中国移动GSM核心网ALL IP化探讨

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在多业务融合和高带宽需求的驱动下，移动网络向ALLIP演进已经成为业界共识。IP网络转型是中国移动战略转型的基础，中国移动ALLIP化的成功对其它运营商有很好的借鉴意义。

ALLIP的市场驱动力

        对成熟市场而言，固网向移动转网的用户数增长势头仍很强劲，各种不限时的通话套餐也促使网络流量不断增加。因此，运营商需要持续扩大网络容量，这种扩容需求构成了网络转型的强大驱动力。此外，通过3G网络提供更丰富的数据业务以及使用先进设备降低投资成本，也是不可忽视的驱动因素。

        对新兴市场而言，绝大多数收入增长来自低ARPU值用户。因此，运营商迫切需要降低成本，并通过高性价比、差异化的业务，防止ARPU值因竞争而不断下滑。

        向ALLIP网络转型能够很好地满足运营商的需求。2008年，中国电信业最流行的一句话就是“ALLIP＋Mobile＝Future”。中国移动总裁王建宙表示：“用现在确保未来，用未来管理现在”，可见ALLIP是实现“确保未来”的最佳途径。其实，向ALL IP方向演进也已经成为国内外主流运营商的共识。

        ALLIP有四大的优势：核心网IP化能够奠定无级网络的基础，承载网IP化能够实现多种承载方式的归一，接入网IP化能够实现宽带的低成本传输，业务网IP化能够使业务更丰富、更灵活。

        ALLIP也面临四大的挑战：设备要更新，网络要演进，业务要变化，人员要提升。

GSM网络ALLIP化的三步曲

        中国移动确立了GSM网络ALLIP化的网络转型战略，以提升网络的服务能力，优化整网架构，奠定未来向3G、IMS平滑演进的基础。该转型战略分三步走：第一步，引入控制和承载分离的软交换架构，核心网实现IP化；第二步，IP专用承载网向下延伸，实现承载IP化，用IP统一目前五花八门的承载方式（如图1所示），将目前使用最多的TDM承载与IP承载对比一下，可以明显地看出承载IP化的优势（如表1所示）；第三步，实现无线接入网络IP化，中国移动逐步推进A接口、Abis接口的IP化，从而迈向ALLIP。

图1  承载方式对照图

        一般来说，无线网2G基站需要2个E1；R99版本的3G基站需要4个E1；HSPA阶段的基站需要20个E1；HSPA＋阶段的基站需要40个E1，会占据一个155Mbps的SDH环。基站的数据吞吐量成几何级别增长，IPBSS/RAN自然成为当务之急。

表1  TDM承载和IP承载的比较

        本文重点关注核心网的ALLIP化，核心网PS域本来就是基于IP的，所以核心网CS域的ALLIP化成为关注的焦点。
核心网CS域目标网架构
        从中国移动核心网CS域目标网架构图（如图2所示）可以看出：CMN（CallMediationNode）和传统MSCServer的区别是CMN不控制MGW；核心网承载全部采用全IP组网；各个层面采用POOL，进行资源共享和网络备份；同时接入2G、3G，实现2G、3G共同接入。

图2  中国移动核心网CS域目标网架构图

中国移动CMN的设置有四个原则。

1．根据集团统一安排，长途软交换汇接网的TMSCServer/TMG升级改造，具备支持CMN功能，并具备转接TDM－IP话务互通的能力；

2．省际层面信令流由各省长途软交换汇接局升级成的CMN节点负责转接，未建设TMSCServer的省仍保持原有归属关系；

3．为充分发挥全IP带来的平面组网优势，对于三年规划期内省内的MSCServer数量不超过30台的省公司，应严格采用省内平面组网方式；对于三年规划期内省内的MSCServer数量将超过30台的省公司，可结合本省实际情况适时组织研究，对确有必要的省公司经集团核准后可规划引入省内CMN功能，以降低省内软交换网络维护管理的难度；

4．省内层面CMN节点原则上应由长途软交换汇接局升级成的省际CMN节点兼做，不单独设置。

核心网ALLIP化的三个信令

        中国移动GSM核心网ALLIP化主要有三个相关信令：BICC/ISUP信令（如图3所示）、BSSAP信令（如图4所示）、MAP/CAP信令（如图5所示）。

BICC/ISUP信令

图3  BICC/ISUP信令图

        IP软交换之间通过BICC信令互通，长途通过CMN转接。
        TDM交换机和IP软交换之间的BICC/ISUP互通，本地网内部通过ISUP信令互通，为避免IP软交换出TDM端口，启用MGW内置SG功能，通过M3UA转接方式将ISUP/TDM转换成ISUP/IP；省内/省际长途通过互通网元（IP关口局或TMSS）将ISUP/TDM转换成BICC/IP后和IP软交换互通。
BSSAP信令

图4  BSSAP信令图

        MSCServer通过MGW内置的SG功能将BSSAP/IP转换为BSSAP/TDM，完成与BSC进行BSSAP信令互通。
MAP/CAP信令

图5  MAP/CAP信令图

        省中心维持现有MAP/CAP信令方式，继续采用TDM信令，暂不考虑MAP/CAP信令的SIGTRAN演进。

        本地网网元之间MAP/CAP信令直连，本地网之间通过H/LSTP疏通MAP/CAP信令。

ALLIP化的路由计划

        IP与TDM之间的互通话务疏通方式，应优先考虑由软交换IP关口局疏通IP－TDM互通话务，否则采用TMG疏通，有效缓解对软交换汇接网的扩容压力。

        以下路由计划图中，粗线表示有IP关口局的路由计划，细线表示是无IP关口局的路由计划。

根据“就近入IP、就远出IP”的总体路由原则，ALLIP化有五个路由计划。

本地网内的呼叫

        通过直达中继或经IW－MSC疏通。

        软交换IP端局之间的长途呼叫

图6  软交换IP端局之间长途呼叫路由示意图

        软交换IP端局间MGW通过IP承载网直达；MSCServer与所辖MGW之间通过IP承载网星状连接；MSCServer间，省内层面网状互联，省际层面通过CMN转接；当省内MSCServer数量达到30个时，为简化数据配置及工程调整的复杂度，引入省内CMN，信令通过省内CMN转接（如图6所示）。
软交换IP端局发起、TDM终结的长途呼叫

图7  软交换IP端局发起、TDM终结长途呼叫路由示意图

        长途段必须利用IP传输；若收端侧本地网设有IP关口局，由IP关口局疏通至目的局；若收端侧本地网没有IP关口局，由收端TSS/TMG疏通至目的局（如图7所示）。
TDM发起、软交换IP端局终结的长途呼叫

图8  TDM发起、软交换IP端局终结长途呼叫路由示意图

        长途段必须利用IP传输；若发端侧本地网设有IP关口局，由IP关口局疏通至目的局；若发端侧本地网没有IP关口局，由发端TSS/TMG疏通至目的局；发起端TDM端局通过新漫游号码段861344判断落地局是否为IP端局（如图8所示）。
网间的长途呼叫（如呼叫电信PSTN）

图9  网间长途呼叫（如呼叫电信PSTN）路由示意图

        网间呼叫长途段必须利用IP传输；对于IP端局发起的呼叫，通过IP直达落地方IP关口局后落地到PSTN；对于TDM端局发起的呼叫，先经发起方IP关口局转换成IP后直达落地方IP关口局后落地到PSTN（如图9所示）。
IP信令网
        R99版本的3G核心网与GSM核心网相比从网络结构到信令基本没有什么变化，沿用了传统的No.7信令及信令网。
        R4版本的3G核心网引入了分布式的网络架构，同时信令也从传统的基于TDM的承载方式开始向IP承载演进，而高层使用的仍是No.7信令应用部分。
        R5版本在R4的基础上引入了IP多媒体子系统（IMS）域，IMS域将采用全新的基于SIP的会话方式，信令寻址采用全新的DNS＋ENUM方式，而CS域与PS域本身没有过多变化。
        R6版本在网络结构上没有变化，只是更加深入的定义了IMS域的业务。

图10  IP信令网目标网架构图

        IP信令网目标网（如图10所示）主要有两个特点。

        1.移动全IP信令网应采用分层结构建设，引入IPSTP完成GTT和信令转接功能，使IP信令网具有良好的可扩展性和可维护性；MSCServer、IPHLR、IP SCP等IP SP采用M3UA接入IP信令网，满足3GPP标准的要求；IP STP间使用MTP3/M2PA/SCTP/IP协议栈，在IP信令网中保留MTP3功能可以继承原有的信令网管理和维护体制，同时又利用了基于IP的信令传送，降低了信令消息的传送成本。

        2.IPSTP的建设方案可参考传统No.7信令网骨干层面的建设方案，IPSTP成对设置以保证安全性；初期在全国分大区设置IPSTP对，所有IP STP之间网状相连（不同于No.7信令网中分平面网状相连），各IP SP与成对IP STP均相连。