GSM网络安全保障专题

GSM网络安全保障专题2013年3月目录概述网络安全应急措施网络安全保障流程业务量预测方法网络安全保障案例概述

随着GSM网络的发展，移动电话覆盖范围越来越广，与人们的生活也越来越紧密，GSM网络对人们的影响也越来越大。一旦网络发生任何问题，将会影响大量用户正常的通讯。

特别是由于我国经济建设特点，随着节假日来临，GSM网络迎来业务量的高峰，如果没有提前做好安全保障工作，随时有可能会对网络造成冲击，严重时会导致网络瘫痪。

本章内容主要通过介绍网络安全常见应对措施、安全保障的流程、业务预测的方法和思路、话务模型和负荷模型的建立和应用、容量和负荷的评估、如何制定保障方案和应急预案，来说明如何保障网络安全运行。网络安全应急措施网络安全重要设备冗余接入类别区分流量负荷控制使用MSCPOOL对于GSM网络安全而言，常用应对手段如下：1、重要设备冗余2、流量负荷控制3、接入类别区分4、MSCPOOL应用重要设备冗余Bit-orientedGroupSwitch

(GSWB)2NredundancyswitchingCS/PStraffic,connectingsignallingcircuitsBaseStationControllingandSignallingUnit

(BCSU)N+1handlingofsignallingtraffic(LAPD,SS7)incl.PCU(integratedinBCSU)MarkerandCellularManagementUnit

(MCMU)2NsupervisingofGSWB,executingRRMfunctionsOperationandMaintenanceUnit

(OMU)N(2Nforharddisk)supportingO&MforBSC3iincl.storagedevices(harddisks,USBMemory)EthernetMessageBus

(EMB)2NCommunicationbetweenComputerUnits(BCSU,MCMU,&OMU)ExchangeTerminal

(ET/SET/ETIP)(N/1+1/1+1)connectingoftransmissionsystems(E1/T1,STM1/OC3,PWE3)toGSWBClockandSynchronizationUnit

(CLS)2NgeneratingclocksignalsforBSC3iPDFU0PDFU-BPDFU1PDFU-BBCSU3BCSU1BCSU5BCSU4BCSU2BCSU6FTRB1FTRB0CLS1GSW2KB

1OMUBCSU0MCMU0MCMU1GSW2KB

0GTIC

1GTIC

0CLS0ETC

0ETC

1ETC

2ETC

3LANU0LANU12000x900x600cabinetFTRB3FTRB2135462在BSC的设计中，运行的可靠性是最重要的考虑因素。在各单元中使用了以下冗余方法：2N原则用于关键单元，包括一组工作单元和一组备用单元N+1或N+m冗余原则用于重要单元，一个或多个单元对一组单元的流量负荷控制输入业务量额定负载60%系统吞吐量极限负载100%A.安全区B.过载保护状态区A.BSC的CPU的使用率低于60%时是安全的，可以保证正常的工作状态。B.在过载期间，过载保护机制会保证正在进行的通话的质量，但是新来的通话请求可能会被忽略。完备的过载保护机制：BSC过载保护通过限制BSC主要CPU和预处理器的负荷，来避免过多的话务量或过高的信令负荷，它还提供有关超负荷的信息，以便采取预防性行动。导致这种超负荷的主要原因，一般是按预定模型进行的无线网络规划及粗规划与实际情况不符，另外也可能和终端用户的特殊行为有关。流量负荷控制PCUmaxconnectivity:Abis102416KchannelCPUAS7LAPDAS7CCS7BSCBCSUBTSTRXDSPMCMU消息总线CPUBTSTRXAirInterfaceChannelAbisLAPDLinkPCUGb接口A接口CCS7LinkMSC设备在标记的各个点处设置自动过载保护机制，保证设备处于安全工作状态ITU-TRecommendationMax16links,0.2Erl,singledirectionDesigntarget60%utilisation16kbit/sAbislink:max1000bytes/s32kbit/sAbislink:max2000bytes/s64kbit/sAbislink:max4000bytes/sSGSN接入类别区分用户级别分类基于eMPLL技术

BTS接入参数控制在用户归属HLR数据库中，每一用户有SubscriberCategory字段，根据该字段，运营商可以对用户等级加以区别。需要MSC/VLR激活响应的功能MSC通过Assignmentrequest把用户级别优先能力传递到BSSeMPLL(增强的多级别优先级预清空服务)用于高级特殊用户在无网络资源时，强制释放出资源提供通信服务需要网络有排队能力和预清空功能需要终端支持BTS级控制参数ACCESSCALSS用于对不同用户进行接入控制一般用户分为0-9,一共10个等级，特殊用户为11-15，一共5个等级可用于网络突发情况的应急处理，保障网络安全在网络遇到突发事件，网络资源紧缺的时候，为了保障网络安全运行，可以通过不同接入类别划分优先级，从而避免一些重要的通信需求受到影响。比如在受到自然灾害影响时，通信基站受到破坏，业务量大增，在此情况下，救援通信需要就需要得到安全的保障，通常可以采用此类方法。MSCPOOL1、各个BSC话务根据MSC容量分配到POOL中各个MSC2、当一个MSC出现宕机后，其他MSC可以分担业务，保障网络安全。3、减少局间位置更新，降低信令负荷保障C/D接口安全。MSCPOOLNNSF：BSC的话务需要根据一定的算法分配到各个MSCe，那么这个算法就叫做NNSF（非接入层节点选择功能）NNSF算法一般在BSC侧实现，部分不支持NNSF算法的BSC需要通过MGW实现NNSF功能。安全保障流程估算Um口业务量、LAC寻呼量、用户规模BSC承载量、A口信令及话务负荷MSC承载量、核心网各单元负荷通常安全保障首先必须对Um业务量进行整体预算，对全网或者区域内的话务量和数据量预测，然后判断LAC容量是否在安全范围内。确定了Um需求，然后检查BSC承载能力是否能满足Um，检查A口电路数是否满足预测业务量，确保A口在安全门限以下。最后评估核心网MSC话务处理能力，PAPU单元等网元容量安全值、HLR等各类单元是否在安全门限下工作。资源需求计算方法资源计算资源计算数据业务需求信道话音业务需求信道+需求资源

业务量预测方法有多种，本章是将PS业务和CS业务量需求分别进行预测之后求和，来作为总资源需求量。资源需求计算方法数据业务资源计算由于PS业务存在多用户复用以及TBF建立与释放、TBF延迟释放导致无法将数据业务的等效话务量转化为信道数。上图为统计不同复用度下的PS信道数与PS话务量之间的关系。资源需求计算方法Multiplexingαβ<1.06.253.681.0-1.55.093.011.5-2.04.162.802.0-2.53.572.412.5-3.03.122.083.0-3.52.722.073.5-4.02.491.93>4.01.821.67由于根据不同的复用率程度，PS时隙数和PSTraffic之间的关系是成正比，根据以上图表的分布点所获得的线性公式，就可以得出每个复用率范围之下的平均PS时隙数与PSTraffic之间的转换公式。PSDataTSL=β+α*PSTraffic而β和α的数值是取决于不同的复用率范围，下表显示的是它们所对应的关系值：资源需求计算方法话务量计算方式普遍使用的是爱尔兰公式，通常可以通过统计话务量计算出全网需求多少信道，从而保障网络话务安全。爱尔兰公式描述了呼损率B、话务量A及信道数n之间的关系。利用爱尔兰B表，在已知上述三项中的两项时，即可计算出另一项值。话音业务资源计算话务量模型由于不同地区经济环境等各种因素不一样，用户使用移动业务的方式有很大的区别，比如节假日，一般每个用户话务量较为高，发送短信等相对多。如何保障不同环境下网络的安全，就需要建立一个话务量模型，借助这个模型规划全网资源，保障网络容量安全。话务量模型建立话务模型，需要统计的至少必须的有：平均呼叫占用时长忙时每用户呼叫次数移动用户规模每用户话务量=平均呼叫占用时长﹡忙时每用户呼叫次数/3600通过每用户话务量，结合传统Erl话务量模型，按照2%呼损，可以计算出全网需要的资源数量。大型节假日网络安全保障由于我国经济结构环境和传统民俗节日原因，每逢大型节假日通信网络安全将受到较大的威胁。这里的网络安全主要是指网络容量安全。过大的业务量会导致各级网元瘫痪，最终导致整个网络大面积的通信事故。因此日常网络优化工作中安全保障的重点就是解决话务安全。A-bisBTSBTSMSCGnGGSNGbBSCASGSN空口、A-bis、A接口安全网元单元负荷及容量安全大型节假日网络安全保障步骤一步骤二步骤三历史数据统计-统计网内历史话务量

-分城区和农村统计

-历年节假日话务峰值-历年话务峰值时段增长系数计算

-逐年数据对比求增长率-综合多年系数求平均系数-城区和农村系数-BSC覆盖区域系数多种方法加权平均-多种估算手段综合运用-对多种结果加权平均步骤四资源最终需求计算-全网无线资源需求-根据业务量计算各无线侧负荷需求-交换核心网网元各单元负荷1、业务量估算节假日话务预估及安全保障案例年份春节峰值话务量春节增长率2004年8373

2005年119421.432006年172021.442007年269561.572008年436921.622009年569091.302010年699351.232011年1000071.43下表为某地市2004年至2010年春节期间的峰值话务量数据通过每年数据对比，可以计算出增长率，最终预测出2011年增长率为历年增长率的平均值；方法一：历年数据预测节假日话务预估及安全保障案例下表为某地市2004年至2010年春节前与春节的峰值话务量数据年份春节前23周话务量春节峰值话务量增长率2005年6402.0211942

2006年7587.19172022.272007年11915.26269562.262008年17777.5436922.462009年21481.87569092.652010年33016.33699352.122011年36838.83865712.35方法二：综合数据预测通过每年节前后固定时间段数据对比，得出当年增长率，然后根据每年的增长率求出2011年增长率，最后通过2011年年前数据进行预算节日峰值话务量。节假日话务预估及安全保障案例县区2010年春节前23周5天峰值平均值2010年春节最忙时话务量增长率2011年前23周5天峰值平均值增长率2011年春节预测峰值话务量固始农村4043.4213281.273.284437.713.2814576.36固始县城1811.853347.921.852290.71.854232.72光山农村2320.194426.451.912540.531.914846.81光山县城1185.231597.271.351290.411.351739.03淮滨农村1937.856453.123.332226.513.337414.35淮滨县城893.651529.621.71987.91.711690.95潢川农村2322.685274.762.272551.992.275795.51潢川县城1284.661725.471.341427.461.341917.27罗山农村1684.334202.632.51989.362.54963.69罗山县城892.331186.421.331052.811.331399.79市区郊区3767.098107.452.154055.392.158727.92商城农村2136.113661.831.712479.891.714251.16商城县城697.33952.671.37782.821.371069.47息县农村2380.97549.473.172588.913.178209.03息县县城939.121529.781.631057.731.631722.99新县农村1108.121909.621.721180.811.722034.89新县县城876.52934.631.07963.061.071026.91信阳市区5877.736200.031.056583.141.056944.11合计

82563方法二：分区域预算分区域对节前后对比求出系数，再根据此系数和2011年节前话务量，预算2011年节日峰值话务量。节假日话务预估及安全保障案例通过最终加权计算估算出总话务量。对于加权数的大小可以根据每年实际话务量情况适当调整。通过计算总话务量和方法二、方法三预测结果比较接近，因此对于每个基站的话务量就可以按照类似方法三中的系数进行计算。节假日话务预估及安全保障案例GSM系统中各级网元都有一定的处理能力，也就是网络容量。一、MSC容量：华为MSC9880产品支持180万用户（每用户0.025Erl）作VMSC时BHCA为2700K作为GMSC时BHCA为4000K支持的最大链路数目为1728条（64K）/108条（2M）话单吞吐能力1700张/秒二、BSC容量：目前我省使用的BSC设备都是FlexiBSCFlexiBSC的主要特点为：支持最大18000爱尔兰语音业务容量支持最多30720个数据业务信道最大支持3000个载频支持最大72万次的寻呼承载节假日话务预估及安全保障案例

根据信阳地区现在共3个MSC、2个软交换，2个HLR，各单元的设计容量分别为XYMSC2为60万、XYMSC3为50万、XYMSC4为50万、ZZGS106为60万、ZZGS107为65万、XYHLR3为180万、XYHLR4为180万。根据往年双节期间用户增长状况，节日期间比平时增长在2%以内，对各个交换机与HLR都在安全门限内。MSC容量安全节假日话务预估及安全保障案例预计在国庆和中秋时的情况如下：2008年8月31日至2008年9月2日的24小时测量时段的数据显示各个MSC的BHCA均在安全门限值内。考虑到去年和前年的两节期间BHCA次数的增长情况，预计今年双节期间各个交换机的BHCA的增长平均在1.2上下，按1.2增长各MSC的BHCA仍将保持在60万的安全门限内。小结：交换机处于安全范围内MSC话务处理能力节假日话务预估及安全保障案例每MSC的短信处理的安全门限值是100万，收集2008年8月31日至2008年9月4日的24小时测量时段的数据，下图显示5天中每个MSC单时段最大值和双节期间预测值预计在国庆和中秋时的情况如下：从上面现网连续5天的短信流量峰值图中，流量最高的XYMSC3峰值已在23万左右，虽然离MSC的安全处理门限有较大的增长空间，但根据进几年在节日期间短信迅猛增长情况，可能会对MSC3的处理能力造成影响。根据以往经验预测的各MSC短信量都在100W之内，不会对MSC造成严重影响。小结：两节期间XYMSC3的短信流量最大，注意加强对XYMSC3的监控，关注突发短消可能造成的LAC区寻呼消息删除情况。MSC短信处理能力节假日话务预估及安全保障案例统计4天24小时的最忙时数据分析得出各MSC对应的A口链路话务负荷（见下图示）：预计在国庆和中秋时的情况如下：从图中可以看出信阳各MSCA接口链路的话务负荷最高为0.28爱尔兰，话务负荷的门限值为0.7爱尔兰，根据话务预测和以往节日期间话务变化情况，由此预测双节期间，A接口各条链路的话务负荷门限在一个较安全范围内。小结：信阳A接口话务负荷在双节期间均在安全门限内。A口话务安全节假日话务预估及安全保障案例统计4天中数据分析得出各MSC-BSC对应的A口链路信令负荷（见下图示）预计在国庆和中秋时的情况如下：从数据分析来看，A接口的信令负荷均在0.14爱尔兰以下，预计双节期间，各MSC的A接口间信令链路负荷在安全门限值内。小结：信阳A接口各信令链路负荷在双节期间均在安全门限内

A口信令安全节假日话务预估及安全保障案例预计在国庆和中秋时的情况如下：提取8月28日至9月4日MSC各单元负荷峰值情况，从上图可以看出信阳CM单元负荷较高，超过了70%，共它个MSC的各个单元负荷峰值均低于60%的安全门限。随着两节到来，根据以往的网优工作经验，MSC各个单元负荷仍将保持在临界门限范围内。小结：建议对XYMSCC2的CM单元进行扩容与监控，以确保核心网安全运行。MSC各单元安全节假日话务预估及安全保障案例预计在国庆和中秋时的情况如下：提取8月30日至9月4日BSC各单元负荷峰值情况，目前XYBS10、XYBSC5、XYBSC9的BCSU负荷峰值有超过60％出现，XYBS10、XYBSC13、XYBSC14、XYBSC4的MCMU负荷峰值快达到了100％，全网的BSC的MCMU&OMU负荷均较高。小结：BSC负荷分析数据提取的是一周的峰值情况，预计在双节期间话务量和短信的增长也将导致BSC各单元负荷上升，网优建议加强节日期间对负荷较高的BSC负荷单元监，保障网络安全运行。BSC单元负荷安全节假日话务预估及安全保障案例BSCAve_ERLBeforemid

-autumnfestival(2008)PredictIncreaseratePredictERLmidLAC位置区备注autumnfestival(2008)XYBSC10812.69191.31056.4994714572

XYBSC111541.411481.32003.83492414348需要割接XYBSC121116.066531.31450.88648914492

XYBSC13578.591691.3752.16919714476

XYBSC141141.183971.31483.53916114412

XYBSC151359.113131.31766.84706914396\14508

XYBSC161310.818071.31704.06349114444加强监控XYBSC171068.534561.31389.09492814302

XYBSC181647.344081.32141.54730414270\14540

XYBSC19829.961931.31078.95050914222

XYBSC20995.688211.31294.39467314588

XYBSC211287.092061.31673.21967814158加强监控XYBSC221329.299931.31728.08990914174

XYBSC231053.123871.31369.06103114324

XYBSC24968.48151.31259.0259514460

XYBSC25924.669381.31202.07019414190

LAC话务安全

根据2007年中秋期间网络各BSC话务量增长情况，全网在双节