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Iu-Flex技术解决方案
 
慧聪网   2006年5月8日9时28分   信息来源:泰尔网    

  [摘要]从分析Iu-Flex与网络规模的关系入手,介绍了Iu-Flex在组网中的应用,并描述了此技术存在的正面和负面影响。 

  0、前言 

  最初的3GPP规范没有考虑过无线接入网络(RAN)节点连接到多个核心网节点,在R99与R4版本中。RAN仅支持一个MSC/SGSN邻接局向,而在R5版本中,引入了Iu-Flex的概念,即UTRAN支持一个RAN节点到多个CN节点的域内连接路由功能,允许RAN节点把信息在相应的电路交换(CS)域或分组交换(PS)域路由到不同的CN节点。应用Iu-Flex技术的组网示意图如图1所示。  

图1  Iu-Flex技术组网示意图

图1  Iu-Flex技术组网示意图

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  以下分析基于Iu-Flex技术,在没有特别说明的地方,也可以应用于A-Flex技术。Iu-Flex具有以下优点: 

  a)相比较一个核心网节点提供的服务域,一个池域内的多个核心网节点提供的服务域扩大了服务范围,同时可以减少核心网节点间的位置更新、切换和重定位次数,因此减少了到HLR的位置更新消息流量。例如:一个核心网节点可以服务10个RAN服务域,如果本地网存在4个相同规模的核心网节点,则4个核心网节点服务40个RAN服务域,可以命名为RAN服务域1、2、3、4。当用户在这4个服务域间切换时,会触发位置更新、切换和重定位。如果这些服务域和核心网节点支持Iu-Flex特性,且将这4个核心网节点配置在一个池域中,当用户在这40个RAN服务域切换时,不需要改变服务的核心网节点。这样就不需要触发位置更新、切换和重定位,相应的每个核心网节点在容量没有增加的情况下,扩大了服务范围。 

  b)采取重叠的池域配置允许分流所有的业务形成不同的手机漫游模式,例如不同的池域覆盖不同的居民区,但在城市中心区域可以重叠覆盖,因为城市中心业务量一般比较大,可以采用重叠覆盖的方式在城市中心提高系统容量。 

  c)在池域内增加CN节点可以增加系统容量,另外当池域中某个核心网节点宕机后,池域内的其他核心网节点可以接管宕机的核心网节点负荷。因此增加了业务的可靠性。 

  1、Iu-Flex技术实现 

  Iu-Flex技术实现涉及到一个关键参数和一个关键功能,关键参数是指网络资源标识(NRI),关键功能是指非接入层网络节点选择功能(NAS)。 

  NRI在所有的核心网节点中独一无二地标识单个核心网节点,这些核心网节点在一个池域中并行提供业务。NRI的长度在一个池域中所有节点应该相同。不同池域重叠的区域在所有的核心网节点中使用NRI独一无二地标识一个核心网节点,这些核心网节点服务所有的重叠池域,即在一个RAN节点内,一个NRI独一无二地标识核心网节点。在重叠池域内,NRI应该配置相同的长度。CS和PS域之间相互独立,CS和PS独立进行寻址。对于一个核心网节点可以分配多个NRI,NRI是TMSI或P-TMSI的一部分,是由服务核心网节点分配给手机的。NRI具有灵活的长度分配,从0个比特到10个比特。0个比特表示NRI没有使用,即不能使用Iu-Flex技术。NRI往往在TMSI和P-TMSI的23到14比特位编码,23位是NRI的高比特位。 

  NAS功能在RAN网元实现,这个功能选择特定的核心网网元(即MSC或SGSN),用于路由初始的非接入层的信令消息或者LLC帧,使用NRI标识特定的核心网网元。如果非接入层网元选择功能根据非接入层的信令消息或者LLC帧推导出来NRI,并根据NRI获得配置的核心网网元节点,则这些消息路由到这个核心网网元。如果对推导出来的NRI没有配置核心网网元地址,或者没有推导出NRI(如MS带上来的指示表明不包含NRI),则非接入层网元选择功能选择有效的核心网网元(如根据负荷分担),并路由消息或LLC帧给选择的核心网网元。在不同的接入方式下,NAS推导NRI的方法如下: 

  a)当MS在Iu口接入时,NAS从IDNNS字段推导出NRI: 

  b)当MS在A口接入时,NAS从TMSI字段推导出NRI。 

  2、Iu-Flex与网络规模的关系 

  如果需要支持Iu-Flex技术,UTRAN和核心网除了需要进行软件升级、支持相应的功能外。还需要增加一些数据配置,以支持一定组网规模下的池域配置。因此,在全网配置Iu-Flex相关数据,而且网络规模比较大时,这是一项非常复杂的过程,需要全网升级,风险和难度均很大。另外NRI在大规模组网应用中划分也是比较困难的,而在热点地区和小规模组网中应用Iu-Flex,既能避免全网应用Iu-Flex带来的大量配置问题,也可以充分应用Iu-Flex技术上的优势。 

  假设市中心区域共有12万用户,每个MSC/VLR有1万用户的容量,对于每个MSC/VLR分配的TMSI的NRI需要进行以下考虑: 

  a)TMSI长度共32位,对于在电路域中的TMSI分配,高两位,即30、31位比特保留,用于区分域类型,即不能用于区分用户。 

  b)假设分配4个比特用于重启计数。 

  c)为了区分市中心20个MSC,需要分配不同的NRI,则需要占用5个比特,即有12个NRI保留,可以用于这个池域将来的扩容。 

  d)这样剩余21个比特,用于MSC寻址用户,即MSC/VLR最大可以区分2M用户。也就是说,市中心4个池域最大可以支持40M用户,而20个MSC/VLR实际最大支持20M用户,这样用户容量有冗余,可以进行不均衡分配,如图2所示。  

图2  MSC/VLR容量分配图

图2  MSC/VLR容量分配图

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  在实际组网中,与上述示例不同的是,MSC/VLR的容量不一定是均衡的,网络总的容量也会动态变化,池域中的MSC/VLR的数目也不一定是相同的。因此,网络总容量和单个MSC/VLR的容量是影响NRI可分配长度的间接因素,而池域中MSC/VLR的总数目是影响NRI可分配长度的直接因素。 

  根据以上分析可以认为:NRI的分配是池域内的概念,但如果全网应用Iu-Flex,则网内不同池域间容易存在重叠的区域,在这些重叠的区域内需要区分相邻池域中的MSC/VLR,即需要相同的NRI可分配长度,导致非相邻的池域之间NRI可分配长度也必须相同。因此,在全网应用Iu-Flex技术时,NRI的分配不再是池域内的概念,需要结合全网规划考虑。 

  如图3所示,MSC POOL 1/2/3相互重叠,而MSC POOL 4/5/6也相互重叠,如果MSC POOL 1与MSC POOL 4不重叠的话,则MSC POOL 1/2/3可以按照自己的网络模型内部分配NRI,规定自己内部NRI的长度。同样,MSC POOL 4/5/6也可以按照自己的网络模型内部分配NRI,规定自己内部分配NRI的长度。但由于MSC POOL 1与MSC POOL 4覆盖区域重叠,则MSC POOL 1/2/3/4/5/6需要规划相同的NRI长度,统一分配NRI。因此,即使MSC POOL 2/3与MSC POOL 4不相邻,但也不能占用MSC POOL 4的NRI空间;同理,MSC POOL 5/6也不能占用MSC POOL 1的NRI空间。这样将导致每个MSC POOL的可分配NRI空间大大减少。如果要维持NRI的长度,则每个MSC/VLR可接入的用户数就会减少,从而减少了系统容量,会产生与当初网络规划的冲突。  

图3  MSC POOL重叠组网示意图

图3  MSC POOL重叠组网示意图

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  笔者虽然建议在小规模组网或热点地区组网时应用Iu-Flex技术,但中兴通讯的核心网设备支持灵活的长度分配NRI,适应不同规模组网的需求。 

  3、Iu-Flex技术与VMGW技术 

  在3GPP R5版本中引入A/Iu-Flex技术后,RAN/BSS需要增加到多个核心网节点的多个物理连接,增加了A/Iu口的建设成本。可以采用虚拟媒体网关(VMGW)技术减少这种情况下传输资源的成本,即RAN/BSS连接到支持VMGW功能的MGW上。再由MGW将这些复用的负荷分发到多个核心网节点上(见图4)。  

图4  VMGW在Iu-Flex技术组网中的应用

图4  VMGW在Iu-Flex技术组网中的应用

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    但考虑到VMGW实现的复杂性、MGW大容量及组网灵活性等问题,VMGW并不是解决Iu-Flex技术导致Iu口物理连接增加问题的最佳方法。在3GPP R5阶段,Iu口引入了IP承载,这样多条物理连接上负荷的统计复用就可以在IP传输网中解决了(见图5)。  

图5  Iu口应用IP承载技术

图5  Iu口应用IP承载技术

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  因此,在实际组网中,如果Iu口没有采用IP承载技术,而应用Iu-Flex技术时,建议MGW支持VMGW技术,减少由于Iu口物理连接的增加带来Iu口传输成本的增加。如果Iu口已经采用IP承载技术,可以不需要采用VMGW技术而实现Iu口负荷在传输网的统计复用,此时应用Iu-Flex技术也不会带来Iu口传输成本的增加。而对于A-Flex应用来说,由于A口无法应用IP承载,只能采用VMGW技术减少A口的传输成本。 

  中兴通讯的核心网设备同时支持2G/3G用户的接入,这样很容易在同一个平台上采用相同的技术实现A/Iu-Flex技术,减少了A/Iu-Flex技术应用成本。同时也支持在A/Iu接口采用TDM/ATM承载时。应用VMGW技术减少A/Iu口传输的成本。由于VMGW技术自身的问题,建议用Iu Over IP的方式解决传输成本增加问题,而不采用VMGW技术来解决。 

  4、结束语 

  Iu-Flex技术在实际组网中存在正面和负面的影响,正如以上分析,在大规模组网中全网应用Iu-Flex技术,负面影响比较大;而在热点地区或小规模组网中应用Iu-Flex技术,正面影响占主要方面。同时,应用Iu-Flex技术,可能需要其他技术的辅助,如采用VMGW技术,或Iu口应用IP承载。实际组网中需要综合考虑这些因素,才能发挥Iu-Flex技术的优势,减少引入Iu-Flex带来的问题。 
 
作者:石松 
 
 
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