批量放号阶段VoLTE网络容量瓶颈的解决方案

吕品

（中国移动通信集团广东有限公司佛山分公司，佛山 528000）

VoLTE是中国移动4G时代最终的语音解决方案。借助IMS核心网对用户面、控制面、业务面的精细控制能力和All IP的网络承载，VoLTE可以实现精确的语音控制，可利用PCC架构实现端到端的QoS保障，合理、灵活地对多媒体会话进行按不同业务、不同服务质量，进行精细化计费控制。目前，VoLTE批量放号和业务推广正在开展中。

1 批量放号给网络带来的挑战

VoLTE互通话务路由现状和存在问题：目前MGCF网关部署在IMS域，IMS和2G/3G用户之间的话务需经过IMS域MGCF网元←→关口局←→MSC，IMS作为VoLTE核心网前，MGCF网关用于疏导固网和2G/3G用户之间互通话务，需求量小；IMS作为VoLTE核心网后，随着VoLTE话务量增加，IMS和2G/3G互通话务必然会同时增加。

去年以来，采用的VoLTE批量放号策略导致VoLTE用户快速增加，但驻留在IMS域比例较低（不足20%），当该部分VoLTE用户作被叫时，会触发被叫锚定路由至IMS处理，经核实，该类呼叫会导致对关口局容量的4倍占用和对MGCF容量的2倍占用。按目前放号策略将导致该类VoLTE呼叫快速增多，这将对关口局和MGCF容量造成更大的冲击。

图1 VoLTE IMS和CS域互通的网络结构示意图

在实际工作中，运维人员在分析批量放号后IMS域的统计指标时，发现IM-MGW和GMGW容量利用率在快速增加，与市场线的批量放号是同步的。这验证了之前的理论分析。如果要扩容网络，则同时要在IMMGW和GMGW同时扩容。重复扩容会导致网络资源利用率不高。

2 业务紧急分流方案

2.1 量化分析，精准预测

首先统计历次用户VoLTE功能的批开数据，根据批开用户总数和实际转化成有效VoLTE，计算出有效用户转化率。由于批开以“万”为单位进行，VoLTE用户分配是与具体号段无关的，在每一个万号段之内都是随机分配。转化率与用户行为相关，在中短期内不会有明显变化。因此认为基于去年数据计算出来的转化率，也适用于今年的情况。

根据转化率、本地话务模型、设备软硬件License特性，推导出VoLTE批开对IM-MGW资源利用率的公式，用于后续的量化分析。通过公式精准计算，预测资源利用率最紧张的阶段，提前准备好应对措施，全力保障业务推广。

2.2 跨地市紧急分流预案

根据组网，几个地市的IM-MGW都在同一个MGCF之下。MGCF控制和调度IM-MGW的资源分配。运维人员在MGCF修改号段分析的局数据，能够把归属高负荷设备所在地市（号段）的业务，分流到较低负荷设备所在地市的设备。根据网络容量的紧张程度，事先准备好几套预案和指令脚本。当突发情况发生时，根据实际情况选择对应的预案。

方案需要IMS域CSCF和CS域GW等网元之间的协同配合。根据分流后的业务走向，在各相关网元同时调整局数据。

3 关口局融合MGCF的关键技术

VoLTE网络结构下，IMS MGCF是IMS域内与CS域互通的网络节点，CS关口局是CS域与IMS域互通的网络节点。为了优化VoLTE网络结构，把CS域关口局和IMS域MGCF融合到同一个节点（下文统称这个节点为融合关口局）。在关口局和MGCF融合之后，不但能够直接缓解VoLTE网络容量瓶颈，而且后续扩容只需要在一个节点进行，提升效率。

关口局融合改造前，为保障网络安全，过渡期内MGCF直连端局，本方案在IMS域由网维按需安排分阶段实施，融合改造完成前为全省提供过渡期业务保障采用IMS域MGCF直连电路域端局的方式，所有网内互通话务，均通过MGCF直接送至软交换端局，互联互通话务量，仍送至关口局GMSC进行疏通。

下面分别介绍两种常用的融合解决方案。仅GMSC Server替换的方式，用于华为关口局；GMSC Server和GMGW升级的方式，用于爱立信关口局。

3.1 仅GMSC Server替换的方式

华为关口局的融合采用这种方式。新建替换的GMSC Server支持MGCF功能，并配置MGCF容量。GMGW利旧，原GMGW保持不变维持与外网互联互通功能（同信令点、互联电路不调整），利旧IMS域IM-MGW网元用于VoLTE互通新建融合新建设备须同时接入CSCE和PSCE，GMGW/IM-MGW维持现有CE接入。路由局向采用按容量因子的负荷分担。

3.1.1 新建融合关口局DS功能定位概述

进行关口局组网设计、端口配置的基础是对关口局进行合理的功能定位，根据中国移动实际网络情况和发展趋势，对新建软交换关口局定位如下。

（1）与IMS之间话务转接：新建融合关口局DS支持MGCF功能，IM-MGW（利旧MGCF容量），负责佛山移动CS域与IMS域之间的话务疏通。

图2 仅GMSC Server替换方式的网络结构示意图

（2）网间互联互通：新建融合关口局DS负责转接电信固网、电信C网、铁通固网用户、联通固网、联通G网用户与中国移动用户的互联互通话务量。因为GMGW利旧，使用同信令点整局割接到新建融合关口局DS之下，所以涉及互联互通的电路不变。

（3）网内话务转接： 移动网内维持现有的网状网互联模式。新建融合关口局DS将继续转接佛山移动至 IP前置机的业务需求，转接所在地市移动至客服平台的业务需求。

说明：不同省份、不同地市的定位可能略有差异，但大体上相同。

3.1.2 硬件选型

新建融合关口局的硬件选用华为MSOFTX3000移动软交换中心。这套平台具有强大而灵活的组网能力，既能作为GMSC Server节点，与华为 UMG8900配合组网时也能作为MGCF节点，在功能上满足中国移动的要求。

MSOFTX3000平台具有高大容量高集成度高性能，所有单板均采用ASIC、PLD、FPGA等先进的集成电路，选用大规模集成电路器件，大大减少系统的复杂度、提高系统的集成度当系统采用750B单板时，在满配置的情况下，MSOFTX3000多可支持540万用户，或等效64万TDM中继电路。当系统采用750C单板时，在满配置的情况下，MOSFTX3000多可支持540万用户，或等效128万TDM中继电路在满配置的情况下，系统仅需安5个机柜，不仅设备占地面积小，而且运行功耗低。MSOFTX3000平台还具有高可靠性：在硬件设计上，采用单板的主备份、负荷分担、冗余配置等可靠性设计方法；通过优化单板和系统的故障检测隔离技术提高系统的可维护性；在软件设计上，采用分层的模块化结构，使软件设计具有防护性能，容错能力，故障监视等功能；在计费系统方面，IGWB采用双机热备份系统，可实现话单数据的双备份和海量存储。因此，它在性能上同样能满足中国移动的需求。

3.1.3 新建融合关口局DS话务路由规划

3.1.3.1 省内省际本地话务

软交换端局/关口局—→IP专网—→软交换端局/关口局。

3.1.3.2 业务平台业务

根据业务平台的技术发展情况确定为两种情况：

业务平台改为IP接口直接IP互通。

经转接局（建议采用本地软交换关口局）完成TDM至IP承载的转接。

3.1.3.3 VoLTE 业务

VoLTE SBC←→IP专网←→VoLTE SBC。

VoLTE SBC←→新建融合关口局DS←→软交换端局。

软交换端局←→新建融合关口局DS←→软交换端局。

3.1.4 新建融合关口局DS话务疏通原理

3.1.4.1 VoLTE—VoLTE

VoLTE用户至VoLTE用户话务疏通：主叫侧按照标准IMS流程进行主叫发起和主叫业务触发（先触发SCC，再触发业务）；主叫IMS域按照标准IMS 流程将呼叫路由至被叫IMS域；被叫IMS业务触发及T-ADS流程；域选择结果为IMS接续，S-CSCF将呼叫路由至被叫SBC。

3.1.4.2 VoLTE—CS

VoLTE用户至传统CS域话务疏通：主叫侧按照标准IMS流程进行主叫发起和主叫业务触发（先触发SCC，再触发业务）；主叫IMS域按照标准 IMS 流程将呼叫路由至被叫IMS域；被叫IMS业务触发及T-ADS流程；域选结果为CS接续，VoLTE AS向HSS获取被叫CSRN；呼叫在被叫归属地MGCF进入电路域，并路由至被叫端局。

3.1.4.3 CS—VoLTE

传统CS域至VoLTE用户话务疏通：主叫端局查询被叫三合一HSS，三合一HSS返回锚定SCP/VoLTE AS的T-CSI；主叫端局触发至锚定SCP/VoLTE AS，锚定SCP在被叫号码前插入路由码；电路域进行数据配置，根据锚定码将呼叫路由至被叫归属地GMSC，GMSC直接将呼叫路由至本地MGCF；MGCF 根据默认路由将消息发往本域I-CSCF，I-CSCF查询被叫归属地HSS；I-CSCF将呼叫路由至S-CSCF，S-CSCF触发VoLTE AS上的业务，业务完成后SCC 执行T-ADS流程，向三合一HSS获取相关信息；域选结果为IMS接续，被叫S-CSCF将呼叫路由至被叫 SBC。

3.1.4.4 CS—CS

传统CS域至传统CS域话务疏通：主叫端局查询被叫三合一HSS，三合一HSS返回锚定SCP/VoLTE AS的T-CSI；主叫端局触发至锚定SCP/VoLTE AS，锚定SCP在被叫号码前插入路由码；电路域进行数据配置，根据锚定码将呼叫路由至被叫归属地GMSC，GMSC直接将呼叫路由至本地MGCF；MGCF根据默认路由将消息发往本域I-CSCF，I-CSCF查询被叫归属地HSS； I-CSCF将呼叫路由至S-CSCF，S-CSCF触发VoLTE AS上的业务，业务完成后SCC执行T-ADS流程，向三合一HSS 获取相关信息；域选结果为CS接续，VoLTE AS向HSS获取被叫CSRN；呼叫在被叫归属地MGCF进入电路域，并路由至被叫端局。

3.1.5 IP承载网CE网接入

结合CE设备的接入原则，关口局融合改造CE连接方案和接入需求。

（1）新建融合网元GMSC/MGCF网元需接入CS域CE，疏通Mc、Nc等接口流量；接入PS CE，疏通Mn、Mg、Mj等接口流量。

（2）利旧改造融合网元GMGW/IM-MGW网元需接入CS CE，疏通Mc、Nb等接口流量；接入PS CE，疏通Mn、Mb等接口流量。

IP承载网段的IP地址及VPN分配。

（1）IMS信令VPN。采用IP承载网IMS信令VPN通道的接口：MGCF与I/S-CSCF/BGCF之间的Mg、Mj接口。MGCF与IM-MGW之间的Mn接口。IMS信令VPN IP地址分配：各省、北方国际信息港、南方基地需在本省的IMS信令VPN地址段内为I/S-CSCF/BGCF、SBC/P-CSCF、VoLTE AS、MGCF、eMSC、IP-SM-GW、彩铃平台、其它IMS业务平台设备分配所需接口的IP地址。

（2）IMS媒体VPN。SBC/P-CSCF与IM-MGW之间的Mb接口通过IP承载网承载，并采用IMS媒体VPN通道。各省需在本省的IMS媒体VPN地址段内为SBC/P-CSCF、IM-MGW设备分配所需的Mb接口的IP地址。

（3）软交换信令VPN。采用IP承载网软交换信令VPN通道的接口：MGCF、现网MSC Server、CMN之间的Nc接口GMSC Server、GMGW之间的Mc接口。软交换信令VPN IP地址分配原则：各省在本省的软交换信令VPN地址段内为MGCF、现网MSC Server设备分配所需的接口的IP地址。

（4）软交换媒体VPN。eMSC MGW与IM-MGW、现网MSC Server之间的Node B接口通过IP承载网承载，并采用软交换媒体VPN通道。各省需在本省的软交换媒体VPN地址段内为eMSC MGW、IM-MGW、 现网MSC Server设备分配所需的Node B接口的IP地址。

（5）新建融合关口局DS所涉及的IP承载网VPN名称及标识如下：IMS信令VPN ChinaMobile_IMS_SG Mn、Mg、Mj接口；IMS媒体VPN ChinaMobile_IMS_Media Mb接口；软交换信令VPN ChinaMobile_NGN_SG软交换信令；软交换媒体VPN ChinaMobile_NGN_Media Nb接口。

3.1.6 时间同步和时钟同步的接入

（1）时间同步接入。CM-IMS核心网与计费相关的网元包括P-CSCF、S-CSCF、I-CSCF、MGCF、MRS及AS，根据《中国移动IMS试点设备规范》要求， 这些网元均采用NTP时间协议进行时间同步。融合DS按照MGCF的规范执行。根据中国移动《关于下发交换核心网网元时间同步要求的通知》的要求，对于产生话单的网元：AS、CSCF、MGCF等网元要求直接接入NTP时间同步系统进行同步。新建融合DS（包含MGCF和GMGW）应该直接接入同步网。

（2）时钟同步接入。时钟同步设计必须满足《数字同步网设计规范》YD/T 5089-2005 3.4.2和3.4.3的规定。TMSC1/2、H/LSTP时钟等级为二级A类，各专业区内MGW、 MSC、HLR等时钟等级为二级B类。本期新建DS设备的时钟等级为二级B类。一选时钟通过接入本机楼的大楼BITS时钟获取，二选时钟通过LSTP获取。

3.1.7 计费采集接入

新建融合DS设备通过IGWB板接入本机楼计费采集节点，再汇集到本地网汇集中心，最终由本地网汇集中心通过MDCN网络再汇集到省中心。

3.1.8 现网其它网元配合工作详细说明

业务所在区的IMS网络ICSCF与SCSCF需配置升级改造后的GMSC数据，确保升级GMSC与IMS CROE的SIP消息互通。IMS域的DNS需为改造后的GMSC新增解析条目，解析结果指向相应的Mg接口业务IP地址。

3.2 GMSC Server和GMGW升级的方式

图3 GMSC Server和GMGW升级方式的网络结构示意图

爱立信关口局的融合，采用整局（GMSC Server和GMGW）升级支持MGCF功能和备份路由方式。现有GMSC升级支持MGCF/IM-MGW功能，并配置MGCF容量。升级改造设备维持现有接入CSCE，但须在原接入CSCE上划分IMS相关VPN。

3.2.1 关口局升级后的功能定位概述

关口局改造后将新增MGCF功能，对应的MGW将新增IM-MGW功能。改造后，关口局新增Mg接口，用于与CSCF交互SIP消息，对应的MGW新增Mb接口，承载2G/3G网络与IMS网络之间的话务。此外，升级后关口局还新增了BICC与SIP的协议转换的功能。

3.2.2 改造融合关口局的话务路由调整

承担所在地区的VoLTE话务，业务区内的4G与2G/3G的话务互通统一由这两个关口局承担，不再通过现有MGCF做二次转接。

3.2.3 CE接入

因为GMSC Server和GMGW原来只接入了CS CE，所以在改造时要再接入PS CE，才能与IMS域的网络节点互通。根据设备的具体情况，GMSC Server在已有的GESB板块上，占用一个空闲端口，新增到CSCF的物理链路，用于Mg接口；GMGW已无空闲端口，需要新增一对IP接口板，然后经过那一对板卡接入到PS CE，用于Mb接口。Mg接口对应的VPN是ChinaMobile_IMS_SG，Mb接口对应的VPN是ChinaMobile_IMS_MEDIA。

3.2.4 现网其它网元配合工作详细说明

业务所在区的IMS网络ICSCF与SCSCF需配置升级改造后的GMSC数据，确保升级GMSC与IMS CROE的SIP消息互通。IMS域的DNS需为改造后的GMSC新增解析条目，解析结果指向相应的Mg接口业务IP地址。