摘要　本文就WCDMA R4版本核心網體系結構進行了介紹，詳細分析了R4核心網分組域的演進，最后提出了分組域規劃中網元設置、帶寬計算的方法。

1、引言

　　目前3GPP已經定義了WCDMA R99、R4、R5、R6等多個版本，主流廠家的WCDMA R4產品已趨于成熟，并且引入了軟交換的概念，目前國內各運營商WCDMA規劃都是基于R4版本的。

2、R4核心網體系結構

　　核心網絡由PS（Packet Switching）域和CS（Circuit Switching）域組成，CS域基本上采用電路交換方式。R4主要對CS域進行改造，把R99 MSC（Mobile Switch Center）分裂為MSC Server和媒體網關MGW（Media GateWay），引入了軟交換的概念，實現控制與承載分離。

　　下面主要研究R4版本核心網分組域的規劃，首先來看一下分組域在核心網中的位置，如圖1所示，WCDMA R4核心網體系結構。

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圖1　WCDMA R4核心網網絡架構

　　WCDMA R4核心網中主要網元：

　　（1）CS域：包括MSC服務器（MSC Server）、媒體網關（MGW）、GMSC服務器（GMSC Server）等。

　　（2）PS域：主要包括服務GPRS支持節點（SGSN）、網關GPRS支持節點（GGSN）等。

　　（3）CS域和PS域共有：歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權中心（AuC）等。

　　下面詳細介紹分組域中的主要網元及接口：

　　SGSN：服務GPRS支持節點，SGSN提供核心網與無線接入系統BSS、RNS的連接，在核心網內，SGSN與GGSN/GMSC/HLR/EIR/SCP等均有接口。SGSN完成分組型數據業務的移動性管理、會話管理等，功能管理MS在移動網絡內的移動和通信業務，并提供計費信息。

　　GGSN：網關GPRS支持節點，GGSN作為移動通信系統與其他公用數據網之間的接口，同時還具有查詢位置信息的功能。如MS被呼時，數據先到GGSN，再由GGSN向HLR查詢用戶的當前位置信息，然后將呼叫轉接到目前登記的SGSN中。GGSN也提供計費接口。

　　Gi接口：GGSN與Internet的接口，基于TCP/IP協議實現外部分組網絡的互聯功能，其內容為媒體流。

　　Gn接口：同一PLMN內兩個GSN之間的信令接口，在此接口中采用了GPRS隧道協議GTP（GPRS Tunneling Protocol）。

　　Gs接口：SGSN和MSC Server之間的接口，采用基于No.7信令（使用無連接的SCCP，沒有TCAP）的BSSAP+協議來完成信令互通的功能，SGSN向MSC Server發送移動用戶的位置信息，同時接收MSC Server的尋呼請求。

　　Gr接口：SGSN與歸屬位置寄存器HLR之間的接口，SGSN通過此接口獲取HLR中的用戶信息，采用基于No.7信令系統中的MAP協議實現。

　　Iu-PS接口：SGSN與RNC之間的接口，用于傳送會話管理信息和移動性管理信息。

3、核心網分組域的演進

　　核心網分組域在網絡演進過程中保持了設備形態和設備功能的穩定性、延續性，提供了設備平滑演進的基礎。未來無線數據業務的巨大發展潛力，要求分組域設備處理能力呈幾何級翻番，處理能力將成為分組域設備平滑演進的關鍵。

　　R99/R4核心網分組域架構和GPRS保持一致，核心網分組域和接入網之間引入基于ATM承載的Iu-PS接口，如圖2所示。

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圖2　核心網分組域的演進

　　移動核心網絡分組域核心網絡的演進比較平坦，短期內可實現GPRS與WCDMA分組核心網絡的融合。

4、核心網分組域的建設模式

　　對于R4分組域核心網的演進一般有兩種演進模式，如圖3所示。

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圖3　分組域核心網演進的兩種組網形態

　　4.1　合建模式

　　對現有GSM/GPRS網中的SGSN、GGSN，進行軟、硬件升級改造，支持Iu-PS接口，并對GPRS網中的相關設備進行相應的軟件升級。用一個設備同時提供2G/3G接口，同時為2G/3G用戶提供業務。

　　優點：分組域網絡統一，結構清晰；充分利用GPRS網絡資源，節省網絡投資；提高系統間數據切換成功率。

　　缺點：部分現網分組域設備系統容量小，技術起點低，沒有持續演進能力。

　　適用范圍：3G業務量不大，系統有容量的地區；廠家設備支持升級。

　　4.2　分建模式

　　新建R4 SGSN、GGSN，2G/3G用戶業務由2G和3G設備分別提供，部分設備仍需要具有同時支持2G/3G業務的能力。

　　優點：對現網影響較小；工程實施相對簡單。

　　缺點：核心網分組域劃分為兩張網，網絡資源不能共享；初期投資較大。

　　適用范圍：3G業務量較大，系統沒有容量的地區；廠家設備不支持升級。

　　技術的發展趨勢上看，GPRS和WCDMA PS的核心技術發展是完全一致的，標準也完全融合，因此合建方案在技術上不存在任何問題。

　　從網絡業務發展趨勢上看，GPRS作為3G的鋪墊，網絡不可能永久地停留在GPRS階段，GPRS向3G發展是必然的。從長遠性來講，GPRS和WCDMA PS二者是融合性的。

5、分組域網元設置原則

　　分組域網元設置

　　主要指GGSN、SGSN的設置，GGSN和SGSN可以設置在同一地點，也可以分開設置，一般按省考慮。

　　5.1　SGSN設置原則

　　SGSN應根據業務量大小和分布情況，可以在每個省以至每個本地網中設置一個或若干個SGSN，一個SGSN可以服務于一個或若干個本地網。

　　在規劃期內，建議以省為單位設置SGSN。SGSN設置盡量貼近用戶側設置，但當SGSN數目較少時可采用與GGSN放在同一機房的子網中。

　　5.2　GGSN設置原則

　　省層面的GGSN按省、自治區、直轄市設置。對于業務量較大的省，可以在省內設置多套GGSN，這些GGSN采取輪詢的方式選擇GGSN，即每個GGSN分別與省內的SGSN呈星形連接，以保證GGSN負載均衡和冗余備份。

　　5.3　SGSN/GGSN的連接

　　（1）SGSN與GGSN位于同一節點時，Gn通過局域網連接；

　　（2）位于不同節點，通過承載網連接；建議運營商使用現有的網絡實現承載。若采用IP承載網，建議在Gn接口處設置防火墻：在各個節點局域網與現有IP網連接處設置防火墻，通過地址過濾和端口過濾方式保證Gn接口安全。

6、接口帶寬計算

　　分組域規劃設計中，比較重要的一環就是要對各接口帶寬進行計算，下面列出了分組域中比較重要的接口的計算方法。

　　6.1　Gi接口

　　Gi接口帶寬=用戶數×忙時附著用戶比例×忙時用戶集中系數×每用戶忙時平均分組業務量×承載網所需要的冗余系數

　　（1）忙時附著用戶比例：指忙時開機的用戶中手機具有GPRS功能、并被允許使用分組業務占所有用戶數的比例，該比例對SGSN的數量有直接的影響。

　　該比例受用戶未開機、用戶未開通分組業務，部分終端支持關閉GPRS、低端手機不支持GPRS功能等因素影響。

　　（2）忙時用戶集中系數：指忙時附著用戶中同時激活PDP的比例，該比例和忙時用戶附著比例的乘積對GGSN的數量有直接的影響。

　　該比例受用戶對數據業務的使用程度影響。

　　6.2　Gn接口

　　Gn接口帶寬=用戶數×忙時附著用戶比例×忙時用戶集中系數×每用戶忙時平均分組業務量×承載網所需要的冗余系數×（IP包平均長度+GTP頭長度+UDP包頭長度+IP包頭長度）/IP包平均長度。

　　6.3　Gs接口

　　忙時Gs信令流量=用戶數×忙時用戶附著比例×（忙時用戶Attach次數×聯合位置更新比例×GPRS聯合位置更新平均消息長度+每用戶MM消息次數×平均消息長度+每用戶MS消息次數×平均消息長度+每用戶非GPRS提醒次數×平均消息長度+CS發來的用戶尋呼次數×平均消息長度+RA/LA聯合位置更新次數×平均消息長度）

　　6.4　Gr接口

　　忙時Gr信令流量=忙時附著用戶數量×（忙時用戶鑒權次數×平均消息長度+忙時用戶attach次數×平均消息長度+忙時用戶SGSN間路由區更新次數×平均消息長度+忙時用戶detach次數×平均消息長度+HLR插入刪除用戶數據×平均消息長度）

　　Gs、Gr接口既可以在TDM承載也可以在IP承載，不同承載方式的接口計算稍有不同，這里不再贅述。

7、結束語

　　WCDMA R4核心網分組域建設是一個相對平滑的演進過程，從2G向3G的過渡階段，一定要保證現網業務的安全，采用最合理的核心網規劃設置方案，保護現網資源，節省建設投資，避免造成不必要的浪費。