WCDMA R4核心网组网方案

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摘要　目前，WCDMA系统已有R99、R4、R5三个版本完成了定稿，R5版本有待检验和完善，从未来的技术发展趋势分析，基于R4标准的技术更加完善、更具优势。从电路域和分组域的角度剖析了WCDMA R4的核心网组网方案，展现了在3G网络建设初期核心网的完整解决方案，对运营商实现从2G网络向3G网络的平滑过渡有一定的指导意义。
1、R4核心网电路域组网方案
1.1　电路域承载方式的选择
根据R4版本的情况，电路域的承载方式主要有时分复用（TDM）方式、IP方式以及异步传输（ATM）方式，对于移动通信运营商，电路域承载方式主要有如下两种方案：
方案一：采用目前的TDM方式进行承载；
方案二：采用目前软交换网的IP承载网延伸到省内，或者另外新建一个IP承载网。
采用TDM承载方式的好处是基于TDM的话路质量经过现网的考验，成熟稳定，并且现网的设备可利用度大；采用IP承载方式的好处是便于向未来的网络演进，较好地解决了传输资源的利用度问题，但其话音质量需要验证，并且增加了建设IP延伸段的费用。考虑到未来发展的趋势，R4电路域承载方式按照IP承载考虑。
1.2　话路网组网方案
1.2.1　本地话路网组网
（1）网内：同一本地网内设有多个媒体网关（MGW）时，直接通过IP网网状互连。
（2）网间：对3G用户与2G用户、其他运营商用户间的本地话务疏通，根据MGW的设置情况有两种疏通方式：
方式一：设有MGW的本地网。
MGW与所辖区域的2G移动交换中心（MSC）、网关移动交换中心（GMSC）设置直达中继；另外对本地网局所较多的地市，也可考虑通过GMSC或者汇接移动交换中心（TMSC）进行转接。
对于大本地网，如果采用网状网相连，这种组织结构比较浪费MSC的端口资源，另外局数据的设置比较复杂，建议考虑改造为通过本地汇接局或者关口局转接。因此对于大本地网新建的3G-MGW，建议通过转接的方式与2G-MSC进行连接，主要有四种方案：
方案一：通过二级汇接局进行转接；
方案二：通过本地网网关局进行转接；
方案三：新建专用软交换本地汇接局。
方案一和方案二的情况基本上属于同一类型，采用方案一或者方案二主要取决于转接设备的端口造价和使用习惯。
方案三的好处是充分考虑了使用IP承载网，对3G-MGW部分可直接通过IP网转接，另外下一步也可考虑把该本地网所有的MSE进行组网方案的调整。
方式二：未设置MGW的本地网（同时参见1.2.2长途话路网组织）。
2G-MSC/GMSC与其辖区的MGW间首先考虑通过TMG（或者TMSC2）转接。当其间话务量超过46ERL（2E1）时，可考虑设置直达中继。
1.2.2　长途话路网组织
（1）网内：3G用户间的长途话务，通过本地MGW与省内其他本地网MGW、外省MGW经IP承载网直接疏通。
（2）网间：3G用户与2G用户及其他运营商用户间的长途话务，有三种疏通方式。
方式一：3G MGW仍采用TDM方式接入现有汇接网，由汇接网来疏通，遵循现有汇接网网路组织原则，见图1。

图1　长途组网方式一

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方式二：利用软交换汇接网，3G MGW与软交换汇接设备间采用IP承载方式，2G网元则仍以TDM方式接入软交换汇接网，来转接网间的长途话务，见图2。

图2　长途组网方式二

方式三：2G与3G之间的长途话务通过3G网疏通，即将话务在发端就近接入3G网内，通过3G MGW经IP承载网至收端地3G MGW，再至收端2G网或其他运营商网。如果2G-MSC/GMSC与3G-MGW没有直联，仍通过TMG转接，同方式二，见图3。

图3　长途组网方式三

对于方式一来说，仍采用现有汇接网进行汇接，与未来尽量利用IP网络进行承载的方向相违背，下面主要探讨方式二和方式三。
方式二网络层次清晰，可充分发挥TMG的作用；数据设置相对简单，以后由于MGW的变化，数据设置工作主要在TMG部分。
方式三网络层次不够清晰，数据设置相对复杂。尤其在3G网络建设初期，网元调整动作较多，可能会频繁地修改归属关系和数据。这种方式的好处是可尽量利用IP网络进行承载、节省传输。
因此建议WCDMA网络建设初期采用方式二，以后逐步采用方式三就近接入3G网络进行承载（中后期上MGW的地市考虑就近接入2G MSC和GMSC）。
1.3　信令网组网方案
信令网的网络结构和及承载方式密切相关，不同的承载方式带来不同的组网方式。3GPP R4版本网络中的信令主要包括：BICC信令、MAP信令、CAP信令以及MSC服务器与MGW之间的H.248协议。根据不同的信令采用不同的承载方式。
1.3.1　MAP/CAP信令承载网
根据R4的定义，MAP信令有三种承载方式：基于七号信令网、ATM网或IP网。因此对于MAP/CAP信令的疏通可以考虑两个方案：
方案一：利用现有的七号信令网；
方案二：利用3G专用IP承载网，新建基于IP网的STP设备，疏通MAP/CAP消息。
移动通信运营商拥有一个稳定、成熟的七号信令网，建网初期建议采用方案一，即3G MAP消息通过七号信令网疏通。其组网方式与现有的NO.7信令网组网方式相同。为简化信令数据，3G网内的MAP消息，不分省际、省内、本地均可采用GT寻址方式，MSC服务器初期可只与STP相连，MSC、HLR、SCP等网元间的消息均采用准直联方式。为缓解STP的压力，也可考虑MSC服务器与设备设置所在地的HLR进行直联，与其他HLR及3G网元的连接则通过STP转接。随着技术的成熟，逐步将MAP信令通过IP承载网疏通。
1.3.2　BICC信令承载网
BICC信令的承载也有三种方式：基于七号信令网、ATM网或IP网。与MAP消息不同的是，现有的七号信令网不支持BICC信令，同时BICC信令基于IP网承载的先例已经在移动通信运营商长途软交换网中付诸实施，因此建议BICC信令的承载与话路的承载网一致。基于IP网承载。
省内MSC服务器间的BICC信令直接通过IP网承载，省际MSC服务器之间考虑到局数据的复杂性，可利用目前软交换汇接网的TMSC服务器，将外省的数据交由TMSC服务器分析。
1.3.3　H.248信令承载网
H.248信令的承载有ATM网或IP网两种方式。
由于H.248信令仅用于MSC服务器与其管辖的MGW之间，因此建议H.248信令的承载与话路的承载网一致，即：基于IP网承载。
1.3.4　2G MSC、GMSC与3G MSC服务器之间的ISUP消息
2G MSC、GMSC与3G MSC服务器之间的ISUP消息，可有如下方式：
方式一：2G MSC与3G MSC服务器通过TDM方式直联，疏通其ISUP消息；
方式二：2G MSC与3G MSC服务器通过与STP间的准直联信令链路疏通ISUP消息；
方式三：MGW综合信令网关（SG）功能，ISUP消息通过2G MSC与MGW间的话路时隙连到SG，由SG进行底层信令的转换，通过MGW与MSC服务器间的IP承载送到MSC服务器。
方式一：由于MSC服务器存在大容量集中设置的特点，因此必然会浪费传输，同时网络组织比较乱，不适合3G、2G混合组网的情况。
方式二：由于对于3G MAP消息，考虑的是通过STP疏通，因此MSC服务器必然需要与STP有大量的信令链路，而2G MSC本身也需要与STP相连，这种方式结构最为清晰，同时IUSP消息与MAP相比也比较小，不会额外对STP增加太大压力。该方案结构清晰，应是首选方案。
方式三：若MGW综合SG功能不需要额外投资，同时MSC服务器集中设置，而MGW分散至各个本地网。在这种情况下，采用该方案可以充分利用IP网的资源，同时减少对STP的信令压力，也是一个适合未来发展情况的方案。
MAP/CAP采用方案一（利用现有的七号信令网），ISUP采用方式二（通过与STP间的准直联信令链路），BICC和H.248按照以上的建议（利用IP承载网），图4为这种情况下的组网方案。

图4　信令网组网方式

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2、WCDMA R4核心网分组域组网方案
分组域网络组织包括承载网的选择与Gn接口的网络组织、GPRS网络与数据业务网之间的网络连接、Iu接口的网络组织、DNS的解析方案、国际漫游的网络组织方案等。
同一节点的核心网设备通过局域网连接，在局域网交换机上划分VLAN，区分不同的业务，通常划分为Gn VLAN、Gi VLAN、计费VLAN、网管VLAN，不同的VLAN分配不同的网段地址，保证不同层面的业务相对独立，不能通过局域网交换机互相访问，从而确保普通用户不能通过互联网访问计费网络和网管网络。不同节点的核心网设备通过选定的承载网连接，在承载网上采用一定的策略保证安全和网络的相对独立。
2.1　分组域承载网的选择
分组域核心网设备的主要接口为Gn和Gi，其中Gn接口是SGSN和GGSN之间的接口，为GPRS网络的内部接口；Gi接口是GGSN的一个接口，为GPRS网络与数据业务网络之间的接口。
SGSN与GGSN位于同一节点时，Gn通过局域网连接；位于不同节点时，通过承载网连接，承载网可以利用IP承载网进行延伸，建设IP专网承载3G分组业务。该方案网络分工清晰，网络间协调工作小，网络安全性好。从投资上看，IP专网投资相对于3G网络核心网、接入网建设投资所占比例很小。同时电路域将建设IP专网，可考虑使用该IP专网同时承载Gn部分分组域业务（但会不会影响电路域业务，IP专网怎么使用将是一个问题）。
Gi由于需要与外网进行连接，建议仍通过CMNET进行承载。
2.2　DNS的解析方案
GPRS网中的DNS用于GPRS网内部的域名解析，负责解析出APN对应的GGSN的IP地址、SGSN逻辑名所对应的IP地址以及GPRS网内其它网络节点相关域名所对应的IP地址。
DNS一般分根DNS和省级DNS。两级设置APN或网络节点域名首先由SGSN向拜访省DNS请求解析，如果拜访省DNS无法解析则送到根DNS进行解析，而后根DNS向归属省DNS请求解析（当归属地为其他运营商时，向GRX组织设置的顶级DNS请求解析），归属省DNS将解析结果返回给根DNS，再由根DNS返回给归属省DNS，最后归属省DNS将解析结果返回给SGSN。
以国内某运营商为例，目前全网设置有2个根DNS，分别设置在北京和广州，分区管辖、互为备份。根DNS负责全网的域名解析，即：通用APN的解析、区域性APN GPRS网运营者标识一级的域名解析、GPRS网域名下SGSN逻辑名的解析、GPRS网域名下GPRS网络节点的域名解析。
每省设置至少2个省DNS，互为备份、负荷分担，负责本省GPRS网内的域名解析，即：通用APN的解析、区域性APN本省标签一级的域名解析、本省SGSN逻辑名的解析和本省GPRS网络节点的域名解析。
2.3　分组域的网络组织方案
对于3G版本的分组域，主要增加了3G的SGSN设备，R4版本的SGSN与GSM/GPRS网的SGSN所实现的功能和地位基本相同，建议参照GSM/GPRS的分组域进行组网。即SGSN与STP相连疏通信令消息，SGSN与GGSN通过Gn接口相连，GGSN通过CMNET与外部数据网相连。
某省3G分组域网络组织示意图见图5。

图5　某省移动3G/GPRS分组域网络组织示意图

3、结语
通过对电信运营商GSM网络的现状分析，结合未来对3G技术的展望，为合理利用资源、提高投资效益，文章从电路域、分组域的角度剖析了WCDMA R4的核心网组网方案，展现了在3G网络建设初期核心网的完整解决方案，对运营商实现从2G网络向3G网络的平滑过渡具有一定的指导意义。

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