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付费下载自CNKI论文期刊网。发表于《邮电设计技术》2011年07期。 已分享至论坛城通网盘，下载地址：http://www.400gb.com/file/9783703。 【作者】 邢向晖; 冯荣耀; 刘海; 【作者简介】 邢向晖，硕士，主要从事核心网咨询规划设计工作； 冯荣耀，学士，主要从事计算机科学与技术研究工作； 刘海，硕士，主要从事核心网咨询规划设计工作。 【作者单位】 中讯邮电咨询设计院有限公司; 郑州大学教育技术中心; 【关键词】 SGSNPool; 非接入层网络节点选择功能; 网络资源标识; 负荷均衡; 规划部署; 【摘要】 简要阐述了SGSN Pool技术的优势和原理,详细阐述了SGSN Pool规划部署基本原则及覆盖区域、容量、局数据等规划问题,对当前SGSN Pool部署存在的问题进行了详细分析并提出了相关建议。 0 前言 随着移动分组数据业务的快速发展,以及各大运营商分组域核心网网络规模的迅速增大，网络安全，资源共享和负荷均衡等需求愈显迫切，而通用分组无线业务（GPRS）服务支持节点（SGSN）Pool技术的出现就很好地解决了这些需求。本文在介绍SGSN Pool技术优势和原理后，就规划部署中的几个关键问题进行了阐述，并提出了相关建议。 1 SGSN Pool技术优势 SGSN Pool是1种新的组网模式，它打破了传统网络中1个BSC/RNC只能连到1个SGSN的限制。Pool区包括了1组SGSN节点所服务BSC/RNC的所有RA区域。Pool区内有多SGSN个并行地运行，它们共同分担Pool区内的业务。当MS处于SGSN Pool的无线资源覆盖下时，它只被该Pool区内1个专门的SGSN节点所服务；当MS在Pool区内漫游时，无需改变其服务SGSN节点，从而减少了SGSN节点间的更新、切换和迁移。 SGSN Pool技术具有以下优势。 a)保障核心网络安全。能实现的实时容灾备份，Pool内SGSN的单点故障不影响用户业务。 b）提高网络利用率，节省投资。进入Pool内的移动用户能平均地分配到Pool内的各个SGSN中，可降低网络预留过多的冗余容量，能有效地应对如春节等节假日高话务量和高流动性业务对网络的冲击。 c）可大幅减少SGSN间路由区更新及SGSN信令负荷，并减少因切换所引起的业务质量下降。 2 SGSN Pool技术原理 2.1 NRI和NNSF SGSN Pool技术的实现涉及到1个关键参数和1个关键功能：关键参数是网络资源标识（NRI），关键功能是非接入层网络节点选择（NNSF）。 NRI包含在分组临时移动用户识别码（P-TMSI，SGSN给来访移动用户分配的1个唯一临时号码）中，在SGSN Pool内能唯一标识1个SGSN节点。NRI由SGSN分配给MS，MS从2G网络Gb接口接入时，在临时逻辑电路标识（TLLI，用于标识2G网络中手机MS和SGSN之间建立的逻辑连接）中获得NRI；而MS从3G网络Iu接口接入时，则NNSF从域内非接入层节点选择器（IDNNS）字段获得NRI，IDNNS字段由MS提供给RNC。IDNNS源自TMSI、IMSI、IMEI等参数，在IDNNS字段中有指示比特指明其源自哪个参数。 2.2 负荷均衡机制 当MS还没有分配到某SGSN时，即若没有配置MS所对应NRI的SGSN地址无法获得NRI或NRI所对应的SGSN不可达时，RNC/BSC将启动负荷均衡算法以选择正确的SGSN。从3GPP23.236规范来看，NNSF节点实施的负荷均衡算法并没有给出特别明确的定义，从而各设备厂家具体实现算法有所不同。各厂家都支持静态负荷均衡算法，一般都据每个SGSN的附着用户容量设置不同的权重。容量大的SGSN比容量小的SGSN被选中的概率大。各厂家支持动态算法的情况有所不同，触发条件也有所差异。 2.3 负荷重分配机制 考虑到运营商有时可能需要将Pool内的某个SGSN进行负荷卸载（如需对其进行离线维护时），3GPP R6中规范了负荷重分配机制。在该机制中，每个SGSN会定义1个独特的“Non-broadcast RAI”和“Null-NRI”：前者是非广播路由区，唯一标识SGSN，在负荷重分配时由SGSN在路由区更新时分配，用于目标SGSN定位原SGSN；Nu后者是个不属于任何SGSN的特殊NRI，用于负荷重分配时指示NNSF选择其他SGSN。SGSN Pool负荷重分配流程见图2。 a）维护人员通过OMC设置SGSN1为卸载状态并在BSC/RNC上设置SGSN1为卸载状态。 b）SGSN1启动用户卸载。 c）用户发起Attach、路由更新、PDP激活。 d）SGSN1分配新的P-TMSI，NRI为Null-NRI，并携带Non-Broadcast RAI给用户。 e）Non-Broadcast RAI触发用户强制Attach。由于NRI为Null-NRI（SGSN为卸载状态），所以BSC/RNC据负荷均衡机制将此用户路由到其他SGSN（SGSN2）上进行登记。 f）新的SGSN2据Non-Broadcast RAI定位原SGSN1，获取用户上下文。 如果用户在设定时间内没有发起路由更新和PDP激活等流程，则SGSN发起网络侧Detach，Detach指示重新Attach，用户重新Attach时再分配Null-NRI和Non-Broadcast RAI。 3 SGSN Pool规划部署实施 运营商在现网中引入SGSN Pool组网时，需认真考虑现网结构、容量及本地网承载网组网具体情况，采用适宜的组网方案，以便充分发挥SGSN Pool技术优势，并减少现网改造所引起的影响。 3.1 基本原则 SGSN Pool规划部署应遵循以下基本原则。 a）保持现网稳定。不能影响现网运行。需制定严格的实施方案，每一实施步骤都应有相应的风险分析及规避方案。改造不成功时应有倒回方案。 b）业务继承性。实施SGSN Pool组网后必须继承现网的各种业务，且不能降低用户体验。 c）统一规划，分步部署。以省为单位进行详细的全网规划。划分全网SGSN Pool组网架构，逐步实施和扩大SGSN Pool组网规模。在省间交界区域应严格按照全国规划NRI的分配原则。 d）按需部署。实施SGSN Pool组网时应综合考虑实施效果、冗余需求和实施管理的复杂性，据实际需求和适用场景有条件地进行SGSN Pool部署。 3.2 规划部署 3.2.1 覆盖区域规划 在SGSN Pool组网时，应首先选择其服务范围的无线覆盖区域，并遵循以下原则。 a）尽量选择覆盖连续的无线区域，以减少网络切换及降低信令负荷。 b）若接入SGSN Pool的无线覆盖区域具潮汐效应，可将高话务和相邻的低话务区域规划为1个Pool，以充分发挥Pool消峰抑谷特性及提高资源利用率。 c）对网络实时容灾要求高及单局点容量较大的地区，可通过部署SGSNPool实现SGSN实时容灾备份，以提高网络的可靠性。 d）为提升2G/3G网络互操作性能及系统间切换成功率，应尽量把覆盖区相同的BSC和RNC放在1个Pool内，实现2G/3G网络共同组Pool。 e）应划分相互独立的Pool区，尽量不进行重叠Pool区的规划。 f）尽量选择不同机房的SGSN组Poo，l以提升Pool容灾效果及网络安全性。 3.2.2 容量规划 SGSN Pool容量主要取决于池内SGNS的节点数量，池区大小要适中。太小时会因占用冗余资源过多使负荷均衡效果受限；太大时虽能减少局间切换和位置更新使SGSN容灾容易，但接口和规划则会复杂起来。综合考虑，SGSN Pool容量规划宜遵照以下原则。 a）按统一规划、分步部署原则，初期SGSN节点数量不应少于2台，终期以4~8台为宜。 b）为发挥SGSN Pool优势并控制成本，Pool内SGSN的总容量以200~1000万户为宜。 c）Pool内容量最大的SGSN退服后，Pool内其余SGSN能接管该SGSN所承载的业务，即Pool内每个SGSN预留容量比为1/（N-1）（N为Pool内SGSN数）。 d）Pool内各SGSN容量应尽量相同，以利于网络规划部署及节约冗余容量。 3.2.3 局数据规划 3.2.3.1 NRI分配规划 SGSN Pool内的每个SGSN必须被分配1个或多个NRI，以用于标识Pool内不同的SGSN。NRI的长度可配置在P-TMSI中的23~14 bit（见图3）。 NRI长度不同时，Pool内的SGSN数目和单个NRI可分配的用户数见表1。 NRI规划部署宜遵循以下原则。 a）NRI长度需在全国范围内统一规划。考虑到设备容量、网络扩展性等因素，NRI长度宜至少为7位。 b）当Pool内个别SGSN用户容量过大时，可配置多个NRI。 c）同一Pool内不同SGSN的NRI值不能相同。 d）相邻不同SGSN Pool间NRI值不能重复，否则会产生SGSN Pool负荷失衡。为避免此情况发生，可按照地图四色原理对全国NRI进行统一规划：对于未覆盖省际边缘区域的SGSN Pool，NRI由位省内自行分配，能保证省内相邻Pool的NRI不重复即可；对于覆盖省际边缘区域的SGSN Pool，将使用NRI的23~21 bit用于区分相邻SGSN Pool的标识。其中：23~22 bit由全国统一分配，21 bit由省内自行分配，以保证省际边缘相邻SGSN Pool的NRI不重复。 e）每个SGSN Pool内选择1个可用（一般选择最大或最小）的NRI作为Null-NRI。 3.2.3.2 Default SGSN规划 引入SGSNPool组网后，用户漫游出SGSN Pool并向SGSN Pool外的SGSN注册时，SGSN Pool外的SGSN会到用户原注册的SGSN取用户信息。这就需要SGSN Pool外的SGSN能据用户的前LAI和P-TMSI中的NRI确定用户原注册的SGSN地址（由于Pool中任意1个LA同时被Pool内所有的SGSN共同服务，所以只通过LAI是无法确定用户原注册的SGSN的）。为减少SGSN Pool外的SGSN的数据配置量及兼容现有SGSN，所以在SGSN Pool内引入了Default SGSN概念。Default SGSN原理示意见图4。 SGSN Pool外的SGSN只需据用户的前LAI寻址到Default SGSN，Default SGSN再据P-TMSI中的NRI寻址用户原注册的SGSN（这需Default SGSN配置本SGSN Pool内的所有SGSN的NRI与SGSN地址的对应关系），并在SGSN Pool外的SGSN与用户原注册的SGSN间传递用户信息（用户的IMSI及未被使用的加密参数信息）信令。 由于Default SGSN是针对每个LA/RA配置的，对于同一个LA/RA不同的SGSN节点可配置不同的Default SGSN节点单元，因此Pool内多个SGSN可被用作Default SGSN，以避免负荷集中在1个SGSN节点。本文建议将整个Pool区划分为多个区域，每个区域规划2~3个SGSN为该区域的Default SGSN。 3.2.3.3 Non-broadcast RAI规划 Pool内每个SGSN都配置1个属于本局的Non-broadcast RAI，每个SGSN与Non-broadcast RAI一一对应，同时配置本Pool内其他SGSN的Non-broadcast RAI。这是因为在Pool内SGSN间迁移用户的处理过程中，目标SGSN将基于Non-broadcast RAI来确定服务于MS/UE的原SGSN地址，并由服务于MS/UE的原SGSN取得用户信息（用户的IMSI及未被使用的加密参数信息）。 Non-broadcast RAI应与普通的RAI统一编码和规划，但不和RAN侧的RAI相同。本文建议集中申请1段RAI作为Non-broadcast RAI。 3.2.3.4 GlobalCN-Id 规划 Global CN-Id是RNC用于识别SGSN节点的关键参数，由Global CN-Id=MCC+MNC+CN-Id构成，其中CN-Id的取值范围为0~4095。 4 当前SGSN Pool部署存在问题分析与建议 4.1 Gb接口IP化 实施SGSNPool时，Iu-PS/Gb接口需全互连。由于没有实现IP化时，BSC/RNC要以TDM/ATM方式同时连接到多个SGSN，不仅浪费大量传输资源，也不便于工程建设与维护，因此Iu/Gb接口IP化是SGSN Pool组网的前提条件。现网RNC与SGSN间的Iu-PS接口一般都是基于IP承载的，便于SGSN Pool实施。但目前国内各运营商的Gb接口尚未全部实现IP化。例如：中国联通现网Gb接口都是基于帧中继承载方式，而中国移动虽在2009年开始进行了全网Gb接口IP化改造，但目前仍有大量的BSC尚未完成IP化改造。 目前各设备厂家的BSC和SGSN设备都能支持Gb over IP功能，一般只需进行简单的软件升级或硬件改造即可完成IP化改造。因此建议各运营商在新建或者扩容2G网络时，应尽量采用Gb over IP方式进行组网。在数据业务量大及扩容需求强烈的热点区域，应优先进行IP化改造，以便于将来SGSN Pool组网的顺利实施。另外，需特别指出的是，在Gb over IP改造过程中，核心网侧的改造工作量较小，主要工作量集中在无线侧，故无线专业的建设和维护人员必须提前做好相关的技术储备工作，以便于工程的顺利推进。 4.2 多厂家组网的影响 目前在同一厂家内实施SGSN Pool的技术已较成熟，主流厂商在国内外都有了SGSN Pool的现网应用案例，并取得了良好效果。例如：中国移动已对华为、爱立信和诺西3个厂家完成了同厂家SGSN Pool现网测试；中国联通组织相关厂家所做的同厂家测试工作还在进行中。但是现阶段各运营商在1个本地网内存在多个厂家设备的情况是非常普遍的，所以异厂家组网是SGSN Pool部署时特别需要考虑的问题。由于当前各个设备厂家对诸如负载均衡及负荷重分配等算法的一致性可能还存在一些问题，所以建议同一个Pool内采用同厂家SGSN，不同厂家的SGSN设备独立组Pool。对于很难避免的异厂家SGSN和BSC/RNC对接的情况，建议在部署时先按照测试规范进行IOT测试，测试通过后再部署SGSN Pool。 4.3 对网管维护的影响 引入SGSN Pool技术后，网管OMC的作用将不仅仅限于对单个网元实施操作维护，而是要对整个Pool内所有的SGSN和BSC/RNC进行统一管理。这不仅使数据配置工作量成倍增加（至少是传统网络的N倍），而且管理难度也大大增加。例如：需提供Pool全局的话务统计，为保证SGSN间的负载均衡需对Pool内各SGSN的负载分布进行实时监控分配，以及故障需定位到Pool内某个SGSN等。另外，核心网和无线网异厂家组网也会对网管产生影响。由于异厂家间开放网管接口较困难，只有运营商自己实现NMS层面的综合管理，才可实现对SGSN Pool的整体运维。 目前，各设备厂家分组域设备的网管功能与成熟的电路域网管功能相比仍有很大的差距，对SGSN Pool网管相关功能的支持则更有待改进。建议各运营商在进行SGSN Pool测试和部署时，应加强对SGSN Pool网管功能的关注，督促各厂家增强对SGSN Pool整体性网管的支持：一方面加强对Pool内所有网元的可集中管理，并支持公共数据统一配置及Pool内全局话务统计等；同时能对Pool内同类网元间配置数据的一致性进行检查，并提供人工检查和周期性自动检查2种检查方式。 5 结束语 总的来说，SGSN Pool是面向未来的先进组网方案。由于它能在提高网络抗冲击能力、平衡话务能力、网络质量和安全性能，以及能在负载均衡、降低信令负荷、网元容灾等方面带来诸多优势，因此引入SGSN Pool技术后能有效降低网络建设成本和运营成本。从技术上看目前SGSNPool已完全成熟，国外运营商也有了大规模的部署案例。国内各运营商在部署SGSN Pool时应在“统一规划，分步部署”大原则下，先在3G网络上部署SGSN Pool，并加快2G网络Gb接口IP化进程，同时还应在正式部署前充分进行内外场测试，分析异厂家组网及网管运维等方面的问题，逐步实现2G/3G网络SGSN Pool的统一部署。 参考文献 [1] 3GPP TS 23.236 V6.3.0 Intra-domain connection of Radio Access Network RAN nodes to multiple Core Network CN nodes S/OL .2011 -01 -10 . http://www.quintillion.co.jp/3GPP/Specs/23236 -810.pdf. 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