摘要　目前，業界對3G三大國際標準之一的WCDMA技術的研究已到R6版，其中R99、R4已經成熟并成功商用。對于現有GSM網絡運營商及固網運營商，如何組建WCDMA R4電路域網絡，才能以更少的投資，更有效的維護方式，更低的運營成本帶來更長遠的投資保護，更快速的業務能力呢?本文在對WCDMA R4核心網電路域的網絡組織、接口協議進行簡單介紹的基礎上，結合自己的工作實踐及體會，對各網元的設置、承載網絡的選擇進行了探討。

　　目前，第三代移動通信技術已成熟并成功商用。在三大3G標準中，WCDMA的建設進度雖然落后于cdma2000，但由于WCDMA是基于演進的GSM/GPRS網絡，其核心網部分可由GSM網絡經過平滑升級演進而成，因此將成為2G網絡是GSM系統的移動運營商建設3G網絡時的首選。截至2006年8月，全球已發放了157張WCDMA牌照，并已有114個WCDMA商用網絡，總用戶超過8000萬。業界3GPP對WCDMA的研究也已到R6版。而根據統計，2004年以前部署的WCDMA網絡基本上都采用R99組網，從2004年開始，越來越多的運營商開始進行R4網絡的預商用試驗或部署。本文以R4為例，對WCDMA的核心網電路域的組網進行探討。

　　1、R4網絡結構模型

　　與GSM和R99網絡不同，R4網絡對電路域進行了徹底的改造，引入了NGN中提出的軟交換技術，將控制與承載面分離，信令與話路都引入了分組技術。按功能來分，R4網絡可分為連接層、控制層和應用層，其網絡架構如圖1所示。?

圖1　R4網絡架構

　　連接層：在R4網絡中，所有的業務類型都使用同一個傳輸網絡，即連接層。連接層的主要功能是對用戶數據和控制數據進行傳輸和操作，包括用戶面數據的編碼/解碼和控制面協議的轉換，主要由傳輸骨干元素和媒體網關（MGW）組成。

　　控制層：控制層主要負責呼叫的建立，進程的管理，計費等相關功能，該層是整個R4網絡的智能所在。其節點主要是相關的控制服務器。在R4網絡中，為滿足電路交換業務的需要，引入了MSC Server、GMSC Server、CMN、SG等節點。

　　應用層：分層結構的最上層即應用層，由各種策略服務器、應用服務器、數據庫等構成，它可以根據呼叫控制層提供的開放接口（API）編制各種電信應用軟件，同時也支持傳統智能網業務，實現各種電信業務和應用。

　　WCDMA R4引入了軟交換分層組網理念，符合下一代網絡發展的方向，相比傳統組網方式有巨大的優勢，主要表現在：

　　組網架構上：合理、靈活、安全、平滑演進；組網成本上：減少迂回、節省傳輸、資源共享、集中維護；業務提供和業務質量上：業務種類多，部署快，質量好。

　　2、WCDMA系統核心網電路域的新增接口與網絡協議

　　WCDMA R4網絡采用分層的網絡結構，將控制層與連接層分開，其中控制面主要控制呼叫的建立，進程的管理，計費等相關功能，連接層主要用來傳送用戶的數據。同時由于網絡結構的分層又引入了幾個新的接口（見圖2）。

圖2　電路域的新增接口

　　Nc接口：指MSC Server與（G）MSC Server之間的接口。該接口遵循3GPP TS 29.205，應用層協議為BICC，可以基于TDM、ATM或IP。

　　Mc接口：為MSC（GMSC）Server與MGW之間的接口。該接口遵循3GPP TS 29.232。Mc接口的應用層協議主要基于H.248及其擴展協議，可以基于ATM和IP。

　　Nb接口：指MGW和MGW之間的接口，主要用于用戶數據的傳輸，承載方式可以是TDM、ATM或IP。

　　另外，根據標準要求，R4核心網電路域與U-TRAN之間將采用ATM承載方式，接口定義為I-u_CS接口。

　　在PLMN和PSTN中，呼叫控制和承載控制是內連的，如由B號碼分析和路由分析得出一路由，而由該路由得知與其相連的物理電路，不需單獨的承載控制。而在分層的網絡中，承載控制將與呼叫控制獨立開來：由控制層的控制服務器選擇位于網絡邊緣的MGW，但MGW的連接完全依賴連接層。因此，連接層需要自己的控制協議來建立穿過核心層的承載，這就是承載控制。根據標準要求，如果核心網絡采用TDM技術，則使用標準的窄帶ISUP用于承載控制；如果使用ATM或IP作為承載，則使用Q.AAL2或IPBCP協議。

　　為了完成呼叫控制，在控制層引入了與呼叫控制相關的兩個協議：H.248和BICC協議。

　　作為MSC Server與MGW之間的標準接口的協議，H.248提供了MSC Server在呼叫處理過程中控制MGW中各類傳輸方式的靜態及動態資源的能力，提供了獨立于呼叫的MGW狀態維護與管理能力。該協議消息編碼采用文本格式或二進制編碼格式，底層傳輸機制采用MTP3B或SCTP為其提供協議承載。

　　獨立于承載的呼叫控制協議即BICC，主要為UMTS/GSM的窄帶電路域業務提供獨立于用戶面承載技術及控制面信令傳輸技術的局間呼叫控制能力。此外，BICC新增的APM機制使得兩個呼叫控制節點間可以交互承載相關的信息，將所選擇的MGW的ID號給對端MSC Server用于MGW的選擇和承載的建立。

　　3、WCDMA系統核心網電路域組網探討

　　3.1　網元建設方案

　　3.1.1　R4 MSC Server與MGW的建設方案

　　1.R4 MSC與GSM MSC的區別

　　在R4網絡中MSC的功能分割為MSC Server和MGW兩個網元。其呼叫控制的相關功能由MSC Server承擔，承載建立的有關功能由MGW負責。

　　與GSM相比，R4網絡中用戶的鑒權、切換流程更為復雜，因此相對于MSC來說，R4對MSC Server的處理能力的需求要高。另外R4引入了基于ATM的Iu_CS接口，新引入的MGW需要增加基于ATM交換平臺的網絡互通單元。

　　2.MSC Server與MGW的建設方式

　　對于新進移動運營商，由于沒有移動網絡資源，在建設R4核心網時，所有的網元只能采用新建方式。對于已有GSM移動運營商，在建設R4網絡時，核心網MSC Server與MGW的建設可以采用兩種方案。

　　方案一：將2G MSC改造成MSC Server，增加支持Iu_CS接口的MGW，根據信令網MAP的變化對設備進行相應的軟硬件升級。

　　方案二：新建3G MSC server和MGW。

　　下面對上述兩種方案在工程投資、對現網的影響、可持續性演進等方面進行比較。

　　在工程投資上，新建方案需要新建網元，單價投資與新建同容量的GSM MSC具有可比性；升級方案需要對現網MSC進行較大的改動，將承載建立相關的功能剝離，增加MGW，并需要配置TC處理板卡、Iu_CS接口軟硬件等。升級2G MSC盡管具有一定的設備利舊優勢，但由于需要進行大量昂貴的硬件升級（增加ATM接口板和TC板），兩者的成本差距并不明顯。

　　在對現網的影響方面，由于WCDMA在安全保密、業務觸發等流程與GSM相比要復雜，處理同等數目的用戶對系統處理能力要求較大，因此采用升級方式使每個MSC容量大幅度下降，而現網2G MSC的處理負荷普遍已達70%左右，升級方案會影響到2G業務的處理；另外由于目前各廠家3G設備還沒有足夠完善，設備成熟性還有待驗證，在建設初期肯定會涉及到頻繁的軟件甚至硬件的升級變動，這也給整個移動網絡的安全、穩定性帶來一定的隱患。而如果3G MSC Server采用新建方式，與GSM是相互獨立的兩個網絡，則不會對現網2G普通話音用戶業務產生任何影響。

　　在可持續性發展方面，現有2G MSC升級時難以考慮今后的發展，其先進性是否能夠滿足持續演進的要求值得懷疑；而新建方案可以選擇最新產品，在選型時可以對設備的演進能力作出具體要求。

　　根據以上比較，對于已有移動運營商，在3G R4建設之初，建議采用新建MSC Server和MGW的方式建設WCDMA網絡，避免因3G業務的開放對2G網絡的服務質量造成不良影響；待2G用戶已大部分遷移至3G網絡后，再考慮將2G MSC升級改造成3G網元。

　　3.MSC Server的設置建議

　　在網絡建設初期，可預見的用戶規模較小，用戶發展的情況難以預測，MSC Server的設置可根據各省市的實際情況采用不同的設置策略：對用戶容量大的地區，可在本地網內建設一個或多個MSC Server；對用戶容量小的地區，可以采用多個本地網共用MSC Server的方式。

　　MSC Server的設置應基于“集中放置，區域管理”的原則，集中放置在中心城市，以便于新業務的快速提供，同時降低運維管理費用，還可以減少路由更新、越局切換的次數。另外MSC Server集中設置，應盡早考慮MSC Server容災的建設，而且當一個本地網設置多個MSC Server時，應分散安裝在不同的局址，以提高網絡的安全性。

　　4.MGW的設置建議

　　一個移動本地網可以設置一個或若干個MGW。一個MGW也可以服務于一個或若干個移動本地網。但為了節省傳輸資源，每個本地網均應設置MGW，且盡可能與RNC集中設置，并在本地與其他網絡互通，避免話路迂回。

　　另外，如果R4承載網選擇IP網絡，建議啟用TrFO功能，且只需在與GMSC互通的MGW上集中設置TC板卡，以節省投資。

　　3.1.2　HLR的建設方案

　　由于R4 HLR與GSM HLR對用戶數據的定義（CAMEL PHASE3，位置業務等）存在差別，且二者在MAP協議、鑒權方式方面也存在差異，因此GSM網絡的HLR不能直接在R4中使用，需要進行改造或新建3G HLR。

　　與MSC Server一樣，對于新進移動運營商，3G HLR只能采用新建方式，而已有GSM運營商，也存在改造GSM HLR和新建兩種方式進行3C HLR的建設。

　　考慮到2G和3G的HLR在功能和網絡形態上差別不大，各廠家的HLR升級也基本上是軟件升級，因此建議采用改造方式建設3G HLR網元，以方便現有2G用戶的號碼攜帶。

　　對于新進移動運營商，HLR的設置應與MSC Server的建設相結合，對于未建有MSC Server的地區，原則上也不考慮在本地設置HLR設備。當一個HLR服務于多個本地網時，HLR設備應支持虛擬HLR功能。同時，考慮到HLR設備在整個交換網絡中的重要地位，應適當部署HLR的容災備份系統。

　　3.1.3　GMSC Server和GMGW的建設方案

　　對于本地網內的GMGW的設置，建議以網內MGW個數為3個作為門限：MGW的個數少于3時，GMGW由MGW兼作；MGW個數等于3時，GMGW由其中的2個MGW兼作；MGW個數為3個以上時，應考慮設置獨立的GMGW。且應遵循成對設置，負荷分擔的原則。

　　對應的，當未出現獨立的GMGW時，不應設置獨立的GMSC Server，而應由MSC Server兼作。當出現獨立的GMGW時，可以開始考慮獨立GMSC Server的設置，并盡早考慮Server容災的建設。且當一個本地網設置多個GMSC Server時，不同GMSC Server應分局址設置。

　　另外，考慮到不同運營商間網絡互通的復雜性，在3G網絡建設初期，總話務量不高的情況下，應盡可能利用已有互通資源，保持關口局對外連接不作大的調整。

　　根據上述建設原則，對GMSC的建設給出以下建設方案：對于已有的GSM運營商，在3G建設初期，出網總話務量不高，可暫時不建專用的3G GMSC Server和GMGW，而通過升級將2G GMSC升級為2G/3G GMSC，完成正常的關口互通功能和取路由信息等移動性功能。對于新進移動運營商，可設置一個MSC Server/MGW完成GMSC Server/GMGW功能，通過TDM完成與現有固網關口局GW互通。待3G網絡發展到一定規模，將GMSC Server/GMGW由合設調整為單獨設置。

　　3.1.4　CMN的建設方案

　　在R4網絡中，長途話務采用BICC的CMN模型，即分層結構下的CMN對呼叫控制信令進行匯接，確定呼叫的路由，而無需要匯接話路，只是在呼叫建立時，分析被叫用戶號碼和其他的選路信息，以確定呼叫的路由，對和承載建立相關的信息進行透傳即可。同時考慮到軟交換模式下單個MSC Server的容量較大，本地網MSC Server的數量大大減少，因此R4信令匯接網可采用省內、省際合一的設置模式。

　　由于3G網絡從開始建設到全國網絡完善成熟需要較長一段時間，因此上述網絡結構僅是最終的目標架構。對于已有移動運營商，考慮到已建有長途話務匯接網，且網絡已相當完善的現狀，建議在3G建設初期，可暫由已有GSM網絡的TMSC1/TMSC2完成話務匯接；伴隨著全國3G網絡的發展與完善，對長途局進行逐漸改造或新建，過渡到信令匯接由CMN負責，話務在扁平化的IP網絡上全程承載的目標結構。

　　對于現有固網運營商，由于PSTN長話交換機是為固定長途網設計的，其在被叫號碼分析容量及能力上存在一定的限制，對移動交換協議的參數識別和處理能力也很有限。如果要利用現有設備，需要增加很多額外的測試對接甚至交換機軟件修改的工作，因此對于新進移動運營商來說，建議采用新建方式，在全國范圍內統一設置CMN網元。

　　3.1.5　STP的建設方案

　　根據SIGTRAN規范中各新增適配層的特點，M2PA為IP STP協議模型中必須的協議。但到目前為止，M2PA規范還沒有正式發布，各主流廠家也沒有成熟的IP STP產品，因此在R4建設初期，信令面的IP承載進程可以滯后于用戶面的IP承載進程。

　　考慮到現有的GSM網絡、PSTN的信令承載都是傳統的TDM電路承載，國內幾個主要電信運營商的TDM SS7網路及鏈路資源已非常成熟穩定；另外根據前述HLR建設方案，對于現GSM運營商，應對GSM HLR進行升級改造，使其成為2G/3G共用的HLR，已有SCP也可以經過改造以支持3G業務，即所有MAP、CAP接口都只能使用TDM接口，因此在3G建設初期應最大化重用TDM SS7信令網。在網絡發展的后期，可采用M2PA方式組建IP STP網，完成全網IP信令GT翻譯和轉發功能。

　　對于上述各利舊網元的建設方案，各運營商在建設R4網絡時，應結合相應設備的實際情況，對于設備負荷已經很高且沒有太大擴容余地，或現網設備型號陳舊，升級改造難度較大的網元，也應該采取新建方式。

　　3.2　網絡組織方案

　　3.2.1　網絡承載方式的確定

　　WCDMA R4版本核心網電路域引入了承載與控制分離的軟交換理念，除了支持TDM承載外，在信令、業務層面均引入了ATM、IP等分組交換技術。從理論上講，R4電路域的話音和媒體流承載方式均可由統一的承載網絡來進行傳送。表1是對TDM、ATM、IP三種方式作為R4基礎承載網絡的優缺點比較。

表1　三種方式承載網的比較?

　　根據表1各承載方式優缺點的對比分析，結合目前的技術發展的成熟度和運營商承載網絡的實際情況，建議在網絡建設初期，R4電路域核心網的承載選用IP與TDM承載方式相結合的混合組網方式：電路域核心網的話路、媒體層面全部采用IP方式進行承載，便于全網內實現TrFO功能，提高通話質量；信令網方面，R4呼叫無關信令如MAP、CAP采用TDM SS7承載，呼叫相關信令BICC信令以及H.248控制信令，采用IP承載。

　　TDM、IP混合組網方式充分考慮到目前技術發展和廠商設備開發的實際情況：話路網采用IP進行承載，節省帶寬，提高通話質量，同時簡化網絡結構；部分信令采用TDM承載，一方面可以充分保證了移動信令網絡的安全性、QoS及成熟可用性，另一方面，可充分利用現有的信令網絡，節省投資。隨著IP STP相關協議的完善以及IP技術的發展，逐步將TDM承載的部分信令轉移到統一的IP承載網中，從而成為真正的全IP移動網絡。

　　3.2.2　網絡安全可靠性考慮

　　隨著電子技術的發展，通信設備集成度的大幅度提高，單個設備的處理能力及系統容量也越來越大，因此WCDMA R4網絡中提出了大本地網的建設思想。同時，單一節點或網元突發重大事故所造成的影響面越來越大，使得網絡對于安全性的要求也進一步提高，因此在核心網電路域建設過程中，應適時考慮組網的安全機制，最大程度地保證網絡的安全運行。在R4核心網電路域中可以采用的網絡安全機制主要有以下幾種。

　　MGW負荷分擔技術：即一個RNC可以同時接入多個MGW，MGW間負荷分擔，各MGW的負荷可以通過MSC Server在資源分配時進行靈活調整；當一個MGW發生故障時，RNC的負荷由其余的MGW承擔，不會影響RNC的業務處理。

　　Iu-Flex技術：即一個RNC可以同時接入到多個MSC Server，MSC Server間負荷分擔，多個MSC Server組成一個“Server池”，共同控制幾個位置區。當一個MSC Server發生故障時，RNC可以將故障的MSC Server的事務轉發給其他MSC Server處理。

　　Mc接口雙歸屬：即一個MGW同時接入兩個MSC Server，一個是主用，一個是備用，MSC Server間互連，相互檢測對方狀態，當主用MSC Server發生故障后，MGW重新注冊到備用MSC Server，接管原來的MSC Server的事務。

　　HLR容災機制：HLR作為移動網絡存儲用戶數據的核心設備，其在網絡中的重要地位不言而喻，因此對HLR的安全可靠性也提出了更高的要求，在R4網絡中可采用1+1、N+1等多種容災機制對HLR進行備份，即建設容災HLR，容災HLR和主用HLR之間通過數據同步機制實現用戶數據的同步；當主用HLR出現故障時，容災HLR接管主用HLR的業務，以最大程度地降低HLR發生故障時對現網造成的影響。

　　4、結束語

　　無論對于現有GSM網絡運營商還是固網運營商，在建設WCDMA R4時都應該遵循“統一規劃，分步實施”的原則，以簡單清晰的網絡架構、簡單靈活的路由方式組建WCDMA R4核心網電路域，以更少的投資，更有效的維護方式，更低的運營成本帶來更長遠的投資保護，更快速的業務能力，以及更高的服務質量。