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摘要：在多业务融合和高速数据业务需求的驱动下，移动网络正向全IP化演进。移动网IP化能够有效提升网络性能，提高业务支持能力，改善用户体验，降低运营商CAPEX和OPEX，并保障移动网的长期演进，最终实现完全扁平化的移动网络架构。本文重点讨论接入网A over IP技术必要性、关键技术及方法。
关键词： 全Ip ；AoverIp；TC；TrFo
1 移动网IP化的策略步骤及现状
移动网络的全IP化可以分为核心网和接入网两大部分，并首先由核心网开始，逐渐出现在无线接入网。具体来讲，核心网的IP化可采用先语音后信令的策略，即首先实现Nc、Mc、Nb等接口的IP化，然后实现信令网C、Gr等接口的IP化。接入网的IP化主要包括基站设备及相关接口的IP化，即首先实现Iu-CS、Iu-PS、Iub、Iur接口的IP化，然后适时开展Gb接口的IP化，最后考虑A接口与Abis接口的IP化。目前移动运营商核心网的IP化已经全面开始实施，接入网特别是移动接入网的IP化也正在启动。见图1
图1 移动网ALL IP发展进程
2 AoverIP
2.1 AoverIp的需求
由于移动通信网络容量快速增长，运营商迫切需要降低移动通信网络建设和维护成本，提高网络安全性，更好地与未来移动网络技术衔接，AoverIP演进越来越迫切。与核心网相比，接入网的IP化面临着更为复杂的问题。一方面，由于量大面广，接入网在总体投资里占了大部分份额，接入网的更新改造必须更多地考虑成本因素；另一方面，由于接入网改造的复杂性，改造时就不能仅限于考虑短期的业务需求，还应该兼顾业务和网络发展的长期需求。
2.2 AoverIp前提和技术关键
3GPP R7规定了A口信令可以通过IP方式，但A口话务仍然通过TDM传输；3RPP R8增加了A口话务通过IP传输。制定了BSSAP-IP协议栈，基于IP的信令栈，这一列标准的制定奠定AoverIp的基础。AoverIp技术关键核心是A接口的用户面采用基于IP传输。其允许所有GSM支持的编解码在IP网络上传输,而TDM传输只支持PCM(G.711) 。在AoverIp技术中，把编解码器从BSC移到核心网侧，辅以核心网侧Nb接口上的语音压缩功能就能够实现端到端的无编解码器参与的呼叫。
2.3 AoverIp技术优势
相对于传统承载方式相比，AoverIp的具有以下优势：1）提高话音业务质量在A接口为TDM，核心网IP化条件下，单个2G－2G呼叫需要经过4次TC过程，语音质量会随着TC过程的增加有所下降，每次TC过程降低PESQ值约0.15，增加时延约20ms；A口IP化后，通过TrFO，单个2G－2G呼叫无TC过程，语音质量大大改善，而且节省了TC成本。2）节省编码资源 由于只有一种传输技术，无需编码转换，提高了语音质量，减少一半以上的编解码资源；使得呼叫接续，端到端透传压缩语音，即在BSC侧无需TC资源，只有到其他运营商的呼叫，需要MGw進行语音变化转换。终端和网络支持多种编码类型，包括AMR FR, AMR HR GSM FR, GSM HR, GSM EFR, AMR WB（见图2）。3）降低网络成本 A接口IP化后，由于TC从BSC上移到MGW，IP化后TrFO情况下的2G呼2G不需要TC，大量降低设备投资。同时大幅降低MGW、BSC接口板数量。在A接口TDM方式下，E1端口数量众多，需要的接口板多；在IP化后TC模块消失，原有的TC模块－BSC间、TC模块－MGW间的E1端口被BSC-MGW之间的IP端口替代，大大减少接口板的数量。4）IP更好地支持关键节点(MSC/SGSN)池组化 A IP和Gb IP使得MSC in POOL和SGSN in POOL易于实施，基于MSC in Pool、SGSN in Pool组网减少核心网投资，提高网络可靠性，有利于媒体网关的容灾方案。5）简化维护管理难度 GSM核心网和接入网统一支持全IP组网，有利于网络规划。Abis接口、A接口、Gb接口IP化后，可以将需要维护的网络类型归一化，减少维护人员的技能要求，简化了维护管理难度。TDM下，Abis接口与TRX时隙之间的关联配置、A接口TDM的电路管理和配置是相当复杂的。IP化后这些数据配置都将大大简化，运维难度降低。6）2G/3G公用IP承载网络 在目前的网络存在TDM、ATM和IP等多种不同的传输和承载方式并存，增加了维护的成本和难度, 多种承载方式间必须进行转换，降低了语音质量不利于传输网的规划设计，AoverIp使得2G、3G可以共享基础网络。7）节省传输资源成本 在IP方式下，能够采用采用压缩率比较高的编解码类型、VAD、IP头压缩、IP头复用技术，大幅降低每呼叫的带宽占用，能够大幅提高传输效率和传输资源利用率。IP传输建设或租赁成本比同等带宽的采用TDM传输网络的成本要低很多。8）与未来移动网络技术衔接 全网IP化是未来网络发展趋势，AoverIp化符合这种演进趋势,有利于网络的一体化设计。
图2 代码转换比较
3 AoverIp的实现
实现AoverIP需要A接口信令面协议栈采用SIGTRAN（SCCP/M3UA/SCTP/IP）协议进行传输、用户面协议栈采用RTP/UDP/IP协议进行传输。A接口IP化后，TRAU到PCM码转换功能由MGW完成，TRAU帧在BSC终结，RTP承载语音、数据，解决关键是实现TC上移。改造的要点为：1）修改指配、切换过程 扩展标准的BSSAP信令，以支持BSC与MGW之间的IP地址和UDP端口号交并使A接口支持SDP 信息。2）修改码型 在目前标准的BSSAP信令中增加新消息，在通话过程中，当在无线情况变化时，能通知MGW及时插入TC，以免语音包的丢失导致用户感受变差。3）实现BSC动态上报编解码 为了使Server了解无线情况的实时变化，便于实现TrFO，通过修改BSSAP消息使BSC动态上报无线情况。4）语音业务用户面协议 对于EFR/FR/HR语音编解码而言，语音净荷直接按ETSI TS 101 318的规定封装在RTP包之中，并且承载在UDP/IP协议之上；对于AMR编解码而言，RTP载荷按RFC3267的规定封装在RTP包之中，并且承载在UDP/IP协议之上。5）数据业务用户面协议 数据域电路业务按72bit的V.110帧的净荷格式在A接口上传送，BSS将4个72bit的V.110帧直接封装到一个RTP报文中发送给MGW。6)移出SG 由于MSC服务器和BSC都采用IP，BSC的信令可以直达MSC，不再需要SG执行TDM到IP的信令转换。
4 结束语
接入网的IP化是运营商完成核心网IP化后的发展战略重点，是通信朝宽带化、分组化、综合化、个人化方向发展的关键，能够有效优化运营商网络的架构，推进全业务特别是移动互联业务的大发展。通过开通AoverIP功能可提升移动网络IP化演进的能力，随着技术的发展，AoverIp逐渐变成可能。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词： 全Ip ；AoverIp；TC；TrFo
1 移动网IP化的策略步骤及现状
移动网络的全IP化可以分为核心网和接入网两大部分，并首先由核心网开始，逐渐出现在无线接入网。具体来讲，核心网的IP化可采用先语音后信令的策略，即首先实现Nc、Mc、Nb等接口的IP化，然后实现信令网C、Gr等接口的IP化。接入网的IP化主要包括基站设备及相关接口的IP化，即首先实现Iu-CS、Iu-PS、Iub、Iur接口的IP化，然后适时开展Gb接口的IP化，最后考虑A接口与Abis接口的IP化。目前移动运营商核心网的IP化已经全面开始实施，接入网特别是移动接入网的IP化也正在启动。见图1
图1 移动网ALL IP发展进程
2 AoverIP
2.1 AoverIp的需求
由于移动通信网络容量快速增长，运营商迫切需要降低移动通信网络建设和维护成本，提高网络安全性，更好地与未来移动网络技术衔接，AoverIP演进越来越迫切。与核心网相比，接入网的IP化面临着更为复杂的问题。一方面，由于量大面广，接入网在总体投资里占了大部分份额，接入网的更新改造必须更多地考虑成本因素；另一方面，由于接入网改造的复杂性，改造时就不能仅限于考虑短期的业务需求，还应该兼顾业务和网络发展的长期需求。
2.2 AoverIp前提和技术关键
3GPP R7规定了A口信令可以通过IP方式，但A口话务仍然通过TDM传输；3RPP R8增加了A口话务通过IP传输。制定了BSSAP-IP协议栈，基于IP的信令栈，这一列标准的制定奠定AoverIp的基础。AoverIp技术关键核心是A接口的用户面采用基于IP传输。其允许所有GSM支持的编解码在IP网络上传输,而TDM传输只支持PCM(G.711) 。在AoverIp技术中，把编解码器从BSC移到核心网侧，辅以核心网侧Nb接口上的语音压缩功能就能够实现端到端的无编解码器参与的呼叫。
2.3 AoverIp技术优势
相对于传统承载方式相比，AoverIp的具有以下优势：1）提高话音业务质量在A接口为TDM，核心网IP化条件下，单个2G－2G呼叫需要经过4次TC过程，语音质量会随着TC过程的增加有所下降，每次TC过程降低PESQ值约0.15，增加时延约20ms；A口IP化后，通过TrFO，单个2G－2G呼叫无TC过程，语音质量大大改善，而且节省了TC成本。2）节省编码资源 由于只有一种传输技术，无需编码转换，提高了语音质量，减少一半以上的编解码资源；使得呼叫接续，端到端透传压缩语音，即在BSC侧无需TC资源，只有到其他运营商的呼叫，需要MGw進行语音变化转换。终端和网络支持多种编码类型，包括AMR FR, AMR HR GSM FR, GSM HR, GSM EFR, AMR WB（见图2）。3）降低网络成本 A接口IP化后，由于TC从BSC上移到MGW，IP化后TrFO情况下的2G呼2G不需要TC，大量降低设备投资。同时大幅降低MGW、BSC接口板数量。在A接口TDM方式下，E1端口数量众多，需要的接口板多；在IP化后TC模块消失，原有的TC模块－BSC间、TC模块－MGW间的E1端口被BSC-MGW之间的IP端口替代，大大减少接口板的数量。4）IP更好地支持关键节点(MSC/SGSN)池组化 A IP和Gb IP使得MSC in POOL和SGSN in POOL易于实施，基于MSC in Pool、SGSN in Pool组网减少核心网投资，提高网络可靠性，有利于媒体网关的容灾方案。5）简化维护管理难度 GSM核心网和接入网统一支持全IP组网，有利于网络规划。Abis接口、A接口、Gb接口IP化后，可以将需要维护的网络类型归一化，减少维护人员的技能要求，简化了维护管理难度。TDM下，Abis接口与TRX时隙之间的关联配置、A接口TDM的电路管理和配置是相当复杂的。IP化后这些数据配置都将大大简化，运维难度降低。6）2G/3G公用IP承载网络 在目前的网络存在TDM、ATM和IP等多种不同的传输和承载方式并存，增加了维护的成本和难度, 多种承载方式间必须进行转换，降低了语音质量不利于传输网的规划设计，AoverIp使得2G、3G可以共享基础网络。7）节省传输资源成本 在IP方式下，能够采用采用压缩率比较高的编解码类型、VAD、IP头压缩、IP头复用技术，大幅降低每呼叫的带宽占用，能够大幅提高传输效率和传输资源利用率。IP传输建设或租赁成本比同等带宽的采用TDM传输网络的成本要低很多。8）与未来移动网络技术衔接 全网IP化是未来网络发展趋势，AoverIp化符合这种演进趋势,有利于网络的一体化设计。
图2 代码转换比较
3 AoverIp的实现
实现AoverIP需要A接口信令面协议栈采用SIGTRAN（SCCP/M3UA/SCTP/IP）协议进行传输、用户面协议栈采用RTP/UDP/IP协议进行传输。A接口IP化后，TRAU到PCM码转换功能由MGW完成，TRAU帧在BSC终结，RTP承载语音、数据，解决关键是实现TC上移。改造的要点为：1）修改指配、切换过程 扩展标准的BSSAP信令，以支持BSC与MGW之间的IP地址和UDP端口号交并使A接口支持SDP 信息。2）修改码型 在目前标准的BSSAP信令中增加新消息，在通话过程中，当在无线情况变化时，能通知MGW及时插入TC，以免语音包的丢失导致用户感受变差。3）实现BSC动态上报编解码 为了使Server了解无线情况的实时变化，便于实现TrFO，通过修改BSSAP消息使BSC动态上报无线情况。4）语音业务用户面协议 对于EFR/FR/HR语音编解码而言，语音净荷直接按ETSI TS 101 318的规定封装在RTP包之中，并且承载在UDP/IP协议之上；对于AMR编解码而言，RTP载荷按RFC3267的规定封装在RTP包之中，并且承载在UDP/IP协议之上。5）数据业务用户面协议 数据域电路业务按72bit的V.110帧的净荷格式在A接口上传送，BSS将4个72bit的V.110帧直接封装到一个RTP报文中发送给MGW。6)移出SG 由于MSC服务器和BSC都采用IP，BSC的信令可以直达MSC，不再需要SG执行TDM到IP的信令转换。
4 结束语
接入网的IP化是运营商完成核心网IP化后的发展战略重点，是通信朝宽带化、分组化、综合化、个人化方向发展的关键，能够有效优化运营商网络的架构，推进全业务特别是移动互联业务的大发展。通过开通AoverIP功能可提升移动网络IP化演进的能力，随着技术的发展，AoverIp逐渐变成可能。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。