Gb over IP技術(shù)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用new

1、Gb over IP技術(shù)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用泰爾網(wǎng) 2009-12-10 10:57:21 來源電信網(wǎng)技術(shù)作者楚 印 諾基亞西門子通信1 引言承載網(wǎng)絡(luò)采用IP技術(shù)是今后電信網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一。通過采用統(tǒng)一的IP骨干網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化與優(yōu)化，支持組網(wǎng)的靈活性和傳輸帶寬的最佳利用，從而為移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商節(jié)省網(wǎng)絡(luò)投資和運(yùn)維開銷。目前，國(guó)內(nèi)各運(yùn)營(yíng)商都在經(jīng)歷著從2G到3G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)演化和遷移。在此過程中，終端用戶接入速度明顯提升，數(shù)據(jù)流量也急速增長(zhǎng)。這些增長(zhǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)也提出了更高的要求，不僅需要能夠靈活地處理峰值流量的沖擊，而且能夠在需要時(shí)迅速、簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)容，同時(shí)還要保證電信網(wǎng)絡(luò)的安全性和健壯性。在

2、這種條件下，原來基于幀中繼的Gb鏈路已經(jīng)不能滿足新的要求，在IP網(wǎng)絡(luò)上承載Gb業(yè)務(wù)流已成為迫切的需要。在這樣的背景下，擁有許多成功商用Gb over IP案例的諾基亞西門子通信攜手中國(guó)移動(dòng)通信一起，在其GPRS/EDGE網(wǎng)絡(luò)上實(shí)施Gb接口IP化改造方案，僅河南移動(dòng)就有15臺(tái)SGSN，400多個(gè)BSC，8000多個(gè)PCU運(yùn)行在Gb over IP網(wǎng)絡(luò)中，全省共節(jié)約E1電路1000余條。2 Gb over IP的技術(shù)原理2.1 Gb over IP接口的協(xié)議棧Gb接口位于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)中的BSS和SGSN之間，用來傳送SGSN和BSC之間的信令和用戶數(shù)據(jù)。Gb over IP（3GPP TS

3、 48.016）與Gb over FR相比并沒有本質(zhì)的區(qū)別（見圖1），主要改變是在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層從原來的幀中繼承載改變?yōu)镮P/UDP承載，通過基于IP的路由尋址完成Gb接口的信令和數(shù)據(jù)交換。而其上層的其他協(xié)議和應(yīng)用并沒有任何改變。圖1 Gb over IP和Gb over FR協(xié)議棧的比較在幀中繼承載方式中，（NSEI，NSVCI）對(duì)應(yīng)于存在于PCU和SGSN間幀中繼承載中的永久虛連接，而在IP承載的Gb口中，（NSEI，NSVCI）則最終通過源/目標(biāo)地址端口四元組（IPs，UDPs，IPdst，UDPdst）來進(jìn)行標(biāo)識(shí)（見圖2）。通過該四元組，可以明確標(biāo)識(shí)PCU和SGSN間的一條鏈路。NS-VL

4、是對(duì)應(yīng)著本端（PAPU或PCU）的UDP/IP Endpoint，它是NS層與下層L2通信的路徑。一個(gè)NS-VL可以服務(wù)于多個(gè)NV-VC link。而NSEI主要是為了實(shí)現(xiàn)Gb口接口鏈路管理，同一NSEI組內(nèi)的多條NSVC可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分擔(dān)和互為備份的作用。在IP作為承載的Gb鏈路中，BSS/SGSN的同一NSEI組中的多條NSVC，可以IP地址不同，也可以IP地址相同，而端口不同，配置上的靈活性非常強(qiáng)。圖2 NS-VL、NS-VC和NSEI的示例2.2 Gb over IP的配置模式諾基亞西門子通信的Gb over IP解決方案支持靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種配置模式，兩者的區(qū)別在于對(duì)NS-VC的定義上，靜

5、態(tài)配置模式需要手動(dòng)去定義所有相關(guān)參數(shù)，而動(dòng)態(tài)則只需要定義部分參數(shù)，其余的配置信息則由PCU和SGSN兩端協(xié)商產(chǎn)生，具體的描述如下：（1）靜態(tài)配置模式在靜態(tài)配置模式下，每一條NSVC在PCU和SGSN兩端都需要明確定義：NSVCI，NSEI，PCU ID（或SGSN PAPU ID），IPs+UDPs，IPdst+UDPdst，Data Weight，Signaling Weight。兩端配置都完成后，當(dāng)激活NS-VC鏈路時(shí)，BSC或SGSN會(huì)向?qū)Χ税l(fā)送NS-ALIVE消息；在收到該消息之后，SGSN或BSC會(huì)向?qū)Χ嘶貞?yīng)NS-ALIVE-ACK消息，至此該流程結(jié)束，這時(shí)的BSC和SGSN會(huì)在本端

6、將NS-VC狀態(tài)置為工作狀態(tài)，并開始傳輸信令和用戶數(shù)據(jù)流量。隨后的BSC或SGSN會(huì)每隔NS-test Timer后發(fā)送一個(gè)NS-ALIVE消息給對(duì)端，來確認(rèn)鏈路狀態(tài)是否正常。（2）動(dòng)態(tài)配置模式在動(dòng)態(tài)配置模式下，只需定義本端的NSE參數(shù)，其它的配置信息是由鏈路兩端網(wǎng)元的Sub-Network層的自動(dòng)協(xié)商流程來完成的。其自協(xié)商流程有SIZE，CONFIG，ADD，DELETE，CHANGE-WEIGHT等。該流程首先是BSC發(fā)送一個(gè)SNS-SIZE 給SGSN，內(nèi)容包含Reset標(biāo)識(shí)、最大可配置的NS-VC數(shù)量，以及BSC側(cè)配置的IP Endpoint的數(shù)量。SGSN收到后會(huì)依據(jù)此計(jì)算出全互連狀

7、態(tài)下需要的NS-VC的數(shù)量，如果它小于等于BSS可以配置的最大NS-VC的數(shù)量，則這次SIZE流程就被SGSN接受。如果SIZE流程成功，接下來BSS會(huì)繼續(xù)發(fā)送SNS-CONFIG給SGSN。如果SIZE流程不成功，則SGSN會(huì)在SNS-SIZE-ACK中用Cause Code為“Invalid Number of NS-VCs”，“Invalid Number of IP4 Endpoints”，“Invalid Number of IP6 Endpoints”來通知BSS。CONFIG流程用來交換該NSEI兩端的配置信息。首先BSC會(huì)發(fā)送所有自己要配置的IP Endpoint信息給SGSN

8、，SGSN收到后會(huì)回復(fù)SNS-CONFIG-ACK給BSS。隨后SGSN會(huì)將自己的配置信息通過SNS-CONFIG PDU發(fā)送給BSS，BSC收到后也回復(fù)SNS-CONFIG-ACK消息。所有流程完成后，BSC側(cè)的IP Endpoint會(huì)向?qū)?yīng)的SGSN側(cè)的IP Endpoint發(fā)送NS-ALIVE消息來激活NS-VC（見圖3）。圖3 SNS SIZE和CONFIG流程動(dòng)態(tài)配置模式下還有ADD和DELETE流程，用來增加和刪減IP Endpoint，以及CHANGEWEIGHT流程用來通知對(duì)端本網(wǎng)元的Signalling Weight或Data Weight發(fā)生了變化。（3）負(fù)載分擔(dān)Gb ov

9、er IP支持同一NSE下多條NSVC之間的負(fù)荷分擔(dān)，而不管是動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)模式，每條NSVC所承載業(yè)務(wù)量的多少由定義的權(quán)重Weight來決定（包含Data Weight和Signaling Weight），Weight越大，該鏈路所承載的業(yè)務(wù)量的比例越高。為避免IP數(shù)據(jù)包在選擇不同路徑時(shí)，出發(fā)和到達(dá)順序不一致，通常同一TLLI的數(shù)據(jù)包只選擇一條NSVC通過，后續(xù)的數(shù)據(jù)包不再進(jìn)行路徑選擇。3 Gb over IP的組網(wǎng)IP的組網(wǎng)方式可以靈活多變，但如何合理有效地利用現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)資源，并能夠保證GPRS網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性、擴(kuò)展性以及有效地減少IP網(wǎng)絡(luò)中的抖動(dòng)和時(shí)延以保證業(yè)務(wù)的QoS，是Gb ov

10、er IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)施前要考慮的幾大要素。如圖4所示，運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)PCU和SGSN所在的位置和地域不同，分為同城市共機(jī)房、同城市不共機(jī)房以及不同城市等組網(wǎng)方案。3種方案中都利用了已有的IP網(wǎng)作為承載，并在接入層面做冗余性設(shè)計(jì)（如使用OSPF，VRRP，MSTP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議），另外可以利用IP承載網(wǎng)中的MPLS技術(shù)將Gb業(yè)務(wù)和其它業(yè)務(wù)流進(jìn)行分離（如Gn，Gi，Gp等），這樣既保障了QoS又提高了安全性。圖4 Gb over IP的組網(wǎng)方式4 Gb over IP的優(yōu)勢(shì)4.1 投資成本的減少（1）E1的投資節(jié)省由于Gb接口IP化擺脫了對(duì)傳統(tǒng)幀中繼網(wǎng)絡(luò)中E1電路的依賴，只需承載于現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)上即可，從

11、而可以大大地降低對(duì)傳輸資源的投入和占用。（2）網(wǎng)絡(luò)利用率提升由于傳統(tǒng)幀中繼網(wǎng)絡(luò)為鏈路獨(dú)占方式，虛鏈路的帶寬始終限制著PCU下業(yè)務(wù)量的增長(zhǎng)。而GPRS業(yè)務(wù)有很大的潮汐效應(yīng)，由此造成同一時(shí)間內(nèi)富余的Gb鏈路資源得不到釋放，而業(yè)務(wù)量增長(zhǎng)的地方，帶寬又得不到保證，這樣就造成鏈路帶寬利用率不高的問題。而IP承載中的帶寬共享的特性，能夠有效地解決這個(gè)問題。（3）充分利用現(xiàn)有資源由于國(guó)內(nèi)各運(yùn)營(yíng)商均建有自己成熟且完備的IP承載網(wǎng)，因此不需要新建網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)Gb接口的IP化，只需利用現(xiàn)有資源即可。4.2 運(yùn)維成本的減少（1）簡(jiǎn)化的Gb鏈路調(diào)整傳統(tǒng)幀中繼網(wǎng)絡(luò)下的Gb擴(kuò)容或Gb調(diào)整工作，由于近年來業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展而變得

12、越來越多，再加上例行的軟、硬件維護(hù)而產(chǎn)生的Gb調(diào)整，這些都需要前期網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和后期的操作實(shí)施，從而浪費(fèi)了大量的維護(hù)成本。Gb接口IP化使得Gb帶寬擴(kuò)容的概念轉(zhuǎn)化為設(shè)備容量的擴(kuò)充和IP帶寬資源的擴(kuò)充，調(diào)整的頻率因此被大大降低。諾基亞西門子的Gb over IP解決方案支持使用域名解析的方式來尋找對(duì)端的IP Endpoint，網(wǎng)絡(luò)調(diào)整時(shí)只需更新DNS和SGSN上的配置信息，即可完成Gb接口遷移的工作，而無需像傳統(tǒng)模式下既要跳接電路，又要手動(dòng)修改或創(chuàng)建兩端網(wǎng)元的配置數(shù)據(jù)，從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)中斷的時(shí)間。（2）統(tǒng)一的IP網(wǎng)維護(hù)傳統(tǒng)幀中繼網(wǎng)絡(luò)下由于Gb接口占用大量的E1端，這些E1電路經(jīng)常會(huì)由于誤碼和滑碼過

13、多而造成Gb鏈路的中斷或閃斷。Gb接口的IP化使Gb接口也納入IP網(wǎng)綜合維護(hù)的范圍之內(nèi)，從而使分組域核心網(wǎng)的各個(gè)接口都?xì)w屬到同一維護(hù)部門，讓維護(hù)工作更加高效、有序。（3）簡(jiǎn)化的IP連接傳統(tǒng)幀中繼網(wǎng)絡(luò)下的SGSN和BSC，其Gb接口通常需要從設(shè)備上引出很多條E1電路到傳輸網(wǎng)。而IP化改造后，只用幾根光纖和網(wǎng)線就可以解決問題。4.3 穩(wěn)定性和可靠性提高（1）IP承載網(wǎng)提供更好的冗余性傳統(tǒng)的幀中繼連接方式通常沒有備份機(jī)制，一旦傳輸出現(xiàn)問題，就會(huì)造成Gb接口中斷進(jìn)而影響業(yè)務(wù)使用。而運(yùn)營(yíng)商的IP承載網(wǎng)通常具有良好的冗余性和可靠性，從接入層面到匯聚層面都有良好的保護(hù)功能，動(dòng)態(tài)路由，VRRP和STP等被廣泛

14、應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都為業(yè)務(wù)保護(hù)和快速恢復(fù)提供了有力的保障。（2）業(yè)務(wù)恢復(fù)快傳統(tǒng)幀中繼網(wǎng)絡(luò)中，一旦出現(xiàn)SGSN故障或傳輸中斷，常常需要重新布放傳輸和重新配置數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)往往要很長(zhǎng)時(shí)間才能得到恢復(fù)。而Gb over IP以后，一旦SGSN出現(xiàn)問題，只需在備份的SGSN上添加數(shù)據(jù)和修改IP網(wǎng)的路由指向即可，業(yè)務(wù)在幾分鐘內(nèi)即可得到恢復(fù)，從而有效地保護(hù)了投資及維持了用戶感知。（3）Multi-Gb需要Gb over IP支持Gb over IP為SGSN Pool的網(wǎng)絡(luò)實(shí)施打下了基礎(chǔ)?；贕b over IP的網(wǎng)絡(luò)只需進(jìn)行數(shù)據(jù)配置即可輕松實(shí)施SGSN Pool。Gb over IP和SGSN Pool的技術(shù)在現(xiàn)網(wǎng)中的實(shí)施，可以大大提高分組域核心網(wǎng)的可靠性和抗沖擊性。4.4 更利于平滑演進(jìn)（1）IP化和FR可以共存諾基亞西門子通信的Gb over I