GSM短信平臺信令承載IP化組網方案

欒斌，衛娜，于娟娟，卜忠貴

（1 長春電信工程設計院股份有限公司, 長春 130012；2 中國移動通信集團河南有限公司,鄭州 450008；3 中國移動通信集團設計院有限公司, 北京 100080）

1 背景

電信網絡正在向IP化方向演進，越來越多的網元支持IP信令接口，TDM方式承載的業務量不斷減少，利用IP方式承載和傳送話音數據流已經是非常成熟的技術。話音的IP化大幅度降低了傳輸成本和TDM設備維護成本。現網Mc、Nc、Nb、IU-CS、IU-PS、Gb接口均已實現IP化改造，A接口IP化改造也在進行中。現網短信信令仍占用大量TDM傳輸資源，TDM設備和鏈路維護成本巨大，且不利于網絡結構的優化和演進。

隨著短信業務量的迅猛增長和設備單機處理能力的大幅提高，TDM方式承載短信信令的局限性凸顯。傳統TDM方式承載No.7信令主要存在兩個局限：一是兩個信令點之間的信令鏈路數由于受4bit信令鏈路選擇碼或信令鏈路編碼的限制而最多不能超過16條；二是每條信令鏈路的傳輸速率為64kbit/s或2Mbit/s。該局限性導致在業務高峰時期信令鏈路擁塞嚴重，用戶發送短信延遲過長或丟失，影響了用戶對運營商的信任度，成為短信業務發展的瓶頸。

短信平臺信令如何順應IP化承載這一趨勢，有效利用IP網絡帶寬優勢打破現網帶寬瓶頸成為值得研究的課題。

2 GSM短信平臺信令承載IP化可行性分析

2.1 No.7信令IP化承載的協議結構

IETF的信令傳送工作組Sigtran建立了一套在IP網絡上傳送No.7信令的傳輸控制協議——Sigtran協議。Sigtran定義了一個比較完善的Sigtran協議堆棧，分為IP協議、信令傳輸、信令傳輸適配和信令應用等4層。Sigtran的協議結構如圖1所示。

每層采用協議如下：

(1)網絡層：采用IP協議；

(2)信令傳輸層：采用SCTP協議；

(3)信令傳輸適配層：采用SUA、M3UA、M2UA/M2PA協議；

圖1 Sigtran協議結構圖

(4)信令應用層：仍為No.7信令上層應用協議，包括TCAP、TUP、ISUP、SCCP等。

Sigtran協議底層為傳輸層流控制傳送協議（SCTP）。SCTP主要用來在IP網中傳送No.7信令消息，該協議用來在IP網中提供可靠的數據傳送協議，完成偶聯的啟動和拆除、多數據流的順序傳送、用戶數據分段、差錯控制、數據塊綁定、路徑管理等功能。Sigtran協議上層為適配層(UA協議)，IETF定義了M2UA、M2PA、M3UA和SUA等，這些適配協議分別有不同的應用場合。

其中SUA直接適配TCAP協議；M3UA適配TUP、ISUP、SCCP、TCAP協議，GSM短信系統使用的MAP消息即承載于SCCP層以上，適配層使用M3UA承載。M2UA/M2PA適配MTP3、ISUP，由于保留MTP3層，可以應用于信令轉接點STP設備的IP化接口。

對短信平臺信令的IP化承載而言，傳輸適配層協議建議為M3UA協議。M3UA是一種落地協議，主要是針對SG應用設計的，只能進行一跳的信令轉接，或者是IP SP間的點到點協議，適合作為IP SP的邊緣接入協議，不適宜用于組建IP信令網的骨干層面。M3UA的優點是協議棧簡單，使得BICC和SCCP協議繞過No.7信令系統中復雜的MTP協議而直接承載在IP層之上，完成了應用協議在底層上從TDM技術向IP技術的平滑過渡。M3UA是目前3GPP建議采用的Sigtran協議，能同時支持目前所有的移動網絡協議，包括BICC、ISUP、MAP、CAP，是各廠家廣泛使用的協議。

2.2 短信平臺信令IP化改造前提條件

短信平臺信令IP化承載的最終目標是實現與信令網的純IP互通，但在實際改造過程中，傳統的No.7信令網完全發展到純IP信令網還需時日，必然存在TDM承載和IP承載共存的時期，過渡時期內需要信令網關（SG）來中繼No.7信令網和IP信令網間的信令消息，如圖2所示。

圖2 短信平臺與信令網TDM承載與IP承載共存方式互通示意圖

短消息實現IP化承載的前提條件是，與之互連的核心網網元支持IP化信令接口，GSM網絡中需要與短信中心交互消息的各網元支持IP化情況如下：

(1) MSC:目前GSM網絡中大部分端局設備已完成IP化改造，支持Sigtran協議接口。

(2) STP設備：部分省份的STP設備已實現IP化改造，大部分省份STP仍通過TDM方式轉接七號信令。

(3) HLR設備：全網HLR設備目前仍不支持IP化接口，與IP化網元互通仍需通過SG設備轉接。

對于SG的設置一般分為如下幾種方式：

方式1：設置獨立SG；

方式2：SG和MGW合設；

方式3：SG和MSC Server合設；

方式4：SG和STP合設。

方式2和方式4在現網的應用較多，新引入的IPSTP都能同時支持No.7信令的TDM承載和IP承載方式。

3 短信平臺信令IP化改造方案

3.1 現網短消息網絡組織方式

現網短信平臺組網一般分為2種類型：

類型1：短信平臺通過自身的信令接入設備與信令網STP連接，通過STP轉接與端局的信令消息。

類型2：短信平臺與同廠家的端局直接以廠家私有的IP化協議經IP承載網互通。跟異廠家端局間則依靠本廠家的端局兼作短信關口局互通。

現網大部分省份采取的是類型1的組網，極少數省份采用類型2的組網（如采用諾西短信平臺省份的網絡）。

3.2 短信平臺改造方式

針對現網兩種不同組網方式，短信平臺有兩種對應的改造方式：

類型1組網的短信平臺有集中化的信令接入設備，在改造時，只需要將原有的信令接入設備改造為支持Sigtran的設備即可，有的只需要增加支持Sigtran的信令板卡即可，對于原有信令接入設備無法支持IP承載時，可以考慮新建IP化信令接入設備。例如中興的V3信令前端即可通過增加信令板卡完成IP化改造。

類型2組網的短信平臺沒有集中化的信令接入設備，而是靠本廠家的MSC兼作了轉接信令的關口局來疏通與No.7信令網其他網元的信令消息，與類型1相比，相當于將信令接入設備由短信中心下沉分散到了某些MSC，網絡結構復雜且帶寬瓶頸較多。這種短信網絡在改造時，為了優化網絡結構，需要在短信中心新建集中化的信令接入設備。例如諾西短信中心需新建了刀片服務器架構的信令前端設備完成IP化改造。

3.3 IP化改造后的網絡組織方式

IP化短信平臺與MSC Server的信令疏通有兩種方式可選：方式1：通過IP-STP轉接信令消息；如圖3所示。方式2：通過IP承載網直接與MSC Server疏通信令消息。如圖4所示。

圖3 IP化改造網絡組織示意圖——方式1

圖4 IP化改造網絡組織示意圖——方式2

對于原網絡結構為類型1的建議采用方式1，可以簡化數據配置的復雜度；原網絡結構為類型2的優先選擇采用方式2，若采用方式1，雖然可以簡化數據，但是會對STP造成較大沖擊，擴容STP投資相對較大。

3.3 STP、MSC、短信平臺的TDM和IP版本共存時的過渡方案

針對在實際改造過程中可能出現的STP、MSC、短信平臺TDM和IP兩種方式共存的過渡時期，有如下方案：

類型1網絡采用建議的方式1組網的過渡方案：目前引入的IP-STP均同時支持TDM和Sigtran兩種承載方式，原有短信平臺和IP化短信平臺均可通過STP轉接信令消息。網絡組織如圖5所示。

圖5 IP化改造過渡期短信網絡組織——方式1

類型2網絡采用建議的方式2組網的過渡方案：為了減少對現網網絡結構的改動，IP化短信平臺可以與改造的MSC通過IP承載網直接疏通信令消息，與未改造的MSC可以通過IP-STP轉接信令消息；原有短信中心與所有MSC均可以維持原有方式疏通信令消息。網絡組織如圖6所示。

4 結束語

圖6 IP化改造過渡期短信網絡組織——方式2

短信平臺信令的IP化承載順應了電信網絡IP化的演進趨勢，減少了網絡中的協議種類，簡化了網絡結構，節約了TDM中繼電路資源，降低了網絡運維成本，同時能夠充分利用了IP化帶寬優勢打破傳統TDM承載的No.7信令的帶寬瓶頸，對提升網絡質量和構建全IP網絡有重要意義。

[1] 中國移動通信企業標準, 中國移動IP信令網體制V1.0.0[S].2011-3-16.

[2] 中國移動通信企業標準, 中國移動IP信令網技術體制編制說明V1.0.0[S]. 2011-3-16

[3] 中國移動通信企業標準, 中國移動SMSC設備信令接口IP化要求技術規范V1.0.0[S]. 2008-10-31