WCDMA R4分组域规划

摘要　本文就WCDMA R4版本核心网体系结构进行了介绍，详细分析了R4核心网分组域的演进，最后提出了分组域规划中网元设置、带宽计算的方法。

1、引言

　　目前3GPP已经定义了WCDMA R99、R4、R5、R6等多个版本，主流厂家的WCDMA R4产品已趋于成熟，并且引入了软交换的概念，目前国内各运营商WCDMA规划都是基于R4版本的。

2、R4核心网体系结构

　　核心网络由PS（Packet Switching）域和CS（Circuit Switching）域组成，CS域基本上采用电路交换方式。R4主要对CS域进行改造，把R99 MSC（Mobile Switch Center）分裂为MSC Server和媒体网关MGW（Media GateWay），引入了软交换的概念，实现控制与承载分离。

　　下面主要研究R4版本核心网分组域的规划，首先来看一下分组域在核心网中的位置，如图1所示，WCDMA R4核心网体系结构。

 

图1　WCDMA R4核心网网络架构

　　WCDMA R4核心网中主要网元：

　　（1）CS域：包括MSC服务器（MSC Server）、媒体网关（MGW）、GMSC服务器（GMSC Server）等。

　　（2）PS域：主要包括服务GPRS支持节点（SGSN）、网关GPRS支持节点（GGSN）等。

　　（3）CS域和PS域共有：归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AuC）等。

　　下面详细介绍分组域中的主要网元及接口：

　　SGSN：服务GPRS支持节点，SGSN提供核心网与无线接入系统BSS、RNS的连接，在核心网内，SGSN与GGSN/GMSC/HLR/EIR/SCP等均有接口。SGSN完成分组型数据业务的移动性管理、会话管理等，功能管理MS在移动网络内的移动和通信业务，并提供计费信息。

　　GGSN：网关GPRS支持节点，GGSN作为移动通信系统与其他公用数据网之间的接口，同时还具有查询位置信息的功能。如MS被呼时，数据先到GGSN，再由GGSN向HLR查询用户的当前位置信息，然后将呼叫转接到目前登记的SGSN中。GGSN也提供计费接口。

　　Gi接口：GGSN与Internet的接口，基于TCP/IP协议实现外部分组网络的互联功能，其内容为媒体流。

　　Gn接口：同一PLMN内两个GSN之间的信令接口，在此接口中采用了GPRS隧道协议GTP（GPRS Tunneling Protocol）。

　　Gs接口：SGSN和MSC Server之间的接口，采用基于No.7信令（使用无连接的SCCP，没有TCAP）的BSSAP+协议来完成信令互通的功能，SGSN向MSC Server发送移动用户的位置信息，同时接收MSC Server的寻呼请求。

　　Gr接口：SGSN与归属位置寄存器HLR之间的接口，SGSN通过此接口获取HLR中的用户信息，采用基于No.7信令系统中的MAP协议实现。

　　Iu-PS接口：SGSN与RNC之间的接口，用于传送会话管理信息和移动性管理信息。

3、核心网分组域的演进

　　核心网分组域在网络演进过程中保持了设备形态和设备功能的稳定性、延续性，提供了设备平滑演进的基础。未来无线数据业务的巨大发展潜力，要求分组域设备处理能力呈几何级翻番，处理能力将成为分组域设备平滑演进的关键。

　　R99/R4核心网分组域架构和GPRS保持一致，核心网分组域和接入网之间引入基于ATM承载的Iu-PS接口，如图2所示。

 

图2　核心网分组域的演进

　　移动核心网络分组域核心网络的演进比较平坦，短期内可实现GPRS与WCDMA分组核心网络的融合。

4、核心网分组域的建设模式

　　对于R4分组域核心网的演进一般有两种演进模式，如图3所示。

 

图3　分组域核心网演进的两种组网形态

　　4.1　合建模式

　　对现有GSM/GPRS网中的SGSN、GGSN，进行软、硬件升级改造，支持Iu-PS接口，并对GPRS网中的相关设备进行相应的软件升级。用一个设备同时提供2G/3G接口，同时为2G/3G用户提供业务。

　　优点：分组域网络统一，结构清晰；充分利用GPRS网络资源，节省网络投资；提高系统间数据切换成功率。

　　缺点：部分现网分组域设备系统容量小，技术起点低，没有持续演进能力。

　　适用范围：3G业务量不大，系统有容量的地区；厂家设备支持升级。

　　4.2　分建模式

　　新建R4 SGSN、GGSN，2G/3G用户业务由2G和3G设备分别提供，部分设备仍需要具有同时支持2G/3G业务的能力。

　　优点：对现网影响较小；工程实施相对简单。

　　缺点：核心网分组域划分为两张网，网络资源不能共享；初期投资较大。

　　适用范围：3G业务量较大，系统没有容量的地区；厂家设备不支持升级。

　　技术的发展趋势上看，GPRS和WCDMA PS的核心技术发展是完全一致的，标准也完全融合，因此合建方案在技术上不存在任何问题。

　　从网络业务发展趋势上看，GPRS作为3G的铺垫，网络不可能永久地停留在GPRS阶段，GPRS向3G发展是必然的。从长远性来讲，GPRS和WCDMA PS二者是融合性的。

5、分组域网元设置原则

　　分组域网元设置

　　主要指GGSN、SGSN的设置，GGSN和SGSN可以设置在同一地点，也可以分开设置，一般按省考虑。

　　5.1　SGSN设置原则

　　SGSN应根据业务量大小和分布情况，可以在每个省以至每个本地网中设置一个或若干个SGSN，一个SGSN可以服务于一个或若干个本地网。

　　在规划期内，建议以省为单位设置SGSN。SGSN设置尽量贴近用户侧设置，但当SGSN数目较少时可采用与GGSN放在同一机房的子网中。

　　5.2　GGSN设置原则

　　省层面的GGSN按省、自治区、直辖市设置。对于业务量较大的省，可以在省内设置多套GGSN，这些GGSN采取轮询的方式选择GGSN，即每个GGSN分别与省内的SGSN呈星形连接，以保证GGSN负载均衡和冗余备份。

　　5.3　SGSN/GGSN的连接

　　（1）SGSN与GGSN位于同一节点时，Gn通过局域网连接；

　　（2）位于不同节点，通过承载网连接；建议运营商使用现有的网络实现承载。若采用IP承载网，建议在Gn接口处设置防火墙：在各个节点局域网与现有IP网连接处设置防火墙，通过地址过滤和端口过滤方式保证Gn接口安全。

6、接口带宽计算

　　分组域规划设计中，比较重要的一环就是要对各接口带宽进行计算，下面列出了分组域中比较重要的接口的计算方法。

　　6.1　Gi接口

　　Gi接口带宽=用户数×忙时附着用户比例×忙时用户集中系数×每用户忙时平均分组业务量×承载网所需要的冗余系数

　　（1）忙时附着用户比例：指忙时开机的用户中手机具有GPRS功能、并被允许使用分组业务占所有用户数的比例，该比例对SGSN的数量有直接的影响。

　　该比例受用户未开机、用户未开通分组业务，部分终端支持关闭GPRS、低端手机不支持GPRS功能等因素影响。

　　（2）忙时用户集中系数：指忙时附着用户中同时激活PDP的比例，该比例和忙时用户附着比例的乘积对GGSN的数量有直接的影响。

　　该比例受用户对数据业务的使用程度影响。

　　6.2　Gn接口

　　Gn接口带宽=用户数×忙时附着用户比例×忙时用户集中系数×每用户忙时平均分组业务量×承载网所需要的冗余系数×（IP包平均长度+GTP头长度+UDP包头长度+IP包头长度）/IP包平均长度。

　　6.3　Gs接口

　　忙时Gs信令流量=用户数×忙时用户附着比例×（忙时用户Attach次数×联合位置更新比例×GPRS联合位置更新平均消息长度+每用户MM消息次数×平均消息长度+每用户MS消息次数×平均消息长度+每用户非GPRS提醒次数×平均消息长度+CS发来的用户寻呼次数×平均消息长度+RA/LA联合位置更新次数×平均消息长度）

　　6.4　Gr接口

　　忙时Gr信令流量=忙时附着用户数量×（忙时用户鉴权次数×平均消息长度+忙时用户attach次数×平均消息长度+忙时用户SGSN间路由区更新次数×平均消息长度+忙时用户detach次数×平均消息长度+HLR插入删除用户数据×平均消息长度）

　　Gs、Gr接口既可以在TDM承载也可以在IP承载，不同承载方式的接口计算稍有不同，这里不再赘述。

7、结束语

　　WCDMA R4核心网分组域建设是一个相对平滑的演进过程，从2G向3G的过渡阶段，一定要保证现网业务的安全，采用最合理的核心网规划设置方案，保护现网资源，节省建设投资，避免造成不必要的浪费。