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        基于Pool組網(wǎng)的A接口IP化研究與應(yīng)用

        2013-06-26 06:25:40陳學(xué)清
        關(guān)鍵詞:信令互通路由

        陳學(xué)清

        (中國移動通信集團福建有限公司寧德分公司,寧德 352100)

        1 引言

        隨著GSM網(wǎng)絡(luò)的IP化程度越來越高,移動核心網(wǎng)的演進已步入“全IP”時代,并逐步向IP、融合、寬帶、智能、容災(zāi)和綠色環(huán)保方向發(fā)展,在電路域方面,移動軟交換已經(jīng)全面從TDM的傳輸電路轉(zhuǎn)向IP;在分組域方面,寬帶化、智能化是其主要特征,逐步向SAE演進;在用戶數(shù)據(jù)方面,HLR逐步向未來的融合數(shù)據(jù)中心演進。在3GPP GERAN R8版本中,在A接口用戶面引入了基于IP的傳輸協(xié)議,A接口用戶面可以通過成本低廉的中間IP網(wǎng)絡(luò)傳輸。因此,將核心網(wǎng)電路域進行A接口IP化改造以及對整個網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化調(diào)整符合核心網(wǎng)演進方向[1~3]。寧德作為福建華為軟交換Pool組網(wǎng)的A接口IP化改造試點單位,3套端局,容量298萬,致力于在技術(shù)改造過程中不斷摸索總結(jié)并梳理出A接口IP化過程中的關(guān)鍵點以及優(yōu)化措施,并對應(yīng)用效果進行驗證,為后續(xù)在全省大規(guī)模部署提供可復(fù)制模式。

        2 A接口IP化技術(shù)改造

        基于MSC Pool的組網(wǎng)下,一個BSC到Pool內(nèi)每個MSC Server上信令可達,MSC Pool中的每一個MSC Server共同服務(wù)于MSC Pool中的每個BSC,A接口IP化技術(shù)改造前組網(wǎng)如圖1所示,BSC僅與單個MGW建立信令及中繼電路的情況,A接口采用TDM承載的方式,MC接口采用開放的方式,BSC到Pool內(nèi)各MSC Server的信令由單個MGW轉(zhuǎn)接,BSC與MGW設(shè)置中繼電路,各MGW劃分為多個虛擬MGW,分別受Pool內(nèi)各MSC Server控制[4~6]。

        A接口IP化技術(shù)改造的目標(biāo)組網(wǎng)如圖2所示,將A接口信令面和用戶面均IP化承載,BSC信令面通過IP方式直接接入到Pool中的每個MSC Server,BSC用戶面通過IP方式直接接入到Pool中的MGW,由BSC代理NNSF功能,并運用A-FLEX技術(shù)與本地所有MGW建立用戶面承載,各MGW劃分為多個虛擬MGW,分別受Pool內(nèi)各MSC Server控制,MGW內(nèi)不設(shè)信令轉(zhuǎn)接點[2~3]。

        圖1 A接口技術(shù)改造前POOL組網(wǎng)

        圖2 A接口技術(shù)改造目標(biāo)組網(wǎng)

        2.1 路由策略規(guī)劃

        BSC A接口IP化路由規(guī)劃如圖3所示,BSC側(cè)硬件條件:BSC配置主備單板端口負荷分擔(dān),滿足倒換端口和單板不中斷業(yè)務(wù);BSC上一對主備接口板承載A接口,每塊接口板上通過獨立的光接口雙歸屬至兩個路由器RT1、RT2,兩個端口負荷分擔(dān)信令和業(yè)務(wù);信令面和用戶面共端口,采用VLAN和子接口進行隔離;信令面SCTP配置雙歸屬,提供板間保護;將本端信令、業(yè)務(wù)IP地址和對端信令、業(yè)務(wù)IP地址分為兩組,通過高優(yōu)先級路由配置,使得正常情況下 一組IP通過左側(cè)路徑,另一組IP通過右側(cè)路徑,從而實現(xiàn)負荷分擔(dān);通過配置備份路由使得兩條路徑互為備份,從而保證可靠性;BSC主備單板兩個端口均配置信令面和用戶面BFD檢測路由器的用戶面子接口IP。

        IP路由規(guī)劃原則:IP170、IP180為BSC上2個業(yè)務(wù)地址,CE通過路由配置策略保證RT1上到IP170的路由優(yōu)先級高于RT2;RT2上到IP180的路由優(yōu)先級高于RT1路由器,從而確保正常狀態(tài)下至IP170的數(shù)據(jù)均通過RT1,至IP180的數(shù)據(jù)都通過RT2,反之,BSC至MSS或MGW的信令面和業(yè)務(wù)面在RT1和RT2上的路由策略也遵循這一原則[2~3]。

        A接口IP化技術(shù)改造后,MGW與BSC之間使用IP承載網(wǎng)進行承載,大大簡化了現(xiàn)有BSC的物理鏈路,通過A-FLEX技術(shù)的應(yīng)用及IP路由的合理規(guī)劃,使得每套BSC與多套MGW建立鏈接變成了現(xiàn)實,讓Pool在MSC Server Pool的基礎(chǔ)上,還實現(xiàn)了MGW Pool即MGW層面容災(zāi)備份,顯著提升了核心層設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)安全。

        2.2 數(shù)據(jù)配置流程優(yōu)化

        圖3 BSC A接口IP化路由規(guī)劃

        BSC A接口IP化改造的主要流程為:軟硬件準(zhǔn)備,如LICENSE、擴容硬件、BITS時鐘源、數(shù)據(jù)備份、全局參數(shù)備份,提前進行BSC與CE的物理鏈路對接、路由發(fā)布,在BSC至IP承載網(wǎng)調(diào)通后進行全面的PING測試等物理層驗證;BSC完成至MGW的承載面及到MSS的信令面對接,將MSC Pool的NNSF功能下移至BSC,BSC根據(jù)A接口IP組網(wǎng)方案將信令與承載通過不同CE連接至MSS/MGW;MSS完成至BSC直連M3UA信令的對接,將BSC與Server對接從通過MGW轉(zhuǎn)接修改為M3UA信令直連,并修改BSC承載類型為IP承載方式;數(shù)據(jù)配置后進行業(yè)務(wù)測試,經(jīng)過觀察及業(yè)務(wù)測試正常后將SRV/MGW舊數(shù)據(jù)刪除[2~3]。

        A接口IP化改造過程中,在MSS上若采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)配置方式,步驟繁瑣、數(shù)據(jù)量巨大,時間長、風(fēng)險高,還嚴(yán)重影響到網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量客戶感知。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)配置步驟為:刪除待改造BSC下帶基站小區(qū)數(shù)據(jù)、刪除待改造BSC的局向或中繼群等BSSAP應(yīng)用層信息、刪除待改造BSC的SCCP層信息、刪除MSS至待改造BSC通過MGW轉(zhuǎn)接的M3UA信令數(shù)據(jù)、添加MSS至待改造BSC的直達M3UA信令數(shù)據(jù)、重新添加待改造BSC的SCCP層信息、重新添加待改造BSC下帶的位置區(qū)小區(qū)數(shù)據(jù)、重新添加待改造BSC的局向、中繼群、BSC能力等BSSAP應(yīng)用層信息。

        通過數(shù)據(jù)配置流程的優(yōu)化和創(chuàng)新,可以大大減少A接口IP化改造過程的工作量及業(yè)務(wù)影響時間。優(yōu)化的數(shù)據(jù)配置流程充分應(yīng)用A接口在M3UA/MTP上的雙承載的特性,在MSS網(wǎng)元上添加至BSC的臨時MTP3目的信令點,達到無需刪除原有小區(qū)數(shù)據(jù)、BSSAP應(yīng)用層和SCCP層數(shù)據(jù)的目的。優(yōu)化后的數(shù)據(jù)配置步驟為:添加臨時數(shù)據(jù)即添加MSS至BSC的臨時MTP3層數(shù)據(jù),讓SCCP層和BSSAP應(yīng)用層同時承載在M3UA和MTP3上;刪除M3UA轉(zhuǎn)接數(shù)據(jù),并添加MSS至BSC的直達M3UA信令數(shù)據(jù),讓SCCP層和BSSAP應(yīng)用層同時承載在M3UA和MTP3上;刪除臨時數(shù)據(jù)即刪除臨時添加的至BSC的MTP3層數(shù)據(jù),修改BSC能力列表,并將BSC承載類型修改為標(biāo)準(zhǔn)IP承載,同時將NNSF節(jié)點下移至BSC。

        以Pool內(nèi)3套端局為例,1套BSC下帶493個基站,采用優(yōu)化后的方案,單個MSS網(wǎng)元的數(shù)據(jù)配置腳本不超過20條,操作時間僅需1 min,大大簡化了數(shù)據(jù)配置,同時將影響業(yè)務(wù)的時間控制在5 min內(nèi),相比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)配置方式可減少操作指令1 025條,縮短操作時間近50 min,有效降低了操作風(fēng)險,同時最大限度減小對用戶業(yè)務(wù)的影響。

        2.3 Pool內(nèi)局間呼叫免TC優(yōu)化

        實施A接口IP化后,BSC與Pool內(nèi)所有MGW全互聯(lián),在試點中通過測試發(fā)現(xiàn)華為軟交換具有同物理網(wǎng)關(guān)選擇策略,即BCUID選擇策略特性,本地局間呼叫根據(jù)同物理網(wǎng)關(guān)選擇策略主被叫都會選擇到同物理網(wǎng)關(guān),如圖4所示,Pool內(nèi)普通局間呼叫BSC1和BSC2下的用戶MS1和MS2分別登記在交換機MSS1和MSS2,MS1和MS2通話,主被叫的承載均選擇到同一物理網(wǎng)關(guān)MGW,但屬于不同的VMGW,按照局數(shù)據(jù)規(guī)范改造后局間呼叫強設(shè)編解碼(UMTS AMR2),該情況下MGW仍需要進行編解碼轉(zhuǎn)換,VMGW間互通編解碼采用AMR2,VMGW內(nèi)需添加兩次TC進行兩次編碼轉(zhuǎn)換,完成GSM編碼至AMR編碼的轉(zhuǎn)換,TC資源使用率升高,話音質(zhì)量下降[2~3]。

        圖4 虛擬MGW互通非免TC原理

        為降低TC資源利用率,提升話音質(zhì)量,可應(yīng)用設(shè)備商提供的虛擬MGW互通免TC優(yōu)化特性,圖5為虛擬MGW互通免TC原理圖,主叫MSS1創(chuàng)建主叫側(cè)IP1承載后(物理關(guān)聯(lián)Context1),創(chuàng)建主叫側(cè)出向承載端點IP2并對IP2端點進行優(yōu)化;MSS1根據(jù)局向參數(shù)里配置的數(shù)據(jù)通過IAM消息中的私有信元,將主叫VMGW1創(chuàng)建的物理關(guān)聯(lián)C1的優(yōu)化標(biāo)志和選擇的MGW對應(yīng)的BCUID發(fā)送給被叫MSS2;MSS2判斷被叫所在VMGW2和主叫的VMGW1歸屬同一個物理MGW時(BCUID相同),認為可以優(yōu)化;MSS2發(fā)送APM消息攜帶優(yōu)化標(biāo)記,告知MSS1進行優(yōu)化,同時MSS2通過H.248消息在VMGW1的物理關(guān)聯(lián)C1中加入給被叫分配的終端,直接將IP1和IP4連接起來,而不經(jīng)過IP2和IP3,如此,只要主叫MSS和被叫MSS選擇的媒體網(wǎng)關(guān)是同一個物理MGW,即主被叫歸屬的BCUID一致,就可以實現(xiàn)VMGW的免TC優(yōu)化。VMGW間互通免TC功能,主要控制點在MGW表和局向表。Pool內(nèi)局間呼叫場景下,各MSC Server的MGW表中媒體網(wǎng)關(guān)的BCU ID需配置一致,在局向表中打開支持虛擬MGW互通免TC優(yōu)化開關(guān)。

        圖5 虛擬MGW互通免TC原理

        通過開啟VMGW間互通免TC功能,單次通話減少4次編碼變換,MGW的忙時TC資源占用率從55%下降到43%,利用率較優(yōu)化前下降12%左右;此外,通過局間互通免TC優(yōu)化后,本地Pool內(nèi)2G呼叫局間和局內(nèi)基本可實現(xiàn)全程免編解碼,2G話音MOS值從3.76提升到3.92,改善幅度0.16,有效地了提升話音質(zhì)量。

        2.4 Pool內(nèi)局間接續(xù)時延優(yōu)化

        A接口IP化后,由于Pool自動均衡特性以及用戶手動遷移操作,用戶會分配到不同的MSC,同一個Pool內(nèi)小區(qū)的用戶會注冊在不同的MSC上,部分局內(nèi)呼叫變成局間呼叫,根據(jù)局內(nèi)和局間通信流程的對比,局間呼叫除了要完成局內(nèi)呼叫所有的流程以外,還要完成局間IP端點建立、信令面編解碼協(xié)商、承載面協(xié)商等局間通信過程,因此,局間呼叫比局內(nèi)呼叫接續(xù)時長會偏高[4~6]。

        針對局間呼叫接續(xù)時延偏高的情況,通過信令進一步分析發(fā)現(xiàn),主叫局取回漫游號碼后沒有立即發(fā)送IAM出局,而是等待主叫側(cè)指配完成后才發(fā)送IAM,即只有在指配完成后才發(fā)送IAM,屬于串行機制,原理如圖6所示。正常情況下增加的這個主叫指配周期并不會給用戶感知造成影響,但是,當(dāng)無線側(cè)原因?qū)е轮鹘袀?cè)指配響應(yīng)過長時,如800 ms以上,則呼叫的總體接續(xù)時長將比正常呼叫增加800 ms以上,主叫指配周期過長的影響會被放大,將使客戶直覺感知接續(xù)過長。

        圖6 串行指配機制

        與串行指配相對應(yīng),主叫指配流程和IAM出局并行處理則稱之為并行指配。圖7為并行指配機制,主叫局將指配和IAM出局兩個流程并行處理,將縮短局間接續(xù)時延,幅度為一個主叫指配周期,對個別主叫指配響應(yīng)較長的呼叫,指配過程與IAM及被叫局的流程疊加在一起,指配時長不會直接體現(xiàn)在呼叫時長上,有利于改善主叫指配過長用戶的感知。

        通過引入并行指配優(yōu)化機制,優(yōu)化后對主叫指配正常的呼叫可縮短局間平均接續(xù)時延580 ms左右,整體時延從7 120 ms降低到6540ms,較好地提升了話音通話接續(xù)感知。

        圖7 并行指配機制

        3 總結(jié)與建議

        本文結(jié)合福建華為軟交換Pool組網(wǎng)的A接口IP化改造試點項目,通過技術(shù)改造過程的摸索與實際應(yīng)用,總結(jié)并沉淀了A接口IP化過程中的關(guān)鍵點及優(yōu)化措施,如A接口IP化路由規(guī)劃、數(shù)據(jù)配置流程優(yōu)化、Pool內(nèi)局間呼叫免TC優(yōu)化、Pool內(nèi)局間接續(xù)時延優(yōu)化措施,并在實際應(yīng)用中的效果予以驗證,為后續(xù)在全省大規(guī)模部署提供借鑒。通過本次A接口IP化技術(shù)改造,有效地推動了福建的華為區(qū)域移動網(wǎng)絡(luò)向全IP演進的進程,在核心網(wǎng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)安全、話音質(zhì)量、建設(shè)成本等多方面實現(xiàn)了共贏。

        在實際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)了個別問題,如BSC按照1:1的比例輪選MGW,若Pool內(nèi)MGW間的配置的處理能力不均衡,容易造成Pool內(nèi)MGW的實際負載比例失衡,存在安全風(fēng)險,當(dāng)前只能通過人為調(diào)整Pool內(nèi)MGW處理能力滿足實際負載均衡要求,后續(xù)還需推動設(shè)備商支持更加靈活的MGW優(yōu)選策略,按照MGW處理能力的比例實現(xiàn)負載均衡。

        [1]張永明. 移動軟交換核心網(wǎng)IP化實現(xiàn)[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化. 2008,(11).

        [2]韓學(xué)偉, 舒琴. A接口IP化應(yīng)用分析[J]. 移動通信. 2011,(2).

        [3]郭婉云. 江門移動核心網(wǎng)IP化改造研究與實施[J]. 信息通信.2011,(3).

        [4]李龍, 周健. 淺析移動通信中MSC Pool的原理及應(yīng)用[J]. 科學(xué)之友. 2011,(12).

        [5]鐘淑霞. 基于MSC Pool技術(shù)的多池組網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化分析[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化. 2012,(7).

        [6]于嫻?jié)? 宋興. 移動網(wǎng)絡(luò)MSC Pool組網(wǎng)技術(shù)原理和組網(wǎng)優(yōu)勢的研究[J]. 黑龍江科技信息. 2011,(35).

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