WCDMA核心網(wǎng)CS域IP化演進(jìn)研究

WCDMA核心網(wǎng)CS域IP化演進(jìn)研究移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)MobileNetworkWCDMA核心網(wǎng)CS域IP化演進(jìn)研究■中國(guó)聯(lián)通山西分公司任忠馬向杰徐小雷摘要主要論述中國(guó)聯(lián)通現(xiàn)用GsM和WCDMA網(wǎng)絡(luò)2G/3G}~合組網(wǎng)的模式下,如何對(duì)核心網(wǎng)Cs域進(jìn)行IP化改造.對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)研究:核心網(wǎng)信令.語(yǔ)音IP化演進(jìn)原理,WCDMAR4核心網(wǎng)軟交換的3個(gè)接IZl:MC,NC,NB口的fP承載協(xié)議棧的內(nèi)容,信令組網(wǎng)和話務(wù)組網(wǎng)的原那么,實(shí)際IP化操作中的具體步驟及IP化的優(yōu)勢(shì).給出結(jié)論:從3G移動(dòng)通信的開(kāi)展來(lái)看,NGN架構(gòu)的全I(xiàn)P化是未來(lái)通信網(wǎng)開(kāi)展的必然趨勢(shì).關(guān)鍵詞:WCDMA核心網(wǎng)信令語(yǔ)音IP化軟交換接13協(xié)議0前言移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛開(kāi)展給人們的生活方式帶來(lái)了巨大的變化.越來(lái)越多的用戶希望隨時(shí)隨地享受互聯(lián)生活.3G移動(dòng)通信使之成為可能.以中國(guó)聯(lián)通的WCDMA網(wǎng)絡(luò)為例,一方面使無(wú)線接口增)JI3HSDPA功能,數(shù)據(jù)下載速率提高到144Mbit/s:另一方面可以方便地對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造以實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)的全lP化為最終開(kāi)展為IMS(IPMultimediaSubsystem)技術(shù)分組域取代電路域的視頻通話業(yè)務(wù),核心網(wǎng)電路交換域(Cs域)和分組交換域(Ps域)進(jìn)一步融合奠定根底.核心網(wǎng)IP化原理介紹目前.移動(dòng)通信的核心網(wǎng)正大步向lP化演進(jìn).全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)對(duì)于上層業(yè)務(wù)承載的透明化,符合業(yè)務(wù)與承載分離的開(kāi)展理念,這種別離I~,ONGN(下一代網(wǎng)絡(luò))架構(gòu)已經(jīng)逐步成為電信網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展的必然趨勢(shì).目前.中國(guó)聯(lián)通WCDMA網(wǎng)絡(luò)(見(jiàn)圖1)的CS域?yàn)?G/3G混合組網(wǎng),現(xiàn)有的GSM交換網(wǎng)和R4版本核心網(wǎng),在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成和網(wǎng)路組織方面存在一定的差異.因此在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)改造時(shí),我們需要充分考慮網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)展和演進(jìn)趨勢(shì).利用軟交換技術(shù)來(lái)優(yōu)化和改造現(xiàn)有的GSM交換網(wǎng).才能到達(dá)2G/3G網(wǎng)絡(luò)的完全融合.這首先需要完成信令網(wǎng)的IP化,并完成承載語(yǔ)音業(yè)務(wù)的IP化.圖1現(xiàn)網(wǎng)2G/3G混合組網(wǎng)拓?fù)鋱D1.1信令網(wǎng)IP化原理移動(dòng)全1P信令網(wǎng)采用分層結(jié)構(gòu),使lP信令網(wǎng)具有良好的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性:MSCSERVER,HLR,MGW,IPSCP等sP采用M3UA接入IP信令網(wǎng),滿足3GPP的標(biāo)準(zhǔn)要求,STP問(wèn)使用MTP3/M2UA/SCTP/IP協(xié)議棧在IP信令網(wǎng)中保存MTP3的功能,可以繼承原有的信令網(wǎng)管理和維護(hù)機(jī)制,又利用了基于lP的信令傳輸.降低了信令消息的傳送本錢(qián).3G核心網(wǎng)和2G核心網(wǎng)只能采用ISUP/TUP方式互通,由于R4網(wǎng)內(nèi)采用BICCOVERIP方式,而2G網(wǎng)內(nèi)采用ISUPOVERTDM方式,需要信令網(wǎng)關(guān)(sG)進(jìn)行協(xié)議的轉(zhuǎn)換.信令網(wǎng)關(guān)在基于TDM的窄帶ss7信令網(wǎng)絡(luò)與基于lP的寬帶信令網(wǎng)絡(luò)之間.完成MTP3用戶的傳輸層信令協(xié)議棧的雙向轉(zhuǎn)換(SIGTRANM3UA/SCTP/IP<=>SS7MTP3/2/1),SG和MGW的合設(shè),實(shí)現(xiàn)了lP信令和7號(hào)信令系統(tǒng)的互通,MGW內(nèi)置SG槽即信令回程方式,適合于R4網(wǎng)絡(luò)與2G網(wǎng)絡(luò)的ISUP信令互通.因?yàn)樵赗4本地組網(wǎng)中MSCSERVER集中放置.而3G網(wǎng)絡(luò)I~,’tjMGW幾乎分布于所有的地市.那么通過(guò)MGW的內(nèi)置網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn),就可以節(jié)省2GGMSC(移動(dòng)關(guān)口局)~IJR4GMSCSERVER的長(zhǎng)途鏈路.WGDMAR4核心網(wǎng)軟交換可以為下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)提供實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的呼叫控制和連接控制功能,是下一代網(wǎng)絡(luò)呼叫與控制的核心.1.2語(yǔ)音業(yè)務(wù)的IP化原理鑒于中國(guó)聯(lián)通現(xiàn)在的WCDMA核心網(wǎng)絡(luò)情況,cS域中語(yǔ)音的lP化演進(jìn)問(wèn)題是非常關(guān)鍵的,然后是在新的全fP結(jié)構(gòu)中fMs視頻 的開(kāi)展.語(yǔ)音IP化涉及語(yǔ)音編碼技術(shù),分組喪失補(bǔ)償和回波抵消技術(shù).WCDMA網(wǎng)和傳統(tǒng)的語(yǔ)音 (PSTN)廣泛使用PCM語(yǔ)音編碼(G711)技術(shù)(包括采樣,量化,編碼3個(gè)緩環(huán)節(jié)).比特率為64kbit/s,而且每次通話時(shí)都要建立一個(gè)獨(dú)享的64kbit/s信道.這樣雖然語(yǔ)音質(zhì)量高.但浪費(fèi)帶寬.WCDMA核心網(wǎng)Cs域IP化后.承載層由TDM改變?yōu)镮P.WCDMA采用的壓縮語(yǔ)音編碼AMR(AdaptiveMulti-Rate)就可以在核心網(wǎng)中透明傳送.AMR提供8種編碼速率,編碼從475kbit/s~112.2kbit/s.可以節(jié)省帶寬資源.2WCDMA軟交換接HIP承載協(xié)議棧內(nèi)容中國(guó)聯(lián)通現(xiàn)有WCDMA核心網(wǎng)Cs域的lP化應(yīng)首先解決WCDMAR4與2G混合組網(wǎng)中MC,NC,NB這3個(gè)接口的IP化問(wèn)題.這3個(gè)接口的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)分析如下.2.1MC口議棧結(jié)構(gòu)MC口是MSCServer~EIMGW實(shí)現(xiàn)交互信息的根本接口,采用Megaco/H.248協(xié)議(MediaGatawayControlprotocal,簡(jiǎn)稱(chēng)為H.248協(xié)議).該協(xié)議是1ETF,ITU—T制定的媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議,屬于非對(duì)等協(xié)議.作為MSCServer對(duì)MGW的控制協(xié)議在MSCServer的控制下.完成MGW中的對(duì)媒體網(wǎng)關(guān)通道和承載通道的屬性配置,建立和撤除連接等操作.MGW只是根據(jù)MSCServer的命令指示,被動(dòng)地完成操作,并將發(fā)生的事件上報(bào)給MSCServer.H.248協(xié)議屬于點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議.它不存在路由尋址問(wèn)題.移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)MobileNetwork2.2NC口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)NC口是MSCSERVER與MSCSERVER傳遞BICC(BearerIndependentCalIContro1)協(xié)議的接口,它是直接面向電話業(yè)務(wù)的應(yīng)用提出來(lái)的,具有更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)捏w系結(jié)構(gòu).3GPP標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有指定NC接口采用哪一種信令,但業(yè)界一般采用BICC(ITU-TQ1901).BfCC是3GPP標(biāo)準(zhǔn)中唯一被提到的NC接口信令(TS23205)是電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)時(shí)為了在分組網(wǎng)絡(luò)中支持傳統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)而產(chǎn)生的.尤其適合對(duì)分組話音的控制.BlCC協(xié)議通過(guò)IP承載有兩種方式,當(dāng)采用3GPP建議的M3uA/scTP/IP承載時(shí).由于M3UA中包含了目的信令點(diǎn)信息.可以通過(guò)信令網(wǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā):當(dāng)BfCC直接承載在SCTP上時(shí),為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式,可直接承載在lPF-J上而不需要信令網(wǎng)轉(zhuǎn)接省際BlCC信令.BlCC和H248一起為IPBCP和BCTP提供透明傳輸隧道.2.3NB口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)NB13是MGw與MGW之間的接13,用于承載用戶平面數(shù)據(jù)(語(yǔ)音和可視 ).現(xiàn)網(wǎng)為PcM承載,語(yǔ)音編碼采用G711格式.JP承載業(yè)務(wù)時(shí)IP層之上采用無(wú)連接的UDP協(xié)議,用戶層面使用RTP(ReaI-timeTransportPr0t0c0I)實(shí)時(shí)傳送協(xié)議.完成NB口上的音頻和視頻分組數(shù)據(jù)包的承載功能.語(yǔ)音編解碼采用AMR(AdaptiVeMulti—Rate),最大編碼速率為122kbit/s.3基于全I(xiàn)P組網(wǎng)方案的組網(wǎng)原那么3.1信令組網(wǎng)原那么信令網(wǎng)為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的重要組成局部,以lP方式承載信令是信令網(wǎng)的開(kāi)展方向.采用SIGTRAN技術(shù)組建新一代lP信令網(wǎng).將簡(jiǎn)化信令網(wǎng)的結(jié)構(gòu)提高信令容量.降低信令傳輸本錢(qián).信令組網(wǎng)采用分層結(jié)構(gòu),選擇某一個(gè)MSCServer或sG兼作省內(nèi)及省問(wèn)的信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)(STP),承載MSCServer之間,MSCServer與HLR之間以及MSCServer與業(yè)務(wù)控制點(diǎn)(SCP)之間的與承載無(wú)關(guān)的呼叫控制(BlCC),移動(dòng)應(yīng)用局部(MAP),CAMEL應(yīng)用局部(CAP)信令轉(zhuǎn)接.IPSTP問(wèn)使用MTP3/M2PA/SCTP/IP協(xié)議棧,M2PA協(xié)議是目前SIGTRAN協(xié)議棧中唯一能夠組建lP信令網(wǎng)的協(xié)議.具有較強(qiáng)的信令組網(wǎng)能力.在IP信中國(guó)無(wú)線電2021年第l期63移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)MobileNetwork令網(wǎng)中保存MTP3功能可繼承原有信令網(wǎng)管理和維護(hù)體制.省間新建LSTP首先采用IPSTP,最終升級(jí)為HSTP.MGW作為信令網(wǎng)關(guān)與PSTN相連.并負(fù)責(zé)TDM到IP信令承載層的轉(zhuǎn)換.3.2話務(wù)組網(wǎng)原那么當(dāng)全網(wǎng)采用IP骨干網(wǎng)(見(jiàn)圖2)傳輸技術(shù)時(shí).整個(gè)移動(dòng)網(wǎng)可采用最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)即平面化的全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),承載可以看做在一個(gè)平面上交互.不需要引入會(huì)聚交換機(jī).位于用戶層面的媒體網(wǎng)關(guān)(MGW)只要連至其相鄰的IP路由交換處,省問(wèn)話務(wù)的路由交換功能可由IP骨干網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成.各MGW需要配置TDM接口直接與本地PSTN相連,TDM(2M)或ATM接口與BSC,RNC相連.團(tuán)/一———0圖2WCDMA核心網(wǎng)cs域lP后組網(wǎng)拓?fù)鋱D4山西聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)IP化改造方案4.1SCTP多歸屬改造山西聯(lián)通現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的MSCS和MGW之間是通過(guò)CE接入信令網(wǎng).在改造時(shí)將原有的單lP對(duì)接改為了雙IP對(duì)接,給MSC,MGW分別新增一個(gè)IP地址與原有的一對(duì)lP地址分別接一個(gè)CE.CE之間也可以互通,這樣設(shè)備端只要保證MSC,MGW各有一個(gè)IP地址可用.有一個(gè)CE正常工作,業(yè)務(wù)就不會(huì)受阻.4.2NC口IP化山西聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)中MSCSERVER間的NC口沒(méi)有直接電路連接(通過(guò)L局或MGW轉(zhuǎn)接).NC口IP化需要同NB口一并考慮,因?yàn)镹C口協(xié)議(B『CC)是控~IJNB口必需的協(xié)議,也就是MGW間中繼的IP化.這是IP扁平化的第一步山西聯(lián)通綜合關(guān)口局已是軟交換形式.按照扁平化開(kāi)展64中聞無(wú)線電20I】年第1期思路即可同GMSCSEVER/GMGW對(duì)接.實(shí)現(xiàn)lP承載.4.3數(shù)據(jù)配置在SCTP多歸屬改造中.給MSC,MGW分別增加一個(gè)IP地址,然后將MSC,MGW之間的H.248鏈路,M3UA鏈路全部由原來(lái)的單信令點(diǎn)對(duì)接改為雙信令點(diǎn)對(duì)接.在IP對(duì)接中.信令由原來(lái)的通過(guò)電路中的某個(gè)時(shí)隙的對(duì)接改為了通過(guò)cEIP對(duì)接.原來(lái)是由MSC之間的N7LNK直接對(duì)接.或者通過(guò)MGW進(jìn)行轉(zhuǎn)接.現(xiàn)在直接在需要對(duì)接的MSC之間進(jìn)行M3UA對(duì)接.5核心網(wǎng)IP化的優(yōu)點(diǎn)核心網(wǎng)IP化是R4版本最理想的組網(wǎng)方案.平面式JP網(wǎng)結(jié)構(gòu).承載在一個(gè)平面上交互.充分發(fā)揮運(yùn)營(yíng)商完善的IP骨干網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì).語(yǔ)音數(shù)據(jù),信令承載共用一套IP骨干網(wǎng).利于降低網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)本錢(qián)和維護(hù)本錢(qián).電路域采用用戶面(話務(wù))和控制面(信令)承載別離的結(jié)構(gòu).使得Msc效勞器,R可以集中放置,提高了組網(wǎng)的靈活性.6小結(jié)中國(guó)聯(lián)通WCDMA網(wǎng)絡(luò)Cs域的IP化是通信技術(shù)開(kāi)展的必然趨勢(shì).也是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程.WCDMAR4版本核心網(wǎng)的軟交換架構(gòu),實(shí)現(xiàn)了控制與承載的別離,是移動(dòng)網(wǎng)和固網(wǎng)軟交換融合的起點(diǎn).核心網(wǎng)Cs域的IP化將會(huì)推動(dòng)WCDMA全網(wǎng)IP化進(jìn)程.隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)lP化的開(kāi)展.移動(dòng)2G/3G核心網(wǎng)設(shè)備,無(wú)線側(cè)設(shè)備以及PSTN網(wǎng)絡(luò)需要通過(guò)cE路由器會(huì)聚.再接入IP承載專(zhuān)網(wǎng)通過(guò)不同的VPN進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā).由于CE路由器網(wǎng)絡(luò)需要承載語(yǔ)音以及流媒體等高價(jià)值業(yè)務(wù),因此對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)的可靠性,平安性以及效勞質(zhì)量(QOS)將提出了更高的要求.■。