GSM網(wǎng)Abis接口IP化實(shí)現(xiàn)研究

徐 光

[摘要]文章通過對Abis接口IP化需求的分析，提出了Abis接口IP化技術(shù)演進(jìn)路線和兩種解決方案——Abis接口Native IP與外置轉(zhuǎn)換設(shè)備實(shí)現(xiàn)IP化，并給出Abis接口IP化實(shí)現(xiàn)應(yīng)采取策略的建議。

[關(guān)鍵詞]GSMAbis接口IP化QoS

1引言

移動通信自出現(xiàn)以來，在高速發(fā)展的同時(shí)也在不斷演進(jìn)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，IP化是未來移動網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的趨勢。移動網(wǎng)絡(luò)向IP化演進(jìn)的驅(qū)動力主要來自如下幾方面：

(1)帶寬的需求：隨著無線技術(shù)的進(jìn)步，我們已經(jīng)逐步突破了空中接口的帶寬瓶頸，空口的傳送速率在飛速增長，下行速率從R99的384kb/s發(fā)展到LTE的100Mb/s。采用傳統(tǒng)的TDM和ATM技術(shù)難以高效率地處理如此大顆粒的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其面向連接的特性也無法通過統(tǒng)計(jì)復(fù)用適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)特性。

(2)更低運(yùn)營成本需求：通過SDH網(wǎng)絡(luò)承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的成本將隨著帶寬的增加呈指數(shù)增長。而在IP方式下，能夠采用壓縮率比較高的編解碼類型、VAD、IP頭壓縮、IP頭復(fù)用等技術(shù)，大幅降低每呼叫的帶寬占用，同時(shí)大幅提高傳輸效率和傳輸資源利用率。IP傳輸建設(shè)或租賃成本比同等帶寬的采用TDM傳輸網(wǎng)絡(luò)的成本要低很多。

(3)未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢需求：GSM無線網(wǎng)的TDM結(jié)構(gòu)、IP化結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。TDM網(wǎng)絡(luò)：1)點(diǎn)到點(diǎn)結(jié)構(gòu)，獨(dú)占資源；2)BSC、BTS和傳輸網(wǎng)三者強(qiáng)耦合，維護(hù)難度大；3)不符合未來網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨勢。IP網(wǎng)絡(luò)：1)扁平結(jié)構(gòu)，共享資源；2)BSC、BTS和傳輸網(wǎng)三者弱耦合，易于擴(kuò)容維護(hù)；3)符合未來網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨勢。

(4)網(wǎng)絡(luò)安全的需求：IP網(wǎng)絡(luò)面向無連接、動態(tài)的路由機(jī)制，使得組網(wǎng)級保護(hù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)更加簡單、靈活。傳統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)基站歸屬于一個(gè)基站控制器，當(dāng)基站控制器發(fā)生故障時(shí)，其相關(guān)的基站都會受到影響。因此，引入靈活的Flex機(jī)制，可以有效地實(shí)現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)和冗余備份。

(5)多業(yè)務(wù)融合的QoS需求：網(wǎng)絡(luò)中的語音、視頻、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)將呈現(xiàn)出多元化的趨勢，由于各種業(yè)務(wù)對于承載的需求各不同，例如語音業(yè)務(wù)對時(shí)延敏感、視頻對丟包敏感等等，因此將各種業(yè)務(wù)同時(shí)承載在IP網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)能根據(jù)需求將各種業(yè)務(wù)進(jìn)行隔離、區(qū)分，并針對各種業(yè)務(wù)的特性分別進(jìn)行相應(yīng)的QoS保障。

由此可見，討論移動網(wǎng)絡(luò)IP化是否已經(jīng)擁有足夠的驅(qū)動力已不再重要，而應(yīng)更加關(guān)注如何從現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)著手，逐步實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的IP化。

本文主要討論Abis接口的IP化實(shí)現(xiàn)方案和策略。Abis接口是指基站和基站控制器之間的接口，目前是各廠商內(nèi)部的私有接口，不同廠商的設(shè)備之間互通困難但不存在互操作問題。因此，在BSS IP化的過程中Abis接口IP化的驅(qū)動力較弱。從實(shí)施方面來看，Abis接口IP化由于涉及眾多無線基站和復(fù)雜的傳輸環(huán)境而操作相對困難；但從協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)角度來看，Abis接口固有的不開放，可由廠家自行定義IP化實(shí)現(xiàn)的方式，則相對更簡單。

2GSM無線網(wǎng)IP化演進(jìn)路線

由于GSM網(wǎng)絡(luò)目前已經(jīng)建設(shè)了大量采用TDM方式的基站，因此如果需要對基站傳輸接口進(jìn)行IP化改造，需根據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展情況、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展態(tài)勢合理確定演進(jìn)路線與具體方案。

一般地，GSM無線網(wǎng)IP化的演進(jìn)路線為：TDM網(wǎng)絡(luò)承載→TDM/IP混合承載→IP網(wǎng)絡(luò)承載，如圖2所示。

3Abis接口IP化原理和方案

Abis接口作為一個(gè)私有接口，各廠商都有自己的實(shí)現(xiàn)方式，但是對于Abis接口應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能要求是一致的。

Abis接口IP化的基本原理是采用JP技術(shù)承載核心網(wǎng)和分組域業(yè)務(wù)，基站和基站控制器采用IP接口板，語音、數(shù)據(jù)、信令及管理消息均通過IP協(xié)議棧封裝為IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸?；究刂破鳛槊總€(gè)基站分配一個(gè)獨(dú)立的業(yè)務(wù)1P地址，基站/基站控制器應(yīng)支持IPv4和IPv6雙棧。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景，Abis接口IP化具體實(shí)施的方式宜采用兩種：方案一，Abis接口Native IP；方案二，外置轉(zhuǎn)換設(shè)備實(shí)現(xiàn)IP化。

3.1Abis接口Native IP

Abis接口Native IP方案的基本原理：控制面和用戶面的數(shù)據(jù)都采用IP承載?？刂泼妫翰捎肐P承載信令、維護(hù)消息；用戶面：采用UDP/IP承載語音、PS業(yè)務(wù)，語音編碼與空口相同，打包時(shí)長20ms。

實(shí)現(xiàn)方式：(1)BTS、BSC采用IP接口板，在Abis接口采用IP/FE傳輸包方式的CS、PS業(yè)務(wù)和信令消息。(2)為每個(gè)BTS分配一個(gè)獨(dú)立的邏輯IP地址，為每個(gè)CS業(yè)務(wù)信道、PS業(yè)務(wù)信道分配一個(gè)獨(dú)立的UDP端口號。

該方案的Abis接口信令面、用戶面協(xié)議棧見圖4，其中，

信令面：Abis接口為事實(shí)上的私有接口，為最大限度提升Abis接口的效率，各設(shè)備商可以自行定義信令可靠傳輸機(jī)制。

用戶面：BSC和BTS分別為每個(gè)呼叫分配一個(gè)1P地址+UDP端口號，用以唯一標(biāo)識一個(gè)呼叫。

3.2外置轉(zhuǎn)換設(shè)備實(shí)現(xiàn)IP化

采用外置轉(zhuǎn)換設(shè)備實(shí)現(xiàn)IP化的方案，不改變BTS、BSC設(shè)備現(xiàn)有的控制面、用戶面的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)，而是在BTS、BSC同時(shí)增加PWE3等TDM/IP轉(zhuǎn)換設(shè)備。改造的網(wǎng)絡(luò)會增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn).且外置轉(zhuǎn)換盒不能與主設(shè)備統(tǒng)一網(wǎng)管，而且難以實(shí)施Flex技術(shù)。

PWE3設(shè)備不區(qū)分語音和信令，如果丟包，將導(dǎo)致承載在該E1上的所有信令鏈路發(fā)生錯誤；如果抖動較大，某一IP報(bào)文落在抖動窗口之外，也將導(dǎo)致承載在該E1上的所有信令鏈路和所有的用戶鏈路發(fā)生錯誤。因此，PWE3方案對IP網(wǎng)絡(luò)有更嚴(yán)格的QoS指標(biāo)要求，例如抖動、丟包率、時(shí)延等。

在BTS和BSC側(cè)分別增加外置的PWE3設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)增多，可靠性必然下降，且需要對PWE3設(shè)備進(jìn)行管理、維護(hù)。

3.3兩種方案的比較

兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所列：

4Abis接口IP化需要解決的問題

Abis接口IP化需要解決的主要問題：(1)時(shí)鐘同步；(2)QoS保證；(3)安全保證和組網(wǎng)可靠性。

無線側(cè)Abis接口IP化涉及到以上一系列關(guān)鍵技術(shù)，較為復(fù)雜；但是這些技術(shù)在3G網(wǎng)絡(luò)中都已有了規(guī)模商用的案例，返用于2G是有保障的。

5GSM無線網(wǎng)IP化發(fā)展策略

2G接口全部采用TDM接口，其IP化主要體現(xiàn)在Abis接口、A接口和Gb接口的IP化。Abis接口涉及基站和基站控制器的改造，對現(xiàn)網(wǎng)的改造工作量較大，而目前以語音業(yè)務(wù)為主的GSM系統(tǒng)對帶寬的需求還不是那么強(qiáng)烈；同時(shí)，為了進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)投資成本和綜合運(yùn)營成本，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和收益，在IP化的進(jìn)程中，筆者建議按需引入，在業(yè)務(wù)量大的地方或熱點(diǎn)地區(qū)先行引入。具體策略如下：

(1)首先承載網(wǎng)IP化要先行，為IP-BSS創(chuàng)造條件：

(2)在成片新建設(shè)備區(qū)域和成片搬遷區(qū)域，可考慮引入支持IP化的設(shè)備。建設(shè)IP-BSS；

(3)新建BSC網(wǎng)元需具備TDM/IP雙協(xié)議棧能力，可同時(shí)接入IP化基站和不能IP化的TDM老基站，保護(hù)TDM投資：

(4)對業(yè)務(wù)量大的地方或熱點(diǎn)地區(qū)等有強(qiáng)烈需求的區(qū)域，進(jìn)行IP化改造；對于其他區(qū)域逐步進(jìn)行老設(shè)備的IP化改造，推動網(wǎng)絡(luò)持續(xù)向ALL IP發(fā)展；

(5)GSM無線網(wǎng)IP化應(yīng)和3G無線網(wǎng)IP化共同推進(jìn)；對于采用IP化方式的3G基站，與其共站的2G基站可優(yōu)先進(jìn)行IP化改造。