傳統語音交換網絡面臨的挑戰及應對策略

上海郵電設計咨詢研究院有限公司 上海 200092

1 語音業務現狀

1.1 業務收入與用戶規模

隨著近年來智能終端的不斷普及，傳統語音業務不斷受到數據業務的分流，根據圖1中對2010～2013年歷年業務收入比重統計，2013年的話音業務收入占比首次低于非話業務收入，縮減至46.8%。移動數據及互聯網業務收入對行業收入增長的貢獻從上年的51%猛增至75.7%[1]，預計隨著移動4G技術和智能手機終端的普及，數據業務將迎來進一步迅猛增長。

圖1 2010～2013年話音業務和非話音業務收入占比變化情況

根據對1949～2013年歷年國內固定電話和移動電話用戶數的統計，如圖2所示，移動電話用戶數從無到有，呈現不斷增長的趨勢，2013年當年移動電話用戶凈增11 695.8萬戶，總數達12.29億戶，移動電話用戶普及率達90.8部/百人，比上年提高8.3部/百人。傳統固定電話用戶數在2006年后開始逐漸萎縮，至2013年，固定電話用戶總數為2.67億戶，比上年減少1 116.8萬戶，普及率降低至19.7部/百人。

圖2 1949～2013年固定電話、移動電話普及率發展情況

1.2 固定語音業務

1) 公眾用戶類業務。電信運營商運營著龐大的交換網絡，語音業務仍是電信運營商的重要組成。隨著移動通信技術的普及，特別是近年來以智能手機為代表的移動互聯網業務蓬勃發展，公眾用戶的通信行為發生根本性變化，語音業務不斷萎縮。

2) 中繼平臺類業務。語音交換網絡為政企客戶提供各種中繼平臺類專線業務，此類業務質量要求普遍較高，按信令協議不同主要可分為PRI、ISUP、TUP、R2、SIP接入。

①ISUP/TUP/R2/PRI專線。作為傳統中繼類業務，業務規模較大，按接入類型，可分為雙路由接入和單路由接入。單路由接入專線業務一般就近接入端局，雙路由接入專線業務以政企大客戶為主，對網絡安全可靠性要求高，通過設置特服匯接局來實現業務匯接。隨著經濟不斷增長，特別在沿海特大城市，傳統語音專線業務成熟穩定，語音質量安全可靠，仍有一定發展空間。

②SIP專線。用戶配置IP PBAX后，可以通過SIP中繼專線接入運營商IMS網絡，目前仍處于業務起步階段，新增專線客戶采用SIP專線比例不斷提高。

1.3 移動語音業務

移動通信業務經歷模擬、數字2G、3G的時代，目前正處于4G部署階段。在2008年3G牌照面向三家電信運營商發放后，移動用戶數量不斷增長。目前，移動用戶普及率高，移動語音業務趨向飽和，移動電話MOU值和ARPU值雙雙下降。

隨著以蘋果iOS和谷歌Android為代表的智能手機操作系統席卷手機終端市場以及移動互聯網的不斷發展，OTT模式的手機APP應用激增，傳統移動語音業務發展面臨以Skype、微信為代表的IM即時通訊應用狙擊，移動語音長途、漫游資費不斷降低，用戶語音ARPU值不斷下降。

2 語音業務發展趨勢

2.1 兩極化、差異化發展趨勢

在業務應用領域，以互聯網為代表的創新業務體系發展迅速，通信運營商作為通信產業的主導者，逐漸有淪為管道運營商的趨勢。雖然傳統語音業務仍有相當市場，但隨著市場發展和技術演進，逐步呈現兩極化發展趨勢。

1) 低成本語音發展趨勢。隨著經濟不斷發展，廣大用戶的智能化終端比例極高，Skype、微信、FaceTime等語音提供模式以低價或免費方式不斷分流長途話務，并已開始逐漸滲透分流本地話務。此類語音業務質量要求不高，通信運營商如何降低網絡運營成本，提供同類低成本語音業務與之競爭，比如利用VoLTE技術，成為業內關注重點。2) 高音質語音發展的趨勢。面向各類政企客戶為主的語音專線業務，對業務的穩定性、安全性要求更高，為客戶提供端到端的高可靠性、高保真語音專線業務仍有巨大市場。

2.2 多媒體、融合類業務的發展需求

用戶的業務需求不斷向多媒體、融合類業務方向發展，RCS、視頻通話、視頻會議等新業務不斷被提出，這需要核心網有能力支持。核心網向IMS架構演進，符合未來ICT業務融合多樣發展需求。

綜上所述，在新信息時代下，固定語音業務總體呈現萎縮趨勢，但隨著行業日益細分，導致整體業務溝通更為頻繁，故政企類客戶的語音業務需求仍會不斷增長。隨著網絡技術演進，PTSN交換機制式為主的端局和特服匯接局面臨退網，在網絡改造過程中，如何保證政企客戶專線業務的可靠承接是網絡演進發展過程需要重點關注的問題之一。隨著4G技術的成熟商用，OTT模式的多媒體業務將會吞噬大量無線帶寬，電信運營商被迫進入全流量管道運營。

3 本地語音交換網絡現狀

3.1 固定語音網絡

電信運營商本地語音網絡主要為用戶提供基礎語音業務、補充業務、智能業務及中繼類業務，網絡主體分為匯接及接入兩層。其中，匯接層一般為軟交換雙平面組網，接入層通過TDM端局和軟交換AG提供語音業務，用戶話務全匯接查詢SHLR；基于家庭網關的VoIP業務開始規模部署，作為過渡方案通過軟交換實現FTTX語音業務；同時，IMS網絡初步建成，具備承接FTTH接入和SIP類中繼專線業務接入的能力。整體語音網絡已初步形成“軟交換+IMS”的1+1交換核心網絡架構。

3.2 移動語音網絡

移動核心網按業務承載類型可分為電路域和分組域，如圖3所示。2008年，3G牌照面向三家電信運營商發放后，移動核心網均得到規模建設運營。目前，各家通信運營商的移動電路交換網絡本地層面均實現軟交換化，網絡架構趨于穩定。

隨著4G網絡部署，在4G技術架構下，取消了BSC網元，電路域網絡被分組域替代，分組域演進而來的EPC架構成為移動核心網的唯一架構。EPC主要完成數據業務的端到端承載，而業務控制將由IMS來統一實現。如圖4所示，4G下的VoLTE語音業務，在定義的標準架構下，分組域EPC由S&P GW負責承載層媒體流，MME負責移動性管理功能，原來的語音呼叫控制功能由IMS域的CSCF、HSS、MMTel AS網元來完成業務控制部分功能，傳統電路域被替代。

4 下一代網絡演進的技術分析

隨著云計算服務理念的深入，各類云服務得到規模發展，IT服務不再是一種專用服務模式。整個IT產業的變化，導致通用化的服務器和存儲設備成為趨勢，并作為構建云計算服務的硬件基礎資源。CT的專用設備架構，也同樣面臨通用化演進的影響。電信運營商多年來打造的封閉、專有、自用的網絡架構已經無法適配當下的業務需求——傳統的“電信化”網絡和“管道化”傳輸已經成為制約電信運營商發展的最大瓶頸[2]。電信運營商需要設法增強網絡管道的管控能力，深度挖掘網絡價值并產生效益，構建面向業務的更加綜合、精細的商用模式。

圖3 移動交換網絡架構

圖4 VoLTE架構圖

4.1 核心網絡的發展

隨著IP技術實現承載網的統一，核心網被進一步推動向扁平化、融合化方向發展，實現網絡控制與承載分離、業務與控制分離的演進趨勢。IMS是一種提供端到端業務統一可控可管的電信級核心網技術，其特點是基于全IP架構，支持多種方式接入。IMS正逐步被業界運營商規模商用部署，是電信運營商主推的網絡演進建議方向，是實現固定網絡和移動網絡核心控制統一的必經之路。

4.2 硬件產品通用化，軟件服務云化

中國電信科技委主任韋樂平曾經說過，運營商目前面對的網絡難題在于以下幾個層面。

1) 網元：軟硬件垂直一體化的封閉架構。業務開發周期長、技術創新難 、擴展性受限 、管理復雜。一旦部署，后續升級改造就受制于該廠家。

2) 網絡：復雜而剛性。由大量單一功能的專用網絡節點和碎片化、昂貴、專用的硬件設備構成。

3) 網絡和業務：煙囪群。新業務的提供往往需要開發新設備，造成設備種類和數量的大量繁衍，形成大批垂直煙囪群。資源不能共享，業務難融合。

如果能夠打開軟硬件垂直一體化的封閉架構，用通用工業化標準的硬件和專用軟件來重構網絡設備，則可以極大地減少CAPEX(Capital Expenditure)[3]。

為適應更高速、更綜合多樣的ICT通信業務發展需求，通信網絡正在不斷轉型，運營商的下一代網絡將會釋放出更強大的能量，并將最大化地提升電信網絡對業務的自適應能力、加速軟件與硬件分離、降低運營成本、提升資源利用率。目前，全球范圍內的運營商、研究機構以及標準化組織都在積極規劃下一代運營商網絡的發展藍圖，其中SDN、NFV等技術被寄予厚望。

5 網絡發展思路和策略

電信運營商的語音存量客戶龐大、網絡結構復雜、客戶需求多種多樣，在不斷創新開放、瞬息萬變的ICT信息業務發展新形勢下，運營商首要應以滿足存量客戶業務需求為根本，以不變應萬變。

5.1 存量業務的可靠保障

固定本地交換網絡仍承接著大量的存量公眾客戶和政企客戶。目前，承接的大量政企客戶專線業務接入方式不一，分布在端局、特服匯接局和軟交換上。隨著端局的退網、網絡架構朝向IMS和統一通信架構不斷演進，如何保證此部分存量業務并滿足業務發展需求，是應重點考慮的內容。

1) 各端局下傳統銅纜接入用戶的語音話務，仍通過各自片端局或AG將話務匯接到軟交換。

2) 隨著端局規模退網，銅纜用戶被FTTX用戶替代，接入IMS網絡。ISUP/TUP/R2/PRI傳統專線業務演進上應優先考慮接入IMS網絡。但軟交換網絡運行多年比較穩定，技術已非常成熟完善，端到端業務的安全可靠性比IMS網絡高，故短期內看，對于網絡質量較高的政企大客戶，軟交換仍是承接存量專線業務的首要選擇。通過軟交換網絡對單路由、雙路由接入需求可由軟交換雙平面實現核心網側業務容災保護，并可提高軟交換網絡資源利用率。中遠期隨著用戶完成光網規模遷移，IMS網絡成熟完善，可將軟交換網絡逐步退網。

3) 積極引導存量客戶升級，采用SIP類中繼接入IMS網絡。引入I-BAC網元和信令網關設備，保證核心網側的安全問題。

5.2 簡化網絡架構，往IMS融合架構演進。

1) 實現固網PSTN長途局全部退網和長途網扁平化，加速實現PSTN長途局退網和省際長途話務完全扁平化，保留長途層面軟交換SS，負責大區間話務的信令轉接功能。

通過長途話務扁平化，實現本地交換網絡從傳統分層多級電路交換架構的電信級交換網絡到IP語音扁平化承載的本地交換網絡的演進。

2) 統籌優化軟交換網絡資源，建設4G EPC核心網，形成語音網絡向核心層統一、承載IP化、具備多業務提供能力的方向演進。但由于軟交換網絡和TDM交換網絡架構龐大，語音網絡全面向IMS網絡的演進將有一段比較長的過程。

近期要以滿足業務發展需求為目標，促進網絡結構的調整優化，加快TDM設備退網，形成“IMS網絡+軟交換”的網絡結構，推動網絡從較為單一語音網絡向豐富的多媒體會話網絡轉型，建設4G EPC網絡，為移動4G用戶提供基于IMS的VoLTE語音業務。近期通信運營商語音交換網絡架構圖如圖5所示，其中各網絡定位如下。

1)IMS網絡：接入FTTH用戶；提供固定、移動會話型多媒體業務。2)軟交換網絡：接入傳統語音用戶；提供窄帶語音業務。3)4G EPC網絡：接入4G用戶，基于IMS提供VoLTE語音業務

遠期，隨著端局下用戶規模遷移，端局全部退網，固網軟交換逐步空心化，可以僅保留少量軟交換，作為少量傳統中繼業務和銅纜接入用戶、AG用戶的承接，其他軟交換實施退網或升級改造成AGCF接入IMS；隨著移動用戶主體遷移至4G網絡，2G/3G下的移動軟交換電路域退網，統一通過4G EPC實現全流量接入，由IMS完成語音控制。固網與移動網用戶通過IMS作為統一控制核心，實現全IP化架構和交換網絡的融合。語音話務采用IP扁平化疏通，信令采用SIP、Diameter信令互通。

圖5 近期通信運營商語音交換網絡架構圖

5.3 以市場化和差異化服務為指導，探尋語音業務發展的新模式

面對不同的客戶需求，逐步推進網絡演進，建設完善智能化管道，改變業務提供模式。

對于傳統的增量業務，應積極引導客戶向基于SIP接入的方式演進，可提供各類多媒體增值和固移融合業務，滿足客戶發展需求。

對于新型業務，面對語音業務的兩極化發展趨勢，可嘗試采用差異化業務提供方式，應對新型業務發展需求。

1) 應對互聯網為主的低成本移動語音應用。面向移動互聯網下各種語音應用對電信運營商的語音話務分流的沖擊，可以基于IMS架構快速部署VoLTE方式的廉價語音業務，依據LTE下的數據套餐捆綁優勢，通過流量經營方式展開與互聯網產業鏈的博弈，逐步形成由運營商提供基礎語音能力，由互聯網公司提供增值業務服務的新型合作模式，應對互聯網新型商業模式的沖擊。

在LTE/EPC網絡建網初期，如果運營商已經有成熟的2G/3G網絡，出于對CS投資的保護和LTE/EPC的部署策略，運營商可以采用原有的CS域語音方案來提供語音服務，而LTE/EPC僅處理數據業務(包括IMS數據業務)，即CSFB方案。在LTE/EPC網絡完成全覆蓋，IMS網絡的部署也達到成熟時，VoLTE將成為語音業務的首選解決方案[4]。

2) 應對多媒體業務、ICT融合類業務。在存量用戶向光網接入遷移和光網新增用戶中，如有對新興業務愿意積極嘗試并有明確場景需求的客戶，可以基于個性化需求，與行業內各類集成商展開合作，提供端到端高質量的一攬子通信解決方案。應考慮以基礎語音通信作為切入點，根據不同用戶場景，通過IMS提供電信級質量的語音服務，并可提供多媒體類通信業務和固移融合類業務需求。利用電信的平臺資源優勢，依托如云計算這樣的通用IT設備架構平臺，在客戶實施ICT融合業務遷移改造或新增部署過程中，探索尋求新的合作機會。

6 總結

電信運營商應利用目前交換網絡龐大的網絡資源優勢(機房、線路)和人力資源優勢(管理維護團隊)集中可分布式地提供各種ICT場景的電信級業務，逐步形成面向各行業客戶需求，以通用化硬件作為基礎架構的開放型網絡平臺。在傳統電路交換網絡面向多樣化ICT需求的下一代通信網絡演進過程中，通過積極引入SDN與NFV技術，實現網絡資源的去電信專用化和能力虛擬化、開放化。

在市場策略上，應立足于存量優質客戶，積極跟蹤和開拓業務需求，推進交換網絡向以市場化需求為主的下一代核心網演進，轉型成為智能化綜合信息服務提供商。在此基礎上，通過資源和品牌建立的優勢，與其他對手展開差異化競爭態勢，進一步樹立自有品牌優勢，占領新的市場制高點。

參考文獻

[1] 2013年通信運營業統計公報 [EB/OL].(2014-01-23)[2014-05-07].2014/1/23.http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n11294132/n12858447/15861120.html

[2] 張鵬.NFV:電信網絡開啟“通用化”之旅[J].NFV從IT視角詮釋電信網絡.2013(2):12-14

[3] 趙光磊.NFV并非空中樓閣,部分場景已具部署價值[J].NFV從IT視角詮釋電信網絡.2013(2):20-21

[4] 李波.LTE語音業務相關技術和建議[J].郵電設計技術,2012(1):10-13