淺析GSM本地網(wǎng)核心層IP化演進

1、淺析GSM本地網(wǎng)核心層IP化演進 摘要引入IP承載和向IP化演進已經(jīng)是GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。結(jié)合目前國內(nèi)GSM網(wǎng)絡(luò)運營商IP化的進展情況，本文主要針對本地網(wǎng)軟交換核心層IP化階段進行了分析，探討了該階段演進的意義、基本歷程、對現(xiàn)網(wǎng)的影響、產(chǎn)生的問題和本階段需要注意的事項。目前，GSM移動網(wǎng)絡(luò)核心層上的軟交換網(wǎng)元已經(jīng)得到了大量的應(yīng)用，同時，語音業(yè)務(wù)IP承載大規(guī)模商用技術(shù)也逐漸成熟，這使得移動通信網(wǎng)中VoIP技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用已經(jīng)成為可能。本地網(wǎng)核心層的IP化是一個系統(tǒng)的工程，涉及到整體網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)型，必將對現(xiàn)網(wǎng)的建設(shè)和運營產(chǎn)生深遠的影響，本文將立足國內(nèi)現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡(luò)情況，對該問題進行初

2、步的分析和討論。1、本地網(wǎng)核心層IP化的含義雖然近年來各類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展，但到目前為止，語音業(yè)務(wù)在電信行業(yè)收入中的主導地位仍無法動搖。現(xiàn)有的語音通信在核心網(wǎng)中一直采用電路交換的方式進行，在長期的建設(shè)和運營中，該方式漸漸暴露出對話務(wù)高峰應(yīng)對能力差、資源利用率低和核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整繁瑣等一系列問題。而伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，分組交換方式替代電路交換方式已經(jīng)逐步成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。在分組交換技術(shù)的發(fā)展中，從20世紀90年代初開始，新興的IP技術(shù)以驚人的速度在全世界范圍內(nèi)取得了巨大的規(guī)模優(yōu)勢，在技術(shù)體系和設(shè)備能力上獲得了長足的發(fā)展，已經(jīng)具備了支持電信級應(yīng)用的能力。因此，通信網(wǎng)絡(luò)IP化演進已經(jīng)成為整個通信行

3、業(yè)在核心網(wǎng)技術(shù)上不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。其中，對于GSM網(wǎng)絡(luò)來說，IP化是一個循序漸進的過程，按照演進規(guī)模從小到大和復雜程度由易到難的順序，一般從一級匯接網(wǎng)軟交換化和IP化開始，即在省際匯接網(wǎng)層面引入軟交換網(wǎng)元（TMSC Server和TMG/SG設(shè)備），采用IP承載網(wǎng)疏通省際BICC（bearer independent call control）信令（Nc接口IP化）和話務(wù)（Nb接口IP化），逐步向本地網(wǎng)核心層軟交換網(wǎng)元IP化推進，提高網(wǎng)絡(luò)中IP承載語音的比例；接下來，可以考慮信令的IP化，前期主要是將MAP/CAP信令通過SIGTRAN協(xié)議適配后采用IP承載，后期將逐步引入IP-STP設(shè)備，以適

4、應(yīng)信令I(lǐng)P化發(fā)展對信令網(wǎng)設(shè)備的需求；另外還有一個節(jié)點，A接口/Gb接口控制和承載層面的IP化，以及Abis接口的IP化，但是這幾個節(jié)點之間存在異廠家互通問題，并且由于現(xiàn)網(wǎng)中的這部分接口并不占用傳輸資源，而且對組網(wǎng)影響相對較小，因此這部分現(xiàn)階段IP化的動力和重要性也相對較小。根據(jù)目前國內(nèi)各移動運營商GSM網(wǎng)絡(luò)IP化演進的進展情況，本文僅著重探討本地網(wǎng)核心層軟交換網(wǎng)元IP化（下文中簡稱為本地網(wǎng)核心層軟交換IP化改造或本地網(wǎng)軟交換IP化改造）階段的改造內(nèi)容，以及其給網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護帶來的變化和可能出現(xiàn)的問題。2、本地網(wǎng)核心層IP化的意義在省際匯接網(wǎng)層面引入軟交換網(wǎng)元（TMSC Server和TMG/S

5、G設(shè)備），采用IP承載網(wǎng)疏通省際BICC信令（Nc接口IP化）和話務(wù)（Nb接口IP化）之后，繼續(xù)推進各省大本地網(wǎng)內(nèi)核心層相關(guān)接口的IP化，單從網(wǎng)絡(luò)組織和技術(shù)層面看，可以達到以下效果：促進網(wǎng)絡(luò)扁平化，簡化本地網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組織，增強整個網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性；通過統(tǒng)一化站點接入設(shè)備接入IP承載網(wǎng)，為未來3G核心網(wǎng)接入IP承載網(wǎng)絡(luò)積累經(jīng)驗；Nb接口IP化后，采用AMR2編碼、靜音檢測、TrFO等新技術(shù)，用IP承載網(wǎng)傳送，可以進一步提高核心網(wǎng)和傳輸資源的利用率，降低運營成本；建設(shè)本地網(wǎng)內(nèi)IP承載專網(wǎng)，為將來2G/3G/支撐網(wǎng)共用此網(wǎng)承載提供網(wǎng)絡(luò)準備；為下一步A/Gb接口IP化做準備，以更好地支持核心網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點

6、（MSC Server/MGW/SGSN等）池組化，提高核心網(wǎng)設(shè)備利用率和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性；有利于向未來全業(yè)務(wù)運營時的移動固定網(wǎng)絡(luò)融合演進。3、本地網(wǎng)核心層IP化的發(fā)展進程自2004年開始，我國兩大移動業(yè)務(wù)運營商陸續(xù)在匯接網(wǎng)、本地網(wǎng)層面引入采用軟交換架構(gòu)的交換設(shè)備，促進了軟交換設(shè)備在商用中不斷成熟，其業(yè)務(wù)的提供能力也得到了驗證。目前，中國移動已經(jīng)在GSM軟交換設(shè)備VoIP的試點中，做了大量具體細致的工作，積累了軟交換設(shè)備IP化演進中業(yè)務(wù)及運維的經(jīng)驗；另外，還根據(jù)自身GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)模巨大的特點，擬在商用網(wǎng)絡(luò)中規(guī)模性地啟用CMN（呼叫協(xié)調(diào)節(jié)點）設(shè)備，為全網(wǎng)大規(guī)模普及本地網(wǎng)核心層IP化的演進打下了良好的基礎(chǔ)

7、。中國聯(lián)通也已經(jīng)完成了在省際骨干網(wǎng)中引入軟交換架構(gòu)匯接局設(shè)備和IP承載專網(wǎng)的部署，目前，正在為各省內(nèi)本地網(wǎng)核心層軟交換IP化改造以及IP承載專網(wǎng)的省內(nèi)延伸積極準備。為了更好地說明本地網(wǎng)中核心層軟交換設(shè)備IP化的現(xiàn)狀和演進過程，把整個演進進程分為以下幾個階段。第一階段（現(xiàn)狀）：TDM階段，軟交換設(shè)備和TDM設(shè)備均采用TDM方式組網(wǎng)。目前的本地網(wǎng)內(nèi)仍然以TDM設(shè)備為主，并且近兩年新建設(shè)的軟交換設(shè)備的話路和信令也都采用TDM的方式疏通，與傳統(tǒng)的TDM設(shè)備在組網(wǎng)上沒有區(qū)別，僅將Mc接口信令采用IP專線或者IP專網(wǎng)疏通，如圖1所示。圖1第一階段網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第二階段：混合階段，IP承載和TDM承載方式并存。在

8、軟交換設(shè)備技術(shù)成熟并獲得相當?shù)纳逃煤?，從網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的角度考慮，應(yīng)當適時引入IP承載，啟動核心網(wǎng)絡(luò)的IP化。在這個階段，核心網(wǎng)主要網(wǎng)元的建設(shè)應(yīng)遵循以下原則。端局和關(guān)口局的建設(shè)。新建局采用軟交換設(shè)備；控制現(xiàn)網(wǎng)TDM交換機的擴容，現(xiàn)網(wǎng)的軟交換網(wǎng)元進行IP化改造，本地網(wǎng)內(nèi)可以考慮引入CMN設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)組織?，F(xiàn)網(wǎng)TDM設(shè)備之間的組網(wǎng)不變，完成省內(nèi)IP承載網(wǎng)的建設(shè)和擴容；新建的軟交換設(shè)備和改造后的現(xiàn)網(wǎng)軟交換設(shè)備之間的話務(wù)通過IP承載網(wǎng)疏通，引入BICC，和現(xiàn)有的H.248信令消息一起采用IP承載網(wǎng)疏通。此階段結(jié)束后，核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2第二階段網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第三階段：IP階段，主要的核心網(wǎng)網(wǎng)元都采用IP承

9、載。隨著對現(xiàn)有TDM設(shè)備的逐步替換，現(xiàn)網(wǎng)上的主要網(wǎng)元都將采用軟交換設(shè)備，并且語音和與話務(wù)相關(guān)的信令消息都通過IP承載網(wǎng)疏通，并隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大、IP-STP技術(shù)的完善和各廠家設(shè)備互通性測試的進展，將逐步完成MAP、CAP等信令消息、A接口和Gb接口用戶和控制層面等的IP化。此階段結(jié)束后，核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3第三階段網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)隨著遠期其他TDM網(wǎng)元的逐漸替換和退服，核心網(wǎng)最終將達到全IP的目標網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖4所示。圖4遠期目標網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4、本地網(wǎng)核心層IP化對現(xiàn)網(wǎng)的影響在軟交換核心網(wǎng)IP化之后，核心網(wǎng)絡(luò)混合組網(wǎng)基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖5核心網(wǎng)絡(luò)混合組網(wǎng)基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由圖5可以看出，軟交換

10、核心網(wǎng)的IP化帶來的直接影響有如下幾個方面。（1）CMN網(wǎng)元的引入CMN負責全網(wǎng)被叫號碼分析及省際軟交換機之間信令鏈路的匯聚，CMN不需支持Mc接口，不需控制MGW。從信令上來看，CMN的網(wǎng)絡(luò)職能就是負責BICC消息的轉(zhuǎn)發(fā)。但與信令網(wǎng)絡(luò)中的STP是不同的，STP只是屬于網(wǎng)絡(luò)層的轉(zhuǎn)發(fā)，根據(jù)信令點編碼進行信令路由。而CMN節(jié)點則是應(yīng)用層的轉(zhuǎn)發(fā)，其路由分析過程與非CMN類似，也是需要對被叫號段等進行分析決定出局路由，只是不提供話路承載方面的操作。在IP承載軟交換網(wǎng)中，通過CMN作寬帶信令匯接，可以做到在承載層面利用IP的特性達到扁平組網(wǎng)，而在控制層面卻仍然可以采用分級組網(wǎng)，方便數(shù)據(jù)配置和維護。在核心

11、網(wǎng)軟交換網(wǎng)元IP化后，由于Nc接口BICC信令在IP承載時的扁平化網(wǎng)絡(luò)組織，使得本地網(wǎng)內(nèi)各（G）MSC Server（移動端局軟交換服務(wù)器或移動關(guān)口局軟交換服務(wù)器）之間的SCTP耦連數(shù)量隨著網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)元增多呈幾何級數(shù)增加，給網(wǎng)絡(luò)的擴容和維護帶來很大的不便。對于一個網(wǎng)內(nèi)有超過10個（G）MSC Server節(jié)點本地網(wǎng)的運營維護來說，在Nc接口信令I(lǐng)P化承載后，考慮到SCTP多歸屬的配置，在初期就需要全網(wǎng)配置SCTP耦連數(shù)量過百條，隨著軟交換網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，在擴容建設(shè)和維護中必將存在和傳統(tǒng)No.7信令網(wǎng)網(wǎng)狀網(wǎng)組網(wǎng)時類似的弊端。為了簡化移動軟交換服務(wù)器（G）MSC Server）局數(shù)據(jù)制作和維護，方便網(wǎng)

12、絡(luò)擴容，在大本地網(wǎng)組網(wǎng)時，有必要考慮增設(shè)省內(nèi)CMN設(shè)備。該CMN網(wǎng)元可以選擇現(xiàn)有一對G（T）MSC Server（移動關(guān)口局軟交換服務(wù)器或移動匯接局軟交換服務(wù)器）升級兼做和新建一對獨立CMN設(shè)備兩種方式建設(shè)。下面從網(wǎng)絡(luò)組織、維護管理、工程實施、設(shè)備商用進度、工程投資對這兩個方案進行比較見表1。表1兩種方案比較綜上，建議采用方案一，但是制約方案一的最大問題在于CMN若與GMSC Server合設(shè)設(shè)備商用程度較低，存在安全風險，而若CMN與一級匯接網(wǎng)TMSC Server設(shè)備合設(shè)，則由于資產(chǎn)歸屬問題，在設(shè)備維護和擴容上，會受到運營商一級匯接設(shè)備建設(shè)進度（通常由各運營商的集團公司控制）的制約。如果考

13、慮采用CMN與GMSC Server或省內(nèi)二級TMSC Server合設(shè)的建設(shè)方式，則可以在工程實施時，根據(jù)GMSC Server/二級TMSC Server與CMN合設(shè)的軟件版本成熟度和入網(wǎng)許可情況，選擇在第一階段或第二階段進行GMSC Server/省內(nèi)二級TMSC Server的CMN功能升級。（2）關(guān)口局職能的轉(zhuǎn)變由圖5可以看出，在軟交換核心網(wǎng)IP化后，網(wǎng)內(nèi)邏輯上需要增加IW-MSC Server和IW-MGW，即互通軟交換機和互通媒體網(wǎng)關(guān)。它們主要負責轄區(qū)內(nèi)IP化后的軟交換網(wǎng)與TDM網(wǎng)之間“就遠出IP承載專網(wǎng)、就近入IP承載專網(wǎng)”的互通話務(wù)。當IP化后的軟交換端局原則上就不再對TDM

14、端口進行擴容，之后建設(shè)的軟交換端局設(shè)備也不再配置TDM端口，因此，當軟交換MGW與TDM交換機（MSC、GMSC）之間的新增話務(wù)互通時，需要通過IW-MGW互通。在初期，IP化后的軟交換網(wǎng)絡(luò)與TDM網(wǎng)的互通主要包括：現(xiàn)有軟交換網(wǎng)新增話務(wù)與中國移動2G TDM網(wǎng)絡(luò)之間的互通，IP化后新建軟交換設(shè)備與中國移動2G TDM網(wǎng)絡(luò)之間的互通，IP化后的軟交換網(wǎng)絡(luò)經(jīng)GMSC與其他運營商PSTN/PLMN網(wǎng)絡(luò)的互通。IW-MGW具備內(nèi)置信令網(wǎng)關(guān)（SG），支持其他TDM網(wǎng)元與該IW-MGW所歸屬的IW-MSC Server互通時，SS7信令基于SIGTRAN方式的轉(zhuǎn)接。根據(jù)前述IW-MSC Server和IW

15、-MGW的作用可以看出，在大本地網(wǎng)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，此部分邏輯功能應(yīng)由軟交換關(guān)口局設(shè)備兼做。因此，在軟交換核心網(wǎng)IP化后，軟交換關(guān)口局在網(wǎng)內(nèi)的職能由目前的作為網(wǎng)間話務(wù)和部分業(yè)務(wù)平臺轉(zhuǎn)接的門戶，轉(zhuǎn)變?yōu)樵诂F(xiàn)有職能外，同時作為IP承載改造后新建軟交換網(wǎng)元與TDM傳統(tǒng)網(wǎng)元之間話務(wù)匯接和承載及編碼的轉(zhuǎn)換點（即IW-MSC Server和IW-MGW網(wǎng)元）。（3）對傳統(tǒng)No.7信令網(wǎng)的影響在核心網(wǎng)軟交換端局IP承載改造后，隨著IP寬帶信令的增加，現(xiàn)網(wǎng)信令網(wǎng)壓力將得到緩解。由于核心網(wǎng)IP化后，軟交換服務(wù)器（G）MSC Server）設(shè)備之間采用BICC信令代替了現(xiàn)有的MISUP信令，在一定程度上減輕了現(xiàn)有N

16、o.7信令網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)壓力。根據(jù)大本地網(wǎng)內(nèi)省內(nèi)信令網(wǎng)均由LSTP轉(zhuǎn)接，省際信令由HSTP轉(zhuǎn)接的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)核算。Nc接口采用BICC信令后，可以減輕No.7信令網(wǎng)STP約20%的信令負荷。隨著之后的MAP信令承載IP化進程，現(xiàn)有No.7信令網(wǎng)的信令負荷將大大減輕。以上情況將在一定程度上影響No.7信令網(wǎng)STP設(shè)備的建設(shè)，需要在STP擴容時考慮。5、本地網(wǎng)核心層IP化產(chǎn)生的問題5.1軟交換端局TDM端口投資保護的問題在核心網(wǎng)軟交換IP承載改造后，由于承載層面的轉(zhuǎn)換，將帶來現(xiàn)網(wǎng)軟交換設(shè)備大量TDM端口閑置的問題。對于軟交換關(guān)口局來說，由于它網(wǎng)運營商網(wǎng)絡(luò)IP化進程不明，在網(wǎng)間TDM端口暫時不可避免的情況

17、下，TDM端口資源可以通過調(diào)整在網(wǎng)間利用。因此，TDM端口閑置問題主要發(fā)生在現(xiàn)有軟交換端局設(shè)備上，為了最大限度地保護現(xiàn)有投資，在改造和之后的建設(shè)時，建議遵循以下原則：在滿足IP化進程要求且不影響業(yè)務(wù)開展的前提下，盡量充分利用現(xiàn)有的TDM端口，減少設(shè)備的閑置；IP化改造之后的建設(shè)中，原則上不再加配TDM端口；當現(xiàn)有軟交換端局TDM端口閑置已經(jīng)不可避免時，在充分考慮A接口的使用需求的前提下，可以考慮在可能的情況下，將其余空閑TDM端口板件調(diào)配給軟交換關(guān)口局擴容使用。5.2傳統(tǒng)TDM設(shè)備今后的使用問題現(xiàn)網(wǎng)TDM端局和關(guān)口局設(shè)備受技術(shù)的限制，大多無法進行IP化改造。在本地網(wǎng)核心層IP化進程中，如何充分

18、利用現(xiàn)有TDM資源和推進利用率較低的陳舊設(shè)備適時退網(wǎng)就成為這部分設(shè)備投資保護的關(guān)鍵。對于TDM設(shè)備的后續(xù)使用，一般可以采用兩種方式。方式一：采用軟交換設(shè)備現(xiàn)有TDM陳舊設(shè)備進行替換；方式二：采用逐步降低TDM設(shè)備利用率和覆蓋區(qū)域邊緣化的方式，逐步將TDM設(shè)備作用邊緣化，并根據(jù)需求適時促成其退服?？紤]到核心網(wǎng)設(shè)備替換，尤其是大規(guī)模設(shè)備替換，可能給網(wǎng)絡(luò)安全帶來較大的風險以及互聯(lián)互通問題，在充分考慮相關(guān)機房配套設(shè)施具備可實施條件后，應(yīng)綜合考慮商務(wù)和網(wǎng)絡(luò)安全，謹慎選擇使用方式一；而由于方式二的網(wǎng)絡(luò)“平滑演進”的理念，既對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)影響較小，又不至于阻礙軟交換核心網(wǎng)的IP化進程，因此，一般各移動本地網(wǎng)TDM設(shè)備的后續(xù)使用方式推薦采用方式二。另外，對于距離設(shè)備退服時間尚遠的傳統(tǒng)TDM關(guān)口局，在本地核心網(wǎng)IP化進程中其利用率下降