软交换技术分析毕业论文

XXXXXXXXX学院学生毕业设计（论文） 级 专业

或其他PLMN的媒体承载接入到核心网。MGW通过承载于ATM上的Iu接口接入UTRAN来的用户数据和信令；MGW之间为承载于IP上的Nb接口，使用实时传输协议RTP传输NbUP用户数据；来自固定电话网PSTN的普通呼叫通过TDM线路接入，MGW需要进行TDM上的PCM码流到AMR编码的IP分组包的编码转换，使用编码转换器TC实现。通过Mc接口与MSC服务器相连，使用H.248协议与MSC的媒体网关控制功能交互，完成媒体资源的分配、释放，以及承载通路的建立和拆除等功能。

信令网关SG将外网的信令，诸如SS7信令转换为IP网内部信令；它同时还可以作为信令转接点STP，完成信令的中继路由功能。当然，部分信令转换功能也可以内嵌到媒体网关之内。CS域核心网网元间接口：Iu接口，位于RNS和核心网之间。支持RANAP协议。Nc接口，位于MSC服务器域MSC服务之间。支持BICC协议。Mc接口，位于MSC服务器和媒体网关MGW之间。支持H.248。Nb接口，位于MGW与MGW之间。支持NbUP协议。

（二）(G)MSC服务器系统软件设计

MSC服务器系统软件设计包括以下逻辑功能模块：业务处理SPU、移动应用子系统MAP、资源数据库RDB、媒体控制Mc、拜访位置寄存器VLR模块等。

SPU模块SPU业务处理单元模块是MSC服务器的核心处理部分，所有的业务执行，诸如呼叫处理、补充业务、短消息业务、移动智能网业务等，都在该模块上进行。其他模块都是为SPU模块进行特定的处理服务。SPU模块运行在系统硬件SPU板上，为了解决大负荷的问题SPU可以进行多板冗余配置。

CSCF子模块是SPU的呼叫业务控制功能模块，是整个呼叫控制的中心。主要的呼叫控制功能CCF采用半呼叫模型设计呼叫状态机FSM，在各状态下完成相应的功能。维护的几个主要功能状态机：移动始发MO-CCF、移动终止MT-CCF、中继始发TO-CCF、中继终止TT-CCF、前转始发FO-CCF、关口终止GT-CCF状态模型。此外该模块还具有号码分析功能、紧急呼叫功能、IN基本呼叫状态模型O/T-BCSM支持功能、与呼叫相关的补充业务等功能。其他模块的所有与呼叫相关的处理都必须在CSCF模块的协助下才能完成。因此CSCF模块与各部分的处理模块都需要连接。BICC模块处理BICC协议，进行局间BICC呼叫控制。BICC模块只与CSCF中的呼叫控制功能CCF、RDB模块以及STC模块交互。与ISUP不同的是增加了承载相关功能。

BICC模块分为BICC-APPINF，BICC-FSM，BICC-CD，BICC-STCINF和BICC-EH五个子模块以及BICC-DATA公共数据区。其中BICC-APPINF子模块和CCF及RDB之间通过消息交互信息，BICC-STCINF和STC之间通过原语交互信息，内部子模块之间提供API供相邻的子模块调用，子模块处理的中间信息保存在BICC－DB公共数据区。

ISUP模块处理来自PSTN的呼叫控制信令，完成PLMN网络和PSTN网络的互通。MGC模块是MSC服务器的媒体网关控制模块，主要由MGC Call模块和MGC Adapt模块组成。它为与媒体控制相关的应用模块提供统一的应用接口；管理媒体网关和CSCF之间的媒体资源；打包来自呼叫控制层面的媒体信息；打包上下文和端点信息。它与CSCF模块交互，形成抽象媒体控制逻辑，向Mc模块请求进行标准的Megaco媒体资源控制功能。MM模块完成移动性管理功能、CC模块完成呼叫控制功能、SS模块完成补充业务功能，它们都是来自IU接口的RANAP上层应用，因此SPU模块还需要具有RANAP协议处理功能。

SSF子模块与CSCF交互，完成移动智能业务交换功能。主要实现触发检测点TDP标准检查，事件检测点EDP装载和卸载，在呼叫控制CSCF和业务控制功能SCF以及智能外设IP功能之间中 继信息及指令，申请计费报告以及进行呼叫信息报告，以及智能CDR话单采集等功能。与VLR内部接口，查询用户签约业务信息；与外部MAP模块接口，通过CAP协议与HLR互通，查询用户业务签约信息。SMS和SMSP模块是移动网络特有的短消息业务处理模块，完成短消息的路由、转发等功能。

SMSP模块的主要任务是处理与VLR和SMS-GMSC/SMS-IWMSC之间的接口消息，而SMS模

- 24 -

XXXXXXXXX学院学生毕业设计（论文） 级 专业

块主要处理Iu接口的短信相关消息（CP和RP），同时也处理和移动性管理MM模块之间的消息。CDR-AGT模块，即呼叫细节记录代理模块，用于缓存实时呼叫以及从各网络实体功能NEFs收集得到的事件数据，并依据预先定义的CDR收集策略，通过内部IP网络将它们传送给CDR服务器，为呼叫记录以及计费等功能服务。模块负责缓存区的管理以及呼叫和事件数据的提交。在MSC服务器运行的过程中，许多的实时呼叫和事件记录数据将会不断的产生。如果每个NEF直接将它的实时数据送给CDR服务器，对于成千上万的呼叫而言，NEFs和CDR服务器之间的网络流量将相当之大。为了避免这种情况，如果使用CDR服务器来为每一个呼叫控制这些实时数据，CDR服务器需要有很大的工作量。因此，为了减小这些缺陷，设计CDR-AGT模块，将来自NEFs的实时呼叫和事件数据在到达CDR服务器之前进行缓存，然后根据预定义的策略，产生部分CDR，再将部分CDR传送给CDR服务器。分担了CDR服务器的负荷和工作量，同时减小了内部网络的流量。

RDB模块RDB资源数据库模块是MSC服务器的内部功能板，作为通用数据库，来存储MSC服务器的信息。RDB完成的功能包括：

（1）电路资源管理，管理中继电路资源的分配、检查以及释放； （2）维护MSC服务器与RNC、WMG之间的关系；RDB包括有对整个MSC系统中所有的RNC、MG、MC的描述，并提供与CC模块和HO模块的接口来获取与RNC有关的MC信息，另外，RDB还提供与会议桥有关的MG信息；

（3）路由分析，RDB模块包含有MSC系统中所有的全局信息，因此设计由该模块完成路由分析，通过路由分析选择中继CIC。所有与路由相关的表都包含在该模块中；

（4）提供Mc接口用于媒体网关进行注册和状态报告，RDB模块可以有多个接口来和MC板相连，以获得所有与媒体网关相关的信息，这些信息包括媒体网关的注册信息、对媒体网关的通知信息、也可以是控制媒体网关进行服务或退出服务的信息； （5）RDB模块提供有效的界面进行OAM配置。

MAP模块移动应用部分MAP是专为移动要求而设计的协议处理模块。该协议的主要功能是支持移动用户的位置登记、位置删除；用户业务管理、用户参数管理；漫游、越区切换；鉴权、保密数据传输。

MAP模块为MSC的C接口（连接HLR）、E（连接MSC）接口等基于MAP的接口提供MAP协议栈，用于MSC与VLR、HLR、MSC等实体之间的用户鉴权、移动性管理、业务提供等信令消息的传递。MAP采用SS7信令体系中信令连接控制部分SCCP和事务处理能力TC部分提供的业务，使用SCCP的无连接方式。在R4系统中，MAP信令协议栈由M3UA/SCTP/IP来承载，当与外部基于SS7网络的MAP实体互连时，需通过信令网关的M3UA/SCTP/IP和MTP3/MTP2/MPT1的信令转换。

Mc模块Mc模块通过H.248协议控制媒体网关，实现呼叫代理的所有连接控制命令，提供网络连接功能。它接收MGC模块的连接命令，转换成相应的H.248原语，维护整个网络连接的拓扑结构，CCB具有连接两个网络终节点时选择最佳路径的能力；维护特定的资源分配（例如语音设备、会议桥、DTMF发生器）。CCB具有根据控制命令将终节点与相应的资源相连的功能；保持连接状态；分配支路(Leg)以及呼叫参考ID。?IU模块IU模块是与WMG的IU-SG模块相连接的模块，它接收由WMG转发的来自RNC的RANAP信令，为SPU模块提供与下层传输技术无关的RANAP信令。WMG的RANAP信令的转发是承载在SCCP/M3UA/SCTP/IP上的，因此，IU模块需要处理承载在IP网络上的信令协议栈。?VLR模块VLR模块实现MSC服务器内嵌拜访位置寄存器的功能。 它由几个子模块组成。

PSM子模块功能：VLR数据库；提供与MSC、HLR和GSN的接口功能。TPM子模块功能：事务处理模块；实现VLR业务逻辑。CDB子模块：数据库缓冲器；缓冲用户数据；完成多台主机之间的数据同步。将VLR作为MSC服务器的一个功能模块是一种解决方案，此时VLR与MSC服务器之间通过内部接口交互，各厂商的实现各不相同也相对简单些。VLR也可以作为一个独立的网

- 25 -

XXXXXXXXX学院学生毕业设计（论文） 级 专业

元存在，与MSC服务器之间通过标准的MAP协议接口互通。

(三)无线媒体网关系统软件设计

WMG是无线媒体网关的简称，前面说明了WMG所完成的基本功能，WMG主要由媒体资源管理MGR模块、ALCAP协议处理UPS模块、用户面处理UP模块、放音处理ANN模块、终接IU接口ATM承载的REM模块、以及由LINK模块发展而来的IU-SG模块。

MGR模块MGR模块是WMG的核心控制模块。该模块主要处理所有有关资源请求、释放、连接等由MSC服务器通过H.248协议消息发送而来的消息。同时控制本WMG到RNC、到其他媒体网关的承载通路的建立过程。该模块管理所有的网关媒体资源，包括无线资源(ATM AAL2链路)、IP资源(IuUp,NbUp实体)、语音提示、与速率控制相关的资源等；处理有关资源请求、释放以及连接等消息，并且控制建立到RNC和GMSC的承载路由的程序。一个MGC可以与多个WMG相连，一个WMG又可以和多个RNC相连。基于这种结构，一个MGR可以控制多个UP板、ATM板、ANN板。

MGR模块具有以下功能：上下文Context和端点Termination管理；ATM资源管理；UP资源管理；速率资源管理等功能。

UP-S模块UP-S模块是专门处理ALCAP协议的模块。ALCAP关注于核心网与无-32-线接入网之间Iu接口的用户承载面，它由AAL2信令协议Q.2630.2以及AAL2信令传输转换Q.2150.1协议来描述。

REM模块REM模块终接Iu接口的ATM承载，在光接口处完成与RNC系统的对接，接入和输出ATM信元/AAL2/AAL5；然后进行光口数据到网口数据的转换即ATM到IP的映射处理，主要处理物理层ATM协议，完成对ATM信元和IP分组之间转换。ATM适配层AAL2用于承载用户面数据，AAL5用于承载信令面数据。进行ATM/IP映射后将分流用户面和信令面数据，通过ATMI/UDP/IP分别路由到UP模块和Iu-SG模块进行处理。

LINK模块LINK模块终接来自REM板的AAL5信令数据流，将ALCAP信令中继给UPS模块。但是来自REM的信令数据流除了ALCAP外还有RANAP信令，RANAP信令是需要上传给MSC服务器处理的部分，因此LINK模块还需要有数据分流的能力。随着系统的改进，WMG和MSC服务器之间需要SCTP/IP来传RANAP信令，因此LINK模块演进为Iu-SG模块。它实现内嵌信令网关功能，终接来自REM板的信令数据流，将承载在宽带MTP3B上的RANAP信令转换为承载在SIGTRAN上，然后通过IP通路传送到MSC服务器的Iu板，同时将ALCAP送到UPS模块。 UP模块UP模块是核心用户模块，提供以下功能：

(1)媒体控制执行功能：MGC模块通过Mc接口向WMG发送媒体控制命令，而媒体控制执行功能则由UP板实现。增加、修改、通报Iu/ATM终端实体、Nb/RTP终端实体；改变各端点之间的媒体流方向；去除UP板之间的Iu/ATM终端实体；去除UP板之间的Nb/RTP终端实体；替代Iu/ATM终端实体、Nb/RTP终端实体。 (2)数据接入功能：UP板负责从RNC到CS域用户平面的接入，用户数据通过REM模块到达UP模块的Iu UP子模块，根据Iu UP子模块的不同，数据格式可以为AMR格式或64kps UDI模式。 (3)IuUP协议处理功能：IuUP模块的程序功能请参见3GPP25.415。主要有透明模式和预定义SDU大小的支持模式。在透明模式下用户数据透明传输不需执行任何IuUP协议信息转换，支持UDI 64bit/s的视频呼叫服务；在支持模式下除了传输用户数据外还要进行IuUP协议信息转换，目前支持AMR语音呼叫。

(4)数据交换功能：UP模块执行交换任务，提供接收MSC服务器连接命-33-令的接口，依据这些指令设置正确的连接用户，传输数据时即可将数据传输到正确的连接用户。

(5)数据转换功能：RFCI转换，实现RFCI与速率的匹配，当数据由NbUP或其他IuUP接入时执行；数据速率转换，数据在不同用户之间传输时执行（两用户的数据模式不同）。 (6)数据转发功能：利用RTP协议，将来自RNC的用户数据传送到其它媒体网关MG，反之亦然。

- 26 -

XXXXXXXXX学院学生毕业设计（论文） 级 专业

(7)端点收发控制功能：描述了端点和承载之间的数据传输方式。端点的工作方式包括：只发不收、只收不发、既发又收、无效、环回，通过MGC的控制可改变这些方式。例如，通话期间端点工作在既发又收方式；放音时终端在只收不发方式；切换过程中某时刻端点将工作在只收不发或只发不收方式。

(8)资源监视功能：UP模块可对无线话路进行管理，这样就需要对承载信道的资源进行监视。如当某端点处于激活状态，并且有对该端点的呼叫请求，UP将为该端点分配承载信道；当长时间没有收到该端点发送来的数据包，将向MRG板上报该端点不工作，释放该端点占用的承载信道。 (9)插板注册功能：为支持大规模的用户容量，每个MSC中需要有多块UP板。每块UP板需向MGR进行注册，以示其应用程序工作正常，MGR将根据UP板的资源使用状况执行负荷分担。UP板也会向OAM注册，但SYS板上的OAM模块只判断该硬件是否存在，软件是否被激活。SYS板和MGR板从不同的层面对UP板进行管理。

ANN模块ANN模块存储媒体资源，包括通知音(announcement)和音频音(tone)。它控制着资源的播放，处理与放音资源相关的命令，受MGR的控制。简单的例子有，ANN模块收到来自MGR板的放音或者停止放音消息后，就向相关用户所在的UP板送音资源。所有的通知音和音频音都是在IP上传送。

（四）MSC服务器与WMG之间的呼叫承载控制

MSC服务器与WMG之间的控制过程主要分为与呼叫相关和与呼叫无关的控制过程两个部分。与呼叫无关的控制主要包括WMG退出服务、WMG复位、WMG注册/重新注册、MSC服务器复位、MSC服务器退出服务、端点退出服务、端点复位、WMG审计、WMG能力审计等过程。这些过程与呼叫无关，但它们是保证MSC服务器与WMG控制连接的必要过程。下面将主要阐述与呼叫相关的控制过程，由此说明MSC服务器和WMG媒体网关的呼叫控制与承载独立的实现。

1、呼叫相关的基本控制过程

准备承载过程Prepare Bearer该过程是在呼叫承载建立之前，MSC服务器请求WMG为承载的建立进行准备工作，可以是网络侧的承载准备也可以是接入侧的承载准备。目的是向WMG指示将要建立承载，请求分配承载资源，并将分配结果告知MSC服务器，再由MSC服务器通知给承载建立的另一方。该过程可由Add、Modify或者Move请求命令发起。

当WMG收到准备承载请求后，将有以下动作：根据需要分配一个上下文标识ContextID；基于优选的骨干网络连接特性BNC Characteristics和可选的承载业务特性或者编码器分配一个端点标识TerminationID；根据需要分配一个承载网络特性标识BNC-ID；在前向承载建立有隧道方式下，使用已有的承载互联功能BIWF地址和BNC-ID，在前向承载建立无隧道方式下，WMG将准备接受来自对端的承载建立请求，不需BNC-ID。准备着将承载已连接状态通知给呼叫状态机；如果准备承载过程向一个上下文中添加的端点是该上下文的第二个端点，将分析两个端点，判断在两个端点之间是否需要编码转换器，若需要的话，该过程也将为此目的保留功能；此后，WMG将返回Add/Modify/Move请求命令的响应，回送分配好的ContextID、TerminationID以及BNC直接连通能力指示。

建立承载过程Establish Bearer该过程是MSC服务器请求本地WMG向指定的目的WMG建立承载的过程。该过程可以由MSC服务器用Add、Modify或者Move请求命令发起。当发起承载建立事务之后，WMG将有以下动作：如果MSC服务器没有指定上下文ID，将首先分配一个上下文；基于优选的骨干承载网络连接BNC特性以及可选的承载业务属性或者要求的编码器进行端点分配；使 用BNC-ID向指定的承载互通功能目的地址发起承载建立请求；如果使用了隧道技术，则使用Mc接口隧道传递承载控制信息；如果该分配的端点是上下文中的第二个端点，WMG将要分析已有和新加入的端点，之后判断在端点之间是否需要变换编码器，该过程也将为这个目的保留功能。完成以上操作之后，WMG回送Add/Modify/Move响应消息，将处理结果上报MSC服务器。

承载已建立过程Bearer Established该过程是WMG在承载建立完成后，向MSC服务器通告的过

- 27 -