核心网组网规划研究

TD-SCDMA核心网组网规划研究1 引言在第三代移动通信(3G)标准领域，为了避免重演在2G领域由于各国(地区)频率分配的方式及制式技术选择的不同而造成的全球漫游困难，国际电信联盟(ITU) 在3G中提出了IMT-2000(国际移动通信-2000)的倡议，并由此而催生了最终的三大主流国际标准：WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。

其中，由中国提交的TD-SCDMA标准，虽然在ITU的标准征集阶段是后来者，却凭借其独特的技术优势最终胜出。

同时，作为三个主流标准中唯一一个TDD 标准，该技术从诞生初始就一直备受世人关注。

随着北京、青岛、保定、厦门、上海等省地市TD-SCDMA规模网络技术试验网建设工作的不断深入，TD-SCDMA的商用已指日可待。

纵观3G三大标准工程实践中各项工作的重要性，网络规划优化首当其冲，过去讨论最多的是无线接入网部分，本文重点探讨TD-SCDMA核心网的组网规划，结合大唐移动核心网系列产品，以某省为例给出详细的规划分析。

2 核心网组网原则核心网组网的整体规划原则：在兼顾考虑技术的成熟性和先进性的同时尽量采用较新的技术；建网初期重点保证提供高质量的3G话音业务，并能够支持丰富的数据业务，尽可能与固网实现业务的兼容和统一；实现大容量、少局所、低成本，保证投资的有效性；尽可能对现有网络的影响最小，利用现有网络资源包括PSTN网、长途网、传输网、信令网等资源的共享，强调与现有SMS、MMS、IN等业务平台的融合；便于未来核心网的演进与融合。

核心网的组网规划首先要明确采用的协议版本，目前有R99、R4、R5、R6、R7五个标准。

其中R99和R4较为成熟，R4版本相对于R99还增加了一些接口协议，最核心的变化是实现了电路域(CS域)的呼叫与承载的分离，业务上也做了进一步的增强，可支持CS域的多媒体业务，实时传真等多种业务。

基于R5和R6的设备尚在完善中，R7的标准还在讨论中，具体时间尚未确定。

R4版本核心网的主要特点："（1）R4版本向下兼容R99网络，分组域基本保持一致，只是增加了QoS控制级别"（2）电路域引入移动软交换技术：υ（3）控制和承载分离υ（4）集中设置控制设备MSC SERVER，降低OPEXυ（5）分布设置实现话务承载的MGW（媒体网关)，网络部署灵活υ a.用IP/ATM技术承载话务，降低传输费用υ b.移动软交换采用开放的网络结构和协议标准，可以快速开发各种业务"（6）引入TrFO/TFO功能(节省传输资源,提高语音质量，降低TC单元成本"（7）支持通过软件升级，向全IP网络过渡综合考虑技术的成熟性、先进性以及未来易演进性，结合TD-SCDMA产品的高标准起点情况，现阶段对于TD-SCDMA核心网络规划的指导意见主要集中在采用R4标准组网。

2.1 R4规划流程R4核心网在电路域中，通过引入基于软交换的分层结构，将呼叫控制与承载层分离，同时信令和话音都可基于TDM、ATM或IP方式承载，这些变化对规划工作提出了新的要求。

根据网元功能的不同，R4核心网络规划可以分为电路域、分组域、信令网。

通常3G核心网同无线网规划一同进行，有关现有网络状况、用户及业务量预测、投资估算及经济评价等部分与无线网规划共同完成，其余部分是核心网规划的主要内容。

具体规划流程可以分为三步：1.明确网络规划建设的基本原则，确定规划中的网络的系统框架、各主要网元的基本设置原则，明确网络互通方式等，对后续规划实施起到宏观的、全局性的指导作用。

2.确定核心网中信令及媒体流的承载实现方式，确定网络的组织结构，各网元的设置地点及规模。

3.计算得到网络中媒体流带宽需求、信令开销及信令链路需求。

这些计算结果将作为传输网络规划输入的一部分。

2.2 承载方式话路若基于TDM承载，组大网时需要设置TMGW来汇聚MGW的话务量，不能完全扁平化组网，不能应用TrFO等关键技术。

信令网基于TDM承载时可充分利用No.7信令网的稳定可靠性，缺点是不利于网络向全IP方式演进。

基于ATM的话路或信令承载方式理论上可以实现扁平化组网，但组大网时MGW间需要大量的PVC连接，对设备要求高。

目前ATM承载实现的网络在欧洲一些国家有商用，但从国内各运营商现网状况及长远发展来看，不适合在中国大规模应用。

话路网若基于IP方式承载，MGW直接基于IP寻址，可实现扁平化组网，可利用TrFO技术节省传输带宽。

信令网基于IP承载，规模较小时可扁平化组网，组大网时为避免节点间SCTP 链路配置的复杂性，需要引入基于IP的STP设备实现分级汇接。

由于IP网络的QoS及安全性的问题，目前基于IP承载的信令网在国外没有大规模商用，各厂商设备成熟情况不一，信令互通仍须测试和完善。

总体看来，目前话路基于IP承载的方式优势明显，信令网基于IP承载的方式对IP承载网络的要求比较高。

目前，大唐移动提供的核心网设备支持基于TDM/ATM/IP三种承载方式。

2.3 网元设置原则网元设置应考虑设置门限、地点、扩容方案、安全备份等因素。

3GPP R4版网络由电路域和分组域组成，其中核心网电路域的主要网元包括MSC Server、MGW和HLR，核心网分组域的主要网元包括SGSN和GGSN。

各网元的设置原则如下：⎫MSC Server: R4中MSC Server与HLR的设置方式应该是大容量、少局所，同省内可以集中设置于一两个地方；一个MSC Server也可以服务于一个或若干个移动业务本地网。

当一个MSC Server服务于多个移动业务本地网时，需支持虚拟MSC Server功能。

为了避免频繁的工程割接和人力、物力资源的浪费，建议参考中远期的预测规模来考虑MSC Server的设置，但MSC Server容量仍按本期工程的预测规模来配置。

一个城市多个MSC Server时，MSC Server 尽量不要集中安装在同一局址。

⎫MGW:一个移动本地网可以设置一个或若干个MGW（容量一般以20～40万分裂为宜），一个MGW可以服务于一个或若干个移动本地网。

MGW尽量与RNC共站址，以减少对传输资源的占用。

与其他网络（如PSTN）之间的互通直接从MGW出局，包括话路和信令链路。

⎫GMSC MGW:当服务于同一本地网的MGW个数少于3个时，GMSC的MGW由MSC的MGW 兼作；当服务于同一本地网的MGW个数等于3个时，GMSC的MGW由其中的2个MGW 兼作；当服务于同一本地网的MGW个数为3个以上时，考虑独立GMSC MGW的设置，以避免多个本地MGW之间的话路迂回，浪费中继配置。

且建设时，独立GMSC MGW的个数至少为2个、各GMSC MGW之间则以负荷分担方式为工作原则。

当一个城市出现多个GMSC MGW时，不同GMSC-MGW尽量不要集中安装在同一局址。

⎫GMSC Server:当未出现独立的GMSC MGW时，不应设置独立的GMSC Server，GMSC Server 应由MSC Server兼作。

当一个城市出现多个GMSC Server时，不同GMSC Server应分局址设置。

⎫SGSN:一个移动业务本地网中可以设一个或若干个SGSN。

一个SGSN可以服务于一个或若干个移动业务本地网。

初期设置在中心城市，一个省中超过2套以上的SGSN可以设置在中心城市和重要地区。

⎫GGSN:GGSN原则上以省为单位设置，在靠近数据网网关和ISP的设置。

建设GGSN时，可在每省成对配置，采用负荷分担的方式工作。

2.4 R4信令网规划"建议3G网络省际话务使用TDM承载，省际信令依然利用现网HSTP转接"省内MSC SERVER间以IP承载BICC信令" HLR、SCP与LSTP、MSC SERVER以64K或2M高速信令连接。

信令层面的IP承载过程可以稍微滞后于话务层面"当各省的网络都演进到R4，那么省际间MSC SERVER间采用BICC协议，利用IP网承载"随着信令基于IP承载技术的成熟（相关IP安全性，IP QoS问题的全面解决），所有控制信令都可以承载在IP网络上，从而在网通3G网络中实现R4全平面组网"如果其它有互通业务的运营商并未使用全IP的R4结构组网，那么此时我们仍需考虑设置相应的GMGW/SG来实现与对端GW的信令转接功能2.5 网元备份实现方案随着核心网元可支持的容量逐步增大，故障影响范围也在不断扩大，安全隐患不容忽视，网元的安全备份方案显得更为重要。

一般厂商提供的核心网设备都支持设备本身板卡级的双备份，设备本身主备板卡之间故障时可以互相倒换。

为充分保证网元的安全性，在组网时通常对MSC Server及HLR实行网元级备份。

MSC Server在组网中通常采用MGW的双归属备份方案。

MGW（1）与MGW（2）在正常情况下分别归属于MSC Server（A）及MSC Server（B），并配置有至另一个MSC Server的备份路由。

当某一个MSC Server故障时，其所带的MGW 将自动通过备份路由注册到另一个MSC Server上。

HLR的备份方案主要有N＋1（N≥1）冗余备份和1＋1互为主备用两种方式。

N＋1的方式指N个主用HLR通过1个备用HLR统一备份，主用HLR的数据定期备份到备用HLR处，当主用HLR故障时启用备用HLR。

N＝1时就是完全的双倍冗余备份方式。

假设单个HLR支持120万容量，网上运行的两个HLR各分出一半的容量（60万）用于备份对方的用户数据。

当主用HLR故障时，备用HLR节点自动实时地承担起120万用户的处理功能。

分组域的备份方式同R99相同。

2.6 接口带宽的测算方法在核心网规划中，媒体流及信令带宽需求的测算占很大工作量，以下重点说明R4网络中新增的Nc、Mc及Nb接口的测算方法。

Nc接口上主要承载MSC Server间的BICC信令量；Mc接口上承载信令量分为三部分：MSC Server对RNC控制的RANAP信令量、对MGW控制的H.248信令量、与外网互通时的ISUP 信令量；Nb接口主要承载MGW之间的媒体流。

Nc或Mc的信令开销可按以下公式测算：两点间信令信息量（bit/s）＝∑移动用户数×每用户分类信令消息忙时发生次数×平均每次信令交互字节开销×8/3600其中，分类信令消息发生次数与网络组织情况、用户的分布以及相互间的话务流量流向等因素相关；平均交互字节开销与承载方式、特定的信令交互流程相关。

对信令的分析比较复杂，在此不一一详述。

Nb接口承载开销可按以下公式测算：Nb接口总带宽需求（bit/s）＝用户数×忙时话务量×每路带宽其中用户数和话务量与具体的业务类型相关，比如语音或电路域数据业务；每路带宽与业务类型、承载方式（ATM/TDM、IP）、编码形式、传输技术（是否采用VAD）等相关，具体计算中需要详细分析。