MSC-POOL技术及其发展现状

摘 要：在对MSC POOL技术调研的基础上，详细阐述了MSC POOL技术的定义及原理，然后总结各个厂家针对MSC POOL技术的发展状况，分析各地的一些典型商用MSC POOL技术实例以及MSC POOL技术在实际应用中所带来的优势，并总结了MSC POOL技术带来的一些问题，展望MSC POOL技术未来的发展趋势。

关键词：MSC POOL； MSC Server； 核心网； 2G/3G

中图分类号：TN915.8-34文献标识码：A文章编号：1004-373X(2011)21-0068-04

MSC POOL Technology and Its Development Status

LIU Rong, LI Xu

(Institute of Electronic & Information Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044,China)

Abstract：

Based on technical research of MSC POOL, the definition and principle of MSC POOL technology are elaborated in a detail. The development status of various manufacturers for MSC POOL technology are summarized. Some typical business examples with MSC POOL technology and the benefits brought by MSC POOL technology in the practical application are analyzed. Finally, some problems brought by MSC POOL technology and development trend of MSC POOL technology are proposed.

Keywords：

MSC POOL; MSC Server; core network; 2G/3G

3GPP自从1999年以来推出第一个版本R99，每年都会推出更新版本，截止2011年5月，已经推出R4~R10版本，R11版本还正在制定中。在以上所有推出的版本中，R5版本可以说是一个阶段性的飞跃，因为该版本引入了多项关键技术，其中有TS23.236标准中制定的MSC POOL技术。该技术因为众多的优势在现网中广泛试验并取得良好的效果，所以有必要了解MSC POOL技术及其现状，为MSC POOL技术的进一步实施和更加广泛的应用提供借鉴。

1 MSC POOL技术介绍

1.1 MSC POOL定义

3GPP(Third Generation Partnership Project)制定的TS23.236标准中提出了MSC POOL的概念，正式定名为“Intra-domain connection of radio Access Network(RAN)nodes to multiple Core Network(CN)nodes”,含义为“无线接入网络节点与多个核心网络节点的域内连接”\[1\]。MSC POOL技术简称为A-Flex(GSM)，Iu-Flex(WCDMA)。他既适用于非分层与分层网络，也适用于GSM和WCDMA网络。MSC POOL通过较低的硬件冗余提供实时备份，是现有MSC冗余备份方案里整体优势最明显、综合功能效益最大的网络级冗余备份方案。

在3GPP的R99和R4版本中，核心网的网络结构延续了以往的树形网络结构，一个BSC(Base Station Controller)只能被一个核心网节点MSC(Mobile Switching Center)控制，一旦核心网节点发生故障，其管理的RNC(Radio Network Controller)就不能正常工作。MSC POOL技术引入了“池”的概念，多个核心网节点组成一个池,如图1所示。和以往BSC与MSC一对一的控制关系不同，池里的多个MSC为整个大服务区服务，所有BSC都可以连接到池区内的每个MSC,如图2所示。通过引入MSC POOL的方式将传统网络结构变为POOL结构。

图1 传统组网模式

1.2 MSC POOL原理

MSC POOL的工作原理为：

当某个用户进入某个MSC POOL的覆盖范围内，RNC节点会按照负载均衡的原则将用户的位置更新请求随机地分配给池组中的某一个MSC。这个MSC完成位置更新过程并给用户分配一个TMSI(临时移动用户识别码)。TMSI里携带的NRI(网络资源标志)标识为该用户服务的MSC编号。只要用户在MSC POOL的覆盖范围内移动，这个MSC将一直为其服务。如果用户有业务请求，RNC节点将根据请求消息中携带的NRI信息把话务分配到对应的MSC处理。引入MSC POOL技术，多个MSC节点可以看作是一个大容量的MSC，这样用户在池区内移动时减少了MSC间的位置更新、切换和重定位，降低了C/D/E接口消息流量。

当MSC POOL内某个MSC发生故障，RNC节点将根据负荷均衡原则把该MSC下用户的业务请求分配给池内其他正常运行的MSC，从而实现对MSC的容灾备份功能。

图2 MSC POOL组网模式

MSC POOL的技术实现有一个比较关键的参数网络资源标识(NRI)。一个NRI惟一确定某池区内的┮桓龊诵耐节点MSC，而一个核心网节点可以设置多个NRI。NRI是由核心网节点分配给移动用户，按照3GPP的规范要求，NRI位于TMSI的14～23 b。实际组网中，一般会按照池的规模及发展趋势来分配NRI的长度。

1.3 MSC POOL发展概述

早在2003年3月爱立信就为全球第一个移动软交换系统提供了解决方案。到2005年10月，全球超过30个GSM/WCDMA商用网络采用爱立信提供的移动软交换系统。MSC POOL的核心技术由Nortel 1999年在3GPP中提出，2005年1月的3GPP R5版本中提出了MSC POOL技术，2006年底爱立信作为这个领域的领军人物提出了MSC in POOL解决方案，如┩3所示。迄今为止，爱立信是MSC POOL组网方案应用最早、商用网络最多、承载话务量最大、实施经验最丰富的厂家，其MSC POOL技术方案支持传统的非分层网络和软交换网络。

继爱立信之后，国内的华为、中兴开始MSC POOL技术的研究，并先后申请了专利。2008年9月，中国移动通信研究院制定了《MSC POOL试点测试总体方案》，里面的初步试点省份为辽宁、上海、重庆、山东、江苏、河南、河北、甘肃，并且试点厂家定位在爱立信、华为、诺西、阿尔卡特朗讯以及中兴，足以见得他们已然是MSC POOL解决方案的导航者。

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MSC POOL的主要技术优势体现在以下几个方面：灵活网络扩容,简化工程实施；负荷分担,简化网络规划和配置；降低系统信令开销,提高容量和业务质量；简化网络维护工作,降低运维成本；自动实时的网络级冗余备份\[2\]。

下面通过一些典型的应用实例来说明MSC POOL技术的优势。

2 MSC POOL方案的典型应用情况

2.1 河南移动引入MSC POOL技术\[3\]

2008年底河南移动在南阳移动的GSM网中成功引入MSC POOL，MSC POOL包含3个MSC Server 和3个MGW，并且采用BSC做NNSF的组网方案。组网结构如图4所示。

MSC POOL技术的组网优势在3个月的运行实践中得到充分的验证。南阳移动通过引入MSC POOL之后，经过测试对比，以下优势充分体现：

(1) 信令开销减少，网络质量提高。因为移动用户仅在一个池区内的MSC之间移动，不会产生切换与位置更新，从而减少相关信令的开销，网络质量明显提升。

(2) 网络投资减少，网络利用率提高。池区内的所有网元之间试行容量负荷分担，通过这种方式可以降低网络预留太多的冗余容量，避免资源的浪费。此外，还可以对进入的移动台实施话务分担，以应对突发话务对核心网的冲击。南阳移动在引入MSC POOL技术之后系统资源达到均衡占用和话务负荷分担的效果。

(3) 核心网络的安全得到保障。引入MSC POOL技术后系统的抗冲击能力大大提高。池内任一核心网元单点故障不会影响用户业务的使用，实现了实时容灾备份的功能。

河南移动经过理论分析GSM网和TD-SCDMA网络共用MSC POOL的核心网架构成为可能。在2G网络中引入MSC POOL的基础上，河南移动于2009年4月开展TD lu-Flexi的应用试点工作，将3G RNC接入MSC POOL，也实现了2G/3G共MSC POOL的方案。通过河南移动的新技术尝试验证了MSC POOL技术不仅可以支持2G网络，也可以支持3G网络。并且提出该实现实时冗余备份使得2G、TD之间的切换关系得到很大幅度的优化与指标提升。

通过分析MSCPOOL的组网特点并结合实践结果，MSCPOOL的组网优势在以下环境里能得到充分展现：

(1) 潮汐效应明显且频繁，需要实现负荷均衡。大中型城市：地理分布上具备商务行政区和居住区，可以分别组成池区。

(2) 突发性高峰地区的负荷均衡：大型展览会场馆/会议/赛事。

(3) 季节性高峰地区的负荷均衡：旅游景区。

(4) 需要高可靠性保证的地区：重要场所\[3\]。

2.2 吉林联通引入MSC POOL技术［4-6］

2008年吉林联通在G网的一期以及二期工程规划中就开始大规模引入核心网软交换设备。2008年下半年爱立信为长春本地网构建了MSC POOL，这是亚洲第一个2G/3G共核心网结构的MSC POOL。全部都采用爱立信的设备，整个长春联通业务区由一个MSC POOL控制，由5个MSC Server，8个MGW，8个RNC和13个BSC组成。整个系统设计容量为290万用户，由两部分组成：2G用户210万和3G用户80万。长春MSC POOL的建设经历了3个阶段：初始建设、大规模扩容以及2G/3G共核心网，整个池区稳定运行，也经历多个像圣诞、新年以及春节的话务高峰期，甚至还经历公主岭地震突发事件的严格考验，最后的结果显示其各项运行指标良好。并且这个改造也充分体现了MSC POOL以下几个方面的优势：分担话务负荷、减少局间的切换、位置更新、均衡潮汐话务、简化网络规划、提升系统容量以及增强系统安全性能和降低运维成本。

长春整个项目实施完以后，还总结出以下经验。

(1) 每个持的覆盖区域最好为连续覆盖区域。各个池的用户话务分布要尽量均衡，例如：话务密集区和低话务区；商务区和居住区；相邻池间的无线区域划分应该避免在公路、铁路等用户频繁移动的区域进行。

(2) 避免相邻池的NRI重复。NRI作为池内服务器的标识，如果在相邻池间发生重复，那么会使用户从一个池进入到另一个池时，不再重新按负荷均衡的原则重新分配至另一个池内的服务器上，从而导致负荷不均。从长远来看，NRI的分配计划，需要从移动网络整体进行规划。

(3) 积极推进网络IP化建设。IP化的不断深入，将使未来池的建设和扩展更加简便易行。

(4) 在3G网络建设初期，3G网络覆盖不会像2G覆盖那样好，2G/3G共核心网池将会减少更多的2G/3G之间不必要的位置更新和系统切换，进而对3G网络的质量也有较大的提升作用。

长春在该项目实施过程中遇到了MSRN(移动台漫游号码)的使用问题，经过与爱立信的沟通，在核心网没有实现全IP之前，MSRN号码的需求是基于优化Nb接口提出；核心网实现全IP之后，MSC POOL的实施不会比非MSC POOL需要更多的MSRN号码资源。

2.3 延安移动引入MSC POOL技术\[7\]

陕西移动全网的端局已经实现了软交换，延安的关口局也已经实现软交换化，并且延安本地网的语音IP化承载程度已达100%，对于MSC POOL的实施非常有利。具体组网方案如图5所示。

图5 延安移动MSC POOL组网方案

延安本地网的MSC POOL技术采用的设备包括：2个MSC-S，3个M-MGW，华为和阿尔卡特朗讯的总计15个BSC。核心网设计的话务量达到19 800 Erl，无线接入网话务量设计为21 417 Erl。

该方案还增加了相应硬件设备与软件功能：

MSC Server硬件:为了提高SIGTRAN信令处理能力，SLI/GARP板卡从3对增加到4对；

MSC Server软件:为了应对单点MSC Server的故障情况，基本的软件扩容到20 800 scc，VoIP也相应扩容到19 800 Erl；MSC POOL增强功能软件；MSC POOL负载重分配功能软件；MSC POOL被叫解决方案软件；M-MGW软件，MGW加载CNP 5.1.5.0软件补丁以及虚拟媒体网关功能软件。

为了最大限度地减少MSC POOL在改造升级过程中给现网带来的影响，延安移动制定了详细的实施阶段：部署Y型结构阶段、现网升级阶段、全网实施。

2.4 黑龙江移动引入MSC POOL技术\[8\]

2010年初黑龙江移动在牡丹江移动的GSM网络中引入MSC POOL技术，成功进行了部署实施，通过3个月的运行就已经充分验证了MSC POOL技术的组网优势：信令开销减少，网络质量提高；网络投资减少，网络利用率提高；核心网络的安全得到保障。

根据3GPP的规范，BSC/RNC和MGW都可以作为NNSF(非接入层节点选择功能)节点。根据NNSF节点的不同，相应产生了两种不同的组网方案。牡丹江移动采用的是MGW实现NNSF功能。该组网方案图如图6所示。该方案的特点是BSC仅和池内的一个MGW相连，MGW与池内所有的MSC Server有逻辑连接的关系。

图6 MGW实现NNSF的MSC POOL组网方案

3 MSC POOL问题分析

(1) 第一次主叫不成功。MSC POOL中某一个MSC Server发生故障或者链路不可达的时候，其分配的TMSI的用户第一次发生主叫，RNC还是会根据NRI，被送到MSC Server，从而导致第一次主叫失败。此时网络会要求用户进行IMSI的位置更新，RNC就会根据MSC POOL负载均衡的原则将用户连接到正常的MSC Server。

(2) 被叫不可达。MSC POOL中某一个MSC Server发生故障的时候，归属位置寄存器(HLR)依旧会根据保存的信息向故障MSC Server索要用户漫游号码MSRN，显然不可行，从而导致该MSC服务的用户被叫不可达，除非用户发起位置更新让HLR的信息及时改变。在4种位置更新的情况中只有周期性位置更新才是非用户行为，通过将周期性位置更新周期设置为最小周期，可以让终端在最短时间内进行自动的位置更新。但是根据TS253.31规范的定义，在中断发现该周期改变时，依然会按照原周期进行一次更新，之后才会按照改变的周期进行更新。因此该改进方式仍然无法解决被叫不可达的问题。有协议可以改善这种问题，但是并没有完全解决。各设备厂商也是自行提出解决

方案，并没有统一化。

MSC POOL在现网实施中还存在许多其它问题，比如NRI的分配问题、POOL大小的设置问题、NNSF方式的问题、设备冗余度的问题等\[9\]。2010年在湖南株洲移动中引入了MSC POOL技术\[10\]中也出现了一系列问题，比如2010年11月30日MSC POOL改造导致的中断无法回选3G网络,MSC POOL改造未修改网元挂接导致网管掉话率统计值偏低等。

4 结 语

MSC POOL技术自提出以来，其理论优势逐渐在实践方案中得到充分的验证，并且在2G/3G共核心网环境下的MSC POOL技术的成熟性也得到充分的验证。虽然MSC POOL技术也存在一些难以解决的问题，但是该技术在提高设备容量解约投资成本的同时，便于扩容、负荷均衡、减少核心网信令链路等优势也能极大的节省运营成本。因此该技术将继续在更大的范围内实施，争取在3G覆盖的范围内广泛采用这种技术，让移动通信在新技术的引领下逐步向前迈进。我国比较重要的GSM-R(铁路移动通信系统)系统的MSC POOL组网也正在积极的改造中，相信通过不断的努力，该技术也能为GSM-R系统带来前所未有的优势。

参考文献

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［3］余谦，贺延敏，于娟娟.MSC POOL技术在河南移动网络中的应用与组网探讨［J］.电信网技术,2009(6):37-42.

［4］王振波，付春欢.用MSC in POOL技术组建池组化的2G/3G共用核心网［J］.电信交换,2009(8):59-62.

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［7］苏郁.延安移动核心网MSC POOL项目的实时［J］.电信工程技术与标准化,2009(11):55-58.

［8］黄玉霞，王慧敏.MSC POOL技术在黑龙江移动网络中的应用［J］.数字通信世界,2010(9):56-58.

［9］黎剑.MSC POOL组网优势和问题分析［J］.中国电子商务,2010(6):391-392.

［10］王迪.MSC POOL改造问题总结［J］.移动通信,2011(3):111-116.

作者简介：

刘 蓉 女，1986年出生，湖北宜昌人，在读硕士研究生。主要研究方向为无线宽带通信与个人通信。

李 旭 女，1970年出生，博士，教授。主要研究方向为无线宽带通信与个人通信。