中国移动信令网IP化演进探讨

【摘要】文章分析了现有No.7信令网存在的问题以及R4阶段对IP信令网的需求;根据SIGTRAN协议的选择不同,提出并比较了IP信令网三种组网方案;在此基础上,比较分析了信令网IP化的三种演进方案,希望为未来的网络建设提供参考。

【关键词】信令网 IP化 No.7 M3UA IPSTP R4版本

1 前言

随着通信技术的发展,IP化成为核心网发展的大趋势。从2008年开始,中国移动在部分经济发达的省市对现网软交换局实施IP化改造,预计2010年将实现全部软交换局IP化。随着媒体流的IP承载化,信令承载的IP化成为业界关注的重点。在R4阶段,信令应用层与No.7信令相同,底层承载有TDM和IP两种方式;R5阶段以后的IMS网络信令消息采用基于IP技术的信令,如SIP等。从长远来看,3G网还将在相当长的时期内处于R4阶段,考虑到成本优势,IP信令网是必然的发展趋势。

2 No.7信令网存在问题分析

No.7信令网作为GSM网的主要支撑网,发挥着中枢神经的作用。但是,传统的No.7信令网本身也存在着两个局限:

(1)两个信令点之间的信令链路数由于受4比特信令链路选择码或信令链路编码的限制而最多不能超过16条;

(2)每条信令链路的传输速率为64kbit/s或2Mbit/s(高速七号信令)。

随着MSC Server在大区中心的集中建设,大容量的HLR逐步上移至大区中心,加之大型数据库应用平台的使用,“大容量少局所”的建网原则和信令链路带宽受限的矛盾日渐突出。同时,现网HSTP和LSTP都存在版本及平台较为落后、扩容能力受限的问题。因此,以TDM为承载方式的No.7信令网越来越不适应未来网络的演进和新业务的引入。

当前,分组交换网传输效率高、费用低,它逐步代替电路交换网络已经成为必然趋势。从节省投资成本考虑,如何尽量利用现有TDM信令网逐步向IP信令网演进成为网络规划建设者关注的重点。

3 需求分析

纵观3G核心网的演进,R4版本核心网引入了分布式网络架构,同时信令也从基于TDM的承载方式向IP承载演进,而高层使用的仍是No.7信令应用部分;R5、R6和R7版IMS域采用全新的基于SIP的会话方式,信令寻址采用DNS+ENUM方式。现有信令网的演进主要是针对R4版本的演进。R4阶段IP信令网的主要功能就是传送BICC、MAP、CAP信令,这几种信令可以分为两类:

(1)与呼叫控制无关的信令,例如:MAP、CAP

对于MAP/CAP信令,像传统的2G网络一样,采用信令转接设备提供间接的信令连接、SCCP翻译或者DPC寻址功能。考虑到网络向全IP演进,MAP/CAP信令采用IP承载,但在传送过程中仍需要GT翻译和SCCP层寻址功能。

(2)与呼叫控制相关的信令,例如:BICC

与MAP、CAP信令不同,BICC信令不是基于SCCP的,只有DPC寻址路由,没有GT翻译和SCCP路由。因此BICC信令的传送可以通过直达信令也可以通过IPSTP转接,但不需要SCCP路由。

4 IP信令网组网分析

4.1 组网方案

SIGTRAN是在IP网络中传递No.7信令的协议,它利用标准的IP传送协议作为低层传送,并通过增加自身的功能来满足No.7信令的传送需求。根据协议的选择不同,IP信令网有以下几种组网方案:

(1)方案一:接入层和骨干层全部采用M3UA

采用的协议架构如图1所示:

从定义和原理上看,M3UA是一种用户层适配协议,因此转接的消息只能是从IPSTP到IP网节点的“一次转接”,消息必须在IP网节点落地。M3UA经扩充可实现“二次转接”,但目前各厂商做法不一致。其次,M3UA的大部分管理消息都没有指出消息需要到达的目的信令点,因此无法支持下一跳的操作,要解决这个问题就必须对M3UA协议做适当扩展,在管理消息中增加目的信令点域。还有,传统No.7信令网MTP3在链路故障和路由故障过程中,有一整套的倒换倒回机制,但M3UA协议基本上没有,因此M3UA的连接故障可能造成消息丢失。

(2)方案二:接入层和骨干层全部采用M2PA

采用的协议架构如图2所示:

由于M2PA仅仅是链路层的对等适配协议,使用M2PA在组网和寻址方面仍可以沿用传统的基于TDM的SS7的建网思路;同时,可以利用MTP3的完整信令网管功能,具有一定优势,能够满足组网的功能需求。

骨干层与接入层都采用了M2PA协议,从而使网络得到了一定简化。现有的No.7信令设备增加IP接口并支持M2PA即可形成IP信令网,但目前M2PA只有少数厂商的IPSP设备支持,因此在设备选型上会受到一定的限制。

(3)方案三:接入层采用M3UA,骨干层采用M2PA

采用的协议架构如图3所示:

由于M3UA是3GPP在R4中规定的信令传输协议,IPSP设备在目前和将来都将会采用M3UA协议,在端点设备上使用M2PA协议不为大多数IPSP设备厂商所提倡。从发展的眼光看,信令网的变化不应引起边缘节点的升级,而目前所有厂商的IPSP设备都支持M3UA协议,因此从设备选型范围考虑M3UA更适合。

4.2 方案比较分析

根据各方案特点的具体描述,其分析比较如表1所示:

M3UA是3GPP定义用来支持IPSP间交互的协议,在信令网边缘应用比较成熟,但如何保证路由的有效管理是M3UA协议还不能解决的。目前还没有使用M3UA组建大型网络的经验,因此采用骨干层M3UA组建IP信令网存在一定风险。

M2PA+M2PA方案克服了M3UA+M3UA的缺点,使信令网管理功能得到加强,保证信令消息能够更加可靠和有效地传递,且无需对协议进行扩展。但需要花时间在3GPP推动M2PA应用,并检验端局、HLR等设备M2PA协议的成熟度。

比较而言,尽管方案三“M3UA+M2PA”对IPSTP设备的协议栈和功能要求较高,维护管理也相对其他方案复杂一些;但此方案是目前可以实现快速布网的最为可行的方案,而且IPSTP之间使用M2PA协议在国外有成熟商用案例。

综上,建议中国移动IP信令网演进采用方案三,既满足3GPP标准的需求,又在IP信令网中保留MTP3功能,从而能继承原有的信令网管理和维护体制。

5 IP信令网演进方案分析

5.1 演进方案

信令网的演进主要体现在IPSTP的引入方式以及相应的网络组织方式的调整。根据不同的技术角度、不同的演进策略,提出以下演进方案:

(1)方案一(替换方案)

1)方案描述

采用新建IPSTP(或升级支持IPSTP)替代现有的STP,将TDM信令网核心层直接替换或升级成可支持IP承载的信令网。工程实施上可采用按需逐步替代方式,全网结构保持不变,最终实现信令网IP化。

2)具体步骤

步骤一:某些省IPSTP替代HSTP

新建的IPSTP需具备TDM端口,向下兼容。IPSTP与传统的SP节点继续使用TDM链路连接,新建的IPSEP则通过IP信令链路传送信令。该步骤完成后,实施替换的省IPSTP之间通过IP承载网进行承载,传统HSTP与IPSTP之间通过TDM电路进行承载;未替换的省信令网组织方式不变。IPSTP综合SG的功能转接软交换网元与TDM网元之间的信令消息。