智能终端对WCDMA核心网分组域网络影响的探讨

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   本文下载自《移动通信》2011年第15期，原链接为http://www.qikan.com.cn/Article/ydtx/ydtx201115/ydtx20111519.html。
   本论文的电子完整版已下载并上传到gprshome@163.com的网易网盘。
   作者：     何湘平             　  中国联合网络通信有限公司北京市分公司
              管   骏　 徐   坤　    华信邮电咨询设计研究院有限公司
   【摘要】文章分析了智能终端引起信令剧增的原因，探讨了快速增长的信令对现有分组域网的影响，并从现有网元扩容和引入新技术两方面提出了解决方法。
  【关键词】WCDMA智能终端SGSN　GGSN、PDP激活PDP　PDU(分组数据)　Sewice Request信令 3GDT(DirectTunnel)技术

   1　引言
　根据各大运营商披露的数据显示，中国移动今年1月份新增3G用户193.1万；中国联通1月份新增3G用户数140.7万户；中国电信1月份新增3G用户为135万户。截止2011年1月底全国3G用户数统计，中国移动为2263.3万户，中国联通为1546.7万户，中国电信为1364万户。随着3G用户数的不断增加，智能终端也将越来越普及。
　由于智能终端产生的信令消息相对于普通终端更多，因此随着智能终端的大量普及，在3G用户和数据业务流量快速增长的同时也产生了一个新的问题：信令的爆炸式增长对SGSN网元处理能力提出了更高的要求。
　本文主要从智能终端引起信令剧增的原因、快速增长的信令对现有分组域网络影响及根据现网情况如何解决信令处理等方面来进行探讨。

  2　问题分析
　2.1现网分组域网络结构
   根据中国联通相关规范，SGSN具有将从上一个节点接收到的分组数据（PDP PDU）转发给路由中下一个节点的功能。在PDP PDU被转发给下一节点之前或者在最大保持时间之内，SGSN应能存储所有有效的PDP PDU。SGSN应支持对PDP PDU的封装和去封装功能。在GPRS骨干网中，SGSN应具有利用一条由TEID来标识的点到点双向隧道来传输封装数据的功能。在SGSN与RNC之间，SGSN应具有利用一条由TEID来标识的点到点双向隧道来传输封装数据的功能。在MS发起PDP上下文激活时，联通的SGSN将网络标识和运营者标识组成完整的APN，通过DNS解析之后获得相应的GGSN的IP地址。获得GGSN地址之后，SGSN在发往GGSN的创建PDP上下文请求中将APN网络标识通知GGSN，GGSN据此获得所需接入的外部网络的IP地址。
    由上可知：SGSN除了处理信令外，BSC/RNC上传的数据流量也先通过SGSN汇接再通过建立GTP隧道（本地IP承载网）传到GGSN，并通过GGSN与外部网络相连。SGSN网元在上述组网方式中地位显得极为重要，要求其具备信令及流量转发两项功能。   

   2.2 数据业务流量、信令发展
   随着近年来移动数据业务的飞速增长，SGSN承载的数据业务流量和信令开销增长迅猛，2010年年中至 2011年初北京联通SGSN网元流量增长了180%；此外，用户终端与SGSN网元间的Service Request信令请求次数增长也非常显著，从2010年至2011年一年期间增长了约1.8倍。

   2.3 智能终端引发大量信令消息的原因分析
（1）智能终端的信令开销远大于普通终端
    如图1分析所示，智能终端普遍带有节电功能，而普通终端一般采取的是一直在线，所以同一应用程序在普通终端和智能终端所造成的信令开销是不同的。

图1 智能终端与普通终端节电功能不同导致信令开销不同

   智能终端在节电时会释放无线链路，产生一个Iu release信令，当重新发起会话时又会产生service Request信令，而由于智能终端的节电模式和即时通信软件的特性导致这两种信令（Iu release、Service Request）激增，从而对分组域网络的信令处理能力形成考验。
   以service request信令为例，所有的即时通信软件，service request的频率取决于对方或者自己发起消息的频率，比如qq最快4秒就有一次，如表1所示。

   

表1　智能手机的各种即时软件service request表
   O2运营商对此进行了分析比较并得出：8%的智能终端占据了其55%的信令开销。如图2所示。

图2 8%的智能终端占据了其55%的信令开销

    智能终端的节电模式和智能终端中大量应用的即时通信软件的特性，导致用户终端信令激增，从而对分组域网络的信令处理能力形成考验。
    （2）受3G丰富的MBB业务影响，用户在网意愿增强受3G丰富的MBB业务影响，用户在网意愿增强，3G PDP平均每局点增
长至248%。如图3所示。用户在网意愿增强带来了数据业务流量激增，同时也产生了大量的信令消息。

图3   全球TOP50运营商3G用户流量增长情况

   3   建设思路探讨
   3.1 扩容现有SGSN网元的信令处理能力
   Service Request等信令消息的爆炸式增长，主要对SGSN的信令处理能力提出考验。在SGSN没有满配的情况下，可以通过扩容信令板卡来提高Service Request等信令的处理能力，以满足信令处理要求；在SGSN已经满配的情况下，可通过新建SGSN网元或原有SGSN网元分裂的方法，在覆盖局域不变的情况下，增加一套SGSN网元来分担数据流量和信令消息处理。
   根据现网分组域网络结构，扩容或新增SGSN网元的方法在本质上没有改变SGSN在现网中的作用，SGSN依旧需要承载数据业务流量并处理信令。在不引入新技术的情况下建设SGSN需要巨大的投资。

三国杀小王子

不过个人觉得 Iu release 也受定时器的影响。 假设系统在一定时间内检测到MS无数据发送，那么通过IUPS口就可以发现会出现 IU_Releaserequest 。 如华为设备的“PS永久在线检测定时器”等