GboverIP技术在移动网络中的应用

GboverIP技术在移动网络中的应用泰尔网2009-12-1010:57:21来源[电信网技术]作者楚印诺基亚西门子通信1引言承载网络采用IP技术是今后电信网络的重要发展趋势之一。通过采用统一的IP骨干网，可实现移动通信网络结构的简化与优化，支持组网的灵活性和传输带宽的最佳利用，从而为移动运营商节省网络投资和运维开销。目前，国内各运营商都在经历着从2G到3G网络的业务演化和迁移。在此过程中，终端用户接入速度明显提升，数据流量也急速增长。这些增长对网络也提出了更高的要求，不仅需要能够灵活地处理峰值流量的冲击，而且能够在需要时迅速、简单地扩容，同时还要保证电信网络的安全性和健壮性。在这种条件下，原来基于帧中继的Gb链路已经不能满足新的要求，在IP网络上承载Gb业务流已成为迫切的需要。在这样的背景下，拥有许多成功商用GboverIP案例的诺基亚西门子通信携手中国移动通信一起，在其GPRS/EDGE网络上实施Gb接口IP化改造方案，仅河南移动就有15台SGSN，400多个BSC，8000多个PCU运行在GboverIP网络中，全省共节约E1电路1000余条。2GboverIP的技术原理2.1GboverIP接口的协议栈Gb接口位于GSM/GPRS网络中的BSS和SGSN之间，用来传送SGSN和BSC之间的信令和用户数据。GboverIP（3GPPTS48.016）与GboverFR相比并没有本质的区别（见图1），主要改变是在网络服务层从原来的帧中继承载改变为IP/UDP承载，通过基于IP的路由寻址完成Gb接口的信令和数据交换。而其上层的其他协议和应用并没有任何改变。图1GboverIP和GboverFR协议栈的比较在帧中继承载方式中，（NSEI，NSVCI）对应于存在于PCU和SGSN间帧中继承载中的永久虚连接，而在IP承载的Gb口中，（NSEI，NSVCI）则最终通过源/目标地址端口四元组（IPs，UDPs，IPdst，UDPdst）来进行标识（见图2）。通过该四元组，可以明确标识PCU和SGSN间的一条链路。NS-VL是对应着本端（PAPU或PCU）的UDP/IPEndpoint，它是NS层与下层L2通信的路径。一个NS-VL可以服务于多个NV-VClink。而NSEI主要是为了实现Gb口接口链路管理，同一NSEI组内的多条NSVC可以实现负荷分担和互为备份的作用。在IP作为承载的Gb链路中，BSS/SGSN的同一NSEI组中的多条NSVC，可以IP地址不同，也可以IP地址相同，而端口不同，配置上的灵活性非常强。图2NS-VL、NS-VC和NSEI的示例2.2GboverIP的配置模式诺基亚西门子通信的GboverIP解决方案支持静态和动态两种配置模式，两者的区别在于对NS-VC的定义上，静态配置模式需要手动去定义所有相关参数，而动态则只需要定义部分参数，其余的配置信息则由PCU和SGSN两端协商产生，具体的描述如下：（1）静态配置模式在静态配置模式下，每一条NSVC在PCU和SGSN两端都需要明确定义：NSVCI，NSEI，PCUID（或SGSNPAPUID），IPs+UDPs，IPdst+UDPdst，DataWeight，SignalingWeight。两端配置都完成后，当激活NS-VC链路时，BSC或SGSN会向对端发送NS-ALIVE消息；在收到该消息之后，SGSN或BSC会向对端回应NS-ALIVE-ACK消息，至此该流程结束，这时的BSC和SGSN会在本端将NS-VC状态置为工作状态，并开始传输信令和用户数据流量。随后的BSC或SGSN会每隔NS-testTimer后发送一个NS-ALIVE消息给对端，来确认链路状态是否正常。（2）动态配置模式在动态配置模式下，只需定义本端的NSE参数，其它的配置信息是由链路两端网元的Sub-Network层的自动协商流程来完成的。其自协商流程有SIZE，CONFIG，ADD，DELETE，CHANGE-WEIGHT等。该流程首先是BSC发送一个SNS-SIZE给SGSN，内容包含Reset标识、最大可配置的NS-VC数量，以及BSC侧配置的IPEndpoint的数量。SGSN收到后会依据此计算出全互连状态下需要的NS-VC的数量，如果它小于等于BSS可以配置的最大NS-VC的数量，则这次SIZE流程就被SGSN接受。如果SIZE流程成功，接下来BSS会继续发送SNS-CONFIG给SGSN。如果SIZE流程不成功，则SGSN会在SNS-SIZE-ACK中用CauseCode为“InvalidNumberofNS-VCs”，“InvalidNumberofIP4Endpoints”，“InvalidNumberofIP6Endpoints”来通知BSS。CONFIG流程用来交换该NSEI两端的配置信息。首先BSC会发送所有自己要配置的IPEndpoint信息给SGSN，SGSN收到后会回复SNS-CONFIG-ACK给BSS。随后SGSN会将自己的配置信息通过SNS-CONFIGPDU发送给BSS，BSC收到后也回复SNS-CONFIG-ACK消息。所有流程完成后，BSC侧的IPEndpoint会向对应的SGSN侧的IPEndpoint发送NS-ALIVE消息来激活NS-VC（见图3）。图3SNSSIZE和CONFIG流程动态配置模式下还有ADD和DELETE流程，用来增加和删减IPEndpoint，以及CHANGEWEIGHT流程用来通知对端本网元的SignallingWeight或DataWeight发生了变化。（3）负载分担GboverIP支持同一NSE下多条NSVC之间的负荷分担，而不管是动态还是静态模式，每条NSVC所承载业务量的多少由定义的权重Weight来决定（包含DataWeight和SignalingWeight），Weight越大，该链路所承载的业务量的比例越高。为避免IP数据包在选择不同路径时，出发和到达顺序不一致，通常同一TLLI的数据包只选择一条NSVC通过，后续的数据包不再进行路径选择。3GboverIP的组网IP的组网方式可以灵活多变，但如何合理有效地利用现有IP网络资源，并能够保证GPRS网络的安全性、可靠性、扩展性以及有效地减少IP网络中的抖动和时延以保证业务的QoS，是GboverIP网络实施前要考虑的几大要素。如图4所示，运营商可以根据PCU和SGSN所在的位置和地域不同，分为同城市共机房、同城市不共机房以及不同城市等组网方案。3种方案中都利用了已有的IP网作为承载，并在接入层面做冗余性设计（如使用OSPF，VRRP，MSTP等网络协议），另外可以利用IP承载网中的MPLS技术将Gb业务和其它业务流进行分离（如Gn，Gi，Gp等），这样既保障了QoS又提高了安全性。图4GboverIP的组网方式4GboverIP的优势4.1投资成本的减少（1）E1的投资节省由于Gb接口IP化摆脱了对传统帧中继网络中E1电路的依赖，只需承载于现有的IP网络上即可，从而可以大大地降低对传输资源的投入和占用。（2）网络利用率提升由于传统帧中继网络为链路独占方式，虚链路的带宽始终限制着PCU下业务量的增长。而GPRS业务有很大的潮汐效应，由此造成同一时间内富余的Gb链路资源得不到释放，而业务量增长的地方，带宽又得不到保证，这样就造成链路带宽利用率不高的问题。而IP承载中的带宽共享的特性，能够有效地解决这个问题。（3）充分利用现有资源由于国内各运营商均建有自己成熟且完备的IP承载网，因此不需要新建网络来实现Gb接口的IP化，只需利用现有资源即可。4.2运维成本的减少（1）简化的Gb链路调整传统帧中继网络下的Gb扩容或Gb调整工作，由于近年来业务的迅猛发展而变得越来越多，再加上例行的软、硬件维护而产生的Gb调整，这些都需要前期网络规划和后期的操作实施，从而浪费了大量的维护成本。Gb接口IP化使得Gb带宽扩容的概念转化为设备容量的扩充和IP带宽资源的扩充，调整的频率因此被大大降低。诺基亚西门子的GboverIP解决方案支持使用域名解析的方式来寻找对端的IPEndpoint，网络调整时只需更新DNS和SGSN上的配置信息，即可完成Gb接口迁移的工作，而无需像传统模式下既要跳接电路，又要手动修改或创建两端网元的配置数据，从而大大减少了网络中断的时间。（2）统一的IP网维护传统帧中继网络下由于Gb接口占用大量的E1端，这些E1电路经常会由于误码和滑码过多而造成Gb链路的中断或闪断。Gb接口的IP化使Gb接口也纳入IP网综合维护的范围之内，从而使分组域核心网的各个接口都归属到同一维护部门，让维护工作更加高效、有序。（3）简化的IP连接传统帧中继网络下的SGSN和BSC，其Gb接口通常需要从设备上引出很多条E1电路到传输网。而IP化改造后，只用几根光纤和网线就可以解决问题。4.3稳定性和可靠性提高（1）IP承载网提供更好的冗余性传统的帧中继连接方式通常没有备份机制，一旦传输出现问题，就会造成Gb接口中断进而影响业务使用。而运营商的IP承载网通常具有良好的冗余性和可靠性，从接入层面到汇聚层面都有良好的保护功能，动态路由，VRRP和STP等被广泛应用的网络协议都为业务保护和快速恢复提供了有力的保障。（2）业务恢复快传统帧中继网络中，一旦出现SGSN故障或传输中断，常常需要重新布放传输和重新配置数据，业务往往要很长时间才能得到恢复。而GboverIP以后，一旦SGSN出现问题，只需在备份的SGSN上添加数据和修改IP网的路由指向即可，业务在几分钟内即可得到恢复，从而有效地保护了投资及维持了用户感知。（3）Multi-Gb需要GboverIP支持GboverIP为SGSNPool的网络实施打下了基础。基于GboverIP的网络只需进行数据配置即可轻松实施SGSNPool。GboverIP和SGSNPool的技术在现网中的实施，可以大大提高分组域核心网的可靠性和抗冲击性。4.4更利于平滑演进（1）IP化和FR可以共存诺基亚西门子通信的GboverIP解决方案中，SGSN和BSC的Gb接口同时支持帧中继和IP两种连接方式，可以让运营商平滑地从GboverFR过渡到GboverIP的网络中。（2）IP化是未来的发展方向承载网络采用IP技术是未来电信网络的重要发展趋势之一。通过采用统一的IP骨干网，可实现移动通信网络结构的简化与优化，支持组网的灵活性和传输带宽的最佳利用，从而为移动运营商节省网络投资和运维开销。并可为完全基于IP的下一代移动技术（如LTE，IMS等）的到来做好充分准备。