SGSN池冗余技術以及在鐵路GSM—R網絡中的應用

李雷

摘要：隨著GSM-R網絡數據業務的不斷增加，對其核心設備的安全提出了更高的要求。3GPP規范對SGSN設備冗余方式制定了相關標準，鐵路GSM-R網絡要按照標準實現冗余。本文對SGSN池、Gb接口IP化的技術進行了說明，并結合目前GSM-R網絡的實際情況對SGSN設備的冗余組網方式進行了研究和分析

關鍵詞：GSM-R核心網；GPRS網絡冗余；SGSN池；Gb接口IP組網

一、概述

隨著鐵路GSM-R數字移動通信網絡的快速發展，GPRS系統所承載的業務種類逐漸增多，數據業務量也在不斷的增加，對GPRS核心網設備的可靠性要求也越來越高。目前鐵路SGSN設備采用板卡級別冗余，設備整體故障后業務將受到影響。3GPP規范R5版本引入了SGSN池的概念，實現了一個BSC連接多個SGSN的功能，實現SGSN池組網需要調整Gb接口為IP組網方式。本文對SGSN池技術和Gb接口IP組網技術在鐵路GRPS網絡中的應用進行了研究和分析。

二、SGSN池

所謂的SGSN池，就是由多個SGSN共同構建一個大的服務區，這些SGSN以池組方式協同工作。

1.SGSN池的基本原理

3GPP規范定義了SGSN池的工作機制，改變了BSC與SGSN之間一對一的控制關系，實現了BSC節點到多個SGSN節點的域內連接路由功能，允許BSC節點把業務信息在分組交換（GPRS）網絡中路由到不同的SGSN節點，業務由多個SGSN進行分擔，提高了SGSN的冗余性。

2.SGSN池的工作機制

（1）服務SGSN的建立：當終端進行GPRS附著（Attach）時，BSC會選擇SGSN池中的任一SGSN進行業務。SGSN把其標識——NRI（網絡資源標識）編碼到用戶的P-TMSI（分組臨時移動用戶標識）中，使終端、BSC、服務SGSN可根據P-TMSI識別用戶IMSI（國際移動用戶標識號）與NRI的映射關系。BSC、SGSN根據映射關系路由用戶的業務數據包。

（2）記錄服務SGSN：當終端在PMM-connected（連接）模式時，BSC保持IMSI與NRI映射。當終端進入PMM-idle（空閑）模式時，由于沒有來自于或發送到終端的分組數據包需要路由，則BSC刪除IMSI與NRI映射。當終端重新進入PMM-connected模式時，BSC會再次記錄終端IMSI與提供服務SGSN的NRI的映射。

3.SGSN池的技術優勢

（1）實現網絡級冗余備份。

（2）維護作業、網絡擴容施工不影響既有業務。

（3）減少核心網絡信令開銷負荷。

（4）核心網設備負載均衡。

（5）便于集中化管理。

4.SGSN池技術對Gb接口組網的要求

SGSN以池的方式組網的工作機制打破了BSC與SGSN間一對一的關系，實現了BSC至SGSN之間的多歸屬，由于IP網的互通特性強，實現BSC與多個SGSN連接就變得非常方便。因此，Gb接口IP組網是實現SGSN池的前提。

三、Gb接口IP組網

1.Gb接口協議棧的變化

Gb接口是BSC/PCU與SGSN之間的接口，底層承載可以采用FR（幀中繼）或IP方式。實現SGSN池，Gb接口必須IP化。SGSN兩種承載方式協議棧對比如圖1所示：

2.Gb接口鏈路標識的變化

在GPRS網絡中，Gb接口的路由通過網絡服務實體標識（NSEI）和網絡服務虛連接標識（NSVCI）來標識和選擇。

Gb接口IP化后，BSS/PCU與SGSN之間每條NSVC鏈路標識變為：SGSN設備IP地址、SGSN UDP端口號、BSC設備IP地址、BSC UDP端口號。BSS/PCU與SGSN之間的NSEI中的多條NSVC可以使用相同或不同的IP地址，配置方式靈活。

3.Gb接口IP化后尋址方式的變化

隨著鏈路標識的變換，Gb接口的尋址方式也發生了變化。IP承載方式下，數據包的包頭中包含有目的節點IP地址，網絡中的節點根據包頭中的目的地址查找路由表計算出到達的最佳路由，IP地址具有全局意義，且尋址方式靈活。

4.Gb接口IP化后帶寬的變化

Gb接口IP化后，協議棧發生了變化，Gb接口數據封裝開銷也相應發生了變化，直接影響到Gb接口的帶寬。Gb接口IP化后帶寬會有所增加，具體增加的數量應根據用戶實際的IP數據包大小進行計算。

四、利用SGSN池技術實現鐵路GPRS網絡SGSN設備冗余組網

根據我國GSM-R分組域核心網設備的現狀，結合上述SGSN池和Gb接口IP化的技術分析，SGSN冗余可以考慮局內和局間兩種組網方式。

1.鐵路局核心節點新設一套SGSN與既有設備組成SGSN池

如圖2所示，可以在鐵路局管內新設一臺SGSN設備，與既有SGSN組成SGSN池。需要新設數據網設備（CE）為Gb接口組成IP網，SGSN池設置為負荷分擔方式。這種方式的優點：SGSN池由本局設備組成，便于維護和管理；缺點是需要新設SGSN設備，造價較高。

2.既有局間設備組成SGSN池

如圖3所示，可以利用兩個（或多個）鐵路局既有SGSN設備組成SGSN池。需要新設數據網設備（CE）組成局內Gb接口IP網，局間的Gb接口互通可以利用既有鐵路數據網數據網承載，并在數據網上設置Gb接口的VPN。

五、結束語

經過對SGSN池和Gb接口基于IP組網的技術分析，SGSN池技術有著諸多的優勢，最重要的是實現了不中斷業務的網絡冗余，是較合理的SGSN設備冗余組網方案。本文對SGSN池組網的技術特點、對Gb接口IP化改造和現網采用SGSN池組網的技術方案進行了說明，希望可以為SGSN冗余組網提供一個思路，提高GSM-R分組域核心網絡的可靠性。

參考文獻

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