基于MSC Pool技術(shù)的多池組網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化分析

鐘淑霞

（中國移動通信集團(tuán)福建有限公司，福州 350108）

1 引言

隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的逐年增大，軟交換核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全、資源共享和負(fù)載均衡等需求越來越為迫切，因此MSC Pool技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，即在3GPP R5中開始支持了A/Iu-Flex功能(3GPP 23.236)，引入了“區(qū)域池（Pool Area）”的概念，把若干個核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)組成資源池，BSC/RNC可以支持一個RAN節(jié)點(diǎn)到多個核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的域內(nèi)連接路由功能，允許BSC/RNC節(jié)點(diǎn)把信息在相應(yīng)的CS域或PS域路由到不同的核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，從而使多個MSC或SGSN之間進(jìn)行負(fù)荷分擔(dān)以進(jìn)一步提高硬件的使用效率。本文聚焦于采用A/Iu_Flex組網(wǎng)方式的軟交換核心網(wǎng)的MSC Pool。

如圖1所示，MSC Pool Area集中了一個或多個MSC（MSC Server+MGW），移動用戶可以在此區(qū)域中自由移動而無需改變所駐留的核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。正是由于一個區(qū)域池中多個核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可以實現(xiàn)負(fù)荷均衡，而且它們所提供的服務(wù)范圍與單個核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)提供的服務(wù)區(qū)相比擴(kuò)大了許多，這樣可以減少核心網(wǎng)間節(jié)點(diǎn)更新、切換和重定位，降低了跨局位置更新所產(chǎn)生的HLR-VLR之間D接口的信令消息交互流量。

因此近年來，我省就著手安排漳州本地網(wǎng)進(jìn)行諾西軟交換設(shè)備MSC Pool技術(shù)的應(yīng)用試點(diǎn)，重點(diǎn)針對MSC Pool技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提升方面的應(yīng)用效果進(jìn)行了深入的驗證分析，主要有以下三方面。

1.1 系統(tǒng)接通率方面的提升效果分析

圖1 MSC Pool組網(wǎng)示意圖

交換機(jī)的系統(tǒng)接通率是直接反映網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行整體情況的晴雨表，是最為重要的客戶感知指標(biāo)之一，因此我們首要進(jìn)行軟交換系統(tǒng)接通率在MSC Pool改造前后的觀察分析。具體如下：

（1）正常釋放原因值，即正常呼叫完成以及與交換機(jī)或用戶因素?zé)o關(guān)的釋放，由改造前的92%提高到98%，提高了近6個百分點(diǎn)；

（2）用戶因素造成的失敗原因值，即由于用戶錯誤撥號方式、用戶終端或用戶側(cè)信令故障造成的失敗呼叫。由于用戶習(xí)慣在改造前后并不會有多大的改變，因此該失敗原因值的占比基本持平，改造前為1.3%，改造后為1.1%；

（3）系統(tǒng)內(nèi)部因素造成的失敗原因值，即由于軟交換機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部故障造成的失敗呼叫。由于組MSC Pool后，更多的呼叫從原來的局間呼叫轉(zhuǎn)換為局內(nèi)呼叫，因此對系統(tǒng)資源的消耗大為減少，因此系統(tǒng)內(nèi)部資源擁塞等因素大大降低，該失敗呼叫的占比從改造前的3.5%減少至接近0%；

（4）系統(tǒng)外部因素造成的失敗原因值，即由于軟交換機(jī)系統(tǒng)以外的故障造成的失敗呼叫。同樣由于組MSC Pool后，更多的呼叫從原來的局間呼叫轉(zhuǎn)換為局內(nèi)呼叫，因此局間呼叫次數(shù)大大減少，該種類型的失敗呼叫占比亦從改造前的3.5%減少至1%。

1.2 移動性方面的提升效果分析

在漳州本地網(wǎng)的3套軟交換端局組池后，由于用戶在軟交換端局之間任意移動時均無需進(jìn)行局間位置更新和切換，因此在完成大部分BSC/RNC設(shè)備接入后，局間移動性的數(shù)量顯著減少，提升幅度為88%。

1.3 2G/3G互操作及時延方面的提升效果

當(dāng)BSC/RNC均接入資源池后，由于通話過程中的越局切換大量降低，切換時延有所縮短；用戶在通話結(jié)束后的系統(tǒng)間重選操作由局間轉(zhuǎn)為局內(nèi)，減少了局間信令交互流程，因此可有效提升2G/3G互操作性能，其中2G到3G重選時延從原來的2.12s減少為1.30s，提升39%；3G到2G重選時延從原來的1.90s減少為1.445s，提升24%。

2 中、大型本地網(wǎng)的多池組網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化分析

2011年，為了網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的全面提升，我省采用“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施”的原則，全面啟動MSC Pool的建設(shè)，截至2011年底，基本完成了全省中、小型本地網(wǎng)的MSC Pool改造，但由于泉州地區(qū)地域廣闊，有沿海有山區(qū)，用戶流動性極強(qiáng)，加上網(wǎng)元數(shù)目較多，給池區(qū)規(guī)劃帶來了極大的挑戰(zhàn)，因此在2011年按照原有的規(guī)劃僅完成了晉江、惠安兩個縣區(qū)的組池，但通過與省內(nèi)其他本地網(wǎng)組池后的用戶粒度的移動性指標(biāo)橫向比對分析，發(fā)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋連續(xù)性對MSC Pool的技術(shù)優(yōu)勢影響極大。

由于廈門是全部區(qū)域組成一個MSC資源池，因此每用戶移動性指標(biāo)在實施后的表現(xiàn)尤為突出，每用戶局間切換次數(shù)僅為0.007次；而同樣采用多池組網(wǎng)福州而言，由于采用“同心圓”方式進(jìn)行池區(qū)規(guī)劃，將連續(xù)覆蓋的市區(qū)區(qū)域組成一個資源池，而市區(qū)外圍的縣區(qū)組成另外一個池，因此實施MSC Pool改造后福州的每用戶局間位置更新次數(shù)僅0.019次，但由于前期規(guī)劃側(cè)重在于年度潮汐話務(wù)的吸納，將泉州的晉江和惠安這兩個話務(wù)量存在明顯的潮汐現(xiàn)象的縣區(qū)組成一個池，但由于晉江、惠安在地理上不連續(xù)，即MSC Pool池區(qū)存在嚴(yán)重“插花”現(xiàn)象，因此大大削弱了MSC Pool的技術(shù)優(yōu)勢，特別是在跨局位置更新量和切換量兩方面，雖然改造前后有所提升，但改造后泉州晉江、惠安的每用戶局間切換次數(shù)仍是廈門的5倍多，每用戶局間位置更新次數(shù)仍是福州的11倍多。

為此，我們在MSC Pool的池區(qū)如何規(guī)劃重新進(jìn)行深入研究，針對MSC Pool池區(qū)在網(wǎng)絡(luò)資源配置方面是否合理、能否最大化減少局間位置更新次數(shù)、能否滿足跨局樓異地容災(zāi)備份等三方面重新審視原有規(guī)劃方案是否合理、合適，亦對多池組網(wǎng)的規(guī)劃原則做了全面梳理。

2.1 MSC Pool規(guī)劃的合理性評估要素

為了客觀評估MSC Pool池區(qū)規(guī)劃在資源配置方面的合理性，我們引入了2個概念，分別如下：

2.1.1 潮汐系數(shù)

由于在部分地區(qū)存在潮汐效應(yīng)的區(qū)域并不是覆蓋連續(xù)的區(qū)域，在評估區(qū)域內(nèi)忙時話務(wù)分布不均衡引入潮汐效應(yīng)系數(shù)的概念：

在潮汐系數(shù)為1.1～1.5左右（對網(wǎng)絡(luò)容量的提升超過10%～15%），可考慮將非連續(xù)覆蓋的區(qū)域劃分至同一MSC Pool下；否則MSC Pool的分區(qū)仍應(yīng)以話務(wù)密集區(qū)域的連續(xù)覆蓋為主要目標(biāo)。

2.1.2 均衡系數(shù)

同時為了更好地評估MSC Pool對于VLR占用率的均衡效果，我們引入了均衡系數(shù)的概念：

在均衡系數(shù)為0時，表示完全均衡，值越大表示越不均衡。

2.2 中、大型本地網(wǎng)的組池方案優(yōu)化分析

在2011年開始進(jìn)行泉州的MSC Pool池區(qū)規(guī)劃時，當(dāng)時重點(diǎn)考慮所規(guī)劃區(qū)域的用戶流動特性以及用戶的話務(wù)模型的差異性，特別是考慮到長期以來泉州地區(qū)的用戶階段性流動對交換網(wǎng)絡(luò)的利用率帶來較大挑戰(zhàn)：例如春節(jié)時，用戶主要集中在北部德化、永春、安溪，導(dǎo)致這三個北部縣區(qū)的交換網(wǎng)絡(luò)利用率偏高；而元宵節(jié)后，則是南部晉江、石獅等縣區(qū)交換網(wǎng)絡(luò)利用率偏高，但難以在短時間內(nèi)實施跨縣域的無線網(wǎng)絡(luò)割接。另一方面在用戶的話務(wù)模型方面，各行政區(qū)域內(nèi)用戶互打的話務(wù)量高，而跨行政區(qū)域的話務(wù)量不高，例如晉江內(nèi)用戶互打的話務(wù)量高，晉江和石獅用戶互打的話務(wù)量并不高；同時由于當(dāng)時現(xiàn)網(wǎng)共由9套軟交換網(wǎng)元以“縣”為單位來掛接相當(dāng)獨(dú)立的各行政區(qū)域的BSC/RNC，因此在A/Iu接口尚未IP化時，如由多于4臺軟交換機(jī)來組資源池在跨局傳輸需求、數(shù)據(jù)維護(hù)等方面存在較大的困難，因此最初規(guī)劃為3+3+3組池（稱為方案A），而到了2012年初，經(jīng)過長時間的探討，我們打破原有的3+3+3組池（方案A）的束縛，以泉州的實際用戶流動特性為基礎(chǔ)，重新進(jìn)行潮汐效應(yīng)和均衡效應(yīng)的評估。

方案A中原規(guī)劃為3個資源池，即由安溪、德化、泉州、泉港4個縣區(qū)組成池1，由晉江和惠安2個縣區(qū)組成池2，由永春、南安、石獅3個縣區(qū)組成池3。該方案兼顧考慮了泉州本地季節(jié)性的用戶流動波動性大的特點(diǎn)，可以有效實現(xiàn)不同池區(qū)VLR用戶數(shù)的均衡，但由于劃分區(qū)域的不連續(xù)，因而消除“用戶在不同區(qū)域間的日常流動產(chǎn)生跨交換機(jī)的切換和位置”效果不佳。

方案B的基本思路是采用東西中軸將全區(qū)劃分為2個無線覆蓋連續(xù)區(qū)域，即將以公路和高鐵為主要交通樞紐的內(nèi)陸區(qū)域劃分組成1個池，而將以跨海大橋和公路為主要交通樞紐的沿海區(qū)域劃分組成1個池，以此兼顧話務(wù)熱點(diǎn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量指標(biāo)和網(wǎng)元利用率指標(biāo)。熱點(diǎn)區(qū)域的覆蓋連續(xù)，以及節(jié)日期間的VLR利用率；但由于泉州本地季節(jié)性的用戶流動波動性大的特點(diǎn)，每個區(qū)域VLR仍然需要留一定的余量（峰谷容量差在50萬）。

由于方案A的池2和方案B的池2均包含晉江、惠安兩個縣區(qū)，因此接下來我們以不同方案的池區(qū)2為代表來一一進(jìn)行對比分析。

2.2.1 潮汐話務(wù)吸納能力分析

從全年的潮汐話務(wù)吸納能力來看，方案A的3個池區(qū)的潮汐系數(shù)分別為1.36、1.14和1.23，總體平均系數(shù)為1.24，而方案B的2個池區(qū)的潮汐系數(shù)分別為1.32和1.24，總體平均系數(shù)為1.28，因此若采用方案B來組池的話，將更能吸收潮汐話務(wù)。而具體從晉江、惠安兩個縣區(qū)所在的池區(qū)2來看，采用方案B的潮汐系數(shù)較方案A提高了8.8%。

2.2.2 用戶分布均衡能力分析

由于晉江系全國赫然有名的鞋都和體育城市，平時積聚了大量的外來務(wù)工人員，而惠安作為勞務(wù)大縣，每年春節(jié)期間則有大量在外務(wù)工人員返鄉(xiāng)，此消彼長，因此這2個縣區(qū)所在的池2的均衡系數(shù)均在0.1以下，接近于0，即兩種組池方案的均衡能力均較好，但從平時VLR占用率均衡系數(shù)來看，則方案B僅為0.07，較方案A更為接近0。當(dāng)然在中秋、除夕等節(jié)日期間由于大量在晉江、石獅沿海發(fā)達(dá)地區(qū)的外來務(wù)工人員返鄉(xiāng)，因此方案A的均衡能力較方案B高，但伴隨著晉江、石獅的城市建設(shè)，目前外來務(wù)工人員大都選擇落戶生根，這種節(jié)日用戶大規(guī)模流動現(xiàn)象可能逐步消除，因此從長遠(yuǎn)來看，應(yīng)以方案B來建設(shè)來得更優(yōu)。

2.2.3 移動性指標(biāo)比對分析

2012年，全網(wǎng)上下圍繞著“網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量是通信企業(yè)的生命線”開展一系列的“A+”網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提升工作，而在2011年10月份第三方測試中，我省仍有近59%的未接通事件發(fā)生在被叫正在進(jìn)行位置更新，因此如何優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，有效降低用戶的位置更新頻次是提升接通率的關(guān)鍵所在。

根據(jù)2012年5月11日17:00～20:00泉州地區(qū)到每一縣（市）的局間位置更新次數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，采用不同組池方案實施后結(jié)果大相徑庭：從減少頻次的幅度來看，采用方案A實施后，僅到永春方向的局間位置更新頻度減少49.33%，其余8個縣（市）方向均在1%左右；而采用方案B實施后，有安溪、德化、泉港、石獅、永春5個縣（市）方向高于98%，全區(qū)平均更是高達(dá)49.46%。從減少頻次的數(shù)量來看，采用方案A實施后減少頻次最高的是南安，為37352次；而同樣南安方向，如采用方案B來組池，則預(yù)計可減少421534，是方案A的11倍多。

因此從網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提升角度出發(fā)，方案B的優(yōu)勢是顯而易見的。同時方案B也具備跨局樓的地理容災(zāi)備份條件，因此在2012年中，我省將采用方案B實施泉州地區(qū)的MSC Pool改造，以期加強(qiáng)軟交換網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)健壯性和質(zhì)量。

3 MSC Pool的池區(qū)規(guī)劃和后評估維度總結(jié)及建議

從上述的分析可見，在MSC Pool實施過程中，針對中、大型本地網(wǎng)而言，池區(qū)的規(guī)劃極其重要，它關(guān)系到MSC Pool實施后的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量能否提升等具有極強(qiáng)的相關(guān)性，對無線網(wǎng)絡(luò)的全程接通率、話音MOS值等都有較大的影響；同時在BSC/RNC都納入MSC Pool后，亦將對2/3G系統(tǒng)互操作性能以及接續(xù)時延也將產(chǎn)生較大的作用，因此建議在MSC Pool實施前、中、后三個階段均采用以下評估維度做好池區(qū)規(guī)劃合理性和實施后的效果后評估工作，主要規(guī)劃原則建議如下：

首要考慮將無縫連續(xù)覆蓋區(qū)域組成同一個池區(qū)；潮汐系數(shù)應(yīng)介于1.1～1.5，潮汐系數(shù)較高者優(yōu)先；均衡系數(shù)應(yīng)接近0，越接近于0者優(yōu)先。

而實施MSC Pool的效果后評估同樣重要，建議在實施過程中、后期開展相應(yīng)的效果后評估，以便能及時調(diào)整優(yōu)化，至于后評估的維度建議以“每用戶局間位置更新頻次”、“每用戶局間切換頻次”、“2/3G系統(tǒng)重選時延”為主。