随着GSM网络规模的逐年增大，移动核心网的网络安全、资源共享和负荷均衡等需求变得越来越迫切。MSC POOL技术的出现很好地解决了这些需求。本文在介绍了MSC POOL的技术原理和组网方案后，结合河南移动MSC POOL的成功实施经验对这种全新的网络架构方案进行了阐述和探讨。
1 引言
随着河南移动GSM网络规模的逐年增大，移动核心网的网络安全、资源共享和负荷均衡等需求变得越来越迫切。MSC POOL技术的出现很好地帮河南移动解决了这些需求。河南移动2008年底在南阳移动的GSM网络中成功地进行了MSC POOL的部署实施，通过近3个月的运行观察，MSC POOL技术的组网优势在实践中得到了充分的验证。随着传统TDM交换机的退网，新部署的软交换设备为MSC POOL的推广应用提供了绝佳的部署时机。随着3G牌照的发放，中国移动将大力建设TD-SCDMA网络，并制定了2G/3G共用核心网的建设方针。通过调研得知大部分RNC厂商都已宣称支持Iu-Flex技术，从理论上讲GSM网络和TD-SCDMA网络共用MSC POOL的核心网络架构将成为可能。这种全新的网络架构思路如果能验证是可行的，将对提升河南移动网络质量有着极大的促进作用。
本文在介绍了MSC POOL的技术原理和组网方案后，结合河南移动MSC POOL的成功实施经验对这种全新的网络架构方案进行了阐述和探讨。
2 MSC POOL技术原理与组网方案
3GPP在R5中开始支持A/Iu-Flex功能(3GPP 23.236)，引入了“区域池（POOL Area）”的概念，即核心网节点作为资源池，BSC/RNC可以支持一个RAN节点到多个核心网节点的域内连接路由功能，允许BSC/RNC节点把信息在相应的CS域或PS域路由到不同的核心网节点，从而使多个MSC或SGSN之间进行负荷分担以进一步提高硬件的使用效率。如图1所示，POOL Area集中了一个或多个MSC（MSC Server+MGW）或SGSN服务区，移动终端可以在此区域中漫游而不需要改变服务核心网节点。一个区域池可以服务于几个并行的核心网节点，区域池对CS域和PS域可以独立配置。MSC为终端用户分配TMSI和SGSN为用户分配P-TMSI的临时标志的字段中分配网络资源标志（NRI），标志核心网节点编号，表明用户注册到哪个池中的网元；BSC/RNC通过NRI将上行消息路由接到核心网节点。从RAN的角度来看，区域池包括一组并行核心网节点所服务的一个或多个BSC/RNC所有的位置区/路由区（LA/RA），这组核心网节点可能还服务于该区域池之外的LA/RA，也可能服务于其他的区域池。这组核心网节点也可以是相应的MSC池或SGSN池。一个区域池中多个核心网节点可以实现负荷均衡，而且它们所提供的服务范围与单个核心网节点提供的服务区相比扩大了许多，这样可以减少核心网间节点更新、切换和重定位，降低归属位置寄存器（HLR）的更新流量。
图1 MSC POOL组网示意图
“池区”是移动台在此区域内漫游而不需要改变为其服务的MSC/MSS的区域。也就是说只要移动用户在池区的覆盖范围内，其永远登记在最开始登记的MSC/VLR内。一个池区可以被多个MSC服务，池区可以重叠，在规范中称为Overlapping区。
2.1 MSC POOL关键技术名词介绍
(1)NRI网络资源标识
一个NRI唯一确定某池区内的一个核心网节点MSC/MSS，而一个核心网节点可以设有多个NRI。NRI是TMSI字段的一部份，是由核心网节点分配给移动用户的。按照3GPP的规范要求，NRI位于TMSI的14~23比特位，也就是说NRI的长度可灵活地在0~10bits之间选择。在实际组网中，一般会按照POOL的规模大小及发展趋势来分配NRI的长度。图2所示即是规范中要求的NRI在TMSI中的比特位示意图。
图2 NRI在TMSI中的比特位示意图
(2)NNSF非接入层节点选择功能
简单来说，NNSF功能模块为移动用户选择服务核心网节点、路由话务及信令到对应的核心网元，一般在BSC/RNC或者MGW网元上实现。BSC/RNC或者MGW根据非接入层的信令消息或者LLC帧推导出NRI，根据NRI判断出所属的核心网网元，然后将相关消息路由到这个核心网网元。如果没有为获得的NRI配置核心网节点地址或者得不到NRI的话(例如获取的用户标识为IMSI或者没带有NRI的TMSI时)，那么NAS节点选择功能将自动选择一个有效的核心网节点，例如通过BSC/RNC的负载均衡Load Balancing算法选定一个可达的MSC Server，再将消息路由到所选定的核心网节点。一般而言，移动用户从外部位置更新到POOL Area里时或在POOL Area中开机做Attach时属于此类情况。
2.2 MSC POOL组网方式
根据3GPP规范，BSC/RNC和MGW都可以作为NNSF节点。NNSF节点选择的不同将导致MSC POOL组网方案的不同。下面分别阐述之。
方案一：BSC实现NNSF
该方案的特点是BSC和池中的多个MGW互联，多个MGW分属于池中不同的MSC Server（见图3）。
图3 BSC实现NNSF的MSC POOL组网方案
该方案的优点是网络结构清晰，对于MGW宕机的情形有很好的保护机制。缺点是A接口物理连接复杂，TDM环境下A接口数需求较高。另外，存在一个BSC下的用户间呼叫占用两个MGW资源的情况。
方案二：MGW实现NNSF
该方案的特点是BSC仅和池中的一个MGW相连，BSC透传用户请求至MGW，由MGW选择核心网节点。MGW和池中的多个MSS有逻辑上的关联关系（见图4）。
图4 MGW实现NNSF的MSC POOL组网方案（略）
该方案的优点是A接口物理连接简单，TDM端口数要求少，资源利用率较高。缺点是缺乏对MGW宕机情况下冗余保护机制。
3 河南移动现网MSC POOL组网经验介绍
为了验证MSC POOL组网的优势和成熟性，2008年底河南移动在南阳本地网区域进行了MSC POOL组网方案的验证。整个MSC POOL由3台MSC Server和3台MGW组成，采用了BSC做NNSF的组网方案。其组网结构参见图5。
图5 南阳移动MSC POOL组网结构图
3.1 MSC POOL组网优势
通过对比观察采用MSC POOL技术前后现网运行指标的变化，MSC POOL的组网优势得到了充分的验证，主要体现在以下几个方面：
（1）减少信令开销，提高网络质量
移动用户在一个池区内部的MSS之间移动，因为其登记的MSS没有发生变化，所以没有Inter MSS handover和Location Update的发生，减少了MSS和HLR的信令开销，促进了网络质量的提高。从图6的对比说明中可以清晰地看到使用MSC POOL技术后Handover和Location Update消息的变化。
图6 MSC POOL开启前后HO和LU消息的对比变化
（2）减少网络投资，提高网络的利用率
采取MSC POOL技术后，在池区内部的所有网元之间容量分担负荷，这样就能降低网络预留的过多冗余容量。另外，进入池区的移动用户可以平均分配到池区内部的各个核心网元中，使运营商可以方便地应对高话务量和高流动性对核心网络的冲击。对比采用MSC POOL前后的数据可以明显地看出MSS系统资源均衡占用和话务负荷分担的效果（见图7和图8）。
图7 MSC POOL使用前后BHCA的变化
图8 MSC POOL使用前后系统单元负荷的变化
（3）保障核心网络的安全
采用了MSC POOL的网络结构后，系统整体抗冲击能力将大大提高。池区内部任一核心网元的单点故障将不会影响用户的业务使用。用户业务将会自动倒换到其它正常工作的核心网元设备上去，实现了MSS/MGW的实时容灾备份功能。
3.2 MSC POOL应用场景
通过分析MSC POOL的组网特点并结合实践结果，证明在下列环境下MSC POOL的组网优势将能得到充分的展现：
（1）潮汐效应明显且频繁，最需要实现负荷均衡。大中型城市：地理分布上具备商务行政区和居住区之分，就可以组成一个池区；大中型城市：商业区与居住区。
（2）突发性涌浪高峰地区的负荷均衡：大型展览会场馆/会议/赛事。
（3）季节性涌浪高峰地区的负荷均衡：旅游景区。
（4）需要高可靠性保证的地区：重要活动场所；重要机构场所。
4 2G/3G共核心网环境下MSC POOL技术应用探讨
通过现网测试，充分证明了MSC POOL技术的成熟性，具备了在河南移动GSM网络中大规模部署的条件。特别是目前随着河南移动网络IP化的推广，传统的MSC交换机会在未来1~2年内集中退网，被技术上更先进的软交换设备所取代。这为MSC POOL技术在GSM网络中的推广和实施提供了绝佳的时机。用于替换的MSC Server可以先以本地网为单位组成MSC POOL，然后接管传统交换机的全部业务。这样MSC POOL的组网优势将得到充分的发挥。
2009年初中国移动得到TD-SCDMA的3G牌照，为了加快3G网络的建设，中国移动提出了2G/3G共用核心网的核心网建设方案。这就带来了一个新的研究课题：MSC POOL技术是否可以应用在2G/3G共核心网的组网环境下?
由于RNC已经支持Iu-Flex功能，所以从理论上讲在2G/3G共核心网的组网环境下部署实施MSC POOL的组网方案是完全可能的。BSC和RNC将共享相同的核心网资源。组网示意参见图9。
图9 2G/3G共核心网的MSC POOL组网结构图(单池)
由于TD-SCDMA网络建设速度的限制，TD-SCDMA网络在投入使用的初期阶段是不可能拥有和GSM一样的良好覆盖，在覆盖不足的区域，需要用GSM网络来补充支持TD用户的业务需求，即在没有TD网络覆盖的情况下TD用户将切换到GSM网络上。如果TD网络的RNC和GSM网络的BSC分属不同的核心网设备，那么伴随着这个切换的过程就会有一个Inter-MSS handover的信令交互过程，信令流程参见图10。
图10 TD→GSM Inter-MSC切换信令流程
如果用户在TD和GSM网络的交界处频繁活动，如果RNC和BSC分属不同的MSS，那么就会导致在两网交界的地带频繁发生“乒乓”切换的现象。这中现象在GSM900/1800的双频网中是经常出现的，由于TD建设初期覆盖不足，发生“乒乓”切换的现象应该更加明显。根据GSM900/1800的网络维护经验，“乒乓”切换对网络的稳定运行是非常有害的，频繁的“乒乓”切换将可能导致核心网的无线信令处理单元过载，从而造成网络的拥塞并降低接通率。所以，在TD网络的建设过程中，要特别注意避免这种现象的发生。MSC POOL技术如果能在2G/3G共核心网的组网环境下成功的应用实施，将能彻底解决这个技术难题。
如果一个本地网只有一个MSC POOL，那么用户在本地网内活动时无论无线环境怎么切换，其归属的MSC Server都不会发生变化，这样也就不会产生Inter-MSS的切换。如果一个本地网存在多个MSC POOL的情况下，在规划的时候将无线覆盖区域相同的BSC/RNC规划在同一个MSC POOL内，这样也可以避免无线环境变化时产生Inter-MSS的切换。图11所示为2G/3G共用核心网时2个MSC POOL的组网结构图。
图11 2G/3G共核心网的MSC POOL组网结构图(双池)
尽管MSC POOL在理论上已支持2G/3G共核心网环境下的组网方案，但因为目前尚未做过相关的兼容性测试，所以是否可以在网络中大规模的部署实施还有待于进一步的试验验证，相关的组网规划经验也有待于在实践中不断的积累和总结。
5 结束语
MSC POOL技术为移动核心网的组网结构带来了革命性的变化，各个MSC/MSS不在是相对独立的网元，通过运用MSC POOL技术，将其结合成一个有机的整体，核心网资源在整个POOL内做到了共享，不仅提高了核心网的可靠性，也有效地提高了核心网络资源的利用率。同时，由于MSC POOL技术有助于大大减少切换时所产生的信令消息，这将为解决2G/3G共核心网时面临的频繁系统切换问题找到了可行的解决方案。
总之，经过实践的检验，在2G环境下MSC POOL技术的成熟性已得到充分的验证。该技术的推广和实施将有利于移动运营商更加合理的利用网络资源从而减少投资，提供更可靠的网络服务从而提高用户服务质量。对于2G/3G共核心网环境下MSC POOL的应用，理论上讲也会有非常理想的使用效果，但还需要通过实践做进一步的验证。
