GSM網Abis接口IP化實現研究

徐 光

[摘要]文章通過對Abis接口IP化需求的分析，提出了Abis接口IP化技術演進路線和兩種解決方案——Abis接口Native IP與外置轉換設備實現IP化，并給出Abis接口IP化實現應采取策略的建議。

[關鍵詞]GSMAbis接口IP化QoS

1引言

移動通信自出現以來，在高速發展的同時也在不斷演進。隨著網絡技術的不斷發展，IP化是未來移動網絡演進的趨勢。移動網絡向IP化演進的驅動力主要來自如下幾方面：

(1)帶寬的需求：隨著無線技術的進步，我們已經逐步突破了空中接口的帶寬瓶頸，空口的傳送速率在飛速增長，下行速率從R99的384kb/s發展到LTE的100Mb/s。采用傳統的TDM和ATM技術難以高效率地處理如此大顆粒的數據業務，其面向連接的特性也無法通過統計復用適應數據業務的突發特性。

(2)更低運營成本需求：通過SDH網絡承載數據業務的成本將隨著帶寬的增加呈指數增長。而在IP方式下，能夠采用壓縮率比較高的編解碼類型、VAD、IP頭壓縮、IP頭復用等技術，大幅降低每呼叫的帶寬占用，同時大幅提高傳輸效率和傳輸資源利用率。IP傳輸建設或租賃成本比同等帶寬的采用TDM傳輸網絡的成本要低很多。

(3)未來網絡發展趨勢需求：GSM無線網的TDM結構、IP化結構圖如圖1所示。TDM網絡：1)點到點結構，獨占資源；2)BSC、BTS和傳輸網三者強耦合，維護難度大；3)不符合未來網絡結構趨勢。IP網絡：1)扁平結構，共享資源；2)BSC、BTS和傳輸網三者弱耦合，易于擴容維護；3)符合未來網絡結構趨勢。

(4)網絡安全的需求：IP網絡面向無連接、動態的路由機制，使得組網級保護機制實現更加簡單、靈活。傳統的GSM網絡中，每個基站歸屬于一個基站控制器，當基站控制器發生故障時，其相關的基站都會受到影響。因此，引入靈活的Flex機制，可以有效地實現負載分擔和冗余備份。

(5)多業務融合的QoS需求：網絡中的語音、視頻、數據等多種業務將呈現出多元化的趨勢，由于各種業務對于承載的需求各不同，例如語音業務對時延敏感、視頻對丟包敏感等等，因此將各種業務同時承載在IP網絡時，應能根據需求將各種業務進行隔離、區分，并針對各種業務的特性分別進行相應的QoS保障。

由此可見，討論移動網絡IP化是否已經擁有足夠的驅動力已不再重要，而應更加關注如何從現有的移動網絡基礎著手，逐步實現全網的IP化。

本文主要討論Abis接口的IP化實現方案和策略。Abis接口是指基站和基站控制器之間的接口，目前是各廠商內部的私有接口，不同廠商的設備之間互通困難但不存在互操作問題。因此，在BSS IP化的過程中Abis接口IP化的驅動力較弱。從實施方面來看，Abis接口IP化由于涉及眾多無線基站和復雜的傳輸環境而操作相對困難；但從協議標準角度來看，Abis接口固有的不開放，可由廠家自行定義IP化實現的方式，則相對更簡單。

2GSM無線網IP化演進路線

由于GSM網絡目前已經建設了大量采用TDM方式的基站，因此如果需要對基站傳輸接口進行IP化改造，需根據網絡發展情況、數據業務發展態勢合理確定演進路線與具體方案。

一般地，GSM無線網IP化的演進路線為：TDM網絡承載→TDM/IP混合承載→IP網絡承載，如圖2所示。

3Abis接口IP化原理和方案

Abis接口作為一個私有接口，各廠商都有自己的實現方式，但是對于Abis接口應實現的功能要求是一致的。

Abis接口IP化的基本原理是采用JP技術承載核心網和分組域業務，基站和基站控制器采用IP接口板，語音、數據、信令及管理消息均通過IP協議棧封裝為IP數據包進行傳輸。基站控制器為每個基站分配一個獨立的業務1P地址，基站/基站控制器應支持IPv4和IPv6雙棧。根據實際應用場景，Abis接口IP化具體實施的方式宜采用兩種：方案一，Abis接口Native IP；方案二，外置轉換設備實現IP化。

3.1Abis接口Native IP

Abis接口Native IP方案的基本原理：控制面和用戶面的數據都采用IP承載。控制面：采用IP承載信令、維護消息；用戶面：采用UDP/IP承載語音、PS業務，語音編碼與空口相同，打包時長20ms。

實現方式：(1)BTS、BSC采用IP接口板，在Abis接口采用IP/FE傳輸包方式的CS、PS業務和信令消息。(2)為每個BTS分配一個獨立的邏輯IP地址，為每個CS業務信道、PS業務信道分配一個獨立的UDP端口號。

該方案的Abis接口信令面、用戶面協議棧見圖4，其中，

信令面：Abis接口為事實上的私有接口，為最大限度提升Abis接口的效率，各設備商可以自行定義信令可靠傳輸機制。

用戶面：BSC和BTS分別為每個呼叫分配一個1P地址+UDP端口號，用以唯一標識一個呼叫。

3.2外置轉換設備實現IP化

采用外置轉換設備實現IP化的方案，不改變BTS、BSC設備現有的控制面、用戶面的協議棧結構，而是在BTS、BSC同時增加PWE3等TDM/IP轉換設備。改造的網絡會增加網絡節點.且外置轉換盒不能與主設備統一網管，而且難以實施Flex技術。

PWE3設備不區分語音和信令，如果丟包，將導致承載在該E1上的所有信令鏈路發生錯誤；如果抖動較大，某一IP報文落在抖動窗口之外，也將導致承載在該E1上的所有信令鏈路和所有的用戶鏈路發生錯誤。因此，PWE3方案對IP網絡有更嚴格的QoS指標要求，例如抖動、丟包率、時延等。

在BTS和BSC側分別增加外置的PWE3設備，網絡故障點增多，可靠性必然下降，且需要對PWE3設備進行管理、維護。

3.3兩種方案的比較

兩種方案的優缺點比較如表1所列：

4Abis接口IP化需要解決的問題

Abis接口IP化需要解決的主要問題：(1)時鐘同步；(2)QoS保證；(3)安全保證和組網可靠性。

無線側Abis接口IP化涉及到以上一系列關鍵技術，較為復雜；但是這些技術在3G網絡中都已有了規模商用的案例，返用于2G是有保障的。

5GSM無線網IP化發展策略

2G接口全部采用TDM接口，其IP化主要體現在Abis接口、A接口和Gb接口的IP化。Abis接口涉及基站和基站控制器的改造，對現網的改造工作量較大，而目前以語音業務為主的GSM系統對帶寬的需求還不是那么強烈；同時，為了進一步降低網絡投資成本和綜合運營成本，提高網絡質量和收益，在IP化的進程中，筆者建議按需引入，在業務量大的地方或熱點地區先行引入。具體策略如下：

(1)首先承載網IP化要先行，為IP-BSS創造條件：

(2)在成片新建設備區域和成片搬遷區域，可考慮引入支持IP化的設備。建設IP-BSS；

(3)新建BSC網元需具備TDM/IP雙協議棧能力，可同時接入IP化基站和不能IP化的TDM老基站，保護TDM投資：

(4)對業務量大的地方或熱點地區等有強烈需求的區域，進行IP化改造；對于其他區域逐步進行老設備的IP化改造，推動網絡持續向ALL IP發展；

(5)GSM無線網IP化應和3G無線網IP化共同推進；對于采用IP化方式的3G基站，與其共站的2G基站可優先進行IP化改造。