WCDMA R4分組域規(guī)劃

摘要　本文就WCDMA R4版本核心網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)進行了介紹，詳細分析了R4核心網(wǎng)分組域的演進，最后提出了分組域規(guī)劃中網(wǎng)元設(shè)置、帶寬計算的方法。

1、引言

　　目前3GPP已經(jīng)定義了WCDMA R99、R4、R5、R6等多個版本，主流廠家的WCDMA R4產(chǎn)品已趨于成熟，并且引入了軟交換的概念，目前國內(nèi)各運營商WCDMA規(guī)劃都是基于R4版本的。

2、R4核心網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

　　核心網(wǎng)絡(luò)由PS（Packet Switching）域和CS（Circuit Switching）域組成，CS域基本上采用電路交換方式。R4主要對CS域進行改造，把R99 MSC（Mobile Switch Center）分裂為MSC Server和媒體網(wǎng)關(guān)MGW（Media GateWay），引入了軟交換的概念，實現(xiàn)控制與承載分離。

　　下面主要研究R4版本核心網(wǎng)分組域的規(guī)劃，首先來看一下分組域在核心網(wǎng)中的位置，如圖1所示，WCDMA R4核心網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。

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圖1　WCDMA R4核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　WCDMA R4核心網(wǎng)中主要網(wǎng)元：

　?。?）CS域：包括MSC服務(wù)器（MSC Server）、媒體網(wǎng)關(guān)（MGW）、GMSC服務(wù)器（GMSC Server）等。

　?。?）PS域：主要包括服務(wù)GPRS支持節(jié)點（SGSN）、網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點（GGSN）等。

　?。?）CS域和PS域共有：歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權(quán)中心（AuC）等。

　　下面詳細介紹分組域中的主要網(wǎng)元及接口：

　　SGSN：服務(wù)GPRS支持節(jié)點，SGSN提供核心網(wǎng)與無線接入系統(tǒng)BSS、RNS的連接，在核心網(wǎng)內(nèi)，SGSN與GGSN/GMSC/HLR/EIR/SCP等均有接口。SGSN完成分組型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的移動性管理、會話管理等，功能管理MS在移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的移動和通信業(yè)務(wù)，并提供計費信息。

　　GGSN：網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點，GGSN作為移動通信系統(tǒng)與其他公用數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的接口，同時還具有查詢位置信息的功能。如MS被呼時，數(shù)據(jù)先到GGSN，再由GGSN向HLR查詢用戶的當前位置信息，然后將呼叫轉(zhuǎn)接到目前登記的SGSN中。GGSN也提供計費接口。

　　Gi接口：GGSN與Internet的接口，基于TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)外部分組網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)功能，其內(nèi)容為媒體流。

　　Gn接口：同一PLMN內(nèi)兩個GSN之間的信令接口，在此接口中采用了GPRS隧道協(xié)議GTP（GPRS Tunneling Protocol）。

　　Gs接口：SGSN和MSC Server之間的接口，采用基于No.7信令（使用無連接的SCCP，沒有TCAP）的BSSAP+協(xié)議來完成信令互通的功能，SGSN向MSC Server發(fā)送移動用戶的位置信息，同時接收MSC Server的尋呼請求。

　　Gr接口：SGSN與歸屬位置寄存器HLR之間的接口，SGSN通過此接口獲取HLR中的用戶信息，采用基于No.7信令系統(tǒng)中的MAP協(xié)議實現(xiàn)。

　　Iu-PS接口：SGSN與RNC之間的接口，用于傳送會話管理信息和移動性管理信息。

3、核心網(wǎng)分組域的演進

　　核心網(wǎng)分組域在網(wǎng)絡(luò)演進過程中保持了設(shè)備形態(tài)和設(shè)備功能的穩(wěn)定性、延續(xù)性，提供了設(shè)備平滑演進的基礎(chǔ)。未來無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的巨大發(fā)展?jié)摿?，要求分組域設(shè)備處理能力呈幾何級翻番，處理能力將成為分組域設(shè)備平滑演進的關(guān)鍵。

　　R99/R4核心網(wǎng)分組域架構(gòu)和GPRS保持一致，核心網(wǎng)分組域和接入網(wǎng)之間引入基于ATM承載的Iu-PS接口，如圖2所示。

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圖2　核心網(wǎng)分組域的演進

　　移動核心網(wǎng)絡(luò)分組域核心網(wǎng)絡(luò)的演進比較平坦，短期內(nèi)可實現(xiàn)GPRS與WCDMA分組核心網(wǎng)絡(luò)的融合。

4、核心網(wǎng)分組域的建設(shè)模式

　　對于R4分組域核心網(wǎng)的演進一般有兩種演進模式，如圖3所示。

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圖3　分組域核心網(wǎng)演進的兩種組網(wǎng)形態(tài)

　　4.1　合建模式

　　對現(xiàn)有GSM/GPRS網(wǎng)中的SGSN、GGSN，進行軟、硬件升級改造，支持Iu-PS接口，并對GPRS網(wǎng)中的相關(guān)設(shè)備進行相應(yīng)的軟件升級。用一個設(shè)備同時提供2G/3G接口，同時為2G/3G用戶提供業(yè)務(wù)。

　　優(yōu)點：分組域網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一，結(jié)構(gòu)清晰；充分利用GPRS網(wǎng)絡(luò)資源，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)投資；提高系統(tǒng)間數(shù)據(jù)切換成功率。

　　缺點：部分現(xiàn)網(wǎng)分組域設(shè)備系統(tǒng)容量小，技術(shù)起點低，沒有持續(xù)演進能力。

　　適用范圍：3G業(yè)務(wù)量不大，系統(tǒng)有容量的地區(qū)；廠家設(shè)備支持升級。

　　4.2　分建模式

　　新建R4 SGSN、GGSN，2G/3G用戶業(yè)務(wù)由2G和3G設(shè)備分別提供，部分設(shè)備仍需要具有同時支持2G/3G業(yè)務(wù)的能力。

　　優(yōu)點：對現(xiàn)網(wǎng)影響較小；工程實施相對簡單。

　　缺點：核心網(wǎng)分組域劃分為兩張網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)資源不能共享；初期投資較大。

　　適用范圍：3G業(yè)務(wù)量較大，系統(tǒng)沒有容量的地區(qū)；廠家設(shè)備不支持升級。

　　技術(shù)的發(fā)展趨勢上看，GPRS和WCDMA PS的核心技術(shù)發(fā)展是完全一致的，標準也完全融合，因此合建方案在技術(shù)上不存在任何問題。

　　從網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢上看，GPRS作為3G的鋪墊，網(wǎng)絡(luò)不可能永久地停留在GPRS階段，GPRS向3G發(fā)展是必然的。從長遠性來講，GPRS和WCDMA PS二者是融合性的。

5、分組域網(wǎng)元設(shè)置原則

　　分組域網(wǎng)元設(shè)置

　　主要指GGSN、SGSN的設(shè)置，GGSN和SGSN可以設(shè)置在同一地點，也可以分開設(shè)置，一般按省考慮。

　　5.1　SGSN設(shè)置原則

　　SGSN應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)量大小和分布情況，可以在每個省以至每個本地網(wǎng)中設(shè)置一個或若干個SGSN，一個SGSN可以服務(wù)于一個或若干個本地網(wǎng)。

　　在規(guī)劃期內(nèi)，建議以省為單位設(shè)置SGSN。SGSN設(shè)置盡量貼近用戶側(cè)設(shè)置，但當SGSN數(shù)目較少時可采用與GGSN放在同一機房的子網(wǎng)中。

　　5.2　GGSN設(shè)置原則

　　省層面的GGSN按省、自治區(qū)、直轄市設(shè)置。對于業(yè)務(wù)量較大的省，可以在省內(nèi)設(shè)置多套GGSN，這些GGSN采取輪詢的方式選擇GGSN，即每個GGSN分別與省內(nèi)的SGSN呈星形連接，以保證GGSN負載均衡和冗余備份。

　　5.3　SGSN/GGSN的連接

　?。?）SGSN與GGSN位于同一節(jié)點時，Gn通過局域網(wǎng)連接；

　?。?）位于不同節(jié)點，通過承載網(wǎng)連接；建議運營商使用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)承載。若采用IP承載網(wǎng)，建議在Gn接口處設(shè)置防火墻：在各個節(jié)點局域網(wǎng)與現(xiàn)有IP網(wǎng)連接處設(shè)置防火墻，通過地址過濾和端口過濾方式保證Gn接口安全。

6、接口帶寬計算

　　分組域規(guī)劃設(shè)計中，比較重要的一環(huán)就是要對各接口帶寬進行計算，下面列出了分組域中比較重要的接口的計算方法。

　　6.1　Gi接口

　　Gi接口帶寬=用戶數(shù)×忙時附著用戶比例×忙時用戶集中系數(shù)×每用戶忙時平均分組業(yè)務(wù)量×承載網(wǎng)所需要的冗余系數(shù)

　?。?）忙時附著用戶比例：指忙時開機的用戶中手機具有GPRS功能、并被允許使用分組業(yè)務(wù)占所有用戶數(shù)的比例，該比例對SGSN的數(shù)量有直接的影響。

　　該比例受用戶未開機、用戶未開通分組業(yè)務(wù)，部分終端支持關(guān)閉GPRS、低端手機不支持GPRS功能等因素影響。

　?。?）忙時用戶集中系數(shù)：指忙時附著用戶中同時激活PDP的比例，該比例和忙時用戶附著比例的乘積對GGSN的數(shù)量有直接的影響。

　　該比例受用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的使用程度影響。

　　6.2　Gn接口

　　Gn接口帶寬=用戶數(shù)×忙時附著用戶比例×忙時用戶集中系數(shù)×每用戶忙時平均分組業(yè)務(wù)量×承載網(wǎng)所需要的冗余系數(shù)×（IP包平均長度+GTP頭長度+UDP包頭長度+IP包頭長度）/IP包平均長度。

　　6.3　Gs接口

　　忙時Gs信令流量=用戶數(shù)×忙時用戶附著比例×（忙時用戶Attach次數(shù)×聯(lián)合位置更新比例×GPRS聯(lián)合位置更新平均消息長度+每用戶MM消息次數(shù)×平均消息長度+每用戶MS消息次數(shù)×平均消息長度+每用戶非GPRS提醒次數(shù)×平均消息長度+CS發(fā)來的用戶尋呼次數(shù)×平均消息長度+RA/LA聯(lián)合位置更新次數(shù)×平均消息長度）

　　6.4　Gr接口

　　忙時Gr信令流量=忙時附著用戶數(shù)量×（忙時用戶鑒權(quán)次數(shù)×平均消息長度+忙時用戶attach次數(shù)×平均消息長度+忙時用戶SGSN間路由區(qū)更新次數(shù)×平均消息長度+忙時用戶detach次數(shù)×平均消息長度+HLR插入刪除用戶數(shù)據(jù)×平均消息長度）

　　Gs、Gr接口既可以在TDM承載也可以在IP承載，不同承載方式的接口計算稍有不同，這里不再贅述。

7、結(jié)束語

　　WCDMA R4核心網(wǎng)分組域建設(shè)是一個相對平滑的演進過程，從2G向3G的過渡階段，一定要保證現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)的安全，采用最合理的核心網(wǎng)規(guī)劃設(shè)置方案，保護現(xiàn)網(wǎng)資源，節(jié)省建設(shè)投資，避免造成不必要的浪費。