第10章 华为WCDMA全网解决方案.docx
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第10章华为WCDMA全网解决方案
第10章华为WCDMA全网解决方案
本章首先介绍WCDMA系统不同版本之间演进过程，使读者对WCDMA制式有总体的认识；接着从具体的网络建设角度出发，介绍了华为WCDMA全网解决方案。
10.1WCDMA演进概述
10.1.1标准进展概述
WCDMA技术从出现以来逐渐演进发展为R99/R4/R5/R6等多个阶段，其中R99协议于2000年3月（3GPP官方说法是1999年12月）冻结功能，经过两年时间的完善，协议已经成熟；R4协议于2001年3月冻结功能，协议已经稳定。
R5协议于2002年3月（部分功能6月）冻结功能。
R6协议预计在2004年12月左右冻结功能。
图10-13G协议的发展趋势
WCDMA系统相对于GSM网络和GPRS网络来说，一个最重要的变化就是无线网络的改变。
WCDMA网络中，使用无线接入系统RAN来取代了GSM中的基站子系统BSS。
R99版本的WCDMA核心网从网络形态上来说，可以看作是GSM的核心网络和GPRS的核心网络的组合。
也即R99的核心网络分为电路域和分组域。
电路域与GSM的核心网构造基本相同，分组域与GPRS的核心网构造基本相同。
R4版本的核心网络相对于R99版本来说，最大的变化就在于R99核心网电路域中MSC网元的功能在R4版本中由MSCServer和MGW来完成。
其中MSCServer处理信令，MGW处理话音。
分组域没有什么变化。
具体可参见第三章系统结构的相关内容。
R4协议的核心网络具有TDM和IP两种组网方式。
采用TDM方式组网时，R4网络的网络规划建设与R99网络有不少相近之处。
比如在建设汇接网络、信令网络等方面，很多考虑都是相同的。
采用IP方式组网的时候，R4的网络规划建设则与R99有了不小的区别。
R5版本的核心网络相对于R4版本来说，多了一个IMS（IP多媒体子系统）域，增加了相应的设备和接口；电路域和分组域的网络结构则没有什么大变化。
同时由于网络功能的增强，部分设备功能也进行了升级。
图10-2R5网络组网图
IMS域同原先的PS/CS域之间的关系为叠加关系。
IMS域主要用来控制用户的业务，用户可以使用PS/CS域的各种接入技术接入IMS域。
将来基于3GPPR5IMS域开发的新业务，将与用户所采用的接入技术无关。
此时无论用户采用何种技术，对于业务开发商来说，业务只须开发一次。
IMS域采用SIP协议作为基本会话协议。
由于采用了SIP协议来统一语音/数据业务会话模型，使得IMS域对于多媒体业务支持更加灵活和简单。
IMS域也提供了丰富的业务开发接口，在基于可信赖的条件下，运营商甚至可以开放会话消息给业务提供商。
因此业务将更加开放和灵活。
10.1.2网络建设思路
建设一个功能强大，性能稳定的WCDMA网络，同时又要充分考虑工程技术难度、资金投入、网络的兼容性与演进性等因素，这将是摆在运营商、设备供应商面前的一个需要不断探讨的问题。
1.建设WCDMA网络
运营商建设一个WCDMA网络，有两种建设思路：
升级和新建。
对于新进入移动领域的运营商来说，自然会采用新建WCDMA网络的思路。
对于GSM、GPRS运营商，需考虑网络的兼容性及漫游等问题，但一般也会选择新建的思路。
下面对比新建和升级两种方案的优劣势：
方案一：
从GSM全面升级到WCDMAR99网络：
该方案通过将全网GSM端局MSC、HLR、GMSC升级为3GMSC、3GHLR、3GGMSC，使得2GGSM网络成为2G/3G共存的网络。
要求：
●升级后的MSC支持同时接入WCDMA和GSM无线网络设备；
●MSC支持基于ATM的Iu接口、TDM的A接口；
●支持AMR语音、支持H.324M多媒体呼叫，TC设备升级；
●支持GSM/WCDMA双重鉴权、3GMAP、内部切换、兼容性等；
●支持CAMEL3增值业务，支持MSCOSA能力开放；
●支持2G/3G计费系统的一体化；
升级方案的优点：
●初期减少MSC局间切换。
升级方案的缺点：
●对现网GSM稳定性有很强的冲击；
●工程量大，兼容性测试困难；
●3G业务更复杂，需要更强的处理能力，升级会导致现网容量的降低；
●影响业务的提供，很难平滑演进，特别是NGN技术、智能业务、第三方应用的提供上无法保证；
●升级成本高，投资大。
3GMSC采用大容量、高集成度的高技术平台，建设成本低于2GMSC，因此原来小容量的2GMSC升级将得不偿失。
●原有计费系统的升级对网络运营的冲击较大；多厂家的互通兼容性、全国漫游等问题需要验证；
该方案对现网的稳定性冲击，业务能力的连续性，业务处理能力、容量、集成度，升级能否无缝平滑GSM-R99-R4-R5-R6过渡等问题，需要全面评估。
2G交换机的传统构架是否满足上述提到的各种要求，无法确认，从而也无法获知对原有GSM设备投资利用率的高低。
方案二：
新建WCDMA网络
该方案即在已有GSM网络基础上，新建3G端局MSC、RAN。
GSM和WCDMA两网之间在一定时期内并存，业务互通，再逐步替代。
对核心网网络设备的要求：
●WCDMARAN、端局MSC新建，支持CAMEL2、3智能业务，支持2G/3G同时接入；
●现网SGSN、GGSN业务量较小，可以升级为3G设备。
兼容GPRS接入和应用，支持CAMEL3智能业务；
●WCDMAHLR酌情考虑，采用升级和新建相结合的策略，由于HLR的数量较少，升级相对而言比较容易；
●TMSC、GMSC骨干核心网共享，GMSC初期不考虑升级，以后可以考虑支持3GMAP、CAP协议，支持3G智能业务的触发；
●2GSS7信令网设备LSTP/HSTP共用；
●2GMSC停止扩容，BSS接入新建的3GMSC。
新建方案的优点：
●作为新建网络，更易于全网统一规划资源和配置，网络结构清晰；
●大容量、少局所，可以简化网络结构，便于实现集中维护和管理；
●测试更方便、更充分；
●实施过程中对现有网络的冲击较小。
新建方案的缺点：
●初期2G和3G之间的系统间切换配合可能存在问题；如果现网厂家不故意设置障碍，则系统间切换问题很容易解决。
2.R99演进到R4
从R99网络演进到R4网络，从协议层面来说，需要把R99中的MSC网元用R4中的MSCServer和MGW来替代。
但是从实现的具体层面来说，前期R99网络的建设思路对演进所需投资的多少以及升级的难度有着密切的联系。
（1）方案一：
从R99网络直接升级到R4网络。
如果R99网络中的MSC网元已经很好地考虑到了信令和话音分开处理的思路的话（也或者说，采用了具备承载和控制分离设计思路的MSC设备来建设R99网络），则不管是从R99升级到TDM组网的R4，甚至是后期升级到采用IP组网的R4，整个升级演进将十分容易，只需对设备进行升级即可。
要求：
●原有的R99设备具备了承载和控制分离的设计思路，可以方便地过渡到R4的体系架构；
●升级后的设备能支持R4网络中的各种信令接口；
该方案优劣对比：
●优点：
网络的升级演进简单，无需采购MSCServer和MGW设备，只需对原有设备进行升级即可。
并且容易升级到基于ATM/IP的网络。
更重要的是对网络的建设规划带来很大的灵活性。
●缺点：
对前期R99网络的要求较高。
直接从GSM升级而来的R99网络很可能不能满足要求，从而不得不新建MSCServer和MGW。
（2）方案二：
新建R4网络。
如果R99网络中的MSC没有考虑到后期的信令和话音分开处理思路的话（或者，这个R99网络是直接从GSM网络升级而来的），则此时很可能不能把承载和控制模块很好地分离，因而不能通过对MSC的升级来完成R99到R4的演进，或者说代价太大，得不偿失，从而不得不重新采购MSCServer和MGW设备。
该方案优劣对比：
●优点：
新建网络功能强大，并且具备了向后期的全IP组网以及R5平滑过渡的能力。
●缺点：
需要新建一套网络，投资相对升级来说要多一些。
总之，从整个版本的演进来看，从GSM演进到R99，再从R99演进到R4，是一个延续的过程。
前期建设WCDMA网络时，如果采用了从GSM网络升级到R99网络的建设策略，但是到R99升级到R4网络的时候，还是需要重新建设MSCServer和MGW网元；如果采用了新建R99网络的建设策略，并且采用的是具备承载和控制分离能力的MSC设备的话，则虽然前期投资可能相对升级多一些，但是对后续向R4、R5平滑过渡将具有非常大的好处，所以从长远来看，新建方案的综合投资利用率更高。
3.R4演进到R5
在R5版本中，新增了一个IMS域。
IMS域的逻辑框图如图10－3所示（其中Go接口与GGSN互连，Mb接口用于外部网络访问IMS域）：
图10-1IMS域逻辑框图
IMS的功能逻辑实体包括：
BGCF，CSCF，MGCF，IM-MGW，MRFC，MRFP，HSS，SLF。
其中一些逻辑实体可由R4的功能实体进行演进，一些逻辑实体必须新增。
所以R4演进到R5，演进的思路是新建IMS域的设备，同时对原有的电路域和分组域设备进行功能升级。
10.2全网解决方案
WCDMA网络的建设需要考虑多方面的因素。
比如建设资金投入的多少，对现有网络资源的利用率如何，组网形态的规划，网络的升级平滑性与实现难度等等方面都是需要运营商慎重考虑的。
下面我们从几个方面来分别讨论相应的建设解决方案。
10.2.1CS域建设解决方案
不管是从GSM网络升级到WCDMA网络，还是WCDMA网络中不同协议版本的升级演进，核心网络中电路域的网络建设都是关注的重点。
下面我们重点讨论新建WCDMA电路域网络时的解决方案。
当前运营商的网络资源比较丰富，存在大量的TDM网络，IP网络以及ATM网络。
采用什么样的承载来组网，根据具体的承载资源状况来选择。
1.方案一：
采用R99协议模式建设CS网络
采用这种建设方案时，原有的TDM传输网仍能用于R99CS域的传输。
网关设备以及长途汇接设备，可以采用升级原GW的方式，也可以采取叠加方式重新建立WCDMA特性设备。
两种方式之间的优劣点比较在前面章节已有描述。
采用R99建设方案的好处是传输资源、以及关口局、汇接局等资源能够得到较好的再利用，与原有网络设备有良好的兼容性，而且能够提供较好质量的话音业务，这是一种经济快捷地引入第三代系统的方法。
2.方案二：
采用R4协议模式建设CS网络
采用以MGW和MSCSERVER的分离的R4网络来建设CS域，这样，在核心网络内部，采用ATM/IP作为传输，在GMSC做语音编解码的转换以及ATM/IP到TDM的转换。
采用R4建网的主要好处是：
●组网非常灵活，通过MGW根据当地话务量灵活配置网络容量，通过MSCSERVER集中管理和配置。
●有利于向未来的分组网络演进。
同时也有利于节省传输带宽。
●由于采用了Trfo的技术，提高了语音质量，同时也节省了语音编解码设备。
采用R4组网的缺点是：
●原有的PSTN设备不容易再利用，因为信令的传输也采用了ATM/IP技术，原有的信令网络也不容易再利用，为了和PSTN互通，需要有信令网关设备。
●因为采用了分离的结构，MSCSERVER和MGW的互通性也是一个应该考虑的问题，兼容性的测试可能会导致网络建设的推迟。
3.方案三：
采用R4设备来建设R99网络（承载与控制分离架构）
采用MGW和MSCSERVER的R4设备来建设CS域，在建设的方式上，MGW和MSCSERVER处于同一个地点，MSCSERVER对MGW通过局域网来进行。
其他的特性和R99网络是一致的。
因此方案三同时有方案一的优缺点。
方案三相对方案一的主要好处是便于向R4的体系结构过渡，因为这些设备已经具备ATM/IP接口，已经具备R4组网所需要的信令处理能力，如果从R99到R4过度，仅仅通过更换单板或者增加相应的MGW就可以逐步过渡。
华为提供基于各种协议版本的电路域产品，包括基于R99架构的MSC产品，基于承载和控制分离架构的R99MSC产品和R4的MSCServer和MGW产品。
可以根据运营商的不同建设思路，采用不同版本的电路域产品来架构WCDMA网络。
10.2.2PS域建设解决方案
分组域的建设包括SGSN、GGSN、CG、DNS等网元的建设，以及GPRS骨干网，也就是WCDMA分组域骨干网的建设两方面。
1.WCDMA骨干网的组建
对于WCDMA骨干网有几种建设方式：
●采用现有的IP网络；
●采用现有的ATM网络；
●采用专线搭建；
●采用上述的方式依据各地的情况混合组网。
需说明的是，如果采用现有的IP网络建设骨干网，需要使用VPN以及防火墙来保证安全性，使用专线或者ATM则不需要使用防火墙。
通常情况下，在WCDMA系统的PS域中，Gn接口既可采用IP方式，也可采用ATM的PVC方式承载。
●对于省内的Gn接口，采用ATM网络实现，可以省掉Gn接口的防火墙，并且安全性有提高；采用IP网实现，成本较低，但安全性需要额外的方式来保证，比如采用防火墙、IPSec加密等等。
●对于与外部网络的互联都需要采用IP方式，在与GPRS骨干网互联上不能缺少防火墙。
2.分组域网元的建设
不管是GPRS网络，还是WCDMA的R99网络、R4网络、R5网络，对于分组域的网元形态与基本功能来说，基本上是一样的。
对于新进的WCDMA运营商来说，需要新建一套WCDMA分组域网络。
对于已经建有GPRS网络的运营商来说，分组域网元的建设方案有两种：
方案一：
从现有GPRS网络升级为WCDMA网络。
由于GPRS网络与WCDMA的分组域网络的区别就在于接入网的不同，所以单纯从接口变化上来说，需要将SGSN的相关接口模块从Gb接口更换成Iu-PS接口。
要求：
●SGSN设备能够支持原有的BSS和新建的RAN的同时接入；
●SGSN、GGSN、CG等设备要能支持GPRS和WCDMA的相关流程及业务；
●支持GPRS和WCDMA计费一体化；
优点：
●升级难度不大，可以保护部分已有投资；
●原有设备已经经过网上运行的考验，相对新建设备来说，设备工作的稳定性较好；
●可以保持现有分组网络的架构，保证网络运行的整体稳定性；
●对原有机房设备影响很小，不用重新考虑机房建设、设备摆放的基建问题。
缺点：
●升级对原有网络的运行带来一定影响；
●原有GPRS设备平台能力的高低也影响着升级后业务提供能力的高低。
实际上，对于该方案来说，实现的难易程度以及升级的平滑性取决于原有GPRS网络设备的架构能力。
如果原有GPRS网元是基于GRPS协议的理念开发的，并没有考虑到后续过渡到WCDMA的情况，则对该GPRS网元升级时，将会带来很大的难度，甚至无法平滑升级，只能新建一套WCDMA分组域设备。
相反，如果原有GPRS网元功能强大，具有良好的前瞻性，架构上具有良好的通用性，则这种情况下的升级将会十分顺利，并且能够节省相当大的投资。
方案二：
新建WCDMA分组网络
如果原有的GPRS网络无法顺利升级，或者升级的代价太大，运营商可以选择新建一套WCDMA分组网络。
新建的WCDMA网络与原有的GPRS网络在初期共存，后期逐渐将GPRS的用户切换到WCDMA分组网络中来。
该方案的缺点是需要重新投资兴建设备，不利于利用原有GPRS设备，而且还要考虑新建机房、设备摆放等基建问题。
10.2.3网管解决方案
1.华为WCDMA网管解决方案
华为WCDMA网管通过集中管理维护iManagerM2000与本地维护体系LMT相结合的方式，实现对设备的灵活的操作维护和管理。
华为iManagerM2000产品是EML层面的网管产品，与各产品的LMT形成两级维护、管理体系，即单点维护和集中维护；
iManagerM2000向上可提供标准的CORBA接口或直接开放核心数据库，接入到第3方的NML层网管系统中，从而帮助形成多层次的基于运维体系的网管解决方案。
该方案主要覆盖NEF、EML、NML层的网管需求，对于3G网管要求的SMT、BMT层面的管理是结合OSS系统实现的。
如下图：
图10-1iManagerM2000所处网络层次
2.华为WCDMA网管的特点
华为以iManagerM2000为核心，可提供基于运维网络层次应用的全套解决方案，如下图，其特点为：
图10-1华为运维网络建设图
（3）立体化，多层次的运维网络结构：
M2000可集中管理维护MSC、RNC、SGSN、GGSN、CG、HLR、NodeB等全套WCDMA网元，可在一个终端上实现对于所有网元的管理；用户也可根据自己的需要定义子网，将不同网元按不同子网进行划分，例如将RAN侧与CN侧进行划分，从而实现在同一网管内进行分层管理；
M2000向上级网管提供北向CORBA接口，用于与上级网管通信，实现网络的分层管理，不同层次的网管满足不同层次的需求；
WCDMA网络中各网元还提供各自的单点终端软件，当M2000不可用时，仍能对网元进行操作和维护；
（4）全面的维护、管理功能，可全面支撑不同需求的运维需求：
M2000集成各网元的单点操作系统，通过在topo上可直接调用各网元的单点操作系统，实现对与所有网元的维护功能；
M2000可提供针对全网的集中管理功能，包括集中故障、集中性能、集中配置等，可对于整网设备的运行情况及时了解、分析；
M2000可提供全面的安全管理机制，对于网元的维护可通过2级权限校验，即首先以M2000用户登录到M2000客户端，当要对网元进行维护时，还需通过网元BAM的鉴权，方可对网元进行操作维护；
M2000系统可提供成熟的病毒防护策略；
（5）提供具有特色的网管功能
在M2000系统中还可集成网优、网规、报表等工具，实现一些特色功能；
可提供基于拨号与internet相结合的远程维护手段，可通过M2000系统实现对于所有网元的远程维护；
因此我们说以M2000系统为核心，可提供基于整个WCDMA网络成熟的运维解决方案，适应不同用户的不同需求。
3.3G网络中网管建设应用
网管建设一般在网络建设后期介入，主要通过计算机网络将各产品连接起来并进行操、维护和管理；
图10-1WCDMA运维网络组网图
上图中为WCDMA系统网络运维系统搭建的一张示意图，包括对于WCDMA领域中的CN侧（核心网侧）的CS域（电路域）设备和PS域（分组域）设备的接入和管理，还包括对于RAN（无线接入侧）设备的集中维护和管理。
从上图中我们可知，iManagerM2000对于各网元的接入和管理，均遵循TCP/IP协议，通过直接访问各网元的OM单元，如BAM等，运维网络与各业务网是分离的，单独使用IP地址和网段。
iManagerM2000通过网络与上级网管相连，遵循约定的协议进行通信，如CORBA、开放数据库接口等。
10.2.4信令网解决方案
1.R99信令网解决方案
（6）信令网建设原则：
●设备高可靠性：
确保信令网的高度安全性；
●支持网络双备份，无单点故障点：
确保信令网的高度安全性；
●高处理能力：
以适应网络规模和业务的增长；
●低时延：
保证业务接通速度；
●均匀分配负荷：
均匀规划信令网中负荷流向；
由于中继信令本身负荷很轻，如果每个局点都连接直接的信令链路会造成信令链路数量过多；因此在大部分地区，TMSC只和STP设备之间开通信令链路，TMSC和其它局点之间的交互通过STP完成。
信令网的组织方式一般采用双网双平面的组网方式，确保信令网的高度安全性。
对STP设备一般要求有高处理能力以适应网络规模和业务的增长，要求低时延保证业务接通速度，在3G移动网络的信令链路组织中，需要仔细组织，防止信令经过太多的转接点。
目前固定和移动信令网络的组织方式是相同的。
信息量较大的两个SP之间应设置直联信令链路，尤其MSC/VLR与本地HLR之间在传输条件具备时应采用直联方式。
对于SCCP寻址方式有GT和DPC寻址两种方式，省际采用GT寻址，省内采用DPC+SSN寻址方式，这样能大大降低STP设备进行GT翻译的数量。
（7）移动信令网与固定信令网的区别
固定信令网适合采用分级信令网络。
目前固定信令网一般在省会设一对独立HSTP，HSTP形成双平面网状网，各个本地网络建设有一对LSTP，负责PSTN信令以及智能网络信息的传递。
LSTP一个很重要的应用是完成了局间的网状信令网到分级信令网的转换，大大地降低了直连信令的数量，同时提高了可靠性。
但是在移动网络中，本地SP容量大，SP局点数量少，本地SP之间的信令流量巨大，SP之间采用直连链路比较合适，所以靠STP会聚信令链路的功能在移动网络中不适用。
移动本地网络适合采用网状网信令组织。
如果把PSTN的STP网络直接作为移动信令网络，从基本功能上来说，是没有问题的，但存在以下问题：
●由于移动通信中会大量使用GT码进行寻址，而GT码的处理属于SCCP层，所以如果PSTN的STP网络不支持SCCP协议处理，则需要升级。
●因为移动本地网络的信令基本采用直连链路，到其他本地网的信令经过STP，而目前PSTN的LSTP仅仅负责本地网信令的转接，这样基本到LSTP的信令全部要到HSTP进行转接，造成HSTP既要负责国内漫游信令的转接，又要负责省内信令的转接，负荷比较大。
●省内信令转接的次数多，造成一定的接续时延，对服务质量造成一定的影响。
（8）信令网建设方案
移动信令网络的组网结构有2种：
方案1：
各个本地网络的移动设备只和LSTP相连，LSTP负责省内信令的转接同时把省外递交给HSTP。
方案1的优点是：
结构简单，扩容方便，缺点是省外信令经过了LSTP，增大了LSTP的负担，增大了省际漫游以及呼叫的信令处理时延。
方案2：
各个本地网络的移动设备不但和LSTP相连，而且和HSTP相连，本地网络移动设备区分是省内信令还是省外信令，转交给不同的STP来处理。
方案2的优点是降低了LSTP的负担，降低了信令处理时延。
缺点是扩容不方便，随着网络节点数量的增加，到HSTP的信令链路的利用率会相对降低。
为了充分利用现有的HSTP资源，同时新建LSTP来负责省内信令的转接，考虑到改动最小，可以选择方案1组网。
（9）在移动网中引入高速信令链路
目前基于TDM方式的移动网的NO.7信令网主要的目标是提供信令网的传送带宽和信令网络的可靠性，并进一步完善对信令网络的管理功能。
从网络的发展角度来看，3G的信令网络容量比GSM要大很多，即在信令网的容量和规模上继续扩大，在进一步加强信令网络可靠性的同时，信令协议还要继续升级，以丰富向用户提供的业务。
目前移动NO.7信令网中使用的主要是64Kbit/s的信令链路。
由于受NO.7信令协议的限制，移动信令网的节点间的最大信令带宽只能有1024K（64K×16），不能满足大容量MSC与HLR之间的信令带宽的需要。
移动信令网需要尽快使用2Mbit/s高速信令链路来增加节点间的带宽。
为了能进一步提高网络的可靠性，信令网络所使用的传输通路应做到尽可能分散，同时并加强对信令网的网络管理功能。
2.R4信令网络建设
在3GR4阶段，呼叫无关信令的承载从仅能基于TDM的SS7，升级为可选择基于IP的SIGTRAN，或者保留基于TDM的SS7；考虑3GPP规范中强制要求基于SCCP/TCAP的MAP/CAP信令必须采用M3UA/SCTP的SIGTRAN承载方式，而M3UA又对上层S
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