吉林聯(lián)通分組核心網(wǎng)SGSN池組化的技術(shù)方案及實施經(jīng)驗

摘 要 本文闡述了中國聯(lián)通吉林分公司針對本省業(yè)務(wù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，在分組核心網(wǎng)部署SGSN 池組化新技術(shù)方案及思考�；�于2G/3G 公共SGSN Pool組網(wǎng)技術(shù)，不僅可以均衡話務(wù)、簡化網(wǎng)絡(luò)擴容；而且可以提升設(shè)備利用率，充分保證網(wǎng)絡(luò)冗余安全、使核心網(wǎng)做到既安全又高效的和諧統(tǒng)一。在文中，大量現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析，在對SGSN Pool組網(wǎng)優(yōu)勢驗證的同時，也為今后SGSN Pool 的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和規(guī)劃留下寶貴的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞： SGSN，全IP，公共核心網(wǎng)，SGSN 池組化

1 概述

在全球移動寬帶迅猛發(fā)展的大時代下，伴隨EDGE和WCDMA數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，分組核心網(wǎng)在發(fā)揮前所未有的重要作用的同時也面臨著更加嚴峻的考驗。安全、成本和效率將是吉林聯(lián)通分組網(wǎng)絡(luò)下一階段建設(shè)的主要任務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)容量的不斷增長，需要不斷的增加SGSN節(jié)點來滿足其發(fā)展，如何更好保障全省的網(wǎng)絡(luò)安全；如何對SGSN的容量和話務(wù)進行更合理的配置，提高設(shè)備的利用率；如何簡化網(wǎng)絡(luò)擴容方式，使得每次擴容無需重新規(guī)劃和分割網(wǎng)絡(luò)的位置區(qū)；如何減少越來越多的局間位置更新和切換對網(wǎng)絡(luò)資源造成的浪費和開銷；，為網(wǎng)絡(luò)提供無間斷的服務(wù)；所有這些都成為運營商亟待解決的問題。

正是針對這一需求，SGSN池組化組網(wǎng)模式應(yīng)運而生。SGSN 池組化組網(wǎng)技術(shù)有效解決了傳統(tǒng)核心網(wǎng)組網(wǎng)模式所不能解決的上述等多個網(wǎng)絡(luò)難題，使從傳統(tǒng)的基于以節(jié)點為單位進行的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、運維管理模式上升為從整個核心網(wǎng)層面統(tǒng)一考慮網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和運維管理。

借著中國聯(lián)通集團組織SGSN池組方案測試驗證的機會，吉林聯(lián)通決定在長春、吉林、四平部署SGSN池組，進而驗證SGSN池組化方案的各項功能。結(jié)合大量現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析，在對SGSN Pool組網(wǎng)優(yōu)勢驗證的同時，也為今后SGSN Pool 的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和規(guī)劃留下寶貴的經(jīng)驗。

2 SGSN 池組的基本原理及優(yōu)勢簡介

2.1基本原理

SGSN池組方案是基于3GPP TS23.236標(biāo)準的解決方案，所謂的SGSN池，就是由多個SGSN共同構(gòu)建一個大的服務(wù)區(qū)，這些SGSN以池組方式協(xié)同工作； SGSN池組具備2G/3G動態(tài)雙接入功能，池組內(nèi)每個BSC/RNC與每個SGSN之間以IP形式保持全連接。基本原理如下：

1. 當(dāng)用戶進入SGSN池服務(wù)區(qū)域時，BSC或RNC根據(jù)負載均衡的原則，并參考SGSN池內(nèi)各SGSN的相對容量因子CAP，將用戶的位置更新請求隨機地分配給池內(nèi)的某個SGSN，由其為該用戶提供服務(wù)；

2. SGSN與該用戶的歸屬HLR完成更新位置區(qū)過程后，會分配給用戶一個P-TMSI，其中包含的字段NRI是網(wǎng)絡(luò)資源標(biāo)識，該NRI 在SGSN Pool 內(nèi)唯一的標(biāo)識該用戶登記的SGSN。

3. 用戶在SGSN池內(nèi)完成更新位置區(qū)后，將一直由它所注冊的那個SGSN提供服務(wù)，直到該用戶離開這個SGSN池的服務(wù)區(qū)域。

圖1 SGSN池組的基本原理

SGSN池組組網(wǎng)模式打破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中一個BSC/RNC只能連到一個SGSN的限制，但網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)沒有變化。池組區(qū)包括了池組內(nèi)所有SGSN節(jié)點所服務(wù)的BSC/RNC的所有路由區(qū)域。池組區(qū)內(nèi)有多個SGSN并行地運行，它們共同分擔(dān)池組區(qū)內(nèi)的業(yè)務(wù)。當(dāng)移動終端處于SGSN 池組的無線資源覆蓋下時，它只被該池組區(qū)內(nèi)一個SGSN節(jié)點所服務(wù)。移動終端在池組區(qū)內(nèi)漫游時，無需改變其服務(wù)SGSN節(jié)點，從而減少了SGSN節(jié)點間的更新、切換和遷移。

2.2 優(yōu)勢簡介

SGSN池組技術(shù)具備如下優(yōu)勢：

• 網(wǎng)絡(luò)級冗余安全保障

假如網(wǎng)絡(luò)中某一節(jié)點故障， 池組內(nèi)其他節(jié)點可以實時接替，實現(xiàn)真正意義上實時網(wǎng)絡(luò)級冗余安全保障機制。

• 用戶及業(yè)務(wù)均衡負載

由BSC或RNC根據(jù)SGSN處理能力均衡各SGSN的用戶及業(yè)務(wù)負荷，共同管理池組的覆蓋區(qū)域。

• 提升網(wǎng)絡(luò)和投資效率

由池組內(nèi)節(jié)點共同承擔(dān)話務(wù)高峰，提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率，提高投資效率。

• 減少核心網(wǎng)絡(luò)信令開銷

SGSN池組提供了公共服務(wù)區(qū)，原有SGSN間路由區(qū)更新和切換全部轉(zhuǎn)化為SGSN內(nèi)路由區(qū)更新，減少了SGSN間的路由區(qū)更新所產(chǎn)生核心網(wǎng)信令開銷。

• 簡化網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和核心網(wǎng)規(guī)劃可以分別進行，互不影響，只要總?cè)萘科ヅ浼纯�，每次擴容也無需調(diào)整無線位置區(qū)與核心網(wǎng)的掛接關(guān)系。

• 有助于集中化管理，方便運維

池組內(nèi)節(jié)點具有完全一致的局數(shù)據(jù)，包括位置區(qū)數(shù)據(jù)、小區(qū)數(shù)據(jù)、RNC/BSC數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)制作和后期維護都比較簡單，網(wǎng)管人員可以統(tǒng)一管理池區(qū)內(nèi)的網(wǎng)元。

3 吉林聯(lián)通池組部署前的網(wǎng)絡(luò)狀況分析

吉林聯(lián)通共有5臺SGSN節(jié)點覆蓋全省2G、3G網(wǎng)絡(luò)，每個節(jié)點對應(yīng)獨立的無線覆蓋區(qū)。

1) 網(wǎng)絡(luò)安全沒有保障

5臺SGSN節(jié)點分別覆蓋不同地市，假如某一SGSN節(jié)點故障，會造成業(yè)務(wù)中斷，難以恢復(fù)，缺少網(wǎng)絡(luò)級冗余安全保障機制。

表1 SGSN節(jié)點掛接地市情況

2) 用戶及業(yè)務(wù)負荷不均

以下圖的SGSN03和SGSN04節(jié)點為例，SGSN03覆蓋省會長春，擁有大量用戶，而SGSN04覆蓋吉林和四平，兩臺SGSN之間的用戶數(shù)呈現(xiàn)出明顯的不均衡狀態(tài)。而且SGSN03的忙時高峰大概是SGSN04的2倍。

圖2 SGSN池組部署前附著用戶數(shù)變化曲線

2) 朝汐現(xiàn)象明顯

長春作為省會城市和重要的交通樞紐，人口流動出現(xiàn)“潮汐效應(yīng)”，即用戶白天通過公路和鐵路進入長春SGSN節(jié)點的覆蓋范圍，晚上則離開。這在舉辦大型活動時（如長春汽車展、旅游旺季、冬季冰雪節(jié)等）將更加明顯。

如果將來因為業(yè)務(wù)發(fā)展而在長春增加SGSN節(jié)點，分別覆蓋長春的居住區(qū)和生活區(qū)，還會每天因城市內(nèi)部人群流動而產(chǎn)生潮汐現(xiàn)象。

潮汐現(xiàn)象給SGSN節(jié)點帶來大量話務(wù)遷移的沖擊，增大了單節(jié)點故障的風(fēng)險。

3) 跨區(qū)移動多，切換信令頻繁

每個SGSN分別覆蓋不同的地市，既有話務(wù)密集區(qū)又有低話務(wù)區(qū)域；既有商務(wù)區(qū)又有居住區(qū)；相鄰的無線區(qū)域又分割了公路，鐵路等用戶頻繁移動的區(qū)域等。

例如，在SGSN3與SGSN4節(jié)點覆蓋區(qū)域間有鐵路大動脈，存在大量的用戶跨區(qū)移動，造成信令切換頻繁，增加了業(yè)務(wù)時延，使得用戶體驗變差。見下圖：

圖3 吉林聯(lián)通SGSN節(jié)點對不同地市的覆蓋情況

4) 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃復(fù)雜，資源利用率低

吉林聯(lián)通SGSN池組部署前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，BSS或RNC只受指定掛接的SGSN控制，無線接入網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)相互影響。無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和核心網(wǎng)規(guī)劃必須同時進行，每次擴容都要調(diào)整無線位置區(qū)與核心網(wǎng)的掛接關(guān)系，使得網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)復(fù)雜化。

而且傳統(tǒng)設(shè)計SGSN容量時，為了使SGSN滿足業(yè)務(wù)要求，都是按可能的最大容量來進行設(shè)計，這就導(dǎo)致了SGSN資源的浪費。

4 吉林聯(lián)通SGSN池組方案部署與效果分析

4.1 吉林聯(lián)通SGSN池組方案內(nèi)容

針對上述傳統(tǒng)分組域網(wǎng)絡(luò)的一些列問題，吉林聯(lián)通SGSN 池組方案應(yīng)運而生。將覆蓋長春市的CCSGSN03和覆蓋吉林、四平市的CCSGSN04兩臺SGSN節(jié)點組成公共的SGSN池組服務(wù)區(qū)，并同時覆蓋2G、3G的無線接入。此SGSN池組包括了吉林省60%的人口，和主要的公路，鐵路大動脈。在這三個相鄰的城市實施SGSN 池組，能在有效解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)問題的同時，為將來池組范圍的擴展打好了基礎(chǔ)。

4.2分步方案部署階段

吉林聯(lián)通的SGSN Pool建設(shè)總共經(jīng)歷了三個階段：

• 第一階段：2011年11月22日前，為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的升級改造階段。包括Gb接口IP化改造，SGSN/RNC/BSC設(shè)備、網(wǎng)管升級改造，現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)配置。

• 第二階段：2011年12月4號到2011年12月28號，為SGSN Pool的部署入網(wǎng)階段。包括長春市2G/3G無線側(cè)割接入池組，然后進行池組的基本功能、特性功能測試、業(yè)務(wù)測試、計費測試。

• 第三階段：2011年11月28號至今，為SGSN Pool的擴展和穩(wěn)定階段。將池組的覆蓋區(qū)域延伸到吉林，四平業(yè)務(wù)區(qū)。這個階段主要驗證了Pool的可擴展性以及Pool在大容量下的運行可靠性。通過長期觀察，確認池組功能的穩(wěn)定運行，全面實現(xiàn)池組帶來的安全，成本和效率優(yōu)勢。

4.3 吉林SGSN池組部署后效果分析

部署SGSN池組方案的主要目的除了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級安全以外，能夠?qū)崿F(xiàn)池組內(nèi)節(jié)點用戶和業(yè)務(wù)的負載均衡；均衡潮汐話務(wù)沖擊；減少跨節(jié)點切換信令開銷；簡化網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，降低運維成本。具體數(shù)據(jù)分析如下：

1) 用戶及業(yè)務(wù)均衡負載

部署SGSN池組前，從2011年11月的數(shù)據(jù)看出，SGSN3忙時附著用戶數(shù)為25萬，而SGSN4的忙時附著用戶數(shù)為15萬。兩臺節(jié)點負荷不均衡。

圖4 SGSN池組部署前忙時附著用戶數(shù)變化曲線

2011年12月部署SGSN池組后，可以看出從2012年1月開始，BSC和RNC開始平均向兩臺SGSN節(jié)點分配新附著的用戶，使得負荷不均兩臺節(jié)點的忙時附著用戶數(shù)慢慢趨向一致。因為舊有的附著用戶有一個緩慢的重新附著過程，因此直到2月中旬兩節(jié)點用戶數(shù)才基本相等。

吉林聯(lián)通的SGSN池組剛剛部署入網(wǎng)1個月內(nèi)，即遇到了春節(jié)潮汐話務(wù)的巨大沖擊，附著用戶數(shù)會在春節(jié)峰值有明顯的上漲，SGSN 池組內(nèi)的兩臺節(jié)點共同分擔(dān)了春節(jié)話務(wù)的沖擊。

圖5 SGSN池組部署后忙時附著用戶數(shù)變化曲線

SGSN 池組又經(jīng)過2個月的長期穩(wěn)定運行，池組內(nèi)2臺節(jié)點的附著用戶無論忙時閑時都達到了幾乎完全一致的曲線走向，這充分驗證了Pool內(nèi)的SGSN節(jié)點共同分擔(dān)網(wǎng)絡(luò)資源，平衡朝汐話務(wù)的效果。如圖所示：

圖6 SGSN池組長期穩(wěn)定運行后的變化曲線

2) 減少跨節(jié)點切換信令開銷

長春，吉林，四平共同建立一個池組，用戶在這三個城市的覆蓋范圍內(nèi)移動，不會發(fā)生跨SGSN節(jié)點的路由區(qū)更新。跨SGSN間路由區(qū)更新只發(fā)生在進入池組內(nèi)或者離開池組的情況。從圖表中可以看出，池組部署后，大大降低了SGSN間路由器的次數(shù)，進而大大降低了SGSN的信令負荷，提升了網(wǎng)絡(luò)的性能。并提高用戶的體驗，減少了切換時延。

圖7 SGSN池組部署前后忙時每用戶跨SGSN節(jié)點RAU次數(shù)對比

3) 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)影響的分析

SGSN池組方案部署前后，各SGSN節(jié)點的KPI（附著成功率和激活成功率）未受影響。下列統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：

• 忙時PDP激活成功率在池組部署后略有提高；

• 3G用戶附著成功率在池組部署后略有提高；

• 2G用戶附著成功率在池組部署后因為用戶量大，需要更長時間通過重新分配PTMSI實現(xiàn)均衡分布而有所降低，但正在隨均衡分布逐漸恢復(fù)；

時間 階段 忙時附著成功率 忙時激活成功率

4) 簡化網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，方便運維

SGSN池組的引入，使BSS、RNC受所有SGSN控制，話務(wù)在所有SGSN中平均分配，實現(xiàn)了無線接入網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)的互不影響。無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和核心網(wǎng)規(guī)劃可以分別進行，只要總?cè)萘科ヅ浼纯�。因而，每次擴容也無需調(diào)整無線位置區(qū)與核心網(wǎng)的掛接關(guān)系。

核心網(wǎng)元的集中化設(shè)置和管理是降低運營成本的一個方向。SGSN 池組中所有節(jié)點具有完全一致的局數(shù)據(jù)，包括位置區(qū)數(shù)據(jù)、小區(qū)數(shù)據(jù)、RNC/BSC數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)制作和后期維護都比較簡單，網(wǎng)管人員可以統(tǒng)一管理池區(qū)內(nèi)的網(wǎng)元。

因為池組內(nèi)節(jié)點可以互為備份，可以在白日進行設(shè)備運維操作，不用退服。

圖8 網(wǎng)管中心對SGSN池組的節(jié)點統(tǒng)一管理操作圖

5 吉林聯(lián)通SGSN池組項目總結(jié)及經(jīng)驗分享

吉林聯(lián)通SGSN Pool項目，歷經(jīng)了部署入網(wǎng)與測試后，整個池組在網(wǎng)穩(wěn)定運行已逾半年，期間更經(jīng)歷了圣誕、新年與春節(jié)多個話務(wù)高峰。其各項運行指標(biāo)良好，SGSN Pool的各項優(yōu)勢已充分體現(xiàn)。

另外，在整個項目的實施以及后期分析觀察中，有如下經(jīng)驗和感想分享：

1. 網(wǎng)絡(luò)IP化改造，可以帶來更大的帶寬，靈活遷移，便于維護管理。要積極推進，IP化的不斷深入，將使未來池組的建設(shè)和擴展更加簡便易行。

2. SGSN池組可以帶來真正的網(wǎng)絡(luò)級安全，池組內(nèi)節(jié)點可以實時接替故障節(jié)點，帶來更好的應(yīng)急保障。

3. 合理的池組規(guī)劃，能夠均衡節(jié)點負荷，平衡潮汐話務(wù)，提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

4. 每個池組覆蓋的區(qū)域，最好為連續(xù)覆蓋區(qū)域；池組的邊界應(yīng)盡量避免分割在公路，鐵路等用戶頻繁移動的區(qū)域，避免頻繁的跨Pool切換。

5. 池組部署后，可以從整體考慮擴容規(guī)劃，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)投資，并集中管理池組節(jié)點，實現(xiàn)白日運維。

6. 未來SGSN池組可以擴大覆蓋到吉林全省。第一步先將其他地市的RNC加入池組；第二步在完成Gb over IP改造后，將其他地市BSC也加入池組，最后達到全省SGSN池組化，徹底保障全省的分組域網(wǎng)絡(luò)安全。

7. 在未來完成全省SGSN池組化的基礎(chǔ)上，考慮到用戶的快速增長和節(jié)點數(shù)的增加，可以將單一池組分裂成兩個池組，一個負責(zé)長春、吉林和四平，另一個負責(zé)吉林省其他地市，更好的管理不同地市的業(yè)務(wù)。

總之，SGSN池組作為一種成熟的組網(wǎng)技術(shù)引入現(xiàn)網(wǎng), 將徹底解決傳統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃所無法克服的提升網(wǎng)絡(luò)設(shè)備利用率的同時又要保障網(wǎng)絡(luò)安全的問題。SGSN池組作為面向未來的先進組網(wǎng)方案，尤其是對規(guī)模巨大的移動網(wǎng)絡(luò)能有效提高網(wǎng)絡(luò)抗沖擊能力，平衡話務(wù)，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和安全性。

6 參考文獻

《3GPP TS 23.060: General Packet Radio Service (GPRS) Service Description》

《3GPP TS 23.236: Intra-domain connection of Radio Access Network (RAN) nodes to multiple Core Network (CN) nodes》

《3GPP TS 24.008: Mobile radio interface Layer 3 specification; Core network protocols》

《3GPP TS 25.413：UTRAN Iu interface RANAP signaling》