移动软交换端局IP承载网带宽需求的估算.doc

移动软交换端局IP承载网带宽需求的估算陈晓毅 中国移动通信集团浙江有限公司 杭州 310006摘要：首先介绍了VoIP端局的网络结构，然后分析了2G 软交换端局语音和信令采用IP承载后对带宽需求的估算，为移动核心网的VoIP改造提供了参考。关键词：IP承载网 软交换 核心网在3G网络的发展中，软交换和IP技术得到了充分体现。中国移动核心网的下一个目标就是建立符合R4标准的核心网。目前，中国移动2G软交换端局语音IP化承载已全面展开，而且已经完成了省际的CMN节点建设，以进行BICC汇接，在3G牌照未发放的背景下，将全面建设2G的VoIP端局。从传统2G端局向基于IP承载网的VoIP端局转换的过程中，不可避免地遇到了如何进行IP带宽规划的问题，传统的2G端局可以从话务模型中规划需要开多少电路，信令流量有多少，但转换为IP承载网后，这两者之间如何转换成了难题，基于这样的考虑，下文结合实际工作情况给出了一种解决方法。1 VoIP端局的网络结构随着网络的发展，移动端局的结构变得越来越简单，图1就是目前一个标准的VoIP端局网络结构。从话务结构看，参考局GS1除了和BSC的连接是TDM电路外，所有出局的话务都通过IP进行承载，包括到互联互通的话务，通过IP网到关口局进行转接。到省际和省内异地的话务，如果对端也是VoIP端局，那么话务通过IP承载网进行直连；如果对端是传统端局，那么经过移动TMSC1进行转接。由于关口局不具备CMN功能，所以对本地端局的话务来说，不管对端是VoIP还传统端局，都需要通过本地关口局进行转接，表1是对VoIP端局承载相关参数的总结。 在信令方面，传统的MAP、CAP信令还是通过LSTP（低级信令转接点）进行转接，承载方式为TDM，到本地端局、关口局、移动TMSC1局的信令通过BICC进行互通。A接口的BSSAP信令则通过MGW内置的信令网关，通过M3UA代理方式转换为IP承载之后和MSC Server互通。表2是对VoIP端局信令相关参数的汇总。2 IP承载网带宽估算IP承载网目前主要承载信令和话务两部分数据，下面对这两部分分开进行讨论。为了设计一个符合实际的场景，从移动现网局中汇总出了一个普通城区的话务模型，见表3。2.1 信令带宽估算首先给出接口带宽的计算，见公式（1）。接口信令带宽（bit/s）总用户数忙时每用户接口消息字节数83600 （1）其中，忙时每用户接口单流程消息字节数等于忙时每用户接口单流程次数乘以接口单流程单向最大消息字节数。从公式（1）中可以看到，为了估算接口信令带宽，主要是估计出单流程单向最大消息字节数和单流程单向消息个数，而网络开销可以从现有的网络协议资料中得到，表4列出了信令相关协议的开销字节数。2.1.1 H.248流量H.248是一种媒体网关控制协议，在分离网关体系中，用作媒体网关控制器（Server）与多媒体网关（MGW）之间的通信，实现Server对MGW的控制功能，主要有ADD、SUB、MOD、MOVE等命令。在2G的移动端局中，为了完成一个基本的呼叫，通常会用到这些命令。从呼叫的类型看，局内呼叫和出局呼叫对H.248控制的消息也有所不同。l 据统计，一个本局呼叫会用到2个ADD、2个MOD、1个MOVE、2个SUB命令，共7个单向（ServerMGW方向）命令，这些命令净负荷总共在1 342 byte左右。l 如果是出局呼叫，虽然也是添加两个端点，但涉及到添加IP端点，而且由于BICC的承载建立方式有所不同，所以H.248的命令数目也有所不同。考虑目前中国移动采用的前向延时建立方式，对于一个出局呼叫，会用到2个ADD、3个MOD、1个MOVE、4个NOTIFY、2个SUB命令，共12个单向命令，这些命令净负荷在2 600 byte左右。l 对于一个切换情况，和出局呼叫类似，只是命令总和的净字节数稍微多一点，大概为2 770 byte。用上面这些数据代入公式（1），可以得到表5中的信息。由表5和前面的话务模型参数，可以算出每万户忙时H.248消息单向流量为：10000（0.51.62（1944376）0.5 1.6240520.584222）8/3600=169.113 kbit/s，假设局内和局间呼叫的比例为1:1。2.1.2 M3UAM3UA是A接口的BSSAP从TDM承载到IP承载的信令适配协议。由于A接口BSSAP的信令类型有很多，跟不同的业务相关性很大，为了统计单流程单向最大消息字节数和单流程单向消息个数，需要对不同的业务分别进行统计。表6是通过跟踪信令统计出的各类业务字节数。由表6和前面的话务模型参数，可以算出每万户忙时M3UA消息单向流量为：10000（1.55（488188）0.045781.62/215931.62/215930.59210.63921（0.470.11）565（0.47+0.11）565）8/3600=118.838 kbit/s。2.1.3 BICCBICC信令是在ISUP信令的基础上发展起来的，在对基本呼叫流程及补充业务特性的支持方面基本和ISUP类似；BICC新增的“应用信息传输（APM）”机制使得Nc接口两端的呼叫控制节点间可以交互承载相关的信息，包括承载地址、连接参考、承载特性、承载建立方式及支持的Codec列表等；BICC还可为MGW间的承载控制信令在Nc接口上提供可选的隧道传输功能。承载的建立过程对BICC信令的流量估计有很大的关系，下面的技术是基于中国移动采用的前向延时建立方式得到的。在一个出局呼叫中，首先发话局发出一个IAM消息，携带本局支持的Codec，对端回一个APM消息，协商出语音编码。然后发话局发一个APM，把本局的隧道消息发给对端，对端也会回一个APM消息，把对端的隧道消息发给本端，所以单向流程（ServerMGW）的BICC消息共3条，表7是对不同业务BICC信令字节需求的汇总。由表7和前面的话务模型结构，可以算出每万户忙时BICC消息单向流量为：10000（1.62/2（627188）0.11（627188）8/3600=16.62 kbit/s。2.2 媒体带宽估算媒体带宽估算主要是对MGW而言，可以根据公式（2）进行估算。接口媒体带宽（bit/s）话务量单位通话的媒体流带宽激活因子 （2）话务量可以根据话务模型得到，而激活因子是当打开静默功能时对带宽的影响因子。公式（2）主要是估算单位通话的媒体流带宽要求。表8是媒体流各个协议需要的额外开销。对AMR2 12.2 kbit/s、20 ms包长的局间语音编码来说，净荷为12.220/8=31 byte，那么进行IP包封装后，包长变成3512820=75 byte，映射到数据链路层后，还需要加入Ethernet开销，所以最后的包长为 113 byte，折算后的比特率为 45.2 kbit/s。表9是各种编码技术折算到IP承载网之后的速率。如果按静默因子VAD=0.6计算，采用AMR2 12.2 kbit/s编码技术，那么每万用户忙时带宽需求为：1000045.20.6 0.025=6.78 Mbit/s，这里假设都是语音呼叫，数据业务的带宽类似可得。3 结束语以上讨论的都是分协议进行的，目前的IP承载网结构是一个地区或机房有两个CE进行本地业务汇聚，然后接入IP骨干网，如图2所示。对于信令接入，IP1和IP2两个接口分别作为主备；对于媒体流，IP1和IP2两个接口则作为负荷分担接入CE1和CE2。在IP1和IP2接口上，为了区别媒体流和信令流，采用了不同的VLAN标记。对于IP1或IP2接口，带宽要求为H.248BICCM3UA的带宽总和，为了保证信令的可靠性，还需要作出额外的带宽预留，按40%的带宽利用率算，根据上面计算的结果，忙时每万用户流量需要761.43 bit/s。对于IP1和IP2，有信令流也有媒体流，信令流和Server的流量基本相当，大概也是762 kbit/。媒体流也需要有一定的带宽预留，一般按70%预留