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1、移动软交换端局移动软交换端局 IP 承载网带宽需求的估算承载网带宽需求的估算 陈晓毅 中国移动通信集团浙江有限公司 杭州 310006 摘要：首先介绍了 VoIP 端局的网络结构，然后分析了 2G 软交换端局语音和信令采用 IP 承载后对带宽需求的估算，为移动核心网的 VoIP 改造提供了参考。 关键词：IP 承载网 软交换 核心网 在 3G 网络的发展中，软交换和 IP 技术得到了充分体现。中国移动核心网的下一个目 标就是建立符合 R4 标准的核心网。目前，中国移动 2G 软交换端局语音 IP 化承载已全面 展开，而且已经完成了省际的 CMN 节点建设，以进行 BICC 汇接，在 3G 牌照
2、未发放的背 景下，将全面建设 2G 的 VoIP 端局。从传统 2G 端局向基于 IP 承载网的 VoIP 端局转换的 过程中，不可避免地遇到了如何进行 IP 带宽规划的问题，传统的 2G 端局可以从话务模型 中规划需要开多少电路，信令流量有多少，但转换为 IP 承载网后，这两者之间如何转换成 了难题，基于这样的考虑，下文结合实际工作情况给出了一种解决方法。 1 VoIP 端局的网络结构 随着网络的发展，移动端局的结构变得越来越简单，图 1 就是目前一个标准的 VoIP 端局网络结构。从话务结构看，参考局 GS1 除了和 BSC 的连接是 TDM 电路外，所有出局的话务都通 过 IP 进行承载
3、，包括到互联互通的话务，通过 IP 网到关口局进行转接。到省际和省内异 地的话务，如果对端也是 VoIP 端局，那么话务通过 IP 承载网进行直连；如果对端是传统端局，那么经过移动 TMSC1 进行转接。由于关口局不具备 CMN 功能，所以对本地端局的 话务来说，不管对端是 VoIP 还传统端局，都需要通过本地关口局进行转接，表 1 是对 VoIP 端局承载相关参数的总结。在信令方面，传统的 MAP、CAP 信令还是通过 LSTP（低级信令转接点）进行转接， 承载方式为 TDM，到本地端局、关口局、移动 TMSC1 局的信令通过 BICC 进行互通。A 接口的 BSSAP 信令则通过 MGW
4、内置的信令网关，通过 M3UA 代理方式转换为 IP 承载之 后和 MSC Server 互通。表 2 是对 VoIP 端局信令相关参数的汇总。 2 IP 承载网带宽估算 IP 承载网目前主要承载信令和话务两部分数据，下面对这两部分分开进行讨论。为了 设计一个符合实际的场景，从移动现网局中汇总出了一个普通城区的话务模型，见表 3。 2.1 信令带宽估算 首先给出接口带宽的计算，见公式（1） 。 接口信令带宽（bit/s）总用户数忙时每用户接口消息字节数83600 （1） 其中，忙时每用户接口单流程消息字节数等于忙时每用户接口单流程次数乘以接口单 流程单向最大消息字节数。 从公式（1）中可以看到
5、，为了估算接口信令带宽，主要是估计出单流程单向最大消息 字节数和单流程单向消息个数，而网络开销可以从现有的网络协议资料中得到，表 4 列出了信令相关协议的开销字节数。 2.1.1 H.248 流量 H.248 是一种媒体网关控制协议，在分离网关体系中，用作媒体网关控制器（Server） 与多媒体网关（MGW）之间的通信，实现 Server 对 MGW 的控制功能，主要有 ADD、SUB、MOD、MOVE 等命令。在 2G 的移动端局中，为了完成一个基本的呼叫，通 常会用到这些命令。从呼叫的类型看，局内呼叫和出局呼叫对 H.248 控制的消息也有所不 同。 据统计，一个本局呼叫会用到 2 个 A
6、DD、2 个 MOD、1 个 MOVE、2 个 SUB 命 令，共 7 个单向（ServerMGW 方向）命令，这些命令净负荷总共在 1 342 byte 左右。 如果是出局呼叫，虽然也是添加两个端点，但涉及到添加 IP 端点，而且由于 BICC 的承载建立方式有所不同，所以 H.248 的命令数目也有所不同。考虑目前中国移动 采用的前向延时建立方式，对于一个出局呼叫，会用到 2 个 ADD、3 个 MOD、1 个 MOVE、4 个 NOTIFY、2 个 SUB 命令，共 12 个单向命令，这些命令净负荷在 2 600 byte 左右。 对于一个切换情况，和出局呼叫类似，只是命令总和的净字节数
7、稍微多一点，大 概为 2 770 byte。 用上面这些数据代入公式（1） ，可以得到表 5 中的信息。由表 5 和前面的话务模型参数，可以算出每万户忙时 H.248 消息单向流量为：10000（0.51.62（1944376）0.5 1.6240520.584222）8/3600=169.113 kbit/s，假设局内和局间呼叫的比例为 1:1。 2.1.2 M3UA M3UA 是 A 接口的 BSSAP 从 TDM 承载到 IP 承载的信令适配协议。由于 A 接口 BSSAP 的信令类型有很多，跟不同的业务相关性很大，为了统计单流程单向最大消息字节 数和单流程单向消息个数，需要对不同的业务
8、分别进行统计。表 6 是通过跟踪信令统计出 的各类业务字节数。 由表 6 和前面的话务模型参数，可以算出每万户忙时 M3UA 消息单向流量为：10000（1.55（488188） 0.045781.62/215931.62/215930.59210.63921（0.470.11）565（0.47+0.11）565）8/3600=118.838 kbit/s。 2.1.3 BICC BICC 信令是在 ISUP 信令的基础上发展起来的，在对基本呼叫流程及补充业务特性的 支持方面基本和 ISUP 类似；BICC 新增的“应用信息传输（APM） ”机制使得 Nc 接口两 端的呼叫控制节点间可以交互承
9、载相关的信息，包括承载地址、连接参考、承载特性、承 载建立方式及支持的 Codec 列表等；BICC 还可为 MGW 间的承载控制信令在 Nc 接口上提 供可选的隧道传输功能。承载的建立过程对 BICC 信令的流量估计有很大的关系，下面的 技术是基于中国移动采用的前向延时建立方式得到的。 在一个出局呼叫中，首先发话局发出一个 IAM 消息，携带本局支持的 Codec，对端回 一个 APM 消息，协商出语音编码。然后发话局发一个 APM，把本局的隧道消息发给对端， 对端也会回一个 APM 消息，把对端的隧道消息发给本端，所以单向流程 （ServerMGW）的 BICC 消息共 3 条，表 7 是
10、对不同业务 BICC 信令字节需求的汇总。 由表 7 和前面的话务模型结构，可以算出每万户忙时 BICC 消息单向流量为：10000（1.62/2（627188）0.11（627188） ）8/3600=16.62 kbit/s。 2.2 媒体带宽估算 媒体带宽估算主要是对 MGW 而言，可以根据公式（2）进行估算。 接口媒体带宽（bit/s）话务量单位通话的媒体流带宽激活因子 （2） 话务量可以根据话务模型得到，而激活因子是当打开静默功能时对带宽的影响因子。 公式（2）主要是估算单位通话的媒体流带宽要求。表 8 是媒体流各个协议需要的额外开销。对 AMR2 12.2 kbit/s、20 ms
11、 包长的局间语音编码来说，净荷为 12.220/8=31 byte，那么进行 IP 包封装后，包长变成 3512820=75 byte，映射到数据链路层后， 还需要加入 Ethernet 开销，所以最后的包长为 113 byte，折算后的比特率为 45.2 kbit/s。表 9 是各种编码技术折算到 IP 承载网之后的速率。 如果按静默因子 VAD=0.6 计算，采用 AMR2 12.2 kbit/s 编码技术，那么每万用户 忙时带宽需求为：1000045.20.6 0.025=6.78 Mbit/s，这里假设都是语音呼叫，数据业 务的带宽类似可得。 3 结束语 以上讨论的都是分协议进行的，目
12、前的 IP 承载网结构是一个地区或机房有两个 CE 进 行本地业务汇聚，然后接入 IP 骨干网，如图 2 所示。对于信令接入，IP1 和 IP2 两个接口 分别作为主备；对于媒体流，IP1 和 IP2 两个接口则作为负荷分担接入 CE1 和CE2。在 IP1 和 IP2 接口上，为了区别媒体流和信令流，采用了不同的 VLAN 标记。对于 IP1 或 IP2 接口，带宽要求为 H.248BICCM3UA 的带宽总和，为了保证信令 的可靠性，还需要作出额外的带宽预留，按 40%的带宽利用率算，根据上面计算的结果， 忙时每万用户流量需要 761.43 bit/s。对于 IP1 和 IP2，有信令流也有媒体流，信令流和 Server 的流量基本相当，大概也是 762 kbit/。媒体流也需要有一定的带宽预留，一般按 70%预留，那么忙时每万用户的媒体流带宽需要为 9.68 Mbit/s，表 10 就是对一个设计用户 容量为 60 万的 VoIP 端局 IP 承载网的带宽需求。表 10 的数据是一个大概的估算，只考虑了基本业务的信令，对于 BICC、M3UA、H.248 等的一些管理信令并没有考虑，对媒体流和信令流，也没考虑到 VLAN 的标签开销，所以在实际中，带宽预留还需要比计算出的结果更大一些。
