BSS IP 化可行性计划部培训v3

BSS IP化新技术培训 中国移动通信研究院 2007.9 提纲 BSS IP化的概念 IP化的驱动力和应用场景分析 BSS IP化标准化进展情况 技术原理及对设备的改造要求 工作进展和建议 无线承载技术的演变 R99 R4 R5 R6 TDM IP MSC GMSC SGSN GGSN ATM RNC NodeB GGSN SGSN MSC server GMSC server MGW MGW TDM /ATM /IP ATM RNC NodeB MGW MGW SGSN GGSN IP PCSCF SCSCF MGCF GMSC Server ATM/IP RNC NodeB IP RNC NodeB IP IP 无线接入网承载技术是一个从 TDM到分组交换的演变过程，全 IP化成为发展趋势 TDM-ATM-IP 2G TDM IP MSC GMSC SGSN GGSN TDM BSC BTS TDM/FR WCDMA R4版本中 RAN接口 UTRAN Node B Node B RNC Node B RNC Node B To MGW To SGSN To MGW To SGSN Iub Iucs Iups Iub: Node B和 RNC之间的物理接口 ；ATM承载，主要采用 E1、 IMA E1，少量采用非信道化 ATM STM-1接口 Iups: RNC和 SGSN之间的物理接口 ； ATM承载 ， 主要采用 ATM STM-1/4接口 Iucs: RNC和 MGW之间的物理接口 ； ATM承载，主要采用 ATM STM-1/4接口 TD-SCDMA 网络架构 MGW GMSC NodeB RNC HLR/ AuC GGSN SGSN NodeB RNC PSTN GPRS IP骨干网 CGF BG SS7 SCP Inter-PLMN 网络 Iur Iub Iub Iu -CS Iu -PS MSC SEVER Uu GGSN A Abis 汇接局 PSTN/PLMN Internet MGW 3G 2G SGSN MSC MSC CS PS 端局 MGW Gb Gn Gi Nc Mc Nb Iu-PS Iub Iu-CS 接入网 (RAN) RNC NodeB BTS BSC PCU 核心网 (CN) 汇接局 IP化 端局 IP化 A/Gb口 IP化 Abis口 IP化 Iu-CS/PS口 IP化 Iub口 IP化 现网已实现 现网正进行 移动网 ALL IP发展进程 BBS IP化的概念 2G最初定义的时候，主要接口协议为 TDM，随着 IP化的发展和2G新技术的引入，有必要讨论在 2G引入 IP承载的可行性 BSS IP化概念 利用 IP作为 BSS的传输协议，主要包括： Abis、 A接口、 Gb接口 SGSN IP Backbone GGSN VMSC Server GMSC Server MGW MGW PS Core CS Core (Big network) BTS BTS BSC BSC A接口 Gb接口 Abis接口 提纲 BSS IP化的概念 IP化的驱动力和应用场景分析 BSS IP化标准化进展情况 技术原理及对设备的改造要求 中国移动 BSS IP化工作建议 IP RAN驱动力 IP化 RAN - 以太传输的建设成本相比传统 SDH方案节省 20 - IP化 RAN设备成本低 - 扩容、维护成本 - 有利于实现未来接入网网状连接 - 去除 ATM层，简化 网络维护 - IP RAN后续无端口扩容，可节省管理和维护开销 - HSPA宽带数据业务引发 4倍于R99的传输带宽需求 - 1个 FE可以提供 50个 E1的带宽 - IP网络可提供 2.5G/10G大容量 - IP已成为下一代网络的基础，符合IP化网络发展趋势 - IP的可靠性、安全和 QoS逐步成熟 - IP的灵活性和寻址实现Pool/Flex - 提升网络安全性 - 与多业务和固定客户发展互相促进 - 存在城域延伸、安全和 QOS风险 为什么要研究 2G IP化？ IP化是无线网络整体发展趋势 随着 WCDMA/TD均在技术上完成 IP化，并且逐渐完善设备开发 需要研究 2G系统如何演进，实现 IP化 结合中国移动情况 2G的业务量不断增长， EDGE等新技术不断增强 中国移动 2G仍然有大规模发展，需要研究如何实现 IP化 BSS IP化之后带来的好处 1、 话音业务质量提高 在 A接口为 TDM， 核心网 IP化条件下 ， 单个 2G 2G呼叫需要经过 4次TC过程 ， 语音质量会随着 TC过程的增加有所下降 （ 每次 TC过程降低PESQ值约 0.15， 增加时延约 20ms A口 IP化后 ， 通过 TrFO， 单个 2G 2G呼叫无 TC过程 ， 语音质量大大改善 ， 而且节省了 TC成本 2、 降低网络成本 节省 TC模块（如何 TC上移） A接口 IP化后，由于 TC从 BSC上移到 MGW， IP化后 TrFO情况下的 2G呼2G不需要 TC，大量降低设备投资。 大幅降低 MGW、 BSC接口板数量 在 A接口 TDM方式下， E1端口数量众多，需要的接口板多。在 IP化后 TC模块消失，原有的 TC模块 BSC间、 TC模块 MGW间的 E1端口被 BSC-MGW之间的 IP端口替代，大大减少接口板的数量 节省 SG 3、 IP化利于 Flex组网 基于 MSC in Pool、 SGSN in Pool组网减少核心网投资，提高网络可靠性 A IP和 Gb IP使得 MSC in POOL和 SGSN in POOL易于实施 有利于媒体网关的容灾方案 BSS IP化后带来的好处（续） 4、 简化维护管理难度 GSM核心网和接入网统一支持全 IP组网，有利于网络规划。 Abis接口、 A接口、 Gb接口 IP化后，可以将需要维护的网络类型归一化，减少维护人员的技能要求，简化了维护管理难度。 TDM下， Abis接口与 TRX时隙之间的关联配置、 A接口 TDM的电路管理和配置是相当复杂的。 IP化后这些数据配置都将大大简化，运维难度降低。 5、 BSC信令直达 MSC Server 在 TDM情况下 ， MGW需要内置 SG， IP情况下 ， 可以直达 MSC Server 6、 2G/3G共享网络传输 ， 利于传输网的规划设计 在 3G RAN逐渐引入 IP承载 ， 在我公司 2G/3G均会大发展的情况下 ， IP BSS使得 2G、 3G可以共享基础网络 ， 不需要为 2G BSS单独维护一张TDM基础网络 否则运营商将保有两个平面的传输网：一个 TDM平面和一个 IP平面 。 规划设计困难 ， 资源利用率低 ， 浪费大量的传输设备和光纤资源 7、 灵活的最后一公里 ， 组网更灵活 IP传输摆脱了 TDM传输网的依赖 ， 手段多样 ， 可因地制宜选择最经济的方式 。 最后一公里可采用无线 （ 微波 、 Wimax） 、 有线 （ 光纤 、 铜线 、 电缆等 ） 。 普适性承载在多种性质的城域网上： MSTP/SDH、 城域以太网 、 IP光网络等 。 比如 Micro/Pico BTS用于室内覆盖或家庭无线接入 ， Abis使用五类线或者 ADSL来承载使得这种应用的组网解决方案十分简便 。 BSS IP化后带来的好处（续） 8、 节省传输资源成本 在 IP方式下 ， 能够采用采用压缩率比较高的编解码类型 、VAD、 IP头压缩 、 IP头复用技术 ， 大幅降低每呼叫的带宽占用 ， 能够大幅提高传输效率和传输资源利用率 。 IP传输建设或租赁成本比同等带宽的采用 TDM传输网络的成本要低很多 。 9、 分组业务的发展对 IP传输的需求 随着 GPRS/EGPRS/GERAN的发展 ， GSM分组业务不断增强 ， GSM的分组业务模型发生变化 ， 向带宽需求增加和话务量突发的方向发展 ， 因此提出对 Gb IP传输的需求 ， 要求GBSC提升 IP处理能力 10、 符合网络 IP化演进趋势 全网 IP化是未来网络发展趋势 ， BSS IP化符合这种演进趋势 。 有利于网络的一体化设计 应用场景 1. TrFO场景 2. Flex（ A Flex、 Gb Flex） 场景 3. Abis接口带宽要求场景 4. Micro/Pico灵活组网场景 应用场景 TrFO TrFO：在呼叫建立过程中首先进行 OoBTC(Out-of-Band Transcoder Control)过程，协商出统一的 SC和 ACL后，通知 MGW用户面采用 SC压缩编码进行语音通讯， MGW无需插入 TC资源，这样呼叫进入稳态后，全程采用压缩语音，即 TrFO呼叫建立完成 T r a n s c o d i n gF u n c t i o nT r a n s c o d i n gF u n c t i o nT r a n s c o d i n g F u n c t i o n s B y p a s s e dM S / U EM S / U EP L M N A P L M N BE n c o d i n g D e c o d i n gC o m p r e s s e d S p e e c h应用场景 TrFO 2G与 3G互通： OoBTC过程会尝试建立 TrFO呼叫。如果 2G终端支持AMR编码，那么可以建立 TrFO呼叫。呼叫进入稳态后， 2G接入端采用 FR-AMR/HR-AMR/WB-AMR语音编码，核心网段和 3G接入侧为UMTS_AMR2语音编码，呼叫链路上无需插入 TC。 应用场景 Flex（ A Flex、 Gb Flex）场景 MSCS MSCS MSCS MGW BSC MGW MGW BSC BSC I P B a c k b o n eMSCS Pool MGW Pool 采用 TDM接口时 MGW容灾实现代价比较高，因为传输无法共享， BSC到每个 MGW间都需要配置足够数量的中继资源；当 A口采用 IP后自然解决这个问题，传输可以共享，轻松实现 A-flex 应用场景 Abis IP化场景 Abis传输带宽的需求愈加强烈 扩容、新建站点的建设逐渐导致传输带宽的增加 2G/3G共传输的需求也对传输的融合及带宽的管理提出新的要求 BSC BTS BTS IP FE BTS MSTP FE FE FE FE IP 应用场景 Micro/Pico灵活组网场景 微基站 密集城区 室内覆盖 Pico 基站 家庭应用 室内覆盖 热点区域应用 补盲 提纲 BSS IP化的概念 IP化的驱动力和应用场景分析 BSS IP化标准化进展情况 技术原理及对设备的改造要求 工作进展和建议 标准定义情况 3GPP对 IP UTRAN的标准化主要由 RAN WG3具体负责 CCSA对于 TD-SCDMA规范中没有专门的 IP承载定义，根据中国移动的规范进行增补 3GPP对 IP BSS的标准化 目前 主要由 GERAN组具体负责 BSS IP化国际标准情况 SGSN IP Backbone GGSN VMSC Server GMSC Server MGW MGW PS Core CS Core (Big network) BTS NodeB BSC RNC Iub IP化已在 R5冻结 Abis接口 为 非开放接口，没有定 义 1）A接口信令面 IP化： 3GPP R7版本48.006-710引入 SIGTRAN，仅明确了基于 IP的 A口控制面协议栈 ； 2）A接口用 户 面 IP化： 标 准化 尚未开始 Iu IP化已在 R5冻结 Iu IP化已在 R5冻结 Gb接口 IP化已 经 在R4冻结 A口 IP化 控制面 2001年 4月， R5版本的 3GPP 43.051-510首次提出了 A Over IP 2006年 5月 3GPP发布的 R7版本 48.006-710，首次明确地提出了基于IP承载的 A口控制面协议栈 用户面没有定义 BSSAP SCCP MTP3 MTP2 L1 BSSAP扩展 SCCP M3UA SCTP IP Data Link Gb接口的 IP化 2000年 11月 3GPP发布的 R4版本 43.051-400在明确地提出了基于IP承载的 GB口协议栈 RRP H YR L CLLCG M M / S MP H YR L CRRCG M M / S MLLCB S S G PN e t w o r kS e r v i c eIu - psGbUmMSR e l a yG E R A N S G S NA c k / U n a c kR L CM A CM A CA c k / U n a c kR L CC o m m o n p r o t o c o l sI u i n f l u e n c e d p r o t o c o l sGb i n f l u e n c e d p r o t o c o l sFRIPL2FRB S S G PN e t w o r kS e r v i c eIPL2L1L1L A P D m L A P D mRRRRCL2L1R A N A PS C C PA s D e f i n e di n I u S p e c s .L3L2L1R A N A PS C C PA s D e f i n e di n I u S p e c s .L3标准化进展情况 目前中国移动正在牵头 BSS IP化国际标准化工作 2G领域的 IP化工作，中国移动是最主要的推动者 考虑到 2G IP化中仍然有一些的遗留问题，结合我们的技术方案，目前正在进行标准化工作 国际标准推动 3GPP GERAN工作组： A接口用户面 IP化 已经在 GERAN会议上提出 WI立项 已经与国际国内运营商和厂家进行广泛沟通 Vodafone、 T-mobile、意大利电信 Ericsson 、 Motorola、 ZTE、 Huawei、 Alcatel等 国内标准化 待国际标准化及基本定性之后，预计 12月份 CCSA TC5全会提出立项 提纲 BSS IP化的概念 IP化的驱动力和应用场景分析 BSS IP化标准化进展情况 技术原理及对设备的改造要求 工作进展和建议 IP承载的实现方式 为实现 IP传输，有以下 2种实现方式： 纯 IP方式 （ Native IP） 无线接入网网元设备对外接口已经是基于 IP方式 如果标准有定义，应该完全符合标准中对 IP化的定义 IP“承载”方式 （ TDM to IP） 无线接入网对外仍然 TDM承载，通过 IP伪线方式将 TDM封装到 IP上承载 遵从 IETF标准，与 3GPP标准无关 纯 IP方式 IP L2/L1 上层净荷 上层 净 荷 BTS IP BSC RTP/RTCP/ SCTP/UDP等 IP L2/L1 RTP/RTCP/ SCTP/UDP等 IP“承载”方式 RNC （ NodeB） PE TDM IP/MPLS RNC TDM时隙 PWE3 Tunnel/ IP L2/L1 TDM data data data PWE3 Tunnel/ IP L2/L1 data BSS IP化的基本思路 Abis接口是非标准接口，打开该接口的难度比较大 Abis为厂家内部接口，不存在互操作问题 存在部分教厂家难以实现 IP化 Abis IP化不做详细协议定义 如果采用转换方案，必须对外屏蔽转换设备，并转换设备可统一网管 如果纯 IP实现，要求符合采用标准的 3、 4层协议 对外部接口进行要求 Abis接口 IP化 A接口 IP化 A接口为开放接口，可以进行接口定义 A接口涉及核心网的改造，存在互操作问题 彻底的 IP化，对细节功能和协议做要求 BTS BSC Abis接口 MGW A接口 TC SG TRAU帧 IP包 SGSN Gb接口 Gb接口 IP化 标准比较成熟 厂家均支持，有应用案例 要求厂家用纯 IP化实现 A口 IP化的关键问题 目前的 MGW和 BSC都内置 TC，产生以下问题 一次呼叫共需要 4次编解码转换，影响质量 A口目前是 G.711编码，比之前的 13k和 12.2K都大许多，浪费带宽 重复的 TC占有一定成本 部分厂家在 TC不改变情况下， IP化改造难度大 在 IP化改造方案中考虑 TC上移问题 BTS FR 13K BSC/TC G.711 64K MGW/TC AMR2 12.2k MGW/TC BTS FR 13K BSC/TC G.711 64K MSS MSS BSS IP化方案 1-TC上移 BTS BSC Abis接口 MGW A接口 TC IP承载 TRAU帧 IP包 TC上移的 A接口 IP化 Native IP方式 BSC中的 TC上移至 MGW TRAU帧在 BSC终结 BSSAP扩展 方案 1怎么做？ 4 Nb接口用户面 UP支持模式 UP透明模式 IPBCP协商码 1 A接口信令面 指配过程 切换过程 码型修改 动态编解码上报 新增消息和信元 2 A接口用户面 语音封装方式 数据封装方式 3 Mc接口 扩展 SDP信息 BSS IP化 （主要指 A接口 IP化） 修改指配、切换过程 标准的 BSSAP信令不支持 BSC与 MGW之间的 IP地址和 UDP端口号交换，因此需要扩展 标准的 BSSAP信令不支持 A接口 SDP information，需要扩展 语音业务用户面协议 对于 EFR/FR/HR语音编解码而言，语音净荷直接按ETSI TS 101 318的规定封装在 RTP包之中，并且承载在UDP/IP协议之上 对于 AMR编解码而言， RTP载荷按 RFC3267的规定封装在 RTP包之中，并且承载在UDP/IP协议之上 数据业务用户面协议 数据域电路业务按 72bit的 V.110帧的净荷格式在 A接口上传送，BSS将 4个 72bit的 V.110帧直接封装到一个 RTP报文中发送给MGW BSC动态上报编解码 为了使 Server了解无线情况的实时变化，便于实现 TrFO，通过修改 BSSAP消息使 BSC动态上报无线情况 码型修改过程 在通话过程中，无线情况变化时，需要通知 MGW及时插入TC，以免语音包的丢失导致用户感受变差。目前标准的BSSAP信令不支持，需要新增消息 1） TC上移至 MGW 2） TRAU在 BSC终结 3） RTP承载语音、数据 改造要点 1. Assignment Request（新增 IE） 扩展 BSSAP消息 2. Assignment Complete （新增 IE） 3. Handover Request （新增 IE） 4. Handover Request Acknowledge （新增 IE） 1. Channel Modify Prepare 新增消息 2. Channel Modify Failure 1 2 3 4 1 2 信令面改造要求 4. Resource Request（扩展定义） 5 4. Resource Indication（新增 IE） 6 BSSAP over SIGTRAN 用户面改造要求 Payload RTP UDP IP MAC/PPP Payload RTP UDP IP MAC/PPP FE/GE/POS/E1 EFR/HR/FR语音帧按 RFC3550/ETSI 101 318标准封装 语音和电路数据业务使用 RFC封装 AMR语音帧按 RFC3267标准封装 电路域数据业务直接对 V.110帧进行封装 扩展 SDP信息 FR编码 c= IN IP4 10.10.10.1 m=audio 49120 RTP/AVP 3 a=ptime:20 Mc接口 SDP消息需增加 GSM Codec相关参数 EFR编码 c= IN IP4 10.10.10.1 m=audio 49120 RTP/AVP 98 a=rtpmap:98 GSM-EFR/8000 a=ptime:20 HR编码 c= IN IP4 10.10.10.1 m=audio 49120 RTP/AVP 98 a=rtpmap:98 GSM-HR/8000 a=ptime:20 AMR编码 c= IN IP4 10.10.10.1 m=audio 49120 RTP/AVP 97 a=rtpmap:97 AMR/8000/1 a=fmtp:97 mode-set=0,2,5,7； AMR WB编码 c= IN IP4 10.10.10.1 m=audio 49120 RTP/AVP 98 a=rtpmap:98 AMR-WB/16000 数据业务 c= IN IP4 10.10.10.1 m=DATA 49120 RTP/AVP 97 数据业务冗余 m=audio 1234 RTP/AVP 97 96 a=rtpmap:96 PCMA/8000 a=rtpmap:97 red/8000/1 a=fmtp:97 96/96 Nb接口用户面改造要求 单速率编码情况 单速率编解码使用3GPP 协议规定的透明模式。 单速率编码具体的报文封装方式 Nb接口和 A接口方式相同，直接采用 RTP报文直接封装语音报文的方式。 数据业务采用 NbUP支持模式封装。 NbUP 支持模式 透明模式 多速率编码情况 数据业务情况 多速率编解码使用3GPP 协议规定的支持模式。 需要 2G侧的 MGW完成不带 UP封装方式（ A接口）到带 UP封装方式（ Nb接口）的转换。 IPBCP协商码需扩展 对于 2G单速率编码，扩展了 IPBCP协商的SDP描述中的rtpmap属性的Encoding name Nb口原则 只有所连的 BSS改造 MGW才需要改造，不涉及的不需要改造 A口 IP化方案 2-TC不上移 BTS BSC Abis接口 MGW A接口 TC IP承载 TRAU帧 IP包 TC不上移的 A接口 IP化 Native IP方式 BSC和 MGW均内置 TC TRAU帧在 BSC终结 A口仍然采用 G.711的编码方式不变 方案 2怎么做？ 1 A接口信令面 指配过程 新增消息和信元 2 A接口用户面 语音 G.711 over IP的封装方式 BSS IP化 （主要指 A接口 IP化） 方案对比分析 驱动力 考虑点 伪线 A接口 IP化， TC不上移 A接口 IP化， TC上移 分析点 实现 IP化，符合发展趋势 仅仅实现了接口 IP化 设备实现了 IP化，符合发展趋势 设备实现了 IP化，符合发展趋势 Flex/MSC Pool 较难，仅仅节约了传输 有利于 有利于 语音质量提高 没有提高，受 IP链路质量影响 因为 Tfo难以部署，所以无法实现 TrFo，语音质量没有提高 实现 TrFo，有利于编解码质量提高（前提：全网改造） 降低网络成本 成本增高，增加外置设备 无法节省 SG/TC 降低接口板卡数量，以太网接口比较经济； 节省 SG，不节省 TC 节省 TC成本，多 BSC可共享 TC；降低接口板卡数量；节省 SG 简化维护管理难度 增加维护管理难度 一定的简化 一定的简化 节省传输资源成本 实施压缩等情况会减少 实时压缩等情况大话务量情况下减少 由于语音编解码导致带宽节省明显 共同优点 2G/3G共享网络传输 2G/3G共享网络传输，利于传输网的规划设计 2G/3G共享网络传输，利于传输网的规划设计 2G/3G共享网络传输，利于传输网的规划设计 灵活的最后一公里组网 IP传输摆脱了 TDM传输网的依赖，手段多样 IP传输摆脱了 TDM传输网的依赖，手段多样 IP传输摆脱了 TDM传输网的依赖，手段多样 整体方案分析（续） 伪线 A接口 IP化 TC不上移（无 TrFo） A接口 IP化 TC上移 改造难度分析 改造涉及 BSS/MGW无改造 涉及 BSC、 BTS、 MGW、Server改造 A口信令、用户面 涉及 BSC、 BTS、 MGW、 Server改造 A口信令面、用户面 Mc接口、 Nb接口 改造点 无 信令面新增信元： 1、指配过程、切换过程中增加协商端口和地址 用户面： 1、 G.711 over IP的封装 信令面新增消息和信元： 1、指配过程、切换过程中增加协商端口和地址 2、增加码型修改的通告消息 3、新增动态编解码上报功能 用户面： 1、 A接口支持 EFR/FR/HR/AMR的 RTP封装 2、 MGW TC支持 2G编码 3、 CSD v.110 over IP Mc 接口 1、 SDP信息 Nb接口用户面（全网改造） 1、 UP支持模式 /UP透明模式 3、 IPBCP协商码 4、动态编解码上报 改造难度分析 对无线网和核心网基本无影响 改造量较小 改造量较大，涉及网元多 BSS IP化目前建议方案 不改变私有接口，外置设备转换和内部改造均可 提出外部要求 BSC同时提供 TDM、 IP两种方式 Abis接口 IP化 A接口 IP化 BSC中的 TC上移至 MGW Native IP方式 TRAU帧在 BSC终结 BSSAP、封装方式扩展 BTS BSC Abis接口 MGW A