WCDMA分组域归属地接入(即Home GGSN接入)实现方案探讨

爱卫生

一、引言
    随着移动增值新业务、新应用层出不穷，话音业务之外的移动增值服务被越来越多的手机用户使用。近年来数据业务的增长速度也大大高于语音业务，数据业务市场存在很大的挖潜空间。

    面对丰富的移动数据增值业务以及数据用户上网行为的多样性，传统的基于时长的语音业务计费方法已不能满足移动数据网的需要。3G分组域不仅要能对数据用户的在线时长、数据流量、内容信息等作出分析，还要能实时监控用户账务信息，做到无时延、精确的实时计费，防止用户使用数据业务时的恶意欠费，保证运营商的投资效益。
    为此，在进行WCDMA分组域网络建设前，运营商要合理规划网络架构，做到对分组用户的实时监控。分组用户归属地接入的方式让运营商对数据业务的监控点落在用户归属地，同时结合后台计费系统的相应改造，可以方便地向用户提供实时精确的计费服务，并能满足未来计费方式的多样性，比如内容计费、流计费（FBC）等。

二、漫游用户归属地接入需求分析
    由于我国国内运营商建网的方式都是以省为区域划分网络，用户的管理数据存储在归属省份。对于现有的2.5GGPRS分组域系统，数据用户漫游时对于通用的APN采用拜访地GGSN接入方案，也即漫游用户使用数据业务，通过GPRS网内DNS解析，路由到拜访地GGSN，从而接入到外部数据网络中（如图1所示）。

图一 漫游数据用户拜访地介入示意图

    此时的用户接入监控点在拜访地的GGSN节点，而用户的管理数据存储在归属地，造成不能灵活地实时控制用户数据业务行为。尤其对于漫游用户恶意使用数据业务的行为，归属地无法实时监控，不能有效地控制恶意欠费问题。

    未来3G网络会大力发展数据业务，并对其开展灵活的内容计费，即运营商通过对用户使用的数据包进行过滤和分析，以识别区分用户数据传送的内容种类、属性，并把相关的信息传送到运营商计费系统，使运营商可以通过这些内容计费信息对用户作出灵活的计费处理。

    对于目前的2.5GGPRS系统以及未来的3G分组域，数据用户和外部网络的最终分界点就是GGSN，内容计费策略一般是在GGSN上定义，若采用拜访地GGSN接入方式，则漫游用户不能享受到本省定义的内容资费，不利于数据业务的开展。

    为解决上述问题，在对3G分组域核心网网络架构合理规划基础上，需要对分组域的核心设备进行相应的新功能技术改造，使其在满足3GPP标准规定的基本网络协议处理功能基础上，做到面向未来数据业务多样化特点，实现对数据用户进行实时控制功能。

   

三、分组用户接入的标准流程

    WCDMA分组网络主要根据数据用户终端设置的APN来判断用户的接入GGSN地址，从而确定分组用户的接入位置。

    3GPPTS23.060GPRS Service Description附录A(APN and GGSN Selection）中，对APN解析及用户接入流程进行了详细定义。简单对其归纳为如图2所示的解析流程。

图二 APN选择及解析流程

   结合图2，一个正常的用户APN选择接入流程描述如下。

    a）SGSN从用户的PDP激活请求中获取用户上报的APN。

    b）如果用户上报APN非空，并且匹配HLR中的签约APN，则用户上报APN是合法APN。

    c）如果SGSN发现用户上报的APN是空的，即用户没有带请求的APN，那么SGSN就分析用户附着时从HLR获取到的用户签约数据，看用户有没有签约通配符*（通配符表示可以允许用户使用任意APN接入系统）。

    （a）如果用户签约了通配符*，那么SGSN将自己配置的APN（SGSN）分配给用户使用。

    （b）如果用户未签约通配符*，那么SGSN判断一下用户在HLR中签约了几个APN。

    ·如果用户只签约了一个APN，那么SGSN就将用户签约的这个APN分配给用户使用。

    ·如果用户签约了多于一个的APN，由于SGSN无法判断用户应该使用哪个签约APN，因此SGSN将拒绝用户的激活请求。

    d）选定用户使用的APN后，SGSN从自己配置的移动网号MNC、移动国家号MCC扩展出APNOI（运营商标志），并附加到APN上构成3GPP规定的APN完整形式（APN.MNC.MCC.GPRS），进行DNS查询GGSN的IP地址。

    （a）若查询到GGSNIP，则APN选路结束，向该GGSN发起激活。

    （b）若查询不到GGSNIP，SGSN给用户发送PDP激活拒绝消息。

   

四、漫游用户归属地接入实现方案

    用户终端设置的APN从用途上分为2大类。

    一类是为全网都支持接入的外部数据网分配的APN，也称通用APN，形如GPRS-Access，此类APN不包含用户的归属地区域信息。

    另一类是为非全网性接入的外部数据网分配的APN，也称区域APN，形如isp.com.bj，此类APN包含用户的归属地区域信息。

    由于中国移动通信网络的特点，不同省之间视为漫游但却使用完全相同的网号，因此根据如上的3GPP标准APN解析流程，若用户上报通用APN，则分组网络对于本地用户和漫游入用户请求的DNS解析的APN均为相同的通用APN，从而无法区分开接入GGSN，目前2.5GGPRS网络采用就近接入的方式，即统一使DNS解析到拜访地的GGSN地址，这就造成漫游数据用户的拜访地接入的现实。

    如果运营商在未来的WCDMA分组域网络的建设中采用漫游用户归属地接入的方案，那么必须本着既方便用户不改变终端配置，又对网络改动最小的原则，在仍然保持原运营商定义的通用APN或者专用APN设置的同时，以满足漫游用户归属地接入的需求。漫游用户归属地接入如图3所示。

图3  漫游用户归属地接入示意

    以下提出几种归属地接入的实现方案，都是紧密结合3GPP现有的标准，对分组域核心网元设备提出了一定的功能改造需求。

    3.1 APN覆盖方案

    APN覆盖方案通过在HLR中对用户签约带有区域标志的通用APN，并改造现有SGSN使其具有APN覆盖功能，从而能在DNS解析时区分不同省份的GGSN。具体为：

    每个用户所在的HLR根据其所在的省份设置相应的APN，比如每个北京用户的第一个APN都设为GPRS-Access.bj。

    SGSN在基于图2所示的标准APN判定流程进行解析时，还需通过一定的特殊功能改造，使其具备APN覆盖功能。即对于用户请求的APN如果和HLR签约的APN不一致时，SGSN不会拒绝用户的接入，而是使用HLR中的第一个APN来覆盖用户请求的APN。这样可以保证用户使用带有区域省份标志的APN来进行DNS的解析查询。对于终端用户上报的专有APN及国际漫游来访用户上报的APN，SGSN会按照3GPP规范进行标准的扩展处理。

    比如，对于北京用户来说，无论该用户漫游到哪一个SGSN，SGSN都会使用GPRS-Access.bj进行DNS解析查询，从而能正确地使用北京GGSN进行数据接入。

    这就要求厂商设备应具备以下能力。

    a）SGSN具备APN覆盖功能，需要对其进行一定的功能改造。

    b）HLR对每一个用户可以定义多个APN，其中第一个APN设置为类似GPRS-Access.bj的形式。

    3.2SGSN对用户号段分析方案

    SGSN对用户号段分析方案通过在SGSN内部增加用户号段和归属省份标志对应的解析数据库，从而能在DNS解析时区分不同省份的GGSN。具体为：

    SGSN在基于图2所示的标准APN判定流程进行解析时，还需通过一定的特殊功能改造，使其具备用户号段分析功能。即当用户请求的APN属于合法签约APN时，SGSN通过查询内置的数据库判断用户归属地，并在APN后面加上区域省份标志，送DNS解析，DNS根据此APN解析出对应的归属GGSN的地址，从而实现漫游用户的归属地接入。对于终端用户上报的专有APN及国际漫游来访用户上报的APN，SGSN会按照3GPP规范进行标准的扩展处理。

    比如，对于北京用户来说，无论该用户漫游到哪一个SGSN，SGSN都会根据北京用户号段识别并增加区域省份标志，使用GPRS-Access.bj进行DNS解析查询，从而能正确的使用北京GGSN进行数据接入。

    这就要求厂商设备要求具备以下能力。

    a）SGSN具备号段分析能力，通过分析用户号段识别用户归属地，并能附加到用户上报APN上面。

    b）SGSN能灵活的根据现网用户号段的分配来调整数据库，以正确的分析用户归属地。

    3.3SGSN对用户号段扩展方案

    SGSN对用户号段扩展方案通过用户的号码（MSISDN或者IMSI）区分出用户所在的区域，并对用户上报的通用APN进行相应的区域标志扩展，从而能在DNS解析时区分不同省份的GGSN。具体为：

    SGSN在从用户终端接收到APN网络标识后，首先对用户连接请求信息（比如APN、IMSI、MSISDN）进行分析，如果是国内使用通用APN的用户，则提取带有用户归属地标志的信息（比如用户MSISDN中部分号码），同时结合APN的运营商标识MNC.MCC.GPRS，按照3GPP标准规定组成完整的APN，送至DNS服务器进行解析。对于终端用户上报的专有APN及国际漫游来访用户上报的APN，SGSN会按照3GPP规范进行标准的扩展处理。

    通过对分组域核心网网元SGSN的如上改造，可以使省际漫游用户请求解析的通用APN携带有归属地信息，并对省内DNS及根DNS的解析数据库配置，使其能对通用APN中携带的归属地信息进行解析，从而向拜访地SGSN返回对应用户归属GGSN的IP地址，实现省际漫游用户归属地接入的要求。

    以上各种方案都需要基于3GPP的标准协议对分组域相应网元设备作出一定改造，下面从网元改动以及设备配置角度对三种方案作出对比（如表1所示）。

    表1  三种方案比较

五、结论

    虽然从3GPP标准演进上看，WCDMA分组域数据实时计费控制的实现是在3GPPR6阶段才有相应的标准协议规定，但为了网络平滑演进，并即时为3G数据用户提供优良的网络环境和可信赖的计费平台，有必要对3G分组域提前进行合理的规划，并对分组域设备提出相应的技术改造要求。

    WCDMA分组域漫游用户归属地接入是实现数据用户实时控制的网络前提，并且也方便实现分组域用户的内容计费，对未来数据用户实时控制的需求奠定了网络基础，保证了运营商的投资效益。

shanyy11

怎么还是方案啊，3G不是已经运行了吗，采取的哪个啊？
为什么文档中谈到3G，都只说WCDMA，那移动和电信的3G标准呢，莫非是一样的，疑惑中。

爱卫生

shanyy11 发表于 2011-8-15 14:19
怎么还是方案啊，3G不是已经运行了吗，采取的哪个啊？
为什么文档中谈到3G，都只说WCDMA，那移动和电信的3 ...

  这里提到的解决方案是针对联通的网络，所以用WCDMA介绍。但实际上中国移动的TD-SCDMA也可以适用的。也就是这个方案中国移动也可以用。3G标准包括WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000，前两者都是3GPP的标准，区别是在无线侧。针对核心网来说，是共用的核心网。因为核心网（包括CS和PS)可以同时支持WCDMA和TD-SCDMA这两种接入网络。核心网架构是完全一样的。
  但CDMA2000不行，它是3GPP2的标准，分组域核心网的架构也完全不一样。所以本文不适用于中国电信。
  3G已经商用了。本帖是一篇论文。写在3G商用开始之前，但对现在的网络建设是有指导作用的。因此，也可以看成是现在现网就是这么做的。

oliverchang

回复 爱卫生 的帖子

爱总，现在中国移动的是在拜访地就近接入，请问一下中国联通现网的回归属地接入采用的以上三个方案中哪个呢？

oliverchang

回复 爱卫生 的帖子

爱总，我找到答案了，联通现网采用的是第三种对用户号段扩展方案，嘻嘻！

maqizhao

我已深深爱上这个地方了,在成为专家之前坚决不撤退!