面向VoLTE的关口局组网方案分析

admin

研究与探讨
42 2016年 第2 期
面向VoLTE的关口局组网方案分析
关口局作为运营商之间以及运营商内部不同网络之间互联中继的节点，延伸了用户的通信范围。从中国移
动引入VoLTE后的网络结构入手，重点分析了语音业务流量流向变化，基于不同时期的业务预测结果，提
出了关口局演进思路和分阶段部署建议。
关口局 VoLTE IMS MGCF GMSC
（1.中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080；
2.中国移动通信集团设计院有限公司内蒙古分公司，内蒙古 呼和浩特 010010）
【摘 要】
【关键词】
马洪源1，刘博士2，孙逊1，卜忠贵1
收稿日期：2015-10-16
Analysis on Gateway Networking Structure Oriented to VoLTE
As the relay node interconnecting between operators or between operators’ different internal networks, gateway
extends user’s communication range. According to the network structure of China Mobile after introducing VoLTE,
the traffic change of voice was analyzed in depth. Based on results of traffic prediction at different times, the evolution
thought and phased deployment recommendation of gateway were presented.
gateway VoLTE IMS MGCF GMSC
(1. China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China;
2. China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Inner Mongolia Branch, Hohhot 010010, China)
MA Hong-yuan1, LIU Bo-shi2, SUN Xun1, BU Zhong-gui1
[Abstract]
[Key words]
1 关口局现状
中国移动现网关口局主要包括移动关口局和CMIMS（China Mobile-IP Multimedia Subsystem，中国
移动IP多媒体子系统）固网关口局，其中移动关口局
分为综合业务关口局和独立关口局。综合业务关口局
负责增值业务平台类和客服（外呼和省际来话）业务
的互联，一般省内设置一对；独立关口局负责部分长
途业务、彩铃平台、本地网端局以及其他运营商之间
的互联互通，独立关口局采用控制与承载相分离，大
doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2016.02.009 中图分类号：TN91 文献标识码：A 文章编号：1006-1010(2016)02-0042-06
引用格式：马洪源,刘博士,孙逊,等. 面向VoLTE的关口局组网方案分析[J]. 移动通信, 2016,40(2): 42-47.
本地网组网方式，GMSC SERVER（Gateway Mobile
Switching Center Server，网关服务器）集中设置在
省中心节点，采用1+1互助方式容灾，GMGW成对设
置在各本地网，采用双归属、负荷分担方式疏通业
务；独立关口局与移动网内软交换端局100%采用IP
连接，与其他运营商之间采用TDM（Time Division
Multiplexing，时分复用）方式连接。CM-IMS固网关
口局负责IMS域与CS（Circuit Switched，电路域）域
之间的业务互通，由于2014年之前中国移动没有固网
运营牌照，IMS固网用户与其他运营商用户之间业务
互通需要通过铁通关口局转接。关口局网络结构现状
责任编辑：袁婷　yuanting@mbcom.cn 如图1所示。
研究与探讨
2016年 第2 期 43
图1 关口局网络结构现状
2 引入VoLTE后对关口局的影响
2.1 话音业务流量流向
引入VoLTE（Voice over LTE）之前，CM-IMS
固网用户较少，约占全网用户的2%。以A接口话务量
为基准，分析某省会本地网近两年话务模型，独立关
口局疏通CS与其他运营商之间的话务约占总话务量的
30%，而CM-IMS与CS之间话务量以及CM-IMS与其他
运营商之间话务量仅占总话务量的1%。
中国移动VoLTE建设策略明确IMS网络中功能基
本一致的网元采用固移融合的方式进行建设。随着
VoLTE用户的逐步增长，CS与IMS间互通总容量将远
大于现有IMS关口局容量。
假定VoLTE主被叫用户比例为1:1，初期VoLTE用
户注册在LTE网络和2G/3G网络的比例为7:3，通过该
本地网VoLTE用户、CM-IMS固网用户以及传统CS语
音用户占比乘以表1中的不同场景可得出IMS与CS之间
互通话务比例。以VoLTE发展初期为例，VoLTE用户
比例占全网总用户的10%，CS与IMS网络之间穿透话
务比约为77%，约占本地网总话务的11%。
通过确定VoLTE不同发展阶段IMS与CS之间互通
话务比例后，可得出该本地网MGCF（Media Gateway
Control Function，媒体网关控制功能）/IM-MGW（IP
Multimedia-Media Gateway，IP多媒体子系统媒体网
表1 引入VoLTE后话务流量流向场景比例
场景
比例/% 本端 比例 场景/% 对端 比例 场景/% 比例 场景/% 业务路由
50
VoLTE
用户主叫
主叫
VoLTE位
于LTE网
络
70
被叫VoLTE位于LTE网络
10
70 IMS网内疏通
被叫VoLTE位于2G/3G网络 30 IMS与CS网间（域选CS）
被叫VoBB用户位于CM-IMS网 1 100 IMS网内疏通
被叫2G/3G用户、外网用户
89
5 IMS与他网IMS间（互通）
被叫2G/3G用户、外网用户 95 IMS与CS网间（互通）
主叫
VoLTE位
于2G/3G
网络
30
被叫VoLTE位于LTE网络
10
70 IMS与CS网间（锚定IMS）
被叫VoLTE位于2G/3G网络 30 CS域内（锚定IMS、域选CS）
被叫VoBB用户位于CM-IMS网 1 100 IMS与CS网间（互通）
被叫2G/3G用户、外网用户
89
5 IMS与他网IMS间（互通）
被叫2G/3G用户、外网用户 95 CS域内
50
VoLTE
用户被叫
被叫
VoLTE位
于LTE
网络
70
主叫VoLTE位于LTE网络
10
70 IMS网内疏通
主叫VoLTE位于2G/3G网络 30 IMS与CS网间（锚定IMS）
主叫VoBB用户位于CM-IMS网 1 100 IMS网内疏通
主叫2G/3G用户、外网用户
89
5 IMS与他网IMS间（互通）
主叫2G/3G用户、外网用户 95 IMS与CS网间（锚定）
被叫
VoLTE位
于2G/3G
网络
30
主叫VoLTE位于LTE网络
10
70 IMS与CS网间（域选CS）
主叫VoLTE位于2G/3G网络 30 CS域内（锚定IMS、域选CS）
主叫VoBB用户位于CM-IMS网 1 100 IMS与CS网间（域选IMS）
主叫2G/3G用户、外网用户
89
5 IMS与他网IMS间（互通）
主叫2G/3G用户、外网用户 95 CS域内（锚定IMS、域选CS）
中国移动
CS网络
其他运营商
中国移动
IMS网络
铁通公司
PSTN网络
GMSC
VMSC
MGW
MGCF
IM-MGW
铁通
关口局
关口局
研究与探讨
44 2016年 第2 期
关）承载的穿透话务量，其中VoLTE用户作为被叫用
户发生锚定的情况需要考虑对MGCF/IM-MGW的业务
需求。
MGCF/IM-MGW容量需求=(满足期末本地网VoLTE
话务量+满足期末本地网I-SBC话务量)×CS与IMS穿透
话务比÷30÷每线利用率 （1）
同时，基于现有网络结构及话务路由也可以导出
不同时期GMSC/GMGW需要承载的互通话务量。
GMSC/GMGW容量需求=(满足期末2G/3G用户
对GMSC的话务需求+满足期末CM-IMS固网用户对
GMSC的话务需求+满足期末VoLTE用户对GMSC的话
务需求)÷30÷每线利用率 （2）
其中，满足期末2G/3G用户对GMSC的话务需求
测算需考虑2G/3G用户与CM-IMS固网用户、铁通用
户、外网用户的互通话务需求以及呼叫中心接入话务
需求等；满足期末CM-IMS固网用户对GMSC的话务需
求测算需考虑CM-IMS固网用户与2G/3G用户、铁通用
户、外网用户的互通话务需求；满足期末VoLTE用户
对GMSC的话务需求测算需基于表1的语音流量流向场
景考虑VoLTE与其他运营商之间的互通比例以及与中
国移动CS域之间的互通比例；每线利用率取70%。
VoLTE发展各阶段用户及话务占比指标表如表2
所示。
通过上述推算过程，基于表2假定及测算结果，可
以得出在VoLTE不同发展阶段CS与IMS间话务、IMS与
外网间话务、CS与外网间话务发展趋势如图2所示。
图2 VoLTE不同发展阶段互联互通话务发展趋势图
从图2中可以直观得到，随着VoLTE用户规模的
增长：
（ 1 ） I M S 与 外 网 间 话 务 量 持 续 增 长 。 其 中 ，
VoLTE中期之前主要是IMS与外网CS之间互通话务，
中期之后主要是IMS与外网IMS之间互通话务。
（ 2 ） C S 与 外 网 间 话 务 量 持 续 下 降 。 其 中 ，
VoLTE中期之前主要是CS与外网CS之间互通话务，中
期之后主要是CS与外网IMS之间互通话务。
（3）移动CS与IMS间话务量将呈现先增后减的
趋势。
引入VoLTE后，各局向之间互通话务流量流向出
现明显变化，在现有网络结构下，越来越多的话务需
要经由MGCF/IM-MGW疏通至GMSC/GMGW。语音
业务流量流向的改变将对GMSC/GMGW网络资源尤其
是网内IP处理能力产生较大需求。
2.2 锚定方案的影响
依据中国移动VoLTE语音业务主
叫不锚定、被叫锚定的方案，外网
用户呼叫移动 Vo LT E用户将对本地
网GMSC的SSP（Service Switching
Point，业务交换节点）能力产生需
求，初期可以利用现网设备冗余满
足能力需求，但随着VoLTE用户增长
到一定比例，对GMSC的SSP能力有
一个快速增长需求，增长趋势如图3
所示。
表2 VoLTE发展各阶段用户及话务占比指标表
指标名称 初期/% 中期/% 主导期/% 后期/%
本地外网用户/总用户 39 37 35 33
本网用户/总用户 61 63 65 67
VoLTE用户/本网用户 10 30 50 70
本网普通CS用户/本网用户 90 70 50 30
IMS域内的VoLTE用户/VoLTE总用户 70 90 96 100
CS域内的VoLTE用户/VoLTE总用户 30 10 4 0
本网普通CS用户/总用户 54 42 30 18
CS域内的VoLTE用户（被叫锚定）/总用户 2 2 1 0
IMS域内的VoLTE用户/总用户 5 19 34 49
研究与探讨
2016年 第2 期 45
中国移动
CS网络
其他运营商
中国移动
IMS网络
铁通公司
GMSC/MGCF PSTN网络
VMSC
MGW
铁通
关口局
关口局
省内外地
端局
其他运营商
中国移动
IMS网络
铁通公司
PSTN网络
GMSC
VMSC
MGW
铁通
关口局
关口局
TMSC
VMSC
MGW
本地端局
GMSC/MGCF
MGW/IM-MGW
图3 GMSC SSP能力需求增长趋势示意图
2.3 投资及网络结构的影响
基于图1所示的现有网络结构，随着VoLTE用户
增长，不可避免地需要对MGCF/IM-MGW和GMSC/
GMGW网络能力同时进行扩容，造成投资浪费。同
时，现有网络结构话音业务互联互通路由不统一，网
络资源无法共享；语音业务出现部分路由迂回，经过
多次编解码转化，语音质量受损；路由中过多的节点
也增加了潜在的网络故障点，给故障定位和网络维护
带来困难。
3 引入VoLTE后关口局组网方案
针对上述问题，需要在VoLTE发展不同阶段采用
合适的策略方案，符合未来三至五年网内网间互通话
务量增长和分配规律，减少IMS和外网间呼叫途径的
节点，节省网络资源，避免重复投资。
3.1 VoLTE发展初期和中期
IMS网络及VoLTE用户规模有限，各大运营商网
络部署不够完善，传统语音业务仍占主导地位。此时
主要考虑软交换独立关口局和MGCF进行融合建设，
具体方案如下：
方案一：现网升级支持融合
方案一网络拓扑图如图4所示。现网GMSC升级支
持MGCF，原有固网MGCF取消，硬件利旧。
方案二：新建MGCF支持GMSC功能，与软交换
端局或汇接局互联
方案二网络拓扑图如图5所示。新建MGCF支持固
网IMS和VoLTE，同时具备GMSC功能，通过CMN（Call
Mediation Node，呼叫协调节点）或信令转接点LSTP与
端局直连；现网软交换关口局不变，与其他运营商互联
保持不变，新建MGCF随VoLTE用户增长扩容。
方案三：新建MGCF支持GMSC功能，逐步替换
现网GMSC
方案三网络拓扑图如图4所示。新建MGCF兼做
GMSC，随VoLTE部署以本地网为单位采用同信令点
方式进行替换，逐步完成改造。
三种方案优缺点对比如表3所示：
表3 三种方案优缺点对比
优点 缺点
方案一
网络结构简单，界面清
晰；
现网软交换网元不受影响
升级网元较多，投资大；
同时因系统资源瓶颈，无法
满足后续发展需求
方案二
避免对软交换独立关口局
投资；
初期改造局点少，路由规
则简单
汇接局和本地端局需要增加
新局向，局数据复杂；
与他网用户话务互通依旧需
要经过MGCF和GMSC，后期
随着GMSC老化可能增加网络
故障隐患
方案三
网络结构清晰，替换老旧
设备；
支持后续发展
工程量较大，尤其是网间
割接协调工作量大，改造
周期长
0.21
1.68
2.22
2.7
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
VoLTE初期 VoLTE中期 VoLTE主导期 VoLTE后期
图4 方案一网络拓扑图
图5 方案二网络拓扑图
研究与探讨
46 2016年 第2 期
鉴于移动现网部分独立关口局平台老旧，建议在
工程任务紧的VoLTE发展初期采用方案二快速实现业
务部署；对于现网GMSC/GMGW平台老旧且一定时期
内该本地网其他运营商传统2G/3G语音业务仍占主导
时，考虑采用方案三，同时以此为契机替换独立关口
局老旧平台。
3.2 VoLTE发展中远期
从图2可以看出，VoLTE发展到中期以后，各大运
营商IMS网络发展基本成熟，IMS与外网尤其是IMS
与外网IMS网间话务出现较快增长，此时运营商之间
将部署VoLTE直接互通节点I-SBC。I-SBC可解决跨域
IMS通信中存在的拓扑结构暴露、不同IP版本网络或
用户之间不通等问题。
根 据 3 G P P 标 准 规 定 ， I - S B C 网 元 包 含 I B C F
（Interconnection Border Control Function，互通边
界控制功能）和互通边界网关功能两个逻辑网元。其
中，IBCF在SIP/SDP协议层能够提供特定功能（如
IPv4与IPv6转换、拓扑隐藏、控制传输平面等）并选
择恰当信令，使IPv4与IPv6间的SIP应用实现互通。
TrGW（Transition Gateway，过渡网关）位于媒体路
径中，具有网络地址/端口转换、IPv4/IPv6协议转换、
编解码转换等功能，用于实现用户面在网络边界的互
通。IBCF与TrGW之间通过Ix接口连接，不同运营商
之间IMS网络互通架构和接口示意如图6所示：
图6 IMS网间互通网络拓扑图
根据国内其他运营商的VoLTE进度及SIP互通测
试进度， I - S B C可能在两至三年后开始部署，本网
VoLTE与他网VoLTE之间的互通话务将经过I-SBC；对
于网内互通话务，部分网间互通话务继续经过MGCF/
GMSC。
VoLTE发展中期以后，根据I-SBC节点部署情况，
经过I-SBC互通的话务量可能持续增长，而经过MGCF
和GMSC融合节点的互通话务量可能停止增长，出现
下降。
4 结束语
上述推算过程基于中国移动关口局网络现状，并
假设总用户规模基本平稳。在VoLTE引入初期，建议
新建MGCF支持GMSC功能，并通过IP承载网与汇接局
实现互通；对于GMSC/GMGW硬件平台老旧且相当一
段时间内传统语音仍占主导地位的本地网，可以考虑
新建MGCF替换老旧GMSC；GMSC/GMGW割接应充
分考虑互通谈判代价及投资，在条件允许的情况下，
同步实施铁通关口局融合改造。
关口局融合过程中由于MGCF和GMSC分属不同
域的设备，融合改造后网管接入方式需要根据本地
网分工界面确定；同理，话单上报方式在 M G C F和
GMSC合设后也应当明确。
随着VoLTE用户逐步占主导地位，MGCF/GMSC
需求开始逐步萎缩，而I-SBC需求则进一步增强，引导
IMS网间互通话务经过I-SBC设备有助于减少对MGCF/
GMSC SSP能力的扩容。此外，I-SBC设置还应考虑
VoLTE SBC及EPC媒体网关节点设置情况。
参考文献：
[1] 3GPP TS 29.165 V13.1.1. Inter-IMS Network to Network
Interface[S]. 2015.
[2] 3GPP TS 23.228 V11.3.0. Technical Specification Group
Services and System Aspects; IP Multimedia Subsystem
(IMS)[S]. 2011.
[3] 3GPP TS 29.163 V10.7.0. Interworking between the IP
Multimedia (IM) Core Network (CN) subsystem and
Circuit Switched (CS) networks[S]. 2012.
[4] YD/T 1930-2009. 统一IMS组网总体技术要求（第一阶
段）[S]. 2010.
Izi
Ici
A
电信运营商
B电信运营商
IBCF
IBCF
TrGW
TrGW
I/S-CSCF
P-CSCF
ATCF
I/S-CSCF
P-CSCF
ATCF
I-SBC
I-SBC
Ix
Ix
研究与探讨
2016年 第2 期 47
（上接第 41 页）
作者简介
马洪源：工程师，硕士毕业于北京
邮电大学，现任中国移动通信集团
设计院有限公司项目经理，从事移
动通信核心网咨询、规划和工程设
计工作。
刘博士：助理工程师，学士毕业于
内蒙古大学，现任中国移动通信集
团设计院有限公司内蒙古分公司项
目经理，从事移动通信核心网规划
与咨询等工作。
孙逊：工程师，硕士毕业于重庆邮
电大学，现任中国移动通信集团设
计院有限公司项目经理，从事移动
通信核心网咨询、规划和工程设计
工作。
[5] YD/T 2007-2009. 统一IMS的功能体系架构（第一阶
段）[S]. 2009.
[6] YD/T 1984-2009. 移动通信网IMS系统设备技术要求
[S]. 2009.
[7] Kgfleischmann. IP Multimedia Subsystem[EB/OL]. (2015-
10-12). http://en.wikipedia.org/wiki/IP_Multimedia_
Subsystem#Interfaces_description.
[8] 中国移动通信集团公司. 中国移动通信网络组织规范_
GSM网络路由组织原则V2.1.2[S]. 2013.
[9] 中国移动通信集团公司. 中国移动CM-IMS MGCF设备
规范V1.0.0[S]. 2010.
[10] 中国移动通信集团公司. 中国移动CM-IMS IM-MGW
设备规范V1.0.0[S]. 2010.
[11] 中国移动通信集团公司研究院. 中国移动CM-IMS网
络总体技术要求[S]. 2010.★
作者简介
王 尚 奇 ： 工 程 师 ， 硕 士 毕 业 于 北
京 交 通 大 学 ， 现 任 职 于 中 国 铁 塔
股 份 有 限 公 司 通 信 技 术 研 究 院 ，
主 要 从 事 无 线 网 络 技 术 研 究 、 网
络规划和方案设计等工作。
王 亚 昕 ： 工 程 师 ， 硕 士 毕 业 于 北
京 交 通 大 学 ， 现 任 职 于 中 国 铁 塔
股 份 有 限 公 司 通 信 技 术 研 究 院 ，
主 要 从 事 无 线 网 络 规 划 和 优 化 等
工作。
潘 三 明 ： 高 级 工 程 师 ， 硕 士 毕 业
于 北 京 邮 电 大 学 ， 现 任 职 于 中 国
铁 塔 股 份 有 限 公 司 通 信 技 术 研 究
院 ， 主 要 从 事 无 线 通 信 相 关 规 划
及新技术研究工作。
动通信, 2014: 88-94.
[7] 李飞. 中小城市控制性详细规划编制的办法探讨
[J]. 建筑工程技术与设计, 2015(13).
[8] 李朝政,许强,邱学. 地铁移动通信网络规划研究
[A]. 2011信息通信网技术业务发展研讨会[C].
北京: 北京通信学会, 2011.
[9] 张树才. 移动通信密集市区无线网络规划探究
[J]. 中国新通信, 2014(19): 17-18.
[10] 刘金艺,陈越茂,吕亚莉. 小基站成LTE异构网中
特殊场景覆盖主角[J]. 通信世界, 2013(2): 48-
49.★