Gb over IP技术在移动网络中的应用new

1、Gb over IP技术在移动网络中的应用泰尔网 2009-12-10 10:57:21 来源电信网技术作者楚 印 诺基亚西门子通信1 引言承载网络采用IP技术是今后电信网络的重要发展趋势之一。通过采用统一的IP骨干网，可实现移动通信网络结构的简化与优化，支持组网的灵活性和传输带宽的最佳利用，从而为移动运营商节省网络投资和运维开销。目前，国内各运营商都在经历着从2G到3G网络的业务演化和迁移。在此过程中，终端用户接入速度明显提升，数据流量也急速增长。这些增长对网络也提出了更高的要求，不仅需要能够灵活地处理峰值流量的冲击，而且能够在需要时迅速、简单地扩容，同时还要保证电信网络的安全性和健壮性。在

2、这种条件下，原来基于帧中继的Gb链路已经不能满足新的要求，在IP网络上承载Gb业务流已成为迫切的需要。在这样的背景下，拥有许多成功商用Gb over IP案例的诺基亚西门子通信携手中国移动通信一起，在其GPRS/EDGE网络上实施Gb接口IP化改造方案，仅河南移动就有15台SGSN，400多个BSC，8000多个PCU运行在Gb over IP网络中，全省共节约E1电路1000余条。2 Gb over IP的技术原理2.1 Gb over IP接口的协议栈Gb接口位于GSM/GPRS网络中的BSS和SGSN之间，用来传送SGSN和BSC之间的信令和用户数据。Gb over IP（3GPP TS

3、 48.016）与Gb over FR相比并没有本质的区别（见图1），主要改变是在网络服务层从原来的帧中继承载改变为IP/UDP承载，通过基于IP的路由寻址完成Gb接口的信令和数据交换。而其上层的其他协议和应用并没有任何改变。图1 Gb over IP和Gb over FR协议栈的比较在帧中继承载方式中，（NSEI，NSVCI）对应于存在于PCU和SGSN间帧中继承载中的永久虚连接，而在IP承载的Gb口中，（NSEI，NSVCI）则最终通过源/目标地址端口四元组（IPs，UDPs，IPdst，UDPdst）来进行标识（见图2）。通过该四元组，可以明确标识PCU和SGSN间的一条链路。NS-VL

4、是对应着本端（PAPU或PCU）的UDP/IP Endpoint，它是NS层与下层L2通信的路径。一个NS-VL可以服务于多个NV-VC link。而NSEI主要是为了实现Gb口接口链路管理，同一NSEI组内的多条NSVC可以实现负荷分担和互为备份的作用。在IP作为承载的Gb链路中，BSS/SGSN的同一NSEI组中的多条NSVC，可以IP地址不同，也可以IP地址相同，而端口不同，配置上的灵活性非常强。图2 NS-VL、NS-VC和NSEI的示例2.2 Gb over IP的配置模式诺基亚西门子通信的Gb over IP解决方案支持静态和动态两种配置模式，两者的区别在于对NS-VC的定义上，静

5、态配置模式需要手动去定义所有相关参数，而动态则只需要定义部分参数，其余的配置信息则由PCU和SGSN两端协商产生，具体的描述如下：（1）静态配置模式在静态配置模式下，每一条NSVC在PCU和SGSN两端都需要明确定义：NSVCI，NSEI，PCU ID（或SGSN PAPU ID），IPs+UDPs，IPdst+UDPdst，Data Weight，Signaling Weight。两端配置都完成后，当激活NS-VC链路时，BSC或SGSN会向对端发送NS-ALIVE消息；在收到该消息之后，SGSN或BSC会向对端回应NS-ALIVE-ACK消息，至此该流程结束，这时的BSC和SGSN会在本端

6、将NS-VC状态置为工作状态，并开始传输信令和用户数据流量。随后的BSC或SGSN会每隔NS-test Timer后发送一个NS-ALIVE消息给对端，来确认链路状态是否正常。（2）动态配置模式在动态配置模式下，只需定义本端的NSE参数，其它的配置信息是由链路两端网元的Sub-Network层的自动协商流程来完成的。其自协商流程有SIZE，CONFIG，ADD，DELETE，CHANGE-WEIGHT等。该流程首先是BSC发送一个SNS-SIZE 给SGSN，内容包含Reset标识、最大可配置的NS-VC数量，以及BSC侧配置的IP Endpoint的数量。SGSN收到后会依据此计算出全互连状

7、态下需要的NS-VC的数量，如果它小于等于BSS可以配置的最大NS-VC的数量，则这次SIZE流程就被SGSN接受。如果SIZE流程成功，接下来BSS会继续发送SNS-CONFIG给SGSN。如果SIZE流程不成功，则SGSN会在SNS-SIZE-ACK中用Cause Code为“Invalid Number of NS-VCs”，“Invalid Number of IP4 Endpoints”，“Invalid Number of IP6 Endpoints”来通知BSS。CONFIG流程用来交换该NSEI两端的配置信息。首先BSC会发送所有自己要配置的IP Endpoint信息给SGSN

8、，SGSN收到后会回复SNS-CONFIG-ACK给BSS。随后SGSN会将自己的配置信息通过SNS-CONFIG PDU发送给BSS，BSC收到后也回复SNS-CONFIG-ACK消息。所有流程完成后，BSC侧的IP Endpoint会向对应的SGSN侧的IP Endpoint发送NS-ALIVE消息来激活NS-VC（见图3）。图3 SNS SIZE和CONFIG流程动态配置模式下还有ADD和DELETE流程，用来增加和删减IP Endpoint，以及CHANGEWEIGHT流程用来通知对端本网元的Signalling Weight或Data Weight发生了变化。（3）负载分担Gb ov

9、er IP支持同一NSE下多条NSVC之间的负荷分担，而不管是动态还是静态模式，每条NSVC所承载业务量的多少由定义的权重Weight来决定（包含Data Weight和Signaling Weight），Weight越大，该链路所承载的业务量的比例越高。为避免IP数据包在选择不同路径时，出发和到达顺序不一致，通常同一TLLI的数据包只选择一条NSVC通过，后续的数据包不再进行路径选择。3 Gb over IP的组网IP的组网方式可以灵活多变，但如何合理有效地利用现有IP网络资源，并能够保证GPRS网络的安全性、可靠性、扩展性以及有效地减少IP网络中的抖动和时延以保证业务的QoS，是Gb ov

10、er IP网络实施前要考虑的几大要素。如图4所示，运营商可以根据PCU和SGSN所在的位置和地域不同，分为同城市共机房、同城市不共机房以及不同城市等组网方案。3种方案中都利用了已有的IP网作为承载，并在接入层面做冗余性设计（如使用OSPF，VRRP，MSTP等网络协议），另外可以利用IP承载网中的MPLS技术将Gb业务和其它业务流进行分离（如Gn，Gi，Gp等），这样既保障了QoS又提高了安全性。图4 Gb over IP的组网方式4 Gb over IP的优势4.1 投资成本的减少（1）E1的投资节省由于Gb接口IP化摆脱了对传统帧中继网络中E1电路的依赖，只需承载于现有的IP网络上即可，从

11、而可以大大地降低对传输资源的投入和占用。（2）网络利用率提升由于传统帧中继网络为链路独占方式，虚链路的带宽始终限制着PCU下业务量的增长。而GPRS业务有很大的潮汐效应，由此造成同一时间内富余的Gb链路资源得不到释放，而业务量增长的地方，带宽又得不到保证，这样就造成链路带宽利用率不高的问题。而IP承载中的带宽共享的特性，能够有效地解决这个问题。（3）充分利用现有资源由于国内各运营商均建有自己成熟且完备的IP承载网，因此不需要新建网络来实现Gb接口的IP化，只需利用现有资源即可。4.2 运维成本的减少（1）简化的Gb链路调整传统帧中继网络下的Gb扩容或Gb调整工作，由于近年来业务的迅猛发展而变得

12、越来越多，再加上例行的软、硬件维护而产生的Gb调整，这些都需要前期网络规划和后期的操作实施，从而浪费了大量的维护成本。Gb接口IP化使得Gb带宽扩容的概念转化为设备容量的扩充和IP带宽资源的扩充，调整的频率因此被大大降低。诺基亚西门子的Gb over IP解决方案支持使用域名解析的方式来寻找对端的IP Endpoint，网络调整时只需更新DNS和SGSN上的配置信息，即可完成Gb接口迁移的工作，而无需像传统模式下既要跳接电路，又要手动修改或创建两端网元的配置数据，从而大大减少了网络中断的时间。（2）统一的IP网维护传统帧中继网络下由于Gb接口占用大量的E1端，这些E1电路经常会由于误码和滑码过

13、多而造成Gb链路的中断或闪断。Gb接口的IP化使Gb接口也纳入IP网综合维护的范围之内，从而使分组域核心网的各个接口都归属到同一维护部门，让维护工作更加高效、有序。（3）简化的IP连接传统帧中继网络下的SGSN和BSC，其Gb接口通常需要从设备上引出很多条E1电路到传输网。而IP化改造后，只用几根光纤和网线就可以解决问题。4.3 稳定性和可靠性提高（1）IP承载网提供更好的冗余性传统的帧中继连接方式通常没有备份机制，一旦传输出现问题，就会造成Gb接口中断进而影响业务使用。而运营商的IP承载网通常具有良好的冗余性和可靠性，从接入层面到汇聚层面都有良好的保护功能，动态路由，VRRP和STP等被广泛

14、应用的网络协议都为业务保护和快速恢复提供了有力的保障。（2）业务恢复快传统帧中继网络中，一旦出现SGSN故障或传输中断，常常需要重新布放传输和重新配置数据，业务往往要很长时间才能得到恢复。而Gb over IP以后，一旦SGSN出现问题，只需在备份的SGSN上添加数据和修改IP网的路由指向即可，业务在几分钟内即可得到恢复，从而有效地保护了投资及维持了用户感知。（3）Multi-Gb需要Gb over IP支持Gb over IP为SGSN Pool的网络实施打下了基础。基于Gb over IP的网络只需进行数据配置即可轻松实施SGSN Pool。Gb over IP和SGSN Pool的技术在现网中的实施，可以大大提高分组域核心网的可靠性和抗冲击性。4.4 更利于平滑演进（1）IP化和FR可以共存诺基亚西门子通信的Gb over I