2G/3G互操作中的信令互通

隨著下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)備的逐漸成熟，3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正成為熱點(diǎn)，但是GSM網(wǎng)絡(luò)在中國(guó)已經(jīng)發(fā)展多年，當(dāng)前GSM網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)已經(jīng)相當(dāng)成熟，具有良好的覆蓋性和穩(wěn)定性。同時(shí)，中國(guó)移動(dòng)電話的滲透率還相當(dāng)?shù)停瑑H25%左右。隨著經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展，新增移動(dòng)用戶還將繼續(xù)發(fā)展，未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，語(yǔ)音業(yè)務(wù)仍將是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的主要收入來(lái)源。

現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)在未來(lái)仍會(huì)是良好的語(yǔ)音業(yè)務(wù)承載網(wǎng)，是一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。無(wú)論是從技術(shù)發(fā)展、用戶需求、網(wǎng)絡(luò)承載能力以及全球的漫游，還是從自身網(wǎng)絡(luò)投資保護(hù)的角度考慮，GSM網(wǎng)絡(luò)仍然具有存在價(jià)值。未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)GSM與WCDMA是和諧共存、共同發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)。

下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)是以IP為基礎(chǔ)的，無(wú)論是軟交換體系結(jié)構(gòu)還是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)都采用基于IP的分組交換網(wǎng)絡(luò)。但是3G網(wǎng)絡(luò)向全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，因此未來(lái)的3G信令網(wǎng)在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)將面臨基于電路交換的No.7信令和基于IP網(wǎng)的信令互通的問(wèn)題。

1、3G核心網(wǎng)相關(guān)信令

2G和3G網(wǎng)絡(luò)互操作中。分組域核心網(wǎng)是可以共用的，因此在討論信令互通時(shí)，我們主要討論2G核心網(wǎng)的電路域和3G R4的軟交換之間的互通問(wèn)題。圖1為3G R4中軟交換的基本架構(gòu)以及網(wǎng)元之間傳送的協(xié)議。

圖1　3G軟交換核心網(wǎng)相關(guān)信令

在3G網(wǎng)絡(luò)中，軟交換機(jī)內(nèi)部為IP承載，承載信令和語(yǔ)音，在與2G網(wǎng)絡(luò)互通時(shí)，可以通過(guò)獨(dú)立SG完成信令互通，通過(guò)互通網(wǎng)關(guān)完成語(yǔ)音互通，使3G網(wǎng)絡(luò)中的軟交換機(jī)作為純IP業(yè)務(wù)的處理單元。

作為2G/3G互通網(wǎng)關(guān)，MGW的承載需要同時(shí)支持IP和TDM，2G/3G信令互通通過(guò)SG完成，SG可以獨(dú)立設(shè)置，也可以內(nèi)置于SERVER或MGW中，而對(duì)2G、3G網(wǎng)絡(luò)中的信令網(wǎng)結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響。

2、SG的設(shè)置方式與分析比較

3G核心網(wǎng)元和2G核心網(wǎng)元的互通，只能采用ISUP/TDM方式。由于R4網(wǎng)內(nèi)采用BICC over IP方式，而2G網(wǎng)內(nèi)采用ISUP over TDM方式，那么就需要信令網(wǎng)關(guān)SG進(jìn)行協(xié)議的轉(zhuǎn)換，至于SG的設(shè)置，存在如下幾種模式：

（1）設(shè)置獨(dú)立SG，實(shí)現(xiàn)2G/3G的互通；

（2）SG和MGW合設(shè)，實(shí)現(xiàn)IP信令和SS7的互通；

（3）SG和MSC Server合設(shè)，同時(shí)支持SS7 over TDM和IP信令消息。
　　上面三種模式都是可行的，具體組網(wǎng)可以根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)情形靈活選擇。下面就這幾種模式特點(diǎn)分別進(jìn)行闡述。

獨(dú)立SG（如圖2所示）是傳統(tǒng)7號(hào)信令網(wǎng)和SIGTRAN信令網(wǎng)的互通設(shè)備，它支持MTP3到M3UA/SCTP/IP的協(xié)議轉(zhuǎn)換，獨(dú)立SG的特點(diǎn)是組網(wǎng)靈活、處理能力強(qiáng)。建議將呼叫無(wú)關(guān)的信令，例如MSC Server與HLR、SCP之間的MAP、CAP信令放在獨(dú)立SG上轉(zhuǎn)接。獨(dú)立SG設(shè)備可以和STP合設(shè)，支持基于SIGTRAN信令的STP功能（即IP STP），支持SCCP GT翻譯功能。3G R4與2G、PSTN的ISUP信令互通不建議通過(guò)新建獨(dú)立SG方式。而建議通過(guò)下面（G）MSC-Server內(nèi)置或（G）MGW直接內(nèi)置SG兩種方式實(shí)現(xiàn)。

圖2　模式1：獨(dú)立設(shè)置SG

MGW內(nèi)置SG模式（如圖3所示）。即信令回程方式，比較適合R4網(wǎng)絡(luò)與2G網(wǎng)絡(luò)的ISUP信令互通。因?yàn)樵赗4本地組網(wǎng)下。MSC Server集中放置，而2G網(wǎng)絡(luò)的MGW幾乎分布于所有地市，那么通過(guò)G-MGW內(nèi)置信令網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)，就可以節(jié)省2G GMSC到R4 GMSC Server的長(zhǎng)途鏈路。在實(shí)際的組網(wǎng)中，建議采用此方式實(shí)現(xiàn)到2G的ISUP互通。

圖3　模式2：SG與MGW合設(shè)

MSC Server內(nèi)置SG方式（如圖4所示），符合R4信令與媒體分離的原則，但缺點(diǎn)是需要建立2G GMSC到R4 GMSC Server間的長(zhǎng)途鏈路。不建議采用該方式。

圖4　模式3：SG與MSC Server合設(shè)

綜上所述，對(duì)于信令網(wǎng)關(guān)（SG）的設(shè)置，在R4引入初期業(yè)務(wù)量不大的時(shí)候，可以考慮SG與MGW合設(shè)的方式，當(dāng)信令業(yè)務(wù)量增大時(shí)再考慮設(shè)置獨(dú)立的SG。

3、SIGTRAN標(biāo)準(zhǔn)

SG中主要采用IETF制定的SIGTRAN協(xié)議解決承載轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。SIGTRAN協(xié)議是支持通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)傳輸No.7信令協(xié)議的協(xié)議棧，該協(xié)議棧支持No.7信令協(xié)議分層模型定義中的層間標(biāo)準(zhǔn)原語(yǔ)接口，從而保證已有的No.7信令應(yīng)用可以未經(jīng)修改就使用，同時(shí)也利用標(biāo)準(zhǔn)的IP傳輸協(xié)議作為傳輸?shù)讓�，通過(guò)增加自身的功能來(lái)滿足No.7信令的特殊傳輸要求。

SIGTRAN的協(xié)議結(jié)構(gòu)包括3個(gè)組件：標(biāo)準(zhǔn)的IP傳送協(xié)議、通用的信令傳輸協(xié)議和No.7信令適配子層。

如圖5所示，SIGTRAN協(xié)議底層為傳輸層流控制傳送協(xié)議（SCTP）。SCTP主要用來(lái)在IP網(wǎng)中傳送七號(hào)信令消息，該協(xié)議用來(lái)在IP網(wǎng)中提供可靠的數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，完成偶聯(lián)的啟動(dòng)和拆除、多數(shù)據(jù)流的順序傳送、用戶數(shù)據(jù)分段、差錯(cuò)控制、數(shù)據(jù)塊綁定、路徑管理等功能。SIGTRAN協(xié)議上層為適配層（UA協(xié)議），IETF定義了M2UA、M2PA、M3UA和SUA等，這些適配協(xié)議分別有不同的應(yīng)用場(chǎng)合，下面分別就幾種適配子層協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行分析。

圖5　SIGTRAN的協(xié)議結(jié)構(gòu)

（1）M3UA

M3UA為SS7 MTP3用戶適配層，為處于IP網(wǎng)中的MTP3用戶和處于網(wǎng)絡(luò)邊緣的MTP3提供原語(yǔ)通信服務(wù)，實(shí)現(xiàn)TDM SS7和IP互通，需要信令點(diǎn)編碼。具體如圖6所示。

圖6　使用M3UA實(shí)現(xiàn)SS7和IP互通

優(yōu)點(diǎn)
　　可以是代理信令點(diǎn)方式（信令網(wǎng)關(guān)和SEP共享信令點(diǎn)碼），或信令轉(zhuǎn)接方式（信令網(wǎng)關(guān)擁有自己獨(dú)立的信令點(diǎn)碼）。在轉(zhuǎn)接方式下，SEP可以通過(guò)兩個(gè)信令網(wǎng)關(guān)和No.7信令互通。信令網(wǎng)關(guān)可以和STP設(shè)備一樣成對(duì)使用，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級(jí)的備份，大大提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

M3UA是3GPP建議采用的SIGTRAN協(xié)議，是目前廠家廣泛支持的技術(shù)。M3UA能同時(shí)支持目前所有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括BICC、ISUP、MAP和CAP。

缺點(diǎn)
　　在代理方式下，由于MTP3層無(wú)法區(qū)分兩個(gè)具備相同信令點(diǎn)碼的點(diǎn)，使用M3UA協(xié)議時(shí)，SEP有且只有一個(gè)信令網(wǎng)關(guān)作其代理（對(duì)一個(gè)特定的信令點(diǎn)），存在著明顯的網(wǎng)絡(luò)單點(diǎn)故障。

傳統(tǒng)No.7信令網(wǎng)MTP3在鏈路故障和路由故障過(guò)程中，有一整套的倒換倒回機(jī)制，但M3UA協(xié)議基本上沒(méi)有，因此M3UA的連接故障可能會(huì)造成消息丟失。

M3UA是一種落地協(xié)議，不能再轉(zhuǎn)發(fā)。主要是針對(duì)SG應(yīng)用設(shè)計(jì)的，只能進(jìn)行一跳的信令轉(zhuǎn)接，適合作為邊緣接入?yún)f(xié)議。

應(yīng)用分析
　　M3UA基于SCTP協(xié)議，SCTP用于保證鏈路的可靠性，而MTP3的機(jī)制則是用于保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。對(duì)于SCTP而言，其Multihoming機(jī)制只能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的相同偶聯(lián)的不同路徑之間的業(yè)務(wù)切換，無(wú)法將業(yè)務(wù)切換到其他偶聯(lián)上，所以當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)故障導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)間的偶聯(lián)發(fā)生故障時(shí)，SCTP協(xié)議不能保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性，會(huì)有消息丟失。但M3UA提供了強(qiáng)大的選路功能（如根據(jù)DPC、SI、OPC、CIC等），較完善的信令網(wǎng)管理功能，并且具備較強(qiáng)的組網(wǎng)能力。因此，M3UA是SIGTRAN協(xié)議棧中，IPSTP與IPSEP（HL，SCP）信令互連時(shí)的主要協(xié)議，應(yīng)用于邊緣接入。

（2）M2UA

M2UA為SS7 MTP2用戶適配層，M2UA終結(jié)MTP2于分組網(wǎng)邊緣SG，透?jìng)鱉TP2的用戶消息（MTP3消息）。IP信令點(diǎn)和信令網(wǎng)關(guān)之間不是一個(gè)SS7信令鏈路，只是MTP2的延伸和拉遠(yuǎn)。信令網(wǎng)關(guān)不包含MTP3的功能，使用M2UA的SG僅充當(dāng)一個(gè)No.7信令鏈路與IP連接之間的一個(gè)交叉連接設(shè)備。此時(shí)SG不屬于No.7信令網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)，它只完成窄帶No.7信令鏈路與IP No.7信令網(wǎng)鏈路的轉(zhuǎn)換。具體如圖7所示。

圖7　使用M2UA實(shí)現(xiàn)SS7和IP互通

優(yōu)點(diǎn)
　　可以節(jié)約信令點(diǎn)碼，信令點(diǎn)碼在IP SEP上，易于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署。

M2UA可以認(rèn)為處于鏈路層，單單從協(xié)議本身來(lái)看，M2UA比較簡(jiǎn)單，互通對(duì)接容易。

缺點(diǎn)
　　一個(gè)信令網(wǎng)關(guān)固定對(duì)應(yīng)著某個(gè)SEP的一部分鏈路資源。信令網(wǎng)關(guān)之間只能實(shí)現(xiàn)資源的分布，無(wú)法實(shí)現(xiàn)主備用或負(fù)載分擔(dān)。

智能化低、不利于管理。

應(yīng)用分析
　　M2UA是一種直連方式的No.7信令與IP互通的協(xié)議。這種組網(wǎng)模式在容量較大時(shí)，會(huì)造成SEP的數(shù)據(jù)復(fù)雜（直連鏈路多）、擴(kuò)展性差等明顯缺點(diǎn)。所以一般應(yīng)用于信令回程。

（3）M2PA

M2PA是鏈路層的對(duì)等適配協(xié)議，其間傳遞的不再是層間原語(yǔ)，而是信令消息。信令網(wǎng)關(guān)具備MTP3功能，是No.7信令網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)，具有No.7信令點(diǎn)編碼。具體如圖8所示。

圖8　使用M2PA實(shí)現(xiàn)SS7和IP互通

優(yōu)點(diǎn)
　　信令網(wǎng)關(guān)可以和STP設(shè)備一樣成對(duì)使用，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級(jí)的備份，大大提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

M2PA僅僅是鏈路層的對(duì)等適配協(xié)議，M2PA并不將MTP2實(shí)例和MTP3實(shí)例通過(guò)IP網(wǎng)拉遠(yuǎn)，而是用IP鏈路替代MTP2鏈路，即相當(dāng)于更換了信令的承載層。所以使用M2PA在組網(wǎng)和尋址方面仍可以沿用傳統(tǒng)的基于TDM的SS7的建網(wǎng)思路。在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部使用M2PA可以沿用成熟的SS7建網(wǎng)原則，風(fēng)險(xiǎn)小，可靠性高。

基于M2PA的IP信令鏈路，在IP信令網(wǎng)中保留MTP3功能可以繼承原有的信令網(wǎng)管理和維護(hù)體制，通過(guò)MTP3提供基于鏈路的信令網(wǎng)管理功能，支持信令鏈路的故障倒換功能，在網(wǎng)絡(luò)管理、安全冗余等方面具有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)利用了基于IP的信令傳送，降低了信令消息的傳送成本，更適合作為IP STP間的SIGTRAN協(xié)議。

缺點(diǎn)
　　只是實(shí)現(xiàn)了No.7信令在IP上的承載，與M3UA相比，不能進(jìn)行功能上的擴(kuò)展。

應(yīng)用分析
　　由于M2PA僅僅是替換了MTP2，對(duì)No.7信令網(wǎng)的MTP3沒(méi)有任何變化。因此M2PA是目前SIGTRAN協(xié)議棧中惟一適合SG/IPSTP間信令互連的協(xié)議。

（4）SUA

SUA被定義為基于SCTP/IP傳輸，傳送SCCP用戶部分（RANAP/MAP/CAP）的適配協(xié)議。SUA提供的業(yè)務(wù)如下：

支持對(duì)SCCP用戶部分的消息的傳送；
支持SCCP無(wú)連接業(yè)務(wù)；
支持SCCP面向連接的業(yè)務(wù)；
支持SCCP用戶協(xié)議的對(duì)等層間的無(wú)縫操作。
　　采用SUA與傳統(tǒng)SS7信令網(wǎng)的互通結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9　使用M2PA實(shí)現(xiàn)SS7和IP互通

SUA適配協(xié)議減少了IP信令結(jié)構(gòu)的層次，并且利用全局碼（GT）和IP地址進(jìn)行尋址，不需要信令點(diǎn)編碼。但是，它支持RANAP/MAP/CAP等協(xié)議的適配，不支持ISUP協(xié)議的適配。

（5）總結(jié)

信令承載在IP上是未來(lái)信令網(wǎng)的發(fā)展方向，因此應(yīng)該發(fā)展端到端的IP信令傳輸網(wǎng)絡(luò)。在當(dāng)前的技術(shù)條件下，我們認(rèn)為邊緣接入采用M3UA，核心采用M2PA是一種可行的方案，IP信令網(wǎng)的組織形式如圖10所示。

圖10　IP信令網(wǎng)的組織形式

移動(dòng)IP信令網(wǎng)應(yīng)采用分層結(jié)構(gòu)，IP STP間的首選協(xié)議為MTP3/M2PA/SCTP/IP，IP SP與IP STP的首選協(xié)議為M3UA/SCTP/IP。而M2UA由于只能使用直連方式，智能化低、不利于管理，是用于容量小。無(wú)需太大擴(kuò)展性的信令回程方式的組網(wǎng)中。還支持SUA協(xié)議，SUA定義了如何在兩個(gè)信令端點(diǎn)間通過(guò)IP來(lái)傳送SCCP用戶消息或者3G網(wǎng)絡(luò)協(xié)議消息，它不僅可以通過(guò)SG實(shí)現(xiàn)No.7信令與IP的互通，還可以實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)內(nèi)兩個(gè)IP SP的互通。

4、2G/3G信令互通

在3G建網(wǎng)初期，考慮到信令安全的重要性，全國(guó)性IP信令組網(wǎng)還沒(méi)有得到很好的驗(yàn)證。目前還沒(méi)有運(yùn)營(yíng)實(shí)例，因此建議采用2G現(xiàn)有的TDM信令匯接網(wǎng)，這樣可以繼承TDM傳送7號(hào)信令的可靠?jī)?yōu)勢(shì)。也就是3G核心網(wǎng)電路域與2G共用現(xiàn)有的GSM 7號(hào)信令網(wǎng)絡(luò)，3G核心網(wǎng)電路域網(wǎng)元（G）MSC Server/VLR/SSP、HLR/AUC作為信令點(diǎn)SP直接接入7號(hào)信令網(wǎng)，完成MAP、CAP信令的傳送。

WCDMA網(wǎng)絡(luò)與GSM網(wǎng)絡(luò)信令網(wǎng)互通，可以分為以下幾種情況。

（1）對(duì)于3G端局MGW與轄區(qū)內(nèi)TDM交換機(jī)之間有TDM直達(dá)電路的情況，通過(guò)該TDM直達(dá)電路疏通。其信令路由為：

3G端局MSC Server（經(jīng)3G端局MGW的內(nèi)置SG轉(zhuǎn)接）2G MSC或GMSC

（2）對(duì)于3G端局MGW與轄區(qū)內(nèi)TDM交換機(jī)之間沒(méi)有TDM直達(dá)電路的情況，通過(guò)互通IW-MSC Server/GMWG疏通。其信令路由為：

3G端局MSC ServerIW-MSC Server（經(jīng)IW-MGW的內(nèi)置SG轉(zhuǎn)接）2G MSC或GMSC

（3）對(duì)于3G端局MGW與轄區(qū)之外TDM網(wǎng)之間的互通話務(wù)，按“就遠(yuǎn)出R4網(wǎng)、就近入R4網(wǎng)”的原則，匯聚到TDM網(wǎng)一側(cè)所對(duì)應(yīng)的互通IW-MSC Server/IW-MGW。由該IW-MSC Server/IW-MGW負(fù)責(zé)疏通。其信令路由如下。

對(duì)于省內(nèi)呼叫或不引入CMN時(shí)的省際呼叫：
　　3G端局MSC Server IW-MSC Server（經(jīng)IW-MGW的內(nèi)置SG轉(zhuǎn)接）2G MSC或GMSC

對(duì)于引入CMN時(shí)的省際呼叫：
　　3G端局MSC ServerCMNIW-MSC Server（經(jīng)IW-MGW的內(nèi)置SG轉(zhuǎn)接）2G MSC或GMSC

注：若按大區(qū)方式引入CMN節(jié)點(diǎn)，對(duì)于大區(qū)之間的省際呼叫，BICC信令需經(jīng)兩個(gè)CMN節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)接。

（4）對(duì)于IW-MGW轄區(qū)內(nèi)的某本地網(wǎng)沒(méi)有可承擔(dān)本地匯接話務(wù)GMSC的情況，或?qū)τ贗W-MGW與轄區(qū)內(nèi)某本地網(wǎng)總的互通話務(wù)量都很小、與任一TDM交換機(jī)都不具備設(shè)置TDM直達(dá)電路條件的情況，IW-MGW通過(guò)與相應(yīng)TMSC之間的直達(dá)低呼損電路疏通IW-MGW與該本地網(wǎng)TDM交換機(jī)之間的互通話務(wù)。該信令路由為：

IW-MSC Server（經(jīng)IW-MGW的內(nèi)置SG轉(zhuǎn)接）TMSC 2G MSC或GMSC。

對(duì)于3G網(wǎng)絡(luò)與其他運(yùn)營(yíng)商PSTN/PLMN網(wǎng)絡(luò)之間的互通話務(wù)，按以上第（1）～（4）條的原則路由到關(guān)口局GMSC后實(shí)現(xiàn)與其他運(yùn)營(yíng)商PSTN/LMN的互聯(lián)互通。

5、結(jié)束語(yǔ)

信令網(wǎng)是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分。構(gòu)建新一代信令網(wǎng)用以滿足用戶數(shù)量的增長(zhǎng)和業(yè)務(wù)革新的需要。信令網(wǎng)的建設(shè)必須考慮可操作性、可擴(kuò)展性、信令路由以及網(wǎng)絡(luò)冗余。而信令網(wǎng)從TDM過(guò)渡為IP，將進(jìn)一步減少TDM傳輸資源，統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和結(jié)構(gòu)。因此，采用SIGTRAN技術(shù)構(gòu)建新一代IP信令網(wǎng)，解決好2G/3G信令互通問(wèn)題，進(jìn)一步簡(jiǎn)化信令網(wǎng)結(jié)構(gòu)，不僅有利于提高信令容量，降低信令傳輸成本，還有利于網(wǎng)絡(luò)向融合的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。