基于WCDMAR4与R99的优势分析及运营商选择策略

2018-11-07 11:37:30 电脑知识与技术2018年21期

臧卫星

摘要:该文分析了R4与R99在核心网电路域、核心网分组域、接入网三个方面的区别,并对R4相对于R99的优势在容易实现的目标网络结构,及时提供新业务,减少组网成本和运营成本,实现了网络维护的简单化和有效化,便于向新一代网络平滑演进等几个方面进行分析和探讨,提出了WCDMA网络建设建议及运营商选择策略。

关键词:宽带码分多址;网络;核心网;软交换;选择策略

中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2018)21-0066-03

3GPP协议版本把WCDMA技术划分了R99、R4、R5、R6等多个发展阶段。2000年R99协议已冻结功能,R4版本协议功能于2001年冻结,R99和R4技术十分成熟,已经投入到商业中使用, R5和R6技术在实践中在进一步测试和规模商用的检验,在进行逐步完善过程中。R99和R4技术都非常成熟,国内外运营商使用的比较普遍。R5在少数地区已经开始使用。R99核心部位还是采用传统的电路语音交换模式。R4则采用了呼叫控制和媒体承载相分离的构架软交换模式,它的优势在于通信网络的组建比较灵活,加快了新业务的响应速度,协议得到了快速部署与调整,从而有效解决了在大容量情况下减少通信局点和话路多级转接的路由迂回问题。

R99的无线接入网络结构和R4的无线接入网络结构没有多大的区别,但R4的接口协议特性在R99的基础上进行了改变,R4的功能得到了增强,由于直放站的引入,基站的发射功率增大和扇区降低终端提高了容量,实现了复杂地形覆盖问题。Node B 同步降低了邻近小区间的干扰,减少了组建传输网络的成本。RNC和nodeB之间的接口(Iub)和RNC之间的接口(Iur)上的ATM adaptation layer 2(AAL2)连接的业务质量(QoS)优化以及无线资源管理(RRM)的优化,无线网络控制器(RNC)与分组域、RNC与电路域的接口上无线接入承载(RAB))的业务质量(QoS) 优化、无线资源管理(RRM) 的优化,RNC与分组域、RNC与电路域的接口上无线接入承载的业务质量协商,增强的用户平面的承载(RAB)支持,Iub、Iur和Iu上的传输承载过程的改变;R99和R4协议的发展对分组域核心网没有变化,但对电路域核心网的变化比较大。如.传统的时分复用网络转换成软交换分组式系统的结构;R4网络采用承载分离的开放式结构,MGW则可以基于方便接入和互通的原则分散设置;改进了话音编解码转换器,改善了网络内部话音分组包的时延性,提高了话音质量,在与PSTN的公网网关上实现了编解码转换,同时传输资源的利用率得到了大幅度提高;相对于时分复用器(TDM) 64K静态电路带宽分配来说,话音采用统计复用方式传递,可以使传输网的效率得到提高,规避了TDM扩容时2M电路需要反复进行调配的烦琐程序,因而实现了网络带宽动态分配。文中就3GPP 中R4与R99的区别和R4相对于R99的优势进行了阐述和分析。

1 R4和R99版本的主要区别

1.1 R4与R99版本在核心网电路域的区别

R4在核心网电路域上采用了MSC服务器和媒体网关,实现了承载控制分离的软交换架构。它不但支持TDM上承载话音,还支持在IP/ATM分组网络上承载话音。在信令方面它不但支持TDM上承载的七号信令还支持IP上的宽带七号信令,这主要在于使用了SIGTRAN技术。R4核心网电路域提供丰富的协议功能,包括呼叫控制协议、传输控制协议、媒体控制协议、业务应用协议以及维护管理协议,分别应用于软交换设备与其他网络部件间,体现软交换体系开放性这一重要特点,支持多种信令承载SIGTRAN多种技术。同时实现了多种功能。如:transcoder free operation(TrFO)功能、TDM功能、ATM功能、IP功能,TrFO可以避免有损的语音编解码操作,提升语音质量,同时可以大大减少TC资源的配置,降低设备投资成本。从而有效实现了网络之间的互联互通等。

1.2 R4与R99版本在核心网分组域的区别

R4核心网的用户承载面的网关接入设备是MGW,位于3G CS核心网通往无线接入(UTRAN/BSS)及传统固定网(PSTN/ISDN)的边界处;是Iu接口、PSTN/PLMN接口的关口承载通道,以及宽带媒体流(如RTP流)的终结点。MGW以宽带手段接入核心宽带网络(IP/ATM),并提供Qos的保证;MGW以宽带手段接入核心宽带网络(IP/ATM),并提供Qos的保证;MGW 可以支持媒体转换、承载控制等功能,如GSM/UMTS各类语音编解码器,回音消除器,静音压缩,舒适噪音,IWF,接入网与核心网侧终端媒体流的交换,会议桥、放音收号资源等。MGW可通过H.248信令,接受来自 MSC server的资源控制命令。受网管系统统一管理,向网管系统报告相关的统计信息,包括设备相关统计消息、端口相关的统计消息、连结或终结点相关的统计消息等。在业务和功能方面做了一些增强。另外,在R4阶段网络接口和协议主要采用了Mc、Nc和Nb接口、協议和流程以及SIGTRAN协议来代替R99阶段传统的七号信令,为PS域实现全IP组网迈出了第一步。

1.3 R4与R99版本在接入网的区别

R4比R99在协议上有较大的完善,R4引入动态微处理AMR的TrFO,R4还正式在无线接入网系统中引入了TD-SCDMA及相关规范和标准,定位业务精度更高。

2 容易实现的目标网络结构

2.1简单清晰的网络结构

相对于R99的R4可以实现更简单的目标网络结构,不用组建汇接网,主要是因为它采用了IP承载方法来进行无级组网。就业务承载网方面来讲,IP承载网节点相对于时分复用器(TDM)汇接网节点的节点容量得到了大幅度提高。时分复用器(TDM)终局容量在4000E1左右,其交换容量在8G左右;但R4采用IP承载方式可以实现路由器的交换容量达到几百G。交换节点的容量之大使得减少了节点间的连接,使得其网络结构变得更简单更清晰。

2.2路由方式简单灵活

在R4中采用了软交换技术,利用软件程序代替了部分硬件连接功能,从而把以往的传统模式中局间中继群以及中继接口的硬件人工操作全部由软件来实现,故而这部分的人工操作工作量大大减少。话路的建立是通过软件根据动态的实际需要在数据网络上进行建立。也就是通常讲的虚拟中继。虚拟中继的出现减少了操作维护和设备投资成本,以及节省了网络带宽。

3 及时提供新业务

R4将传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件,各个部件可以按相应的功能划分各自独立发展;而传统交换将控制,承载和交换封闭在同一实体之内,相互之间的制约使用户的业务能力受限。承载和控制的分离使核心网组网的概念发生根本的改变,MSC-SERVER可以基于方便控制和业务开展的原则集中设置,而MGW则可以基于方便接入和互通的原则分散设置。利用这样的方式进行组网,便于升级,有利于各种新业务的开拓。MSC-SERVER主要用于业务处理和控制,它的容量大,网元少且集中设置,便于升级,有利于各种不同的业务同时发展。这是R4发展新业务的优点之所在。

4 减少组网成本和运营成本

4.1 IP承载技术的软交换网络容量利用率高

传统汇接网络是建立在时分复用器TDM连接的各网元之间网状网相连,负责多个本地网业务处理大容量的交换局MSC产生大量的本地话路多次使用的问题,导致网元之间局向存在N平方和网元数多网络结构较复杂问题,造成局向中继利用率低下。采用IP承载技术的R4网络中的媒体网关MGW通过大容量以太网口或STM-1接口连接到传输网络,在一个平面上组成网络,在此平面网络上进行交互。避免了传统的电路交换网络对各个局向电路进行规划和配置,使得话务收敛比得到改善,电路的利用率得到提高,进而使通信网络和传输得到最大的利用,从而降低了通信网络建设成本,使组建网络成本得到降低。

4.2减少局点数目,降低配套设施成本

在R4阶段业务承载与呼叫控制的分离使得MSC Server和MGW可分离设置,通常软交换设备设置在省会或区域业务集中中心,而MGW可以在CS核心网通往无线接入网(UTRAN/BSS)及传统固定网(PSTN/ISDN)的边界处设置。这样更有利于控制设备资源的利用,增大网络资源的利用率,使得设备的局点数量减少。R4 MSC SREVER的用户数量达到100万以上,由于R4 MSC SREVER容量大,设备集中,占地面积小,网元集成度高,耗能低等优点,从而大幅度减少了网元和局点数目,使配套设备的成本得到降低。

4.3 IP承载技术带来的传输成本的节约和运营维护成本的降低

传统的交换和传输模式建设和维护成本远高于IP传输建设和维护成本。在分组传输中控制层面的MSC Server系统通过Adaptive Multi-Rate(AMR)可以进行传输的节省。传统的时分复用器TDM连接的网络在语音编码总是占用64kb/s的一个时隙,而Adaptive Multi-Rate(AMR)在语音编码只占用12.2K,只分配实际需要的带宽,大大节约了传输网络资源。MSC Server设备安装集中,并且规划组网简洁,易于运营商维护,降低了维护人员数量,这就降低了运营维护成本。

4.4语音、数据和多媒体等可以共用同一分组骨干网

R4不但保留了传统的时分复用器TDM方式承载外,还支持IP和ATM承载方式。因此R4系统支持IP和ATM传输网,在IP上分组复用节约了TC资源和带宽,还可以在同一个骨干网里同时与分组核心网共同使用一个IP/ATM,将运营传输网络、管理传输网络等多个不同网络合并为一。

5 实现了网络维护的简单化和有效化

在传统的2Mbps时分复用器TDM固定连接的交换网络中,规划组网是根据话务量容量来设计骨干网络的带宽,这种组网结构导致网元之间局向存在N平方问题,传输骨干网的电路存在重复迂回问题无法解决,使传输资源浪费很大,增加了运营商的投资成本支出。增大了电路配置工作量。特别是在网络节点扩容和数据更改时,是牵一发而动全身,有可能影响整个网络,网络越庞大影响就越严重。

R4在核心网电路域引入IP宽带承载,从传统电路交换向分组数据交换转变,形成以IP core为基础的电信网络新框架,是传统网络向NGN演进的必经之路。TDM核心到IP核心的转变将引发核心网运营,规划,管理,维护上深刻的变化。R4中的MGW通过大容量接口灵活地连接到传输网络,在一个平面上组成传输网络。传输网络无论在硬件安装和扩容还是在软件数据设置和开通都很简单易行,对整个网络的影响较小,进而减少了网络规划工作量,规划与建设可以同时进行,根据实际情况来实施网络的安装数量和地点,从而节约相关资源配置,降低了维护工作量,加速了新的业务响应速度。

6 便于向新一代网络平滑演进

6.1具备全业务提供潜力

由于市场的需要,而并不是技術的驱动,使运营商采用软交换网络。传统的话音业务还是运营商主要业务收入。作为即支持固定业务又支持移动的软交换网络,它不仅能满足传统业务的需要,还能满足未来发展中容量更大新业务,具有更强大更丰富的业务处理能力,为固定语音业务、多媒体业务和新的增值业务发展提供了良好的契机。

6.2长远的投资保护

运营商采用软交换的网络架构可以及时快速地向3G网络和实现全IP组网演进。充分的利用3G网络和全IP网络投资,来保护运营商投资长期不受损失。当R4演进到R5、R6阶段时,R4网络的体系结构无须改变,网络中的所有网元还可以继续使用。在组建R5网络时,原有的MSC服务器系统在R5网络中还可以继续使用,也可以将原有的MSC服务器系统直接升级成MGCF实体,MGW在R5网络中可以保持不变,根据需要也可以升级为综合媒体网关。因此R4它可以向未来网络进行平滑演进,为向R5、R6全IP核心网发展提供了坚实的基础。

7 运营商选择策略

运营商选择策略主要从能为运营商带来利益考虑,主要表现在是否能保护投资长期利益、是否能节约运营成本、维护是否简单三个方面。

当WCDMA发展到R5、R6阶段时,通信网络将完全IP化。通信网络实现了简单的目标网络结构,网络采用分层结构,用IP骨干网来承载所有的业务,无线网也使用IP传输技术,网络完全IP化能兼容各种接入方式和各种传统网络的接口,实现了骨干网的无缝操作能力,实现了由统一的网管平台来进行全程网络维护,网络完全IP化能提供更大容量,更新更丰富的增值业务。故而通信网络向完全IP化是未来的发展方向,全IP化移动网络在R4技术中已初步形成,在电路域中已经将MSC Server和MGW分离,MSC Server的集中管理,便于提高运维的效率。R4的MSC Server主要功能有:1)呼叫控制和處理功能:软交换设备为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能,包括呼叫处理、路由分析、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等。2)协议处理功能:软交换设备提供丰富的协议功能,包括呼叫控制协议、传输控制协议、媒体控制协议、业务应用协议以及维护管理协议,分别应用于软交换设备与其他网络部件间,体现软交换体系开放性这一重要特点。3)业务交换功能:识别智能呼叫并上报业务控制功能,最终由SCF控制呼叫,从而保证软交换网络内的用户继续享用现有智能业务。4)操作维护功能:操作维护功能是软交换设备中负责系统管理和操作维护的部分,是用户使用、配置、管理、监视软交换设备运行的功能集合。5)计费功能:软交换设备根据计费对象进行计费和信息采集的功能,并负责将采集到的信息送往计费中心。由这几大功能我们知道整个设备的维护主要集中在R4的MSC Server所在地。减少了维护人员,提高了运维效率。MSC Server和MGW分离,可以将MGW安装在话务量集中的地方。传统的交换是将控制,承载和交换封闭在同一实体之内,相互之间的制约使用户的业务能力受限。无法解决用户稀少的地区覆盖问题,如果采用大容量的MSC来解决多个本地网的业务处理又会造成路由迂回、容量大、广覆盖它们之间的矛盾,传统的交换是无法解决这些问题的。在R4阶段使得MSC Server和MGW可分离设置,通常MSC Server设备设置在省会或区域业务集中中心,MGW设备设置在话务量集中的地方来组建本地网,它和RNC共址,有效解决了传统交换中存在的问题,优化了网络结构,使得网络结构更简单。发展到R5时,要实现端到端移动多媒体业务只需引进呼叫处理服务器。

运营商如果采用R99组建网络,主要优点是:产品及技术都很成熟,可以及时快速地进行网络部署,可进行多产商设备的协调互联,能充分利用传统的TDM网络资源,R99无须通过R4而直接升级到R5。虽然R5核心网络可以和R99的电路域、分组域业务在一段时间里共同存在,但是电路域网元终究会被单一的IP网络结构所取代,最终会实现完全IP网络结构。但在R5演进还存在非常大的困难,并且造成投资损失较大。

运营商如果采用R4组建网络,主要优点是:容易实现的目标网络结构,结构分层使用分组网络从而节省传输费用, R4核心网所使用的电路域硬件设备都可以平滑地向R5网络升级,过渡到R5目标网比较简单,运营商还可以使用原有的ATM网资源,但是R4技术还有不足之处,各产商设备技术在互联方面存在问题严重,R4技术比较复杂,网络的组建部署速度较慢。

综上所述,运营商究竟使用什么样的版本产品建设WCDMA网络,主要考虑运营商前期使用的设备产品技术与之衔接,否则会造成资源的浪费。先进的技术未必能带来丰厚利润。运营商选择策略,主要能为运营商带来长期利益考虑,表现在能否保护投资长期利益、能否节约运营成本、网络维护简单化和有效化三个方面。文中的阐述只为运营商在网络发展规划中提供建议性参考,运营商根据实际的需求来选择合适的技术产品适应市场的需求和社会发展的需要。

参考文献:

[1] 严华. 对如何选择和建设R99/R4网络的探讨[J]. 邮电设计技术, 2003(11):19-20.

[2] 郭宝. HSDPA与R99/R4混合组网容量规划[J]. 电信技术, 2006(08):41-44.

[3] 龚涛,徐志刚,陶京涛,等. WCMAR99核心网分组域规划设计探讨[J]. 无线通信技术,2005(04):14-17+21

【通联编辑:光文玲】