軟交換網絡對IP承載的3G業務需求分析

摘要:在3G核心網建設中，規劃和分析是首要的。分析了軟交換網絡體系結構，根據3G網絡中語音IP化的特點，對軟交換核心網業務進行了分類，給出了3G核心軟交換網的總體要求和業務需求。

關鍵詞:軟交換;IP承載網;業務需求

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號: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

隨著信息化進程的不斷推進，人們已越來越不滿足于現有GSM網絡以窄帶方式提供的單一語音服務，提供寬帶化、智能化、個人化移動多媒體服務的需求日益劇增。下一代網絡泛指一個以IP為中心，可以支持語音、數據和多媒體業務融合全新的網絡。軟交換SoftSWitch是構建在以IP為中心，可以支持語音、數據和多媒體業務的融合方案。在目前各大運營商老一代IP承載網建設和運營中，網絡架構和技術理念都已經達到了完善，尤其是在冗余備份，路由切換方面已經有了規范化的設計理念和技術。但在3G核心網的承載方面，由于語音IP化的特殊需求，對新的IP承載網提出了更高或者更新的要求，因此，目前的承載網無法滿足基于語音IP化的軟交換核心網的承載需求。

1 軟交換功能結構

軟交換體系結構是目前面向網絡融合的新一代多媒體業務整體解決方案，具有層次化、呼叫控制與承載分離、快速開發業務、集中部署業務等特點，可以向用戶提供包含PSTN話音、無線話音、基礎數據、多媒體數據等各種業務。通過優化網絡結構，不但實現了網絡的融合，更重要的是實現了業務的融合，使得包交換網絡能夠繼承原有電路交換網中豐富的業務功能，同時，可以在全網范圍內快速提供原有網絡難以提供的新型業務。

在軟交換構建的開放體系架構中，通過呼叫控制與媒體交換/承載的分離，實現了開放的分層架構，各層次網絡單元通過標準協議互通，可以各自獨立演進，以適應未來技術的發展。軟交換主要包含兩個層次。

媒體網關層:根據組網的位置，可分為接入媒體網關(提供接入適配功能)、中繼媒體網關(提供與其他網絡互通的媒體流轉換功能)、資源媒體網關(提供特定媒體資源)。

呼叫控制層:由信令網關(提供中繼信令SS7在IP網上的傳輸適配功能)和呼叫控制服務器(通過與信令網關和媒體網關的配合實現呼叫的建立、維持和釋放控制功能)。

2 總體要求

為了滿足3G核心網軟交換承載的的基本需求，根據IP下一代網絡NGN的自身特點，我們需要研究一套能夠滿足中國移動通信核心網的地位及承載業務的IP承載平臺，同時確保其所承載軟交換類業務及信令VPN業務安全可靠地運行的網絡平臺。

對于3G話音、信令和數據業務的具體需求，該平臺理論上應當滿足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承載平臺[1]。

QOS可以根據業務的重要性和及時性的要求，對不同業務分為不同級別，在接入、轉發、匯聚等各方面提供不同優先級的承載服務[2]，如最優傳輸、盡可能傳輸等。當然，在傳輸和設備性能足夠的情況下，各個業務服務是一樣的，但在接入層和轉發層面上，突發情況都是不可控的，因此，在突發情況下，由于瞬時的性能和容量不足，對業務服務分為不同級別是非常有必要的;

安全性方面，由于移動業務本身的重要性，要著重解決外來入侵和內部干擾兩個方面的安全性[3]，分別可以通過接入層ACL、VPN技術、路由策略等技術進行完美解決。

可靠性方面，要求所有數據都能完整、有效、及時的進行傳輸。

3 3G業務分類

3G業務主要可以分為三個大類:實時話音業務、信令信號以及數據業務。

3.1 實時語音業務

實時話音業務是3G系統中最重要的業務，除了必要的QoS、可靠性和安全基礎要求外，對話音傳輸的及時性方面有嚴格的要求。按照目前實驗室的研究情況，要求在傳輸或設備故障、路由改變和收斂時，信號中斷或震蕩時間要小于50ms-200ms，分別是用戶完全沒有感知以及用戶可以容忍的最大時限。經過測試，我們得出表1的結論。

根據表1，我們認為超過這個時限，將會引起用戶的感知度的降低。但是，因為各種原因導致的路由改變和重新收斂在全國性運營商的承載網中經常出現，按照目前實驗環境，在湖北移動網絡中，核心路由器上的路由收斂一天有50次以上，擴展到全國范圍，這個數字將會達到數千次。但是，如果不采用特殊的網絡技術，僅僅利用現有的3層路由協議和策略配置，路由收斂最快也只能達到秒級。如OSPF收斂時間為10秒以上，目前中國移動采用的ISIS骨干路由協議在接入層可以達到3.3秒，而BGP路由協議更是不能進行自行收斂，而是必須根據承載的IGP路由協議收斂來收斂，時間更長。因此，解決由該原因造成的信號中斷將是承載話音業務最重要的任務。

3.2 信令業務

對于信令業務來說，實時性要求沒有話音業務高，但是，對安全性的要求特別突出，也就是對信號傳輸的有效性和可靠性有很高的要求。一個信令的錯誤可能導致整個通話或業務流程的全部中斷。目前TDM承載平臺中，由于信令在傳輸過程中的錯誤造成的用戶投訴和業務質量降低是最大一個部分。

因此，除了在接入層進行嚴格限制外，在核心層不能進行依靠現有的路由協議來進行。因為，現有的動態路由協議具有自動尋路功能，而該功能在網絡出現各種不可知的變動時，不僅會造成收斂時間很慢和錯誤收斂，還會造成次優路由、迂回路由或路由環路等各種不可知的變化，導致在一段時間內信令傳輸的錯誤。因此，如何確保信令傳輸的有效性是針對信令業務最重要的要求。

3.3 數據業務

3G的PS域中，數據業務占有很大部分。但是和比重相比，數據業務的重要性反而是最低的。因為數據業務用戶對實時性的要求很低，對數據的有效性也沒有很高的要求。在近一年的調查中，針對數據業務的這兩個方面的投訴(如業務使用緩慢、業務不穩定等)的比率接近為0，而大部分用戶對數據業務的要求僅僅在于是否可用方面。

因此，在承載平臺上，對數據業務的要求最低，可以說只要滿足了實時話音業務和信令業務的需求，數據業務的要求就能同樣滿足。

4 3G業務需求

根據以上對3G網絡的分類及分析情況，可得出以下具體的需求。

4.1 高安全性

通過設備機制及組網方案提高網絡整體的安全性，對于所承載的電信級業務，要能提供類似于傳統專線一樣的安全性，包括:1) 從業務的安全性要求出發劃分安全域;2) 有效的隔離和邊界控制。

網絡系統的穩定可靠是應用系統正常運行的關鍵保證，在網絡設計中應選用已規模商用的高可靠性網絡產品，合理設計網絡架構，制訂可靠的網絡備份策略，保證網絡具有故障自愈的能力，最大限度地支持系統的正常運行。

1) 冗余設計，避免單點故障造成業務質量下降;

2) 快速的故障檢測和故障倒換技術;

3) 保證業務在IP專網中傳送時的可靠性、完整性和保密性;

4) 嚴格達到PSTN網99.999%的可靠性要求，信令承載要求更是要達到6個9或7個9的程度。

4.2 服務質量保證能力。

1) 引入承載控制機制，根據業務需求進行資源的管理;

2) 對數據傳輸質量進行嚴格要求，如IP專網端到端單向時延小于50ms、端到端時延抖動小于10ms、丟包率為小于1%;

3) 引入QoS技術:對于所承載的每種業務，要能夠按需提供QoS;對于話音等實時業務，要能夠提供類似于傳統PSTN網絡的服務質量，這樣才能作為電信級業務的IP骨干網絡。

4.3 良好的可擴展性

根據未來業務的增長和變化，網絡可以平滑地擴充和升級，最大程度的減少對網絡架構和現有設備的調整。

1) 巨大的用戶和業務地址需求

2) 日益增長的業務容量要求，具備強大的處理能力、業務能力及平滑演進能力:IP專網必須具備承載高QoS業務所需的性能、各種特性及業務能力(如MPLS VPN、QoS、安全特性、ACL等)，同時應具備強大的業務演進及擴展能力，對于新特性、新業務的提供(如IPv6)，可通過軟件升級的方式提供，最大限度地保護現網投資，滿足可持續發展的要求;

3) 標準開放性:支持國際上通用標準的網絡協議(如TCP/IP)、國際標準的大型的動態路由協議(如BGP、ISIS)等開放協議，有利于以保證與其它網絡之間的平滑連接互通，以及將來網絡的擴展。

4.4 QoS機制

1) 根據業務需求提供靈活的QoS、安全性保證:如嚴格保證增值類業務(VPN、話音及視訊等)的QoS，能夠為所承載的各類電信業務(包括媒體流及信令流等)按需提供QoS保證(EF、AF);

2) 有效的網絡層和業務層管理手段:對網絡實行集中監測、分權管理。選用先進的網絡管理平臺，具有對設備、端口等的管理、流量統計分析，及可提供故障自動報警;

3) IP專網必須具有完善的故障定位、故障排查等功能，為網絡日常維護管理、網絡優化提供依據;同時應提供VPN策略部署工具，簡化管理、降低維護成本。

4) 可對不同的業務實施靈活的計費策略。

綜合以上的業務需求，無論從技術和商業角度都可以看到軟交換還面臨許多復雜要求[4]，軟交換仍處在發展階段。

5 結束語

要建設一個具有前瞻性的軟交換系統，相應的，具備先進性、開放性、高可靠性、可擴展性、可管理性和安全性的運營支撐系統也是必不可少的，特別是在新業務層出不窮的現時代。隨著新技術的進步與新業務的開展，下一代軟交換運營支持系統一定會有更大的發展。

參考文獻:

[1] 蔡康，李洪.下一代網絡(NGN)業務及運營[M].北京:人民郵電出版社，2005:145-170.

[2] 陳曾勝.IP承載網及其3G/NGN業務的QoS方案[J].移動通信，2008，(10):22-25.

[3] 劉軍杰.劉成芳.軟交換IP承載網傳輸質量監測[J].通信技術，2008，(04):156-158.

[4] 黃亮.在3G核心網中應用軟交換的優勢分析[J].電腦知識與技術，2008(5):1060-1061.