[摘要] 本文通過分析現(xiàn)有GSM核心網(wǎng)在網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、運維、安全、業(yè)務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為向3G網(wǎng)絡電路域的平滑演進提供了良好的網(wǎng)絡基礎。
1、GSM核心網(wǎng)現(xiàn)狀
目前國內(nèi)運營的GSM網(wǎng)絡包括中國移動的GSM/GPRS網(wǎng)絡及中國聯(lián)通的GSM網(wǎng)絡，其中中國移動的GSM網(wǎng)絡為世界上容量最大、用戶最多的移動通信網(wǎng)絡，網(wǎng)絡容量和用戶數(shù)均已經(jīng)超過3億戶。中國聯(lián)通的GSM網(wǎng)絡容量也已經(jīng)超過1億，用戶數(shù)接近1億。從建設和使用年限來看，中國移動的GSM網(wǎng)絡已經(jīng)超過15年，中國聯(lián)通GSM網(wǎng)絡也已經(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個部分，中國聯(lián)通GSM網(wǎng)絡由于各種原因目前部分省的網(wǎng)絡未能提供分組域業(yè)務。從電路域來看，兩者的網(wǎng)絡都幾乎是一樣的。基本以直轄市／地級市為單位進行本地網(wǎng)的設置以及網(wǎng)絡的規(guī)劃與建設。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)絡還是中國聯(lián)通的GSM網(wǎng)絡，其覆蓋面積都非常大，由于受自然條件、人口、經(jīng)濟發(fā)展水平差異導致的通信需求和通信消費的差別也非常大，不同地區(qū)網(wǎng)絡規(guī)模差異非常大，同時由于現(xiàn)有GSM核心網(wǎng)能力的限制，不同地區(qū)的網(wǎng)絡各自有突出的問題，主要包括以下幾個方面。
（1）設備容量小、處理能力低�，F(xiàn)有GSM核心網(wǎng)
交換機設備容量小，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，每年均需要進行比較繁重的新建局和擴容局的工作，除了新增網(wǎng)元的安裝調(diào)測外，還包括繁重的電路割接、局數(shù)據(jù)加載及網(wǎng)絡調(diào)整的工作。造成了巨大的工程建設壓力，也給網(wǎng)絡穩(wěn)定帶來了一定的隱患。
�。�2）業(yè)務提供能力差，升級費用高。為了在全網(wǎng)提供各種新業(yè)務，除了在SCP上加載上述業(yè)務外，數(shù)量龐大的GSM MSC交換機成了業(yè)務快速推廣的瓶頸。由于MSC數(shù)量多，為了實現(xiàn)對新業(yè)務的觸發(fā)，幾乎必須升級現(xiàn)網(wǎng)所有的MSC，升級費用高，升級周期長，大大地延誤了業(yè)務推出的時機，影響了網(wǎng)絡的盈利能力。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（以地市為單位設置MSC），考慮到業(yè)務收益與成本的關系，往往錯過了升級的機會，使用戶無法享受更加豐富多樣的
增值業(yè)務，比如部分省的GSM網(wǎng)絡由于MSC軟件升級費用高，至今仍未提供
彩鈴等有效提升ARPU值的業(yè)務。
�。�3）設備利用率不均勻，話務無法動態(tài)調(diào)整。由于現(xiàn)有MSC之間缺乏有效的資源共享機制和技術，MSC之間無法實現(xiàn)動態(tài)的負荷均衡，對于擁有若干個GSM MSC的本地網(wǎng)來說，在部分MSC負荷過大的情況下，只有采取新建MSC的方式或者將某個／某幾個BSC割接至其他負荷較輕的MSC的方式來實現(xiàn)負荷的均衡。前者則造成建設投資大，設備整體利用率不高，后者則造成頻繁的網(wǎng)絡調(diào)整和巨大的割接工作量。
從網(wǎng)絡擴容規(guī)劃的角度看，MSC之間缺乏資源共享機制給規(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)展要進行準確預測是比較困難的，而本地網(wǎng)MSC的擴容規(guī)劃是根據(jù)本地網(wǎng)的用戶和業(yè)務發(fā)展進行的，可能造成的結(jié)果就是部分本地網(wǎng)MSC設備（或者同一本地網(wǎng)的部分MSC）利用率非常低，部分本地網(wǎng)頻繁擴容（或者同一本地網(wǎng)的部分MSC頻繁擴容）。
（4）本地網(wǎng)維護力量薄弱，故障恢復時間長，影響了服務質(zhì)量。根據(jù)現(xiàn)有維護體制，GSM設備及網(wǎng)絡維護主要依靠各本地網(wǎng)的維護力量。作為現(xiàn)有GSM MSC，除了日常硬件維護外，維護的主要內(nèi)容仍然是數(shù)據(jù)維護以及網(wǎng)絡的維護，GSM MSC分布廣，數(shù)量多，維護難度大，特別對于欠發(fā)達地區(qū)本地網(wǎng)維護力量薄弱，維護經(jīng)驗不足，容易出現(xiàn)由于維護經(jīng)驗薄弱而造成故障恢復時間長，網(wǎng)絡無法正常運行的情況。另外，GSM MSC作為計費點，計費點數(shù)量多，計費傳送網(wǎng)絡的故障也容易造成原始話單的丟失，影響了計費處理的及時性。
（5）缺乏容災方案。不少省市和地區(qū)有較多的返鄉(xiāng)人流，每當節(jié)假日設備會面臨話務沖擊的考驗，現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡端局均沒有容災方案，即當設備故障時，沒有相應的網(wǎng)絡級容災備份方案。
2、優(yōu)化方案
上述所有問題都是現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡運營商所面對的問題，從現(xiàn)有基于傳統(tǒng)MSC技術的能力來看，解決上述問題是比較困難的，惟有采用新技術來解決上述問題�；谲浗粨Q的GSM核心網(wǎng)優(yōu)化就是一個較完善的方案，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)絡結(jié)構(gòu)圖
軟交換技術是近幾年崛起的一種全新的網(wǎng)絡技術，通過控制與承載的分離的體系結(jié)構(gòu)，它將原來相互獨立的網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點變成一種有機的整體，從而可以實現(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)絡存在的問題。
為了更好地闡述上述方案，本文以一個欠發(fā)達省的省網(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對現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡進行優(yōu)化，其基本步驟包括：
第一步：在省會城市建設1～2臺集中設置的MSC，該MSC的MSC Server和MGW部分均放置在同一機房，將省會城市原MSC下的1～2個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。同時考慮后續(xù)發(fā)展，對新建MSC進行適當擴容。
第一、二步完成后該省核心網(wǎng)網(wǎng)絡如圖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)設置1～2個MGW，通過
IP網(wǎng)絡跟省會城市MSC Server相連，形成全省分布式組網(wǎng)。新建各MGW應用于各地的交換機擴容，部分存在2個MGW的本地網(wǎng)可在2個MGW之間采用局內(nèi)的負荷均衡技術，提高A接口的安全性，動態(tài)調(diào)配2個MGW之間的負荷。
第四步：隨著話務量的增長，同時考慮
網(wǎng)絡安全性，可以考慮在其他較大的1個本地網(wǎng)建設1～2個MSC Server，將全省各地MGW按照地理位置劃分，各MSC Server按照雙歸屬方式進行備份，以加強網(wǎng)絡安全性。
第五步：逐步使用各地MGW對現(xiàn)網(wǎng)窄帶交換機進行替換，全省形成基于軟交換的分布式組網(wǎng)。
最后的目標網(wǎng)絡如圖5如示。
圖5 優(yōu)化目標網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
3、目標網(wǎng)絡的優(yōu)點與優(yōu)勢
根據(jù)軟交換的特點，與現(xiàn)有網(wǎng)絡相比，優(yōu)化完成后的目標網(wǎng)絡將具備以下幾個優(yōu)點。
3.1 可以實現(xiàn)集中維護
大量的數(shù)據(jù)維護工作集中在了MSC Server上進行，維護投入可以降低到現(xiàn)網(wǎng)的1/N。優(yōu)化前后維護模式見圖6所示。
圖6 優(yōu)化前后維護模式的變化示意圖
3.2 業(yè)務集中加載，統(tǒng)一業(yè)務出口，大大提高了網(wǎng)絡業(yè)務提供能力
軟交換MSC與SSP和設置，由MSC Server統(tǒng)一作業(yè)務處理，整個省網(wǎng)只有一個業(yè)務出口，升級維護方便，此外，升級過程只是對MSC Server進行升級，無需MGW的參與，設備的安全性進一步提高。
3.3 雙歸屬滿足了容災的要求，負荷均衡實現(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MGW都可以連接到兩個MSC Server，充分保證網(wǎng)絡的安全性。另外，傳統(tǒng)的GSM MSC組網(wǎng)模式下，1個BSC只能和1個MSC相連，因此當1個BSC到MSC的話務擁塞并不能將擁塞的話務疏導到其他MSC下，可能造成話務擁阻甚至癱機。而采用軟交換特有的均衡技術，可以同時將1個BSC連接到兩個MGW上，兩個MGW可以動態(tài)調(diào)整話務，保證網(wǎng)絡的接續(xù)質(zhì)量。雙歸屬及負荷分擔示意如圖7所示。
圖7 完善的網(wǎng)絡容災保護能力
3.4 無信令點擴容
在基于結(jié)構(gòu)軟交換的MSC中，信令處理等都由MSC Server負責，MGW不需信令點，因此在需要建設地區(qū)直接放置MGW的拉遠即可解決。這樣不僅使得擴容非常靈活，而且可以避免申請信令點和MSC號的過程，節(jié)省配合調(diào)整工作量，大大加快工程實施進度。
3.5 后期規(guī)劃和擴容工作更加簡單
MSC Server的集中設置意味著跨本地網(wǎng)資源的利用成了可能，在后期規(guī)劃中，重點在于把握整個省網(wǎng)的發(fā)展，MSC Server的擴容是在對整個省網(wǎng)發(fā)展進行規(guī)劃的基礎上進行的，即使不同本地網(wǎng)網(wǎng)絡對呼叫處理能力的需求會出現(xiàn)一定的波動，只要從整個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)務提供能力。
其次，MGW擴容由于幾乎不涉及龐大的數(shù)據(jù)設置工作，MGW擴容工作主要包括硬件擴容和增開電路，整個過程將變得異常簡單，大大減少了工程建設周期和工程管理成本。
4、優(yōu)化后的目標網(wǎng)向3G核心網(wǎng)的演進
在獲得3G牌照后，在上述目標網(wǎng)的基礎上，整個核心網(wǎng)完全可以實現(xiàn)到3G的平滑演進，有效保護運營商在優(yōu)化工程中的投資。優(yōu)化后的目標網(wǎng)向3G核心網(wǎng)演進的路標如圖8所示。
圖8 GSM MSC向3G的演進路標
就向3G演進的路徑來看，按照本文提出的優(yōu)化方案，該省網(wǎng)實際上采取的是一種從2G本地網(wǎng)開始遷移演進的一種方案，該演進路徑的基本步驟是：
第一步：建設獨立的基于軟交換的2G分布式MSC，采用虛擬MSC的解決方案；
第二步：MSS集中設置，MGW分布設置，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；
第三步：根據(jù)3G的建設需求，逐步將RNC接入軟交換MSC；
第四步：重復步驟2，3，逐點替換無法升級的傳統(tǒng)2G交換機；
第五步：IP承載網(wǎng)形成獨立平面；
第六步：MGW支持TDM/IP雙承載模式，承載過渡期，MGW同時支持TDM和IP承載，將話務逐步遷移到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。
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來解決現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡在各方面存在的問題，還通過優(yōu)化為現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡向3G核心網(wǎng)提供了平滑演進的網(wǎng)絡基礎。作為GSM運營商，在未獲得3G牌照前，盡早按照3G演進方向?qū)W(wǎng)絡進行優(yōu)化，既是業(yè)務發(fā)展的需要，也是網(wǎng)絡轉(zhuǎn)型的一個迫切要求，更有助于運營商在3G時代的競爭中獲得更加主動的地位。
作者：吳杰，饒高鋼
摘自：電信工程技術與標準化
