移动软交换模式下实现小区短信系统方案

中国移动集团浙江分公司 邓庆林 2009/07/23

图1 小区短信系统平台结构示意图

　　小区短信业务平台由基础数据系统、小区短信业务系统、小区短信应用与内容系统3部分组成。

　　基础数据系统为业务平台的前端，包含信令电路高阻复接、时隙收敛等部分。基础数据系统通过对信令进行高阻复接，然后由DXC设备对复接的弱信号进行信号放大、时隙收敛，通过局间传输到IDC机房，完成集中的信令采集、分拣处理，实现小区短信的业务功能。

　　小区短信业务系统可以完成信令预处理、信令信息合成、用户信息管理等功能，实现E1信号由7号信令格式到IP格式的转换、信令信息关键内容提取、TMSI到IMSI翻译、IMSI到MSISDN的对应，最终得到以伪码化手机号码为标示的用户位置信息。

　　小区短信应用与内容系统由小区短信内容应用模块（按照业务类型可分为应急等行业应用模块）、计费核对模块、客户资料管理模块、系统管理模块和内容生成模块组成。

软交换模式下小区短信实现方案

1.软交换模式移动核心网结构

　　随着下一代网络技术和设备的逐渐成熟，3G网络建设正成为热点，但是GSM网络在中国已经发展多年，当前GSM网络的建设已经相当成熟，具有良好的覆盖性和稳定性。现有的GSM网络在未来仍会是良好的语音业务承载网，是一个可持续发展的移动通信网络。无论是从技术发展、用户需求、网络承载能力以及全球的漫游，还是从自身网络投资保护的角度考虑，GSM网络仍然具有存在价值。未来很长一段时间内GSM与3G（中国移动TD-SCDMA）是和谐共存、共同发展的网络。

　　下一代移动网络是以IP为基础的，无论是软交换体系结构还是第三代移动通信系统都采用基于IP的分组交换网络。但是3G网络向全IP网络的演进是一个循序渐进的过程，因此未来的3G信令网在较长的一段时间内将面临基于电路交换的No.7信令和基于IP网的信令互通的问题。

　　3GPP定义的3G核心网现在已经演进出R99、R4、R5、R6和R7版本。R99版本继承了2G（GSM/GPRS）所有的业务和功能。核心网从逻辑上分为CS域和PS域，其CS域可以采用TDM或者ATM的传输方式，PS域基于GPRS技术，网络采用分组交换技术。R4版本继承了R99所有业务和功能，其核心网采用TDM/ATM/IP方式组网。R4版本是一个革命性的版本，其核心网主要是在电路域引入了软交换的概念，将信令控制和语音承载相分离，MSC可以用组合或MSCServer、MGW分离结构实现。控制和承载相分离，易于向下一代网络演进。R4版本的3G核心网引入了分布式的网络架构，同时信令也从传统的基于TDM的承载方式开始向IP承载演进，而高层使用的仍是No.7信令应用部分。

　　MSC被分坼为两个网元，MSCServer和MGW，MSCServer负责MSC的控制功能，MGW负责承载控制功能，Server和MGW之间通过Mc接口(H.248协议及其扩展)来互通（如图2所示）。对于信令网关（SG）的设置，在R4引入初期业务量不大的时候，一般采用SG与MGW合设的方式，因此Mc接口可分为媒体控制协议和控制信令。我们重点讨论的是Mc接口中的控制信令。

图2 软交换模式移动核心网结构中MSC分拆示意图

　　SG中主要采用IETF制定的SIGTRAN协议解决承载转换的问题。SIGTRAN协议是支持通过IP网络传输No.7信令协议的协议栈，该协议栈支持No.7信令协议分层模型定义中的层间标准原语接口，从而保证已有的No.7信令应用可以未经修改就使用，通过增加自身的功能来满足No.7信令的特殊传输要求。

　　SIGTRAN的协议结构包括3个组件：标准的IP传送协议、通用的信令传输协议和No.7信令适配子层。SIGTRAN协议底层为传输层流控制传送协议（SCTP）。SCTP主要用来在IP网中传送七号信令消息，该协议用来在IP网中提供可靠的数据传送协议，完成偶联的启动和拆除、多数据流的顺序传送、用户数据分段、差错控制、数据块绑定、路径管理等功能。SIGTRAN协议上层为适配层（UA协议），IETF定义了M2UA、M2PA、M3UA和SUA等，这些适配协议分别有不同的应用场合。

　　M3UA是3GPP建议采用的SIGTRAN协议，是目前厂家广泛支持的技术。M3UA能同时支持目前所有的移动网络协议，包括BICC、ISUP、MAP和CAP。

2.软交换模式IP数据采集方式

　　在软交换模式下，在不影响信令传输的前提下，小区短信系统通过对Mc接口（MGW与MSCServer之间）进行IP数据采集，替代采集A接口七号信令数据，对采集到的Mc接口数据进行分析、合成，获取到小区短信平台所需的重要、关键数据。

　　Mc接口IP数据采集方式有TAP数据采集方式及以太网交换机数据镜像的方式。

（1）TAP数据采集方式

　　MSCServer与MGW等设备间信令串连接入TAP设备，经过TAP设备后，信令分两个方向，一个分支接入网元设备，另一分支接入IP信令数据采集设备进行信令的初步分析。TAP设备串连入网络后，不影响信令的联通性。在将TAP设备接入系统时，系统采用TAP方式进行数据采集，需要短时间中断业务。

　　该方式的优势有：捕获100%的数据包，没有丢包；可监测到不规则的数据包，方便故障排查；精确的时间戳，没有延迟和重定时；一次安装，可方便信令数据采集设备接入和移动。该方式的劣势有：需额外投资购买TAP设备；TAP设备有端口数量容量限制；占用机架空间和电源消耗。

（2）以太网交换机数据镜像方式

　　通过在信令经过的以太网交换机上配置数据镜像对信令进行监测，这种方式没有其他设备的介入，对信令系统影响最小，操作实现比较简单，不需要终端软交换网络的业务，但是在以太网交换机上做数据镜像对以太网交换机的性能有所要求，当被镜像的端口流量较高。交换机超过一定网络流量时不太适合采用这种方式。

　　该方式的优势有：经济，不需要额外的设备；可同时监测一个交换机上一个VLAN上所有的流量；使用方便简捷。该方式的劣势有：多端口流量镜像到一个端口上以及端口数据流量大时，可引起缓存过载及丢包现象；数据包通过缓存时会被重定时，就不可能精确地确定时间尺度；因为镜像端口的流量使得交换机的CPU负载加重，所以会引起交换机工作性能下降。

3.Mc接口数据采集协议分析

　　Mc接口是连接MSCServer与MGW之间的接口，该接口基于IP承载和H.248协议。Mc接口支持SCTP多归属机制，其协议栈为DTAP/BSSAP/SCCP/M3UA/SCTP/IP。

　　IP协议分为IPv4、IPv6，该层包含目的端地址、源端地址。

　　SCTP协议包含目的端端口、源端端口。

　　M3UA(MTP3UserAdaptation Layer)为传输层，包含opc、dpc、si、ni、sls等信息。信令合成程序可以根据opc、dpc、gettime，以及源端局部引用号和目的端局部引用号来惟一确定一段时间内的信令。

　　SCCP信令是A接口上最多的信令，它包含在M3UA的消息内容里，可以认为SCCP是M3UA的消息的一种。SCCP层包含源端局部引用号、目的端局部引用号及消息类型，主要消息类型有CR、CC、DT1、UDT、CREF、RLSD、RLC。

　　BSSAP层包括完全三层消息、呼叫、切换和清除消息。其中完全三层消息包括移动性管理、无线资源管理、呼叫控制消息。DTAP层包括移动性管理、无线资源管理、呼叫控制、没有呼叫的SS消息、短信或其它补充业务消息。

　　移动性管理层包含IMSI分离、位置更新、CM服务、识别响应、TMSI重分配等消息。

　　无线资源管理层包含寻呼响应、切换命令等消息。

　　呼叫控制层包含setup、connect、disconnect、release、startDTMF等消息。

　　与呼叫无关的SS消息内有手机发起的设置补充业务、取消补充业务、查询补充业务和网络回复的消息。

　　Mc接口不存在高低速信令格式的区别与判断，并且消息中没有Bib、Bsn、Fib、Fsn，并且不存在E1及时隙等信息。

　　Mc接口内信令数据需要经过合成之后，才能得到业务应用的必要关键信息。

软交换模式下小区短信 平台实现方式

　　1.小区短信平台结构

　　小区短信业务平台仍然由基础数据系统、小区短信业务系统、小区短信应用与内容系统三部分组成。

　　2.小区短信平台改造实施建议

　　小区短信平台支持软交换IP信令采集的解决方案建立在原有No.7信令采集系统的基础上，除数据采集设备与原来有所不同外，其他如信令合成模块、数据交换中心模块等都可以与原系统共用。在很长的一段时间内，TDM电路交换网与软交换网络将并存。如果需要完整信令信息，需要数据合成中心同时处理软交换网络及电路交换网络采集的信息并进行综合分析。例如省外漫游用户信息还需要在TDM上采集分析。

　　设计人员需要确定软交换网络中信令采集方式，目前串联信号TAP设备的方式需要暂时中断软交换网络中的信令或者媒体流通路，会暂时中断业务。交换机端口数据镜像的方式虽然不需要中断业务，但会加重以太网交换机的处理负荷，不适合监测大量数据的场景。笔者建议在监测数据量较小的情况下，采用数据镜像的方式，而监测数据量较大时采用TAP设备的方式，并选择业务量较小的时段实施。

　　另外，需要注意的问题是软交换系统中设备厂商对软交换网络协议的支持程度。一般厂家对软交换网络协议的支持都是分期、分步骤的，所以部署软交换网络采集时，需要结合网络需要、网元厂家协议的支持能力及时间表进行确定，建议不同类型、不同厂家的软交换网元设备正式入网采集前进行协议采集分析测试和业务试点。

　　3.软交换机房Mc信令采集

　　设计人员在软交换机房内对TAP汇聚后的Mc信令链路或者是交换机镜像的Mc信令链路接入到Ip信令汇聚交换机后，要用专门的信令采集设备进行信令数据采集。为节省MDCN网络传输带宽，建议将预处理后的信令数据传输到小区短信业务平台中心机房（如图3所示）。

图3 软交换机房Mc信令采集示意图

通信世界周刊