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3GPP R4在3G试验网中的应用和相关分析
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关键词 3GPP R99 R4 软交换 3G试验网
下一代网络的演进主要按照两条路线来发展：第一条路线主要体现为传统电信业务从专用TDM承载向统一共享式IP/ATM多业务网络承载的转移，在维持用户接入方式不变的前提下借助接入网关完成网络层业务传输的分组化。原电路交换网络设备被划分为物理上独立的控制面软交换与承载面媒体网关两部分，而最终用户基本感觉不到业务特性及接入方式的变化。而第二条路线则实现了真正端到端的IP业务特性，并引入了包括话音在内的全新实时多媒体应用，用户以SIP/H.323分组终端的方式接入网络，网络体系结构及业务的提供方式(如SIP方式)完全不同于传统电路交换网。
3GPP R4及R5阶段，正好与上述网络交换发展的两条路线相对应。本文所讨论的，仅限于R4阶段软交换的相关分析。
1、软交换
相对与传统的网络，软交换的好处已为大家所熟知：
●开放性
开放的体系，使运营商可以自由的选择设计自己的网络，易于提高竞争力，使得综合建网成本下降。
●低成本
三网合一的建网思路，使运营商的建设成本及网络运维成本大幅度降低。
●易规划，分布建网
无级网络，伸缩性强，网络可按需边规划边建设，分布式组网使运营商的业务“低成本、广覆盖”。起步容量较小时，成本优势明显，组网成本线性增长。
●更丰富的业务
可以支持有线/无线/多媒体融合的业务，任何用户可以在任何地点、采用任何接入手段、任何时间获得基本相同的业务，“一点提供、全网共享”，支持第三方业务，支持用户业务定制，业务个性化。
由于本次3G试验网要求的是R99制式，因此软交换在本次3G试验网并未显著的应用，各个厂商设备的对外接口都是标准的R99版本，但是从厂商设备的内部连接和组网可以比较深刻的感觉到R4已经在各个厂商的设备中得到广泛的应用。
图1是诺基亚在本次3G试验网中的设备逻辑连接图。
图1
从图1中可以看出，其MSC已经分出MGW部分，其HLR和MSC之间已经采用IP(SIGTRAN)承载，已经具备了进行R4互联的能力。
图2是UT斯达康在本次试验网中设备逻辑连接图。
图2
从图2可以看出，UT思达康的MSC已经分成了TG、SG、WMG等部分，拆分得非常彻底，除了Iu接口外，各个网元之间完全是IP交换，可以说UT思达康对R4标准的支持非常完善。
综上所述，虽然在本次3G试验网中，各厂商的设备是以R99标准提供的，但是有很多的厂商的设备已经完全具备了R4组网的能力，同时也具备了平滑过渡到R4的能力(R4 Ready)，各个厂家基于R4的设备已经基本成熟。
2、对多业务网络承载的分析
对于R4的成功应用，设备的成熟仅仅是一方面，基于R4的组网、承载、运营、业务等各方面都很重要。特别是在承载方面，问题较多。下面逐一对ATM、IP和TDM承载进行分析。
●基于ATM的承载
目前的问题是CS域采用ATM进行承载，现有的基于TDM TMSC设备将无法继续使用，需要建设支持ATM的MSC Server、TMSC、MGW等设备并需要增加ATM交换机，增加了设备投资的成本。增加ATM交换机，增加了网络中的故障元源，且ATM交换机的停机时间将降低网络的可靠性。
●采用IP网进行承载
IP是目前应用最广泛的网络技术，3GPP也将IP作为网络发展的一个远期目标。IP承载与TDM承载相比，更为节省带宽，根据不同协议的包头长度不同，可以节省25%-50%的带宽。但是目前路由器设备的可靠性无法与TDM交换机设备相提并论，需要对路由器设备进行冗余配置，并需要制定快速的故障检测和倒换策略。虽然可以通过MPLS、Dfferv等技术可以改善IP网络的QoS，但是在网络的实时性上无法与TDM相比。为了保证传输的安全性将需要新建专用IP网络，需要大量的设备投资。为了保证网络的安全性，网络结构和路由策略变得复杂，对网络维护变得更为复杂。
●全部由TDM网络承载
TDM承载将需要占用较多的带宽资源，但是可以重用现网的TMSC、STP设备，网络结构比较清晰，设备维护具有延续性，CS域业务的QoS和安全性能够得到保障。
由上综合比较分析，目前采用IP/ATM承载不如采用TDM承载，但是TDM承载的R4将丢失一些优势，如TRFO。从根本上说，应用R4遇到的问题和目前IP网络电信化所遇到的问题类似。
3、仍需探讨的问题
除了承载问题外，综合各个R4设备构建一个可运营可商用的网络，仍然存在许多问题需要探讨和摸索。
●IP QoS及安全性问题
基于IP分组承载组件R4网络时，最为突出的如何确保尽力而为IP组网提供电路域实时业务所需的QoS，以及在开放IP网络上的安全性保障，这也是在固网VoIP及NGN领域由来以久并一直处于研究和探讨中的问题；尽管目前已有一些的理论解决方法，但基本未得到规模实践(根据网络基础现状，R4阶段也可选择采用ATM建设核心网络，但在中继ATM交换机不支持SVC或Q.AAL2交换能力的前提下，必然导致网络的配置过于复杂甚至超出可运维管理的限度)；
●分层结构问题
R4组网在体系构成上相对R99来说最大的区别在于其承载控制分离的分层式的，控制面的大容量MSC server可以对应多个分布式MGW，因此如何为控制与承载面设备选择合适的容量及配比对应关系以达到核心网设计最优化，值得探索；提供端局业务的MSC server的业务容量不断增大，要求必须在设备可靠性的技术上进一步提供组网级别可靠性(如双归属技术)
●运营模式的变化
R4组网中控制面的MSC server相对R99 MSC处于更高的网络地位，必须考虑如何利用该特点为统一的业务提供及升级提供便利，另外对R4宽带承载网络的维护管理对传统电信运营商来说也必将是一个新的挑战。
综上所述，虽然目前基于R4的设备已经成熟，但是基于R4的商业运营仍然有很多问题，在这些问题妥善解决之前，运营商在建设3G网络时，R4和R99的选择和具体部署仍然是一个重要问题。
作者：许志远 来源：泰尔网
下一代网络的演进主要按照两条路线来发展：第一条路线主要体现为传统电信业务从专用TDM承载向统一共享式IP/ATM多业务网络承载的转移，在维持用户接入方式不变的前提下借助接入网关完成网络层业务传输的分组化。原电路交换网络设备被划分为物理上独立的控制面软交换与承载面媒体网关两部分，而最终用户基本感觉不到业务特性及接入方式的变化。而第二条路线则实现了真正端到端的IP业务特性，并引入了包括话音在内的全新实时多媒体应用，用户以SIP/H.323分组终端的方式接入网络，网络体系结构及业务的提供方式(如SIP方式)完全不同于传统电路交换网。
3GPP R4及R5阶段，正好与上述网络交换发展的两条路线相对应。本文所讨论的，仅限于R4阶段软交换的相关分析。
1、软交换
相对与传统的网络，软交换的好处已为大家所熟知：
●开放性
开放的体系，使运营商可以自由的选择设计自己的网络，易于提高竞争力，使得综合建网成本下降。
●低成本
三网合一的建网思路，使运营商的建设成本及网络运维成本大幅度降低。
●易规划，分布建网
无级网络，伸缩性强，网络可按需边规划边建设，分布式组网使运营商的业务“低成本、广覆盖”。起步容量较小时，成本优势明显，组网成本线性增长。
●更丰富的业务
可以支持有线/无线/多媒体融合的业务，任何用户可以在任何地点、采用任何接入手段、任何时间获得基本相同的业务，“一点提供、全网共享”，支持第三方业务，支持用户业务定制，业务个性化。
由于本次3G试验网要求的是R99制式，因此软交换在本次3G试验网并未显著的应用，各个厂商设备的对外接口都是标准的R99版本，但是从厂商设备的内部连接和组网可以比较深刻的感觉到R4已经在各个厂商的设备中得到广泛的应用。
图1是诺基亚在本次3G试验网中的设备逻辑连接图。
图1
从图1中可以看出，其MSC已经分出MGW部分，其HLR和MSC之间已经采用IP(SIGTRAN)承载，已经具备了进行R4互联的能力。
图2是UT斯达康在本次试验网中设备逻辑连接图。
图2
从图2可以看出，UT思达康的MSC已经分成了TG、SG、WMG等部分，拆分得非常彻底，除了Iu接口外，各个网元之间完全是IP交换，可以说UT思达康对R4标准的支持非常完善。
综上所述，虽然在本次3G试验网中，各厂商的设备是以R99标准提供的，但是有很多的厂商的设备已经完全具备了R4组网的能力，同时也具备了平滑过渡到R4的能力(R4 Ready)，各个厂家基于R4的设备已经基本成熟。
2、对多业务网络承载的分析
对于R4的成功应用，设备的成熟仅仅是一方面，基于R4的组网、承载、运营、业务等各方面都很重要。特别是在承载方面，问题较多。下面逐一对ATM、IP和TDM承载进行分析。
●基于ATM的承载
目前的问题是CS域采用ATM进行承载，现有的基于TDM TMSC设备将无法继续使用，需要建设支持ATM的MSC Server、TMSC、MGW等设备并需要增加ATM交换机，增加了设备投资的成本。增加ATM交换机，增加了网络中的故障元源，且ATM交换机的停机时间将降低网络的可靠性。
●采用IP网进行承载
IP是目前应用最广泛的网络技术，3GPP也将IP作为网络发展的一个远期目标。IP承载与TDM承载相比，更为节省带宽，根据不同协议的包头长度不同，可以节省25%-50%的带宽。但是目前路由器设备的可靠性无法与TDM交换机设备相提并论，需要对路由器设备进行冗余配置，并需要制定快速的故障检测和倒换策略。虽然可以通过MPLS、Dfferv等技术可以改善IP网络的QoS，但是在网络的实时性上无法与TDM相比。为了保证传输的安全性将需要新建专用IP网络，需要大量的设备投资。为了保证网络的安全性，网络结构和路由策略变得复杂，对网络维护变得更为复杂。
●全部由TDM网络承载
TDM承载将需要占用较多的带宽资源，但是可以重用现网的TMSC、STP设备，网络结构比较清晰，设备维护具有延续性，CS域业务的QoS和安全性能够得到保障。
由上综合比较分析，目前采用IP/ATM承载不如采用TDM承载，但是TDM承载的R4将丢失一些优势，如TRFO。从根本上说，应用R4遇到的问题和目前IP网络电信化所遇到的问题类似。
3、仍需探讨的问题
除了承载问题外，综合各个R4设备构建一个可运营可商用的网络，仍然存在许多问题需要探讨和摸索。
●IP QoS及安全性问题
基于IP分组承载组件R4网络时，最为突出的如何确保尽力而为IP组网提供电路域实时业务所需的QoS，以及在开放IP网络上的安全性保障，这也是在固网VoIP及NGN领域由来以久并一直处于研究和探讨中的问题；尽管目前已有一些的理论解决方法，但基本未得到规模实践(根据网络基础现状，R4阶段也可选择采用ATM建设核心网络，但在中继ATM交换机不支持SVC或Q.AAL2交换能力的前提下，必然导致网络的配置过于复杂甚至超出可运维管理的限度)；
●分层结构问题
R4组网在体系构成上相对R99来说最大的区别在于其承载控制分离的分层式的，控制面的大容量MSC server可以对应多个分布式MGW，因此如何为控制与承载面设备选择合适的容量及配比对应关系以达到核心网设计最优化，值得探索；提供端局业务的MSC server的业务容量不断增大，要求必须在设备可靠性的技术上进一步提供组网级别可靠性(如双归属技术)
●运营模式的变化
R4组网中控制面的MSC server相对R99 MSC处于更高的网络地位，必须考虑如何利用该特点为统一的业务提供及升级提供便利，另外对R4宽带承载网络的维护管理对传统电信运营商来说也必将是一个新的挑战。
综上所述，虽然目前基于R4的设备已经成熟，但是基于R4的商业运营仍然有很多问题，在这些问题妥善解决之前，运营商在建设3G网络时，R4和R99的选择和具体部署仍然是一个重要问题。
作者：许志远 来源：泰尔网
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