MSC POOL核心網性能分析

王子鶴+蔣占軍

【摘要】為了減少移動核心網的信令鏈路負荷，提高資源利用率，提出了一種核心網的組網方案。通過MSC POOL組網實現該方案，并對接入到MSC POOL核心網中的隨機移動用戶建立概率模型，利用泊松概率分布模型對MSC POOL網絡進行理論定性分析和實驗。實驗結果表明，與傳統組網相比，該方案降低了網絡負載率，提高了切換成功率和位置更新成功率，對于移動網絡結構和性能有著整體的提升。

【關鍵詞】MSC POOL泊松分布網絡負載率切換成功率位置更新成功率

中圖分類號：TN929.5文獻標識碼：A文章編號：1006-1010(2014)-10-0028-05

Performance Analysis on MSC POOL Based Mobile Communication Core Networks

WANG Zi-he, JIANG Zhan-jun1

(1. School of Electronic and Information Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China;

2. State Key Laboratory on Mobile Communications, Southeast University, Nanjing 210096, China)

[Abstract]

In order to reduce the load on signaling links of mobile communication core networks and improve resource utilization, a novel networking scheme of core networks is proposed in this paper. Implemented by means of MSC POOL networking, the scheme establishes a mathematical model with random access mobile user in MSC POOL based core networks, qualitatively analyzes and conducts experiments on MSC POOL based core networks using Poisson distribution model. Experimental results demonstrate that, compared with traditional networking schemes, the proposed scheme not only reduces the network load rate, but improves both handover success rate and location update success rate as well. Thus, mobile network structure and the overall performances have been enhanced.

[Key words]MSC POOL Poisson distributionnetwork load ratehandover success rate location update success rate

1 引言

移動核心網經歷了時分復用到軟交換的發展。最初軟交換核心網的網絡結構為單一的控制結構，即一個核心網節點MSC SERVER（Mobile Switching Center Server，移動交換服務中心）控制一個RNC（Radio Network Controller，無線網絡控制器），當MSC SERVER發生故障，其控制的RNC就不能正常工作。因此，為了提高網絡可靠性和核心網資源利用率，3GPP在制定TS23.236標準[1-2]中提出了MSC POOL技術，由多個MSC SERVER構成一個MSC SERVER池服務的區域稱為MSC SERVER池區，即MSC POOL。從無線側角度看，一個或多個RNC共同屬于某一個MSC POOL池，由這些RNC的所有的業務區便構成MSC POOL池區，池區內的用戶由MSC POOL池中的MSC SERVER共同服務。

這種網絡結構具備許多優勢：可以減少不同局間切換，降低掉話率；減少不同局間進行位置更新的次數，降低C/D接口至HLR（Home Location Register，歸屬位置寄存器）方向的信令流量，提升了MSC SERVER的容量增益；實現MSC SERVER級的容災備份；根據組網方式可實現部分MGW（Media Gate Way，媒體網關）級的容災備份。通過MSC SERVER的負荷分擔技術提升整個核心網的資源利用率，降低了組網投資和運維的成本。因此，MSC POOL組網將會得到廣泛的應用。

本文對MSC POOL實現原理的方案進行了研究，并提出一種以泊松分布為模型的性能分析方法。經過對實施MSC POOL后的網絡性能指標采集和分析，最終通過實驗結果驗證了MSC POOL性能提升的有效性。文獻[3]對樹形網絡和POOL網絡作了比較分析，發現樹形網絡對整個核心網的容量和安全限制，POOL網絡有利于提高系統性能；文獻[4]對MSC POOL網絡結構和傳統網絡信令鏈路作了比較，發現MSC POOL網絡的信令鏈路負荷明顯下降；文獻[5]對MSC POOL網絡的負荷分擔性能作了詳細研究，指出其平均潮汐話務有利于提高系統性能；文獻[6]對MSC POOL網絡結構和傳統網絡的切換性能作了詳細研究，指出MSC POOL網絡提升了系統的切換成功率和MSC SERVER的資源利用率。

2 MSC POOL關鍵技術

2.1NNSF[7]（非接入層節點選擇功能）原理

MGW檢測到用戶是初次進入池內的位置更新請求，按照負荷分擔算法分配到池內某個空閑的MSC SERVER進行位置更新，由該MSC SERVER為用戶分配NRI[7]（Network Resource Identifier，網絡資源標識）并通過TMSI（Temporary Mobile Subscriber Identity，臨時移動用戶識別碼）傳遞給用戶，用戶通話時MGW通過該用戶的NRI找到MSC SERVER進行后續處理；RNC根據鏈路均衡原則[8]選擇合適的一個MGW。Iu接口（RNC與3G移動基站Node B之間的接口）無需改動，通過MGW實現Iu-Flex[9]（Iu接口IP化）功能，無需RNC升級方案，如果RNC支持Iu-Flex功能，可軟件關閉MGW上的Iu-Flex代理功能，兼容多種組網模式。

2.2負荷自動調整原理

MSC SERVER通過設定廣播的起始時間和廣播周期，經過廣播信道向MGW通知當前的負荷狀況；MGW可以根據不同MSC SERVER的可用容量對新接入的MSC POOL的用戶進行負荷分擔。利用動態調整分發算法[10]自適應負荷均衡進行調整。MGW和MSC SERVER間的調整機制不牽涉無線側的網元，只是在核心網MSC SERVER內部完成。由于用戶在POOL內MSC SERVER間均衡分配，使得MSC POOL內資源充分共享。平衡高峰時段的話務負荷，設計規劃總容量時可以不用考慮不同地區高峰話務負荷，節省總容量并降低投資成本。MSC POOL內漫游不改變歸屬的MSC SERVER，減少了局間切換和C/D接口流量，提高MSC SERVER容量增益[11]。當MSC POOL內一個MSC SERVER發生故障，由POOL內其它MSC SERVER接管故障MSC SERVER用戶。用戶主叫呼叫流程不會中斷，最長一個周期性位置更新時間后用戶被叫呼叫流程恢復，從而實現網絡容災。

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3 MSC POOL性能分析

假設總共M個MSC SERVER接入到MSC POOL中，其中第M個接入到MSC POOL的MSC SERVER，設它的用戶容量是Cm（1≤m≤M）。同時，假設連接MSC POOL的MGW的總數量為K，接入MGW的RNC數量為J，則RNCj,k代表第J（1≤j≤J）個RNC接入到第K（1≤k≤K）個MGW。RNCi,j,k表示隨機移動用戶接入第i（1≤i≤I）個Node B（基站）連接到RNCj,k。通過實驗數據研究顯示，移動用戶隨機呼叫接入RNC的概率服從泊松（Poisson）分布，從而來自RNCi,j,k的隨機移動用戶呼叫接入概率可以表示為：

（1）

其中，移動用戶隨機呼叫占用次數為ωi,j,k；移動用戶期望呼叫占用次數為λi,j,k。由于MSC POOL中的多個MSC SERVER提供ωi,j,k次呼叫接入服務，因此在分析時基于隨機的某幾個MSC SERVER接受服務選擇請求。如果m（Cm≥1）個MSC SERVER提供呼叫接入服務的可能性是m/M，那么只有一個MSC SERVER提供呼叫接入服務的可能性就是1/M。

假設隨機移動用戶總服務請求是：

（2）

則隨機移動用戶由第m（1≤m≤M）個MSC SERVER呼叫建立的數量是：

（3）

而第m（1≤m≤M）個MSC SERVER的負載率是：

（4）

同時，傳統網絡結構即只有一個MSC SERVER，隨機移動用戶由MSC SERVER呼叫建立的數量是：

（5）

此時MSC SERVER的負載率是：

（6）

通過使用MSC POOL技術，可知負載率的冗余差是：

（7）

因為M≥1，Cm≥1（1≤m≤M），所以可以得到。由公式（7）可知，使用MSC POOL技術提高了網絡的負載率。

4 MSC POOL實施結果分析

實驗背景為某運營商部署在甘肅省蘭州市MSC POOL池項目。該MSC POOL池總共包含3個MSC SERVER、6個MGW、35個RNC，設計用戶容量為255萬，核心網、無線側設計的容量分別為47 520Erl和51 400Erl。該MSC POOL池的網絡結構如圖1所示。

以下實驗數據均采自MSC POOL池2013年7月至8月性能統計數據庫，實驗數據主要展示了使用MSC POOL前后的性能指標對比。

4.1MSC POOL割接前后CP（核心處理單元）

負荷的對比

在工程實踐中，MSC SERVER的負載分析通常是檢查MSC SERVER的CP負荷。CP負荷充分顯示了MSC SERVER軟件和硬件的利用情況。在一般情況下，CP負荷率就等同于MSC SERVER的負載率。

MSC POOL割接前后CP負荷的對比如圖2所示：

圖2MSC POOL割接前后CP負荷的對比

由圖2可知，隨著利用MSC POOL技術組成MSC SERVER池組后，MSC SERVER的CP負荷比未接入POOL之前明顯下降，進一步證明了MSC POOL組網性能比傳統組網方案設計優越。

4.2MSC POOL開啟前后HO（切換）的對比

在核心網性能指標中，切換成功率是移動保持類的重要指標之一，按照網元的關系，可以分為MSC SERVER內切換成功率、入MSC SERVER切換成功率、出MSC SERVER切換成功率。切換成功率的高低將直接影響用戶感受，是運營商重點考核的指標。本文利用的切換成功率公式取自運營商：切換成功率=

切換成功總次數/切換次數，其中切換次數包括MSC SERVER內切換次數、入MSC SERVER切換次數、出MSC SERVER切換次數。

MSC POOL開啟前后HO的對比如圖3所示：

圖3MSC POOL開啟前后HO的對比

由圖3可知，MSC SERVER組成MSC POOL后，MSC SERVER的切換成功率得到平穩提高，從而證明MSC POOL組網性能比傳統組網方案設計優越。

4.3MSC POOL開啟前后LU（位置更新）的對比

根據網絡對位置更新的識別不同，位置更新可分為三種：正常位置更新（即越位置區的位置更新）、周期性位置更新和IMSI（國際移動用戶識別碼）附著分離。在核心網性能指標中，通常研究的位置更新成功率只包括正常位置更新成功率與周期性位置更新成功率。

MSC POOL開啟前后LU的對比如圖4所示。

由圖4可知，MSC POOL開啟后系統的位置更新成功率得到了明顯改善，指標整體提高了2%，達到97%以上，從而提升了整個網絡結構的性能。

5 結論

本文一方面對MSC POOL實現原理關鍵技術進行了研究，以泊松分布為數學模型的方法建立了用戶接入過程，定性分析了MSC POOL技術的優越性；另一方面通過采集MSC POOL性能指標，利用實驗結果驗證了MSC POOL性能提升的有效性。

參考文獻：

[1] 3GPP TS 23.008. Technical Specification Group Core Network and Terminal[S]. 2009.

[2] 3GPP TS 23.236. Intra-domain Connection of Radio Access Network(RAN) Nodes to Multiple Core Network(CN) Nodes[S]. 2008.

[3] Yu Su, Gao li. MSC POOL Technologies in Core Call Networks[J]. Mobile Communication Journal, 2010(11).

[4] Jia Huang. Solution to Called Problem in MSC POOL Network[J]. Telecommunication Technology, 2010(9).

[5] 趙晶,劉秀菊. 應用MSC Pool構建融合高效核心網絡[J]. 電信技術, 2010(4): 18-20.

[6] 黎劍. MSC POOL組網優勢和問題分析[J]. 中國電子商務, 2010(6): 391-392.

[7] 王笛. MSC Pool改造問題總結[J]. 移動通信, 2011(3): 111-116.

[8] 丁賽平. MSC POOL關鍵技術探討[J]. 科技與生活, 2010(13): 18.

endprint

[9] 陳斌. 基于Iu-flex技術的MSC-Pool的本地核心網方案可行性分析[J]. 硅谷, 2011(17): 169.

[10] 李赟,劉宇,張奕. MSC Pool規劃中對話務潮汐效應的考慮[J]. 電信工程技術與標準化, 2010(7): 9-11.

[11] 黃華生. MSC Pool負荷遷移機制及應用研究[J]. 無線通信技術, 2011(2).★

作者簡介

王子鶴：蘭州交通大學電子與信息工程學院在讀碩士，主要研究方向為移動通信。

蔣占軍：教授，博士畢業于東南大學，現任蘭州交通大學電信學院國家級電工電子實驗中心主任，主要研究方向為移動通信。

工信部：我國公共云服務市場仍處于產業初期階段

目前，全球云服務雖然整體產業規模尚小，但是其增長率遠高于ICT產業平均水平，已經與移動智能終端一起成為全球ICT產業增長最快的領域。根據報告顯示，全球云計算市場快速平穩增長。2013年全球云服務市場約為1 317億美元，年增長率為18%，據預測，未來幾年云服務市場仍將保持15%以上的增長率，2017年將達到2 442億美元。其中以IaaS、PaaS和SaaS為代表的典型云服務市場在2013年達到了333.4億美元，增長率高達29.7%。

根據工信部電信研究院發布的《2014年云計算白皮書》顯示，目前我國公共云服務市場仍處于低總量、高增長的產業初期階段。據估計，2013年我國公共云服務市場規模約為47.6億人民幣，增速較2012年有所放緩，但仍達到36%，遠高于全球平均水平。

數據顯示，2013年我國的IaaS市場規模約為10.5億元，增速達到了105%，顯示出旺盛的生機。IaaS相關企業不僅在規模、數量上有了大幅提升，而且吸引了資本市場的關注，UCloud、青云等IaaS初創企業分別獲得了千萬美元級別的融資。

在過去幾年里，騰訊、百度等互聯網巨頭紛紛推出了各自的開放平臺戰略，新浪SAE等PaaS的先行者也在業務拓展上取得了顯著的成效，在眾多互聯網巨頭的介入和推動下，我國PaaS市場得到了迅速發展，2013年市場規模增長近20%，但由于目前國內PaaS服務仍處于吸引開發者和產業生態培育的階段，大部分PaaS服務都采用免費或低收費的策略，因此整體市場規模并不大，估計約為2.2億元左右，但這并不妨礙人們對PaaS的發展前景抱有充足的信心。無論是國內還是全球，SaaS一直是云計算領域最為成熟的細分市場，用戶對于SaaS服務的接受程度也比較高。2013年估計國內SaaS市場規模在34.9億元左右，與2012年相比增長24.3%。（通信世界網）

endprint

[9] 陳斌. 基于Iu-flex技術的MSC-Pool的本地核心網方案可行性分析[J]. 硅谷, 2011(17): 169.

[10] 李赟,劉宇,張奕. MSC Pool規劃中對話務潮汐效應的考慮[J]. 電信工程技術與標準化, 2010(7): 9-11.

[11] 黃華生. MSC Pool負荷遷移機制及應用研究[J]. 無線通信技術, 2011(2).★

作者簡介

王子鶴：蘭州交通大學電子與信息工程學院在讀碩士，主要研究方向為移動通信。

蔣占軍：教授，博士畢業于東南大學，現任蘭州交通大學電信學院國家級電工電子實驗中心主任，主要研究方向為移動通信。

工信部：我國公共云服務市場仍處于產業初期階段

目前，全球云服務雖然整體產業規模尚小，但是其增長率遠高于ICT產業平均水平，已經與移動智能終端一起成為全球ICT產業增長最快的領域。根據報告顯示，全球云計算市場快速平穩增長。2013年全球云服務市場約為1 317億美元，年增長率為18%，據預測，未來幾年云服務市場仍將保持15%以上的增長率，2017年將達到2 442億美元。其中以IaaS、PaaS和SaaS為代表的典型云服務市場在2013年達到了333.4億美元，增長率高達29.7%。

根據工信部電信研究院發布的《2014年云計算白皮書》顯示，目前我國公共云服務市場仍處于低總量、高增長的產業初期階段。據估計，2013年我國公共云服務市場規模約為47.6億人民幣，增速較2012年有所放緩，但仍達到36%，遠高于全球平均水平。

數據顯示，2013年我國的IaaS市場規模約為10.5億元，增速達到了105%，顯示出旺盛的生機。IaaS相關企業不僅在規模、數量上有了大幅提升，而且吸引了資本市場的關注，UCloud、青云等IaaS初創企業分別獲得了千萬美元級別的融資。

在過去幾年里，騰訊、百度等互聯網巨頭紛紛推出了各自的開放平臺戰略，新浪SAE等PaaS的先行者也在業務拓展上取得了顯著的成效，在眾多互聯網巨頭的介入和推動下，我國PaaS市場得到了迅速發展，2013年市場規模增長近20%，但由于目前國內PaaS服務仍處于吸引開發者和產業生態培育的階段，大部分PaaS服務都采用免費或低收費的策略，因此整體市場規模并不大，估計約為2.2億元左右，但這并不妨礙人們對PaaS的發展前景抱有充足的信心。無論是國內還是全球，SaaS一直是云計算領域最為成熟的細分市場，用戶對于SaaS服務的接受程度也比較高。2013年估計國內SaaS市場規模在34.9億元左右，與2012年相比增長24.3%。（通信世界網）

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[10] 李赟,劉宇,張奕. MSC Pool規劃中對話務潮汐效應的考慮[J]. 電信工程技術與標準化, 2010(7): 9-11.

[11] 黃華生. MSC Pool負荷遷移機制及應用研究[J]. 無線通信技術, 2011(2).★

作者簡介

王子鶴：蘭州交通大學電子與信息工程學院在讀碩士，主要研究方向為移動通信。

蔣占軍：教授，博士畢業于東南大學，現任蘭州交通大學電信學院國家級電工電子實驗中心主任，主要研究方向為移動通信。

工信部：我國公共云服務市場仍處于產業初期階段

目前，全球云服務雖然整體產業規模尚小，但是其增長率遠高于ICT產業平均水平，已經與移動智能終端一起成為全球ICT產業增長最快的領域。根據報告顯示，全球云計算市場快速平穩增長。2013年全球云服務市場約為1 317億美元，年增長率為18%，據預測，未來幾年云服務市場仍將保持15%以上的增長率，2017年將達到2 442億美元。其中以IaaS、PaaS和SaaS為代表的典型云服務市場在2013年達到了333.4億美元，增長率高達29.7%。

根據工信部電信研究院發布的《2014年云計算白皮書》顯示，目前我國公共云服務市場仍處于低總量、高增長的產業初期階段。據估計，2013年我國公共云服務市場規模約為47.6億人民幣，增速較2012年有所放緩，但仍達到36%，遠高于全球平均水平。

數據顯示，2013年我國的IaaS市場規模約為10.5億元，增速達到了105%，顯示出旺盛的生機。IaaS相關企業不僅在規模、數量上有了大幅提升，而且吸引了資本市場的關注，UCloud、青云等IaaS初創企業分別獲得了千萬美元級別的融資。

在過去幾年里，騰訊、百度等互聯網巨頭紛紛推出了各自的開放平臺戰略，新浪SAE等PaaS的先行者也在業務拓展上取得了顯著的成效，在眾多互聯網巨頭的介入和推動下，我國PaaS市場得到了迅速發展，2013年市場規模增長近20%，但由于目前國內PaaS服務仍處于吸引開發者和產業生態培育的階段，大部分PaaS服務都采用免費或低收費的策略，因此整體市場規模并不大，估計約為2.2億元左右，但這并不妨礙人們對PaaS的發展前景抱有充足的信心。無論是國內還是全球，SaaS一直是云計算領域最為成熟的細分市場，用戶對于SaaS服務的接受程度也比較高。2013年估計國內SaaS市場規模在34.9億元左右，與2012年相比增長24.3%。（通信世界網）

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