Gb over IP技术在移动网络中的应用

1 引言

承载网络采用IP技术是今后电信网络的重要发展趋势之一。通过采用统一的IP骨干网，可实现移动通信网络结构的简化与优化，支持组网的灵活性和传输带宽的最佳利用，从而为移动运营商节省网络投资和运维开销。目前，国内各运营商都在经历着从2G到3G网络的业务演化和迁移。在此过程中，终端用户接入速度明显提升，数据流量也急速增长。这些增长对网络也提出了更高的要求，不仅需要能够灵活地处理峰值流量的冲击，而且能够在需要时迅速、简单地扩容，同时还要保证电信网络的安全性和健壮性。在这种条件下，原来基于帧中继的Gb链路已经不能满足新的要求，在IP网络上承载Gb业务流已成为迫切的需要。

在这样的背景下，拥有许多成功商用Gb over IP案例的诺基亚西门子通信携手中国移动通信一起，在其GPRS/EDGE网络上实施Gb接口IP化改造方案，仅河南移动就有15台SGSN，400多个BSC，8000多个PCU运行在Gb over IP网络中，全省共节约E1电路1000余条。

2 Gb over IP的技术原理

2.1 Gb over IP接口的协议栈

Gb接口位于GSM/GPRS网络中的BSS和SGSN之间，用来传送SGSN和BSC之间的信令和用户数据。Gb over IP（3GPP TS 48.016）与Gb over FR相比并没有本质的区别（见图1），主要改变是在网络服务层从原来的帧中继承载改变为IP/UDP承载，通过基于IP的路由寻址完成Gb接口的信令和数据交换。而其上层的其他协议和应用并没有任何改变。

图1 Gb over IP和Gb over FR协议栈的比较

在帧中继承载方式中，（NSEI，NSVCI）对应于存在于PCU和SGSN间帧中继承载中的永久虚连接，而在IP承载的Gb口中，（NSEI，NSVCI）则最终通过源/目标地址端口四元组（IPs，UDPs，IPdst，UDPdst）来进行标识（见图2）。通过该四元组，可以明确标识PCU和SGSN间的一条链路。NS-VL是对应着本端（PAPU或PCU）的UDP/IP Endpoint，它是NS层与下层L2通信的路径。一个NS-VL可以服务于多个NV-VC link。而NSEI主要是为了实现Gb口接口链路管理，同一NSEI组内的多条NSVC可以实现负荷分担和互为备份的作用。在IP作为承载的Gb链路中，BSS/SGSN的同一NSEI组中的多条NSVC，可以IP地址不同，也可以IP地址相同，而端口不同，配置上的灵活性非常强。

图2 NS-VL、NS-VC和NSEI的示例

2.2 Gb over IP的配置模式

诺基亚西门子通信的Gb over IP解决方案支持静态和动态两种配置模式，两者的区别在于对NS-VC的定义上，静态配置模式需要手动去定义所有相关参数，而动态则只需要定义部分参数，其余的配置信息则由PCU和SGSN两端协商产生，具体的描述如下：

（1）静态配置模式

在静态配置模式下，每一条NSVC在PCU和SGSN两端都需要明确定义：NSVCI，NSEI，PCU ID（或SGSN PAPU ID），IPs+UDPs，IPdst+UDPdst，Data Weight，Signaling Weight。两端配置都完成后，当激活NS-VC链路时，BSC或SGSN会向对端发送NS-ALIVE消息；在收到该消息之后，SGSN或BSC会向对端回应NS-ALIVE-ACK消息，至此该流程结束，这时的BSC和SGSN会在本端将NS-VC状态置为工作状态，并开始传输信令和用户数据流量。随后的BSC或SGSN会每隔NS-test Timer后发送一个NS-ALIVE消息给对端，来确认链路状态是否正常。

（2）动态配置模式

在动态配置模式下，只需定义本端的NSE参数，其它的配置信息是由链路两端网元的Sub-Network层的自动协商流程来完成的。其自协商流程有SIZE，CONFIG，ADD，DELETE，CHANGE-WEIGHT等。

该流程首先是BSC发送一个SNS-SIZE 给SGSN，内容包含Reset标识、最大可配置的NS-VC数量，以及BSC侧配置的IP Endpoint的数量。SGSN收到后会依据此计算出全互连状态下需要的NS-VC的数量，如果它小于等于BSS可以配置的最大NS-VC的数量，则这次SIZE流程就被SGSN接受。如果SIZE流程成功，接下来BSS会继续发送SNS-CONFIG给SGSN。如果SIZE流程不成功，则SGSN会在SNS-SIZE-ACK中用Cause Code为"Invalid Number of NS-VCs"，"Invalid Number of IP4 Endpoints"，"Invalid Number of IP6 Endpoints"来通知BSS。

CONFIG流程用来交换该NSEI两端的配置信息。首先BSC会发送所有自己要配置的IP Endpoint信息给SGSN，SGSN收到后会回复SNS-CONFIG-ACK给BSS。随后SGSN会将自己的配置信息通过SNS-CONFIG PDU发送给BSS，BSC收到后也回复SNS-CONFIG-ACK消息。所有流程完成后，BSC侧的IP Endpoint会向对应的SGSN侧的IP Endpoint发送NS-ALIVE消息来激活NS-VC（见图3）。

图3 SNS SIZE和CONFIG流程

动态配置模式下还有ADD和DELETE流程，用来增加和删减IP Endpoint，以及CHANGEWEIGHT流程用来通知对端本网元的Signalling Weight或Data Weight发生了变化。

（3）负载分担

Gb over IP支持同一NSE下多条NSVC之间的负荷分担，而不管是动态还是静态模式，每条NSVC所承载业务量的多少由定义的权重Weight来决定（包含Data Weight和Signaling Weight），Weight越大，该链路所承载的业务量的比例越高。为避免IP数据包在选择不同路径时，出发和到达顺序不一致，通常同一TLLI的数据包只选择一条NSVC通过，后续的数据包不再进行路径选择。

作者：楚 印 诺基亚西门子通信 来源：电信网技术