WCDMA R4核心网组网方案
摘要 目前，wcdma系统已有r99、r4、r5三个版本完成了定稿，r5版本有待检验和完善，从未来的技术发展趋势分析，基于r4标准的技术更加完善、更具优势。从电路域和分组域的角度剖析了wcdma r4的核心网组网方案，展现了在3g网络建设初期核心网的完整解决方案，对运营商实现从2g网络向3g网络的平滑过渡有一定的指导意义。
1、r4核心网电路域组网方案
1.1 电路域承载方式的选择
根据r4版本的情况，电路域的承载方式主要有时分复用（tdm）方式、ip方式以及异步传输（atm）方式，对于移动通信运营商，电路域承载方式主要有如下两种方案：
方案一：采用目前的tdm方式进行承载；
方案二：采用目前软交换网的ip承载网延伸到省内，或者另外新建一个ip承载网。
采用tdm承载方式的好处是基于tdm的话路质量经过现网的考验，成熟稳定，并且现网的设备可利用度大；采用ip承载方式的好处是便于向未来的网络演进，较好地解决了传输资源的利用度问题，但其话音质量需要验证，并且增加了建设ip延伸段的费用。考虑到未来发展的趋势，r4电路域承载方式按照ip承载考虑。
1.2 话路网组网方案
1.2.1 本地话路网组网
（1）网内：同一本地网内设有多个媒体网关（mgw）时，直接通过ip网网状互连。
（2）网间：对3g用户与2g用户、其他运营商用户间的本地话务疏通，根据mgw的设置情况有两种疏通方式：
方式一：设有mgw的本地网。
mgw与所辖区域的2g移动交换中心（msc）、网关移动交换中心（gmsc）设置直达中继；另外对本地网局所较多的地市，也可考虑通过gmsc或者汇接移动交换中心（tmsc）进行转接。
对于大本地网，如果采用网状网相连，这种组织结构比较浪费msc的端口资源，另外局数据的设置比较复杂，建议考虑改造为通过本地汇接局或者关口局转接。因此对于大本地网新建的3g-mgw，建议通过转接的方式与2g-msc进行连接，主要有四种方案：
方案一：通过二级汇接局进行转接；
方案二：通过本地网网关局进行转接；
方案三：新建专用软交换本地汇接局。
方案一和方案二的情况基本上属于同一类型，采用方案一或者方案二主要取决于转接设备的端口造价和使用习惯。
方案三的好处是充分考虑了使用ip承载网，对3g-mgw部分可直接通过ip网转接，另外下一步也可考虑把该本地网所有的mse进行组网方案的调整。
方式二：未设置mgw的本地网（同时参见1.2.2长途话路网组织）。
2g-msc/gmsc与其辖区的mgw间首先考虑通过tmg（或者tmsc2）转接。当其间话务量超过46erl（2e1）时，可考虑设置直达中继。
1.2.2 长途话路网组织
（1）网内：3g用户间的长途话务，通过本地mgw与省内其他本地网mgw、外省mgw经ip承载网直接疏通。
（2）网间：3g用户与2g用户及其他运营商用户间的长途话务，有三种疏通方式。
方式一：3g mgw仍采用tdm方式接入现有汇接网，由汇接网来疏通，遵循现有汇接网网路组织原则，见图1。
图1 长途组网方式一
方式二：利用软交换汇接网，3g mgw与软交换汇接设备间采用ip承载方式，2g网元则仍以tdm方式接入软交换汇接网，来转接网间的长途话务，见图2。
图2 长途组网方式二
方式三：2g与3g之间的长途话务通过3g网疏通，即将话务在发端就近接入3g网内，通过3g mgw经ip承载网至收端地3g mgw，再至收端2g网或其他运营商网。如果2g-msc/gmsc与3g-mgw没有直联，仍通过tmg转接，同方式二，见图3。
图3 长途组网方式三
对于方式一来说，仍采用现有汇接网进行汇接，与未来尽量利用ip网络进行承载的方向相违背，下面主要探讨方式二和方式三。
方式二网络层次清晰，可充分发挥tmg的作用；数据设置相对简单，以后由于mgw的变化，数据设置工作主要在tmg部分。
方式三网络层次不够清晰，数据设置相对复杂。尤其在3g网络建设初期，网元调整动作较多，可能会频繁地修改归属关系和数据。这种方式的好处是可尽量利用ip网络进行承载、节省传输。
因此建议wcdma网络建设初期采用方式二，以后逐步采用方式三就近接入3g网络进行承载（中后期上mgw的地市考虑就近接入2g msc和gmsc）。
1.3 信令网组网方案
信令网的网络结构和及承载方式密切相关，不同的承载方式带来不同的组网方式。3gpp r4版本网络中的信令主要包括：bicc信令、map信令、cap信令以及msc服务器与mgw之间的h.248协议。根据不同的信令采用不同的承载方式。
1.3.1 map/cap信令承载网
根据r4的定义，map信令有三种承载方式：基于七号信令网、atm网或ip网。因此对于map/cap信令的疏通可以考虑两个方案：
方案一：利用现有的七号信令网；
方案二：利用3g专用ip承载网，新建基于ip网的stp设备，疏通map/cap消息。
移动通信运营商拥有一个稳定、成熟的七号信令网，建网初期建议采用方案一，即3g map消息通过七号信令网疏通。其组网方式与现有的no.7信令网组网方式相同。为简化信令数据，3g网内的map消息，不分省际、省内、本地均可采用gt寻址方式，msc服务器初期可只与stp相连，msc、hlr、scp等网元间的消息均采用准直联方式。为缓解stp的压力，也可考虑msc服务器与设备设置所在地的hlr进行直联，与其他hlr及3g网元的连接则通过stp转接。随着技术的成熟，逐步将map信令通过ip承载网疏通。
1.3.2 bicc信令承载网
bicc信令的承载也有三种方式：基于七号信令网、atm网或ip网。与map消息不同的是，现有的七号信令网不支持bicc信令，同时bicc信令基于ip网承载的先例已经在移动通信运营商长途软交换网中付诸实施，因此建议bicc信令的承载与话路的承载网一致。基于ip网承载。
省内msc服务器间的bicc信令直接通过ip网承载，省际msc服务器之间考虑到局数据的复杂性，可利用目前软交换汇接网的tmsc服务器，将外省的数据交由tmsc服务器分析。
1.3.3 h.248信令承载网
h.248信令的承载有atm网或ip网两种方式。
由于h.248信令仅用于msc服务器与其管辖的mgw之间，因此建议h.248信令的承载与话路的承载网一致，即：基于ip网承载。
1.3.4 2g msc、gmsc与3g msc服务器之间的isup消息
2g msc、gmsc与3g msc服务器之间的isup消息，可有如下方式：
方式一：2g msc与3g msc服务器通过tdm方式直联，疏通其isup消息；
方式二：2g msc与3g msc服务器通过与stp间的准直联信令链路疏通isup消息；
方式三：mgw综合信令网关（sg）功能，isup消息通过2g msc与mgw间的话路时隙连到sg，由sg进行底层信令的转换，通过mgw与msc服务器间的ip承载送到msc服务器。
方式一：由于msc服务器存在大容量集中设置的特点，因此必然会浪费传输，同时网络组织比较乱，不适合3g、2g混合组网的情况。
方式二：由于对于3g map消息，考虑的是通过stp疏通，因此msc服务器必然需要与stp有大量的信令链路，而2g msc本身也需要与stp相连，这种方式结构最为清晰，同时iusp消息与map相比也比较小，不会额外对stp增加太大压力。该方案结构清晰，应是首选方案。
方式三：若mgw综合sg功能不需要额外投资，同时msc服务器集中设置，而mgw分散至各个本地网。在这种情况下，采用该方案可以充分利用ip网的资源，同时减少对stp的信令压力，也是一个适合未来发展情况的方案。
map/cap采用方案一（利用现有的七号信令网），isup采用方式二（通过与stp间的准直联信令链路），bicc和h.248按照以上的建议（利用ip承载网），图4为这种情况下的组网方案。
图4 信令网组网方式
2、wcdma r4核心网分组域组网方案
分组域网络组织包括承载网的选择与gn接口的网络组织、gprs网络与数据业务网之间的网络连接、iu接口的网络组织、dns的解析方案、国际漫游的网络组织方案等。
同一节点的核心网设备通过局域网连接，在局域网交换机上划分vlan，区分不同的业务，通常划分为gn vlan、gi vlan、计费vlan、网管vlan，不同的vlan分配不同的网段地址，保证不同层面的业务相对独立，不能通过局域网交换机互相访问，从而确保普通用户不能通过互联网访问计费网络和网管网络。不同节点的核心网设备通过选定的承载网连接，在承载网上采用一定的策略保证安全和网络的相对独立。
2.1 分组域承载网的选择
分组域核心网设备的主要接口为gn和gi，其中gn接口是sgsn和ggsn之间的接口，为gprs网络的内部接口；gi接口是ggsn的一个接口，为gprs网络与数据业务网络之间的接口。
sgsn与ggsn位于同一节点时，gn通过局域网连接；位于不同节点时，通过承载网连接，承载网可以利用ip承载网进行延伸，建设ip专网承载3g分组业务。该方案网络分工清晰，网络间协调工作小，网络安全性好。从投资上看，ip专网投资相对于3g网络核心网、接入网建设投资所占比例很小。同时电路域将建设ip专网，可考虑使用该ip专网同时承载gn部分分组域业务（但会不会影响电路域业务，ip专网怎么使用将是一个问题）。
gi由于需要与外网进行连接，建议仍通过cmnet进行承载。
2.2 dns的解析方案
gprs网中的dns用于gprs网内部的域名解析，负责解析出apn对应的ggsn的ip地址、sgsn逻辑名所对应的ip地址以及gprs网内其它网络节点相关域名所对应的ip地址。
dns一般分根dns和省级dns。两级设置apn或网络节点域名首先由sgsn向拜访省dns请求解析，如果拜访省dns无法解析则送到根dns进行解析，而后根dns向归属省dns请求解析（当归属地为其他运营商时，向grx组织设置的顶级dns请求解析），归属省dns将解析结果返回给根dns，再由根dns返回给归属省dns，最后归属省dns将解析结果返回给sgsn。
以国内某运营商为例，目前全网设置有2个根dns，分别设置在北京和广州，分区管辖、互为备份。根dns负责全网的域名解析，即：通用apn的解析、区域性apn gprs网运营者标识一级的域名解析、gprs网域名下sgsn逻辑名的解析、gprs网域名下gprs网络节点的域名解析。
每省设置至少2个省dns，互为备份、负荷分担，负责本省gprs网内的域名解析，即：通用apn的解析、区域性apn本省标签一级的域名解析、本省sgsn逻辑名的解析和本省gprs网络节点的域名解析。
2.3 分组域的网络组织方案
对于3g版本的分组域，主要增加了3g的sgsn设备，r4版本的sgsn与gsm/gprs网的sgsn所实现的功能和地位基本相同，建议参照gsm/gprs的分组域进行组网。即sgsn与stp相连疏通信令消息，sgsn与ggsn通过gn接口相连，ggsn通过cmnet与外部数据网相连。
某省3g分组域网络组织示意图见图5。
图5 某省移动3g/gprs分组域网络组织示意图
3、结语
通过对电信运营商gsm网络的现状分析，结合未来对3g技术的展望，为合理利用资源、提高投资效益，文章从电路域、分组域的角度剖析了wcdma r4的核心网组网方案，展现了在3g网络建设初期核心网的完整解决方案，对运营商实现从2g网络向3g网络的平滑过渡具有一定的指导意义。
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根据r4版本的情况，电路域的承载方式主要有时分复用（tdm）方式、ip方式以及异步传输（atm）方式，对于移动通信运营商，电路域承载方式主要有如下两种方案：
方案一：采用目前的tdm方式进行承载；
方案二：采用目前软交换网的ip承载网延伸到省内，或者另外新建一个ip承载网。
采用tdm承载方式的好处是基于tdm的话路质量经过现网的考验，成熟稳定，并且现网的设备可利用度大；采用ip承载方式的好处是便于向未来的网络演进，较好地解决了传输资源的利用度问题，但其话音质量需要验证，并且增加了建设ip延伸段的费用。考虑到未来发展的趋势，r4电路域承载方式按照ip承载考虑。
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1.2.1 本地话路网组网
（1）网内：同一本地网内设有多个媒体网关（mgw）时，直接通过ip网网状互连。
（2）网间：对3g用户与2g用户、其他运营商用户间的本地话务疏通，根据mgw的设置情况有两种疏通方式：
方式一：设有mgw的本地网。
mgw与所辖区域的2g移动交换中心（msc）、网关移动交换中心（gmsc）设置直达中继；另外对本地网局所较多的地市，也可考虑通过gmsc或者汇接移动交换中心（tmsc）进行转接。
对于大本地网，如果采用网状网相连，这种组织结构比较浪费msc的端口资源，另外局数据的设置比较复杂，建议考虑改造为通过本地汇接局或者关口局转接。因此对于大本地网新建的3g-mgw，建议通过转接的方式与2g-msc进行连接，主要有四种方案：
方案一：通过二级汇接局进行转接；
方案二：通过本地网网关局进行转接；
方案三：新建专用软交换本地汇接局。
方案一和方案二的情况基本上属于同一类型，采用方案一或者方案二主要取决于转接设备的端口造价和使用习惯。
方案三的好处是充分考虑了使用ip承载网，对3g-mgw部分可直接通过ip网转接，另外下一步也可考虑把该本地网所有的mse进行组网方案的调整。
方式二：未设置mgw的本地网（同时参见1.2.2长途话路网组织）。
2g-msc/gmsc与其辖区的mgw间首先考虑通过tmg（或者tmsc2）转接。当其间话务量超过46erl（2e1）时，可考虑设置直达中继。
1.2.2 长途话路网组织
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（2）网间：3g用户与2g用户及其他运营商用户间的长途话务，有三种疏通方式。
方式一：3g mgw仍采用tdm方式接入现有汇接网，由汇接网来疏通，遵循现有汇接网网路组织原则，见图1。
图1 长途组网方式一
方式二：利用软交换汇接网，3g mgw与软交换汇接设备间采用ip承载方式，2g网元则仍以tdm方式接入软交换汇接网，来转接网间的长途话务，见图2。
图2 长途组网方式二
方式三：2g与3g之间的长途话务通过3g网疏通，即将话务在发端就近接入3g网内，通过3g mgw经ip承载网至收端地3g mgw，再至收端2g网或其他运营商网。如果2g-msc/gmsc与3g-mgw没有直联，仍通过tmg转接，同方式二，见图3。
图3 长途组网方式三
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1.3.2 bicc信令承载网
bicc信令的承载也有三种方式：基于七号信令网、atm网或ip网。与map消息不同的是，现有的七号信令网不支持bicc信令，同时bicc信令基于ip网承载的先例已经在移动通信运营商长途软交换网中付诸实施，因此建议bicc信令的承载与话路的承载网一致。基于ip网承载。
省内msc服务器间的bicc信令直接通过ip网承载，省际msc服务器之间考虑到局数据的复杂性，可利用目前软交换汇接网的tmsc服务器，将外省的数据交由tmsc服务器分析。
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h.248信令的承载有atm网或ip网两种方式。
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方式一：2g msc与3g msc服务器通过tdm方式直联，疏通其isup消息；
方式二：2g msc与3g msc服务器通过与stp间的准直联信令链路疏通isup消息；
方式三：mgw综合信令网关（sg）功能，isup消息通过2g msc与mgw间的话路时隙连到sg，由sg进行底层信令的转换，通过mgw与msc服务器间的ip承载送到msc服务器。
方式一：由于msc服务器存在大容量集中设置的特点，因此必然会浪费传输，同时网络组织比较乱，不适合3g、2g混合组网的情况。
方式二：由于对于3g map消息，考虑的是通过stp疏通，因此msc服务器必然需要与stp有大量的信令链路，而2g msc本身也需要与stp相连，这种方式结构最为清晰，同时iusp消息与map相比也比较小，不会额外对stp增加太大压力。该方案结构清晰，应是首选方案。
方式三：若mgw综合sg功能不需要额外投资，同时msc服务器集中设置，而mgw分散至各个本地网。在这种情况下，采用该方案可以充分利用ip网的资源，同时减少对stp的信令压力，也是一个适合未来发展情况的方案。
map/cap采用方案一（利用现有的七号信令网），isup采用方式二（通过与stp间的准直联信令链路），bicc和h.248按照以上的建议（利用ip承载网），图4为这种情况下的组网方案。
图4 信令网组网方式
2、wcdma r4核心网分组域组网方案
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同一节点的核心网设备通过局域网连接，在局域网交换机上划分vlan，区分不同的业务，通常划分为gn vlan、gi vlan、计费vlan、网管vlan，不同的vlan分配不同的网段地址，保证不同层面的业务相对独立，不能通过局域网交换机互相访问，从而确保普通用户不能通过互联网访问计费网络和网管网络。不同节点的核心网设备通过选定的承载网连接，在承载网上采用一定的策略保证安全和网络的相对独立。
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分组域核心网设备的主要接口为gn和gi，其中gn接口是sgsn和ggsn之间的接口，为gprs网络的内部接口；gi接口是ggsn的一个接口，为gprs网络与数据业务网络之间的接口。
sgsn与ggsn位于同一节点时，gn通过局域网连接；位于不同节点时，通过承载网连接，承载网可以利用ip承载网进行延伸，建设ip专网承载3g分组业务。该方案网络分工清晰，网络间协调工作小，网络安全性好。从投资上看，ip专网投资相对于3g网络核心网、接入网建设投资所占比例很小。同时电路域将建设ip专网，可考虑使用该ip专网同时承载gn部分分组域业务（但会不会影响电路域业务，ip专网怎么使用将是一个问题）。
gi由于需要与外网进行连接，建议仍通过cmnet进行承载。
2.2 dns的解析方案
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以国内某运营商为例，目前全网设置有2个根dns，分别设置在北京和广州，分区管辖、互为备份。根dns负责全网的域名解析，即：通用apn的解析、区域性apn gprs网运营者标识一级的域名解析、gprs网域名下sgsn逻辑名的解析、gprs网域名下gprs网络节点的域名解析。
每省设置至少2个省dns，互为备份、负荷分担，负责本省gprs网内的域名解析，即：通用apn的解析、区域性apn本省标签一级的域名解析、本省sgsn逻辑名的解析和本省gprs网络节点的域名解析。
2.3 分组域的网络组织方案
对于3g版本的分组域，主要增加了3g的sgsn设备，r4版本的sgsn与gsm/gprs网的sgsn所实现的功能和地位基本相同，建议参照gsm/gprs的分组域进行组网。即sgsn与stp相连疏通信令消息，sgsn与ggsn通过gn接口相连，ggsn通过cmnet与外部数据网相连。
某省3g分组域网络组织示意图见图5。
图5 某省移动3g/gprs分组域网络组织示意图
3、结语
通过对电信运营商gsm网络的现状分析，结合未来对3g技术的展望，为合理利用资源、提高投资效益，文章从电路域、分组域的角度剖析了wcdma r4的核心网组网方案，展现了在3g网络建设初期核心网的完整解决方案，对运营商实现从2g网络向3g网络的平滑过渡具有一定的指导意义。
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