3GDT技术详解及引入部署策略研究

爱卫生

0 前言
  随着3G 网络的开通出现了很多特色的分组业. 务如流媒体手机电视等移动数据业务会井喷式发. 展移动分组核
心网由于承担着对用户的移动性管理. 对业务数据的转发对业务、对业务策略的等功能网络规. 模迅速膨胀分组核
心网逐渐成为运营商进行基础设. 施建设考虑的重点之s. DT Direct Tunnel 是3GPP R7 新引入的功能通过将核
心网中的用户面和信令面分离，用户数据不再由SGSN进行转发，而是通过RNC和GGSN之间建立的单GTP隧道进行传输
。当网络中的数据量迅速增长而用户量较为稳定时，运营商无需对SGSN和GGSN的用户面进行大规模扩容，而只需根
据需求扩容GGSN，从而为运营商节省了大笔投资。
  目前DT技术已经成熟，国内外主流厂家的设备都已支持DT功能，国外运营商也已经开始部署。

1 DT网络架构
  3G DT是3GPP R7的新增功能，通过将控制和承载分离，在RNC和GGSN之间直连用户面隧道，用户面流量绕过SGSN
直接在RNC和GGSN之间传输，可以降低SGSN的用户面压力。与DT功能开启之前相同，控制面信令仍然由SGSN完成，
由SGSN决定何时建立直连隧道以及对对到的更新等操作。3GDT的框架如图1。

图一：3GDT架构

  3GPP R7中新引入2个参数用于DT相关的处理，分别是No QoS Negotiation indication和DTI。
  No QoS Negotiation indication是3GPP R7中引入的1个新参数，用在DT相关流程中Gn口的Update PDP
Context Request消息中。Update PDP Context Request消息用于SGSN向GGSN传送RNC的用户面地址和TEID，No
QoS Negotiation indication参数用来通知GGSN不再进行QoS协商。
  DTI是3GPP R7中引入的一个新参数，该参数用来识别是否已经建立DT。根据TS29.060-770，包含在Direct
Tunnel Flags参数组中的DTI参数，只有在进行PDP上下文更新流程时才会在Update PDP Context Request消息中
携带，用来表示PDP上下文更新流程是否被用于建立GGSN和RNC间的用户面直连隧道。如果DTI被置为1，表示SGSN正
在向GGSN请求建立DT，如果DTI被置为0或者没有该参数，标识SGSN没有向GGSN请求建立DT。

2 DT关键流程
  3G DT功能影响到的流程主要涉及PDP激活/修改和保留、RAB/Iu建立、2G和3G的系统间切换、3G系统内切换、差
错处理、与Pre-DT的SGSN/GGSN/RNC的交互、SGSN与MS的PMM上下文不同步状态的恢复等方面。3GDT的引入主要对
PDP激活、业务请求、Iu释放、SGSN内重定位和路由更新等流程增加PDP更新流程，对于系统间重定位和路由更新流
程中的消息信元进行了改动。
2.1 PDP激活流程
  PDP激活时，如果SGSN决定建立DT,则在RAB Assignment流程中向RNC提供DT参数，并发起PDP Context Update流
程来更新下行数据IP地址和TEID；如果不建立DT，不会触发PDP上下文的更新流程，或者PDP上下文更新流程的消息
中不携带RNC的用户面地址和TEID。PDP激活时创建DT的流程见图2所示。PDP二次激活、PDP上下文更新、业务请求
、SRNS重定位等流程中对DT的处理与PDP激活流程基本相同。

图二：3GDT下的PDP激活流程

2.2 RAB Assignment流程
  建立DT时，Assignment Request消息中携带GGSN的用户面地址和TEID，Assignment Response消息中写道RNC的
用户面地址和TEID，Update PDP Context Request消息中携带RNC的用户面地址和TEID；不创建DT时，Assignment
Request消息中携带SGSN的用户面地址和TEID，并且不会触发PDP上下文的更新流程或者PDP上下文更新流程中不携
带RNC的用户面地址和TEID。RAB指派时对DT的处理间图3。

图三：RAB指派流程

  开启DT与不开启DT功能的RAB指派流程的主要区别为：开启DT功能时，SGSN在RAB指派时会把GGSN用户面地址和
TEID发给RNC；不开启DT功能时，SGSN会把自己的用户面地址和TEID发给RNC，而不会发送GGSN的相关信息。

2.3 差错处理
2.3.1 RNC发起错误指示
  开启DT功能时，如果GGSN收到RNC发来的GTP-U的错误指示，GGSN不会释放PDP上下文，而是通知SGSN相应的RNC
不可达，且GGSN会发起PDP更新流程，并在Update PDP Context Request消息中携带DTI、GGSN用户面地址和TEID
，且DTI的值为Error Indication,而在Update PDP Context Reponse消息中会携带SGSN用户面地址和TEID。在
RAB承载修改流程中，SGSN会把自己的用户面地址和TEID发给RNC。RNC发起错误标识的处理如图4所示。

图四：RNC发起的错误指示

2.3.2 GGSN发起错误指示
  开启DT功能时，如果GGSN向RNC发起Error Indication,RNC会向SGSN发起RAB释放的请求，且在RAB Release
Request消息中携带的原因值为"GTP Resporces Unavailable"，此时SGSN会发起Deactivate PDP Context流程，
SGSN和GGSN上的PDP上下文均被删除。GGSN发起错误指示的流程如图5所示。

图五：GGSN发起的错误指示

  
3 DT的优劣势分析
3.1 DT的优势
  DT的优势包括提升用户感知、保护投资、降低SGSN负荷等几个方面。
3.1.1 提升用户感知
  开启DT功能后，用户面流量在RNC和GGSN之间直接传送，不经过SGSN节点，与不开启DT功能相比，少了SGSN对数
据包的封装、解封装以及转发过程，从而可以降低时延，提高用户的感知度。
3.1.2  保护投资
  开启DT功能后，当网络中的数据量迅速增长时，如果用户数量没有较大变化，运营商无需对SGSN和GGSN的用户面
同时做大规模扩容，而只需根据需求对GGSN用户面进行扩容即可，从而改善网络的可扩展性，避免对全网所有节点
同时扩容，节省SGSN的用户面投资，尤其是在高数据流量情况下用户面投资节省比较明显。另外，SGSN集成度提高
，控制区域扩大，也降低了维护成本。
3.1.3 降低SGSN负荷
  DT功能实现了RNC与GGSN的直接连接，3G有效载荷流量绕过SGSN直接到达GGSN，有效降低了SGSN的用户面负荷。
3.1.4 平滑演进
  核心网演进的方向是扁平化的EPS（演进的包交换系统），数据流量不再通过控制节点。3GDT实现了控制与承载
的分离，与EPS架构接近，是核心分组域向EPS架构演进的一个重要环节。提前部署有利于今后网络的平滑演进。

3.2 DT的劣势
3.2.1 增加信令负荷
  DT功能激活后，由于DT相关的流程都会额外增加PDP更新的流程消息，会增加SGSN和GGSN的信令负荷。
3.2.2 部分场景不适用。
  在部分特殊场景下，不能使用DT功能，具体表现在如下几个方面。
a)GGSN不在VPLMN的网间漫游。当用户发生网间漫游时，GGSN不在VPLMN内，SGSN无法知道GGSN在哪个PLMN，需要
限制使用DT。
b)智能网用户计费。如果DT已经建立，那么SGSN的用户面数据量就不可见。由于CAMEL服务器会在PDP上下文存在的
任何时间调用流量报告，因此对于CAMEL签约用户，DT功能的使用时被禁止的。
c)合法监听。使用DT时，由于SGSN没有用户面流量相关信息，因此合法监听只能从GGSN手机相关的用户通信信息，
且在GGSN使用合法监听时，与控制面相关的信息以及与MM相关的信息只能从SGSN获取。因此对于开启DT的用户，暂
不能使用合法监听功能。

4 DT部署对网络的影响
4.1 对网络结构的影响
  在用户数据的传输上，对于开启DT功能的用户，用户面流量通过RNC与GGSN之间的GTP隧道直接传输，不再流经
SGSN；对于没有开启DT功能的用户，用户面流量仍然使用RNC-SGSN-GGSN的双隧道，与传统的处理方式相同，其他
无影响。

4.2 对网络设备的影响
  DT对于SGSN和GGSN的影响主要体现在容量和性能2个方面。DT通过在RNC和GGSN间建立的单隧道，3G网络的有效载
荷流量绕过SGSN，直接传到到GGSN，可以有效降低SGSN的流量负荷，从而变相提升SGSN的容量；但同时，由于DT相
关的流程处理都需要额外增加PDP上下文更新流程，因此也增加了SGSN和GGSN的信令负荷，对设备性能有一定影响
。

4.3 对计费系统的影响
  由于使用DT功能用户流量绕过SGSN，SGSN不能统计使用DT功能的PDP上下文数据流量。为某个特定PDP上下文使用
DT功能时，SGSN和GGSN捕获的对应PDP上下文的数据流量会出现不一致。SGSN生成的S-CDR话单中没有用户流量相关
的信息，因此无法根据S-CDR的流量信息进行计费，对计费会有一定影响。但如果网络是根据GGSN生成的G-CDR话单
进行计费而没有使用S-CDR话单，则对计费无影响。DT功能对流计费没有影响。

4.4 对网管系统的影响
  DT只是在现有网元上新增部分功能，并没有新增网络设备，因此对网管无太大影响。但与SGSN用户面流量相关的
指标无法使用，如果要进行DT相关的指标统计，则需要增加DT的相关指标。

4.5 对周边网元的影响
  DT功能只涉及SGSN、GGSN和RNC之间的处理，不涉及与其他网元的交互，对周边网元无影响。

5 DT引入策略分析
5.1 引入3GDT总体原则
  基于网络和业务发展情况，当分组网络用户数据流量较大或者达到一定程度时部署DT功能。根据网络SGSN设备容
量进行估算，当SGSN的用户面不能满足业务发展的需求时，可考虑开通DT功能，节省用户面投资。
  优先在部分重点城市开启DT功能。由于不同城市之间发展的不平衡，部分重点城市的业务发展相对迅速，首先达
到SGSN的容量瓶颈，优先考虑在部分重点城市开启DT功能，更能体现DT功能带来的优势。

5.2 部署方案
  方案一：按照RNC覆盖范围开启DT功能。标准中的方案，进行最粗粒度的控制。
  方案二：按照APN开启DT功能。针对APN进行控制，可设置特定APN开启DT功能，可以根据不同业务使用不同APN做
到对特定业务开启DT功能。
  方案三：按照用户开启DT功能。针对用户进行控制，即最细粒度的控制，可以做到精确控制，但需要SGSN、HLR
、DNS等进行大量的配置工作，实施的复杂较高。
  其中方案而和方案三都为非标准的方案，运营商可以根据实际情况综合考虑实施。

5.3 部署建议
  第一阶段，业务发展初期，由于SGSN容量相对富裕，因此在SGSN负载不大，不需要对SGSN用户面进行扩容时，开
启DT功能对网络投资的节省效益不明显，且会一定程度上增加信令面的开销，建议可不开启DT功能。
  第二阶段，业务发展中期，部分重点城市的SGSN负载首先到达一定程度，需要对SGSN用户面进行扩容时，可以采
用方案二，通过特定APN达到对特定业务开启DT功能，避免对SGSN用户面进行大规模扩容，或者采用方案三针对流
量较高的部分用户开启DT功能。
  第三阶段，业务发展后期，全网业务量较大时，大多需要对SGSN用户面进行扩容，此时对全网开通DT功能，可很
好地达到节省投资的目的。
  实际部署中，可根据业务发展的实际情况，有针对性地选择相应方案。

5.4 网络改造流程及流程实施
  网络实施3GDT改造首先需要确认设备版本的支持情况，进行必要的升级和补丁。然后打开相应的DT开关，配置支
持DT的RNC、GGSN等列表，如果实现方案需要，也要对HLR、DNS等做相应配置。打通RNC到GGSN的用户面数据路由，
统一规划用户及APN的支持情况，根据运行状态，可以逐步扩展DT功能的使用范围。

6 小结
  3GDT结束的引入是保证分组网络逐步扁平化并向EPS平滑演进的重要步骤。一方面DT通过在RNC与GGSN间建立的直
接连接，用户面载荷流量绕过SGSN，可以有效地降低SGSN的流量负荷，提升分组核心网的容量，让网络具有更高的
经济消息；另一方面，DT能够进一步改善运营商的移动宽带服务，满足了未来日益增多的高速业务客户的需求。

参考文献：
1）TS23.919 直接隧道部署指导
2）TS23.060-V7.7.0

btetc

非常感谢~~帮助很大！

oliverchang

哈哈，看完库，在看看这篇文章，受益匪浅啊！3Q!

ahuaking

很不错的介绍DT的文章，很详细。