[摘要] 本文通過分析現有GSM核心網在網絡結構、運維、安全、業務提供能力等方面的現狀和劣勢，提出了利用軟交換來優化現有的GSM核心網的方案，通過該優化使得現有GSM核心網在上述各方面的問題都得到解決的同時為向3G網絡電路域的平滑演進提供了良好的網絡基礎。
1、GSM核心網現狀
目前國內運營的GSM網絡包括中國移動的GSM/GPRS網絡及中國聯通的GSM網絡，其中中國移動的GSM網絡為世界上容量最大、用戶最多的移動通信網絡，網絡容量和用戶數均已經超過3億戶。中國聯通的GSM網絡容量也已經超過1億，用戶數接近1億。從建設和使用年限來看，中國移動的GSM網絡已經超過15年，中國聯通GSM網絡也已經超過10年。
就核心網層面來看，中國移動GSM／GPRS核心網包括電路域和分組域2個部分，中國聯通GSM網絡由于各種原因目前部分省的網絡未能提供分組域業務。從電路域來看，兩者的網絡都幾乎是一樣的。基本以直轄市／地級市為單位進行本地網的設置以及網絡的規劃與建設。如圖1所示。
圖1 本地網GSM核心網結構圖
無論中國移動GSM網絡還是中國聯通的GSM網絡，其覆蓋面積都非常大，由于受自然條件、人口、經濟發展水平差異導致的通信需求和通信消費的差別也非常大，不同地區網絡規模差異非常大，同時由于現有GSM核心網能力的限制，不同地區的網絡各自有突出的問題，主要包括以下幾個方面。
（1）設備容量小、處理能力低。現有GSM核心網
交換機設備容量小，處理能力低，數量多，不符合“大容量，少局所”的發展趨勢。特別對于比較發達的東部沿海地區，隨著用戶數的不斷增長，每年均需要進行比較繁重的新建局和擴容局的工作，除了新增網元的安裝調測外，還包括繁重的電路割接、局數據加載及網絡調整的工作。造成了巨大的工程建設壓力，也給網絡穩定帶來了一定的隱患。
（2）業務提供能力差，升級費用高。為了在全網提供各種新業務，除了在SCP上加載上述業務外，數量龐大的GSM MSC交換機成了業務快速推廣的瓶頸。由于MSC數量多，為了實現對新業務的觸發，幾乎必須升級現網所有的MSC，升級費用高，升級周期長，大大地延誤了業務推出的時機，影響了網絡的盈利能力。部分相對落后的省市用戶數量少，但需升級的MSC數量不少（以地市為單位設置MSC），考慮到業務收益與成本的關系，往往錯過了升級的機會，使用戶無法享受更加豐富多樣的
增值業務，比如部分省的GSM網絡由于MSC軟件升級費用高，至今仍未提供
彩鈴等有效提升ARPU值的業務。
（3）設備利用率不均勻，話務無法動態調整。由于現有MSC之間缺乏有效的資源共享機制和技術，MSC之間無法實現動態的負荷均衡，對于擁有若干個GSM MSC的本地網來說，在部分MSC負荷過大的情況下，只有采取新建MSC的方式或者將某個／某幾個BSC割接至其他負荷較輕的MSC的方式來實現負荷的均衡。前者則造成建設投資大，設備整體利用率不高，后者則造成頻繁的網絡調整和巨大的割接工作量。
從網絡擴容規劃的角度看，MSC之間缺乏資源共享機制給規劃造成了更大的難度，由于外部競爭環境都比較激烈，各本地網用戶發展要進行準確預測是比較困難的，而本地網MSC的擴容規劃是根據本地網的用戶和業務發展進行的，可能造成的結果就是部分本地網MSC設備（或者同一本地網的部分MSC）利用率非常低，部分本地網頻繁擴容（或者同一本地網的部分MSC頻繁擴容）。
（4）本地網維護力量薄弱，故障恢復時間長，影響了服務質量。根據現有維護體制，GSM設備及網絡維護主要依靠各本地網的維護力量。作為現有GSM MSC，除了日常硬件維護外，維護的主要內容仍然是數據維護以及網絡的維護，GSM MSC分布廣，數量多，維護難度大，特別對于欠發達地區本地網維護力量薄弱，維護經驗不足，容易出現由于維護經驗薄弱而造成故障恢復時間長，網絡無法正常運行的情況。另外，GSM MSC作為計費點，計費點數量多，計費傳送網絡的故障也容易造成原始話單的丟失，影響了計費處理的及時性。
（5）缺乏容災方案。不少省市和地區有較多的返鄉人流，每當節假日設備會面臨話務沖擊的考驗，現有GSM網絡端局均沒有容災方案，即當設備故障時，沒有相應的網絡級容災備份方案。
2、優化方案
上述所有問題都是現有GSM網絡運營商所面對的問題，從現有基于傳統MSC技術的能力來看，解決上述問題是比較困難的，惟有采用新技術來解決上述問題。基于軟交換的GSM核心網優化就是一個較完善的方案，基于軟交換的GSM核心網基本結構如圖2所示。
圖2 基于軟交換的GSM網絡結構圖
軟交換技術是近幾年崛起的一種全新的網絡技術，通過控制與承載的分離的體系結構，它將原來相互獨立的網內各節點變成一種有機的整體，從而可以實現核心網內資源的共享和動態調配，加上其具有大容量、雙歸屬等特性，能解決現有GSM網絡存在的問題。
為了更好地闡述上述方案，本文以一個欠發達省的省網改造為例來說明該優化方案。
該省現有GSM核心網結構如圖3所示。
圖3 某省GSM網結構圖
針對該省網存在的上述問題，本文建議采用移動軟交換技術對現有GSM網絡進行優化，其基本步驟包括：
第一步：在省會城市建設1～2臺集中設置的MSC，該MSC的MSC Server和MGW部分均放置在同一機房，將省會城市原MSC下的1～2個BSC割接到新建MSC下。
第二步：逐步將省會城市現網MSC下所帶BSC逐步割接到新建MSC上，新建MSC繼承原有MSC的全部物理接口：A接口、中繼電路、No.7
信令鏈路。同時考慮后續發展，對新建MSC進行適當擴容。
第一、二步完成后該省核心網網絡如圖4所示。
圖4 優化第一階段結構圖
第三步：等條件成熟，在非省會城市其他本地網設置1～2個MGW，通過
IP網絡跟省會城市MSC Server相連，形成全省分布式組網。新建各MGW應用于各地的交換機擴容，部分存在2個MGW的本地網可在2個MGW之間采用局內的負荷均衡技術，提高A接口的安全性，動態調配2個MGW之間的負荷。
第四步：隨著話務量的增長，同時考慮
網絡安全性，可以考慮在其他較大的1個本地網建設1～2個MSC Server，將全省各地MGW按照地理位置劃分，各MSC Server按照雙歸屬方式進行備份，以加強網絡安全性。
第五步：逐步使用各地MGW對現網窄帶交換機進行替換，全省形成基于軟交換的分布式組網。
最后的目標網絡如圖5如示。
圖5 優化目標網結構圖
3、目標網絡的優點與優勢
根據軟交換的特點，與現有網絡相比，優化完成后的目標網絡將具備以下幾個優點。
3.1 可以實現集中維護
大量的數據維護工作集中在了MSC Server上進行，維護投入可以降低到現網的1/N。優化前后維護模式見圖6所示。
圖6 優化前后維護模式的變化示意圖
3.2 業務集中加載，統一業務出口，大大提高了網絡業務提供能力
軟交換MSC與SSP和設置，由MSC Server統一作業務處理，整個省網只有一個業務出口，升級維護方便，此外，升級過程只是對MSC Server進行升級，無需MGW的參與，設備的安全性進一步提高。
3.3 雙歸屬滿足了容災的要求，負荷均衡實現了不同MGW之間資源的共享
采用MSC Server雙歸屬解決方案，使得每個MGW都可以連接到兩個MSC Server，充分保證網絡的安全性。另外，傳統的GSM MSC組網模式下，1個BSC只能和1個MSC相連，因此當1個BSC到MSC的話務擁塞并不能將擁塞的話務疏導到其他MSC下，可能造成話務擁阻甚至癱機。而采用軟交換特有的均衡技術，可以同時將1個BSC連接到兩個MGW上，兩個MGW可以動態調整話務，保證網絡的接續質量。雙歸屬及負荷分擔示意如圖7所示。
圖7 完善的網絡容災保護能力
3.4 無信令點擴容
在基于結構軟交換的MSC中，信令處理等都由MSC Server負責，MGW不需信令點，因此在需要建設地區直接放置MGW的拉遠即可解決。這樣不僅使得擴容非常靈活，而且可以避免申請信令點和MSC號的過程，節省配合調整工作量，大大加快工程實施進度。
3.5 后期規劃和擴容工作更加簡單
MSC Server的集中設置意味著跨本地網資源的利用成了可能，在后期規劃中，重點在于把握整個省網的發展，MSC Server的擴容是在對整個省網發展進行規劃的基礎上進行的，即使不同本地網網絡對呼叫處理能力的需求會出現一定的波動，只要從整個省的層面來看其對呼叫處理能力的需求保持穩定就能保證MSC Server有足夠的呼叫處理和業務提供能力。
其次，MGW擴容由于幾乎不涉及龐大的數據設置工作，MGW擴容工作主要包括硬件擴容和增開電路，整個過程將變得異常簡單，大大減少了工程建設周期和工程管理成本。
4、優化后的目標網向3G核心網的演進
在獲得3G牌照后，在上述目標網的基礎上，整個核心網完全可以實現到3G的平滑演進，有效保護運營商在優化工程中的投資。優化后的目標網向3G核心網演進的路標如圖8所示。
圖8 GSM MSC向3G的演進路標
就向3G演進的路徑來看，按照本文提出的優化方案，該省網實際上采取的是一種從2G本地網開始遷移演進的一種方案，該演進路徑的基本步驟是：
第一步：建設獨立的基于軟交換的2G分布式MSC，采用虛擬MSC的解決方案；
第二步：MSS集中設置，MGW分布設置，靠近無法升級，需要被替換的傳統MSC，逐步替換傳統2G交換機；
第三步：根據3G的建設需求，逐步將RNC接入軟交換MSC；
第四步：重復步驟2，3，逐點替換無法升級的傳統2G交換機；
第五步：IP承載網形成獨立平面；
第六步：MGW支持TDM/IP雙承載模式，承載過渡期，MGW同時支持TDM和IP承載，將話務逐步遷移到IP承載網；
第七步：完成承載的平滑遷移過程，形成以IP為統一承載的核心網絡。
5、結束語
本文基于軟交換的GSM核心網優化方案，通過利用軟交換這一新技術來解決現有GSM網絡在各方面存在的問題，還通過優化為現有GSM網絡向3G核心網提供了平滑演進的網絡基礎。作為GSM運營商，在未獲得3G牌照前，盡早按照3G演進方向對網絡進行優化，既是業務發展的需要，也是網絡轉型的一個迫切要求，更有助于運營商在3G時代的競爭中獲得更加主動的地位。
作者：吳杰，饒高鋼
摘自：電信工程技術與標準化
