GPRS网络建设方案及设计

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1、GPRS系统基本结构

　　GPRS系统的主要组成包括下述功能单元：（1）分组控制单元（PCU）：主要用于完成RLC/MAC功能和与Gb接口的转换；（2）服务 GPRS支持节点（SGSN）：执行移动性管理、安全功能和接入控制和路由选择等功能；（3）网关GPRS支持节点（GGSN）：负责提供GPRS PLMN与外部分组数据网的接口，并提供必要的网间安全机制（如防火墙）。GGSN与HLR之间的Gc接口可选接口，用于GGSN向HLR查询MS的路由信息；（4）边界网关（BG）：边界网关用于PLMN间GPRS骨干网的互连，它应具有基本的安全功能，此外还可以根据运营商之间的漫游协定增加相关功能；（5）计费网关（CG）：计费网关通过Ga接口与GPRS网络中的计费实体如GSN等通信，用于收集各GSN发送的计费数据记录并进行计费；（6）域名服务器（DNS）：负责提供GPRS网内部SGSN、GGSN等网络节点的域名解析以及APN的解析。

　　从上面的GPRS网络结构图可看出，GPRS网络建设包括两大方面，第一是核心网部分的建设，包括SGSN、GGSN、BG、CG、DNS；第二部分是现网升级部分，就是包括交换子系统、基站子系统、操作维护系统的软、硬升级方案和Gb接口连接方案。下面就分别从这两大部分的网络现状及本期 GPRS建设进行阐述。

图1　GPRS系统的基本结构

2、GPRS网络建设方案

　　目前广东移动仅在广州、深圳建设有GPRS核心节点。广州采用爱立信GPRS设备，建设有1套CGSN、BGW，容量为5万用户，广州核心网设备之间通过局域网交换机连接，与CMNET通过局域网接口连接，与计费中心通过设在机房内的前端采集机连接，与广州PCU通过2Mbit/s电路直连。深圳核心网设备之间通过局域网交换机连接，与CMNET通过2Mbit/s专线接入广州CMNET，与计费中心通过计费采集路由器连接，与深圳PCU通过 2Mbit/s电路直连。

　　本工程GPRS网的网路组织原则：GPRS承载网为中国移动互联网；保证网路能够安全、可靠、有效地疏通全网数据。特别是在非正常情况下，应最大限度地降低丢包率；适合用户业务的分布情况；便于将来网络的扩展；便于全网路由组织；中继链路设置经济。

2.1　汕头GPRS网络建设方案

2.1.1　与CMNET的连接

　　中国移动GPRS网向移动用户提供Internet接入服务时，通过CMNET接入Internet，用户认证由CMNET认证中心RADIUS完成。本工程GPRS核心网设备与CMNET的连接通过GPRS网防火墙连接到CMNET省网局域网交换机上。

2.1.2　计费中心的连接

　　本工程中汕头SGSN设备通过租用两条64kbit/s DDN专线将计费信息传送到广州BGW，由于本期计费路由器上没有V.35接口，本期工程配置2个E1/V.35转换设备，将E1接口转换成V.35接口后接入DDN。

2.1.3　与网管中心连接

　　OSS系统与SGSN设备在同一机楼，因此SGSN的网管信息通过本期工程配置的计费网管路由器以局域网的方式接入到OSS系统的局域网交换机。

2.1.4　GSN与No.7信令网的连接

　　本工程汕头SGSN设备需要1个信令编码，1个MSCID号码，它与汕头、惠州的一对LSTP连接。具体网路组织如图2所示。

图2　网络组织

2.1.5　SGSN与PCU的连接方案

　　方案1：利用原有A接口的空余容量，通过MSC的半永久连接，将GPRS话务连接到SGSN适合GPRS网络建设初期，并且交换机侧尚富余ET板的场合。

　　方案2：租用中国电信专用分组网实现。

　　方案3：通过专用2Mbit/s E1 PCM链路实现。

　　方案4：通过DACS复用后利用E1 PCM链路实现。

　　本工程中汕头GSM网均为爱立信设备，BSC容量较大，因此各PCU基本采用2 Mbit/s直连的方式与SGSN连接。通过后面的SGSN的计算可知，本期汕头GPRS的SGSN总的Gb接口需求为24个2Mbit/s接口。

2.2　设备选型

　　中国移动GPRS网二期工程GPRS核心网网元设备采购和建设采用统一规划、统一谈判、统一建设的实施方法。

2.3　数据量、传输带宽、中继机信令链路的计算取定

2.3.1　话务参数取定

　　GPRS用户的数据量预测：忙时平均每用户数据吞吐速率为180bit/s，考虑到专线、专网集团用户的业务量目前无法确定，本工程暂在总的用户数据业务量基础上扩大20%计算。

　　业务模型：（1）忙时每用户ATTACH次数：0.5；（2）忙时每用户DTTACH次数：0.5；（3）忙时每用户PDP上下文激活次数： 1；（4）忙时每用户PDP上下文去激活次数：1；（5）忙时每用户路由区更新次数：1.5；（6）上下行数据量的比例：1:4；（7）平均IP包长： 200byte（不含开销）；（8）忙时每用户短消息个数：0.5；（9）漫游入和漫游出用户的比例均为10%，其中国际用户为1%，其中30%的漫游业务量回归属地GGSN接入数据网；（10）电路利用率：70%；（11）信令链路单向正常负荷：0.2。

2.3.2　汕头SGSN/GGSN传输带宽、中继电路的计算机分配

　　根据上面话务量参数计算可得汕头局域网的相应数据：（1）Gb接口数据量：2×180×1.2×1.35/0.7/100=8.33 Mbit/s；（2）SGSN Gn接口数据量为：7.65Mbit/s；到CMNET的数据量为：6.12Mbit/s。

2.3.3　信令链路的负荷及配置

　　本次只开放Gr接口，Gs和Gd接口暂不开放，Gr的信令主要为位置更新和鉴权信令，参考GSM网的数据取定位置更新和鉴权参数如下：（1）忙时路由区更新次数：1.5；（2）SGSN间路由区更新比例：20%；（3）忙时ATTACH次数：0.5；（4）忙时鉴权次数：2；（5）需要向HLR 取鉴权集的次数占总鉴权次数的比例：25%。

　　时钟同步：本期工程汕头SGSN采用主从同步方式从汕头LSTP获得主用时钟同步信号、从惠州LSTP获得备用时钟同步信号。

　　时间同步：中国移动GPRS网一期工程已在北京、广州设置了两套NTP Server，本工程将在上海新建1套NTP Server，3套NTP Server分别为全国GPRS设备提供时间同步信号，同时北京NTP Server作为广州NTP Server的备用；广州NTP Server作为上海NTP Server的备用，上海NTP Server作为北京NTP Server的备用。汕头SGSN设备从广州和北京NTP Server读取时间同步信号，其中广州NTP Server为主用信号源，北京NTP Server为备用信号源。

2.3.4　计费

　　计费话单参数如下：（1）忙时每用户产生S-CDR话单数为3个；（2）产生G-CDR话单数2个；（3）每张话单的长度1.6kB。

　　汕头SGSN至广州BGW需要配置两条64kbit/s的DDN专线。

　　CG与计费中心的接口：CG与计费中心的接口协议栈可采用TCP/IP之上的FTAM协议，或者采用子TCP/IP之上的FTP协议。

2.3.5　网络管理功能

　　根据GPRS网络结构，GPRS管理系统分层结构。GPRS网管结构分为两个层次：全国GPRS网管系统和省级网管系统。

　　全国在北京设置一个GPRS全国网管中心，在各个省会设置一个GPRS省级网管中心，全国网管中心与省级网管中心之间可以通过DCN网或专线进行连接。

　　汕头本地GSM网管系统以完成升级，本期汕头新建的GRPS设备通过新配置的AXC623路由器与现有OSS系统相连。由于汕头GPRS网本期数据类网元较少，因此本工程广州NMS暂不对汕头的GPRS网数据产品进行管理。

2.3.6　IP地址分配

　　网络设备接口：设备的操作维护接口、Ga接口、与计费中心的接口均采用保留IP地址；其它设备接口采用公有IP地址。考虑到目前地址紧张，建议 GPRS使用CMNET省网地址，该方案GPRS设备地址为CMNET省网的一部分，便于CMNET全网寻址，但希望Gn、Gi接口地址相对独立。

　　用户地址：本期用户使用WAP业务和Internet业务时均使用私有IP地址，GGSN内设置两个地址组，一个为WAP业务地址组，一个为 Internet业务地址组。用户使用WAP业务时，从WAP业务地址组分配私有地址，进行地址封装后，与WAP网关建立GRE隧道；用Internet 业务时，从Internet地址组分配私有地址，在防火墙上转换为公有地址，与Internet通信。

2.3.7　用户的鉴权和认证

　　接入GPRS网的鉴权与认证：在GPRS附着时由MS、SGSN和HLR配合对GPRS用户进行鉴权和认证，移动用户通过HLR的鉴权和认证后可以有权使用GPRS网络。

　　接入外部数据网的鉴权与认证：本工程接入的外部数据网为CMNET和CMWAP，其中CMNET为透明接入，不需认证，CMWAP采用非透明接入方式，需认证。

2.3.8　APN的解析与路由计划

　　信令路由：汕头SGSN与HLR之间的信令通过STP转换，非漫游用户附着GPRS、激活PDP上下文时，信令路由为SGSN- LSTP1/LSTP2-HLR；省际漫游用户附着GPRS、激活PDP上下文时，信令路由为SGSN-SGSN侧HSTP-HLR侧LSTP-HLR；省内漫游用户附着 GPRS、激活PDP上下文时，信令路由为SGSN-SGSN侧LSTP-HLR侧LSTP-HLR。

　　APN的解析：APN由网络标识和运营商标识两部分组成。网络标识定义了GGSN连接的外部网络。运营者定义了GGSN所处的PLMN GPRS网。存储在HLR中的APN只包括APN网络标识。MS在激活PDP上下文时提供的APN必需包括网络标识，运营者标识为可选。SGSN应能根据 IMSI来生成缺省的运营者标识。

3、现网升级

　　汕头移动GSM网目前全网由6个MSC、3个HLR、11个BSC组成。汕头GSM网络为GSM900网络，采用爱立信设备，现在全网有11个 BSC，405个宏蜂窝基站，4215个载频。为了支持GPRS业务，除了新增核心网设备（SGSN、GGSN等），原GSM交换设备HLR/AUC、 MSC、BSC等均需升级，扩展GPRS功能。

3.1　交换网络GPRS功能扩展

　　为了支持GPRS业务，除了新增核心网设备（SGSN、GGSN等），原GSM交换设备HLR/AUC、MSC均需升级，扩展GPRS功能。

3.1.1　HLR/AUC升级

　　对现有的HLR进行软件升级，增加GPRS用户签约数据和路由信息。SGSN经过新的Gr接口取得HLR的信息。对应漫游用户，HLR可以与正服务于用户的SGSN不在同一个PLMN网络中。HLR中的用户记录增加了用户的网络接入模式。

3.1.2　MSC/VLR升级

　　MSC/VLR需进行软件升级支持MSC与SGSN之间的Gs接口，采用BSSAP+协议实现联合的移动性管理、寻呼等功能，提供无线资源有效利用率。在终端同时附着到GPRS（分组交换）和GSM（电路交换）时，在提供了Gs接口的情况下，可以通过SGSN下发电路寻呼，这样收集只需要监控一个寻呼信道，有利于降低收手机功耗；同时可以进行联合的路由区/位置区更新，从而有效提供无线资源利用率，减轻系统信令负荷。

3.2　GPRS无线网络升级方案

　　到目前为止，几乎所有厂商的GPRS系统不支持PBCCH，因此本期建设的GPRS网络，GSM语音和GPRS数据将共享BCCH等控制信道， GPRS手机在双频网中的登记、重选和切换等行为和普通双频手机一样。本工程GPRS系统由GSM900网络承载：（1）在开机时是根据CBQ进行小区选择；（2）小区重选根据C1/C2/CRO等参数；（3）通话模式时遵循相同切换算法和话务管理算法；（4）支持NC2时，GPRS可有自己的拥塞缓解算法。

　　GPRS网络在进行数据传输时，要用到一种新的逻辑无线信道，是GPRS的基于分组数据信道（PDCH），PCU负责将PDCH信道分配给不同的GPRS手机用户。但是与电路交换的TCH相比，它使用更有效的方式，多个GPRS用户可以共享一个信道，一个GPRS用户可以同时使用多个PCDH信道，因此信道的利用率更高，同时PDCH信道只在数据传送时才会分配手机用户。因此，本工程中GPRS网络需对PDCH进行配置以适应数据的传送。

　　对于爱立信设备，本工程建议每小区至少设置1个专用的PDCH来保证基本的GPRS服务，这样不会给GSM网话音容量造成太大影响。从长远发展角度，建议GPRS的建设应和GSM的扩容结合在一起，以便为GPRS等新业务流出容量发展空间。考虑汕头话务分布情况，并结合省公司用户分配原则，将汕头2万GPRS用户分配至11个BSC中。

3.3　PCU的配置

　　PCU负责无线子系统部分的GPRS分组无线信道的管理。PCU单个RPP板可处理1.15Mbit/s，可处理150个PDCH信道，同时每个RPP可支持18个TS的Gb接口。本工程每个BSC均配置含2块RPP板的PCU。2个RPP能提供150个PDCH信道的方式为BSC内所有的小区提供PDCH资源。由于Gb接口的引入，需要占用BSC的ETC接口板，如果BSC已无空余的ETC，则也需扩容。本期由现有ETC中调整出空闲的ETC 板用于Gb接口连接。

3.4　BSC（PCU）的Gb接口数据量

　　目前我国尚未建设帧中继网络，Gb接口采用点到点的专线连接，BSC对于Gb接口的64kbit/s Link数量，与其承担的数据量和数据包相应开销及电路利用率有关。将GPRS数据总量按比例分摊到每个PCU中去，CPU承担的数据量，可以得出Gb接口的64kbit/s Link数。

3.5　Gb接口的连接方案及电路需求

　　Gb接口是BSS和SGSN之间的接口，用于交换信令信息和用户数据。Gb接口的信令和用户数据是在相同的物理信道上发送的，不需要为信令程序分配专用物理资源。Gb接口的信令用于传送于无线相关的QoS、路由等信息，处理寻呼请求，对数据传输实现流量控制。考虑到汕头本工程GPRS建设容量2 万，各BSC对应的Gb接口64kbit/s Link数较大，为了达到数据量需求和将来的易扩展性，PCU与SGSN通过专用2Mbit/s E1 PCM链路实现连接，利用E1 PCM直连到SGSN机房。

3.6　基站子系统软件及操作维护中心升级

　　基站子系统BSS需要软件进行升级，才能支持用于Gb接口的GPRS协议和用于空中接口的增强型RLC/MAC协议。同时，A-bis接口也需要软件升级以支持GPRS。本工程中汕头需对GSM网的11个BSC和其管辖的BTS进行软件升级。爱立信的基站子系统现有版本为R8版，需软件升级增加 GPRS功能。GPRS网络是以原有的GSM网络作为基础，增加了部分网元，同时对原有的相关网元做了必要的升级。本工程中爱立信的OSS现有版本为R8 版，以支持GPRS功能，无需升级。

4、结束语

　　在GPRS网络完成后，本期网络能够提供以下业务：（1）接入Internet（PC+GPRS手机）；（2）WAP over GPRS；（3）基于PDA的数据业务；（4）基于手机终端安装的数据业务；（5）专网接入。

　　无线网络服务达到下面指标：（1）要求在无线覆盖区内的90%的位置、99%的时间移动台可接入网络；（2）移动用户从开机至用户具有发出或接受呼叫能力的时间应不超过4s（已知BCCH载频）或10s（未知BCCH载频），其中包括必要的鉴权、位置登记时间、但不包括PIN码的确认。

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