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2026-10-07 18:26:04

从软交换到IMS:运营商语音核心网如何演进

从PSTN、TDM交换到Softswitch,再到IMS、VoLTE和VoNR,解析运营商语音核心网如何完成控制承载分离、业务迁移、新旧网络互通以及长期共存。
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从软交换到IMS:运营商语音核心网如何演进

运营商语音网络从传统PSTN走向全IP,并不是用一套新系统一次性替换旧系统。程控交换、TDM中继、软交换、IMS、LTE和5G往往会经历较长时间的并行运行,号码、信令、媒体和业务也需要在不同网络之间持续互通。

早期资料常把Softswitch描述为“NGN初级阶段”,把IMS描述为“NGN中级阶段”。这种说法反映了当时对网络演进路线的理解,但容易让人误以为两者存在简单的前后替代关系。

更适合今天的理解是:Softswitch首先解决传统电话核心网向IP承载迁移的问题,IMS进一步建立标准化的用户注册、SIP会话控制和业务触发体系。网络建设过程中,两套架构可能长期共存,并通过SIP、媒体网关、信令网关以及IMS互通功能连接。

PSTN向IP网络迁移为什么先出现软交换

传统PSTN以程控交换机和TDM话路为核心。一次电话建立以后,网络按照固定的话路和时隙连续传输语音,局间则通过E1、SS7、PRI等接口连接。

当运营商开始把骨干承载转向IP网络时,一个现实问题出现了:原有电话业务、号码体系和PSTN互联仍然需要继续工作,但语音媒体已经可以通过IP分组网络传输。

软交换架构正是在这一背景下得到广泛应用。它把原来交换机内部紧密结合的呼叫控制和媒体交换拆分开来。

典型关系可以表示为:

Softswitch / MGC → 媒体网关 → PSTN、用户线路和IP承载网络

其中Softswitch负责号码分析、呼叫路由和信令控制,TG、AG等媒体网关负责TDM语音与IP媒体之间的转换,SG则承担传统SS7信令与IP信令环境之间的适配。

这使运营商能够先保留大量已有电话用户和中继资源,同时逐步把核心承载迁移到IP网络,而不必在同一时间淘汰所有传统电话设备。

软交换阶段首先完成了控制与承载分离

软交换带来的关键变化,不是简单地把程控交换机改成软件,而是把控制逻辑从实际语音承载路径中分离出来。

例如一次传统电话到IP电话的呼叫中,Softswitch可以负责建立和释放呼叫,但实际语音可能经过媒体网关后直接进入IP承载网络,并不需要所有RTP媒体经过Softswitch本身。

软交换系统常见的功能包括:

  • 电话号码分析与呼叫路由;
  • SIP、H.323等IP侧呼叫控制;
  • SS7、ISUP、PRI等传统电话网互通;
  • H.248/Megaco、MGCP等媒体网关控制;
  • TG、AG和SG等网关资源管理;
  • 与业务平台、计费和运营系统对接。

原页面下面这张图属于早期软交换与IMS功能映射资料。图中尝试把IMS/TISPAN的逻辑功能对应到Softswitch、AG、TG、SG等物理设备,用来说明两种架构在接入、控制和应用分层上的联系。

早期软交换网络与IMS功能实体在接入层控制层和应用层中的对应关系图

这张图可以继续作为历史架构资料保留,但不宜再据此得出“软交换就是IMS的一种物理实现”。Softswitch和IMS都采用控制与承载分离思想,但它们的标准体系、用户数据组织、业务触发方式和网络角色并不相同。

IMS为什么不是Softswitch的简单升级版

Softswitch解决了大量PSTN向IP迁移的问题,但运营商网络继续发展后,还需要处理移动用户注册、统一用户身份、漫游、多媒体会话以及业务服务器动态触发等问题。

IMS在这些方面采用了更标准化的逻辑功能划分,例如:

  • P-CSCF:终端进入IMS的主要SIP接触点;
  • I-CSCF:协助归属网络入口和S-CSCF定位;
  • S-CSCF:负责注册状态、SIP会话控制和业务触发;
  • HSS:保存用户身份、认证和业务签约等数据;
  • Application Server:执行具体IMS业务逻辑。

因此,从Softswitch迁移到IMS并不是给现有Softswitch升级一套软件就完成了。用户数据、业务平台、会话路由、安全、传统电话互通以及运维体系都可能需要重新组织。

原页面还保留了一张Softswitch与IMS的旧版比较表:

早期资料中软交换体系架构与IMS体系架构在业务用户数据信令及安全方面的比较表

表格能够反映当时从Softswitch向IMS演进时关注的一些问题,但其中“IMS必然成为NGN核心”“Softswitch只适合过渡阶段”等判断具有明显时代背景。新版不再把这些结论作为当前网络架构判断依据。

需要比较NGN、Softswitch和IMS本身的技术定位,可以参考NGN、IMS与软交换是什么关系;IMS核心网元和注册流程则可以继续查看IMS是什么?架构、核心网元、注册与会话流程。

从Softswitch接入IMS需要迁移哪些能力

实际网络迁移的难点通常不在于安装新的IMS节点,而在于如何把原有电话网络中的用户、号码、业务和互联关系平稳迁移过去。

迁移对象 Softswitch阶段 进入IMS后的变化
用户身份 通常由软交换平台或配套用户数据库管理 进入IMS用户身份和签约数据体系,由HSS等功能承担相应管理
注册与会话 SIP、H.323或传统电话信令并存 IMS侧围绕CSCF建立标准化SIP注册和会话控制
号码与路由 Softswitch维护号码分析和路由计划 需要重新规划IMS路由、域名、用户标识及传统电话号码互通
电话业务 由Softswitch自身或外部业务平台提供 逐步迁移到TAS、SIP AS等IMS应用服务器
PSTN互通 TG、AG、SG承担传统网络接入 可由MGCF、IMS-MGW及相关信令互通功能连接CS/PSTN网络
媒体 TDM与RTP通过媒体网关转换 IMS用户之间以IP媒体为主,连接传统网络时仍可能需要媒体网关

业务迁移尤其不能只看呼叫是否能够接通。例如原有Softswitch上可能已经运行呼叫转移、呼叫等待、号码显示、短号或其他电话业务。进入IMS以后,需要明确这些业务由哪个Application Server承担,并重新验证业务触发和用户签约数据。

IMS具体怎样通过S-CSCF和应用服务器提供业务,可以继续查看IMS业务提供框架。

迁移期间为什么必须让新旧核心网共存

大型电话网络很少采用“一刀切”的方式完成迁移。一个运营商网络中可能同时存在PSTN程控交换机、Softswitch、IMS以及企业SIP接入系统。

因此,迁移阶段更常见的结构是:

PSTN / TDM ↔ Softswitch ↔ SIP互联 ↔ IMS

或者:

PSTN / CS网络 ↔ MGCF / IMS-MGW ↔ IMS

不同系统之间需要分别解决三个问题:

  • 号码:同一个电话号码应该由旧网还是新网处理;
  • 信令:SIP、ISUP、PRI以及SIGTRAN等环境怎样互通;
  • 媒体:RTP与传统TDM语音怎样建立正确的端到端路径。

企业或其他外部SIP网络接入时,还可能通过SBC完成SIP边界控制、安全策略、拓扑隐藏、媒体锚定以及不同网络之间的协议适配。

PSTN软交换与IMS在网络迁移阶段长期共存并通过SIP中继媒体网关和IMS互通功能连接的架构图

因此,Softswitch进入IMS时代以后并不会立即失去价值。只要网络中仍有大量TDM中继、传统电话用户或既有PSTN业务,Softswitch和媒体网关仍可能承担实际互通和过渡任务。

VoLTE和5G改变了IMS在语音核心网中的角色

IMS真正大规模进入移动运营商语音体系,与LTE的发展密切相关。LTE本身是分组网络,不再像2G、3G传统CS域那样直接提供电路交换语音,因此VoLTE需要通过IMS完成用户注册、SIP会话控制和相关电话业务。

可以简化为:

LTE UE → EPC → IMS → 对端IMS用户或传统电话网络

这使IMS从早期讨论中的“未来多媒体架构”,变成了实际运营商IP语音网络的重要组成部分。

进入5G以后,情况也不是“5G Core直接取代IMS”。在VoNR场景中,5G NR和5G Core提供无线接入及分组连接,运营商语音仍可以依靠IMS完成注册、会话以及电话业务控制。

简化关系为:

5G UE → 5G NR / 5GC → IMS → VoNR语音业务

但5G网络并不意味着所有语音都已经使用VoNR。根据网络覆盖、终端和运营商部署情况,实际网络还可能使用VoLTE、EPS Fallback等方式,因此LTE、5G和IMS也存在较长时间的协同运行。

从今天回看Softswitch与IMS的发展关系,更适合把它理解成一次持续多年的核心网能力迁移:

PSTN把语音建立在电路交换和TDM之上;Softswitch首先实现呼叫控制与媒体承载分离,使传统电话平滑进入IP网络;IMS进一步建立标准化的用户注册、SIP会话和业务控制体系,并成为VoLTE及VoNR等运营商全IP语音的重要基础。

这条演进路线不是简单的“初级技术升级成中级技术”,而是不同网络架构在不同阶段解决不同问题,并通过长期互通逐步完成用户、业务和承载迁移。

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