[摘要] 本文通過分析現(xiàn)有GSM核心網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、運(yùn)維、安全、業(yè)務(wù)提供能力等方面的現(xiàn)狀和劣勢，提出了利用軟交換來優(yōu)化現(xiàn)有的GSM核心網(wǎng)的方案，通過該優(yōu)化使得現(xiàn)有GSM核心網(wǎng)在上述各方面的問題都得到解決的同時(shí)為向3G網(wǎng)絡(luò)電路域的平滑演進(jìn)提供了良好的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。
1、GSM核心網(wǎng)現(xiàn)狀
目前國內(nèi)運(yùn)營的GSM網(wǎng)絡(luò)包括中國移動的GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)及中國聯(lián)通的GSM網(wǎng)絡(luò)，其中中國移動的GSM網(wǎng)絡(luò)為世界上容量最大、用戶最多的移動通信網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)容量和用戶數(shù)均已經(jīng)超過3億戶。中國聯(lián)通的GSM網(wǎng)絡(luò)容量也已經(jīng)超過1億，用戶數(shù)接近1億。從建設(shè)和使用年限來看，中國移動的GSM網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)超過15年，中國聯(lián)通GSM網(wǎng)絡(luò)也已經(jīng)超過10年。
就核心網(wǎng)層面來看，中國移動GSM／GPRS核心網(wǎng)包括電路域和分組域2個(gè)部分，中國聯(lián)通GSM網(wǎng)絡(luò)由于各種原因目前部分省的網(wǎng)絡(luò)未能提供分組域業(yè)務(wù)。從電路域來看，兩者的網(wǎng)絡(luò)都幾乎是一樣的�；疽灾陛犑校丶壥袨閱挝贿M(jìn)行本地網(wǎng)的設(shè)置以及網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與建設(shè)。如圖1所示。
圖1 本地網(wǎng)GSM核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
無論中國移動GSM網(wǎng)絡(luò)還是中國聯(lián)通的GSM網(wǎng)絡(luò)，其覆蓋面積都非常大，由于受自然條件、人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異導(dǎo)致的通信需求和通信消費(fèi)的差別也非常大，不同地區(qū)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模差異非常大，同時(shí)由于現(xiàn)有GSM核心網(wǎng)能力的限制，不同地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)各自有突出的問題，主要包括以下幾個(gè)方面。 �。�1）設(shè)備容量小、處理能力低�，F(xiàn)有GSM核心網(wǎng) 交換機(jī)設(shè)備容量小，處理能力低，數(shù)量多，不符合“大容量，少局所”的發(fā)展趨勢。特別對于比較發(fā)達(dá)的東部沿海地區(qū)，隨著用戶數(shù)的不斷增長，每年均需要進(jìn)行比較繁重的新建局和擴(kuò)容局的工作，除了新增網(wǎng)元的安裝調(diào)測外，還包括繁重的電路割接、局?jǐn)?shù)據(jù)加載及網(wǎng)絡(luò)調(diào)整的工作。造成了巨大的工程建設(shè)壓力，也給網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定帶來了一定的隱患。 �。�2）業(yè)務(wù)提供能力差，升級費(fèi)用高。為了在全網(wǎng)提供各種新業(yè)務(wù)，除了在SCP上加載上述業(yè)務(wù)外，數(shù)量龐大的GSM MSC交換機(jī)成了業(yè)務(wù)快速推廣的瓶頸。由于MSC數(shù)量多，為了實(shí)現(xiàn)對新業(yè)務(wù)的觸發(fā)，幾乎必須升級現(xiàn)網(wǎng)所有的MSC，升級費(fèi)用高，升級周期長，大大地延誤了業(yè)務(wù)推出的時(shí)機(jī)，影響了網(wǎng)絡(luò)的盈利能力。部分相對落后的省市用戶數(shù)量少，但需升級的MSC數(shù)量不少（以地市為單位設(shè)置MSC），考慮到業(yè)務(wù)收益與成本的關(guān)系，往往錯(cuò)過了升級的機(jī)會，使用戶無法享受更加豐富多樣的 增值業(yè)務(wù)，比如部分省的GSM網(wǎng)絡(luò)由于MSC軟件升級費(fèi)用高，至今仍未提供 彩鈴等有效提升ARPU值的業(yè)務(wù)。 �。�3）設(shè)備利用率不均勻，話務(wù)無法動態(tài)調(diào)整。由于現(xiàn)有MSC之間缺乏有效的資源共享機(jī)制和技術(shù)，MSC之間無法實(shí)現(xiàn)動態(tài)的負(fù)荷均衡，對于擁有若干個(gè)GSM MSC的本地網(wǎng)來說，在部分MSC負(fù)荷過大的情況下，只有采取新建MSC的方式或者將某個(gè)／某幾個(gè)BSC割接至其他負(fù)荷較輕的MSC的方式來實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的均衡。前者則造成建設(shè)投資大，設(shè)備整體利用率不高，后者則造成頻繁的網(wǎng)絡(luò)調(diào)整和巨大的割接工作量。 從網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容規(guī)劃的角度看，MSC之間缺乏資源共享機(jī)制給規(guī)劃造成了更大的難度，由于外部競爭環(huán)境都比較激烈，各本地網(wǎng)用戶發(fā)展要進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測是比較困難的，而本地網(wǎng)MSC的擴(kuò)容規(guī)劃是根據(jù)本地網(wǎng)的用戶和業(yè)務(wù)發(fā)展進(jìn)行的，可能造成的結(jié)果就是部分本地網(wǎng)MSC設(shè)備（或者同一本地網(wǎng)的部分MSC）利用率非常低，部分本地網(wǎng)頻繁擴(kuò)容（或者同一本地網(wǎng)的部分MSC頻繁擴(kuò)容）。 �。�4）本地網(wǎng)維護(hù)力量薄弱，故障恢復(fù)時(shí)間長，影響了服務(wù)質(zhì)量。根據(jù)現(xiàn)有維護(hù)體制，GSM設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)主要依靠各本地網(wǎng)的維護(hù)力量。作為現(xiàn)有GSM MSC，除了日常硬件維護(hù)外，維護(hù)的主要內(nèi)容仍然是數(shù)據(jù)維護(hù)以及網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)，GSM MSC分布廣，數(shù)量多，維護(hù)難度大，特別對于欠發(fā)達(dá)地區(qū)本地網(wǎng)維護(hù)力量薄弱，維護(hù)經(jīng)驗(yàn)不足，容易出現(xiàn)由于維護(hù)經(jīng)驗(yàn)薄弱而造成故障恢復(fù)時(shí)間長，網(wǎng)絡(luò)無法正常運(yùn)行的情況。另外，GSM MSC作為計(jì)費(fèi)點(diǎn)，計(jì)費(fèi)點(diǎn)數(shù)量多，計(jì)費(fèi)傳送網(wǎng)絡(luò)的故障也容易造成原始話單的丟失，影響了計(jì)費(fèi)處理的及時(shí)性。 �。�5）缺乏容災(zāi)方案。不少省市和地區(qū)有較多的返鄉(xiāng)人流，每當(dāng)節(jié)假日設(shè)備會面臨話務(wù)沖擊的考驗(yàn)，現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)端局均沒有容災(zāi)方案，即當(dāng)設(shè)備故障時(shí)，沒有相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)級容災(zāi)備份方案。 2、優(yōu)化方案 上述所有問題都是現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商所面對的問題，從現(xiàn)有基于傳統(tǒng)MSC技術(shù)的能力來看，解決上述問題是比較困難的，惟有采用新技術(shù)來解決上述問題�；谲浗粨Q的GSM核心網(wǎng)優(yōu)化就是一個(gè)較完善的方案，基于軟交換的GSM核心網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。 
圖2 基于軟交換的GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
軟交換技術(shù)是近幾年崛起的一種全新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過控制與承載的分離的體系結(jié)構(gòu)，它將原來相互獨(dú)立的網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)變成一種有機(jī)的整體，從而可以實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)內(nèi)資源的共享和動態(tài)調(diào)配，加上其具有大容量、雙歸屬等特性，能解決現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)存在的問題。
為了更好地闡述上述方案，本文以一個(gè)欠發(fā)達(dá)省的省網(wǎng)改造為例來說明該優(yōu)化方案。
該省現(xiàn)有GSM核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 某省GSM網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
針對該省網(wǎng)存在的上述問題，本文建議采用移動軟交換技術(shù)對現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，其基本步驟包括： 第一步：在省會城市建設(shè)1～2臺集中設(shè)置的MSC，該MSC的MSC Server和MGW部分均放置在同一機(jī)房，將省會城市原MSC下的1～2個(gè)BSC割接到新建MSC下。 第二步：逐步將省會城市現(xiàn)網(wǎng)MSC下所帶BSC逐步割接到新建MSC上，新建MSC繼承原有MSC的全部物理接口：A接口、中繼電路、No.7 信令鏈路。同時(shí)考慮后續(xù)發(fā)展，對新建MSC進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)容。 第一、二步完成后該省核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。
圖4 優(yōu)化第一階段結(jié)構(gòu)圖
第三步：等條件成熟，在非省會城市其他本地網(wǎng)設(shè)置1～2個(gè)MGW，通過 IP網(wǎng)絡(luò)跟省會城市MSC Server相連，形成全省分布式組網(wǎng)。新建各MGW應(yīng)用于各地的交換機(jī)擴(kuò)容，部分存在2個(gè)MGW的本地網(wǎng)可在2個(gè)MGW之間采用局內(nèi)的負(fù)荷均衡技術(shù)，提高A接口的安全性，動態(tài)調(diào)配2個(gè)MGW之間的負(fù)荷。 第四步：隨著話務(wù)量的增長，同時(shí)考慮 網(wǎng)絡(luò)安全性，可以考慮在其他較大的1個(gè)本地網(wǎng)建設(shè)1～2個(gè)MSC Server，將全省各地MGW按照地理位置劃分，各MSC Server按照雙歸屬方式進(jìn)行備份，以加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全性。 第五步：逐步使用各地MGW對現(xiàn)網(wǎng)窄帶交換機(jī)進(jìn)行替換，全省形成基于軟交換的分布式組網(wǎng)。 最后的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)如圖5如示。 
圖5 優(yōu)化目標(biāo)網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
3、目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)與優(yōu)勢
根據(jù)軟交換的特點(diǎn)，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)相比，優(yōu)化完成后的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)將具備以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
3.1 可以實(shí)現(xiàn)集中維護(hù)
大量的數(shù)據(jù)維護(hù)工作集中在了MSC Server上進(jìn)行，維護(hù)投入可以降低到現(xiàn)網(wǎng)的1/N。優(yōu)化前后維護(hù)模式見圖6所示。
圖6 優(yōu)化前后維護(hù)模式的變化示意圖
3.2 業(yè)務(wù)集中加載，統(tǒng)一業(yè)務(wù)出口，大大提高了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供能力
軟交換MSC與SSP和設(shè)置，由MSC Server統(tǒng)一作業(yè)務(wù)處理，整個(gè)省網(wǎng)只有一個(gè)業(yè)務(wù)出口，升級維護(hù)方便，此外，升級過程只是對MSC Server進(jìn)行升級，無需MGW的參與，設(shè)備的安全性進(jìn)一步提高。
3.3 雙歸屬滿足了容災(zāi)的要求，負(fù)荷均衡實(shí)現(xiàn)了不同MGW之間資源的共享
采用MSC Server雙歸屬解決方案，使得每個(gè)MGW都可以連接到兩個(gè)MSC Server，充分保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。另外，傳統(tǒng)的GSM MSC組網(wǎng)模式下，1個(gè)BSC只能和1個(gè)MSC相連，因此當(dāng)1個(gè)BSC到MSC的話務(wù)擁塞并不能將擁塞的話務(wù)疏導(dǎo)到其他MSC下，可能造成話務(wù)擁阻甚至癱機(jī)。而采用軟交換特有的均衡技術(shù)，可以同時(shí)將1個(gè)BSC連接到兩個(gè)MGW上，兩個(gè)MGW可以動態(tài)調(diào)整話務(wù)，保證網(wǎng)絡(luò)的接續(xù)質(zhì)量。雙歸屬及負(fù)荷分擔(dān)示意如圖7所示。
圖7 完善的網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)保護(hù)能力
3.4 無信令點(diǎn)擴(kuò)容
在基于結(jié)構(gòu)軟交換的MSC中，信令處理等都由MSC Server負(fù)責(zé)，MGW不需信令點(diǎn)，因此在需要建設(shè)地區(qū)直接放置MGW的拉遠(yuǎn)即可解決。這樣不僅使得擴(kuò)容非常靈活，而且可以避免申請信令點(diǎn)和MSC號的過程，節(jié)省配合調(diào)整工作量，大大加快工程實(shí)施進(jìn)度。
3.5 后期規(guī)劃和擴(kuò)容工作更加簡單
MSC Server的集中設(shè)置意味著跨本地網(wǎng)資源的利用成了可能，在后期規(guī)劃中，重點(diǎn)在于把握整個(gè)省網(wǎng)的發(fā)展，MSC Server的擴(kuò)容是在對整個(gè)省網(wǎng)發(fā)展進(jìn)行規(guī)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，即使不同本地網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)對呼叫處理能力的需求會出現(xiàn)一定的波動，只要從整個(gè)省的層面來看其對呼叫處理能力的需求保持穩(wěn)定就能保證MSC Server有足夠的呼叫處理和業(yè)務(wù)提供能力。
其次，MGW擴(kuò)容由于幾乎不涉及龐大的數(shù)據(jù)設(shè)置工作，MGW擴(kuò)容工作主要包括硬件擴(kuò)容和增開電路，整個(gè)過程將變得異常簡單，大大減少了工程建設(shè)周期和工程管理成本。
4、優(yōu)化后的目標(biāo)網(wǎng)向3G核心網(wǎng)的演進(jìn)
在獲得3G牌照后，在上述目標(biāo)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，整個(gè)核心網(wǎng)完全可以實(shí)現(xiàn)到3G的平滑演進(jìn)，有效保護(hù)運(yùn)營商在優(yōu)化工程中的投資。優(yōu)化后的目標(biāo)網(wǎng)向3G核心網(wǎng)演進(jìn)的路標(biāo)如圖8所示。
圖8 GSM MSC向3G的演進(jìn)路標(biāo)
就向3G演進(jìn)的路徑來看，按照本文提出的優(yōu)化方案，該省網(wǎng)實(shí)際上采取的是一種從2G本地網(wǎng)開始遷移演進(jìn)的一種方案，該演進(jìn)路徑的基本步驟是：
第一步：建設(shè)獨(dú)立的基于軟交換的2G分布式MSC，采用虛擬MSC的解決方案；
第二步：MSS集中設(shè)置，MGW分布設(shè)置，靠近無法升級，需要被替換的傳統(tǒng)MSC，逐步替換傳統(tǒng)2G交換機(jī)；
第三步：根據(jù)3G的建設(shè)需求，逐步將RNC接入軟交換MSC；
第四步：重復(fù)步驟2，3，逐點(diǎn)替換無法升級的傳統(tǒng)2G交換機(jī)；
第五步：IP承載網(wǎng)形成獨(dú)立平面；
第六步：MGW支持TDM/IP雙承載模式，承載過渡期，MGW同時(shí)支持TDM和IP承載，將話務(wù)逐步遷移到IP承載網(wǎng)；
第七步：完成承載的平滑遷移過程，形成以IP為統(tǒng)一承載的核心網(wǎng)絡(luò)。
5、結(jié)束語
本文基于軟交換的GSM核心網(wǎng)優(yōu)化方案，通過利用軟交換這一新技術(shù)來解決現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)在各方面存在的問題，還通過優(yōu)化為現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)向3G核心網(wǎng)提供了平滑演進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。作為GSM運(yùn)營商，在未獲得3G牌照前，盡早按照3G演進(jìn)方向?qū)W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，既是業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，也是網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的一個(gè)迫切要求，更有助于運(yùn)營商在3G時(shí)代的競爭中獲得更加主動的地位。
作者：吳杰，饒高鋼
摘自：電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化
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