高速信令链路分析与研究

高速信令链路分析与研究 【摘要】文章首先就高速信令链路进行了简单的介绍，并根据现网BSC的信令负荷情况对高速信令的应用前景进行了可行性分析，最后就高速信令链路的MTP2层的扩展序列编码、错误监控机制以及传输连接方式进行了比较深入的研究和探索。 【关键词】高速信令链路 负荷 MTP 序列编码 1 高速信令链路简介GSM网络中，各个网元（BSC，MSC，HLR等）之间都是通过专门的信令链路来进行信息数据单元传递的，主要接口包括基站控制器（BSC）与交换机（MSC）之间的A接口，交换机与HLR之间的C接口，交换机之间的E接口等，这些接口传输的信令协议，其基础架构都是基于N7信令体系，区别只是在SCCP层以上才能体现出来，如图1所示： 而在最底层的物理链路中，国内一般都使用2Mb/s的E1链路作为信令数据的承载层。但在实际应用中，其实只是在一根E1链路中抽取一个单独的时隙（64kb/s）来传递信息包，两个网元之间最多可以有16个这样的E1链路，也就是16个时隙，能提供1Mb/s（1664kb/s）的承载能力。这样做的主要原因是由于在最早设计GSM网络的时候，信令数据包一般都比较简单小巧，而且用户数量也比较少，网元之间的信令数据量也不会很大。随着手机终端和通信资费价格的降低，今天的GSM网络规模之大早已远远超过最初的设计，运营商出于节省基建费用和日常运行维护开销的考虑，要求设备供应商能提供集成度更高的网元设备，尤其是负责基站管理的BSC设备，新的BSC硬件已经能提供管理1000个以上载波板的能力。如此高的处理能力必然导致A接口信令链路负荷急剧增加，势必对现在使用的信令链路提出更高的承载能力要求。为了满足这种需求，一种有别于现在使用的信令承载方式被开发出来，即高速信令链路（HSL，High-speed Signalling Link）。它使用了两根E1链路在BSC与交换机之间来传送信令，两根链路以负荷分担（Load Sharing）的方式来运作，能提供2Mb/s信令承载能力，两倍于原来的传输方式，相应原来的链路也就被称之为低速信令链路（LSL，Low-speed Signalling Link）。 2 信令负荷分析按照国际电报电话咨询委员会CCITT建议，7号信令网络的正常负荷水平应维持在40这个水平上。这个推荐值是从以前的公众陆地网络（Public Land Network）沿袭来的，由于硬件处理能力的提升，这个值现在看来是比较低一点，但是作为一种推荐标准，大量的入网设备还是基于这个规范来进行设计的。依据这个值就可以对BSC的处理能力的上限做一个大致的分析。这里选取了上海的一个现网BSC做一个简单的分析，该BSC覆盖区域的话务量模型有一定的代表性，BSC共有37个小区，共257个载波板，16根N7链路，下面分析一个工作日10点到11点的话务高峰时段的几种典型话务流程的数量以及需要的信令信息数据开销，见表1： *注：表1中的To/From MSC的信息量是根据GSM08.08的基本信令流程计算出来的，同时上述流程并没有涵盖所有A接口信令，PAGING、FISU、LSSU等消息未计算在内。 通过表1可以看出，在257个载波板的情况下，该BSC的信令负荷还是能满足要求的，但如果将BSC管理的载波板提升到500个，那基本就到了低速链路的门限了，如果要管理500以上的载波，HSL就是必然的选择了。 3 HSL的技术实现在技术实现方面，高速信令链路与以前的低速信令有非常大的区别，主要表现在两个方面：首先是在信令消息的第二层传输部分（Message Transfer Part 2）上需要作出调整，其次在信令链路的物理连接方式上与以前的低速信令有所区别。 3.1 MTP2的改变MTP是7号信令的消息传输部分，也就是一般网络协议中的链路层协议，负责将上层传来的信令数据重新分装、打包成物理链路层能直接传输的数据包。在信令数据链路中，MTP又分成两个子层：MTP2和MTP3，其中MTP3带有更多的信令链路监控、管理功能，而MTP2主要负责数据传输。在使用的了2Mb/s的高速信令后，信令的传输带宽有了极大的提高，显然出于提升传输效率的考虑，必须将传输链路窗口（Window Size）放大，而且为了能最大限度地减少对上层信令连接控制协议（Signalling Connection Control Protocol）的影响，传输窗口的放大必须放在最接近物理传输层的MTP2来完成。为此，国际电信联合会ITU-T在Q.703（1996-07）中规定了在使用高速信令链路时允许使用一种扩展的序列编码（Sequence Numbering），包括前向序列编码（FSN）和后向序列编码（BSN）。在正常的传输模式中，前、后向序列编码都是只有7个比特，使用循环顺序（Cyclic Sequence）的编码方式，取值范围从0127，表2就是一个标准信令消息单元（Message Signal Unit）的基本格式： 而使用了扩展序列编码时，FSN和BSN可以使用的比特位增加到12个，在使用相同的编码方式情况下，取值范围扩大到04095，同时为了适应应用高速信令后带来的信令消息内容的增加，消息单元的长度指示（Length Indicator）也从6个比特增加到9个。经过这样的调整，标准信息单元MSU就改变为表3的格式： 同时，由于高速信令的引入，原来在低速信令上使用的消息单元错误监控机制（Message Unit Error Rate Monitor）也必须进行相应的改变，这是因为原来的监控机制主要着重于错误消息数量的统计，其工作原理是数据接受方对收到的错误消息单元进行计数，当到达设定的告警门限时，即认为链路工作不正常，随即启动链路状态控制机制，并通知MTP3该链路不可使用。但将这样的一种告警监控机制应用在高速信令中显然是低效率的，由于带宽足够，高速信令的重传效率相对于低速链路有了质的飞跃，如果只是简单的统计错误消息单元就去触发告警完全没有必要，所以一种全新的链路监控机制被引入，即误码时间间隔监控（Errored Interval Monitor）。这种监控模式的核心就是不再去一个个数错误的信息单元，而是计算出现误码的时间间隔数量是否达到告警门限，这样就能避免由于传输链路的轻微不稳定导致整条信令链路不可用的风险，提高高速信令的整体运转效率。该监控模式设定了四个必须的参数，如表4所示：其工作机制如图2所示： 3.2 信令链路连接方式的改变在使用低速信令的时候，由于N7是从普通的2Mb/s链路中抽取单独的一个64kb/s时隙（一般是16时隙），这样就无需考虑信令链路的连接方式，只要交换机从指定链路的时隙中抽取相关N7消息单元即可，如图3所示： 但使用了高速信令后，信令链路必须单独占用一个2M链路，这样在与交换机连接时就只能使用直连的方式。同时由于整条中继电路完全专用于信令，当中也无需再添加用于语音编码转换的TC（TransCode）机架，连接方式见图4： 4 结束语现在随着各种网元设备处理能力的大幅提高，对信令负载处理能力的要求也愈加高涨，相信不远的将来高速信令链路将会全面取代现有低速链路，成为行业的新标准