1、Gb over IP技術在移動網絡中的應用泰爾網 2009-12-10 10:57:21 來源電信網技術作者楚 印 諾基亞西門子通信1 引言承載網絡采用IP技術是今后電信網絡的重要發展趨勢之一。通過采用統一的IP骨干網，可實現移動通信網絡結構的簡化與優化，支持組網的靈活性和傳輸帶寬的最佳利用，從而為移動運營商節省網絡投資和運維開銷。目前，國內各運營商都在經歷著從2G到3G網絡的業務演化和遷移。在此過程中，終端用戶接入速度明顯提升，數據流量也急速增長。這些增長對網絡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，而且能夠在需要時迅速、簡單地擴容，同時還要保證電信網絡的安全性和健壯性。在

2、這種條件下，原來基于幀中繼的Gb鏈路已經不能滿足新的要求，在IP網絡上承載Gb業務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移動通信一起，在其GPRS/EDGE網絡上實施Gb接口IP化改造方案，僅河南移動就有15臺SGSN，400多個BSC，8000多個PCU運行在Gb over IP網絡中，全省共節約E1電路1000余條。2 Gb over IP的技術原理2.1 Gb over IP接口的協議棧Gb接口位于GSM/GPRS網絡中的BSS和SGSN之間，用來傳送SGSN和BSC之間的信令和用戶數據。Gb over IP（3GPP TS

3、 48.016）與Gb over FR相比并沒有本質的區別（見圖1），主要改變是在網絡服務層從原來的幀中繼承載改變為IP/UDP承載，通過基于IP的路由尋址完成Gb接口的信令和數據交換。而其上層的其他協議和應用并沒有任何改變。圖1 Gb over IP和Gb over FR協議棧的比較在幀中繼承載方式中，（NSEI，NSVCI）對應于存在于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/目標地址端口四元組（IPs，UDPs，IPdst，UDPdst）來進行標識（見圖2）。通過該四元組，可以明確標識PCU和SGSN間的一條鏈路。NS-VL

4、是對應著本端（PAPU或PCU）的UDP/IP Endpoint，它是NS層與下層L2通信的路徑。一個NS-VL可以服務于多個NV-VC link。而NSEI主要是為了實現Gb口接口鏈路管理，同一NSEI組內的多條NSVC可以實現負荷分擔和互為備份的作用。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。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解決方案支持靜態和動態兩種配置模式，兩者的區別在于對NS-VC的定義上，靜

5、態配置模式需要手動去定義所有相關參數，而動態則只需要定義部分參數，其余的配置信息則由PCU和SGSN兩端協商產生，具體的描述如下：（1）靜態配置模式在靜態配置模式下，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，當激活NS-VC鏈路時，BSC或SGSN會向對端發送NS-ALIVE消息；在收到該消息之后，SGSN或BSC會向對端回應NS-ALIVE-ACK消息，至此該流程結束，這時的BSC和SGSN會在本端

6、將NS-VC狀態置為工作狀態，并開始傳輸信令和用戶數據流量。隨后的BSC或SGSN會每隔NS-test Timer后發送一個NS-ALIVE消息給對端，來確認鏈路狀態是否正常。（2）動態配置模式在動態配置模式下，只需定義本端的NSE參數，其它的配置信息是由鏈路兩端網元的Sub-Network層的自動協商流程來完成的。其自協商流程有SIZE，CONFIG，ADD，DELETE，CHANGE-WEIGHT等。該流程首先是BSC發送一個SNS-SIZE 給SGSN，內容包含Reset標識、最大可配置的NS-VC數量，以及BSC側配置的IP Endpoint的數量。SGSN收到后會依據此計算出全互連狀

7、態下需要的NS-VC的數量，如果它小于等于BSS可以配置的最大NS-VC的數量，則這次SIZE流程就被SGSN接受。如果SIZE流程成功，接下來BSS會繼續發送SNS-CONFIG給SGSN。如果SIZE流程不成功，則SGSN會在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會發送所有自己要配置的IP Endpoint信息給SGSN

8、，SGSN收到后會回復SNS-CONFIG-ACK給BSS。隨后SGSN會將自己的配置信息通過SNS-CONFIG PDU發送給BSS，BSC收到后也回復SNS-CONFIG-ACK消息。所有流程完成后，BSC側的IP Endpoint會向對應的SGSN側的IP Endpoint發送NS-ALIVE消息來激活NS-VC（見圖3）。圖3 SNS SIZE和CONFIG流程動態配置模式下還有ADD和DELETE流程，用來增加和刪減IP Endpoint，以及CHANGEWEIGHT流程用來通知對端本網元的Signalling Weight或Data Weight發生了變化。（3）負載分擔Gb ov

9、er IP支持同一NSE下多條NSVC之間的負荷分擔，而不管是動態還是靜態模式，每條NSVC所承載業務量的多少由定義的權重Weight來決定（包含Data Weight和Signaling Weight），Weight越大，該鏈路所承載的業務量的比例越高。為避免IP數據包在選擇不同路徑時，出發和到達順序不一致，通常同一TLLI的數據包只選擇一條NSVC通過，后續的數據包不再進行路徑選擇。3 Gb over IP的組網IP的組網方式可以靈活多變，但如何合理有效地利用現有IP網絡資源，并能夠保證GPRS網絡的安全性、可靠性、擴展性以及有效地減少IP網絡中的抖動和時延以保證業務的QoS，是Gb ov

10、er IP網絡實施前要考慮的幾大要素。如圖4所示，運營商可以根據PCU和SGSN所在的位置和地域不同，分為同城市共機房、同城市不共機房以及不同城市等組網方案。3種方案中都利用了已有的IP網作為承載，并在接入層面做冗余性設計（如使用OSPF，VRRP，MSTP等網絡協議），另外可以利用IP承載網中的MPLS技術將Gb業務和其它業務流進行分離（如Gn，Gi，Gp等），這樣既保障了QoS又提高了安全性。圖4 Gb over IP的組網方式4 Gb over IP的優勢4.1 投資成本的減少（1）E1的投資節省由于Gb接口IP化擺脫了對傳統幀中繼網絡中E1電路的依賴，只需承載于現有的IP網絡上即可，從

11、而可以大大地降低對傳輸資源的投入和占用。（2）網絡利用率提升由于傳統幀中繼網絡為鏈路獨占方式，虛鏈路的帶寬始終限制著PCU下業務量的增長。而GPRS業務有很大的潮汐效應，由此造成同一時間內富余的Gb鏈路資源得不到釋放，而業務量增長的地方，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問題。（3）充分利用現有資源由于國內各運營商均建有自己成熟且完備的IP承載網，因此不需要新建網絡來實現Gb接口的IP化，只需利用現有資源即可。4.2 運維成本的減少（1）簡化的Gb鏈路調整傳統幀中繼網絡下的Gb擴容或Gb調整工作，由于近年來業務的迅猛發展而變得

12、越來越多，再加上例行的軟、硬件維護而產生的Gb調整，這些都需要前期網絡規劃和后期的操作實施，從而浪費了大量的維護成本。Gb接口IP化使得Gb帶寬擴容的概念轉化為設備容量的擴充和IP帶寬資源的擴充，調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端的IP Endpoint，網絡調整時只需更新DNS和SGSN上的配置信息，即可完成Gb接口遷移的工作，而無需像傳統模式下既要跳接電路，又要手動修改或創建兩端網元的配置數據，從而大大減少了網絡中斷的時間。（2）統一的IP網維護傳統幀中繼網絡下由于Gb接口占用大量的E1端，這些E1電路經常會由于誤碼和滑碼過

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網綜合維護的范圍之內，從而使分組域核心網的各個接口都歸屬到同一維護部門，讓維護工作更加高效、有序。（3）簡化的IP連接傳統幀中繼網絡下的SGSN和BSC，其Gb接口通常需要從設備上引出很多條E1電路到傳輸網。而IP化改造后，只用幾根光纖和網線就可以解決問題。4.3 穩定性和可靠性提高（1）IP承載網提供更好的冗余性傳統的幀中繼連接方式通常沒有備份機制，一旦傳輸出現問題，就會造成Gb接口中斷進而影響業務使用。而運營商的IP承載網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功能，動態路由，VRRP和STP等被廣泛

14、應用的網絡協議都為業務保護和快速恢復提供了有力的保障。（2）業務恢復快傳統幀中繼網絡中，一旦出現SGSN故障或傳輸中斷，常常需要重新布放傳輸和重新配置數據，業務往往要很長時間才能得到恢復。而Gb over IP以后，一旦SGSN出現問題，只需在備份的SGSN上添加數據和修改IP網的路由指向即可，業務在幾分鐘內即可得到恢復，從而有效地保護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的網絡實施打下了基礎。基于Gb over IP的網絡只需進行數據配置即可輕松實施SGSN Pool。Gb over IP和SGSN Pool的技術在現網中的實施，可以大大提高分組域核心網的可靠性和抗沖擊性。4.4 更利于平滑演進（1）IP化和FR可以共存諾基亞西門子通信的Gb over I