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[其他]2G/3G核心网一体化建设的若干问题

临渊羡鱼，不如退而结网

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0楼发表于: 2008-06-12 09:12:36

2G/3G核心网一体化建设的若干问题
技术和业务的继承性，决定了传统移动运营商必然要经历2G/3G共存的阶段。文章首先阐明了2G/3G共存期一体化网络建设的意义，然后提出了一体化建设需要遵循的原则，最后分别对2G/3G核心网电路域、分组域一体化建设的若干问题进行了分析和探讨。
1、引言

　　在中国通信运营市场里，传统的移动通信运营商已经占据了有利地位，基本形成了双寡头垄断的市场格局。在未来的市场结构中，必然会出现新兴的移动运营商——传统的固网运营商饱受移动替代之苦，期待准入3G市场已久。

2、2G/3G共存问题的提出

　　中国的通信运营行业2G与3G的共存，一方面是技术演进发挥替代作用的必然，另一方面也是用户群体迁移必须经历的过程。

　　技术的替代是不可逆转的，也是任何运营商都无法回避的。第一代模拟移动通信的生存期为十多年，第二代移动通信（2G）替代仅仅花了五年的光景，第三代移动通信（3G）则代表了21世纪以来移动通信领域的技术发展，规模应用的实现是大势所趋，而且传统的移动运营商应对市场竞争的利器之一便是保持技术上的不断更新。但是，维持业务的持续稳定运营从来就是通信技术发展的基本要求，因此，移动通信技术的发展都是升级换代型，而非革命颠覆型，2G/3G的共存体现了技术的继承与创新。

　　3G强大的承载能力，可以为终端用户带来丰富的多媒体业务体验，从而在体验经济的年代赢得中高端用户认可。然而，就现网大量的低端客户而言，话音和短消息也许就是其通信需求，3G并不具有太大的吸引力，所以运营商引导用户及其行为的迁移需要经历相当长的过程，这也就注定2G/3G将共存一段时期。

　　2.1　共存期的界定

　　按照生命周期理论，当前2G的技术和产品已经处于成熟期，即将进入衰退期，而3G正是引入阶段。根据过往的发展经验，未来的2到4年将是二者并存的时期，而后达到3G替代2G的拐点，最终完全取而代之。

　　2.2　一体化建设的意义

　　经过版本升级和设备替换等一系列技术改造，当前的2G/2.5G网络容量能够满足业务发展的需要，并且各项性能指标已经稳定，客户感知和评价良好，因而仍不失为很好的话音和低速数据业务承载网络。对于这样成熟的网络，传统移动运营商实现一体化建设的意义非常重大。

　　首先，这能够维持当前网络的运营，实现客户群体的保全和转移。庞大的用户群体和先天的市场份额是传统运营商的最大优势，也是其主营业务收入和利润的来源。2G向3G的迁移是一个平滑的演进过程，此过程需要一个较长的时间。在迁移过程中，尤其是在3G商用的初始阶段，2G用户可能还会保持增长。

　　其次，应该顺势推进网络的升级和业务的融合，适应全方位竞争的需要。3G发展初期，其网络覆盖主要满足高端用户宽带多媒体业务的需求。运营商可以根据需要升级网络，以业务推动网络升级，以网络升级保障业务推广，实现差异化的网络和差异化的服务，进一步改善用户体验，提升用户忠诚度，在竞争中立于不败之地。

　　再者，还能兼顾网络投资保护，发挥2G/3G“两个系统一张网络”的协同效益。2G/3G一体化建设模式，可以实现2G/3G资源相互转换。在2G用户减少后，2G的资源可以被3G系统使用，从而避免了2G设备在演进过程中被废弃所造成的投资浪费，在3G发展前期减少不确定性带来的建设风险。

　　区别于2G/3G无线接入网的在覆盖、容量、驻留、互操作等方面的配合策略，核心网由于协议的继承性较好，其一体化建设更加顺理成章。本文将围绕2G/3G核心网一体化建设若干问题进行探讨。

3、2G/3G核心网一体化建设原则

　　对于已拥有2G GSM网络的移动运营商来说，2G、3G核心网一体化建设必须立足于现有GSM网络资源，建议从总体上把握如下原则：

　　◆2G网络稳定优先原则

　　◆2G/3G相互补充、均衡发展原则

　　◆充分利用网络现有资源原则

　　◆网络平滑演进原则

　　◆安全性原则

　　在遵循以上原则的基础上，核心网电路域、分组域的不同网元采用不同的建设方式。

4、核心网电路域一体化建设

　　4.1　语音IP化与核心网一体化

　　（1）语音IP化的意义

　　语音IP化是2G核心网络实现IP化的一个重要步骤，也是迈向2G/3G网络融合的关键步骤。从优化网络结构的角度看，语音IP化使得网络结构扁平化，从而减少网络层次，可以简化网元互联的复杂程度。从减少资源投入的角度看，通过引入IP端口，可以降低交换局TDM端口的占用，大大节省了E1电路的数量，减少了TDM资源的投入。

　　（2）策略安排

　　考虑到今后的升级要求，在近期的网络建设中，传统移动运营商采用的设备都包含软交换架构，而现网仍保有一部分传统交换机，特别是在汇接局层面上，因而形成了传统交换机与软交换机并存的状况。因此，对于2G网络，IP化的进程只能循序渐进。

　　今后3G核心网的话务汇接机制必然要延续IP化、扁平化，但在2G/3G共存时期，还需解决跨2G/3G系统的话务疏通问题。总之，语音IP化对网络结构的调整，深刻影响着2G/3G核心网交换局的建设策略。

　　统筹考虑语音IP化与核心网一体化建设，建议如下：

　　◆网元建设方面

　　传统交换机，特别是汇接层面交换机不做扩容。个别传统的移动端局因容量需求，可进行小幅度扩容，或者把部分用户割接到新建交换机。

　　◆话务疏通方面

　　已全部实现软交换机替换的本地网，本地网内话务直接通过IP承载网疏通。

　　部分实现软交换机替换的本地网，传统交换机之间仍经TDM互连；传统交换机与软交换机之间可以采用TDM，也可经软交换机进行转接；软交换机之间通过IP承载网疏通话务。

　　对于省内长途话务，部分仍由传统汇接局进行汇接，然后逐步转移到由各地软交换局之间的IP承载网疏通。

　　对于省际长途话务，部分仍由传统汇接局进行汇接，然后逐步转移到由跨省软交换局之间的IP承载网疏通。

　　在引入3G之后，3G用户内部、3G用户与2G用户的长途话务通过IP承载网疏通，将不再通过汇接网转接。

　　至于跨运营商的互连互通，仍然经由传统TDM承载。

　　4.2　MSC Server和MGW的建设

　　在3G R4版本中，传统MSC分离为MSC Server和MGW。

　　MSC Server主要由MSC的呼叫控制和移动控制组成，负责完成CS域的呼叫处理等功能。MSC Server终接用户-网络信令，并将其转换成网络-网络信令。MSC Server也可包含VLR以处理移动用户的业务数据和Camel相关数据。MSC Server可通过接口控制MGW中媒体通道的属于连接控制的部分呼叫状态。

　　MGW通过Iu-CS接口连接核心网和UTRAN，可支持媒体转换、承载控制和有效载荷处理。

　　在当前的移动端局层面，移动运营商均已引入具有软交换功能的R4版本交换机，并采取MSS集中设置和MGW分布设置的方式。

　　（1）MSC建设的三种方案

　　在3G引入建设期，2G和3G MSC设置方案有以下三种：

　　◆方案一：2G/3G独立设置MSS，独立设置MGW

　　即两个系统的MSS、MGW分别建设，其网络拓扑如图1所示：

图1　2G、3G MSS和MGW独立设置

　　◆方案二：2G、3G共用MSS，独立设置MGW

　　2G/3G共用MSS，但分别建设各自的MGW，其网络拓扑如图2所示：

图2　2G、3G共用MSS，独立设置MGW

　　◆方案三：2G/3G共用MSS，共用MGW。

　　2G/3G共用MSS，共用MGW，其网络拓扑如图3所示：

图3　2G、3G共用MSS，共用MGW

　　（2）方案比较

　　对比上述三种方案，可得表1如下：

表1　MSC建设方案的比较

　　综合比较各方面因素，我们建议采用方案二。

　　4.3　HLR的建设

　　在3G网络中，HLR的功能与2G网络相同，负责完成用户管理和移动性管理功能。HLR与其他功能实体的接口不发生变化，但采用的协议标准不同，主要体现在以下方面：

　　◆对用户数据的定义存在差别：3G由于引入了新的业务和功能，且借助于更加丰富的用户信息，使得HLR中存放的用户签约信息量较GSM用户更加丰富。

　　◆鉴权机制存在差别：3G HLR同时支持多个2G鉴权算法和3G鉴权算法，更强调网络的安全性，GSM网络中鉴权3元组在3G网络中变为鉴权5元组，能够针对不同的用户采用相应的算法。

　　◆采用MAP协议存在差别：3G HLR应支持3GPP TS29.002定义的MAP协议，与GSM阶段MAP Phase2+相比，引入了一些新的业务和功能，包括定位业务、号码可携性业务、智能业务的增强等。

　　建设3G网络可以把对用户的影响降到最低，用户还可享受不换号、不换卡、业务受理方便等便利。此外，对于3G HLR建设方式影响比较大的因素还有2G转网用户“号码携带”问题，在3G网络实现号码可携带将有助于促进2G用户平滑地向3G网络转移。

　　在2G/3G一体化的HLR建设方面，3G HLR应采用由2G HLR升级的方式，构筑2G/3G共用用户数据仓库，并强化其业务支撑能力，然后向HSS设备平滑演进。但由于处理3G用户业务会占用更多的处理能力，因此，现网HLR升级支持3G用户数据存储和处理功能后，需根据负荷情况进行容量扩充。

　　4.4　信令支撑网的建设

　　传统移动运营商已经建立了完备的No.7信令网，在2G/3G共存阶段，No.7信令网仍将发挥重要的支撑功能。

　　在R4核心网中，除MSC Server之间、MSC Server与MGW之间的信令基于IP外，其它节点间仍将采用七号信令消息来互通。我们可以利用2G网络已建的HSTP/LSTP来转接信令消息，这些网元只需根据3G用户需求进行相应扩容即可。

　　在采用软交换架构的WCDMA R4版本技术组建全国大网时，不同省份MSC Server之间需要进行BICC信令互通，以完成控制平面的局间寻址及路由分析。如果大量MSC Server完全扁平化连接，将会浪费大量长途链路（TDM承载）；而如果建立大量SCTP连接（IP承载），又会影响网络的可扩展性和易维护性。因此，引入呼叫协调节点（CMN，Call Media Node）来主要完成MSC Server之间的信令链路汇聚和被叫号码分析功能，实现BICC信令在MSC Server之间的传递，CMN不需要负责任何承载面媒体网关的资源控制。

5、核心网分组域一体化建设

　　5.1　3G分组域与GPRS的差异

　　3G核心网分组域架构和GPRS保持一致，核心网分组域和接入网之间引入基于ATM承载的Iu-PS接口，两者的具体差异如下：

　　◆在协议层面上，GTP隧道延伸到Iu-PS接口，GTP协议版本升级；MAP版本协议的升级，增加对Camel Phase 3的支持；SGSN增加UMTS/GPRS系统间切换和漫游的考虑；系统安全性的增强。

　　◆在能力层面上，3G分组域业务支撑能力大大增强，基于IMS域的VoIP、PTT以及IM等业务，引入了Internet的即时通讯业务模式，突破了传统移动分组域的客户端/服务器业务模式，是分组域业务发展的里程碑；基于策略服务的QoS保障模型和IP骨干网QoS策略相结合，将成为移动分组域提供电信级服务质量的里程碑；未来无线数据业务的巨大发展潜力，要求分组域设备处理能力呈几何级翻番，处理能力将成为分组域设备平滑演进的关键。

　　5.2　分组域网元一体化建设

　　（1）SGSN的建设方式

　　2G/3G一体化建设中，SGSN的设置方案有两种：方案一，利旧并升级现有的GPRS SGSN，同时满足3G RAN的接入；方案二，新建3G SGSN，专门用于3G RAN的接入。

　　对两种方案进行比较，分析如下：

　　◆如果采用方案一，存在的问题有三方面：首先，现有GPRS SGSN为支持Iu接口，硬件上需增加ATM接口，软件上需同时支持Gb、Iu接口，对现网SGSN分区和网络结构改动较大；其次，由于现有SGSN容量有限，3G用户发展空间较小；第三，GPRS SGSN能否向3G演进与现网上厂家提供的设备密切相关，即使有厂家声称支持升级，但也需要大幅度的板卡调整。

　　◆如果采用方案二，不会影响现有GPRS的发展，GPRS用户和3G用户同时发展的空间较大。但是，随着3G用户的发展，GPRS用户数量将停止增长，甚至出现用户减少的情况，这样原有的GPRS SGSN设备会有所浪费。

　　考虑到3G SGSN专注于大数据量包转发的特点，与GPRS SGSN功能差距大，设备结构设计不同；而且，由于升级的SGSN设备容量比 ..

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