基于Pool組網(wǎng)的A接口IP化研究與應(yīng)用

陳學(xué)清

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)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(dòng)核心網(wǎng)的演進(jìn)已步入“全I(xiàn)P”時(shí)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(dòng)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(jìn)；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(jìn)。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(jìn)行A接口IP化改造以及對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整符合核心網(wǎng)演進(jìn)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(diǎn)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(diǎn)以及優(yōu)化措施，并對(duì)應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)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(gè)BSC到Pool內(nèi)每個(gè)MSC Server上信令可達(dá)，MSC Pool中的每一個(gè)MSC Server共同服務(wù)于MSC Pool中的每個(gè)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(gè)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(gè)MGW轉(zhuǎn)接，BSC與MGW設(shè)置中繼電路，各MGW劃分為多個(gè)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(gè)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(yùn)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(gè)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(diǎn)[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(fù)荷分擔(dān)，滿足倒換端口和單板不中斷業(yè)務(wù)；BSC上一對(duì)主備接口板承載A接口，每塊接口板上通過獨(dú)立的光接口雙歸屬至兩個(gè)路由器RT1、RT2，兩個(gè)端口負(fù)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(jìn)行隔離；信令面SCTP配置雙歸屬，提供板間保護(hù)；將本端信令、業(yè)務(wù)IP地址和對(duì)端信令、業(yè)務(wù)IP地址分為兩組，通過高優(yōu)先級(jí)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(shí)現(xiàn)負(fù)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(gè)端口均配置信令面和用戶面BFD檢測(cè)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(gè)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(jí)高于RT2；RT2上到IP180的路由優(yōu)先級(jí)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(jìn)行承載，大大簡(jiǎn)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(shí)，讓Pool在MSC Server Pool的基礎(chǔ)上，還實(shí)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(kuò)容硬件、BITS時(shí)鐘源、數(shù)據(jù)備份、全局參數(shù)備份，提前進(jìn)行BSC與CE的物理鏈路對(duì)接、路由發(fā)布，在BSC至IP承載網(wǎng)調(diào)通后進(jìn)行全面的PING測(cè)試等物理層驗(yàn)證；BSC完成至MGW的承載面及到MSS的信令面對(duì)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(duì)接，將BSC與Server對(duì)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(jìn)行業(yè)務(wù)測(cè)試，經(jīng)過觀察及業(yè)務(wù)測(cè)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(shí)間長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)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(dá)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(shí)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(shí)MTP3目的信令點(diǎn)，達(dá)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(shí)數(shù)據(jù)即添加MSS至BSC的臨時(shí)MTP3層數(shù)據(jù)，讓SCCP層和BSSAP應(yīng)用層同時(shí)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(dá)M3UA信令數(shù)據(jù)，讓SCCP層和BSSAP應(yīng)用層同時(shí)承載在M3UA和MTP3上；刪除臨時(shí)數(shù)據(jù)即刪除臨時(shí)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(shí)將NNSF節(jié)點(diǎn)下移至BSC。

以Pool內(nèi)3套端局為例，1套BSC下帶493個(gè)基站，采用優(yōu)化后的方案，單個(gè)MSS網(wǎng)元的數(shù)據(jù)配置腳本不超過20條，操作時(shí)間僅需1 min，大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)配置，同時(shí)將影響業(yè)務(wù)的時(shí)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(shí)間近50 min，有效降低了操作風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)最大限度減小對(duì)用戶業(yè)務(wù)的影響。

2.3 Pool內(nèi)局間呼叫免TC優(yōu)化

實(shí)施A接口IP化后，BSC與Pool內(nèi)所有MGW全互聯(lián)，在試點(diǎn)中通過測(cè)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(huì)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(jī)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?jǐn)?shù)據(jù)規(guī)范改造后局間呼叫強(qiáng)設(shè)編解碼（UMTS AMR2），該情況下MGW仍需要進(jìn)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(jìn)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(diǎn)IP2并對(duì)IP2端點(diǎn)進(jìn)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(duì)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(gè)物理MGW時(shí)（BCUID相同），認(rèn)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(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)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(gè)物理MGW，即主被叫歸屬的BCUID一致，就可以實(shí)現(xiàn)VMGW的免TC優(yōu)化。VMGW間互通免TC功能，主要控制點(diǎn)在MGW表和局向表。Pool內(nèi)局間呼叫場(chǎng)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(shí)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(shí)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(shí)延優(yōu)化

A接口IP化后，由于Pool自動(dòng)均衡特性以及用戶手動(dòng)遷移操作，用戶會(huì)分配到不同的MSC，同一個(gè)Pool內(nèi)小區(qū)的用戶會(huì)注冊(cè)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(duì)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(diǎn)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(shí)長(zhǎng)會(huì)偏高[4～6]。

針對(duì)局間呼叫接續(xù)時(shí)延偏高的情況，通過信令進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，主叫局取回漫游號(hào)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(jī)制，原理如圖6所示。正常情況下增加的這個(gè)主叫指配周期并不會(huì)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(zhǎng)時(shí)，如800 ms以上，則呼叫的總體接續(xù)時(shí)長(zhǎng)將比正常呼叫增加800 ms以上，主叫指配周期過長(zhǎng)的影響會(huì)被放大，將使客戶直覺感知接續(xù)過長(zhǎng)。

圖6 串行指配機(jī)制

與串行指配相對(duì)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(jī)制，主叫局將指配和IAM出局兩個(gè)流程并行處理，將縮短局間接續(xù)時(shí)延，幅度為一個(gè)主叫指配周期，對(duì)個(gè)別主叫指配響應(yīng)較長(zhǎng)的呼叫，指配過程與IAM及被叫局的流程疊加在一起，指配時(shí)長(zhǎng)不會(huì)直接體現(xiàn)在呼叫時(shí)長(zhǎng)上，有利于改善主叫指配過長(zhǎng)用戶的感知。

通過引入并行指配優(yōu)化機(jī)制，優(yōu)化后對(duì)主叫指配正常的呼叫可縮短局間平均接續(xù)時(shí)延580 ms左右，整體時(shí)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(jī)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(diǎn)項(xiàng)目，通過技術(shù)改造過程的摸索與實(shí)際應(yīng)用，總結(jié)并沉淀了A接口IP化過程中的關(guān)鍵點(diǎn)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(shí)延優(yōu)化措施，并在實(shí)際應(yīng)用中的效果予以驗(yàn)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(dòng)了福建的華為區(qū)域移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向全I(xiàn)P演進(jìn)的進(jìn)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(shí)現(xiàn)了共贏。

在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)了個(gè)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(shí)際負(fù)載比例失衡，存在安全風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)前只能通過人為調(diào)整Pool內(nèi)MGW處理能力滿足實(shí)際負(fù)載均衡要求，后續(xù)還需推動(dòng)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(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。

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