批量放號階段VoLTE網絡容量瓶頸的解決方案

呂品

（中國移動通信集團廣東有限公司佛山分公司，佛山 528000）

VoLTE是中國移動4G時代最終的語音解決方案。借助IMS核心網對用戶面、控制面、業(yè)務面的精細控制能力和All IP的網絡承載，VoLTE可以實現精確的語音控制，可利用PCC架構實現端到端的QoS保障，合理、靈活地對多媒體會話進行按不同業(yè)務、不同服務質量，進行精細化計費控制。目前，VoLTE批量放號和業(yè)務推廣正在開展中。

1 批量放號給網絡帶來的挑戰(zhàn)

VoLTE互通話務路由現狀和存在問題：目前MGCF網關部署在IMS域，IMS和2G/3G用戶之間的話務需經過IMS域MGCF網元←→關口局←→MSC，IMS作為VoLTE核心網前，MGCF網關用于疏導固網和2G/3G用戶之間互通話務，需求量??；IMS作為VoLTE核心網后，隨著VoLTE話務量增加，IMS和2G/3G互通話務必然會同時增加。

去年以來，采用的VoLTE批量放號策略導致VoLTE用戶快速增加，但駐留在IMS域比例較低（不足20%），當該部分VoLTE用戶作被叫時，會觸發(fā)被叫錨定路由至IMS處理，經核實，該類呼叫會導致對關口局容量的4倍占用和對MGCF容量的2倍占用。按目前放號策略將導致該類VoLTE呼叫快速增多，這將對關口局和MGCF容量造成更大的沖擊。

圖1 VoLTE IMS和CS域互通的網絡結構示意圖

在實際工作中，運維人員在分析批量放號后IMS域的統(tǒng)計指標時，發(fā)現IM-MGW和GMGW容量利用率在快速增加，與市場線的批量放號是同步的。這驗證了之前的理論分析。如果要擴容網絡，則同時要在IMMGW和GMGW同時擴容。重復擴容會導致網絡資源利用率不高。

2 業(yè)務緊急分流方案

2.1 量化分析，精準預測

首先統(tǒng)計歷次用戶VoLTE功能的批開數據，根據批開用戶總數和實際轉化成有效VoLTE，計算出有效用戶轉化率。由于批開以“萬”為單位進行，VoLTE用戶分配是與具體號段無關的，在每一個萬號段之內都是隨機分配。轉化率與用戶行為相關，在中短期內不會有明顯變化。因此認為基于去年數據計算出來的轉化率，也適用于今年的情況。

根據轉化率、本地話務模型、設備軟硬件License特性，推導出VoLTE批開對IM-MGW資源利用率的公式，用于后續(xù)的量化分析。通過公式精準計算，預測資源利用率最緊張的階段，提前準備好應對措施，全力保障業(yè)務推廣。

2.2 跨地市緊急分流預案

根據組網，幾個地市的IM-MGW都在同一個MGCF之下。MGCF控制和調度IM-MGW的資源分配。運維人員在MGCF修改號段分析的局數據，能夠把歸屬高負荷設備所在地市（號段）的業(yè)務，分流到較低負荷設備所在地市的設備。根據網絡容量的緊張程度，事先準備好幾套預案和指令腳本。當突發(fā)情況發(fā)生時，根據實際情況選擇對應的預案。

方案需要IMS域CSCF和CS域GW等網元之間的協(xié)同配合。根據分流后的業(yè)務走向，在各相關網元同時調整局數據。

3 關口局融合MGCF的關鍵技術

VoLTE網絡結構下，IMS MGCF是IMS域內與CS域互通的網絡節(jié)點，CS關口局是CS域與IMS域互通的網絡節(jié)點。為了優(yōu)化VoLTE網絡結構，把CS域關口局和IMS域MGCF融合到同一個節(jié)點（下文統(tǒng)稱這個節(jié)點為融合關口局）。在關口局和MGCF融合之后，不但能夠直接緩解VoLTE網絡容量瓶頸，而且后續(xù)擴容只需要在一個節(jié)點進行，提升效率。

關口局融合改造前，為保障網絡安全，過渡期內MGCF直連端局，本方案在IMS域由網維按需安排分階段實施，融合改造完成前為全省提供過渡期業(yè)務保障采用IMS域MGCF直連電路域端局的方式，所有網內互通話務，均通過MGCF直接送至軟交換端局，互聯(lián)互通話務量，仍送至關口局GMSC進行疏通。

下面分別介紹兩種常用的融合解決方案。僅GMSC Server替換的方式，用于華為關口局；GMSC Server和GMGW升級的方式，用于愛立信關口局。

3.1 僅GMSC Server替換的方式

華為關口局的融合采用這種方式。新建替換的GMSC Server支持MGCF功能，并配置MGCF容量。GMGW利舊，原GMGW保持不變維持與外網互聯(lián)互通功能（同信令點、互聯(lián)電路不調整），利舊IMS域IM-MGW網元用于VoLTE互通新建融合新建設備須同時接入CSCE和PSCE，GMGW/IM-MGW維持現有CE接入。路由局向采用按容量因子的負荷分擔。

3.1.1 新建融合關口局DS功能定位概述

進行關口局組網設計、端口配置的基礎是對關口局進行合理的功能定位，根據中國移動實際網絡情況和發(fā)展趨勢，對新建軟交換關口局定位如下。

（1）與IMS之間話務轉接：新建融合關口局DS支持MGCF功能，IM-MGW（利舊MGCF容量），負責佛山移動CS域與IMS域之間的話務疏通。

圖2 僅GMSC Server替換方式的網絡結構示意圖

（2）網間互聯(lián)互通：新建融合關口局DS負責轉接電信固網、電信C網、鐵通固網用戶、聯(lián)通固網、聯(lián)通G網用戶與中國移動用戶的互聯(lián)互通話務量。因為GMGW利舊，使用同信令點整局割接到新建融合關口局DS之下，所以涉及互聯(lián)互通的電路不變。

（3）網內話務轉接： 移動網內維持現有的網狀網互聯(lián)模式。新建融合關口局DS將繼續(xù)轉接佛山移動至 IP前置機的業(yè)務需求，轉接所在地市移動至客服平臺的業(yè)務需求。

說明：不同省份、不同地市的定位可能略有差異，但大體上相同。

3.1.2 硬件選型

新建融合關口局的硬件選用華為MSOFTX3000移動軟交換中心。這套平臺具有強大而靈活的組網能力，既能作為GMSC Server節(jié)點，與華為 UMG8900配合組網時也能作為MGCF節(jié)點，在功能上滿足中國移動的要求。

MSOFTX3000平臺具有高大容量高集成度高性能，所有單板均采用ASIC、PLD、FPGA等先進的集成電路，選用大規(guī)模集成電路器件，大大減少系統(tǒng)的復雜度、提高系統(tǒng)的集成度當系統(tǒng)采用750B單板時，在滿配置的情況下，MSOFTX3000多可支持540萬用戶，或等效64萬TDM中繼電路。當系統(tǒng)采用750C單板時，在滿配置的情況下，MOSFTX3000多可支持540萬用戶，或等效128萬TDM中繼電路在滿配置的情況下，系統(tǒng)僅需安5個機柜，不僅設備占地面積小，而且運行功耗低。MSOFTX3000平臺還具有高可靠性：在硬件設計上，采用單板的主備份、負荷分擔、冗余配置等可靠性設計方法；通過優(yōu)化單板和系統(tǒng)的故障檢測隔離技術提高系統(tǒng)的可維護性；在軟件設計上，采用分層的模塊化結構，使軟件設計具有防護性能，容錯能力，故障監(jiān)視等功能；在計費系統(tǒng)方面，IGWB采用雙機熱備份系統(tǒng)，可實現話單數據的雙備份和海量存儲。因此，它在性能上同樣能滿足中國移動的需求。

3.1.3 新建融合關口局DS話務路由規(guī)劃

3.1.3.1 省內省際本地話務

軟交換端局/關口局—→IP專網—→軟交換端局/關口局。

3.1.3.2 業(yè)務平臺業(yè)務

根據業(yè)務平臺的技術發(fā)展情況確定為兩種情況：

業(yè)務平臺改為IP接口直接IP互通。

經轉接局（建議采用本地軟交換關口局）完成TDM至IP承載的轉接。

3.1.3.3 VoLTE 業(yè)務

VoLTE SBC←→IP專網←→VoLTE SBC。

VoLTE SBC←→新建融合關口局DS←→軟交換端局。

軟交換端局←→新建融合關口局DS←→軟交換端局。

3.1.4 新建融合關口局DS話務疏通原理

3.1.4.1 VoLTE—VoLTE

VoLTE用戶至VoLTE用戶話務疏通：主叫側按照標準IMS流程進行主叫發(fā)起和主叫業(yè)務觸發(fā)（先觸發(fā)SCC，再觸發(fā)業(yè)務）；主叫IMS域按照標準IMS 流程將呼叫路由至被叫IMS域；被叫IMS業(yè)務觸發(fā)及T-ADS流程；域選擇結果為IMS接續(xù)，S-CSCF將呼叫路由至被叫SBC。

3.1.4.2 VoLTE—CS

VoLTE用戶至傳統(tǒng)CS域話務疏通：主叫側按照標準IMS流程進行主叫發(fā)起和主叫業(yè)務觸發(fā)（先觸發(fā)SCC，再觸發(fā)業(yè)務）；主叫IMS域按照標準 IMS 流程將呼叫路由至被叫IMS域；被叫IMS業(yè)務觸發(fā)及T-ADS流程；域選結果為CS接續(xù)，VoLTE AS向HSS獲取被叫CSRN；呼叫在被叫歸屬地MGCF進入電路域，并路由至被叫端局。

3.1.4.3 CS—VoLTE

傳統(tǒng)CS域至VoLTE用戶話務疏通：主叫端局查詢被叫三合一HSS，三合一HSS返回錨定SCP/VoLTE AS的T-CSI；主叫端局觸發(fā)至錨定SCP/VoLTE AS，錨定SCP在被叫號碼前插入路由碼；電路域進行數據配置，根據錨定碼將呼叫路由至被叫歸屬地GMSC，GMSC直接將呼叫路由至本地MGCF；MGCF 根據默認路由將消息發(fā)往本域I-CSCF，I-CSCF查詢被叫歸屬地HSS；I-CSCF將呼叫路由至S-CSCF，S-CSCF觸發(fā)VoLTE AS上的業(yè)務，業(yè)務完成后SCC 執(zhí)行T-ADS流程，向三合一HSS獲取相關信息；域選結果為IMS接續(xù)，被叫S-CSCF將呼叫路由至被叫 SBC。

3.1.4.4 CS—CS

傳統(tǒng)CS域至傳統(tǒng)CS域話務疏通：主叫端局查詢被叫三合一HSS，三合一HSS返回錨定SCP/VoLTE AS的T-CSI；主叫端局觸發(fā)至錨定SCP/VoLTE AS，錨定SCP在被叫號碼前插入路由碼；電路域進行數據配置，根據錨定碼將呼叫路由至被叫歸屬地GMSC，GMSC直接將呼叫路由至本地MGCF；MGCF根據默認路由將消息發(fā)往本域I-CSCF，I-CSCF查詢被叫歸屬地HSS； I-CSCF將呼叫路由至S-CSCF，S-CSCF觸發(fā)VoLTE AS上的業(yè)務，業(yè)務完成后SCC執(zhí)行T-ADS流程，向三合一HSS 獲取相關信息；域選結果為CS接續(xù)，VoLTE AS向HSS獲取被叫CSRN；呼叫在被叫歸屬地MGCF進入電路域，并路由至被叫端局。

3.1.5 IP承載網CE網接入

結合CE設備的接入原則，關口局融合改造CE連接方案和接入需求。

（1）新建融合網元GMSC/MGCF網元需接入CS域CE，疏通Mc、Nc等接口流量；接入PS CE，疏通Mn、Mg、Mj等接口流量。

（2）利舊改造融合網元GMGW/IM-MGW網元需接入CS CE，疏通Mc、Nb等接口流量；接入PS CE，疏通Mn、Mb等接口流量。

IP承載網段的IP地址及VPN分配。

（1）IMS信令VPN。采用IP承載網IMS信令VPN通道的接口：MGCF與I/S-CSCF/BGCF之間的Mg、Mj接口。MGCF與IM-MGW之間的Mn接口。IMS信令VPN IP地址分配：各省、北方國際信息港、南方基地需在本省的IMS信令VPN地址段內為I/S-CSCF/BGCF、SBC/P-CSCF、VoLTE AS、MGCF、eMSC、IP-SM-GW、彩鈴平臺、其它IMS業(yè)務平臺設備分配所需接口的IP地址。

（2）IMS媒體VPN。SBC/P-CSCF與IM-MGW之間的Mb接口通過IP承載網承載，并采用IMS媒體VPN通道。各省需在本省的IMS媒體VPN地址段內為SBC/P-CSCF、IM-MGW設備分配所需的Mb接口的IP地址。

（3）軟交換信令VPN。采用IP承載網軟交換信令VPN通道的接口：MGCF、現網MSC Server、CMN之間的Nc接口GMSC Server、GMGW之間的Mc接口。軟交換信令VPN IP地址分配原則：各省在本省的軟交換信令VPN地址段內為MGCF、現網MSC Server設備分配所需的接口的IP地址。

（4）軟交換媒體VPN。eMSC MGW與IM-MGW、現網MSC Server之間的Node B接口通過IP承載網承載，并采用軟交換媒體VPN通道。各省需在本省的軟交換媒體VPN地址段內為eMSC MGW、IM-MGW、 現網MSC Server設備分配所需的Node B接口的IP地址。

（5）新建融合關口局DS所涉及的IP承載網VPN名稱及標識如下：IMS信令VPN ChinaMobile_IMS_SG Mn、Mg、Mj接口；IMS媒體VPN ChinaMobile_IMS_Media Mb接口；軟交換信令VPN ChinaMobile_NGN_SG軟交換信令；軟交換媒體VPN ChinaMobile_NGN_Media Nb接口。

3.1.6 時間同步和時鐘同步的接入

（1）時間同步接入。CM-IMS核心網與計費相關的網元包括P-CSCF、S-CSCF、I-CSCF、MGCF、MRS及AS，根據《中國移動IMS試點設備規(guī)范》要求， 這些網元均采用NTP時間協(xié)議進行時間同步。融合DS按照MGCF的規(guī)范執(zhí)行。根據中國移動《關于下發(fā)交換核心網網元時間同步要求的通知》的要求，對于產生話單的網元：AS、CSCF、MGCF等網元要求直接接入NTP時間同步系統(tǒng)進行同步。新建融合DS（包含MGCF和GMGW）應該直接接入同步網。

（2）時鐘同步接入。時鐘同步設計必須滿足《數字同步網設計規(guī)范》YD/T 5089-2005 3.4.2和3.4.3的規(guī)定。TMSC1/2、H/LSTP時鐘等級為二級A類，各專業(yè)區(qū)內MGW、 MSC、HLR等時鐘等級為二級B類。本期新建DS設備的時鐘等級為二級B類。一選時鐘通過接入本機樓的大樓BITS時鐘獲取，二選時鐘通過LSTP獲取。

3.1.7 計費采集接入

新建融合DS設備通過IGWB板接入本機樓計費采集節(jié)點，再匯集到本地網匯集中心，最終由本地網匯集中心通過MDCN網絡再匯集到省中心。

3.1.8 現網其它網元配合工作詳細說明

業(yè)務所在區(qū)的IMS網絡ICSCF與SCSCF需配置升級改造后的GMSC數據，確保升級GMSC與IMS CROE的SIP消息互通。IMS域的DNS需為改造后的GMSC新增解析條目，解析結果指向相應的Mg接口業(yè)務IP地址。

3.2 GMSC Server和GMGW升級的方式

圖3 GMSC Server和GMGW升級方式的網絡結構示意圖

愛立信關口局的融合，采用整局（GMSC Server和GMGW）升級支持MGCF功能和備份路由方式?，F有GMSC升級支持MGCF/IM-MGW功能，并配置MGCF容量。升級改造設備維持現有接入CSCE，但須在原接入CSCE上劃分IMS相關VPN。

3.2.1 關口局升級后的功能定位概述

關口局改造后將新增MGCF功能，對應的MGW將新增IM-MGW功能。改造后，關口局新增Mg接口，用于與CSCF交互SIP消息，對應的MGW新增Mb接口，承載2G/3G網絡與IMS網絡之間的話務。此外，升級后關口局還新增了BICC與SIP的協(xié)議轉換的功能。

3.2.2 改造融合關口局的話務路由調整

承擔所在地區(qū)的VoLTE話務，業(yè)務區(qū)內的4G與2G/3G的話務互通統(tǒng)一由這兩個關口局承擔，不再通過現有MGCF做二次轉接。

3.2.3 CE接入

因為GMSC Server和GMGW原來只接入了CS CE，所以在改造時要再接入PS CE，才能與IMS域的網絡節(jié)點互通。根據設備的具體情況，GMSC Server在已有的GESB板塊上，占用一個空閑端口，新增到CSCF的物理鏈路，用于Mg接口；GMGW已無空閑端口，需要新增一對IP接口板，然后經過那一對板卡接入到PS CE，用于Mb接口。Mg接口對應的VPN是ChinaMobile_IMS_SG，Mb接口對應的VPN是ChinaMobile_IMS_MEDIA。

3.2.4 現網其它網元配合工作詳細說明

業(yè)務所在區(qū)的IMS網絡ICSCF與SCSCF需配置升級改造后的GMSC數據，確保升級GMSC與IMS CROE的SIP消息互通。IMS域的DNS需為改造后的GMSC新增解析條目，解析結果指向相應的Mg接口業(yè)務IP地址。