“智能風暴”背景下CDMA BSC分裂門限研究

楊佳宜　陶偉宜　李偉　張瑜　程韋華

隨著CDMA網絡的發展，尤其是數據業務的發展以及新的用戶行為導致的網絡信令激增等因素，使得CDMA網絡的BSC面臨大量分裂的局面。根據CDMA網絡主流廠家BSC的特性及網絡設計安全性等因素綜合考慮BSC的分裂門限，為BSC分裂提供了參考。后期隨著設備廠家性能及安全性的提高，也可以根據本研究的思維模型修正BSC的分裂門限。由于不同廠家的設備特性不同，可設置不同的分裂門限。

1 概述

隨著移動互聯網戰略的持續推進、數據業務的快速發展以及智能終端的比重不斷增大，數據業務比例越來越高，移動數據業務對CDMA無線網的影響也越來越明顯，需要對網絡運行的安全性和長期發展的支撐能力給予高度關注。移動數據業務爆發性的增長，業務流量尤其是信令消息的激增，業務量比較大的省份將面臨大量BSC（Base Station Controller，基站控制器）/RNC（Radio Network Controller，無線網絡控制器）設備分裂的情況。而由于設備分裂將引起一系列的問題：更多的BSC邊界帶來資源的額外開銷、BSC邊界性能將相對BSC內部性能下降以及分裂帶來的大量割接工作量。實現網絡建設和運行維護的低成本、高穩定性，是通信運營商所追求的重要目標之一。但是步入3G時代，特別是實施移動互聯網戰略以來，業務發展對網絡運行的穩定性和承載能力帶來了前所未有的影響，其中BSC是無線網中的重要網元設備，對網絡的穩定運行起著至關重要的作用，需要及時開展前瞻性研究。

在此背景下，本課題將結合后續業務發展需求、設備演進以及工程實際等方面來研究BSC設置、分裂的合理性和前瞻性。通過本課題的研究，優化BSC/RNC網元的設置方式，并取定網元的設置門限和分裂原則來指導后續的BSC/RNC建設。在研究掌握移動互聯網業務特征的基礎上，研究制定我國CDMA無線網BSC的部署分裂策略以指導后續網絡發展建設，是本課題需要達到的成果目標。

2 BSC設置原則

衡量BSC的能力指標包括：語音話務量、數據吞吐量和信令處理開銷。本課題擬結合BSC覆蓋區域、用戶和廠家設備能力，根據網絡演進的情況來分析和確定合理的BSC分裂門限。本課題分裂門限將分別從業務面和信令面兩個維度考慮分析。根據現網多年運行經驗，在目前的網絡現狀下，BSC總體設置原則可考慮如下：

（1）BSC原則上在本地網設置，根據傳輸和維護具體情況合理設置局址。

（2）BSC選型應首選容量大、處理能力強、可靠性高的設備，實際設置時不應超過其滿配處理能力的70%。

（3）根據地理特征劃分BSC，原則上各個BSC控制范圍在地理上應相對集中，不宜與其他BSC控制范圍在地理上多次交叉。

（4）參考話務分布劃分BSC，盡量使各BSC的業務量均勻、負荷均衡。

（5）合理選擇BSC間邊界區域，盡量避免把邊界劃分在用戶密集區和交通干道，減少BSC間切換。

（6）BSC的建設要適度超前，考慮一定的提前量。建議BSC網絡架構（網元數量、掛接關系）按滿足2至3年的業務發展需求、處理能力按滿足下一年度的業務發展需求、接口能力按滿足本年度無線的接入需求來進行建設。

（7）1X BSC的設置需與核心網MGW（Media Gateway，媒體網關）的設置相匹配。MGW的設置應與覆蓋區域內BSC的設置容量和位置相協調，MGW數量不應大于BSC數量。

（8）貝爾1X網絡的BSC與DO網絡的RNC分設，建議BSC/MGW和RNC按1：1配置。

（9）BSC各接口設置原則如表1所示。

3 BSC分裂門限分析

目前我國主流CDMA廠家包括華為、中興和貝爾，因此本課題將結合這三個廠家的設備及國內CDMA網絡現狀進行分析研究。

3.1 分裂門限建議的前提條件

考慮到現網實際情況及研究的可行性，本課題設置以下條件作為BSC分裂門限研究的基礎條件：

（1）基于1X語音業務相對較穩定。

目前CDMA網語音業務發展比較穩定，語音話務量單用戶模型為0.02Erl/用戶。根據1X BSC與MGW設置匹配的原則，綜合考慮MGW的用戶容量設置，建議每套BSC掛接的用戶數不超過35萬配置用戶容量，則1X BSC語音話務量門限值設定為：35萬用戶*0.02Erl/用戶=7 000Erl。

（2）基于目前廠家設備的現有硬件版本。

華為BSC：8.0版本+多核信令板卡

中興BSC：8.34.00版本+MP3信令板卡

貝爾RNC：ATCA RNC R37版

（3）基于現網業務發展，信令風暴將導致信令處理能力出現瓶頸，因此在門限分析時首先保障BSC設備的信令處理板卡滿配。

（4）由于IP RAN無法一步到位，IP RAN將會持續很長一段時間，因此本課題考慮在不同的IP化情況下進行。

3.2 華為BSC分裂門限分析

華為BSC主要實現的功能有：基站的控制和管理；呼叫連接的建立和拆除；通過軟/硬切換，為上層業務提供穩定可靠的無線連接；功率控制；無線資源管理等。

BSC的物理機柜為N68E-22機柜，采用-48V DC供電。根據組成內容和實際配置的不同，機柜可分成兩種類型：控制機柜（CBCR），每個BSC固定配置1個，機柜編號為0；業務機柜（CBSR），根據系統容量大小確定是否配置，機柜編號為1。控制機柜內部配置3個插框，業務機柜是在控制機柜的基礎上的疊加，根據實際業務容量配置。業務機柜內部只配置CSPS框，一個業務機柜可以配置3個CSPS框。插框前后分別提供14個槽位，共28個槽位。

華為BSC主要板卡介紹如下：信令處理板卡采用APU，主要提供A接口電路管理、數據業務管理、會話管理、信令處理功能，實現產品核心業務的處理；業務處理板卡采用DPUb，完成1X語音和數據業務的幀協議處理。實現64k以下的電路型數據業務功能，提供語音編解碼功能。完成DO數據業務的幀協議處理。增強回波抵消單板采用ECUa板，實現64k以下的電路型數據業務功能，提供語音編解碼和回波抵消功能。Abis接口TDM接口方式采用PO1a板，提供1路STM-1光接口；Abis接口IP接口方式采用GOUc板，提供4路GE光接口。

華為BSC在1X或者DO獨立組網模式下，語音滿配值為5 000Erl、DO吞吐量為7Gbps，若將此滿配值作為分裂門限，則脫離現網實際組網情況及業務模型，又未考慮網絡安全性。因此，需結合網絡實際情況研究BSC的分裂門限。

條件一：每套BSC支持35萬用戶，0.02Erl每用戶，共7 000Erl；

設置說明：根據1X BSC與MGW設置匹配的原則，MGW每套支持60萬用戶，根據現網經驗每套MGW一般掛接2套左右BSC，因此每套BSC考慮支持35萬用戶。35萬用戶的設置也參考了GSM網絡多年運行經驗。

條件二：BSC采用2機柜、6機框、168板卡、多核信令板卡進行配置；

設置說明：華為3柜BSC目前尚未投入商用，因此本課題暫按照2柜進行分析，待3柜商用時也可根據本課題研究思路相應地調整研究結論。

條件三：信令板卡滿配置（包括SPU/PCU/SMU）；

設置說明：在當前情況下，信令負荷成為了設備的瓶頸，因此信令板卡考慮滿配。

條件四：Abis接口IP化比例達到20%、50%、90%、100%時所對應的TDM接口板卡槽位數如表2所示：

表2 華為BSC IP化比例與TDM接口板卡槽位對應表

IP化比例/% 20 50 90 100

TDM接口（主用E1數量） 1 500 1 100 380 0

TDM接口板卡占用槽位數 46 26 12 0

設置說明：根據現網經驗，每1X載扇考慮4Erl，每1X載扇用1個E1承載；每DO載扇考慮1.6Mbps，3個DO載扇用1個E1承載。根據BSC的話務量及吞吐量可以計算出所需總E1數量；根據BSC TDM接口板卡占用槽位數量可以計算出BSC TDM E1數量。

IP化比例=（總E1-TDM E1）/總E1 （1）

分析過程說明：基于上述條件，根據華為BSC配置原則對所需板卡進行配置計算，在槽位接近滿配值時所能支持的吞吐量如表3所示。

根據以上方法，結合網絡實際情況及現網BSC實際配置板卡情況，尤其是155M板卡配置情況，來預測本套BSC的滿配能力。如果認為預測過程較繁瑣，則可套用以上四種情況比較相近的一種。

3.3 中興BSC分裂門限分析

中興BSC由控制面、媒體面和維護面組成。具體如下：

◆控制面：處理起呼、尋呼和切換等。其容量用BHCA（Busy Hour Call Attempts，忙時試呼次數）和激活用戶數衡量。

◆媒體面：轉發語音、短信和數據等。其容量用話務量、吞吐量和激活用戶數來衡量。

◆維護面：處理系統操作維護等。其容量主要體現在下掛的基站數。

BSC整機容量從三個維度度量，各維度的規格如下：

◆控制面容量取決于控制面單板類型和數量。由于控制面交換性能的限制，BCTC框配置不超過4個。最大容量：4 700k等效BHCA（MP2）或8 000k等效BHCA（MP3）。

◆媒體面容量取決于媒體面單板類型和數量。最大話務量：5萬Erl；最大吞吐量：6Gbps；最大激活PPP：12萬；最大DO會話：90萬。

◆維護面容量取決于維護面單板類型。最大容量：2 560個BTS或 4 032條等效E1。

中興BSC主要板卡介紹如下：

（1）信令處理板卡

信令處理板卡主要有1X CMP3和DO CMP3。

◆1X CMP3：語音呼叫處理板，支持144kBHCA，3 200Erl。

◆DO CMP3：DO控制處理板，支持320kBHCA，15 000路激活PPP連接。

（2）SDU子系統

SDU（選擇器單元）用于1X語音、1X數據的反向選擇以及前向分發和EV-DO數據業務的處理。1X SDU和DO SDU采用不同的SDU硬件單板，軟件模塊也相互獨立。

◆1X SDU3：負責1X語音、短消息、1X數據的業務處理。

◆DO SDU3：負責DO數據的業務處理。

（3）Abis接口板

Abis接口模塊包含DTB（中繼板）、SDTB（光數字中繼板）、ABES（Abis接口以太網接入模塊）、ABPM（Abis接口處理板）。

如果BTS是IP over E1/T1、IP over STM-1方式接入到BSCB，則Abis口物理接口單板分別為DTB、SDTB，協議處理單板為ABPM；如果BTS是IP over Ethernet接入，則Abis口物理接口和協議處理單板為ABES。

（4）接口板

A接口模塊主要有SDTB（光數字中繼板）和VTCD（聲碼器（DSP版本））。

◆SDTB：每塊SDTB支持63條E1。

◆VTCD2：每塊VTCD2支持960路語音編碼轉換，可以完成Um口EVRC、8K、13K編碼到A口PCM碼流之間的互相轉換。

在本課題中，中興BSC分裂門限的分析基于現有硬件版本（中興BSC8.34.00版本）+MP3信令板卡及以下條件：

條件一：每套BSC支持35萬用戶，0.02Erl每用戶，共7 000Erl；

條件二：BSC采用5機柜、17機框、272板卡、MP3信令板卡進行配置；

條件三：信令板卡滿配置（MP3：8 000kBHCA）；

條件四：Abis接口IP化比例達到20%、50%、90%、100%時所對應的TDM接口板卡槽位數如表4所示：

表4 中興BSC IP化比例與TDM接口板卡槽位對應表

IP化比例/% 20 50 90

TDM接口（主用E1數量） 1 500 1 100 380

TDM接口板卡占用槽位數 24 18 8

基于上述條件，根據中興BSC配置原則對所需板卡進行配置計算，在槽位接近滿配值時所能支持的吞吐量如表5所示。

3.4 貝爾BSC分裂門限分析

上海貝爾提供的1X BSC集成在核心網MSCe（Mobile Switching Center emulation，移動軟交換中心）和MGW中，提供高性能的無線接入、信道控制、資源管理和呼叫控制功能。現網貝爾采用V3版本的MSCe，主要包含兩個主要模塊：AM模塊采用Netra T5220服務器，機柜里通常只安裝8個AP服務器，并且內置OMC-RANv3網管平臺，處理RCS信令、ANSI-41信令；MM-SI模塊是一個基于ATCA架構的應用平臺，提供MSCe中的MGC功能，通過H.248控制MGW的應用。另外，MM-SI還負責終結ISUP和SIP-I信令。PSG為貝爾公司提供的MGW產品，基于通用軟件和分布式硬件結構，由AM、CM、SM三部分組成，支持TrFO功能。

上海貝爾提供的DO網絡控制器RNC有UNC RNC和ATCA RNC。ATCA RNC是貝爾推出的新一代具有高可靠性的通訊平臺，是基于模塊化結構的、兼容的、并可擴展的硬件構架。RNC為無線接入網（RAN）提供以下功能：

（1）支持DO基站和PDSN的IP Backhaul傳輸。

（2）支持無線鏈路協議（RLP），連接到AT的RLP接口。

（3）支持PCF功能，通過R-P接口連接到PDSN。

（4）支持DO的會話控制功能，包括會話的建立、切換及跟基站的通信以支持OA&M的功能。

UNC RNC處理能力：每8個RNC可以組成一個SN（服務節點），每對AP和其綁定的TP只能處理來自對應下掛的載波業務，每個SN支持3 600個DO載波。

ATCA RNC處理能力：每12個RNC可以組成一個SN（服務節點），TP擴容不再和AP綁定，一對AP可以配置到所有24個UTP_AMCs，AP不能共享資源，TP可共享資源，根據廠家的產品說明，單機柜滿配置時可處理4G的吞吐量，且UTP處理能力指標的瓶頸在BHCA上。

貝爾1X網絡的BSC與DO網絡的RNC分設，1X BSC與MGW合設，基于容量限制、設計安全性考慮，1X BSC的分裂門限設定為設備配置用戶容量超過60萬考慮分裂。

貝爾新一代RNC采用ATCA架構的設備，1個滿配置RNC機架可支持掛接2 400個載波，3 360k信令開銷，4G的出口流量，可支持在同一個MSCe區域下12個RNC機柜的并聯，RNC的容量和處理能力不成為分裂的瓶頸，建議在做RNC規劃建設時考慮和1X BSC 按1：1配置。

4 結論

移動互聯網時代和智能風暴的來臨，給移動網絡在信令及流量層面上帶來了雙重壓力，BSC面臨大規模分裂的局面。BSC分裂門限建議是：BSC的部署應綜合考慮話務量、吞吐量、信令開銷以及掛接基站數等維度指標。

對于華為和中興BSC：若單套BSC的某一維度配置值達到或超過以下某一指標，建議可對該BSC進行分裂。相關滿配指標要求（配置時需考慮不超過滿配置容量的70%）：1X純語音話務量（不含切換和數據話務量）不超過7 000Erl、DO吞吐量不超過2Gbps、信令開銷不超過設備滿配能力。

對于貝爾BSC：1X BSC與核心網MGW保持一致，當配置用戶容量超過60萬考慮分裂，RNC與1X BSC按1：1配置。

目前在我國CDMA市場的推動下，各廠家都在研發新一代的BSC產品。根據前期和廠家的相關交流，新產品會提供更高的處理性能，后續BSC的設置原則可根據新產品性能再做調整。

參考文獻：

[1] 劉彪，車曉東，沈偉. 論CDMA網絡“智能風暴”應對策略[J]. 移動通信， 2012（3）： 86-90.

[2] 何正捷. “智能風暴”解決方案[J]. 電信快報， 2012（4）： 34-36.

[3] 汪丁鼎，龔追飛，潘江永. 智能手機風暴對移動通信網絡的影響及應對策略[J]. 移動通信， 2011（21）： 86-89.

[4] 竇海波，張功耀，喬普. 智能手機產生的信令風暴解決方案研究[J]. 移動通信， 2012（17）： 76-79.

[5] 田鋒. 論“信令風暴”與其解決方案[J]. 現代電信科技， 2011（11）： 29-33.★

IP化比例/% 20 50 90

TDM接口（主用E1數量） 1 500 1 100 380

TDM接口板卡占用槽位數 24 18 8

基于上述條件，根據中興BSC配置原則對所需板卡進行配置計算，在槽位接近滿配值時所能支持的吞吐量如表5所示。

3.4 貝爾BSC分裂門限分析

上海貝爾提供的1X BSC集成在核心網MSCe（Mobile Switching Center emulation，移動軟交換中心）和MGW中，提供高性能的無線接入、信道控制、資源管理和呼叫控制功能。現網貝爾采用V3版本的MSCe，主要包含兩個主要模塊：AM模塊采用Netra T5220服務器，機柜里通常只安裝8個AP服務器，并且內置OMC-RANv3網管平臺，處理RCS信令、ANSI-41信令；MM-SI模塊是一個基于ATCA架構的應用平臺，提供MSCe中的MGC功能，通過H.248控制MGW的應用。另外，MM-SI還負責終結ISUP和SIP-I信令。PSG為貝爾公司提供的MGW產品，基于通用軟件和分布式硬件結構，由AM、CM、SM三部分組成，支持TrFO功能。

上海貝爾提供的DO網絡控制器RNC有UNC RNC和ATCA RNC。ATCA RNC是貝爾推出的新一代具有高可靠性的通訊平臺，是基于模塊化結構的、兼容的、并可擴展的硬件構架。RNC為無線接入網（RAN）提供以下功能：

（1）支持DO基站和PDSN的IP Backhaul傳輸。

（2）支持無線鏈路協議（RLP），連接到AT的RLP接口。

（3）支持PCF功能，通過R-P接口連接到PDSN。

（4）支持DO的會話控制功能，包括會話的建立、切換及跟基站的通信以支持OA&M的功能。

UNC RNC處理能力：每8個RNC可以組成一個SN（服務節點），每對AP和其綁定的TP只能處理來自對應下掛的載波業務，每個SN支持3 600個DO載波。

ATCA RNC處理能力：每12個RNC可以組成一個SN（服務節點），TP擴容不再和AP綁定，一對AP可以配置到所有24個UTP_AMCs，AP不能共享資源，TP可共享資源，根據廠家的產品說明，單機柜滿配置時可處理4G的吞吐量，且UTP處理能力指標的瓶頸在BHCA上。

貝爾1X網絡的BSC與DO網絡的RNC分設，1X BSC與MGW合設，基于容量限制、設計安全性考慮，1X BSC的分裂門限設定為設備配置用戶容量超過60萬考慮分裂。

貝爾新一代RNC采用ATCA架構的設備，1個滿配置RNC機架可支持掛接2 400個載波，3 360k信令開銷，4G的出口流量，可支持在同一個MSCe區域下12個RNC機柜的并聯，RNC的容量和處理能力不成為分裂的瓶頸，建議在做RNC規劃建設時考慮和1X BSC 按1：1配置。

4 結論

移動互聯網時代和智能風暴的來臨，給移動網絡在信令及流量層面上帶來了雙重壓力，BSC面臨大規模分裂的局面。BSC分裂門限建議是：BSC的部署應綜合考慮話務量、吞吐量、信令開銷以及掛接基站數等維度指標。

對于華為和中興BSC：若單套BSC的某一維度配置值達到或超過以下某一指標，建議可對該BSC進行分裂。相關滿配指標要求（配置時需考慮不超過滿配置容量的70%）：1X純語音話務量（不含切換和數據話務量）不超過7 000Erl、DO吞吐量不超過2Gbps、信令開銷不超過設備滿配能力。

對于貝爾BSC：1X BSC與核心網MGW保持一致，當配置用戶容量超過60萬考慮分裂，RNC與1X BSC按1：1配置。

目前在我國CDMA市場的推動下，各廠家都在研發新一代的BSC產品。根據前期和廠家的相關交流，新產品會提供更高的處理性能，后續BSC的設置原則可根據新產品性能再做調整。

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[5] 田鋒. 論“信令風暴”與其解決方案[J]. 現代電信科技， 2011（11）： 29-33.★

IP化比例/% 20 50 90

TDM接口（主用E1數量） 1 500 1 100 380

TDM接口板卡占用槽位數 24 18 8

基于上述條件，根據中興BSC配置原則對所需板卡進行配置計算，在槽位接近滿配值時所能支持的吞吐量如表5所示。

3.4 貝爾BSC分裂門限分析

上海貝爾提供的1X BSC集成在核心網MSCe（Mobile Switching Center emulation，移動軟交換中心）和MGW中，提供高性能的無線接入、信道控制、資源管理和呼叫控制功能。現網貝爾采用V3版本的MSCe，主要包含兩個主要模塊：AM模塊采用Netra T5220服務器，機柜里通常只安裝8個AP服務器，并且內置OMC-RANv3網管平臺，處理RCS信令、ANSI-41信令；MM-SI模塊是一個基于ATCA架構的應用平臺，提供MSCe中的MGC功能，通過H.248控制MGW的應用。另外，MM-SI還負責終結ISUP和SIP-I信令。PSG為貝爾公司提供的MGW產品，基于通用軟件和分布式硬件結構，由AM、CM、SM三部分組成，支持TrFO功能。

上海貝爾提供的DO網絡控制器RNC有UNC RNC和ATCA RNC。ATCA RNC是貝爾推出的新一代具有高可靠性的通訊平臺，是基于模塊化結構的、兼容的、并可擴展的硬件構架。RNC為無線接入網（RAN）提供以下功能：

（1）支持DO基站和PDSN的IP Backhaul傳輸。

（2）支持無線鏈路協議（RLP），連接到AT的RLP接口。

（3）支持PCF功能，通過R-P接口連接到PDSN。

（4）支持DO的會話控制功能，包括會話的建立、切換及跟基站的通信以支持OA&M的功能。

UNC RNC處理能力：每8個RNC可以組成一個SN（服務節點），每對AP和其綁定的TP只能處理來自對應下掛的載波業務，每個SN支持3 600個DO載波。

ATCA RNC處理能力：每12個RNC可以組成一個SN（服務節點），TP擴容不再和AP綁定，一對AP可以配置到所有24個UTP_AMCs，AP不能共享資源，TP可共享資源，根據廠家的產品說明，單機柜滿配置時可處理4G的吞吐量，且UTP處理能力指標的瓶頸在BHCA上。

貝爾1X網絡的BSC與DO網絡的RNC分設，1X BSC與MGW合設，基于容量限制、設計安全性考慮，1X BSC的分裂門限設定為設備配置用戶容量超過60萬考慮分裂。

貝爾新一代RNC采用ATCA架構的設備，1個滿配置RNC機架可支持掛接2 400個載波，3 360k信令開銷，4G的出口流量，可支持在同一個MSCe區域下12個RNC機柜的并聯，RNC的容量和處理能力不成為分裂的瓶頸，建議在做RNC規劃建設時考慮和1X BSC 按1：1配置。

4 結論

移動互聯網時代和智能風暴的來臨，給移動網絡在信令及流量層面上帶來了雙重壓力，BSC面臨大規模分裂的局面。BSC分裂門限建議是：BSC的部署應綜合考慮話務量、吞吐量、信令開銷以及掛接基站數等維度指標。

對于華為和中興BSC：若單套BSC的某一維度配置值達到或超過以下某一指標，建議可對該BSC進行分裂。相關滿配指標要求（配置時需考慮不超過滿配置容量的70%）：1X純語音話務量（不含切換和數據話務量）不超過7 000Erl、DO吞吐量不超過2Gbps、信令開銷不超過設備滿配能力。

對于貝爾BSC：1X BSC與核心網MGW保持一致，當配置用戶容量超過60萬考慮分裂，RNC與1X BSC按1：1配置。

目前在我國CDMA市場的推動下，各廠家都在研發新一代的BSC產品。根據前期和廠家的相關交流，新產品會提供更高的處理性能，后續BSC的設置原則可根據新產品性能再做調整。

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[5] 田鋒. 論“信令風暴”與其解決方案[J]. 現代電信科技， 2011（11）： 29-33.★