浅议3G网络中交换网络的优化

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摘要　3G网络日益临近，对于交换网络、交换网络的优化工作及交换优化人员的需求产生了巨大的冲击。文章从网络优化方面分析了3G网络相较与2G网络的不同，并结合实际的交换维护、优化经验，提出了3G网络的优化原则及方法。
　　不断增长的用户通信需求与技术的进步，促使移动通信系统从2G向3G发展。3G系统能提供类型丰富的、高质量的多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，能与固定网络相兼容，并可以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何形式的通信。相较于2G，3G具有更高的频谱效率、更丰富的业务和更优质的服务质量。
　　作为一种新技术，3G必将对现有网络产生冲击，也必将对现有的网络优化工作提出新的要求，形成新的挑战。
1、3G网络的优化原则
　　按照网络发展趋势，就交换网络而言，将采用承载与控制分离的软交换技术取代传统的TDM交换技术，构建3G核心网。相对2G网络而言，3G核心网络不仅在技术、设备和功能上发生了变化，而且促使网络结构也发生了变化，进一步导致设备维护和网络优化发生变革，对维护和优化工作也提出新的要求。图1是GSM网络和WCDMA R4网络的比较图，从一定程度上体现了2G网络和3G网络中各自所涉及的设备及组网方式。

图1　GSM网络和WCDMA R4网络的比较图

　　通过图1的比较可以发现，移动通信进入3G以后，其设备将发生以下变化：
　　（1）3G中用MSC Server（媒体网关控制器）和MGW（媒体网关）取代原有的MSC设备，同时新增了Nc、Mc、Nb接口及相应的BICC和H.248等协议。MGW采用就近原则，处于接入层，与RNC和IP承载网都具有接口，功能相对简化；而MSC Server则集中设置，由于具有大处理能力，使得适应业务平台等的集中设置成为可能，与IP承载网也具有接口。
　　（2）另一个区别是软交换汇接网可采用IP等承载方式。MGW和MSC Server都提供了与IP承载网的接口。
　　（3）在3G的网络环境下，与软交换网络设备相连的设备发生了变化，即无线接入网部分由BSS转换为RNS，以及相关设备（如HLR、RNC）的功能发生迁移、处理流程和技术发生变更（如鉴权的能力、位置和过程）。
　　设备变化导致网络发生相应变化。在采用承载与控制分离的软交换技术以后，由于MGW和MSC Server之间的分离，MGW功能的简化以及二者之间只传送信令，使得网络结构按照MGW就近接入，MSC Server按照“少局所、大容量”的分布式方式进行组网。3G组网结构如图2所示。

图2　3G网络组网结构

　　相较于GSM核心网的维护，3G核心网依据自身网络结构、组网方式将采用集中维护方式。采用集中维护的另一个原因是在软交换架构下，交换网络业务处理集中，业务的相关功能均体现在MSC Server上，HLR、SCP、BOSS等相关设备都与MSC Server相连，由MSC Server进行相关的处理和管理，因此维护和管理操作也集中在MSC Server上实现。
　　网络的发展是以业务发展为目的的，3G到来之后，现有网络承载的业务将进一步加强，将增加以可视电话、LCS等为代表的全新业务，这些业务在功能、实施以及涉及的设备上将与传统业务有较大区别，业务将体现出更大的灵活性，这些都对网络维护和优化提出了更高的要求。
2、3G网络的优化
　　由于设备和网络的变更，导致3G阶段的网络优化相对2G的网络优化工作也将发生一系列的变化。在原有的网络优化基础上，将新增或加强至少以下几个方面的优化：2G/3G切换、IP网络性能优化、网络安全优化等。
　　2.1　2G/3G切换优化
　　在3G发展过程中，2G/3G的共存将会持续较长的时间，普遍的网络规划情况是支持2G/3G之间的小区重选，支持3G到2G的切换，这是确保2G/3G网络相互联通、确保2G/3G网络平滑过渡、充分利用2G现有网络资源的根本保障。
　　在3G网络建设初期，2G/3G网络将共有现有的号码资源、信令网络、智能网络系统、互联互通系统及各个业务平台，这些资源和平台的共享和公用，是2G/3G平滑、顺畅切换的基础。
　　由于在2G/3G网络之间存在着频段、制式、技术、容量、能力、分工以及阶段的不同，使得2G/3G网络之间的切换和小区重选过程不仅仅是不同网络之间的漫游问题，还涉及到2G/3G网络的多个方面，这些都将影响不同系统的性能、容量，也将影响不同业务的质量和资源使用情况。所以2G/3G网络的切换所需考虑问题、遵循的策略和配置的数据繁琐而且艰巨。
　　即便如此，在2G/3G网络之间的切换也不是通过简单的策略就能够一步到位，还必须通过网络的不断优化实现2G/3G网络之间的用户分配、业务分担、资源匹配在不同阶段达到均衡。
　　因此，2G/3G网络之间的切换及小区重选将是网络优化的一个重要工作，该工作对网络优化人员的2G、3G及无线网络知识都提出了更高的要求，同时也对不同优化专业间的协作提出了新的要求。
　　2.2　IP网络性能优化
　　IP网络对因特网来说可以是透明的，因特网不用知道IP网的实时资源，但3G必须了解IP承载网的资源，这对IP网络可运营性提出了新的挑战。
　　IP网络有良好的可扩展性，但其仍存在流量收敛和冲击的问题。电信业务从TDM承载转为IP承载，不能像因特网那样，要从“规划、管理、监测、控制”四个方面来保证服务质量。因此对IP网络的优化成为3G交换网络优化的重要工作。
　　IP网络性能优化，指的是在IP承载基础上，以提高QoS指标为目的的网络优化工作，底层涉及IP网络的时延、时延抖动、丢包和误码率等IP指标，上层涉及不同的业务分级和用户分类，这些既是新业务、新功能的反映和要求，也是IP网络应用的特性。这些优化工作要求网络优化人员对IP、ATM等知识能很好地掌握，并对新业务、全流程有充分了解。
　　3G交换网络的优化工作既有电信网的特点，又有IP网络的特点。IP网络性能优化工作将体现这一特点，并且涵盖了IP网络的规划、管理、监测、控制全过程。
　　（1）规划
　　3G的初期，依然会以语音业务为主导，同时伴随数据业务的快速发展。这些业务特点，决定了3G的IP承载网特殊性：一方面要保证传统话音业务的可靠安全，这是业务创收的主要来源；另一方面，还要提供多业务（如视频、图像、数据等）的通信载体，这是未来发展的方向。
　　IP承载网与IP互联网有很大的不同，电信业务要求面向连接，而因特网的特点是开放性，面向无连接。这就要求IP承载网规划不能完全照搬TDM模式，抛弃IP的扁平化、可扩展优点，也不能沿用缺乏约束的IP互联网设计思路，而是将这两种思路相互结合、相互渗透。
　　IP承载网规划要达到的目标是：任何情况下流量路径明确，尤其在异常情况下，网络振荡控制在最小范围内，核心流量不经过汇聚和接入节点转发，本大区内流量及两个大区之间的流量不经过其他大区转发。另外，3G的IP承载网与传统互联网络不管是逻辑上还是物理上都要隔离开来；而且应该尽量减少网络层次以适应目前网络发展的扁平化趋势。
　　（2）管理
　　毋庸置疑，现代通讯网络的发展，是由业务需求和市场需求来决定的，3G网络的发展是和丰富的3G业务紧密结合在一起的。虽然3G网络追求业务与网络耦合性下降了，但电信网的高可靠性、实时性等特点也对IP网络提出了要求。MPLS、DiffServ、FRR等技术的应用就是针对这些特点提出的。
　　在IP承载网全网开启时，对于VPN这些端到端的业务来说，不仅要有网元管理，更需要LSP、VPN及QoS的管理，便于配置，并且在网络故障时及时定位受损的业务。如果没有良好的业务管理和配置平台，将无法满足电信网络的要求。在大规模IP承载网里，没有VPN、QoS和LSP的管理，网络实际是不可运营的。
　　以IP QoS为例，图3是IP QoS技术演进图。在2G网络中，现有IP QoS技术主要有DiffServ、MPLS等技术。DiffServ体系中定义了三种服务质量，分别是尽力而为服务（BE），如普通因特网流量；快速传送服务（EF），保证时延和带宽，主要用于实时服务，如语音；保障传送服务（AF），提供比尽力而为服务尽可能好的服务质量，保证带宽，如VPN数据。而在3G网络里，在继承使用2G网络的QoS技术外，还将考虑E-LSP、MPLS TE以及DS-TE等等技术。

图3　IP QoS技术演进图

　　（3）监测
　　3G交换网络必须对网络资源及运行状况进行监测，通过对链路/带宽资源、流量流向、时延、抖动、丢包率等指标的关注，指导网络的扩容或者优化。IP承载网有必要对链路带宽占有率及任何节点间的时延、抖动、丢包率进行监测，同时统计MGW-MGW、MGW-路由器、MGW-Server、路由器-Server、路由器-路由器、Sever-Server间的流量，实现细致的网络监测，这些指标、参数是交换网络及业务优化的基础。
　　（4）控制
　　控制即指对IP资源的超量使用进行控制，目前采用的做法是通过IP承载网、MGW、软交换等系统的配合进行控制，软交换对超过IP承载网资源的呼叫进行限呼；同时，软交换可实时采集IP承载网时延、抖动、丢包率指标，如果IP承载网QoS劣化严重，软交换也将采取限呼措施。通过两级CAC保证话音“要通就通好、不通不收费”的基本需求。
　　通过规划、管理、监测、控制，保证IP承载网的服务质量和呼叫接续指标，实现IP承载网的可运营，3G交换网络的优化过程将贯串其中。
3、网络安全优化
　　相对于2G网络，3G网络中承载了丰富的3G业务，其中相当部分是凭借3G的高可靠性和安全性才得以发展的。如小额支付、身份识别、家电控制、办公管理等业务。因此，在3G网络当中，对安全性的要求更高、更苛刻。
　　由于3G网络采用IP承载网络构成统一的平台，IP网络的安全性都必将被凸现出来。原因有两个方面：
　　（1）IP网络的大网状网结构，在确保IP网络的良好联通的同时，也使得网络故障和安全定位和隔离变得困难、使得网络安全隐患容易传播；
　　（2）IP网络的广泛应用，使得IP故障的来源和IP网络隐患变得越来越多，对于电信级的IP网络应用而言，给网络安全带来考验。
　　因此3G网络的安全管理和优化将是网络维护和优化工作的重点之一。
　　同时由于软交换设备的大局所和集中管理模式，使得同一设备的能力和性能都有了极大的集中和提高，使得任一网元在核心网络中的地位都更为关键。因此相关设备的安全和网络冗余也变得更为重要。目前，各厂商普遍支持软交换设备间的双归属和N+1备份模式，实现设备的冗余和安全保障。要实现双归属和N+1备份，前提是有软交换设备间的通信保障和数据一致性保障。
4、结束语
　　3G技术的发展和应用方兴未艾，3G网络的发展不仅是技术、业务的提升，也是通信网络维护、管理、优化的提升。由于3G网络、交换网络优化自身的特点，造就了3G交换网络优化的新特点。作为新技术，在具体的实施过程中，3G交换网络优化还将面临各种具体、独特的问题，有待进一步研究和探讨。