移動(dòng)軟交換模式下實(shí)現小區短信系統方案

中國移動(dòng)集團浙江分公司 鄧慶林 2009/07/23

圖1 小區短信系統平臺結構示意圖

　　小區短信業(yè)務(wù)平臺由基礎數據系統、小區短信業(yè)務(wù)系統、小區短信應用與內容系統3部分組成。

　　基礎數據系統為業(yè)務(wù)平臺的前端，包含信令電路高阻復接、時(shí)隙收斂等部分。基礎數據系統通過(guò)對信令進(jìn)行高阻復接，然后由DXC設備對復接的弱信號進(jìn)行信號放大、時(shí)隙收斂，通過(guò)局間傳輸到IDC機房，完成集中的信令采集、分揀處理，實(shí)現小區短信的業(yè)務(wù)功能。

　　小區短信業(yè)務(wù)系統可以完成信令預處理、信令信息合成、用戶(hù)信息管理等功能，實(shí)現E1信號由7號信令格式到IP格式的轉換、信令信息關(guān)鍵內容提取、TMSI到IMSI翻譯、IMSI到MSISDN的對應，最終得到以偽碼化手機號碼為標示的用戶(hù)位置信息。

　　小區短信應用與內容系統由小區短信內容應用模塊（按照業(yè)務(wù)類(lèi)型可分為應急等行業(yè)應用模塊）、計費核對模塊、客戶(hù)資料管理模塊、系統管理模塊和內容生成模塊組成。

軟交換模式下小區短信實(shí)現方案

1.軟交換模式移動(dòng)核心網(wǎng)結構

　　隨著(zhù)下一代網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和設備的逐漸成熟，3G網(wǎng)絡(luò )建設正成為熱點(diǎn)，但是GSM網(wǎng)絡(luò )在中國已經(jīng)發(fā)展多年，當前GSM網(wǎng)絡(luò )的建設已經(jīng)相當成熟，具有良好的覆蓋性和穩定性。現有的GSM網(wǎng)絡(luò )在未來(lái)仍會(huì )是良好的語(yǔ)音業(yè)務(wù)承載網(wǎng)，是一個(gè)可持續發(fā)展的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )。無(wú)論是從技術(shù)發(fā)展、用戶(hù)需求、網(wǎng)絡(luò )承載能力以及全球的漫游，還是從自身網(wǎng)絡(luò )投資保護的角度考慮，GSM網(wǎng)絡(luò )仍然具有存在價(jià)值。未來(lái)很長(cháng)一段時(shí)間內GSM與3G（中國移動(dòng)TD-SCDMA）是和諧共存、共同發(fā)展的網(wǎng)絡(luò )。

　　下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )是以IP為基礎的，無(wú)論是軟交換體系結構還是第三代移動(dòng)通信系統都采用基于IP的分組交換網(wǎng)絡(luò )。但是3G網(wǎng)絡(luò )向全IP網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，因此未來(lái)的3G信令網(wǎng)在較長(cháng)的一段時(shí)間內將面臨基于電路交換的No.7信令和基于IP網(wǎng)的信令互通的問(wèn)題。

　　3GPP定義的3G核心網(wǎng)現在已經(jīng)演進(jìn)出R99、R4、R5、R6和R7版本。R99版本繼承了2G（GSM/GPRS）所有的業(yè)務(wù)和功能。核心網(wǎng)從邏輯上分為CS域和PS域，其CS域可以采用TDM或者ATM的傳輸方式，PS域基于GPRS技術(shù)，網(wǎng)絡(luò )采用分組交換技術(shù)。R4版本繼承了R99所有業(yè)務(wù)和功能，其核心網(wǎng)采用TDM/ATM/IP方式組網(wǎng)。R4版本是一個(gè)革命性的版本，其核心網(wǎng)主要是在電路域引入了軟交換的概念，將信令控制和語(yǔ)音承載相分離，MSC可以用組合或MSCServer、MGW分離結構實(shí)現。控制和承載相分離，易于向下一代網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)。R4版本的3G核心網(wǎng)引入了分布式的網(wǎng)絡(luò )架構，同時(shí)信令也從傳統的基于TDM的承載方式開(kāi)始向IP承載演進(jìn)，而高層使用的仍是No.7信令應用部分。

　　MSC被分坼為兩個(gè)網(wǎng)元，MSCServer和MGW，MSCServer負責MSC的控制功能，MGW負責承載控制功能，Server和MGW之間通過(guò)Mc接口(H.248協(xié)議及其擴展)來(lái)互通（如圖2所示）。對于信令網(wǎng)關(guān)（SG）的設置，在R4引入初期業(yè)務(wù)量不大的時(shí)候，一般采用SG與MGW合設的方式，因此Mc接口可分為媒體控制協(xié)議和控制信令。我們重點(diǎn)討論的是Mc接口中的控制信令。

圖2 軟交換模式移動(dòng)核心網(wǎng)結構中MSC分拆示意圖

　　SG中主要采用IETF制定的SIGTRAN協(xié)議解決承載轉換的問(wèn)題。SIGTRAN協(xié)議是支持通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )傳輸No.7信令協(xié)議的協(xié)議棧，該協(xié)議棧支持No.7信令協(xié)議分層模型定義中的層間標準原語(yǔ)接口，從而保證已有的No.7信令應用可以未經(jīng)修改就使用，通過(guò)增加自身的功能來(lái)滿(mǎn)足No.7信令的特殊傳輸要求。

　　SIGTRAN的協(xié)議結構包括3個(gè)組件：標準的IP傳送協(xié)議、通用的信令傳輸協(xié)議和No.7信令適配子層。SIGTRAN協(xié)議底層為傳輸層流控制傳送協(xié)議（SCTP）。SCTP主要用來(lái)在IP網(wǎng)中傳送七號信令消息，該協(xié)議用來(lái)在IP網(wǎng)中提供可靠的數據傳送協(xié)議，完成偶聯(lián)的啟動(dòng)和拆除、多數據流的順序傳送、用戶(hù)數據分段、差錯控制、數據塊綁定、路徑管理等功能。SIGTRAN協(xié)議上層為適配層（UA協(xié)議），IETF定義了M2UA、M2PA、M3UA和SUA等，這些適配協(xié)議分別有不同的應用場(chǎng)合。

　　M3UA是3GPP建議采用的SIGTRAN協(xié)議，是目前廠(chǎng)家廣泛支持的技術(shù)。M3UA能同時(shí)支持目前所有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，包括BICC、ISUP、MAP和CAP。

2.軟交換模式IP數據采集方式

　　在軟交換模式下，在不影響信令傳輸的前提下，小區短信系統通過(guò)對Mc接口（MGW與MSCServer之間）進(jìn)行IP數據采集，替代采集A接口七號信令數據，對采集到的Mc接口數據進(jìn)行分析、合成，獲取到小區短信平臺所需的重要、關(guān)鍵數據。

　　Mc接口IP數據采集方式有TAP數據采集方式及以太網(wǎng)交換機數據鏡像的方式。

（1）TAP數據采集方式

　　MSCServer與MGW等設備間信令串連接入TAP設備，經(jīng)過(guò)TAP設備后，信令分兩個(gè)方向，一個(gè)分支接入網(wǎng)元設備，另一分支接入IP信令數據采集設備進(jìn)行信令的初步分析。TAP設備串連入網(wǎng)絡(luò )后，不影響信令的聯(lián)通性。在將TAP設備接入系統時(shí)，系統采用TAP方式進(jìn)行數據采集，需要短時(shí)間中斷業(yè)務(wù)。

　　該方式的優(yōu)勢有：捕獲100%的數據包，沒(méi)有丟包；可監測到不規則的數據包，方便故障排查；精確的時(shí)間戳，沒(méi)有延遲和重定時(shí)；一次安裝，可方便信令數據采集設備接入和移動(dòng)。該方式的劣勢有：需額外投資購買(mǎi)TAP設備；TAP設備有端口數量容量限制；占用機架空間和電源消耗。

（2）以太網(wǎng)交換機數據鏡像方式

　　通過(guò)在信令經(jīng)過(guò)的以太網(wǎng)交換機上配置數據鏡像對信令進(jìn)行監測，這種方式?jīng)]有其他設備的介入，對信令系統影響最小，操作實(shí)現比較簡(jiǎn)單，不需要終端軟交換網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)，但是在以太網(wǎng)交換機上做數據鏡像對以太網(wǎng)交換機的性能有所要求，當被鏡像的端口流量較高。交換機超過(guò)一定網(wǎng)絡(luò )流量時(shí)不太適合采用這種方式。

　　該方式的優(yōu)勢有：經(jīng)濟，不需要額外的設備；可同時(shí)監測一個(gè)交換機上一個(gè)VLAN上所有的流量；使用方便簡(jiǎn)捷。該方式的劣勢有：多端口流量鏡像到一個(gè)端口上以及端口數據流量大時(shí)，可引起緩存過(guò)載及丟包現象；數據包通過(guò)緩存時(shí)會(huì )被重定時(shí)，就不可能精確地確定時(shí)間尺度；因為鏡像端口的流量使得交換機的CPU負載加重，所以會(huì )引起交換機工作性能下降。

3.Mc接口數據采集協(xié)議分析

　　Mc接口是連接MSCServer與MGW之間的接口，該接口基于IP承載和H.248協(xié)議。Mc接口支持SCTP多歸屬機制，其協(xié)議棧為DTAP/BSSAP/SCCP/M3UA/SCTP/IP。

　　IP協(xié)議分為IPv4、IPv6，該層包含目的端地址、源端地址。

　　SCTP協(xié)議包含目的端端口、源端端口。

　　M3UA(MTP3UserAdaptation Layer)為傳輸層，包含opc、dpc、si、ni、sls等信息。信令合成程序可以根據opc、dpc、gettime，以及源端局部引用號和目的端局部引用號來(lái)惟一確定一段時(shí)間內的信令。

　　SCCP信令是A接口上最多的信令，它包含在M3UA的消息內容里，可以認為SCCP是M3UA的消息的一種。SCCP層包含源端局部引用號、目的端局部引用號及消息類(lèi)型，主要消息類(lèi)型有CR、CC、DT1、UDT、CREF、RLSD、RLC。

　　BSSAP層包括完全三層消息、呼叫、切換和清除消息。其中完全三層消息包括移動(dòng)性管理、無(wú)線(xiàn)資源管理、呼叫控制消息。DTAP層包括移動(dòng)性管理、無(wú)線(xiàn)資源管理、呼叫控制、沒(méi)有呼叫的SS消息、短信或其它補充業(yè)務(wù)消息。

　　移動(dòng)性管理層包含IMSI分離、位置更新、CM服務(wù)、識別響應、TMSI重分配等消息。

　　無(wú)線(xiàn)資源管理層包含尋呼響應、切換命令等消息。

　　呼叫控制層包含setup、connect、disconnect、release、startDTMF等消息。

　　與呼叫無(wú)關(guān)的SS消息內有手機發(fā)起的設置補充業(yè)務(wù)、取消補充業(yè)務(wù)、查詢(xún)補充業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò )回復的消息。

　　Mc接口不存在高低速信令格式的區別與判斷，并且消息中沒(méi)有Bib、Bsn、Fib、Fsn，并且不存在E1及時(shí)隙等信息。

　　Mc接口內信令數據需要經(jīng)過(guò)合成之后，才能得到業(yè)務(wù)應用的必要關(guān)鍵信息。

軟交換模式下小區短信 平臺實(shí)現方式

　　1.小區短信平臺結構

　　小區短信業(yè)務(wù)平臺仍然由基礎數據系統、小區短信業(yè)務(wù)系統、小區短信應用與內容系統三部分組成。

　　2.小區短信平臺改造實(shí)施建議

　　小區短信平臺支持軟交換IP信令采集的解決方案建立在原有No.7信令采集系統的基礎上，除數據采集設備與原來(lái)有所不同外，其他如信令合成模塊、數據交換中心模塊等都可以與原系統共用。在很長(cháng)的一段時(shí)間內，TDM電路交換網(wǎng)與軟交換網(wǎng)絡(luò )將并存。如果需要完整信令信息，需要數據合成中心同時(shí)處理軟交換網(wǎng)絡(luò )及電路交換網(wǎng)絡(luò )采集的信息并進(jìn)行綜合分析。例如省外漫游用戶(hù)信息還需要在TDM上采集分析。

　　設計人員需要確定軟交換網(wǎng)絡(luò )中信令采集方式，目前串聯(lián)信號TAP設備的方式需要暫時(shí)中斷軟交換網(wǎng)絡(luò )中的信令或者媒體流通路，會(huì )暫時(shí)中斷業(yè)務(wù)。交換機端口數據鏡像的方式雖然不需要中斷業(yè)務(wù)，但會(huì )加重以太網(wǎng)交換機的處理負荷，不適合監測大量數據的場(chǎng)景。筆者建議在監測數據量較小的情況下，采用數據鏡像的方式，而監測數據量較大時(shí)采用TAP設備的方式，并選擇業(yè)務(wù)量較小的時(shí)段實(shí)施。

　　另外，需要注意的問(wèn)題是軟交換系統中設備廠(chǎng)商對軟交換網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的支持程度。一般廠(chǎng)家對軟交換網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的支持都是分期、分步驟的，所以部署軟交換網(wǎng)絡(luò )采集時(shí)，需要結合網(wǎng)絡(luò )需要、網(wǎng)元廠(chǎng)家協(xié)議的支持能力及時(shí)間表進(jìn)行確定，建議不同類(lèi)型、不同廠(chǎng)家的軟交換網(wǎng)元設備正式入網(wǎng)采集前進(jìn)行協(xié)議采集分析測試和業(yè)務(wù)試點(diǎn)。

　　3.軟交換機房Mc信令采集

　　設計人員在軟交換機房?jì)葘�TAP匯聚后的Mc信令鏈路或者是交換機鏡像的Mc信令鏈路接入到Ip信令匯聚交換機后，要用專(zhuān)門(mén)的信令采集設備進(jìn)行信令數據采集。為節省MDCN網(wǎng)絡(luò )傳輸帶寬，建議將預處理后的信令數據傳輸到小區短信業(yè)務(wù)平臺中心機房（如圖3所示）。

圖3 軟交換機房Mc信令采集示意圖

通信世界周刊