电信核心网的演进-1-迟学芬.ppt

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1、电信核心网的演进 VoIP/软交换/NGN/IMS,outline,1.传统PSTN电信网 2.VoIP技术及其发展 3.软交换的思路及架构 4.NGN(下一代电信网) 5.IMS简介及其比较 小结,1.传统电信网现状,从功能划分：交换、传输、接入 从业务划分：电话网、数据网、多业务网 电话网：PSTN/POTS 数据网：传统数据网（X.25FRDDN） IP城域网 支撑网：信令、同步、管理 新划分：承载网、核心网 设备使用角度：系统、终端,电路交换：独占信道，QoS保证;业务控制合一：业务承载和呼叫控制一体化;新业务(补充业务)开展复杂;与数据融合困难出现多个叠加网;,电话网特点,呼叫控制信

2、令话音流以数据包的形式统一承载于IP网上 便于与数据通信和视频应用融合 多种增值业务，如：Instant Message(及时消息)、Video phone(可视电话)、号码携带(一号通移动漫游)、网络电话簿、甚至多人游戏 信令控制协议主要有H.323/SIP/MGCP(H.248) 话音流统一采用RTP/UDP方式打包,VoIP技术( Voice over IP),IP over EverythingIP包可以承载于任何物理通信子网Everything over IP应用子网话音、数据、视频可以封装在IP包中交互应用三网合一(融合)话音、数据、视频三种业务网可以实现统一交换传输应用(可视电话

3、、会议电视、IPTV、可视上网聊天),语音压缩，减少带宽占有，以10/20ms为音节分段进行。 *G.711 PCM (/A-Law) at 64 kbps *G.729A/B CS-ACELP at 8 kbps *G.723.1 MP-MLQ at 6.3 kbps *G.723.1 ACELP at 5.3 kbps *AMR(3G语音编码标准) 话音激活检测：VADVoice Activity Detection，不说话时不发送语音包。 舒适噪声产生: CNGComfortable Noise Generation,营造真实背景噪声。 回波抵消：ECEcho Cancellation

4、G.168(64-128ms)，对付长延时信道。 开销问题：RTP/UDP/IP/MAC,语音流处理,*H.323信令(ITU-T标准)- IP网会议电信标准； *其中涉及到电话通信的子集主要有H.225.0(Q.931呼叫建立)+RAS(注册授权地址解析)+H.245(能力协商),SIP协议栈结构,SIP协议集由IETF提出，面向Internet应用，SIP(RFC3261)用于呼叫控制，SDP(RFC3265，2327)用于能力协商。,由多种Server和外挂的各种UA组成。 Server(Registrar/Proxy/Redirect /Location) 采用C/S模型，由Clien

5、t发出请求和server响应构成的事件完成呼叫建立过程。 SIP具有很好的移动性能，被3GPP选为下一代IP核心网的呼叫控制信令。,SIP构造的典型VoIP系统,UA：User Agent (SIP用户终端) 主叫时逻辑上为UAC,做被叫时为UAS。 Server端： Registrar: 提供注册授权， Proxy: 提供电话呼叫应用层的路由功能，转发Request-Response消息。 Redirect: 为未知地址的逻辑用户消息提供下一跳Server地址 Location: 类似DNS为其他Server端功能提供用户逻辑地址物理地址的查询绑定。,基于SIP的VoIP系统应用示例,SIP

6、消息示例,INVITE sip:adalanguage.org SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP 12.26.17.91:5060;branch=z9hG4bK454 Max-Forwards: 70 From: Charles Babbage To: sip:adalanguage.org Call-ID: f6-32-9a-34-91-e7analyticalsoc.org CSeq: 1 INVITE _CSe Contact: Subject: RE: Software User-Agent: Difference Engine 1 Content-Type: appl

7、ication/sdp Content-Length: 137 v=0 o=Babbage 2890844534 2890844534 IN IP4 12.26.17.91 s=- t=0 0 c=IN IP4 12.26.17.91 _Ba m=audio 49170 RTP/AVP 0 a=rtpmap:0 PCMU/8000,*H.323多采用集中方式，系统端为GK+GW, 用户端功能弱。H.323 呼叫控制信令采用TCP. *SIP则将呼叫控制功能推向系统边缘，多采用智能终端方式(小网关IAD)。 SIP主要采用UDP 。 *对应关系 H.225.0(Q.931)=SIP H.245=

8、SDP RAS=Registrar+Location+Redirect 语音打包相同,H.323/SIP的异同,VoIP应用,VoIP早期应用：IP电话(IPphone), Soft Internet Phone: Skype，解决长途话费昂贵的问题（跨国企业全球化的国际资费问题）。利用Internet网，效果不好，但异常便宜。 利用运营商提供的宽带网组建企业专网VPN。带宽、延时不能保证。IP-PBX 话机终端问题：Hard Phone(IP话机)、IAD(Intergrated Access Device)小网关接模拟2线电话机。 组网应用：全分布式，分布处理集中管理。GWGK, 企业应用

9、，非传统运营商推动。 Phone to Phone, PC to PC, PC to Phone,VoIP的发展过程三阶段,IP电话是互联网上最早冲击电信市场的应用。IP电话已经经历了10年的发展，跨过了三个阶段。 *最早的通过公用互联网连接、无质量保证的互联网电话（InternetPhone）， *公用互联网或独立IP网上传送的具有一定质量的VoIP *利用宽带接入的宽带VoIP（VoBB）。,VoIP的发展过程三阶段,在技术上, 从软件电话发展到网关、软交换，目前正在向IMS进军。 对传统运营商的收入冲击首先是国际长途业务，宽带网的普及，还会影响市话业务,软交换(Soft Switch)电

10、路交换向分组交换演进的融合技术,国际软交换协会（ISC）对软交换的定义: “软交换是提供呼叫控制功能的软件实体” 我国信息产业部电信传输研究所对软交换的定义: “软交换是网络演进以及下一代分组网络的核心设备之一，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。”,软交换(Soft Switch),软交换是一种功能实体，为下一代网络（）提供具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心； 其核心是一个采用标准化协议和应用编程接口（API）的开放体系结构；,

11、软交换技术解析,软交换是实现传统程控交换机的“呼叫控制”功能的实体; 但传统的“呼叫控制”功能是和业务结合在一起的，不同的业务所需要的呼叫控制功能不同. 软交换是与业务无关的. 软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。,软交换技术解析,软交换技术定义 *是一种提供了呼叫控制功能的软件实体； *支持所有现有的电话功能及新型会话式多媒体业务； *采用标准协议；它提供了不同厂商的设备之间的互操作能力; *它与下列一种或多种组件配套使用: 媒体网关、信令网关、特性服务器（例如提供CLASS业务）、应用服务器（例如提供多媒体业务）、媒体服务器（如提供数据流媒体、会议和广告等业务）、 管理、供应

12、和收费/计费接口。,软交换系统组成,软交换的十大功能,媒体网关接入IP分组网与外部网络接口设备 呼叫控制和处理基本呼叫的建立、保持和释放 业务提供 基本业务和补充业务，增值业务和智能业务 互连互通现有PSTN(IN)、各种新型终端、其他IP电话网(H.323) 协议转换开放多协议实体 资源管理分配、释放、配置和控制，状态检测，资源统计，使用门限设置等集中管理 计费采集详细话单及复式计次功能，并传递至计费中心 认证与授权防止非法用户/设备的接入 地址解析完成E.164地址至IP地址、别名地址至IP地址的转换和重定向，包括地址号码的增/删及分析选路 话音处理语音压缩转换及处理,软交换设备的三个基本

13、要素,开放的业务生成接口 各种综合增值业务(如彩铃、号码携带、广告提醒、语音信箱等)依靠Application Server生成实现并通过标准的API触发驱动呼叫实现； 综合的设备接入能力 可接入各种传统的和新兴的设备及终端。保护原有投资； 基于策略的运行支持系统 基于策略（）的实现方式来完成运行支持系统的功能 ；,软交换体系的主要思路,呼叫控制与业务承载分离,传统VoIP应用综合集成网关既要负责PSTN信令到VoIP信令的转换又要实现话音通路到语音媒体流的转换和封装处理,MGC对信令消息进行分析和处理 MG则负责各种媒体流的封装和格式转换,网关分离导致出现了网关间的新协议标准。 MGC和MG

14、之间的接口采用Megaco（又称为H.248）或MGCP， MGC和SG之间的接口采用Sigtran。,统一的IP核心网和分层结构,从上到下由业务层、控制层、媒体层和接入层四层构成。 应用服务器位于业务层，负责提供增值业务和管理功能； 软交换在控制层，负责完成各种呼叫控制和相应业务处理信息的传送，是NGN的核心控制设备； 网关在媒体层，负责用户送来的信息与IP网上传送格式的转换； 无线网、电话网、有线电视网在接入层，都将作为接入网存在,控制与业务实现分离,传统的电路交换是一体化的，不同的子系统间通信采用专有的协议； 软交换是开放、分层的体系结构，层间有开放的API接口。这样，某一层的改变，不会

15、影响其他层。软交换又称为软SSP，因为它的功能相当于传统智能网中的SSP， 国际上关于开放API的研究主要有ParlayAPI、JAIN和OSA。 ParlayAPI属于应用API；JAINAPI包括应用API和协议API; OSA属于应用API，侧重于移动终端的服务。,NGN/软交换协议归类,国际软交换协会（ISC：InternationaL Softswitch Consortium）已制定了一些相关的软交换标准草案，并颁布了一些标准，目前ISC、ITU-T、IETF等国际组织正在合作制订并完善相关的协议和标准。 呼叫控制协议 包括承载无关呼叫控制（BICC）： SIP；H.323；ISU

16、P、TUP；Q.931、QSIG。传输控制协议：包括SIGTRAN； 流控制传输协议（SCTP） TCAP、SCCP；IUA、M3UA；MTP3；RTP、RTCP；TCP、UDP；IP；ATM,业务应用协议 包括ParLay；JAIN；INAP；MAP；LDAP；RADIUS。 ParLay协议是ParLay工作组制定、由欧洲电信标准委员会（ETSI）发布的开放业务接入的应用编程接口 维护管理协议 包括SNMP和公共开放策略服务（COPS）协议。,NGN/软交换协议归类,软交换主要协议分类说明,信令传输协议提供信令传输功能，如H.248可以使用SCTP/TCP/UDP，也可以用Sigtran;

17、 承载控制协议是一种主从协议，是不对等协议，仅用于MGC和MG之间，用于控制媒体网关 呼叫控制协议用于控制呼叫过程建立、接续、中止。包括SS7的ISUP、SIP和H.323。SIP和H.323用于VoIP域、多媒体会议中的呼叫控制，ISUP用于电路交换网的呼叫控制。是一种对等协议，可用于MGC与MGC之间，也即是局间信令。,软交换接口与协议,接口代表两个相邻网络实体间的连接点，而协议定义了这些连接点（接口）上交换信息需要遵守的规则。在不同的接口上往往会使用不同的协议，同一个接口上也可能使用不同的协议。,软交换协议系统层次关系,软交换接口协议对应关系,NGN下一代网络,ITU-TY.2001建议

18、给出了下一代网络的一般定义(广义抽象)。 下一代网络（NGN）能提供电信服务，使用宽带及确保服务质量（QoS）的传输技术，是基于分组技术的网络。在该网络内，与服务相关的功能不依赖于与传输相关的基础技术。它能使用户无束缚地接入网络并能促进服务供应商的竞争。NGN支持能对用户提供个性化和无所不至服务的广泛移动性。,NGN的功能界定描述,下一代网络（NGN），是通过高速公共传输链路和路由器等节点，利用IP承载话音、数据和视像等所有比特流的多业务网，是保证各种业务服务质量、在与网络传送层及接入层分开的服务平台上提供服务与应用、向用户提供宽带接入、能充分挖掘现有网络设施潜力和保护已有投资、允许平滑演进的

19、网络。基于IP的系统将成为下一代网络的基础。下一代网络将是一个增强的基于IP的网络。 下一代网络NGN是三网融合的产物，是可以提供包括话音、数据和多媒体等各种业务的综合开放的网络。,NGN的不同角度的主要看法,NGN-全光智能网 (宽带） NGN-IPV6 的 IP 网（无限地址空间） NGN-融合3G 移动网 （任何地点接入） NGN-软交换通信网 （网络可塑，利于升级）,-无所不包,NGN的九大支撑技术,IPv6扩大了地址空间、支持QoS和移动性、更好地实现了多播功能。 光纤高速传输实现高带宽大容量的核心光纤传输，提高单一波长传输容量(40G)、超长距离传输(128x10G 8000Km无

20、再生)和密集波分复用(DWDM)数量(NEC 40Gx273)是发展三个方向 光交换与智能光网OADM/ODXC-ASON, Ring to Mesh 宽带接入ADSL2-VDSL, FTTH(EPON/GEPON), WLAN, FSO 城域网高速路由器/MPLS，RPR/MON 软交换 3G和后3G移动通信系统3G-4G. 与固网共核心网 IP终端 智能化、多功能 ，电话-视频-家电控制 网络安全 安全过滤、用户证书、授权、访问控制、数据加密、安全审计故障恢复、冗余、分集和保护,NGN中的QoS问题,Internet是一个以数据访问为基础的“尽力而为(best effort)”的全分布式网

21、络。重要差异： 1）软交换网络是一个多媒体通信网络，既要支持IP网络的传统数据应用，又要支持高质量的实时音视频通信业务。 2）软交换网络是一个商业运营网络，向用户提供承诺的服务质量，收取与服务质量相关的费用。,话音视频延时抖动(实时性)要求强，误码率or(丢包率)要求弱； 数据实时性要求弱，误码率要求高 必须提供与应用相关的QoS(Quality of Service)和集中管理要求。 基于IP的分组网络，存在网络资源统计复用情况，QoS解决远比独占信道的PSTN网复杂。,支持QoS的一些技术实现思路,QoS的支持在主要承载网层面解决 主要思路，优先级标识，分类排队，优先转发 目前主要手段(流

22、量工程)： *综合服务和资源预留(IntServ/RSVP) *区分服务（DiffServ）,支持QoS的一些技术实现思路,MPLS-Mulit-Protocol Label Switch-类ATM方式 3种级别的业务： 1）端到端的质量保证型服务：保证带宽、限制延迟、无丢包。 2）可控负载型服务：类似于在当前的一个负载较轻网络中实现的尽力而为业务的服务质量。 3）尽力而为的服务：类似当前Internet在提供的尽力而为的服务。,PSTN向软交换的演进,主要应用集中在利用软交换提供长途汇接和本地用户接入业务，以及为企业用户提供综合通信解决方案。 软交换业务提供方式有三种： *由软交换设备提供P

23、STN基本业务及补充业务 *采用SIP应用服务器或Parlay应用服务器来提供运营商自营的新型业务； *利用PARLAY应用服务器通过第三方提供业务。,软交换主要应用在以下几个方面： (1)宽带业务平台和大客户平台，用以提供宽带多媒体业务和跨区域的大客户业务。 (2)固网智能化汇接局，用来完成对本地网的智能化改 (3)长途汇接和国际关口局。,目前本地电话组网存在的问题,目前本地电话组网存在的问题,全网难以快速部署新业务 有些端局不支持IN智能网的业务触发功能。所有端局要升级管理维护复杂。 无法实现用户数据的集中管理 无集中数据库，用户数据分布在各端局中，无法全面实现号码携带。,基于软交换的本地

24、网智能化演进方案,基于软交换的本地网智能化演进方案,用软交换设备取代传统的汇接交换机，优化汇接层(2层-1层)，提升汇接能力，降低新业务对端局的要求。统一长、市、PHS、网间汇接，作为智能业务触发交换 SHLR综合智能归属位置寄存器固网用户逻辑号码、物理号码以及两者间的映射关系，也保存了固网用户智能业务签约属性等信息，是一个综合的集中用户数据库,固网智能化演进带来的新业务,预付费电话 亲情号码 一号通 固话彩铃 移机不改号 同号捆绑 广域Centrex 虚拟用户交换机 呼叫转移提示,未来端局将演变成软交换的本地综合接入设备(AG),IMS简介,IMS（IPMultimediaSubsystem

25、）即IP多媒体子系统; 由3GPP标准组织在R5版本基础上提出，是在基于IP的网络上提供多媒体业务的通用网络架构， R5版本主要定义了IMS的核心结构、网元功能、接口和流程等内容； R6版本对IMS进行了完善，增加了部分IMS业务特性、IMS与其他网络的互通规范和WLAN接入等特性； R7加强了对固定、移动融合的标准化制定，要求IMS支持xDSL、cable等固定接入方式;,IMS的结构特点,IMS的结构特点,对控制层功能做了进一步分解，实现了会话控制实体CSCF（CallSessionControlFunction）和承载控制实体MGCF（Media Gateway Control Func

26、tion）在功能上的分离 IMS以其业务、控制、承载完全分离的水平架构，集中的用户属性和接入无关等特性，一方面解决了目前软交换技术还无法解决的问题，如用户移动性支持、标准开放的业务接口、灵活的IP多媒体业务提供等；另一方面，其接入无关性，也使得IMS成为固定和移动网络融合演进的基础。,IMS接入关系,以SIP协议为核心的互连构架 CSCF类似电路域MSC的信令控制部分 外挂AS IMS独立于各种接入网,软交换协议和接口,IMS层次结构,HSS归属用户服务器 ，保存用户信息 AppServer实现各种增值服务 MGCF控制IMS媒体网关 BGCF具有支持PSTN与PS域之间的呼叫的功能 MRFC

27、控制MRFP的媒体流资源,提供终端终端和终端到服务器直接的通信， 智能SIP终端，分组话音,IMS和软交换的对应关系,IMS和软交换的体系异同,基本技术都是基于IP分组网络， 都实现了控制与承载的分离； 大部分的协议都是相似或者完全相同的； 许多网关设备和终端设备甚至是可以通用的,IMS和软交换的体系异同,总体区别主要是在网络构架上，软交换体系侧基于主从控制(MGC/MG),需利用和继承PSTN的接入网络，以方便过渡。 IMS可在系统/终端侧统一采用基于IP承载网的SIP协议，体现出与接入网的独立性，并天生支持移动性管理并且具有一定的QoS保障机制 。,IMS和SS的具体区别,在软交换控制与承

28、载分离的基础上，IMS进一步实现了呼叫控制层和业务控制层的功能细分；呼叫会话控制功能(CSCF)、媒体网关控制功能(MGCF)、接入网关控制功能(AGCF)、媒体资源控制功能(MRCF)、出口网关控制功能(BGCF)。位于核心的CSCF又细化为代理CSCF(P-CSCF)、服务CSCF(S-CSCF)、查询CSCF(I-CSCF)。,IMS和SS的具体区别,基本呼叫和PSTN类的补充业务逻辑集成在SS自身实现 , IMS本身不再集成任何业务逻辑 ,而采用了统一的业务控制ISC接口与外挂的应用服务器互连，实现业务应用的独立性和完全互通性。 PSTN呼叫由模拟子系统(PES/PSS)应用服务器提供

29、,IMS若干典型应用,手机对讲一键通(Push to Talk) 移动IP电话 串行/并行振铃 来电主叫视频照片。,窄带/宽带软交换概念(1),软交换概念从固网中提出，是下一代网络中的呼叫、会话控制技术，一般分为窄带软交换和宽带软交换。 窄带软交换主要用于窄带的话音业务，宽带软交换主要用于宽带多媒体业务。 在固网中，窄带软交换技术是指软交换机采用H.248协议或MGCP协议对各种网关进行控制， *中继网关TG（Trunk Gateway）、 *接入网关AG（Access Gateway） *综合接入设备IAD（integrate Access Device），,窄带/宽带软交换概念(1),在W

30、CDMA移动网络中，窄带软交换技术是指R4版本中定义的MSC Server采用扩展的H.248对媒体网关MGW进行控制。 宽带软交换技术在固网中是指各种SIP（Session Initiated Protocol，会话初始协议）服务器根据SIP协议进行呼叫控制的技术。,窄带/宽带软交换概念(2),在WCDMA移动网中，宽带软交换是指IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统）的各种CSCF（Call Session Control Function，呼叫会话控制功能）根据SIP协议完成核心的呼叫控制功能。 CSCF的种类包括P-CSCF（Proxy-CACF，代理

31、CSCF）、I-CSCF(Interrogating CSCF，查询CSCF)和S-CSCF(Serving CSCF，服务CSCF) ，本质上它们都是SIP服务器，处理SIP信令。,窄带/宽带软交换概念(2),其业务承载由WCDMA的分组域的SGSNs( Serving GPRS Support Node,服务GPRS支持节点)、GGSN（Gateway GPRS Support Node,网关GPRS支持节点)以及无线接入网完成。,NGN、软交换与IMS的关系,NGN *基于分组技术的网络 *能够提供包括电信业务在内的多种业务， *能够利用多种宽带和具有QoS支持能力的传送技术， *业务相

32、关功能与底层传送相关技术之间相互独立， *能够让用户自由接入不同的业务提供商， *能够支持通用移动性，从而向用户提供一致的和能无处不在的网络接入业务。 *NGN采用分层结构，包括业务层、控制层、传输层以及用户终端， *能提供多种业务类型有语音、数据、多媒体等,NGN、软交换与IMS的关系,软交换 *可以理解为一种分层、开放的NGN体系结构，是NGN核心控制层技术之一。 *软交换实际上是“控制”，而非“交换”，因为“交换”更多体现在承载层，所以“软交换网是下一代话音网或下一代分组通信网”的说法更贴切。 *以控制和承载分离为基本特征的软交换技术的基本定位是在一个基于IP技术的网络上提供传统的长途等

33、5类语音业务, 受到终端能力、QoS、安全以及业务接口标准化等诸多方面的限制。,NGN、软交换与IMS的关系,IMS * 具有业务、控制、承载完全分离的水平架构，集中的用户属性和接入无关等特性， * 一方面解决了目前软交换技术还无法解决的问题，如用户移动性支持、标准开放的业务接口、灵活的IP多媒体业务提供等； * 另一方面，其接入无关性，也使得IMS成为固定和移动网络融合演进的基础。 * 在无线接入技术方面，IMS除了GSM/GPRS和WCDMA之外，WLAN通过SIPProxy也可以接入。此外，固定网络的LAN和xDSL接入技术也可以接入到IMS。,关于软交换和IMS关系的评价,IMS的呼叫

34、模型是基于SIP呼叫信令，适应于全业务。软交换的好处在于能全面提供PSTN及其相关业务。虽然IMS到目前还不行，还不成熟，但多媒体灵活性不如IMS，总体来说这两个东西并不是互相排斥的，都遵循NGN基本思路和架构，都是基于IP的，都是分离式架构，都是试图采用统一的控制，基本思路是一样的，只不过在具体的实施上、标准化程度、标准处理上有很大的差异。在话音业务依然增长的国家，软交换的发展是无法跨越的。中国电信总工韦乐平语,结论,从标准化和技术成熟度来看，基于软交换构建固定的NGN更为现实，难度也较小；从技术趋势来看，开放与融合程度更高的IMS系统则代表了未来的发展方向，代表着固定与移动融合的趋势，更有前途。可以说基于软交换的网络只是NGN发展的初级阶段，而IMS是NGN发展的高级阶段。 “窄带业务以软交换为主，多媒体的业务以IMS为主，两者是重叠方式，将长期共存，但从长远来看，IMS将融合软交换。,