2G-3G共核心网情况下的MSC Pool组网探讨

2G/3G共核心网情况下的MSCPool组网探讨摘要本文主要对未来核心网CS域组网演进—MSCPool组网进行探讨，对核心网络CS域组网结构分析适于2G网络和3G网络的MSCPool组网方案，并针对现有2G/3G共核心网的CS域网络结构，提出了在MSCPool组网时应采用的原则和方案。关键词：MSCPool，共核心网，NNSF，网络演进ABSTRACTThethesisismajorintheevolvementofcorenetworkwithMSCPoolandproposetheprojectofMSCPoolforGSMandWCDMA.ConcerningthecommoncorenetworkofGSMandWCDMA,porposetheprincipleandschemeofMSCPool.KEYWORDS:MSCPool,Commoncorenetwork,NNSF,networkevolvement目录摘要 2ABSTRACT 21 现网核心网CS域的网络结构及存在的问题 32 核心网CS域网络结构的演进—MSCPool 42.1MSCPool的基本原理与实现机制 42.2采用MSCPool组网的优势 53 MSCPool组网方案 63.1MSCPool的组网方案 63.2 两种方案优劣性的比较： 74 2G/3G共核心网的MSCPool组网讨论 84.1理想情况 94.2过渡情况 95结论 116参考文献 11附：作者简介 11现网核心网CS域的网络结构及存在的问题中国联通现有的移动网络核心网CS域采用软交换、2G/3G共核心网的网络结构，在容灾备份上采用1+1备份或N+1备份，基本的结构图如下：图1现网典型网络结构现有的网络结构存在的问题：BSC/RNC与MGW之间是一对一的关系，一旦MGW宕机，则其下挂的所有BSC/RNC下的所有用户业务将中断。正常情况下备server不带业务，一旦主server宕机，倒换后备server接管业务，主备倒换时间内此MSC下的所有用户业务将中断。现有的网络结构由于每个MSC服务的地理位置不同、服务的用户行为不同，话务高峰可能会出现在不同的时段和不同的地点，因此可能会造成在话务高峰某些MSC负荷过高而某些MSC负荷却很低。为了解决这些网络结构的缺陷，需要探讨一种更合理的组网结构核心网CS域网络结构的演进—MSCPool在3GPPTS23.236中，引入了MSCPool，即资源池的概念。实现了多个MSC共同构建一个大的服务区，所有MSC以池组方式协同工作，分担了池区域内的话务负荷。服务区内每个BSC/RNC能受控于池内的多个MSC，打破了以往BSC/RNC与MSC之间一对一的控制关系。如果池区内某核心网网元设备出现中断现象时，整个BSC/RNC可以与MSSPool内的其他工作正常的MSC自动进行交互从而继续工作。这种一个BSC/RNC连接多个核心网节点，在2G网络中称为A-Flex技术，在3G网络称为Iu-Flex技术。一个典型的MSCPool组网结构为：图2典型的MSCPool的组网方式2.1MSCPool的基本原理与实现机制首先来明确一下MSCPool所涉及的几个概念：池区(PoolArea)：多个核心网节点组成一个区域池，每个核心网节点都等同地服务池区内所有BSC/RNC覆盖的区域，连接到BSC/RNC的终端用户可以注册到池中的任意一个核心网节点，用户在池区内移动时一直由注册的核心网节点为其提供服务。网络资源标识(NRI)：一个池区内包含多个MSC，NRI用于标识服务于一个特定用户的MSC节点。NRI包含在TMSI中，一个PoolArea中的每一个MSC都具有独一的NRI。当用户初次注册到MSCPool内的一个MSC时，这个MSC将分配含有本局NRI的TMSI给用户。后续，当用户再次发起业务时将携带NRI信息，保证MSC池区内的用户每次发起的业务均能够被路由到已注册的MSC。非接入层网络节点选择功能(NNSF)：当用户第一次注册到MSCPool，具有NNSF功能的节点根据负荷分担算法选择一个合适的归属MSC，归属的MSC会给用户分配一个NRI，当用户继续在MSCPool内移动和使用业务，NNSF节点会根据NRI值，路由到已注册到的MSC。具有NNSF功能的网元可以是MGW或者BSC/RNC。NNSF功能实际上就是获取用户所携带的NRI并根据NRI值找到为其服务的网元节点。当新用户进入到MSCPool的覆盖区域时，具有NNSF功能的网元会按照负载均衡算法将用户的位置更新请求随机地分配给池组中的某一个MSC，保持池中每个MSC的负荷大致相当。同时这个MSC完成位置更新并给用户分配一个TMSI，这个TMSI里面携带了NRI字段，用来标识为这个用户提供服务的MSC节点编号，表明用户已经注册到池中的某个MSC上。当用户在MSCPool的服务区域内移动时，将一直由这个MSC为其服务，直到用户离开MSCPool的服务区域。在这期间，用户如果有业务请求，系统将根据请求消息中所带的TMSI中的NRI信息，由具有NNSF功能将话务分配到对应的MSC进行处理。在这种模式下，一个区域池中多个MSC节点可以看做是一个大容量的MSC，它所提供的服务范围与单个核心网节点提供的服务区相比扩大了许多，减少MSC间的位置更新、切换，降低MSC和HLR的信令负荷。2.2采用MSCPool组网的优势网络级实时冗余安全机制，并非单纯的容灾备份方案，增强系统安全性能。在一个池区内所有的MSCSERVER之间都是互为备份的，如果其中一个发生了故障，它所服务的用户会被MSCPool内其他MSCSERVER接管，实现了真正意义上的自动、实时冗余安全机制。在网络结构上服务区内每个BSC/RNC能受控于池内的多个MSCSERVER，如果池区内某核心网网元设备出现中断现象时，整个BSC/RNC可以与MSSPool内的其他工作正常的MSCSERVER自动进行交互从而继续工作。特别适用于要求高安全性的区域，例如CBD、奥运核心区等。充分均衡网络负荷，解决潮汐式话务对网络的冲击传统的组网模式下，每个MSC由于服务区地理位置不同、服务的用户行为也不同，话务高峰可能出现在不同的时间、不同的地点。因此，经常会造成在同一时段某些MSC负荷高，而某些MSC负荷却很低的情况。MSCPool的引入可以均衡不同地区、不同时段的话务高峰，如均衡工作区和住宅区在上班、下班后的不同话务峰值，使话务在池内所有节点中动态分配，这样就在很大程度上克服了不同时段、不同地区话务分布不均对网络的冲击。对于突发的话务高峰、节假日和大型活动等也可以从容应对，增强了网络的抗冲击能力。减少跨局切换和位置更新，减轻核心网信令开销MSCPool的引入扩大了覆盖的服务区域，原有MSC间的位置更新及切换优化为Pool内的位置更新及切换。大大降低了局间切换的次数，减少了MSC和HLR之间的信令开销。快捷方便的网络维护在池区内的某个设备处于维护状态时，可由池内的其它网元来承担其话务。MSCPool中的一个MSC能够暂时退出服务，以便进行升级打补丁等维护工作，然后再重新加入到MSCPool中，整个过程不会对用户业务和话费收入造成影响。MSCPool组网方案3.1MSCPool的组网方案首先我们不区分GSM和WCDMA网络，把BSC/RNC统一为无线侧，各厂家的MSCPool主要有以下两种组网方案：方案一：无线侧接口互联无线侧与Pool内每个MSCServer控制的物理独立MGW设置信令及中继电路。如图3所示：图3MSCPool组网方式一方案二：Mc口互联无线侧到Pool内各MSCServer的信令由单个MGW转接，各MGW划分为多个虚拟MGW，分别受Pool内各MSCServer控制。如图4：图4MSCPool组网方式二两种方案优劣性的比较：表一：方案对比方案一：无线侧接口互联方案二：Mc口互联NNSF功能在无线侧BSC/RNC上实现在MGW上实现网络安全性Pool内的Server相互备份，某个Server宕机其他Server接管业务，无线侧接口互联后若某个MGW宕机不会造成其下挂的BSC/RNC下的用户业务中断Pool内的Server相互备份，某个Server宕机其他Server接管业务，MGW没有备份负荷均衡算法静态负荷均衡：无线侧根据池内各MSC的容量分配用户动态负荷均衡：无线侧会计算到每个MSC的A/Iu接口电路负荷，也就是占用电路/所有电路的值，根据负荷值分配用户。静态负荷均衡：MGW根据池内各SERVER的容量分配用户动态负荷均衡：MSCServer定时向池内所有MGW报告负荷情况，MGW可根据MSCServer的负荷自动调整负荷均衡参数分配用户对现网网元功能的改造需求需无线侧BSC/RNC升级支持A-Flex/Iu-Flex功能和Pool功能，Server支持Pool功能需要提供虚拟MGW功能和Pool功能。Server支持Pool功能。无需对BSC/RNC升级。对现网拓扑结构的改造需求由现网无线侧BSC/RNC只对一个MGW改造为一对多互联由现网MC口MGW只对一个Server改造为一对多互联传输资源无线侧接口互联需占用较多的传输资源Mc口为IP承载时Mc口全互联与单点对联对传输资源的要求差别不大核心网和无线侧设备的兼容性若核心网和无线设备为同一厂家，功能无问题，若为异种厂家设备，可能会存在问题,需要兼容性测试在MGW上实现Pool功能，对BSC/RNC没有影响，可以兼容异种厂家的无线设备从上述列表并结合现网的结构，可以看出：对于GSM网，现网的BSC与MSC采用TDM承载，因此适合采用方案二Mc口互联，这样避免对无线大的改动；对于WCDMA网，现网的RNC与MSC采用IP承载，且基本都支持Iu-Flex功能，因此适合采用方案一无线侧接口互联。2G/3G共核心网的MSCPool组网讨论根据上面的讨论，GSM网CS域适合采用Mc接口互联进行MSCPool组网，WCDMA网CS域适合采用RNC无线接口互联进行MSCPool组网。在这一组网原则下，下面我们讨论2G/3G共核心网，MSCPool的组网策略。我们分成两种情况，一种是理想情况，即3G无线覆盖优于2G，3G用户在移动过程中一般不会登陆2G网络。另一种是过渡情况，即3G无线覆盖还无法优于2G，3G用户在移动过程中会经常出现2G/3G间切换。4.1理想情况理想情况下3G用户只登陆在WCDMA网络，2G用户只登陆在GSM网络。这时可以把2G网络和3G网络单独进行MSCPool组网，相互之间并不影响。选择采用Mc接口互联方式对2G网络组网，让MGW具备NNSF功能，来识别2G用户TMSI中的NRI标识。单独采用Iu-Flex方式对3G网络进行组网，让RNC具备NNSF功能，来识别3G用户TMSI中的NRI标识。或者对2G网络和3G网络同时进行MSCPool组网，相互之间不受影响。这是因为无论MGW互联还是RNC互联，都可以根据NRI标识找到相应的MSCSERVER进行服务。4.2过渡情况过渡情况下3G无线覆盖还无法优于2G无线覆盖，3G用户在移动过程中会经常出现2G/3G间切换，这时我们假设只对3G网络进行组MSCPool而对2G用户不进行MSCPool组网，即MGW不互联不具备NNSF功能，无线接口互联且RNC具备NNSF功能，会出现以下这种情况：图53G组MSCPool，2G不组MSCPool时当3G用户先前注册在Server2上，在Pool区内移动时，如果此时2G信号优于3G信号覆盖，用户会登陆到2G网络上，而此时登陆的2G网络没有组Pool，BSC只与Server1连接，用户就会经过BSC重新位置更新到Server1，信令流程的交互涉及到VLR1需要向VLR2要用户的IMSI，同时VLR1还要与用户所在的HLR进行位置更新流程。不组3G网络的MSCPool时，用户的这种行为只是一个MSC内部的位置更新，不涉及到MSC之间及MSC与HLR的信令交互，而以这种情况，由于2G/3G共核心网的缘故，同一MGW下2G/3G重选增加了MSC间的位置更新，反而失去了3G网络组Pool的优势，可能造成MSCPool内的信令负荷增高，性能下降。因此，在过渡情况下，如果对3G网络组MSCPool，就需要同时对2G网络组MSC