GPRS核心网设备的2G/TD融合组网方案

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本文摘自《移动通信》期刊2011年06期。

【作者】 史晓明：本科毕业于哈尔滨工程大学，现就职于中国移动通信集团设计院有限公司。

                黄元峰：本科毕业于吉林大学通信工程学院，现就职于中国移动通信集团设计院有限公司。

                罗海龙； 本科毕业于吉林大学，现就职于中国移动通信集团设计院有限公司。

【机构】 中国移动通信集团设计院有限公司；

【摘要】 文章首先介绍了GPRS核心网技术的发展,然后从GPRS核心网设备网络结构现状入手提出了3G时代2G/TD融合组网的改造原则,分析了2G/TD融合组网的改造方案。

1 GPRS核心网技术发展变迁

GSM起源于欧洲，1991年在欧洲投入商用，我国于1994年首先在广东开通GSM网络。GSM属于2G系统，基本

上是话音系统，可支持电路交换的数据传输，不支持分组数据传输。

GPRS最早由英国BTCellnet公司于1993年提出，是GSMPhase2+(1997)标准定义的GSM增强技术，属于2.5G系统。GPRS不支持话音业务，不支持电路交换数据业务，仅支持分组交换数据业务。GPRS的网络结构建立在GSM网络的基础上，为了升级至GPRS,GSM网络侧需要增加新节点、接口，并对部分设备软件进行升级。与GSM相比，GPRS新增了SGSN、GGSN和PCU。
在相当长的一段时间，中国移动GSM系统与GPRS系统共同组网，支持2G阶段话音和数据业务。

EDGE是GPRS发展的第二阶段，最早由爱立信公司于1977年提出，是一种提高GPRS传输速率的标准。它包括一个分组交换传输模式EGPRS和一个电路交换传输模式ECSD。由于采用了比GPRS更优的多重调制编码组合方案，一般EDGE的最大传输速率是GPRS的3倍。除了引入新的调制技术外，EDGE在其他方面也做了一定的改进。应该说EDGE仍然属于2.5G技术，有时为了区别GPRS,也称EDGE为2.75G技术。现阶段中国移动网络为GSM、GPRS、EDGE并存的局面。

2 3G时代GPRS核心网建设

TD-SCDMA是3G的四大标准之一。中国移动自2007年开始建设TD-SCDMA网络，在连续三期的TDM络建设中，不仅大规模地进行了3G网络的新建，而且对原有2G网络进行了融合组网改造工作。

TD核心网从逻辑上可划分为CS域和PS域，PS域为用户提供分组型数据业务。PS域实体与GPRS实体一样，包括SGSN和GGSN。为了维持当前网络运营，实现客户群体的保全和转移，逐步推进网络的升级和业务的融合，适应全方位竞争的需要，同时兼顾网络投资，发挥2G/3G“两个系统一张网络”的协同效益，实现核心网PS域的一体化建设成为最优方案。因此现阶段中国移动在进行TD的PS域建设时未进行实体的新建，而是采用2G/TD合设方式，对原有SGSN和GGSN进行升级改造，改造后的网络同时支持原有2G业务及现在的3G业务。

GPRS核心网采用TD-SCDMA网与2G网络融合组网的方式，遵循中国移动现有2G网网元的组网方式。

2.1 GPRS网络结构

图1为GPRS核心网设备网络结构图：

GPRS系统的主要组成包括下述功能单元：

(1)服务GPRS支持节点（SGSN)：执行移动性管理、安全功能、接入控制和路由选择等功能。SGSN与HLR之间的Gr接口用于SGSN与HLR之间传送移动性管理的相关信令。

(2)网关GPRS支持节点（GGSN)：负责提供GPRSPLMN与外部分组数据网的接口，并提供必要的网间安全机制（如防火墙）。同一PLMN中的GSN之间通过Gn接口进行通信，不同PLMN中的GSN之间通过Gp接口进行通信。

(3)计费网关（CG):计费网关通过Ga接口与GPRS网络中的计费实体如GSN等通信，用于收集各GSN发送的计费数据记录。

(4)防火墙（FW)：用于与外部数据网的隔离，GPRS网在与外部数据网互连的Gi接口（GGSN与外部数据网之间的接口）上应设置防火墙。

(5)域名服务器（DNS):负责提供GPRS网内部SGSN、GGSN等网络节点的域名解析以及APN的解析。现网SGSN和GGSN均不支持TD业务。GPRS核心网在Gn接口（GSN之间的接口）是全IP化的，而在Gb接口(基站子系统与SGSN之间的接口）则是基于FR/TDM的。随着TD业务的推广，核心网的拓扑结构必将向如下趋势演进：端到端的IP化，网络结构的扁平化，更高的带宽，更高的吞吐量，更低的时延，更好的QoS支持，支持更多的接入技术。

中国移动在整个移动网络IP化的进程中，都是采用GboverIP和Iu-PS的技术来推进3G的PS域演进。这种技术不会改变GPRS核心网的拓扑结构和路由方式，而仅仅是采用IP承载替代原来的2GGPRS网络中的FR承载以及3GGPRS中的ATM承载，推进了移动网络端到端IP化的进程。

2.2 2G/TD融合组网改造原则

结合3G技术发展状况，TD网络核心网节点的建设应遵循如下原则：核心网采用TD/2G融合方式建设，现有2G网分组域网元升级改造支持TD无线接入和业务提供。以图1所示网络结构为例，设备改造主要涉及以下几个方面：

(1)RNC与SGSN间的Iu-PS接口组织GPRS核心网与无线侧的Gb接口在升级到3G之后，变成Iu-PS接口，无线承载专为ATM/IP。

(2)TD网分组域网络组织

TD网分组域采用升级现有GPRS网元的方式，网络组织遵循现有GPRS网的网络组织。SGSN与GGSN间的Gn接口可通过局域网或CMNet相连。GGSN与外部数据网间的Gi接口承载在CMNet上，GGSN经CE(与Gn合用）、防火墙与CMNet接入路由器相连。

据此，对于SGSN来说，接口卡需要更换为可以支持ATM信元和IP承载的接口卡；GPRS核心网组网需要进行扩展，引入CE设备（Iu接口路由器），在RNC和SGSN之间实现IP路由。

2.3 2G/TD融合组网改造方案

和GPRS网络一样，3G核心网分组域SGSN也主要负责用户的接入控制，与HLR协同工作对用户数据进行鉴权，根据DNS提供的信息在分组域网内部进行路由选择，同时还与HLR协同工作执行用户的附着、位置更新等移动性管理，以及对用户的计费等。

优先改造TD业务需求较大区域的SGSN,并尽可能实现TD和2G覆盖相同区域的无线网由同一核心网元负责业务处理，减少TD与2G间的路由区更新。SGSN与新建RNC间的Iu-PS接口采用IP方式。初期，所选SGSN只新增TD功能，不扩容容量，以尽量提高设备利用率；在SGSN改造完成之后，随着业务的进一步发展，统一考虑TD和2G容量需求，配置核心处理能力。

(1)SGSN

根据建设原则，对该系统现有SGSN进行升级改造，将原有SGSN进行硬件改造及软件升级。改造后设备将支持TD功能：

①TD/2G MSC融合基本功能，如：TD和GSM无线网共接入、五元组鉴权等；

②TD特色业务，如HSPA等。

新增Iu-PS接口。并通过软件升级来支持Gb over IP和Iu-PS。

SGSN与省会所在地RNC间的Iu-PS接口将采用IP专线连接，SGSN与地市RNC间的Iu-PS接口将采用IP承载网承载方式。RNC、SGSN需配置CE设备，RNC与SGSN同局址时可共用一对CE,RNC与SGSN不同局址时两侧均单独配置一对CE,SGSNCE及RNCCE都接入承载网AR/BR节点上。实际工程中GPRS核心网侧CE设备与IP承载网AR设备可能为不同厂商设备，在配置CE时需注意光模块波长的配置对型。

初期对现网BSC的GboverIP改造首选与核心网设备厂家一致的BSCoGPRSGboverIP和丨u-PS共用CE,因此核心网侧只需进行软件升级即可支持2G/TD的业务S虫合。

(2)GGSN

3G核心网分组域GGSN主要负责提供分组域网络与外部分组数据网的接口，用户通过分组域网络对外部数据网的访问均由GGSN完成。在原有2G网GGSN上增加3G功能软件，进行软件升级即可支持3G业务。

(3)CG

分组域数据业务的计费点在SGSN和GGSN,在SGSN和GGSN上产生详细计费话单。由于SGSN和GGSN设备本身存储计费话单的能力极为有限，应在每个SGSN/GGSN所在节点设置CG,以避免由于传输链路故障而导致计费话单丢失。

连接2G/TD融合SGSN、GGSN的CG均要改造以支持TD计费。根据TD改造的要求，现网的用户容量并不增加，只是需要改造部分用户为TD用户；因此，现网CG设备的处理能力基本不受影响，只需要对原有CG应用服务器进行改造，以满足2G/TD话单支持功能。

CG的2G/TD改造不需增加新的硬件，只要对CG的Rule进行修改，使之增加话单合并规则，并增加System Type(S-CDR)和Rat Type(G-CDR)的输出。同时，CG上的ASN.1编码模块需要进行相应的改造，使得CG上的ASN.1话单中包含System Type和Rat Type字段。

CG软件升级后，将增加一个2G/TD话单处理的软件许可证License。

(4)防火墙

核算Gi流量，配置大吞吐量的防火墙或对原有防火墙板卡配置进行扩容或调整。

改造后网络拓扑图如图2。

3 结论

2G/TD共用核心网，支持2G/TD业务能力，降低网络综合运营成本，为用户提供高质量的数据通信服务，这是中国移动开展3G业务运营的选择。在TD建设中，改造核心网PS域设备使之同时支持2G/3G的业务是其中的一部分，这将为移动网络从2G到3G平滑过渡积累更多经验，并能最大限度利用原有投资及现网资源，是现阶段网络建设的最优方案。

参考文献

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