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基于软交换技术的GSM核心网优化方案
2006年7月17日 10:52  来源:电信工程技术与标准化  作者:吴杰,饶高钢
  [摘要] 本文通过分析现有GSM核心网在网络结构、运维、安全、业务提供能力等方面的现状和劣势,提出了利用软交换来优化现有的GSM核心网的方案,通过该优化使得现有GSM核心网在上述各方面的问题都得到解决的同时为向3G网络电路域的平滑演进提供了良好的网络基础。
 
  1、GSM核心网现状

  目前国内运营的GSM网络包括中国移动的GSM/GPRS网络及中国联通的GSM网络,其中中国移动的GSM网络为世界上容量最大、用户最多的移动通信网络,网络容量和用户数均已经超过3亿户。中国联通的GSM网络容量也已经超过1亿,用户数接近1亿。从建设和使用年限来看,中国移动的GSM网络已经超过15年,中国联通GSM网络也已经超过10年。

  就核心网层面来看,中国移动GSM/GPRS核心网包括电路域和分组域2个部分,中国联通GSM网络由于各种原因目前部分省的网络未能提供分组域业务。从电路域来看,两者的网络都几乎是一样的。基本以直辖市/地级市为单位进行本地网的设置以及网络的规划与建设。如图1所示。
图1 本地网GSM核心网结构图
  无论中国移动GSM网络还是中国联通的GSM网络,其覆盖面积都非常大,由于受自然条件、人口、经济发展水平差异导致的通信需求和通信消费的差别也非常大,不同地区网络规模差异非常大,同时由于现有GSM核心网能力的限制,不同地区的网络各自有突出的问题,主要包括以下几个方面。

  (1)设备容量小、处理能力低。现有GSM核心网交换机设备容量小,处理能力低,数量多,不符合“大容量,少局所”的发展趋势。特别对于比较发达的东部沿海地区,随着用户数的不断增长,每年均需要进行比较繁重的新建局和扩容局的工作,除了新增网元的安装调测外,还包括繁重的电路割接、局数据加载及网络调整的工作。造成了巨大的工程建设压力,也给网络稳定带来了一定的隐患。

  (2)业务提供能力差,升级费用高。为了在全网提供各种新业务,除了在SCP上加载上述业务外,数量庞大的GSM MSC交换机成了业务快速推广的瓶颈。由于MSC数量多,为了实现对新业务的触发,几乎必须升级现网所有的MSC,升级费用高,升级周期长,大大地延误了业务推出的时机,影响了网络的盈利能力。部分相对落后的省市用户数量少,但需升级的MSC数量不少(以地市为单位设置MSC),考虑到业务收益与成本的关系,往往错过了升级的机会,使用户无法享受更加丰富多样的增值业务,比如部分省的GSM网络由于MSC软件升级费用高,至今仍未提供彩铃等有效提升ARPU值的业务。

  (3)设备利用率不均匀,话务无法动态调整。由于现有MSC之间缺乏有效的资源共享机制和技术,MSC之间无法实现动态的负荷均衡,对于拥有若干个GSM MSC的本地网来说,在部分MSC负荷过大的情况下,只有采取新建MSC的方式或者将某个/某几个BSC割接至其他负荷较轻的MSC的方式来实现负荷的均衡。前者则造成建设投资大,设备整体利用率不高,后者则造成频繁的网络调整和巨大的割接工作量。

  从网络扩容规划的角度看,MSC之间缺乏资源共享机制给规划造成了更大的难度,由于外部竞争环境都比较激烈,各本地网用户发展要进行准确预测是比较困难的,而本地网MSC的扩容规划是根据本地网的用户和业务发展进行的,可能造成的结果就是部分本地网MSC设备(或者同一本地网的部分MSC)利用率非常低,部分本地网频繁扩容(或者同一本地网的部分MSC频繁扩容)。

  (4)本地网维护力量薄弱,故障恢复时间长,影响了服务质量。根据现有维护体制,GSM设备及网络维护主要依靠各本地网的维护力量。作为现有GSM MSC,除了日常硬件维护外,维护的主要内容仍然是数据维护以及网络的维护,GSM MSC分布广,数量多,维护难度大,特别对于欠发达地区本地网维护力量薄弱,维护经验不足,容易出现由于维护经验薄弱而造成故障恢复时间长,网络无法正常运行的情况。另外,GSM MSC作为计费点,计费点数量多,计费传送网络的故障也容易造成原始话单的丢失,影响了计费处理的及时性。

  (5)缺乏容灾方案。不少省市和地区有较多的返乡人流,每当节假日设备会面临话务冲击的考验,现有GSM网络端局均没有容灾方案,即当设备故障时,没有相应的网络级容灾备份方案。

  2、优化方案

  上述所有问题都是现有GSM网络运营商所面对的问题,从现有基于传统MSC技术的能力来看,解决上述问题是比较困难的,惟有采用新技术来解决上述问题。基于软交换的GSM核心网优化就是一个较完善的方案,基于软交换的GSM核心网基本结构如图2所示。
图2 基于软交换的GSM网络结构图
  软交换技术是近几年崛起的一种全新的网络技术,通过控制与承载的分离的体系结构,它将原来相互独立的网内各节点变成一种有机的整体,从而可以实现核心网内资源的共享和动态调配,加上其具有大容量、双归属等特性,能解决现有GSM网络存在的问题。

  为了更好地阐述上述方案,本文以一个欠发达省的省网改造为例来说明该优化方案。

  该省现有GSM核心网结构如图3所示。
图3 某省GSM网结构图

  针对该省网存在的上述问题,本文建议采用移动软交换技术对现有GSM网络进行优化,其基本步骤包括:

  第一步:在省会城市建设1~2台集中设置的MSC,该MSC的MSC Server和MGW部分均放置在同一机房,将省会城市原MSC下的1~2个BSC割接到新建MSC下。

  第二步:逐步将省会城市现网MSC下所带BSC逐步割接到新建MSC上,新建MSC继承原有MSC的全部物理接口:A接口、中继电路、No.7信令链路。同时考虑后续发展,对新建MSC进行适当扩容。

  第一、二步完成后该省核心网网络如图4所示。

图4 优化第一阶段结构图

  第三步:等条件成熟,在非省会城市其他本地网设置1~2个MGW,通过IP网络跟省会城市MSC Server相连,形成全省分布式组网。新建各MGW应用于各地的交换机扩容,部分存在2个MGW的本地网可在2个MGW之间采用局内的负荷均衡技术,提高A接口的安全性,动态调配2个MGW之间的负荷。

  第四步:随着话务量的增长,同时考虑网络安全性,可以考虑在其他较大的1个本地网建设1~2个MSC Server,将全省各地MGW按照地理位置划分,各MSC Server按照双归属方式进行备份,以加强网络安全性。

  第五步:逐步使用各地MGW对现网窄带交换机进行替换,全省形成基于软交换的分布式组网。

  最后的目标网络如图5如示。

图5 优化目标网结构图

  3、目标网络的优点与优势

  根据软交换的特点,与现有网络相比,优化完成后的目标网络将具备以下几个优点。

  3.1 可以实现集中维护

  大量的数据维护工作集中在了MSC Server上进行,维护投入可以降低到现网的1/N。优化前后维护模式见图6所示。

图6 优化前后维护模式的变化示意图

  3.2 业务集中加载,统一业务出口,大大提高了网络业务提供能力

  软交换MSC与SSP和设置,由MSC Server统一作业务处理,整个省网只有一个业务出口,升级维护方便,此外,升级过程只是对MSC Server进行升级,无需MGW的参与,设备的安全性进一步提高。

  3.3 双归属满足了容灾的要求,负荷均衡实现了不同MGW之间资源的共享

  采用MSC Server双归属解决方案,使得每个MGW都可以连接到两个MSC Server,充分保证网络的安全性。另外,传统的GSM MSC组网模式下,1个BSC只能和1个MSC相连,因此当1个BSC到MSC的话务拥塞并不能将拥塞的话务疏导到其他MSC下,可能造成话务拥阻甚至瘫机。而采用软交换特有的均衡技术,可以同时将1个BSC连接到两个MGW上,两个MGW可以动态调整话务,保证网络的接续质量。双归属及负荷分担示意如图7所示。

图7 完善的网络容灾保护能力
  3.4 无信令点扩容

  在基于结构软交换的MSC中,信令处理等都由MSC Server负责,MGW不需信令点,因此在需要建设地区直接放置MGW的拉远即可解决。这样不仅使得扩容非常灵活,而且可以避免申请信令点和MSC号的过程,节省配合调整工作量,大大加快工程实施进度。

  3.5 后期规划和扩容工作更加简单

  MSC Server的集中设置意味着跨本地网资源的利用成了可能,在后期规划中,重点在于把握整个省网的发展,MSC Server的扩容是在对整个省网发展进行规划的基础上进行的,即使不同本地网网络对呼叫处理能力的需求会出现一定的波动,只要从整个省的层面来看其对呼叫处理能力的需求保持稳定就能保证MSC Server有足够的呼叫处理和业务提供能力。

  其次,MGW扩容由于几乎不涉及庞大的数据设置工作,MGW扩容工作主要包括硬件扩容和增开电路,整个过程将变得异常简单,大大减少了工程建设周期和工程管理成本。

  4、优化后的目标网向3G核心网的演进

  在获得3G牌照后,在上述目标网的基础上,整个核心网完全可以实现到3G的平滑演进,有效保护运营商在优化工程中的投资。优化后的目标网向3G核心网演进的路标如图8所示。
图8 GSM MSC向3G的演进路标

  就向3G演进的路径来看,按照本文提出的优化方案,该省网实际上采取的是一种从2G本地网开始迁移演进的一种方案,该演进路径的基本步骤是:

  第一步:建设独立的基于软交换的2G分布式MSC,采用虚拟MSC的解决方案;

  第二步:MSS集中设置,MGW分布设置,靠近无法升级,需要被替换的传统MSC,逐步替换传统2G交换机;

  第三步:根据3G的建设需求,逐步将RNC接入软交换MSC;

  第四步:重复步骤2,3,逐点替换无法升级的传统2G交换机;

  第五步:IP承载网形成独立平面;

  第六步:MGW支持TDM/IP双承载模式,承载过渡期,MGW同时支持TDM和IP承载,将话务逐步迁移到IP承载网;

  第七步:完成承载的平滑迁移过程,形成以IP为统一承载的核心网络。

  5、结束语

  本文基于软交换的GSM核心网优化方案,通过利用软交换这一新技术来解决现有GSM网络在各方面存在的问题,还通过优化为现有GSM网络向3G核心网提供了平滑演进的网络基础。作为GSM运营商,在未获得3G牌照前,尽早按照3G演进方向对网络进行优化,既是业务发展的需要,也是网络转型的一个迫切要求,更有助于运营商在3G时代的竞争中获得更加主动的地位。
 
 [关键词]:软交换 核心网 优化  发表评论    【推荐】 【打印

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