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摘 要 本文阐述了中国联通吉林分公司针对本省业务现状和发展趋势，在分组核心网部署SGSN 池组化新技术方案及思考。基于2G/3G 公共SGSN Pool组网技术，不仅可以均衡话务、简化网络扩容；而且可以提升设备利用率，充分保证网络冗余安全、使核心网做到既安全又高效的和谐统一。在文中，大量现有网络统计数据的分析，在对SGSN Pool组网优势验证的同时，也为今后SGSN Pool 的网络建设和规划留下宝贵的经验。
关键词： SGSN，全IP，公共核心网，SGSN 池组化
1 概述
在全球移动宽带迅猛发展的大时代下，伴随EDGE和WCDMA数据业务的蓬勃发展，分组核心网在发挥前所未有的重要作用的同时也面临着更加严峻的考验。安全、成本和效率将是吉林联通分组网络下一阶段建设的主要任务。
网络容量的不断增长，需要不断的增加SGSN节点来满足其发展，如何更好保障全省的网络安全；如何对SGSN的容量和话务进行更合理的配置，提高设备的利用率；如何简化网络扩容方式，使得每次扩容无需重新规划和分割网络的位置区；如何减少越来越多的局间位置更新和切换对网络资源造成的浪费和开销；，为网络提供无间断的服务；所有这些都成为运营商亟待解决的问题。
正是针对这一需求，SGSN池组化组网模式应运而生。SGSN 池组化组网技术有效解决了传统核心网组网模式所不能解决的上述等多个网络难题，使从传统的基于以节点为单位进行的网络规划、运维管理模式上升为从整个核心网层面统一考虑网络规划和运维管理。
借着中国联通集团组织SGSN池组方案测试验证的机会，吉林联通决定在长春、吉林、四平部署SGSN池组，进而验证SGSN池组化方案的各项功能。结合大量现有网络统计数据的分析，在对SGSN Pool组网优势验证的同时，也为今后SGSN Pool 的网络建设和规划留下宝贵的经验。
2 SGSN 池组的基本原理及优势简介
2.1基本原理
SGSN池组方案是基于3GPP TS23.236标准的解决方案，所谓的SGSN池，就是由多个SGSN共同构建一个大的服务区，这些SGSN以池组方式协同工作； SGSN池组具备2G/3G动态双接入功能，池组内每个BSC/RNC与每个SGSN之间以IP形式保持全连接。基本原理如下：
1. 当用户进入SGSN池服务区域时，BSC或RNC根据负载均衡的原则，并参考SGSN池内各SGSN的相对容量因子CAP，将用户的位置更新请求随机地分配给池内的某个SGSN，由其为该用户提供服务；
2. SGSN与该用户的归属HLR完成更新位置区过程后，会分配给用户一个P-TMSI，其中包含的字段NRI是网络资源标识，该NRI 在SGSN Pool 内唯一的标识该用户登记的SGSN。
3. 用户在SGSN池内完成更新位置区后，将一直由它所注册的那个SGSN提供服务，直到该用户离开这个SGSN池的服务区域。
图1 SGSN池组的基本原理
SGSN池组组网模式打破了传统网络中一个BSC/RNC只能连到一个SGSN的限制，但网络结构没有变化。池组区包括了池组内所有SGSN节点所服务的BSC/RNC的所有路由区域。池组区内有多个SGSN并行地运行，它们共同分担池组区内的业务。当移动终端处于SGSN 池组的无线资源覆盖下时，它只被该池组区内一个SGSN节点所服务。移动终端在池组区内漫游时，无需改变其服务SGSN节点，从而减少了SGSN节点间的更新、切换和迁移。
2.2 优势简介
SGSN池组技术具备如下优势：
• 网络级冗余安全保障
假如网络中某一节点故障， 池组内其他节点可以实时接替，实现真正意义上实时网络级冗余安全保障机制。
• 用户及业务均衡负载
由BSC或RNC根据SGSN处理能力均衡各SGSN的用户及业务负荷，共同管理池组的覆盖区域。
• 提升网络和投资效率
由池组内节点共同承担话务高峰，提升网络资源利用率，提高投资效率。
• 减少核心网络信令开销
SGSN池组提供了公共服务区，原有SGSN间路由区更新和切换全部转化为SGSN内路由区更新，减少了SGSN间的路由区更新所产生核心网信令开销。
• 简化网络规划
无线网络规划和核心网规划可以分别进行，互不影响，只要总容量匹配即可，每次扩容也无需调整无线位置区与核心网的挂接关系。
• 有助于集中化管理，方便运维
池组内节点具有完全一致的局数据，包括位置区数据、小区数据、RNC/BSC数据等。数据制作和后期维护都比较简单，网管人员可以统一管理池区内的网元。
3 吉林联通池组部署前的网络状况分析
吉林联通共有5台SGSN节点覆盖全省2G、3G网络，每个节点对应独立的无线覆盖区。
1) 网络安全没有保障
5台SGSN节点分别覆盖不同地市，假如某一SGSN节点故障，会造成业务中断，难以恢复，缺少网络级冗余安全保障机制。
表1 SGSN节点挂接地市情况
2) 用户及业务负荷不均
以下图的SGSN03和SGSN04节点为例，SGSN03覆盖省会长春，拥有大量用户，而SGSN04覆盖吉林和四平，两台SGSN之间的用户数呈现出明显的不均衡状态。而且SGSN03的忙时高峰大概是SGSN04的2倍。
图2 SGSN池组部署前附着用户数变化曲线
2) 朝汐现象明显
长春作为省会城市和重要的交通枢纽，人口流动出现“潮汐效应”，即用户白天通过公路和铁路进入长春SGSN节点的覆盖范围，晚上则离开。这在举办大型活动时（如长春汽车展、旅游旺季、冬季冰雪节等）将更加明显。
如果将来因为业务发展而在长春增加SGSN节点，分别覆盖长春的居住区和生活区，还会每天因城市内部人群流动而产生潮汐现象。
潮汐现象给SGSN节点带来大量话务迁移的冲击，增大了单节点故障的风险。
3) 跨区移动多，切换信令频繁
每个SGSN分别覆盖不同的地市，既有话务密集区又有低话务区域；既有商务区又有居住区；相邻的无线区域又分割了公路，铁路等用户频繁移动的区域等。
例如，在SGSN3与SGSN4节点覆盖区域间有铁路大动脉，存在大量的用户跨区移动，造成信令切换频繁，增加了业务时延，使得用户体验变差。见下图：
图3 吉林联通SGSN节点对不同地市的覆盖情况
4) 网络规划复杂，资源利用率低
吉林联通SGSN池组部署前的网络结构中，BSS或RNC只受指定挂接的SGSN控制，无线接入网络和核心网络相互影响。无线网络规划和核心网规划必须同时进行，每次扩容都要调整无线位置区与核心网的挂接关系，使得网络规划建设复杂化。
而且传统设计SGSN容量时，为了使SGSN满足业务要求，都是按可能的最大容量来进行设计，这就导致了SGSN资源的浪费。
4 吉林联通SGSN池组方案部署与效果分析
4.1 吉林联通SGSN池组方案内容
针对上述传统分组域网络的一些列问题，吉林联通SGSN 池组方案应运而生。将覆盖长春市的CCSGSN03和覆盖吉林、四平市的CCSGSN04两台SGSN节点组成公共的SGSN池组服务区，并同时覆盖2G、3G的无线接入。此SGSN池组包括了吉林省60%的人口，和主要的公路，铁路大动脉。在这三个相邻的城市实施SGSN 池组，能在有效解决传统网络问题的同时，为将来池组范围的扩展打好了基础。
4.2分步方案部署阶段
吉林联通的SGSN Pool建设总共经历了三个阶段：
• 第一阶段：2011年11月22日前，为现有网络的升级改造阶段。包括Gb接口IP化改造，SGSN/RNC/BSC设备、网管升级改造，现网数据配置。
• 第二阶段：2011年12月4号到2011年12月28号，为SGSN Pool的部署入网阶段。包括长春市2G/3G无线侧割接入池组，然后进行池组的基本功能、特性功能测试、业务测试、计费测试。
• 第三阶段：2011年11月28号至今，为SGSN Pool的扩展和稳定阶段。将池组的覆盖区域延伸到吉林，四平业务区。这个阶段主要验证了Pool的可扩展性以及Pool在大容量下的运行可靠性。通过长期观察，确认池组功能的稳定运行，全面实现池组带来的安全，成本和效率优势。
4.3 吉林SGSN池组部署后效果分析
部署SGSN池组方案的主要目的除了实现网络级安全以外，能够实现池组内节点用户和业务的负载均衡；均衡潮汐话务冲击；减少跨节点切换信令开销；简化网络规划，降低运维成本。具体数据分析如下：
1) 用户及业务均衡负载
部署SGSN池组前，从2011年11月的数据看出，SGSN3忙时附着用户数为25万，而SGSN4的忙时附着用户数为15万。两台节点负荷不均衡。
图4 SGSN池组部署前忙时附着用户数变化曲线
2011年12月部署SGSN池组后，可以看出从2012年1月开始，BSC和RNC开始平均向两台SGSN节点分配新附着的用户，使得负荷不均两台节点的忙时附着用户数慢慢趋向一致。因为旧有的附着用户有一个缓慢的重新附着过程，因此直到2月中旬两节点用户数才基本相等。
吉林联通的SGSN池组刚刚部署入网1个月内，即遇到了春节潮汐话务的巨大冲击，附着用户数会在春节峰值有明显的上涨，SGSN 池组内的两台节点共同分担了春节话务的冲击。
图5 SGSN池组部署后忙时附着用户数变化曲线
SGSN 池组又经过2个月的长期稳定运行，池组内2台节点的附着用户无论忙时闲时都达到了几乎完全一致的曲线走向，这充分验证了Pool内的SGSN节点共同分担网络资源，平衡朝汐话务的效果。如图所示：
图6 SGSN池组长期稳定运行后的变化曲线
2) 减少跨节点切换信令开销
长春，吉林，四平共同建立一个池组，用户在这三个城市的覆盖范围内移动，不会发生跨SGSN节点的路由区更新。跨SGSN间路由区更新只发生在进入池组内或者离开池组的情况。从图表中可以看出，池组部署后，大大降低了SGSN间路由器的次数，进而大大降低了SGSN的信令负荷，提升了网络的性能。并提高用户的体验，减少了切换时延。
图7 SGSN池组部署前后忙时每用户跨SGSN节点RAU次数对比
3) 现有网络指标影响的分析
SGSN池组方案部署前后，各SGSN节点的KPI（附着成功率和激活成功率）未受影响。下列统计数据显示：
• 忙时PDP激活成功率在池组部署后略有提高；
• 3G用户附着成功率在池组部署后略有提高；
• 2G用户附着成功率在池组部署后因为用户量大，需要更长时间通过重新分配PTMSI实现均衡分布而有所降低，但正在随均衡分布逐渐恢复；
时间 阶段 忙时附着成功率 忙时激活成功率
4) 简化网络规划，方便运维
SGSN池组的引入，使BSS、RNC受所有SGSN控制，话务在所有SGSN中平均分配，实现了无线接入网络和核心网络的互不影响。无线网络规划和核心网规划可以分别进行，只要总容量匹配即可。因而，每次扩容也无需调整无线位置区与核心网的挂接关系。
核心网元的集中化设置和管理是降低运营成本的一个方向。SGSN 池组中所有节点具有完全一致的局数据，包括位置区数据、小区数据、RNC/BSC数据等。数据制作和后期维护都比较简单，网管人员可以统一管理池区内的网元。
因为池组内节点可以互为备份，可以在白日进行设备运维操作，不用退服。
图8 网管中心对SGSN池组的节点统一管理操作图
5 吉林联通SGSN池组项目总结及经验分享
吉林联通SGSN Pool项目，历经了部署入网与测试后，整个池组在网稳定运行已逾半年，期间更经历了圣诞、新年与春节多个话务高峰。其各项运行指标良好，SGSN Pool的各项优势已充分体现。
另外，在整个项目的实施以及后期分析观察中，有如下经验和感想分享：
1. 网络IP化改造，可以带来更大的带宽，灵活迁移，便于维护管理。要积极推进，IP化的不断深入，将使未来池组的建设和扩展更加简便易行。
2. SGSN池组可以带来真正的网络级安全，池组内节点可以实时接替故障节点，带来更好的应急保障。
3. 合理的池组规划，能够均衡节点负荷，平衡潮汐话务，提升网络质量。
4. 每个池组覆盖的区域，最好为连续覆盖区域；池组的边界应尽量避免分割在公路，铁路等用户频繁移动的区域，避免频繁的跨Pool切换。
5. 池组部署后，可以从整体考虑扩容规划，节约网络投资，并集中管理池组节点，实现白日运维。
6. 未来SGSN池组可以扩大覆盖到吉林全省。第一步先将其他地市的RNC加入池组；第二步在完成Gb over IP改造后，将其他地市BSC也加入池组，最后达到全省SGSN池组化，彻底保障全省的分组域网络安全。
7. 在未来完成全省SGSN池组化的基础上，考虑到用户的快速增长和节点数的增加，可以将单一池组分裂成两个池组，一个负责长春、吉林和四平，另一个负责吉林省其他地市，更好的管理不同地市的业务。
总之，SGSN池组作为一种成熟的组网技术引入现网, 将彻底解决传统核心网络规划所无法克服的提升网络设备利用率的同时又要保障网络安全的问题。SGSN池组作为面向未来的先进组网方案，尤其是对规模巨大的移动网络能有效提高网络抗冲击能力，平衡话务，提高网络质量和安全性。
6 参考文献
《3GPP TS 23.060: General Packet Radio Service (GPRS) Service Description》
《3GPP TS 23.236: Intra-domain connection of Radio Access Network (RAN) nodes to multiple Core Network (CN) nodes》
《3GPP TS 24.008: Mobile radio interface Layer 3 specification; Core network protocols》
《3GPP TS 25.413：UTRAN Iu interface RANAP signaling》
