3　DTMF的信号处理

　　软交换体系支持两种DTMF信号的处理，RFC2833带内传送和SIP info方式的带外传送，与3G互通时。前者通过互通网关终结2833并上报MSC Server，转换成BICC，而后者则通过互通控制设备将SIP info直接映射到APM中。

　　综上所述，在2个网络互通时，需要设置相应的互通协议转换设备和互通网关设备来解决上述问题。

　　4、结束语

　　随着软交换网络应用越来越广泛以及3G牌照的下发日期日益临近，探讨和关注2个网络的互通将是直接影响到网络的建设和部署的关键问题。各个运营商在了解互通的关键技术问题的基础上，可以根据自己网络的实际情况和网络部署的实际需求，选择合适的互通方案，部署和建设网络。