移動軟交換IP化規(guī)劃及實現(xiàn)

1、移動軟交換語音IP化背景、原理、規(guī)劃和實施諾基亞網絡主要議程語音IP化的背景、原理及優(yōu)勢移動軟交換VoIP網絡架構移動軟交換VoIP的規(guī)劃及演進方案IP 承載網絡的合理規(guī)劃和建設交換網絡設備的改造升級VoIP網絡預規(guī)劃及網絡的相關測試方案軟交換網絡VoIP規(guī)劃軟交換網絡VoIP相關KPI監(jiān)控語音IP化的背景從2005年開始中國移動開始大量引入R4設備用于電路域核心網的擴容工程各省的R4設備占總網絡容量的百分比在不斷的提高部分省份的R4設備占全網的容量已經超過50云南目前已經接近70但從網絡組成來看，其控制面已經完全采用了R4的架構，但用戶面依舊基于TDM傳輸，沒有充分體現(xiàn)R4架構的優(yōu)勢基于這種

2、趨勢，中國移動集團公司從2006年年底開始在8個廠家之間進行語音IP化的試驗中國移動2G軟交換VoIP測試情況中國移動現(xiàn)網的所有軟交換廠家全部參加了測試實際測試進度略慢于計劃進度目前同廠家的測試基本完成，馬上將進入省內不同廠家互通的測試階段什么是語音IP化通俗的講就是用IP網來承載話音VoIP技術在移動核心網上的應用和傳統(tǒng)的基于Internet的VoIP技術的區(qū)別采用移動網專用的話音編碼方案：傳統(tǒng)的H.323G.711 over IP、AMR over IP采用專用的IP專網來承載：Internet基于MPLS VPN技術的IP專網具有較好的話音質量：G.711 over IP和AMR ove

3、r IP的編碼方式的話音質量僅僅略低于基于傳統(tǒng)TDM方式省際、省內、本地網元之間全部采用IP網來承載話音便于管理：基于統(tǒng)一的IP專網進行承載，全國一張網，便于管理與R4技術的關系傳統(tǒng)的基于TDM結構的MSC不能實現(xiàn)語音IP化基于R4架構的MSC/MSS/MGW可以方便的實現(xiàn)語音IP化語音IP化與3G的關系3G電路域的接口已經開始采用基于包交換的技術：Iu-CS基于ATM傳輸?shù)絉5時整個網絡的所有接口將全部基于IP語音IP化正是順應了網絡發(fā)展的趨勢移動軟交換系統(tǒng)中語音IP的特點 目前電信運營商VOIP網絡,以phone to phone為主,主要面向長途的IP網絡固網運營商的VOIP網絡 移動軟

4、交換網絡的IP化較傳統(tǒng)的VOIP更復雜,完全實現(xiàn)控制與承載的分離。 移動軟交換網絡在語音IP的同時，必須實現(xiàn)信令承載的IP化，采用比ISUP更為有效的協(xié)議BICC 移動軟交換網絡對IP承載網絡的要求取決于承載業(yè)務的要求及服務質量的要求。 移動軟交換一般采用特定的AMR語音壓縮編碼 隨著移動技術的發(fā)展，全IP網絡是移動網絡的發(fā)展方向，需要建設功能更強、更先進的IP網絡3GPP R4 的網絡結構控制面(MSS)和用戶面(MGW)的分離+承載多樣化用戶面控制面PSTNInternet3GMSCBSCIu-CS RANAPBSSAPMcH.248NbNcBICC, (SIP-T)MAP業(yè)務CAPHLR

5、SIGTRANIPTDM,IP,ATMIu-PS RANAPSGSNGGSNGb, GnGTPBSCMSCMSCServerMSCMSCServerMGWMGWRNCRNC話務信令語音IP化可以充分體現(xiàn)R4架構的優(yōu)勢語音IP化的優(yōu)勢語音IP化是移動核心網發(fā)展的必然趨勢 移動核心網已經逐步向基于R4的網絡結構演進R4架構的信令網本身就是承載在IP上的話音承載在IP網上是R4架構中的基本功能，也是R4架構優(yōu)勢的最佳體現(xiàn)統(tǒng)一網絡架構、節(jié)省網絡建設投資網絡建設將集中在少數(shù)的網絡上網絡資源可以得到充分的共享中國移動未來的目標網架構就是建立在兩張IP網的：CMNET和IP專網CMNET用于承載公共INTE

6、RNET業(yè)務和對外提供各種基于INTERNET的服務IP專網是中國移動內部的專用網絡，用于承載話音、信令、網管、計費、GPRS、OA等等所有基于IP的業(yè)務和支撐系統(tǒng)網絡扁平化、為未來全國一張“本地網”、取消長途收費打下網絡基礎全國的任意兩個MGW之間可以通過IP專網實現(xiàn)點到點的連接長途和本地的概念逐步模糊直至消失減少網絡維護的開銷統(tǒng)一的基礎承載網絡便于管理和維護移動軟交換IP化網絡架構UE/MS-ABICC/SIP over IPVOICE over IPMPLS Backbone。Site LANSite LANATM/IPATM/IPVoice over TDMSS7 over TDMVo

7、ice over TDMSS7 over TDMTDMTDMBSCRNCRNCBSCMSSMGWMGWMSSLAN SWLAN SWBB RouterGMSCL/HSTP, HLRL/HSTP, HLRGMSC站點內MSS,MGW連接于同一site sw設備，廣域MPLS Backbone采用VPN的方式承載信令(可選)、語音及其他業(yè)務MGW之間采用IP承載MGW到關口局仍有TDM連接MSS之間的信令采用BICC over TDM/IP方式MSS與L/HSTP,HLR采用TDM的連接移動軟交換語音IP化的實現(xiàn)IP 承載網絡的合理規(guī)劃和建設 合理的網絡結構,先進的IP技術,優(yōu)異的網絡性能的保證交

8、換網絡設備的改造升級，以支持軟交換IP化的需求 交換設備軟硬件的升級：增加相應的IP接口板，及支持BICCICBNC軟件 ICBNCC Load-sharing ICBNCC exclusion MSC Server對多路由的選擇功能VoIP網絡預規(guī)劃 VoIP帶寬計算 設備容量核算軟交換網絡VoIP規(guī)劃 IP網絡性能的測試與評估方案VoIP網絡的詳細規(guī)劃 軟交換網絡VoIP后相關KPI監(jiān)控移動軟交換對IP 承載網絡的要求I/TAggregation:MSOADMINNOCSS7LEA 1LEA 2LEA 3EnterpriseInternetAPP1APP 2APP 3Enterprise

9、實施IP 骨干網絡規(guī)劃 網絡拓撲和容量VPN設計IGP和BGP路由設計SLA/QOS設計網絡安全認證計費網絡管理系統(tǒng)IPV6移動軟交換對IP 承載網絡的性能要求-延時與延時抖動端到端的延時包括編、解碼造成的延時，打包與解包的延時及網絡傳送延時。延時抖動主要由網絡所引起。此項因素對通話質量影響甚大，它主要取決于網絡。指標要求：端到端延遲必須在250 ms以下；其中IP承載網延時最好控制在40ms內，該值也滿足信令的要求,每節(jié)點延時不超過0.5ms。抖動是時延的偏差值，一般采用抖動緩沖來消除，但是會增加延時，一般抖動延時預算為Mouth to ear budget 100msCodec delay

10、 35msBackbone propagation 30msJitter Budget = 35ms 30ms for the access 5ms for the core10 hops = 500 s/hop-包丟失率包的丟失主要是由IP網絡所引起。為保證通話質量，一般要求包丟失率應在0.5以下。對網絡恢復時間的要求信令和語音會話可能中斷2s(連接丟失門限)對正在建立呼叫有影響；對進行的通話沒有影響；150-200ms無影響50ms對業(yè)務的影響網絡恢復時間正常情況下，對Mc接口信令，單向40-80ms延時;對于M3UA/SCTP/IP協(xié)議棧，可容忍的SCTP multi-homing的時間

11、約為500-1000ms將IP網本身的收斂機制作為第一保護機制，將SCTP multi-homing作為第二機制， 要求IP網收斂時間小于800ms ?？傮w上故障恢復時間應小于2s.IP承載網方案及技術共享AR(PE)，用VRF實現(xiàn)VPN的隔離；P路由器不參與客戶路由；VPN地址允許重疊（如果有必要）PE之間通過BGP直接傳遞路由；PE通過MPLS LSP到達P路由器PE向遠端的PE發(fā)送數(shù)據包時，通過VPN label 標示本VPN；MPLS TEMPLS QoSSignaling VPNVoIP VPNO&M VPNcharging VPN。MSS/MGW3G PSOA。CECEARARAR

12、ARIGP快速收斂HSRP/M/SRTP快速收斂PVRFVRFBGP based MPLS快速收斂MPLS TE Fast Re-Route (FRR)Class_based tunnel selectionDiffserv, MPLS EXPSSO/NSFIP承載網絡管理IP MPLS BackboneP交換網絡設備的升級與改造核心網設備需要具備的軟、硬件條件:MSS：硬件不需要增加；軟件需要增加BICC軟件、ICBNC軟件（用于支持同一MSS下TDM和IP承載方式之間的話務負荷分擔） inter-MSS之間的話務分擔和路由 intra-MSS之間的話務分擔和路由MGW：硬件升級到U3，增加

13、TCU；軟件增加Forced Payload Compression軟件（用于支持語音IP化） 多承載平面間的負載均衡用戶平面的備用路由機制（re-hunting,備用路由）MGW re-selection控制平面的備用路由機制MSS 支持的備用路由機制在inter-MSS呼叫中的備用路由機制在呼叫建立過程中發(fā)生以下的問題時，會啟用備用路由：在控制平面的問題: BICC會返回一個clearcode，并選用可用的備用路由MGW選擇問題: MGW選擇/termination reservation不成功，或者MGW擁塞/load 降低，可用的備用路由會被選用。在EOS分析中，通過對事件的clear

14、code/reason分析，選擇合適的備用路由Outgoing的資源將會被釋放，選用備用的路由Intra-MSS的資源（MGW-MGW interconnecting leg）會重新選擇，啟用備用路由。Example call scenario by alternative routingMSS-AATM / IPnetworkATM / IPnetworkRNC-AUE-AMSS-A ScopeMGW-A1MGW-A2BICCCongestionon MGWMGW loadreductionMGW-A3TDMnetworkOriginal route /UPDRAlternativerout

15、e / UPDRIn case of 2 MGWs it haseffect on ICBNC;resources are released不同承載介質間的負載均衡ICBNCC 特性MSS能實現(xiàn)多種介質間的負載均衡，多種承載方式互為備份?？梢曰谝韵聨追N實現(xiàn)負載均衡：對inter-MSS呼叫，可根據控制參數(shù)（路由類別、IMSI）來均衡；對inter-MSS和intra-MSS呼叫，可按照呼叫百分比來分別路由 dialling or test call feature when new transport technology is introduced提供簡便、平滑的遷移Intra-MSS l

16、oad sharing 可選特性MGW-MGW interconnecting BNC 設置 (同一 MSS控制下)對每一個ICBNC對應一個權重值ICBNC負載均衡權重值可從0250ICBNC特性分析UPA phase 6 MGW-MGW之間互連BNC屬性為”loadsharing”,可激活負載均衡特性;用”loadsharing”來觸發(fā)ICBNC負載均衡屬性ICBNC負載均衡特性兼容現(xiàn)有的各種屬性最多可以有以下4種不同的ICBNC特性ATM AAL2IPv4IPv6TDMICBNC權重值取值范圍可從0250,最低的話務比例可為1:250，也就是0.4%Intra-MSS load shar

17、ing exampleMGW1-MGW3ATM: 99%IPv4: 1%MGW1-MGW4ATM: 50%IPv4: 50%MGW2-MGW3TDM: 99.6%IPv4: 0.4%MGW2-MGW4ATM: 49%TDM: 49%IPv4: 1%IPv6: 1%增強特性 ICBNC exclusion用該增強屬性，可大大降低不成功呼叫比例一旦在IPv4, IPv6 或 ATM AAL2 承載網絡上發(fā)生故障，在Nb-UP初始化階段就能被發(fā)現(xiàn)；在Nb-UP初始化階段，如果termination可被預置但承載卻未能建立，則該ICBNC將會從備選的ICBNC列表中排除，隨后的呼叫將不采用該ICBNC

18、；掉話無法重路由可到備用BNC上。來話被保留有故障ICBNC將從可用ICBNC列表中排除，并路由到備用BNC上。產生告警，顯示被排除的不可用的ICBNC。檢查發(fā)生故障的ICBNCICBNCC exclusion - DetailsICBNCC exclusion功能可以保證在BNC發(fā)生路由故障時呼叫的成功呼叫成功率將會得到提高ICBNCC從備用的ICBNCC中排除的兩種方法：臨時性的ICBNCC被排除，由MML和timer控制；“ICBNC not in use”永久性地排除該 ICBNCC“ICBNC faulty”ICBNCC exclusion timer功能:一旦一個ICBNCC被排除

19、在可用ICBNCC范圍，則在一定時間內該ICBNCC將不會被采用；如果在用戶平面底層發(fā)生的一些問題，臨時的故障可在一定的時間內被排除，隨后該ICBNCC仍可被使用該功能自動實現(xiàn)，無需人工控制定時器timer在PRFILE內配置Nokia 專用的 Nb interface如果沒有使用Nb-UP FP協(xié)議，則不能使用ICBNC exclusion功能如果啟用ICBNCC負載均衡和故障ICBNCC排除功能，該功能同時可用于未使用loadsharing的呼叫中。MGW reselectionMGW (re-)selection如果用戶平面采用IP承載，在同一個UPD下可使用MGW-reselectio

20、n當承載使用TDM時，MSS可采用電路re-huntingMGW判別承載建立成功與否在MGW利用Nb-UP INIT ，Nb-UP INIT-ACK 來初始化用戶平面的承載，ACK消息超時時間為900ms，如果沒有受到ack消息，則呼叫不成功。如果用戶平面沒有可用的termination，則MGW通知MSS，MSS利用EOS分析執(zhí)行控制平面的備用路由MSS可以選用別的可用的MGW控制平面可選路由會選用別的用戶平面承載到達呼叫目的地控制平面可選路由會到達另一個呼叫目的地呼叫方將得到announcementVoIP網絡預規(guī)劃語音業(yè)務帶寬計算計算VoIP語音帶寬時需要考慮的因素： 編解碼方式及采樣周

21、期IP包頭開銷傳輸介質VAD因子VoIP網絡預規(guī)劃語音業(yè)務帶寬計算編解碼：每秒產生的 bits數(shù)采樣周期例:G.711編碼方式，20ms采樣，每秒產生50個數(shù)據幀則，每個幀包含的字節(jié)數(shù)為： 64,000/50 = 1,280 bits or 160 octetsIP頭開銷：IP Internet Protocol 12 octetsUDP User Datagram Protocol 8 octets RTP Real-time Transport Protocol 20 octetsEthernet OH：38 octets所需帶寬: （160+12+8+20+38）*50*8=95,200

22、 bpsVoIP網絡預規(guī)劃語音業(yè)務帶寬計算不同編碼格式帶寬需求： （考慮到VAD因子，實際傳輸帶寬可適當降低）例：（600k呼叫/忙時，AMR 12.2，20ms采樣周期）所需帶寬：（31+40+38）*50*600k*8/3600=7.267Mb/s或 43.6*600,000/3600=7.267Mb/sVoIP網絡預規(guī)劃設備容量核算對于MGW而言，每一種接口類型有其最大配置端口限制，核對可用端口數(shù)從TDM向IP承載網的遷移同時會影響TCU和A2SU的容量（或許需要更多的TCU及更少的A2SU單元）在有些情況下，現(xiàn)網配置的MGW容量不足以支持承載從TDM向IP的遷移，需要對現(xiàn)網進行擴容或新

23、增MGW。IP網絡性能測試內容及方案IP網絡性能測試內容:站點接入鏈路故障對軟交換業(yè)務的影響測試 站點內故障對軟交換業(yè)務的影響測試 二層交換機Lan Swith 故障測試(可選) IP承載網故障對軟交換業(yè)務的影響測試 。浙江移動IP網測試方案網絡規(guī)劃網絡拓撲MGWVoIP interface-card1G1GCE8FE8FEARAREBGP,OSPF, RIPv2,StaticGlobal Routing TableVRF for SignallingVRF for voiceVPN Routing TableIGP &/or BGPVRF方式ESA24-0ESA24-0ESA24-1ESA2

24、4-1ETH0ETH1ETH1ETH0ISU-0ISU-0EL0EL1ISU-1ISU-1EL0EL1ISU-?ISU-?EL0EL1.NEMUNEMUEL0EL1OMU-0OMU-0EL0EL1OMU-1OMU-1EL0EL1O&MSGCP2&OMUCP1&OMUIPNIU0IPNIU0IPNIU1IPNIU1TCU-0TCU-0TCU-?TCU-?.SWFSWF-ISU-0ISU-0EL0EL1ISU-1ISU-1EL0EL1ISU-?ISU-?EL0EL1.NEMUNEMUEL0EL1OMU-0OMU-0EL0EL1OMU-1OMU-1EL0EL1O&MSGCP2CP1TCU-0TCU-

25、0TCU-?TCU-?.SWFSWFIPNIU0IPNIU1ESA24ESA24MPLS_Based IPBB網絡規(guī)劃VRFVRF-VPN路由轉發(fā)實例（VPN Routing & Forwarding Instance）每一個VRF可以看作虛擬的路由器，好像是一臺專用的PE設備。該虛擬路由器包括如下元素：一張獨立的路由表，當然也包括了獨立的地址空間。一組歸屬于這個VRF的接口的集合。一組只用于本VRF的路由協(xié)議。對于每個PE，可以維護一個或多個VRF，同時維護一個公網的路由表（也叫全局路由表），多個VRF實例相互分離獨立。實現(xiàn)VRF關鍵在于在PE上使用特定的策略規(guī)則來協(xié)調各VRF和全局路由表之

26、間的關系。針對不同的業(yè)務（話音、信令。）分成不同的VRF。（在AR上配置）網絡規(guī)劃RD & RTRT的本質是每個VRF表達自己的路由取舍及喜好的方式。PE從CE接收的標準的路由是IPv4路由，如果需要發(fā)布給其他的PE路由器，此時需要為這條路由附加一個RD。VPN-IPv4地址僅用于服務供應商網絡內部。在PE發(fā)布路由時添加，在PE接收路由后放在本地路由表中，用來與后來接收到的路由進行比較。CE不知道使用的是VPN-IPv4地址。在其穿越供應商骨干時，在VPN數(shù)據流量的包頭中沒有攜帶VPN-IPv4地址。 網絡規(guī)劃VRF配置PE上的配置VRF配置：ip vrf VPN-HW創(chuàng)建一個VRF并命名。同

27、時進入vrf配置模式RD配置：在VRF模式下，每個VRF配置一個RD，建議相同的VPN配置相同的RD。 rd 100:1RT配置：在VRF模式下，每個VRF配置不同的RT列表，如果只要一個RT,建議與RD配成相同。 route-target import 100:1 route-target export 100:1網絡規(guī)劃CE與PE之間路由交換VRF在PE上配置。PE 維護獨立的路由表，包括公網和私網(VRF)路由表公網路由表：包含全部PE和P 路由器之間的路由，由骨干網IGP產生。私網路由表：包含本VPN用戶可達信息的路由和轉發(fā)表。PE 和 CE 通過標準的EBGP、OSPF、RIP或者靜

28、態(tài)路由交換路由信息。靜態(tài)路由、RIP都是標準的協(xié)議，但是每個VRF運行不同的實例。相互之間沒有干擾。與PE的MP-iBGP之間只是的redistribute操作。網絡規(guī)劃移動核心網QoS規(guī)劃UMTS traffic class DSCP UMTS background Best-effort (BE)UMTS interactive Assured forwarding (AF1/2/3)UMTS streaming Assured forwarding (AF4)UMTS conversational Expedited forwarding (EF)Application examples

29、 UMTS traffic class, email UMTS BackgroundTransactional, browsing UMTS InteractiveAudio/Video RT streaming UMTS StreamingVoice/Video in IPT UMTS ConversationalDSCP Backbone CoSMapping depends on backbone technology IPpotentially DSCP remarkingIP/MPLSmapping to EXP bits ATMmapping to ATM service clas

30、s NOKIA移動核心網QoS機制UMTS QoSDiffServATM CoS for ATM backbones移動網絡基于UMTS QoS進行包處理在核心交換機執(zhí)行diffserv向BB COS的映射核心交換機利用DSCP對數(shù)據包進行優(yōu)先級處理MSS/MGW 上QoS 機制NOKIA MGW/MSS 2種QoS機制:差分服務 (DiffServ) 提供IP數(shù)據包的QoS服務MSS/MGW 可以利用DSCP來標示業(yè)務包ATM網絡利用ATM QoS 類來實現(xiàn)PR:053:0009 DSCP_FOR_SIGNALLINGZWOC:53,9,;PR:002:0817 DSCP_FOR_USER_

31、PLANEZWOC:2,817,;VoIP網絡規(guī)劃UPD & UPDR分析網絡演進現(xiàn)網R4軟交換網絡架構現(xiàn)網結構:1, 采用R4結構,實現(xiàn)控制面和用戶面的分離,引入IP承載網;2, IP承載網只是承載MGW和MSS之間的sigtran信令;3, 控制平面的MSS之間,及MSS與HLR,H/LSTP等網元仍利用TDM連接;4, 用戶平面MGW之間的話務仍然采用傳統(tǒng)的TDM連接方式.目前,1, IP承載網只是用于信令承載,沒有很好地利用IP網絡帶寬2, 話音仍然使用傳統(tǒng)的TDM連接,投資昂貴;3, 對于R4交換網絡還需要同時維護IP承載網目標:充分利用IP承載網,逐步實現(xiàn)全網MGW之間VoIP,充

32、分利用軟交換網絡的結構優(yōu)勢。MGW1MGW2MGW4Signaling over IPMGW3TDM全連接網H/LSTPMSS1MSS2TDM連接控制面用戶面IP承載同一站點語音IP化過程中網絡架構的演進(一)MGW1MGW2MGW4Sig/voice over IPMGW3TDM部分連接網H/LSTPMSS1MSS2TDM連接控制面用戶面IP承載Voice over IPVoIP同一站點結構變遷目標:（根據實施的步驟）同一站點，同一MSS下的MGW之間實現(xiàn)voice over IP；網絡結構描述：1, 該步驟實施比較簡單2, 實現(xiàn)同一站點，同一MSS下的MGW之間的話音通過IP承載， 利用機房原有的IP數(shù)據設備；3, 不同mss下的MGW仍然采用TDM連接4, MSS之間仍采用TDM方式，采用ISUP信令；5, 該結構下，只是每個站點內的部分MGW采用IP承載。需求：只需要在MGW上和IP設備上增加相應的IP接口板。語音IP化過程中網絡架構的演進(二)結構變遷目標:（根據實施的步驟）不同站點，同一MSS下的多個MGW之間實現(xiàn)voice over IP；網絡結構描述：1, 該步驟實施比較簡單2, 實現(xiàn)同一MSS下的MGW之間的話音通過IP承載， 利用機房原有的IP數(shù)據