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软交换概述,软交换结构和基本概念软交换基本功能软交换和传统交换比较,软交换基本概念,软交换，来自于英文单词Softswitch，在移动通讯领域，是电路交换域（Circuit Switching domain）主要信令和业务的处理单元。软交换得结构、使用的接口严格遵守3GPP R4规范，所以也称R4软交换。,软交换和3GPP规范,3GPP Rel99,3GPP Rel4,3GPP Rel5,功能冻结时间点,2000/03,2001/03,2002/03,GSM/GPRS核心网,电路域软交换TD-SCDMAVoIP,IMS(IP多媒体)HSDPA,R99网络结构,BSC,MSC,GMSC,HLR,SGSN,GGSN,RNC,接入网,核心网,R4网络结构,BSC,MSC Server,GMSC Server,HLR,SGSN,GGSN,RNC,接入网,核心网,MGW,GMGW,传统交换结构模型,呼叫控制,SS7,Line Card,Trunk Card,业务交换,MSC,管理系统,计费系统,MSC,MSC,R4软交换结构模型,管理系统,业务系统,计费系统,N0.7网络,分离，MSC有MSS和MGW/SG两个物理实体,分组，业务采用IP承载方式,MSC Server,MGW/SG1,MGW/SGn,IP,IP承载网/专线,分组，信令采用IP承载方式,MSC Server基本概念,MSC Server：Mobile Switching Center Server，简写为MSS，移动交换中心服务器MSC Server，包括 MSC Server和VLR两部分；主要特点为：提供呼叫控制、移动性管理、用户业务数据和CAMEL相关数据的管理（VLR功能）等信令处理。,MSC Server,MGW基本概念,MGW：Media Gateway，简写为MGW，媒体网关。MGW，包括 MGW和SG两部分；主要特点为：与MSC Server配合完成核心网络资源的配置和信令转接。同时完成回声消除、多媒体数字信号的编解码以及通知音的播放等。,MGW,软交换结构和基本概念软交换基本功能软交换和传统交换比较,MSC Server基本功能,呼叫控制和处理功能协议处理功能SSF功能操作维护功能计费功能,MSC Server,MGW基本功能,MGW,用户承载面功能媒体转换、承载控制及业务交换等功能资源受控功能支持电路域业务在多种传输媒介,SG基本功能,信令网关（SG）在基于TDM的窄带SS7信令网络与基于IP的宽带信令网络之间，完成MTP3或者MTP2上层用户的传输层信令协议栈的双向转换(SIGTRAN M3UA/SCTP/IP SS7 MTP3/2/1)。SGW在物理实现上与MGW合一。,SG,软交换主要接口和协议,Nb,Nc,MGW,MGW,MSC Server,MSC Server,Mc,Mc,BICC,H.248,H.248,IP/ATM,Nc接口协议栈结构和功能,Nc接口的BICC协议主要功能是提供MSC Server和MSC Server之间基本呼叫的建立、维持和释放；,Mc接口协议栈结构和功能,Mc接口的H.248协议主要功能是提供MSC Server和MGW之间资源控制；,Nb接口协议栈结构,Nb接口主要功能是提供MGW和MGW之间承载控制和媒体流交换；,软交换结构和基本概念软交换基本功能软交换和传统交换比较,软交换与传统核心网络的结构比较,MSC,SCP,HLR,MSC,RAN,RAN,RAN,TDM,MSC Server,SCP,HLR,RAN,RAN,RAN,TDM/ATM/IP,MGW,MGW,MSC Server,TUP/ISUP/BICC,TUP/ISUP,R99,R4,H.248,H.248,MAP Over TDM,MAP Over TDM/IP,CAP Over TDM,CAP Over TDM/IP,软交换与传统核心网络的信令比较,IP承载,TDM承载,软交换与传统核心网络的媒体比较,IP承载,TDM承载,Q&A?,软交换接口及协议,软交换主要接口和协议,Nb,Nc,MGW,MGW,MSC Server,MSC Server,Mc,Mc,BICC,H.248,H.248,IP/ATM,软交换H.248信令软交换BICC信令软交换Nb接口,H.248概述,H.248和MEGACO是ITU-T与IETF共同努力的结果，ITU-T称之为H.248，而IETF称为MEGACO，以下通称为H.248。,Mc接口协议栈结构和功能,H.248协议基本概念,媒体网关（MG）媒体网关，是一种媒体单元，能将一种类型网络的媒体转换成另一网络所要求的格式。可以有能力分别对音频、视频和数据进行处理，并且能够进行全双工的媒体转换。也可以播放一些音频/视频信号，执行一些IVR功能，甚至具有提供媒体会议的能力。,H.248协议基本概念,媒体网关控制器（MGC）：负责对相关于MG内媒体信道连接控制的呼叫状态进行维护。流（Stream）：作为呼叫或者会议的一部分，而被媒体网关发送/接收的双向媒体或控制流。,H.248协议基本概念,多点控制单元（MCU）：控制多方会议（通常会包含对音频、视频和数据的处理）的建立和协调的实体。,H.248协议基本功能,H.248应用于Mc接口，是MGC与媒体网关MG间的标准协议。H.248协议消息编码采用二进制或文本方式，底层传输机制将采用MTP-3b（基于ATM的信令传输）或SCTP/UDP（基于IP的信令传输）为其提供协议承载。,H.248协议基本功能,H.248向Mc接口提供了MSC Server（或GMSC Server）在呼叫处理过程中控制MGW中各类静态及动态资源（IP/ATM/TDM）的能力（包括终端属性、终端连接交换关系及其承载的媒体流）；,H.248协议基本功能,H.248向Mc接口还提供了独立于呼叫的MGW状态维护与管理能力。,H.248连接模型的两个抽象概念,协议的连接模型主要描述MGW中的逻辑实体，这些逻辑实体由MGC控制。这个连接模型中的主要的抽象概念是终端（Termination）和关联（Context）。在H.248/Megaco定义的连接模型中，包括关联和终端两个实体。一个关联中至少要包含一个终端，否则此关联将被删除。同时一个终端在任一时刻也只能属于一个关联。,关联（Context）基本概念,关联描述一个终端集之间的关联关系；当一个关联涉及多个终端时，关联将描述这些终端所组成的拓扑结构以及媒体混合交换的参数；关联可以通过Add 命令进行创建，通过Subtract 进行删除；一个关联中必须包含终端。,终端（Termination）基本概念,终端是位于媒体网关中的一个逻辑实体；终端可以发送/接收媒体和（或）控制流。例如表示一个时隙、一个IP端口(IP地址+端口号)、或一个ATM端口(VPI/VCI)。,Context,关联和终端关系一,Null Context,关联和终端关系二,Context,关联和终端关系三,Context,H.248消息结构的4个步骤,一个H.248消息（Message）包含多个事务交互（Transaction），消息中的事务交互之间没有关系，可以单独处理；一个事务交互由多个动作（Action）构成，动作对应关联（Context）；动作由一系列局限于一个关联的命令（Command）组成。,H.248协议的消息结构,H.248消息,事务交互1,关联1,命令1,描述符1,描述符n,事务交互n,H.248中的8个命令,H.248中的8个命令,H.248中的8个命令,H.248中的8个命令,MGW向MSC Server注册流程,MGW,MSC Server,Service Change,Service Change Replay,H.248总结,H.248是一种媒体网关控制协议，在软交换中，H.248协议用作MGC与MG之间的通信，实现MGC对MG的控制功能。在UMTS系统，H.248协议应用于Mc接口上。,软交换H.248信令软交换BICC信令软交换Nb接口,BICC概述,BICC（Bearer Independent Call Control与承载无关的呼叫控制）协议属于应用层控制协议，可用于建立，修改，终结呼叫，可以承载全方位的PLMN/PSTN/ISDN业务。,Nc接口协议栈结构,BICC的功能,BICC协议是在骨干网中使用的与承载无关的呼叫控制信令协议。BICC不直接对媒体资源（ATM、IP）进行控制，而是通过标准的承载控制协议（H.248协议）对这些资源进行控制。,BICC 和ISUP比较,BICC协议是在窄带ISUP协议的基础上发展来的，可以认为是将窄带ISUP协议去掉具体的电路控制部分改编而成，但它不能与ISUP对等兼容。BICC协议可部署在各种各样的信号传输协议栈之上，提供与具体业务承载无关的呼叫控制。BICC协议由ITU-T Q.1902系列，Q.2150，Q.765等规范描述,BICC功能结构,BICC是对ISUP协议的演进和发展，其最基本的特点就是将呼叫控制和承载控制两个层面分离，使得呼叫业务功能（CSF）和承载控制功能（BCF）相独立。在UMTS系统，BICC应用于不同MSC Server之间的呼叫控制接口上。,BICC功能结构,BICC主要消息,按照Q.1902.3中定义，BICC协议大约有40多消息。其中呼叫过程中最常看到的消息有：IAM：初始化地址消息APM：应用传输消息ACM：地址全参数ANM：应答参数REL：释放消息RLC：释放完成消息,BICC消息结构,CIC 呼叫实例码，用来标识两局之间属于同一呼叫的消息Message type code 消息类型，如：IAM/APM/ACM/ANM 等消息Mandatory fixed part 强制固定长度参数部分Mandatory variable part 强制可变长度参数部分Optional part 可选参数部分,呼叫实例码概念,呼叫实例码（Call Instance Code，CIC）是局间呼叫关系对应的逻辑编号，指示了该消息对应于哪一次呼叫实例。其功能与ISUP消息中的电路识别码（CIC）功能相似，但不标识电路，且进行了扩展，呼叫实例码CIC扩充为用32个比特（电路识别码为12个比特）表示，使得局间呼叫实例的数目理论上可达4,294,967,296条（2的32次方）,BICC承载建立方式,前向承载建立方式(Forward Bearer Setup)非隧道方式(No Tunnel case)快速隧道方式(Fast Tunnel)延迟隧道方式(Delayed Forward Tunnel)后向承载建立方式(Backward Bearer Setup)非隧道方式(No Tunnel Case)延迟隧道方式(Delayed Backward Tunnel),前向快速隧道承载建立流程,前向延迟隧道承载建立流程,后向延迟隧道承载建立方式,BICC总结,BICC是一种与承载无关的呼叫控制信令协议；BICC实现了核心网承载与控制的分离；BICC是应用于3G R4中MSCServer间控制层的软交换设备间的中继侧协议；BICC有多种承载建立方式，对应多种局间的消息流程BICC可利用隧道机制来传送承载控制信令,软交换H.248信令软交换BICC信令软交换Nb接口,Nb CP接口,物理层（PHY）,ATM,TDM,无,IP,NbCP功能,Nb CP功能是MGW间的Nb接口用来在R4核心网内承载用户业务流，并以承载控制信令，管理业务流连接的建立、释放与维护。,Nb CP承载方式,Nb接口可选择采用ATM、IP或TDM作为物理承载方式。IP承载：承载控制信令的协议栈为Q.1970（IPBCP)负责承载控制信息在MGW之间交换。在IP承载网中，不允许MGW之间直接交互承载控制信息，是通过Mc、Nc接口隧道来传递。ATM承载：承载控制信令ALCAP(Q.2630.1)建立用户面的AAL2连接。,Nb UP接口结构,物理层（PHY）,ATM,AAL2,Nb UP,UDP,IP,AMR,ATM,IP,RTP,AMR,TDM,Nb UP,PCM,G.711,Nb UP功能,Nb UP功能在承载面MGW间提供业务数据流的组帧、差错校验、速率匹配及定时控制等功能，与Iu UP基本相同，支持压缩语音、数据流的传输。,Q&A?,软交换IP语音解决方案,为什么引入IP语音VOIP关键因素VOIP带来的语音变化中国移动汇接局介绍,移动网络发展分层化、承载IP化,3GPP Rel99,3GPP Rel4,3GPP Rel5,功能冻结时间点,2000/03,2001/03,2002/03,GSM/GPRS核心网,电路域软交换TD-SCDMAVoIP,IMS(IP多媒体)HSDPA,IP承载网络将成为全业务的核心,节省TC资源(通过TrFO),可以服务于实时和非实时业务，甚至多业务融合,节省带宽(VAD+语音压缩编码方式),消耗TC资源,仅满足窄带实时业务,固定的64k,网络发展,业务能力,带宽利用率,较成熟，移动T1等应用近2年,技术成熟度高，有多年运营经验,组网结构简单，网络平面化，扩容和维护简单化，大幅降低运营成本,端口密度低，单位设备成本高，网络结构复杂，维护与管理成本较高,带宽分组统计复用，利用率高，QoS保证技术已经完善,独占带宽，QoS有保证,可以平滑演进到3G,无法演进,IP承载相对TDM承载更经济、业务质量更好,IP承载,TDM 承载,语音压缩技术提高带宽利用率,节省一半带宽,语音压缩技术提高带宽利用率,Voice Quality(PESQ-LQ),AMR(12.2K)和 G.711 具有等同的语音质量和效果,免编解码技术TrFO/TFO改善语音,UMG8900,BSC,MSOFTX3000,TrFO,FR(EFR)/NbUP/RTP/UDP/IP,BSC,FR(EFR)/PCM,MSOFTX3000,BTS,BTS,FR(EFR)/PCM,FR(EFR)/RLC/MAC,FR(EFR)/RLC/MAC,BICCSelected Codec=“FR/EFR”,TFO,TrFO,TFO,GSM核心网向VoIP演进步骤一,GSM核心网向VoIP演进步骤二,IP,中心城市,本地网1,本地网2,MGW,Server-1,Server-2,TMG,TMSC Server,GSM核心网向VoIP演进步骤三,信令IP承载,信令和话路TDM承载,话路IP承载,IP承载网,MGW,MGW,MSC Server,MSC Server,MSC Server,TMSC Server/CMN,TMSC Server/CMN,H.248,BICC,MGW,MGW,为什么引入IP语音VOIP关键因素VOIP带来的语音变化中国移动汇接局介绍,IP承载业务QoS基本概念,时延数据包在网络的两个节点间传送的平均往返时间；抖动时延的变化，主要影响语音、视频等实时承载业务；丢包率在网络传输过程中丢失报文的百分比，数据业务有严格要求。回声回声抑制功能，影响语音互通质量带宽和吞吐量不同编解码，不同业务带宽需求不同,IP承载业务QoS基本要素,Information Loss,Delay,Jitter,Echo,丢包或丢帧 编解码转换损失噪声干扰,固定时延(Codec时延,包处理时延)动态时延(排对、串行发送和抖动缓冲等延时),电学回声声学回声,设备处理时延不同 传输时延不同,蓝色问题由网络层解决;绿色由设备层面解决;,*为根据通信行业标准YD/T 1071-2000 IP电话网关设备技术要求,承载网质量等级定义,VoIP业务QoS要求,IP承载的高可靠性,为了保证承载业务的安全，必须在组网和设备上采取措施保证业务的连续性包括设备可靠性、链路可靠性、网络可靠性保证承载网故障能够快速收敛，业务不受影响,IP承载的网络安全性,保证承载网路由设备安全、保障承载网正常转发IP包的能力。包括网络设备安全和业务、用户接入安全,IP承载的网络组网与流量规划,承载网络结构不合理，会造成承载网的路由收敛缓慢在实际应用中，QoS及必要的带宽保证，需要合理配置网络资源，包括：IP网节点设备处理能力、端口资源分配和中继带宽分配等通过带宽预测，借鉴成功经验，建立呼叫模型、流量规划，进行合理组网,为什么引入IP语音VOIP关键因素VOIP带来的语音变化中国移动汇接局介绍,语音IP承载与TDM承载协议区别：信令,IP承载,TDM承载,语音IP承载与TDM承载协议区别：媒体,IP承载,TDM承载,语音IP承载与TDM承载维护比较,语音IP承载与TDM承载配置比较,语音IP承载与TDM承载话务组网区别,Mc接口性能测量,Mc接口软交换新引入了Mc接口，为了监控每个Mc接口的负荷，需要新增针对每个Mc口的统计同时为了衡量MGW命令处理的成功率需要新增测量参数包括：Mc接口的收发消息数，包数，命令数，错误命令数等,SIGTRAN性能测量,包括SCTP以及承载在其上的M3UA/M2UA/H.248协议需要新增针对M3UA链路、H.248链路（H.248直接承载在SCTP）、BICC链路（BICC直接承载在SCTP）相关性能测量测量参数包括：收发的包数、字节数；拥塞次数，时长；不可用次数、时长,Nc接口相关性能测量,物理端口测量承载在以太网端口上，需要监控以太网端口（FE/GE）的负荷。所以需要新增针对物理端口MAC层发送和接收字节数的统计Nc接口性能测量借鉴原来对TDM承载的ISUP相关性能测量参数进行评估。但测量对象和粒度需要从TDM承载的中继群改为BICC局向（在目前的中国移动R4核心网资源模型中被称为NcLink）,Nb接口相关性能测量,IP网络的QoS情况直接决定了VoIP语音质量，需要新增IP网络带宽的统计，和监控网络QoS状况，包括时延、抖动和丢包率来进行统计。性能测量包括：实时各MGW间的RTP流量带宽统计指定MGW到其他各MGW的平均忙时RTP流量带宽总和跨MSC server局向的RTP流带宽统计不同MSC server控制下的各MGW之间的RTP平均忙时流量带宽总和各MGW间IP网络QoS指标通过RTCP统计功能实现对IP网络时延、抖动和丢包率的实时统计,语音IP承载与TDM承载业务、计费比较,软交换MSC Server之间采用IP承载的BICC协议后，其承载的业务和传统交换机仍然是类似的，主要还是话音、电路域数据业务。基本维护和配置以及关键KPI都可以沿用以前窄带组网时的相关指标。对于计费方面也和窄带组网没有差异可以沿用以前的计费标准,为什么引入IP语音VOIP关键因素VOIP带来的语音变化中国移动汇接局介绍,软交换长途汇接网组网图,汇接局TMSC Server与CMN比较,MSC,TMGW,TMGW,TMSC Server,TMSC Server,MSC,CMN,CMN,MGW,VMSC Server,MGW,VMSC Server,话路,信令,汇接层,端局,需要控制网关,不需要控制网关,信令话路均汇接,只信令汇接,Q&A?,