GSM短信平臺(tái)信令承載IP化組網(wǎng)方案

欒斌，衛(wèi)娜，于娟娟，卜忠貴

（1 長(zhǎng)春電信工程設(shè)計(jì)院股份有限公司, 長(zhǎng)春 130012；2 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)河南有限公司,鄭州 450008；3 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司, 北京 100080）

1 背景

電信網(wǎng)絡(luò)正在向IP化方向演進(jìn)，越來(lái)越多的網(wǎng)元支持IP信令接口，TDM方式承載的業(yè)務(wù)量不斷減少，利用IP方式承載和傳送話音數(shù)據(jù)流已經(jīng)是非常成熟的技術(shù)。話音的IP化大幅度降低了傳輸成本和TDM設(shè)備維護(hù)成本?，F(xiàn)網(wǎng)Mc、Nc、Nb、IU-CS、IU-PS、Gb接口均已實(shí)現(xiàn)IP化改造，A接口IP化改造也在進(jìn)行中?，F(xiàn)網(wǎng)短信信令仍占用大量TDM傳輸資源，TDM設(shè)備和鏈路維護(hù)成本巨大，且不利于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和演進(jìn)。

隨著短信業(yè)務(wù)量的迅猛增長(zhǎng)和設(shè)備單機(jī)處理能力的大幅提高，TDM方式承載短信信令的局限性凸顯。傳統(tǒng)TDM方式承載No.7信令主要存在兩個(gè)局限：一是兩個(gè)信令點(diǎn)之間的信令鏈路數(shù)由于受4bit信令鏈路選擇碼或信令鏈路編碼的限制而最多不能超過(guò)16條；二是每條信令鏈路的傳輸速率為64kbit/s或2Mbit/s。該局限性導(dǎo)致在業(yè)務(wù)高峰時(shí)期信令鏈路擁塞嚴(yán)重，用戶發(fā)送短信延遲過(guò)長(zhǎng)或丟失，影響了用戶對(duì)運(yùn)營(yíng)商的信任度，成為短信業(yè)務(wù)發(fā)展的瓶頸。

短信平臺(tái)信令如何順應(yīng)IP化承載這一趨勢(shì)，有效利用IP網(wǎng)絡(luò)帶寬優(yōu)勢(shì)打破現(xiàn)網(wǎng)帶寬瓶頸成為值得研究的課題。

2 GSM短信平臺(tái)信令承載IP化可行性分析

2.1 No.7信令I(lǐng)P化承載的協(xié)議結(jié)構(gòu)

IETF的信令傳送工作組Sigtran建立了一套在IP網(wǎng)絡(luò)上傳送No.7信令的傳輸控制協(xié)議——Sigtran協(xié)議。Sigtran定義了一個(gè)比較完善的Sigtran協(xié)議堆棧，分為IP協(xié)議、信令傳輸、信令傳輸適配和信令應(yīng)用等4層。Sigtran的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖1所示。

每層采用協(xié)議如下：

(1)網(wǎng)絡(luò)層：采用IP協(xié)議；

(2)信令傳輸層：采用SCTP協(xié)議；

(3)信令傳輸適配層：采用SUA、M3UA、M2UA/M2PA協(xié)議；

圖1 Sigtran協(xié)議結(jié)構(gòu)圖

(4)信令應(yīng)用層：仍為No.7信令上層應(yīng)用協(xié)議，包括TCAP、TUP、ISUP、SCCP等。

Sigtran協(xié)議底層為傳輸層流控制傳送協(xié)議（SCTP）。SCTP主要用來(lái)在IP網(wǎng)中傳送No.7信令消息，該協(xié)議用來(lái)在IP網(wǎng)中提供可靠的數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，完成偶聯(lián)的啟動(dòng)和拆除、多數(shù)據(jù)流的順序傳送、用戶數(shù)據(jù)分段、差錯(cuò)控制、數(shù)據(jù)塊綁定、路徑管理等功能。Sigtran協(xié)議上層為適配層(UA協(xié)議)，IETF定義了M2UA、M2PA、M3UA和SUA等，這些適配協(xié)議分別有不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

其中SUA直接適配TCAP協(xié)議；M3UA適配TUP、ISUP、SCCP、TCAP協(xié)議，GSM短信系統(tǒng)使用的MAP消息即承載于SCCP層以上，適配層使用M3UA承載。M2UA/M2PA適配MTP3、ISUP，由于保留MTP3層，可以應(yīng)用于信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)STP設(shè)備的IP化接口。

對(duì)短信平臺(tái)信令的IP化承載而言，傳輸適配層協(xié)議建議為M3UA協(xié)議。M3UA是一種落地協(xié)議，主要是針對(duì)SG應(yīng)用設(shè)計(jì)的，只能進(jìn)行一跳的信令轉(zhuǎn)接，或者是IP SP間的點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議，適合作為IP SP的邊緣接入?yún)f(xié)議，不適宜用于組建IP信令網(wǎng)的骨干層面。M3UA的優(yōu)點(diǎn)是協(xié)議棧簡(jiǎn)單，使得BICC和SCCP協(xié)議繞過(guò)No.7信令系統(tǒng)中復(fù)雜的MTP協(xié)議而直接承載在IP層之上，完成了應(yīng)用協(xié)議在底層上從TDM技術(shù)向IP技術(shù)的平滑過(guò)渡。M3UA是目前3GPP建議采用的Sigtran協(xié)議，能同時(shí)支持目前所有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括BICC、ISUP、MAP、CAP，是各廠家廣泛使用的協(xié)議。

2.2 短信平臺(tái)信令I(lǐng)P化改造前提條件

短信平臺(tái)信令I(lǐng)P化承載的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)與信令網(wǎng)的純IP互通，但在實(shí)際改造過(guò)程中，傳統(tǒng)的No.7信令網(wǎng)完全發(fā)展到純IP信令網(wǎng)還需時(shí)日，必然存在TDM承載和IP承載共存的時(shí)期，過(guò)渡時(shí)期內(nèi)需要信令網(wǎng)關(guān)（SG）來(lái)中繼No.7信令網(wǎng)和IP信令網(wǎng)間的信令消息，如圖2所示。

圖2 短信平臺(tái)與信令網(wǎng)TDM承載與IP承載共存方式互通示意圖

短消息實(shí)現(xiàn)IP化承載的前提條件是，與之互連的核心網(wǎng)網(wǎng)元支持IP化信令接口，GSM網(wǎng)絡(luò)中需要與短信中心交互消息的各網(wǎng)元支持IP化情況如下：

(1) MSC:目前GSM網(wǎng)絡(luò)中大部分端局設(shè)備已完成IP化改造，支持Sigtran協(xié)議接口。

(2) STP設(shè)備：部分省份的STP設(shè)備已實(shí)現(xiàn)IP化改造，大部分省份STP仍通過(guò)TDM方式轉(zhuǎn)接七號(hào)信令。

(3) HLR設(shè)備：全網(wǎng)HLR設(shè)備目前仍不支持IP化接口，與IP化網(wǎng)元互通仍需通過(guò)SG設(shè)備轉(zhuǎn)接。

對(duì)于SG的設(shè)置一般分為如下幾種方式：

方式1：設(shè)置獨(dú)立SG；

方式2：SG和MGW合設(shè)；

方式3：SG和MSC Server合設(shè)；

方式4：SG和STP合設(shè)。

方式2和方式4在現(xiàn)網(wǎng)的應(yīng)用較多，新引入的IPSTP都能同時(shí)支持No.7信令的TDM承載和IP承載方式。

3 短信平臺(tái)信令I(lǐng)P化改造方案

3.1 現(xiàn)網(wǎng)短消息網(wǎng)絡(luò)組織方式

現(xiàn)網(wǎng)短信平臺(tái)組網(wǎng)一般分為2種類型：

類型1：短信平臺(tái)通過(guò)自身的信令接入設(shè)備與信令網(wǎng)STP連接，通過(guò)STP轉(zhuǎn)接與端局的信令消息。

類型2：短信平臺(tái)與同廠家的端局直接以廠家私有的IP化協(xié)議經(jīng)IP承載網(wǎng)互通。跟異廠家端局間則依靠本廠家的端局兼作短信關(guān)口局互通。

現(xiàn)網(wǎng)大部分省份采取的是類型1的組網(wǎng)，極少數(shù)省份采用類型2的組網(wǎng)（如采用諾西短信平臺(tái)省份的網(wǎng)絡(luò)）。

3.2 短信平臺(tái)改造方式

針對(duì)現(xiàn)網(wǎng)兩種不同組網(wǎng)方式，短信平臺(tái)有兩種對(duì)應(yīng)的改造方式：

類型1組網(wǎng)的短信平臺(tái)有集中化的信令接入設(shè)備，在改造時(shí)，只需要將原有的信令接入設(shè)備改造為支持Sigtran的設(shè)備即可，有的只需要增加支持Sigtran的信令板卡即可，對(duì)于原有信令接入設(shè)備無(wú)法支持IP承載時(shí)，可以考慮新建IP化信令接入設(shè)備。例如中興的V3信令前端即可通過(guò)增加信令板卡完成IP化改造。

類型2組網(wǎng)的短信平臺(tái)沒(méi)有集中化的信令接入設(shè)備，而是靠本廠家的MSC兼作了轉(zhuǎn)接信令的關(guān)口局來(lái)疏通與No.7信令網(wǎng)其他網(wǎng)元的信令消息，與類型1相比，相當(dāng)于將信令接入設(shè)備由短信中心下沉分散到了某些MSC，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且?guī)捚款i較多。這種短信網(wǎng)絡(luò)在改造時(shí)，為了優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，需要在短信中心新建集中化的信令接入設(shè)備。例如諾西短信中心需新建了刀片服務(wù)器架構(gòu)的信令前端設(shè)備完成IP化改造。

3.3 IP化改造后的網(wǎng)絡(luò)組織方式

IP化短信平臺(tái)與MSC Server的信令疏通有兩種方式可選：方式1：通過(guò)IP-STP轉(zhuǎn)接信令消息；如圖3所示。方式2：通過(guò)IP承載網(wǎng)直接與MSC Server疏通信令消息。如圖4所示。

圖3 IP化改造網(wǎng)絡(luò)組織示意圖——方式1

圖4 IP化改造網(wǎng)絡(luò)組織示意圖——方式2

對(duì)于原網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為類型1的建議采用方式1，可以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)配置的復(fù)雜度；原網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為類型2的優(yōu)先選擇采用方式2，若采用方式1，雖然可以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)，但是會(huì)對(duì)STP造成較大沖擊，擴(kuò)容STP投資相對(duì)較大。

3.3 STP、MSC、短信平臺(tái)的TDM和IP版本共存時(shí)的過(guò)渡方案

針對(duì)在實(shí)際改造過(guò)程中可能出現(xiàn)的STP、MSC、短信平臺(tái)TDM和IP兩種方式共存的過(guò)渡時(shí)期，有如下方案：

類型1網(wǎng)絡(luò)采用建議的方式1組網(wǎng)的過(guò)渡方案：目前引入的IP-STP均同時(shí)支持TDM和Sigtran兩種承載方式，原有短信平臺(tái)和IP化短信平臺(tái)均可通過(guò)STP轉(zhuǎn)接信令消息。網(wǎng)絡(luò)組織如圖5所示。

圖5 IP化改造過(guò)渡期短信網(wǎng)絡(luò)組織——方式1

類型2網(wǎng)絡(luò)采用建議的方式2組網(wǎng)的過(guò)渡方案：為了減少對(duì)現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改動(dòng)，IP化短信平臺(tái)可以與改造的MSC通過(guò)IP承載網(wǎng)直接疏通信令消息，與未改造的MSC可以通過(guò)IP-STP轉(zhuǎn)接信令消息；原有短信中心與所有MSC均可以維持原有方式疏通信令消息。網(wǎng)絡(luò)組織如圖6所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

圖6 IP化改造過(guò)渡期短信網(wǎng)絡(luò)組織——方式2

短信平臺(tái)信令的IP化承載順應(yīng)了電信網(wǎng)絡(luò)IP化的演進(jìn)趨勢(shì)，減少了網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議種類，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，節(jié)約了TDM中繼電路資源，降低了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本，同時(shí)能夠充分利用了IP化帶寬優(yōu)勢(shì)打破傳統(tǒng)TDM承載的No.7信令的帶寬瓶頸，對(duì)提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和構(gòu)建全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)有重要意義。

[1] 中國(guó)移動(dòng)通信企業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 中國(guó)移動(dòng)IP信令網(wǎng)體制V1.0.0[S].2011-3-16.

[2] 中國(guó)移動(dòng)通信企業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 中國(guó)移動(dòng)IP信令網(wǎng)技術(shù)體制編制說(shuō)明V1.0.0[S]. 2011-3-16

[3] 中國(guó)移動(dòng)通信企業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 中國(guó)移動(dòng)SMSC設(shè)備信令接口IP化要求技術(shù)規(guī)范V1.0.0[S]. 2008-10-31