GSM網(wǎng)絡安全保障專題

GSM網(wǎng)絡安全保障專題2013年3月目錄概述網(wǎng)絡安全應急措施網(wǎng)絡安全保障流程業(yè)務量預測方法網(wǎng)絡安全保障案例概述

隨著GSM網(wǎng)絡的發(fā)展，移動電話覆蓋范圍越來越廣，與人們的生活也越來越緊密，GSM網(wǎng)絡對人們的影響也越來越大。一旦網(wǎng)絡發(fā)生任何問題，將會影響大量用戶正常的通訊。

特別是由于我國經(jīng)濟建設特點，隨著節(jié)假日來臨，GSM網(wǎng)絡迎來業(yè)務量的高峰，如果沒有提前做好安全保障工作，隨時有可能會對網(wǎng)絡造成沖擊，嚴重時會導致網(wǎng)絡癱瘓。

本章內(nèi)容主要通過介紹網(wǎng)絡安全常見應對措施、安全保障的流程、業(yè)務預測的方法和思路、話務模型和負荷模型的建立和應用、容量和負荷的評估、如何制定保障方案和應急預案，來說明如何保障網(wǎng)絡安全運行。網(wǎng)絡安全應急措施網(wǎng)絡安全重要設備冗余接入類別區(qū)分流量負荷控制使用MSCPOOL對于GSM網(wǎng)絡安全而言，常用應對手段如下：1、重要設備冗余2、流量負荷控制3、接入類別區(qū)分4、MSCPOOL應用重要設備冗余Bit-orientedGroupSwitch

(GSWB)2NredundancyswitchingCS/PStraffic,connectingsignallingcircuitsBaseStationControllingandSignallingUnit

(BCSU)N+1handlingofsignallingtraffic(LAPD,SS7)incl.PCU(integratedinBCSU)MarkerandCellularManagementUnit

(MCMU)2NsupervisingofGSWB,executingRRMfunctionsOperationandMaintenanceUnit

(OMU)N(2Nforharddisk)supportingO&MforBSC3iincl.storagedevices(harddisks,USBMemory)EthernetMessageBus

(EMB)2NCommunicationbetweenComputerUnits(BCSU,MCMU,&OMU)ExchangeTerminal

(ET/SET/ETIP)(N/1+1/1+1)connectingoftransmissionsystems(E1/T1,STM1/OC3,PWE3)toGSWBClockandSynchronizationUnit

(CLS)2NgeneratingclocksignalsforBSC3iPDFU0PDFU-BPDFU1PDFU-BBCSU3BCSU1BCSU5BCSU4BCSU2BCSU6FTRB1FTRB0CLS1GSW2KB

1OMUBCSU0MCMU0MCMU1GSW2KB

0GTIC

1GTIC

0CLS0ETC

0ETC

1ETC

2ETC

3LANU0LANU12000x900x600cabinetFTRB3FTRB2135462在BSC的設計中，運行的可靠性是最重要的考慮因素。在各單元中使用了以下冗余方法：2N原則用于關鍵單元，包括一組工作單元和一組備用單元N+1或N+m冗余原則用于重要單元，一個或多個單元對一組單元的流量負荷控制輸入業(yè)務量額定負載60%系統(tǒng)吞吐量極限負載100%A.安全區(qū)B.過載保護狀態(tài)區(qū)A.BSC的CPU的使用率低于60%時是安全的，可以保證正常的工作狀態(tài)。B.在過載期間，過載保護機制會保證正在進行的通話的質(zhì)量，但是新來的通話請求可能會被忽略。完備的過載保護機制：BSC過載保護通過限制BSC主要CPU和預處理器的負荷，來避免過多的話務量或過高的信令負荷，它還提供有關超負荷的信息，以便采取預防性行動。導致這種超負荷的主要原因，一般是按預定模型進行的無線網(wǎng)絡規(guī)劃及粗規(guī)劃與實際情況不符，另外也可能和終端用戶的特殊行為有關。流量負荷控制PCUmaxconnectivity:Abis102416KchannelCPUAS7LAPDAS7CCS7BSCBCSUBTSTRXDSPMCMU消息總線CPUBTSTRXAirInterfaceChannelAbisLAPDLinkPCUGb接口A接口CCS7LinkMSC設備在標記的各個點處設置自動過載保護機制，保證設備處于安全工作狀態(tài)ITU-TRecommendationMax16links,0.2Erl,singledirectionDesigntarget60%utilisation16kbit/sAbislink:max1000bytes/s32kbit/sAbislink:max2000bytes/s64kbit/sAbislink:max4000bytes/sSGSN接入類別區(qū)分用戶級別分類基于eMPLL技術

BTS接入?yún)?shù)控制在用戶歸屬HLR數(shù)據(jù)庫中，每一用戶有SubscriberCategory字段，根據(jù)該字段，運營商可以對用戶等級加以區(qū)別。需要MSC/VLR激活響應的功能MSC通過Assignmentrequest把用戶級別優(yōu)先能力傳遞到BSSeMPLL(增強的多級別優(yōu)先級預清空服務)用于高級特殊用戶在無網(wǎng)絡資源時，強制釋放出資源提供通信服務需要網(wǎng)絡有排隊能力和預清空功能需要終端支持BTS級控制參數(shù)ACCESSCALSS用于對不同用戶進行接入控制一般用戶分為0-9,一共10個等級，特殊用戶為11-15，一共5個等級可用于網(wǎng)絡突發(fā)情況的應急處理，保障網(wǎng)絡安全在網(wǎng)絡遇到突發(fā)事件，網(wǎng)絡資源緊缺的時候，為了保障網(wǎng)絡安全運行，可以通過不同接入類別劃分優(yōu)先級，從而避免一些重要的通信需求受到影響。比如在受到自然災害影響時，通信基站受到破壞，業(yè)務量大增，在此情況下，救援通信需要就需要得到安全的保障，通?？梢圆捎么祟惙椒āSCPOOL1、各個BSC話務根據(jù)MSC容量分配到POOL中各個MSC2、當一個MSC出現(xiàn)宕機后，其他MSC可以分擔業(yè)務，保障網(wǎng)絡安全。3、減少局間位置更新，降低信令負荷保障C/D接口安全。MSCPOOLNNSF：BSC的話務需要根據(jù)一定的算法分配到各個MSCe，那么這個算法就叫做NNSF（非接入層節(jié)點選擇功能）NNSF算法一般在BSC側(cè)實現(xiàn)，部分不支持NNSF算法的BSC需要通過MGW實現(xiàn)NNSF功能。安全保障流程估算Um口業(yè)務量、LAC尋呼量、用戶規(guī)模BSC承載量、A口信令及話務負荷MSC承載量、核心網(wǎng)各單元負荷通常安全保障首先必須對Um業(yè)務量進行整體預算，對全網(wǎng)或者區(qū)域內(nèi)的話務量和數(shù)據(jù)量預測，然后判斷LAC容量是否在安全范圍內(nèi)。確定了Um需求，然后檢查BSC承載能力是否能滿足Um，檢查A口電路數(shù)是否滿足預測業(yè)務量，確保A口在安全門限以下。最后評估核心網(wǎng)MSC話務處理能力，PAPU單元等網(wǎng)元容量安全值、HLR等各類單元是否在安全門限下工作。資源需求計算方法資源計算資源計算數(shù)據(jù)業(yè)務需求信道話音業(yè)務需求信道+需求資源

業(yè)務量預測方法有多種，本章是將PS業(yè)務和CS業(yè)務量需求分別進行預測之后求和，來作為總資源需求量。資源需求計算方法數(shù)據(jù)業(yè)務資源計算由于PS業(yè)務存在多用戶復用以及TBF建立與釋放、TBF延遲釋放導致無法將數(shù)據(jù)業(yè)務的等效話務量轉(zhuǎn)化為信道數(shù)。上圖為統(tǒng)計不同復用度下的PS信道數(shù)與PS話務量之間的關系。資源需求計算方法Multiplexingαβ<1.06.253.681.0-1.55.093.011.5-2.04.162.802.0-2.53.572.412.5-3.03.122.083.0-3.52.722.073.5-4.02.491.93>4.01.821.67由于根據(jù)不同的復用率程度，PS時隙數(shù)和PSTraffic之間的關系是成正比，根據(jù)以上圖表的分布點所獲得的線性公式，就可以得出每個復用率范圍之下的平均PS時隙數(shù)與PSTraffic之間的轉(zhuǎn)換公式。PSDataTSL=β+α*PSTraffic而β和α的數(shù)值是取決于不同的復用率范圍，下表顯示的是它們所對應的關系值：資源需求計算方法話務量計算方式普遍使用的是愛爾蘭公式，通?？梢酝ㄟ^統(tǒng)計話務量計算出全網(wǎng)需求多少信道，從而保障網(wǎng)絡話務安全。愛爾蘭公式描述了呼損率B、話務量A及信道數(shù)n之間的關系。利用愛爾蘭B表，在已知上述三項中的兩項時，即可計算出另一項值。話音業(yè)務資源計算話務量模型由于不同地區(qū)經(jīng)濟環(huán)境等各種因素不一樣，用戶使用移動業(yè)務的方式有很大的區(qū)別，比如節(jié)假日，一般每個用戶話務量較為高，發(fā)送短信等相對多。如何保障不同環(huán)境下網(wǎng)絡的安全，就需要建立一個話務量模型，借助這個模型規(guī)劃全網(wǎng)資源，保障網(wǎng)絡容量安全。話務量模型建立話務模型，需要統(tǒng)計的至少必須的有：平均呼叫占用時長忙時每用戶呼叫次數(shù)移動用戶規(guī)模每用戶話務量=平均呼叫占用時長﹡忙時每用戶呼叫次數(shù)/3600通過每用戶話務量，結(jié)合傳統(tǒng)Erl話務量模型，按照2%呼損，可以計算出全網(wǎng)需要的資源數(shù)量。大型節(jié)假日網(wǎng)絡安全保障由于我國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)環(huán)境和傳統(tǒng)民俗節(jié)日原因，每逢大型節(jié)假日通信網(wǎng)絡安全將受到較大的威脅。這里的網(wǎng)絡安全主要是指網(wǎng)絡容量安全。過大的業(yè)務量會導致各級網(wǎng)元癱瘓，最終導致整個網(wǎng)絡大面積的通信事故。因此日常網(wǎng)絡優(yōu)化工作中安全保障的重點就是解決話務安全。A-bisBTSBTSMSCGnGGSNGbBSCASGSN空口、A-bis、A接口安全網(wǎng)元單元負荷及容量安全大型節(jié)假日網(wǎng)絡安全保障步驟一步驟二步驟三歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計-統(tǒng)計網(wǎng)內(nèi)歷史話務量

-分城區(qū)和農(nóng)村統(tǒng)計

-歷年節(jié)假日話務峰值-歷年話務峰值時段增長系數(shù)計算

-逐年數(shù)據(jù)對比求增長率-綜合多年系數(shù)求平均系數(shù)-城區(qū)和農(nóng)村系數(shù)-BSC覆蓋區(qū)域系數(shù)多種方法加權(quán)平均-多種估算手段綜合運用-對多種結(jié)果加權(quán)平均步驟四資源最終需求計算-全網(wǎng)無線資源需求-根據(jù)業(yè)務量計算各無線側(cè)負荷需求-交換核心網(wǎng)網(wǎng)元各單元負荷1、業(yè)務量估算節(jié)假日話務預估及安全保障案例年份春節(jié)峰值話務量春節(jié)增長率2004年8373

2005年119421.432006年172021.442007年269561.572008年436921.622009年569091.302010年699351.232011年1000071.43下表為某地市2004年至2010年春節(jié)期間的峰值話務量數(shù)據(jù)通過每年數(shù)據(jù)對比，可以計算出增長率，最終預測出2011年增長率為歷年增長率的平均值；方法一：歷年數(shù)據(jù)預測節(jié)假日話務預估及安全保障案例下表為某地市2004年至2010年春節(jié)前與春節(jié)的峰值話務量數(shù)據(jù)年份春節(jié)前23周話務量春節(jié)峰值話務量增長率2005年6402.0211942

2006年7587.19172022.272007年11915.26269562.262008年17777.5436922.462009年21481.87569092.652010年33016.33699352.122011年36838.83865712.35方法二：綜合數(shù)據(jù)預測通過每年節(jié)前后固定時間段數(shù)據(jù)對比，得出當年增長率，然后根據(jù)每年的增長率求出2011年增長率，最后通過2011年年前數(shù)據(jù)進行預算節(jié)日峰值話務量。節(jié)假日話務預估及安全保障案例縣區(qū)2010年春節(jié)前23周5天峰值平均值2010年春節(jié)最忙時話務量增長率2011年前23周5天峰值平均值增長率2011年春節(jié)預測峰值話務量固始農(nóng)村4043.4213281.273.284437.713.2814576.36固始縣城1811.853347.921.852290.71.854232.72光山農(nóng)村2320.194426.451.912540.531.914846.81光山縣城1185.231597.271.351290.411.351739.03淮濱農(nóng)村1937.856453.123.332226.513.337414.35淮濱縣城893.651529.621.71987.91.711690.95潢川農(nóng)村2322.685274.762.272551.992.275795.51潢川縣城1284.661725.471.341427.461.341917.27羅山農(nóng)村1684.334202.632.51989.362.54963.69羅山縣城892.331186.421.331052.811.331399.79市區(qū)郊區(qū)3767.098107.452.154055.392.158727.92商城農(nóng)村2136.113661.831.712479.891.714251.16商城縣城697.33952.671.37782.821.371069.47息縣農(nóng)村2380.97549.473.172588.913.178209.03息縣縣城939.121529.781.631057.731.631722.99新縣農(nóng)村1108.121909.621.721180.811.722034.89新縣縣城876.52934.631.07963.061.071026.91信陽市區(qū)5877.736200.031.056583.141.056944.11合計

82563方法二：分區(qū)域預算分區(qū)域?qū)?jié)前后對比求出系數(shù)，再根據(jù)此系數(shù)和2011年節(jié)前話務量，預算2011年節(jié)日峰值話務量。節(jié)假日話務預估及安全保障案例通過最終加權(quán)計算估算出總話務量。對于加權(quán)數(shù)的大小可以根據(jù)每年實際話務量情況適當調(diào)整。通過計算總話務量和方法二、方法三預測結(jié)果比較接近，因此對于每個基站的話務量就可以按照類似方法三中的系數(shù)進行計算。節(jié)假日話務預估及安全保障案例GSM系統(tǒng)中各級網(wǎng)元都有一定的處理能力，也就是網(wǎng)絡容量。一、MSC容量：華為MSC9880產(chǎn)品支持180萬用戶（每用戶0.025Erl）作VMSC時BHCA為2700K作為GMSC時BHCA為4000K支持的最大鏈路數(shù)目為1728條（64K）/108條（2M）話單吞吐能力1700張/秒二、BSC容量：目前我省使用的BSC設備都是FlexiBSCFlexiBSC的主要特點為：支持最大18000愛爾蘭語音業(yè)務容量支持最多30720個數(shù)據(jù)業(yè)務信道最大支持3000個載頻支持最大72萬次的尋呼承載節(jié)假日話務預估及安全保障案例

根據(jù)信陽地區(qū)現(xiàn)在共3個MSC、2個軟交換，2個HLR，各單元的設計容量分別為XYMSC2為60萬、XYMSC3為50萬、XYMSC4為50萬、ZZGS106為60萬、ZZGS107為65萬、XYHLR3為180萬、XYHLR4為180萬。根據(jù)往年雙節(jié)期間用戶增長狀況，節(jié)日期間比平時增長在2%以內(nèi)，對各個交換機與HLR都在安全門限內(nèi)。MSC容量安全節(jié)假日話務預估及安全保障案例預計在國慶和中秋時的情況如下：2008年8月31日至2008年9月2日的24小時測量時段的數(shù)據(jù)顯示各個MSC的BHCA均在安全門限值內(nèi)?？紤]到去年和前年的兩節(jié)期間BHCA次數(shù)的增長情況，預計今年雙節(jié)期間各個交換機的BHCA的增長平均在1.2上下，按1.2增長各MSC的BHCA仍將保持在60萬的安全門限內(nèi)。小結(jié)：交換機處于安全范圍內(nèi)MSC話務處理能力節(jié)假日話務預估及安全保障案例每MSC的短信處理的安全門限值是100萬，收集2008年8月31日至2008年9月4日的24小時測量時段的數(shù)據(jù)，下圖顯示5天中每個MSC單時段最大值和雙節(jié)期間預測值預計在國慶和中秋時的情況如下：從上面現(xiàn)網(wǎng)連續(xù)5天的短信流量峰值圖中，流量最高的XYMSC3峰值已在23萬左右，雖然離MSC的安全處理門限有較大的增長空間，但根據(jù)進幾年在節(jié)日期間短信迅猛增長情況，可能會對MSC3的處理能力造成影響。根據(jù)以往經(jīng)驗預測的各MSC短信量都在100W之內(nèi)，不會對MSC造成嚴重影響。小結(jié)：兩節(jié)期間XYMSC3的短信流量最大，注意加強對XYMSC3的監(jiān)控，關注突發(fā)短消可能造成的LAC區(qū)尋呼消息刪除情況。MSC短信處理能力節(jié)假日話務預估及安全保障案例統(tǒng)計4天24小時的最忙時數(shù)據(jù)分析得出各MSC對應的A口鏈路話務負荷（見下圖示）：預計在國慶和中秋時的情況如下：從圖中可以看出信陽各MSCA接口鏈路的話務負荷最高為0.28愛爾蘭，話務負荷的門限值為0.7愛爾蘭，根據(jù)話務預測和以往節(jié)日期間話務變化情況，由此預測雙節(jié)期間，A接口各條鏈路的話務負荷門限在一個較安全范圍內(nèi)。小結(jié)：信陽A接口話務負荷在雙節(jié)期間均在安全門限內(nèi)。A口話務安全節(jié)假日話務預估及安全保障案例統(tǒng)計4天中數(shù)據(jù)分析得出各MSC-BSC對應的A口鏈路信令負荷（見下圖示）預計在國慶和中秋時的情況如下：從數(shù)據(jù)分析來看，A接口的信令負荷均在0.14愛爾蘭以下，預計雙節(jié)期間，各MSC的A接口間信令鏈路負荷在安全門限值內(nèi)。小結(jié)：信陽A接口各信令鏈路負荷在雙節(jié)期間均在安全門限內(nèi)

A口信令安全節(jié)假日話務預估及安全保障案例預計在國慶和中秋時的情況如下：提取8月28日至9月4日MSC各單元負荷峰值情況，從上圖可以看出信陽CM單元負荷較高，超過了70%，共它個MSC的各個單元負荷峰值均低于60%的安全門限。隨著兩節(jié)到來，根據(jù)以往的網(wǎng)優(yōu)工作經(jīng)驗，MSC各個單元負荷仍將保持在臨界門限范圍內(nèi)。小結(jié)：建議對XYMSCC2的CM單元進行擴容與監(jiān)控，以確保核心網(wǎng)安全運行。MSC各單元安全節(jié)假日話務預估及安全保障案例預計在國慶和中秋時的情況如下：提取8月30日至9月4日BSC各單元負荷峰值情況，目前XYBS10、XYBSC5、XYBSC9的BCSU負荷峰值有超過60％出現(xiàn)，XYBS10、XYBSC13、XYBSC14、XYBSC4的MCMU負荷峰值快達到了100％，全網(wǎng)的BSC的MCMU&OMU負荷均較高。小結(jié)：BSC負荷分析數(shù)據(jù)提取的是一周的峰值情況，預計在雙節(jié)期間話務量和短信的增長也將導致BSC各單元負荷上升，網(wǎng)優(yōu)建議加強節(jié)日期間對負荷較高的BSC負荷單元監(jiān)，保障網(wǎng)絡安全運行。BSC單元負荷安全節(jié)假日話務預估及安全保障案例BSCAve_ERLBeforemid

-autumnfestival(2008)PredictIncreaseratePredictERLmidLAC位置區(qū)備注autumnfestival(2008)XYBSC10812.69191.31056.4994714572

XYBSC111541.411481.32003.83492414348需要割接XYBSC121116.066531.31450.88648914492

XYBSC13578.591691.3752.16919714476

XYBSC141141.183971.31483.53916114412

XYBSC151359.113131.31766.84706914396\14508

XYBSC161310.818071.31704.06349114444加強監(jiān)控XYBSC171068.534561.31389.09492814302

XYBSC181647.344081.32141.54730414270\14540

XYBSC19829.961931.31078.95050914222

XYBSC20995.688211.31294.39467314588

XYBSC211287.092061.31673.21967814158加強監(jiān)控XYBSC221329.299931.31728.08990914174

XYBSC231053.123871.31369.06103114324

XYBSC24968.48151.31259.0259514460

XYBSC25924.669381.31202.07019414190

LAC話務安全

根據(jù)2007年中秋期間網(wǎng)絡各BSC話務量增長情況，全網(wǎng)在雙節(jié)