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[论文与期刊] TD-LTE下eMSC改造方案的研究   [复制链接]

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发表于 2015-12-14 16:01:15 |显示全部楼层
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文:杨 林、于富东(吉林吉大通信设计院股份有限公司)

摘 要:LTE网络建设初期,无线覆盖不连续,需要进行2/3/4G环境下的话音呼叫切换。为保证VoLTE话音业务的连续性,需要进行电路域eMSC改造。根据运营商市场策略,4G时代需严格控制电路域改造规模,提高投资效益。因此,针对eMSC改造方案需要结合政策性、经济性、技术性等因素提出切实可行的改造方案。本文将从方案原理、现网改造关键需求、后续存在问题等方面进行分析,得出eMSC改造方案,并给出适合现网的应用部署建议。

1 引言
VoLTE商用初期,运营商LTE无线覆盖不连续,VoLTE用户会经常出现不在LTE覆盖的业务区而回落到2/3G网络的情况,为保证用户话音业务连续性体验,需要进行现网的电路域、分组域、IMS域、用户数据中心HSS/HLR、DRA信令网、承载网、业务网、业支系统、网管系统等领域多个网元的改造。
本文对eMSC现网改造方案的关键问题进行研究,解决VoLTE+eSRVCC商用部署过程中亟需解决的问题,结合中国运营商网络现状提出科学合理的网络部署方案和策略建议。


2 SRVCC技术原理及应用

基于IMS核心网控制,通过LTE网络上支持话音VoIPCalls on LTE,即VoLTE。SRVCC实现了分组域网络(LTE/IMS)与电路域网络Circuit(2/3G)之间的话音切换。在LTE覆盖区内,SRVCC方案由IMS网络提供业务;在覆盖区外,由2/3G电路域提供业务。当通话过程中移出LTE覆盖区,则使用(e)SRVCC技术保证业务的连续性,使通话平滑切换到2/3G网络。VoLTE用户在通话过程中,移出LTE覆盖区域,通过eSRVCC技术“切换”到2/3G电路域,保障话音业务的连续性。VoLTE+eSRVCC切换过程如图1所示。


VoLTE+eSRVCC切换过程描述如下:
●VoLTE用户在LTE覆盖范围,通过EPC网络注册到IMS网络,IMS HSS将STN-SR更新到MME,SBC作为ATCF/ATGW分配STN-SR标示“本局此用户”,当用户发起呼叫时,IMS控制进行信令协商,建立经EPC承载的媒体通道,通过SCCAS完成呼叫处理。
●当VoLTE用户发生移动,切换至2/3G网络覆盖下时,为保持话音业务连续性将触发。
●eSRVCC切换流程。MME控制话音切换,经Sv接口传送“切换信息”给eMSC(现网改造或新建)。
Sv接口消息中含Target ID、STN-SR等信息;eMSC根据Target ID查询到用户所在的目的MSC Server,目的MSC Server跟用户所在无线网协商建立新的电路域媒体承载通道;eMSC根据STN-SR查询到用户所注册的SBC/ATCF,建立电路域到SBC/ATGW媒体通道;连接电路域与IMS域两边的媒体通道,完成整个切换过程,这一过程对端网络承载无需改变。可以看到,在eSRVCC整个切换过程中,涉及核心网电路域、分组域及IMS域3部分网元的协调和配合。因此,要实现eSRVCC功能,需要对现网相关各域网元进行改造,主要改造逻辑网元见表1。



3 eMSC改造方案
目前,运营商电路域网络不具备eMSC功能,这里需要考虑两种方式进行eMSC部署,即新建eMSC或改造现网MSC网元支持eSRVCC功能。现网的任何改造不同于技术方案的讨论,都会涉及投资。从通信网络演进发展来看,核心网电路域经过多年发展已经成,MSC已经基本完成组Pool的网络部署,在未VoLTE大规模商业电路域功能将逐步弱化甚至。因此,各大运营商从投资保护角度出发,提出了,严格控制。基于此对eMSC功能需求通过新建或改造的规,应该在满足基本用户需求情况下,尽量,针对现网电路域和域网络结构,这里提出3种eMSC改造方案。

(1)方案一:每个Pool升级两个MSC-S作为eMSC,一个城市多个MSC Pool场景下,每个Pool内升级两套端局(含MSC-S&MGW)支持eMSC,这两套端局可以已经改造的CSFB端局兼做eSRVCC功能,具体参见图2。


改造工作量及其他考虑如下:
●端局软件版本升级。
●MSC-S&MGW联调到MME的Sv接口,到IMS域的Mw/Mb接口。
●MSC-S已有MIP的CELL信息配置,因此局数据增加很少。
●维护工作量,需要维护的节点多,但结构清晰。
●切换性能,用户体验和业务质量最好。
●Pool较多的大运营商来说,改造网元众多,投资较大。
(2)方案二:每大区/每两个大区升级两个MSC-S作为eMSC-S。
每个大区内选择两套端局(含MSC-S&MGW)进行改造,eMSC所在Pool内采用局内切换方式,eMSC到大区其他Pool采用IWF方式做跨E接口SRVCC切换,具体参见图3。



改造工作量及其他考虑如下:
●升级的eMSC增加大区所有其他MIP的LAC数据,用于跨E接口的切换。
●其他的MSC-S需要把这两个eMSC定义相邻关系。
●维护工作量,需要维护的节点少,但因为组网结构和局数据相对复杂。
●有eMSC的MIP切换性能优于使用跨E接口SRVCC切换的其他MIP。

●投资较小。
(3)方案三:新建eMSC的IWF方案
新建eMSC网元实现eSRVCC的切换,每个大区新增两套SRVCCGW,具体参见图4。



改造工作量及其他考虑如下。
●SRVCC GW联调到MME/IMS域的Sv/Mw/Mb接口。
●SRVCCGW联调到现网端局的E/Nb接口。
●维护工作量,需要维护的节点少,且组网简单。
●切换性能,SRVCC切换准备流程时间增加约200ms(20多条Nc/Mc/NbUP/E接口消息),SRVCC切换话音中断时间略长(差别约为20~30ms)。
●投资大,违背当前运营商网络建设发展策略。

综上,改造现网端局支持eSRVCC功能方案应优先考虑,新建eMSC方案次之。因此,针对两个改造方案,结合中国某省级运营商网络现状进行模拟改造方案部署对比情况见表2所列,可以发现区域中心改造方案比较适合现网部署,后续将针对该方案实际部署进行分析。



4 区域中心eMSC改造方案现网部署与建议
针对区域中心eMSC改造方案部署前、中、后3个阶段给出合理的可工程实施的方案建议,为运营商网络的eMSC方案部署给出现网参考。
4.1方案部署前准备工作

改造网元筛选:梳理网络现状,优选新平台、轻负荷、较晚入网设备,同时兼顾CSFB改造局。如华为设备要选择ATCA平台,爱立信设备选择CP60平台。最近两三年入网设备,同时端局负载较少,原购买容量较大(短期无需Pool内容量调整)并于2013年已部署了CSFB&SGs接口功能的端局。端局升级eMSC版本:梳理现网厂家为支持eMSC需要的大网版本是否具备。该省运营商现网厂家MSC版本梳理中发现,华为设备需要从现网CS9.2升级到CS10.2版本,但该版本已进行完现网测试,目前正在走运营商集团入网证申请流程,2014年8月底获得入网证。爱立信设备需要从现网R14版本升级到R14B,2014年8月底—9月初获得入网证,同时厂家OSS也需要进行版本升级。
4.2方案部署过程中的安排
(1)总体原则及改造步骤
各区域中心各升级两个eMSC支持eSRVCC功能,开通与MME的Sv接口、开通到IMS SBC的Mw/Mb接口,完成相关端局软件版本升级并配置临区切换的Pool数据。因本次改造需要增加SV/Mw/Mb接口并通过CS-CE/PS-CE到目标MSC、EPC MME和IMS网络SBC/ATCF/ATGW,涉及工程放线导致部分MGW需要新增接口板卡资源。

整个过程包括如下几步骤。
●确定建设方案,承载网工勘,并选定改造的MSC和MGW,进行工程设计。
●承载网改造,目标eMSC和eMSC-MGW部署机房CS-CE改造支持IMS信令/媒体VPN。
●工程施工,MGW硬件扩容,必备接口板改造。
●制定版本升级时间计划,包括配套网管升级、端局大网版本升级。
●网管局数据配置和联调。
(2)eMSC改造对承载网的要求
eMSC/MGW优先通过PS/IMS-CE接入IMS信令VPN和IMS媒体VPN,在没有PS/IMS-CE资源的情况下,需要改造CS-CE部署IMS信令VPN和IMS媒体VPN,具体见表3。


(3)MSC改造内容

区域内选择一个Pool内两台ATCA/CP60平台的CSFB MSC升级支持eMSC,根据话务规划,原则上不需做硬件扩容,只需增加软件功能;Pool内其他ATCA/CP60平台MSC与eMSC可采用相同版本组Pool,也可采用异版本组Pool,如Pool内涉及华为CPCI平台无需升级;区域中心eMSC兼做其他Pool的eMSC,其他Pool不需要做设备升级;区域中心eMSC与区域中心全部MME进行连接,Sv接口与SGs共用物理接口,仅进行逻辑划分,无需工程放线。区域中心eMSC与区域中心所在地的SBC/ATCF进行连接,新增Mw接口
通过IMS信令VPN。
(4)MGW改造内容
Pool内MGW不做升级,选择两台MGW作为eMSC-MGW。增加与IMS域媒体互通接口板,开启Mb接口增加IMS媒体VPN通道连接区域中心所在地的SBC/ATGW,按需扩容其他资源板;Mw/Mb接口及IMS信令/媒体VPN需要工程放线。
(5)网元版本升级内容
厂家网管OSS配套的版本升级和厂家端局设备版本升级;需要制定合理的升级进度计划。
(6)局数据调整内容
增加大区其他MIP的LAC局数据,其他的MSC-S把这两个eMSC定义相邻关系。


4.3方案部署后注意事项
针对电路域一个Pool内的eMSC支持eSRVCC功能,同时担负CSFB端局&普通端局的角色,根据省内预测数据来看,未来3年内可能存在临界情况;在规划中后期因VoLTE会对该端局处理性能要求增大,eMSC局的承载能力会有49%的下降幅度,需要将eMSC承载的普通2/3G呼叫由Pool内其他局承载,进行eMSC所在Pool内的容量因子调整。
因为未来3年内2/3G话务量将会有一个快速的下降,eSRVCC和CSFB话务量规划初期增长后,后续保持稳定后逐步下降,目前改造网元数量可以满足支持VoLTE的需要,因这两部分话务量目前并无具体数据,需要后期跟踪是否需要分裂区域中心节点。


5 结束语
LTE建设初期因为无线覆盖不完善,针对VoLTE话音业务暂不具备统一的目标方案。而电路域作为主要的话音业务承载网络将与VoLTE核心网长期共存,为了保持话音业务的连续性,需要考虑电路域eMSC改造。本文阐述了改造的必要性,eSRVCC话音切换流程基本原理展开,分析为完成VoLTE+eSRVCC需要进行的多域改造工作,最后针对电路域eMSC新建或改造方案进行了分析研究,并结合中国某省级运营商网络现状进行了改造方案的部署方案对比分析,最终针对区域中心组网的eMSC改造方案进行了现网实际部署中的前、中、后各个阶段需要做的工作描述,以期其他运营商网络在eMSC实际部署中进行借鉴和参考。


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