GSM网Abis接口IP化实现研究

[摘要]文章通过对Abis接口IP化需求的分析，提出了Abis接口IP化技术演进路线和两种解决方案――Abis接口Native IP与外置转换设备实现IP化，并给出　Abis接口IP化实现应采取策略的建议。

[关键词]GSM　Abis接口　IP化　QoS

1　引言

移动通信自出现以来，在高速发展的同时也在不断演进。随着网络技术的不断发展，IP化是未来移动网络演进的趋势。移动网络向IP化演进的驱动力主要来自如下几方面：

(1)带宽的需求：随着无线技术的进步，我们已经逐步突破了空中接口的带宽瓶颈，空口的传送速率在飞速增长，下行速率从R99的384kb/s发展到LTE的100Mb/s。采用传统的TDM和ATM技术难以高效率地处理如此大颗粒的数据业务，其面向连接的特性也无法通过统计复用适应数据业务的突发特性。

(2)更低运营成本需求：通过SDH网络承载数据业务的成本将随着带宽的增加呈指数增长。而在IP方式下，能够采用压缩率比较高的编解码类型、VAD、IP头压缩、IP头复用等技术，大幅降低每呼叫的带宽占用，同时大幅提高传输效率和传输资源利用率。IP传输建设或租赁成本比同等带宽的采用TDM传输网络的成本要低很多。

(3)未来网络发展趋势需求：GSM无线网的TDM结构、IP化结构图如图1所示。TDM网络：1)点到点结构，独占资源；2)BSC、BTS和传输网三者强耦合，维护难度大；3)不符合未来网络结构趋势。IP网络：1)扁平结构，共享资源；2)BSC、BTS和传输网三者弱耦合，易于扩容维护；3)符合未来网络结构趋势。

(4)网络安全的需求：IP网络面向无连接、动态的路由机制，使得组网级保护机制实现更加简单、灵活。传统的GSM网络中，每个基站归属于一个基站控制器，当基站控制器发生故障时，其相关的基站都会受到影响。因此，引入灵活的Flex机制，可以有效地实现负载分担和冗余备份。

(5)多业务融合的QoS需求：网络中的语音、视频、数据等多种业务将呈现出多元化的趋势，由于各种业务对于承载的需求各不同，例如语音业务对时延敏感、视频对丢包敏感等等，因此将各种业务同时承载在IP网络时，应能根据需求将各种业务进行隔离、区分，并针对各种业务的特性分别进行相应的QoS保障。

由此可见，讨论移动网络IP化是否已经拥有足够的驱动力已不再重要，而应更加关注如何从现有的移动网络基础着手，逐步实现全网的IP化。

本文主要讨论Abis接口的IP化实现方案和策略。Abis接口是指基站和基站控制器之间的接口，目前是各厂商内部的私有接口，不同厂商的设备之间互通困难但不存在互操作问题。因此，在BSS IP化的过程中Abis接口IP化的驱动力较弱。从实施方面来看，Abis接口IP化由于涉及众多无线基站和复杂的传输环境而操作相对困难；但从协议标准角度来看，Abis接口固有的不开放，可由厂家自行定义IP化实现的方式，则相对更简单。

2　GSM无线网IP化演进路线

由于GSM网络目前已经建设了大量采用TDM方式的基站，因此如果需要对基站传输接口进行IP化改造，需根据网络发展情况、数据业务发展态势合理确定演进路线与具体方案。

一般地，GSM无线网IP化的演进路线为：TDM网络承载TDM/IP混合承载IP网络承载，如图2所示。

3　Abis接口IP化原理和方案

Abis接口作为一个私有接口，各厂商都有自己的实现方式，但是对于Abis接口应实现的功能要求是一致的。

Abis接口IP化的基本原理是采用JP技术承载核心网和分组域业务，基站和基站控制器采用IP接口板，语音、数据、信令及管理消息均通过IP协议栈封装为IP数据包进行传输。基站控制器为每个基站分配一个独立的业务1P地址，基站/基站控制器应支持IPv4和IPv6双栈。根据实际应用场景，Abis接口IP化具体实施的方式宜采用两种：方案一，Abis接口Native IP；方案二，外置转换设备实现IP化。

3.1　Abis接口Native IP

Abis接口Native IP方案的基本原理：控制面和用户面的数据都采用IP承载。控制面：采用IP承载信令、维护消息；用户面：采用UDP/IP承载语音、PS业务，语音编码与空口相同，打包时长20ms。

实现方式：(1)BTS、BSC采用IP接口板，在Abis接口采用IP/FE传输包方式的CS、PS业务和信令消息。(2)为每个BTS分配一个独立的逻辑IP地址，为每个CS业务信道、PS业务信道分配一个独立的UDP端口号。

该方案的Abis接口信令面、用户面协议栈见图4，其中，

信令面：Abis接口为事实上的私有接口，为最大限度提升Abis接口的效率，各设备商可以自行定义信令可靠传输机制。

用户面：BSC和BTS分别为每个呼叫分配一个1P地址+UDP端口号，用以唯一标识一个呼叫。

3.2　外置转换设备实现IP化

采用外置转换设备实现IP化的方案，不改变BTS、BSC设备现有的控制面、用户面的协议栈结构，而是在BTS、BSC同时增加PWE3等TDM/IP转换设备。改造的网络会增加网络节点.且外置转换盒不能与主设备统一网管，而且难以实施Flex技术。

PWE3设备不区分语音和信令，如果丢包，将导致承载在该E1上的所有信令链路发生错误；如果抖动较大，某一IP报文落在抖动窗口之外，也将导致承载在该E1上的所有信令链路和所有的用户链路发生错误。因此，PWE3方案对IP网络有更严格的QoS指标要求，例如抖动、丢包率、时延等。

在BTS和BSC侧分别增加外置的PWE3设备，网络故障点增多，可靠性必然下降，且需要对PWE3设备进行管理、维护。

3.3　两种方案的比较

两种方案的优缺点比较如表1所列：

4　Abis接口IP化需要解决的问题

Abis接口IP化需要解决的主要问题：(1)时钟同步；(2)QoS保证；(3)安全保证和组网可靠性。

无线侧Abis接口IP化涉及到以上一系列关键技术，较为复杂；但是这些技术在3G网络中都已有了规模商用的案例，返用于2G是有保障的。

5　GSM无线网IP化发展策略

2G接口全部采用TDM接口，其IP化主要体现在Abis接口、A接口和Gb接口的IP化。Abis接口涉及基站和基站控制器的改造，对现网的改造工作量较大，而目前以语音业务为主的GSM系统对带宽的需求还不是那么强烈；同时，为了进一步降低网络投资成本和综合运营成本，提高网络质量和收益，在IP化的进程中，笔者建议按需引入，在业务量大的地方或热点地区先行引入。具体策略如下：

(1)首先承载网IP化要先行，为IP-BSS创造条件：

(2)在成片新建设备区域和成片搬迁区域，可考虑引入支持IP化的设备。建设IP-BSS；

(3)新建BSC网元需具备TDM/IP双协议栈能力，可同时接入IP化基站和不能IP化的TDM老基站，保护TDM投资：

(4)对业务量大的地方或热点地区等有强烈需求的区域，进行IP化改造；对于其他区域逐步进行老设备的IP化改造，推动网络持续向ALL IP发展；

(5)GSM无线网IP化应和3G无线网IP化共同推进；对于采用IP化方式的3G基站，与其共站的2G基站可优先进行IP化改造。