GSM短信平台信令承载IP化组网方案

栾斌，卫娜，于娟娟，卜忠贵

（1 长春电信工程设计院股份有限公司, 长春 130012；2 中国移动通信集团河南有限公司,郑州 450008；3 中国移动通信集团设计院有限公司, 北京 100080）

1 背景

电信网络正在向IP化方向演进，越来越多的网元支持IP信令接口，TDM方式承载的业务量不断减少，利用IP方式承载和传送话音数据流已经是非常成熟的技术。话音的IP化大幅度降低了传输成本和TDM设备维护成本。现网Mc、Nc、Nb、IU-CS、IU-PS、Gb接口均已实现IP化改造，A接口IP化改造也在进行中。现网短信信令仍占用大量TDM传输资源，TDM设备和链路维护成本巨大，且不利于网络结构的优化和演进。

随着短信业务量的迅猛增长和设备单机处理能力的大幅提高，TDM方式承载短信信令的局限性凸显。传统TDM方式承载No.7信令主要存在两个局限：一是两个信令点之间的信令链路数由于受4bit信令链路选择码或信令链路编码的限制而最多不能超过16条；二是每条信令链路的传输速率为64kbit/s或2Mbit/s。该局限性导致在业务高峰时期信令链路拥塞严重，用户发送短信延迟过长或丢失，影响了用户对运营商的信任度，成为短信业务发展的瓶颈。

短信平台信令如何顺应IP化承载这一趋势，有效利用IP网络带宽优势打破现网带宽瓶颈成为值得研究的课题。

2 GSM短信平台信令承载IP化可行性分析

2.1 No.7信令IP化承载的协议结构

IETF的信令传送工作组Sigtran建立了一套在IP网络上传送No.7信令的传输控制协议——Sigtran协议。Sigtran定义了一个比较完善的Sigtran协议堆栈，分为IP协议、信令传输、信令传输适配和信令应用等4层。Sigtran的协议结构如图1所示。

每层采用协议如下：

(1)网络层：采用IP协议；

(2)信令传输层：采用SCTP协议；

(3)信令传输适配层：采用SUA、M3UA、M2UA/M2PA协议；

图1 Sigtran协议结构图

(4)信令应用层：仍为No.7信令上层应用协议，包括TCAP、TUP、ISUP、SCCP等。

Sigtran协议底层为传输层流控制传送协议（SCTP）。SCTP主要用来在IP网中传送No.7信令消息，该协议用来在IP网中提供可靠的数据传送协议，完成偶联的启动和拆除、多数据流的顺序传送、用户数据分段、差错控制、数据块绑定、路径管理等功能。Sigtran协议上层为适配层(UA协议)，IETF定义了M2UA、M2PA、M3UA和SUA等，这些适配协议分别有不同的应用场合。

其中SUA直接适配TCAP协议；M3UA适配TUP、ISUP、SCCP、TCAP协议，GSM短信系统使用的MAP消息即承载于SCCP层以上，适配层使用M3UA承载。M2UA/M2PA适配MTP3、ISUP，由于保留MTP3层，可以应用于信令转接点STP设备的IP化接口。

对短信平台信令的IP化承载而言，传输适配层协议建议为M3UA协议。M3UA是一种落地协议，主要是针对SG应用设计的，只能进行一跳的信令转接，或者是IP SP间的点到点协议，适合作为IP SP的边缘接入协议，不适宜用于组建IP信令网的骨干层面。M3UA的优点是协议栈简单，使得BICC和SCCP协议绕过No.7信令系统中复杂的MTP协议而直接承载在IP层之上，完成了应用协议在底层上从TDM技术向IP技术的平滑过渡。M3UA是目前3GPP建议采用的Sigtran协议，能同时支持目前所有的移动网络协议，包括BICC、ISUP、MAP、CAP，是各厂家广泛使用的协议。

2.2 短信平台信令IP化改造前提条件

短信平台信令IP化承载的最终目标是实现与信令网的纯IP互通，但在实际改造过程中，传统的No.7信令网完全发展到纯IP信令网还需时日，必然存在TDM承载和IP承载共存的时期，过渡时期内需要信令网关（SG）来中继No.7信令网和IP信令网间的信令消息，如图2所示。

图2 短信平台与信令网TDM承载与IP承载共存方式互通示意图

短消息实现IP化承载的前提条件是，与之互连的核心网网元支持IP化信令接口，GSM网络中需要与短信中心交互消息的各网元支持IP化情况如下：

(1) MSC:目前GSM网络中大部分端局设备已完成IP化改造，支持Sigtran协议接口。

(2) STP设备：部分省份的STP设备已实现IP化改造，大部分省份STP仍通过TDM方式转接七号信令。

(3) HLR设备：全网HLR设备目前仍不支持IP化接口，与IP化网元互通仍需通过SG设备转接。

对于SG的设置一般分为如下几种方式：

方式1：设置独立SG；

方式2：SG和MGW合设；

方式3：SG和MSC Server合设；

方式4：SG和STP合设。

方式2和方式4在现网的应用较多，新引入的IPSTP都能同时支持No.7信令的TDM承载和IP承载方式。

3 短信平台信令IP化改造方案

3.1 现网短消息网络组织方式

现网短信平台组网一般分为2种类型：

类型1：短信平台通过自身的信令接入设备与信令网STP连接，通过STP转接与端局的信令消息。

类型2：短信平台与同厂家的端局直接以厂家私有的IP化协议经IP承载网互通。跟异厂家端局间则依靠本厂家的端局兼作短信关口局互通。

现网大部分省份采取的是类型1的组网，极少数省份采用类型2的组网（如采用诺西短信平台省份的网络）。

3.2 短信平台改造方式

针对现网两种不同组网方式，短信平台有两种对应的改造方式：

类型1组网的短信平台有集中化的信令接入设备，在改造时，只需要将原有的信令接入设备改造为支持Sigtran的设备即可，有的只需要增加支持Sigtran的信令板卡即可，对于原有信令接入设备无法支持IP承载时，可以考虑新建IP化信令接入设备。例如中兴的V3信令前端即可通过增加信令板卡完成IP化改造。

类型2组网的短信平台没有集中化的信令接入设备，而是靠本厂家的MSC兼作了转接信令的关口局来疏通与No.7信令网其他网元的信令消息，与类型1相比，相当于将信令接入设备由短信中心下沉分散到了某些MSC，网络结构复杂且带宽瓶颈较多。这种短信网络在改造时，为了优化网络结构，需要在短信中心新建集中化的信令接入设备。例如诺西短信中心需新建了刀片服务器架构的信令前端设备完成IP化改造。

3.3 IP化改造后的网络组织方式

IP化短信平台与MSC Server的信令疏通有两种方式可选：方式1：通过IP-STP转接信令消息；如图3所示。方式2：通过IP承载网直接与MSC Server疏通信令消息。如图4所示。

图3 IP化改造网络组织示意图——方式1

图4 IP化改造网络组织示意图——方式2

对于原网络结构为类型1的建议采用方式1，可以简化数据配置的复杂度；原网络结构为类型2的优先选择采用方式2，若采用方式1，虽然可以简化数据，但是会对STP造成较大冲击，扩容STP投资相对较大。

3.3 STP、MSC、短信平台的TDM和IP版本共存时的过渡方案

针对在实际改造过程中可能出现的STP、MSC、短信平台TDM和IP两种方式共存的过渡时期，有如下方案：

类型1网络采用建议的方式1组网的过渡方案：目前引入的IP-STP均同时支持TDM和Sigtran两种承载方式，原有短信平台和IP化短信平台均可通过STP转接信令消息。网络组织如图5所示。

图5 IP化改造过渡期短信网络组织——方式1

类型2网络采用建议的方式2组网的过渡方案：为了减少对现网网络结构的改动，IP化短信平台可以与改造的MSC通过IP承载网直接疏通信令消息，与未改造的MSC可以通过IP-STP转接信令消息；原有短信中心与所有MSC均可以维持原有方式疏通信令消息。网络组织如图6所示。

4 结束语

图6 IP化改造过渡期短信网络组织——方式2

短信平台信令的IP化承载顺应了电信网络IP化的演进趋势，减少了网络中的协议种类，简化了网络结构，节约了TDM中继电路资源，降低了网络运维成本，同时能够充分利用了IP化带宽优势打破传统TDM承载的No.7信令的带宽瓶颈，对提升网络质量和构建全IP网络有重要意义。

[1] 中国移动通信企业标准, 中国移动IP信令网体制V1.0.0[S].2011-3-16.

[2] 中国移动通信企业标准, 中国移动IP信令网技术体制编制说明V1.0.0[S]. 2011-3-16

[3] 中国移动通信企业标准, 中国移动SMSC设备信令接口IP化要求技术规范V1.0.0[S]. 2008-10-31