SGSN池冗余技術(shù)以及在鐵路GSM—R網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

李雷

摘要：隨著GSM-R網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不斷增加，對(duì)其核心設(shè)備的安全提出了更高的要求。3GPP規(guī)范對(duì)SGSN設(shè)備冗余方式制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)要按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)冗余。本文對(duì)SGSN池、Gb接口IP化的技術(shù)進(jìn)行了說明，并結(jié)合目前GSM-R網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況對(duì)SGSN設(shè)備的冗余組網(wǎng)方式進(jìn)行了研究和分析

關(guān)鍵詞：GSM-R核心網(wǎng)；GPRS網(wǎng)絡(luò)冗余；SGSN池；Gb接口IP組網(wǎng)

一、概述

隨著鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，GPRS系統(tǒng)所承載的業(yè)務(wù)種類逐漸增多，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量也在不斷的增加，對(duì)GPRS核心網(wǎng)設(shè)備的可靠性要求也越來越高。目前鐵路SGSN設(shè)備采用板卡級(jí)別冗余，設(shè)備整體故障后業(yè)務(wù)將受到影響。3GPP規(guī)范R5版本引入了SGSN池的概念，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)BSC連接多個(gè)SGSN的功能，實(shí)現(xiàn)SGSN池組網(wǎng)需要調(diào)整Gb接口為IP組網(wǎng)方式。本文對(duì)SGSN池技術(shù)和Gb接口IP組網(wǎng)技術(shù)在鐵路GRPS網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究和分析。

二、SGSN池

所謂的SGSN池，就是由多個(gè)SGSN共同構(gòu)建一個(gè)大的服務(wù)區(qū)，這些SGSN以池組方式協(xié)同工作。

1.SGSN池的基本原理

3GPP規(guī)范定義了SGSN池的工作機(jī)制，改變了BSC與SGSN之間一對(duì)一的控制關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了BSC節(jié)點(diǎn)到多個(gè)SGSN節(jié)點(diǎn)的域內(nèi)連接路由功能，允許BSC節(jié)點(diǎn)把業(yè)務(wù)信息在分組交換（GPRS）網(wǎng)絡(luò)中路由到不同的SGSN節(jié)點(diǎn)，業(yè)務(wù)由多個(gè)SGSN進(jìn)行分擔(dān)，提高了SGSN的冗余性。

2.SGSN池的工作機(jī)制

（1）服務(wù)SGSN的建立：當(dāng)終端進(jìn)行GPRS附著（Attach）時(shí)，BSC會(huì)選擇SGSN池中的任一SGSN進(jìn)行業(yè)務(wù)。SGSN把其標(biāo)識(shí)——NRI（網(wǎng)絡(luò)資源標(biāo)識(shí)）編碼到用戶的P-TMSI（分組臨時(shí)移動(dòng)用戶標(biāo)識(shí)）中，使終端、BSC、服務(wù)SGSN可根據(jù)P-TMSI識(shí)別用戶IMSI（國(guó)際移動(dòng)用戶標(biāo)識(shí)號(hào)）與NRI的映射關(guān)系。BSC、SGSN根據(jù)映射關(guān)系路由用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包。

（2）記錄服務(wù)SGSN：當(dāng)終端在PMM-connected（連接）模式時(shí)，BSC保持IMSI與NRI映射。當(dāng)終端進(jìn)入PMM-idle（空閑）模式時(shí)，由于沒有來自于或發(fā)送到終端的分組數(shù)據(jù)包需要路由，則BSC刪除IMSI與NRI映射。當(dāng)終端重新進(jìn)入PMM-connected模式時(shí)，BSC會(huì)再次記錄終端IMSI與提供服務(wù)SGSN的NRI的映射。

3.SGSN池的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級(jí)冗余備份。

（2）維護(hù)作業(yè)、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容施工不影響既有業(yè)務(wù)。

（3）減少核心網(wǎng)絡(luò)信令開銷負(fù)荷。

（4）核心網(wǎng)設(shè)備負(fù)載均衡。

（5）便于集中化管理。

4.SGSN池技術(shù)對(duì)Gb接口組網(wǎng)的要求

SGSN以池的方式組網(wǎng)的工作機(jī)制打破了BSC與SGSN間一對(duì)一的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了BSC至SGSN之間的多歸屬，由于IP網(wǎng)的互通特性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)BSC與多個(gè)SGSN連接就變得非常方便。因此，Gb接口IP組網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)SGSN池的前提。

三、Gb接口IP組網(wǎng)

1.Gb接口協(xié)議棧的變化

Gb接口是BSC/PCU與SGSN之間的接口，底層承載可以采用FR（幀中繼）或IP方式。實(shí)現(xiàn)SGSN池，Gb接口必須IP化。SGSN兩種承載方式協(xié)議棧對(duì)比如圖1所示：

2.Gb接口鏈路標(biāo)識(shí)的變化

在GPRS網(wǎng)絡(luò)中，Gb接口的路由通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)實(shí)體標(biāo)識(shí)（NSEI）和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)虛連接標(biāo)識(shí)（NSVCI）來標(biāo)識(shí)和選擇。

Gb接口IP化后，BSS/PCU與SGSN之間每條NSVC鏈路標(biāo)識(shí)變?yōu)椋篠GSN設(shè)備IP地址、SGSN UDP端口號(hào)、BSC設(shè)備IP地址、BSC UDP端口號(hào)。BSS/PCU與SGSN之間的NSEI中的多條NSVC可以使用相同或不同的IP地址，配置方式靈活。

3.Gb接口IP化后尋址方式的變化

隨著鏈路標(biāo)識(shí)的變換，Gb接口的尋址方式也發(fā)生了變化。IP承載方式下，數(shù)據(jù)包的包頭中包含有目的節(jié)點(diǎn)IP地址，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)根據(jù)包頭中的目的地址查找路由表計(jì)算出到達(dá)的最佳路由，IP地址具有全局意義，且尋址方式靈活。

4.Gb接口IP化后帶寬的變化

Gb接口IP化后，協(xié)議棧發(fā)生了變化，Gb接口數(shù)據(jù)封裝開銷也相應(yīng)發(fā)生了變化，直接影響到Gb接口的帶寬。Gb接口IP化后帶寬會(huì)有所增加，具體增加的數(shù)量應(yīng)根據(jù)用戶實(shí)際的IP數(shù)據(jù)包大小進(jìn)行計(jì)算。

四、利用SGSN池技術(shù)實(shí)現(xiàn)鐵路GPRS網(wǎng)絡(luò)SGSN設(shè)備冗余組網(wǎng)

根據(jù)我國(guó)GSM-R分組域核心網(wǎng)設(shè)備的現(xiàn)狀，結(jié)合上述SGSN池和Gb接口IP化的技術(shù)分析，SGSN冗余可以考慮局內(nèi)和局間兩種組網(wǎng)方式。

1.鐵路局核心節(jié)點(diǎn)新設(shè)一套SGSN與既有設(shè)備組成SGSN池

如圖2所示，可以在鐵路局管內(nèi)新設(shè)一臺(tái)SGSN設(shè)備，與既有SGSN組成SGSN池。需要新設(shè)數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備（CE）為Gb接口組成IP網(wǎng)，SGSN池設(shè)置為負(fù)荷分擔(dān)方式。這種方式的優(yōu)點(diǎn)：SGSN池由本局設(shè)備組成，便于維護(hù)和管理；缺點(diǎn)是需要新設(shè)SGSN設(shè)備，造價(jià)較高。

2.既有局間設(shè)備組成SGSN池

如圖3所示，可以利用兩個(gè)（或多個(gè)）鐵路局既有SGSN設(shè)備組成SGSN池。需要新設(shè)數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備（CE）組成局內(nèi)Gb接口IP網(wǎng)，局間的Gb接口互通可以利用既有鐵路數(shù)據(jù)網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)承載，并在數(shù)據(jù)網(wǎng)上設(shè)置Gb接口的VPN。

五、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過對(duì)SGSN池和Gb接口基于IP組網(wǎng)的技術(shù)分析，SGSN池技術(shù)有著諸多的優(yōu)勢(shì)，最重要的是實(shí)現(xiàn)了不中斷業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)冗余，是較合理的SGSN設(shè)備冗余組網(wǎng)方案。本文對(duì)SGSN池組網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)、對(duì)Gb接口IP化改造和現(xiàn)網(wǎng)采用SGSN池組網(wǎng)的技術(shù)方案進(jìn)行了說明，希望可以為SGSN冗余組網(wǎng)提供一個(gè)思路，提高GSM-R分組域核心網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

參考文獻(xiàn)

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