传统语音交换网络面临的挑战及应对策略

上海邮电设计咨询研究院有限公司 上海 200092

1 语音业务现状

1.1 业务收入与用户规模

随着近年来智能终端的不断普及，传统语音业务不断受到数据业务的分流，根据图1中对2010～2013年历年业务收入比重统计，2013年的话音业务收入占比首次低于非话业务收入，缩减至46.8%。移动数据及互联网业务收入对行业收入增长的贡献从上年的51%猛增至75.7%[1]，预计随着移动4G技术和智能手机终端的普及，数据业务将迎来进一步迅猛增长。

图1 2010～2013年话音业务和非话音业务收入占比变化情况

根据对1949～2013年历年国内固定电话和移动电话用户数的统计，如图2所示，移动电话用户数从无到有，呈现不断增长的趋势，2013年当年移动电话用户净增11 695.8万户，总数达12.29亿户，移动电话用户普及率达90.8部/百人，比上年提高8.3部/百人。传统固定电话用户数在2006年后开始逐渐萎缩，至2013年，固定电话用户总数为2.67亿户，比上年减少1 116.8万户，普及率降低至19.7部/百人。

图2 1949～2013年固定电话、移动电话普及率发展情况

1.2 固定语音业务

1) 公众用户类业务。电信运营商运营着庞大的交换网络，语音业务仍是电信运营商的重要组成。随着移动通信技术的普及，特别是近年来以智能手机为代表的移动互联网业务蓬勃发展，公众用户的通信行为发生根本性变化，语音业务不断萎缩。

2) 中继平台类业务。语音交换网络为政企客户提供各种中继平台类专线业务，此类业务质量要求普遍较高，按信令协议不同主要可分为PRI、ISUP、TUP、R2、SIP接入。

①ISUP/TUP/R2/PRI专线。作为传统中继类业务，业务规模较大，按接入类型，可分为双路由接入和单路由接入。单路由接入专线业务一般就近接入端局，双路由接入专线业务以政企大客户为主，对网络安全可靠性要求高，通过设置特服汇接局来实现业务汇接。随着经济不断增长，特别在沿海特大城市，传统语音专线业务成熟稳定，语音质量安全可靠，仍有一定发展空间。

②SIP专线。用户配置IP PBAX后，可以通过SIP中继专线接入运营商IMS网络，目前仍处于业务起步阶段，新增专线客户采用SIP专线比例不断提高。

1.3 移动语音业务

移动通信业务经历模拟、数字2G、3G的时代，目前正处于4G部署阶段。在2008年3G牌照面向三家电信运营商发放后，移动用户数量不断增长。目前，移动用户普及率高，移动语音业务趋向饱和，移动电话MOU值和ARPU值双双下降。

随着以苹果iOS和谷歌Android为代表的智能手机操作系统席卷手机终端市场以及移动互联网的不断发展，OTT模式的手机APP应用激增，传统移动语音业务发展面临以Skype、微信为代表的IM即时通讯应用狙击，移动语音长途、漫游资费不断降低，用户语音ARPU值不断下降。

2 语音业务发展趋势

2.1 两极化、差异化发展趋势

在业务应用领域，以互联网为代表的创新业务体系发展迅速，通信运营商作为通信产业的主导者，逐渐有沦为管道运营商的趋势。虽然传统语音业务仍有相当市场，但随着市场发展和技术演进，逐步呈现两极化发展趋势。

1) 低成本语音发展趋势。随着经济不断发展，广大用户的智能化终端比例极高，Skype、微信、FaceTime等语音提供模式以低价或免费方式不断分流长途话务，并已开始逐渐渗透分流本地话务。此类语音业务质量要求不高，通信运营商如何降低网络运营成本，提供同类低成本语音业务与之竞争，比如利用VoLTE技术，成为业内关注重点。2) 高音质语音发展的趋势。面向各类政企客户为主的语音专线业务，对业务的稳定性、安全性要求更高，为客户提供端到端的高可靠性、高保真语音专线业务仍有巨大市场。

2.2 多媒体、融合类业务的发展需求

用户的业务需求不断向多媒体、融合类业务方向发展，RCS、视频通话、视频会议等新业务不断被提出，这需要核心网有能力支持。核心网向IMS架构演进，符合未来ICT业务融合多样发展需求。

综上所述，在新信息时代下，固定语音业务总体呈现萎缩趋势，但随着行业日益细分，导致整体业务沟通更为频繁，故政企类客户的语音业务需求仍会不断增长。随着网络技术演进，PTSN交换机制式为主的端局和特服汇接局面临退网，在网络改造过程中，如何保证政企客户专线业务的可靠承接是网络演进发展过程需要重点关注的问题之一。随着4G技术的成熟商用，OTT模式的多媒体业务将会吞噬大量无线带宽，电信运营商被迫进入全流量管道运营。

3 本地语音交换网络现状

3.1 固定语音网络

电信运营商本地语音网络主要为用户提供基础语音业务、补充业务、智能业务及中继类业务，网络主体分为汇接及接入两层。其中，汇接层一般为软交换双平面组网，接入层通过TDM端局和软交换AG提供语音业务，用户话务全汇接查询SHLR；基于家庭网关的VoIP业务开始规模部署，作为过渡方案通过软交换实现FTTX语音业务；同时，IMS网络初步建成，具备承接FTTH接入和SIP类中继专线业务接入的能力。整体语音网络已初步形成“软交换+IMS”的1+1交换核心网络架构。

3.2 移动语音网络

移动核心网按业务承载类型可分为电路域和分组域，如图3所示。2008年，3G牌照面向三家电信运营商发放后，移动核心网均得到规模建设运营。目前，各家通信运营商的移动电路交换网络本地层面均实现软交换化，网络架构趋于稳定。

随着4G网络部署，在4G技术架构下，取消了BSC网元，电路域网络被分组域替代，分组域演进而来的EPC架构成为移动核心网的唯一架构。EPC主要完成数据业务的端到端承载，而业务控制将由IMS来统一实现。如图4所示，4G下的VoLTE语音业务，在定义的标准架构下，分组域EPC由S&P GW负责承载层媒体流，MME负责移动性管理功能，原来的语音呼叫控制功能由IMS域的CSCF、HSS、MMTel AS网元来完成业务控制部分功能，传统电路域被替代。

4 下一代网络演进的技术分析

随着云计算服务理念的深入，各类云服务得到规模发展，IT服务不再是一种专用服务模式。整个IT产业的变化，导致通用化的服务器和存储设备成为趋势，并作为构建云计算服务的硬件基础资源。CT的专用设备架构，也同样面临通用化演进的影响。电信运营商多年来打造的封闭、专有、自用的网络架构已经无法适配当下的业务需求——传统的“电信化”网络和“管道化”传输已经成为制约电信运营商发展的最大瓶颈[2]。电信运营商需要设法增强网络管道的管控能力，深度挖掘网络价值并产生效益，构建面向业务的更加综合、精细的商用模式。

图3 移动交换网络架构

图4 VoLTE架构图

4.1 核心网络的发展

随着IP技术实现承载网的统一，核心网被进一步推动向扁平化、融合化方向发展，实现网络控制与承载分离、业务与控制分离的演进趋势。IMS是一种提供端到端业务统一可控可管的电信级核心网技术，其特点是基于全IP架构，支持多种方式接入。IMS正逐步被业界运营商规模商用部署，是电信运营商主推的网络演进建议方向，是实现固定网络和移动网络核心控制统一的必经之路。

4.2 硬件产品通用化，软件服务云化

中国电信科技委主任韦乐平曾经说过，运营商目前面对的网络难题在于以下几个层面。

1) 网元：软硬件垂直一体化的封闭架构。业务开发周期长、技术创新难 、扩展性受限 、管理复杂。一旦部署，后续升级改造就受制于该厂家。

2) 网络：复杂而刚性。由大量单一功能的专用网络节点和碎片化、昂贵、专用的硬件设备构成。

3) 网络和业务：烟囱群。新业务的提供往往需要开发新设备，造成设备种类和数量的大量繁衍，形成大批垂直烟囱群。资源不能共享，业务难融合。

如果能够打开软硬件垂直一体化的封闭架构，用通用工业化标准的硬件和专用软件来重构网络设备，则可以极大地减少CAPEX(Capital Expenditure)[3]。

为适应更高速、更综合多样的ICT通信业务发展需求，通信网络正在不断转型，运营商的下一代网络将会释放出更强大的能量，并将最大化地提升电信网络对业务的自适应能力、加速软件与硬件分离、降低运营成本、提升资源利用率。目前，全球范围内的运营商、研究机构以及标准化组织都在积极规划下一代运营商网络的发展蓝图，其中SDN、NFV等技术被寄予厚望。

5 网络发展思路和策略

电信运营商的语音存量客户庞大、网络结构复杂、客户需求多种多样，在不断创新开放、瞬息万变的ICT信息业务发展新形势下，运营商首要应以满足存量客户业务需求为根本，以不变应万变。

5.1 存量业务的可靠保障

固定本地交换网络仍承接着大量的存量公众客户和政企客户。目前，承接的大量政企客户专线业务接入方式不一，分布在端局、特服汇接局和软交换上。随着端局的退网、网络架构朝向IMS和统一通信架构不断演进，如何保证此部分存量业务并满足业务发展需求，是应重点考虑的内容。

1) 各端局下传统铜缆接入用户的语音话务，仍通过各自片端局或AG将话务汇接到软交换。

2) 随着端局规模退网，铜缆用户被FTTX用户替代，接入IMS网络。ISUP/TUP/R2/PRI传统专线业务演进上应优先考虑接入IMS网络。但软交换网络运行多年比较稳定，技术已非常成熟完善，端到端业务的安全可靠性比IMS网络高，故短期内看，对于网络质量较高的政企大客户，软交换仍是承接存量专线业务的首要选择。通过软交换网络对单路由、双路由接入需求可由软交换双平面实现核心网侧业务容灾保护，并可提高软交换网络资源利用率。中远期随着用户完成光网规模迁移，IMS网络成熟完善，可将软交换网络逐步退网。

3) 积极引导存量客户升级，采用SIP类中继接入IMS网络。引入I-BAC网元和信令网关设备，保证核心网侧的安全问题。

5.2 简化网络架构，往IMS融合架构演进。

1) 实现固网PSTN长途局全部退网和长途网扁平化，加速实现PSTN长途局退网和省际长途话务完全扁平化，保留长途层面软交换SS，负责大区间话务的信令转接功能。

通过长途话务扁平化，实现本地交换网络从传统分层多级电路交换架构的电信级交换网络到IP语音扁平化承载的本地交换网络的演进。

2) 统筹优化软交换网络资源，建设4G EPC核心网，形成语音网络向核心层统一、承载IP化、具备多业务提供能力的方向演进。但由于软交换网络和TDM交换网络架构庞大，语音网络全面向IMS网络的演进将有一段比较长的过程。

近期要以满足业务发展需求为目标，促进网络结构的调整优化，加快TDM设备退网，形成“IMS网络+软交换”的网络结构，推动网络从较为单一语音网络向丰富的多媒体会话网络转型，建设4G EPC网络，为移动4G用户提供基于IMS的VoLTE语音业务。近期通信运营商语音交换网络架构图如图5所示，其中各网络定位如下。

1)IMS网络：接入FTTH用户；提供固定、移动会话型多媒体业务。2)软交换网络：接入传统语音用户；提供窄带语音业务。3)4G EPC网络：接入4G用户，基于IMS提供VoLTE语音业务

远期，随着端局下用户规模迁移，端局全部退网，固网软交换逐步空心化，可以仅保留少量软交换，作为少量传统中继业务和铜缆接入用户、AG用户的承接，其他软交换实施退网或升级改造成AGCF接入IMS；随着移动用户主体迁移至4G网络，2G/3G下的移动软交换电路域退网，统一通过4G EPC实现全流量接入，由IMS完成语音控制。固网与移动网用户通过IMS作为统一控制核心，实现全IP化架构和交换网络的融合。语音话务采用IP扁平化疏通，信令采用SIP、Diameter信令互通。

图5 近期通信运营商语音交换网络架构图

5.3 以市场化和差异化服务为指导，探寻语音业务发展的新模式

面对不同的客户需求，逐步推进网络演进，建设完善智能化管道，改变业务提供模式。

对于传统的增量业务，应积极引导客户向基于SIP接入的方式演进，可提供各类多媒体增值和固移融合业务，满足客户发展需求。

对于新型业务，面对语音业务的两极化发展趋势，可尝试采用差异化业务提供方式，应对新型业务发展需求。

1) 应对互联网为主的低成本移动语音应用。面向移动互联网下各种语音应用对电信运营商的语音话务分流的冲击，可以基于IMS架构快速部署VoLTE方式的廉价语音业务，依据LTE下的数据套餐捆绑优势，通过流量经营方式展开与互联网产业链的博弈，逐步形成由运营商提供基础语音能力，由互联网公司提供增值业务服务的新型合作模式，应对互联网新型商业模式的冲击。

在LTE/EPC网络建网初期，如果运营商已经有成熟的2G/3G网络，出于对CS投资的保护和LTE/EPC的部署策略，运营商可以采用原有的CS域语音方案来提供语音服务，而LTE/EPC仅处理数据业务(包括IMS数据业务)，即CSFB方案。在LTE/EPC网络完成全覆盖，IMS网络的部署也达到成熟时，VoLTE将成为语音业务的首选解决方案[4]。

2) 应对多媒体业务、ICT融合类业务。在存量用户向光网接入迁移和光网新增用户中，如有对新兴业务愿意积极尝试并有明确场景需求的客户，可以基于个性化需求，与行业内各类集成商展开合作，提供端到端高质量的一揽子通信解决方案。应考虑以基础语音通信作为切入点，根据不同用户场景，通过IMS提供电信级质量的语音服务，并可提供多媒体类通信业务和固移融合类业务需求。利用电信的平台资源优势，依托如云计算这样的通用IT设备架构平台，在客户实施ICT融合业务迁移改造或新增部署过程中，探索寻求新的合作机会。

6 总结

电信运营商应利用目前交换网络庞大的网络资源优势(机房、线路)和人力资源优势(管理维护团队)集中可分布式地提供各种ICT场景的电信级业务，逐步形成面向各行业客户需求，以通用化硬件作为基础架构的开放型网络平台。在传统电路交换网络面向多样化ICT需求的下一代通信网络演进过程中，通过积极引入SDN与NFV技术，实现网络资源的去电信专用化和能力虚拟化、开放化。

在市场策略上，应立足于存量优质客户，积极跟踪和开拓业务需求，推进交换网络向以市场化需求为主的下一代核心网演进，转型成为智能化综合信息服务提供商。在此基础上，通过资源和品牌建立的优势，与其他对手展开差异化竞争态势，进一步树立自有品牌优势，占领新的市场制高点。

参考文献

[1] 2013年通信运营业统计公报 [EB/OL].(2014-01-23)[2014-05-07].2014/1/23.http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n11294132/n12858447/15861120.html

[2] 张鹏.NFV:电信网络开启“通用化”之旅[J].NFV从IT视角诠释电信网络.2013(2):12-14

[3] 赵光磊.NFV并非空中楼阁,部分场景已具部署价值[J].NFV从IT视角诠释电信网络.2013(2):20-21

[4] 李波.LTE语音业务相关技术和建议[J].邮电设计技术,2012(1):10-13