王子鹤+蒋占军

【摘要】为了减少移动核心网的信令链路负荷，提高资源利用率，提出了一种核心网的组网方案。通过MSC POOL组网实现该方案，并对接入到MSC POOL核心网中的随机移动用户建立概率模型，利用泊松概率分布模型对MSC POOL网络进行理论定性分析和实验。实验结果表明，与传统组网相比，该方案降低了网络负载率，提高了切换成功率和位置更新成功率，对于移动网络结构和性能有着整体的提升。

【关键词】MSC POOL泊松分布网络负载率切换成功率位置更新成功率

中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1006-1010(2014)-10-0028-05

Performance Analysis on MSC POOL Based Mobile Communication Core Networks

WANG Zi-he, JIANG Zhan-jun1

(1. School of Electronic and Information Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China;

2. State Key Laboratory on Mobile Communications, Southeast University, Nanjing 210096, China)

[Abstract]

In order to reduce the load on signaling links of mobile communication core networks and improve resource utilization, a novel networking scheme of core networks is proposed in this paper. Implemented by means of MSC POOL networking, the scheme establishes a mathematical model with random access mobile user in MSC POOL based core networks, qualitatively analyzes and conducts experiments on MSC POOL based core networks using Poisson distribution model. Experimental results demonstrate that, compared with traditional networking schemes, the proposed scheme not only reduces the network load rate, but improves both handover success rate and location update success rate as well. Thus, mobile network structure and the overall performances have been enhanced.

[Key words]MSC POOL Poisson distributionnetwork load ratehandover success rate location update success rate

1 引言

移动核心网经历了时分复用到软交换的发展。最初软交换核心网的网络结构为单一的控制结构，即一个核心网节点MSC SERVER（Mobile Switching Center Server，移动交换服务中心）控制一个RNC（Radio Network Controller，无线网络控制器），当MSC SERVER发生故障，其控制的RNC就不能正常工作。因此，为了提高网络可靠性和核心网资源利用率，3GPP在制定TS23.236标准[1-2]中提出了MSC POOL技术，由多个MSC SERVER构成一个MSC SERVER池服务的区域称为MSC SERVER池区，即MSC POOL。从无线侧角度看，一个或多个RNC共同属于某一个MSC POOL池，由这些RNC的所有的业务区便构成MSC POOL池区，池区内的用户由MSC POOL池中的MSC SERVER共同服务。

这种网络结构具备许多优势：可以减少不同局间切换，降低掉话率；减少不同局间进行位置更新的次数，降低C/D接口至HLR（Home Location Register，归属位置寄存器）方向的信令流量，提升了MSC SERVER的容量增益；实现MSC SERVER级的容灾备份；根据组网方式可实现部分MGW（Media Gate Way，媒体网关）级的容灾备份。通过MSC SERVER的负荷分担技术提升整个核心网的资源利用率，降低了组网投资和运维的成本。因此，MSC POOL组网将会得到广泛的应用。

本文对MSC POOL实现原理的方案进行了研究，并提出一种以泊松分布为模型的性能分析方法。经过对实施MSC POOL后的网络性能指标采集和分析，最终通过实验结果验证了MSC POOL性能提升的有效性。文献[3]对树形网络和POOL网络作了比较分析，发现树形网络对整个核心网的容量和安全限制，POOL网络有利于提高系统性能；文献[4]对MSC POOL网络结构和传统网络信令链路作了比较，发现MSC POOL网络的信令链路负荷明显下降；文献[5]对MSC POOL网络的负荷分担性能作了详细研究，指出其平均潮汐话务有利于提高系统性能；文献[6]对MSC POOL网络结构和传统网络的切换性能作了详细研究，指出MSC POOL网络提升了系统的切换成功率和MSC SERVER的资源利用率。

2 MSC POOL关键技术

2.1NNSF[7]（非接入层节点选择功能）原理

MGW检测到用户是初次进入池内的位置更新请求，按照负荷分担算法分配到池内某个空闲的MSC SERVER进行位置更新，由该MSC SERVER为用户分配NRI[7]（Network Resource Identifier，网络资源标识）并通过TMSI（Temporary Mobile Subscriber Identity，临时移动用户识别码）传递给用户，用户通话时MGW通过该用户的NRI找到MSC SERVER进行后续处理；RNC根据链路均衡原则[8]选择合适的一个MGW。Iu接口（RNC与3G移动基站Node B之间的接口）无需改动，通过MGW实现Iu-Flex[9]（Iu接口IP化）功能，无需RNC升级方案，如果RNC支持Iu-Flex功能，可软件关闭MGW上的Iu-Flex代理功能，兼容多种组网模式。

2.2负荷自动调整原理

MSC SERVER通过设定广播的起始时间和广播周期，经过广播信道向MGW通知当前的负荷状况；MGW可以根据不同MSC SERVER的可用容量对新接入的MSC POOL的用户进行负荷分担。利用动态调整分发算法[10]自适应负荷均衡进行调整。MGW和MSC SERVER间的调整机制不牵涉无线侧的网元，只是在核心网MSC SERVER内部完成。由于用户在POOL内MSC SERVER间均衡分配，使得MSC POOL内资源充分共享。平衡高峰时段的话务负荷，设计规划总容量时可以不用考虑不同地区高峰话务负荷，节省总容量并降低投资成本。MSC POOL内漫游不改变归属的MSC SERVER，减少了局间切换和C/D接口流量，提高MSC SERVER容量增益[11]。当MSC POOL内一个MSC SERVER发生故障，由POOL内其它MSC SERVER接管故障MSC SERVER用户。用户主叫呼叫流程不会中断，最长一个周期性位置更新时间后用户被叫呼叫流程恢复，从而实现网络容灾。

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3 MSC POOL性能分析

假设总共M个MSC SERVER接入到MSC POOL中，其中第M个接入到MSC POOL的MSC SERVER，设它的用户容量是Cm（1≤m≤M）。同时，假设连接MSC POOL的MGW的总数量为K，接入MGW的RNC数量为J，则RNCj,k代表第J（1≤j≤J）个RNC接入到第K（1≤k≤K）个MGW。RNCi,j,k表示随机移动用户接入第i（1≤i≤I）个Node B（基站）连接到RNCj,k。通过实验数据研究显示，移动用户随机呼叫接入RNC的概率服从泊松（Poisson）分布，从而来自RNCi,j,k的随机移动用户呼叫接入概率可以表示为：

（1）

其中，移动用户随机呼叫占用次数为ωi,j,k；移动用户期望呼叫占用次数为λi,j,k。由于MSC POOL中的多个MSC SERVER提供ωi,j,k次呼叫接入服务，因此在分析时基于随机的某几个MSC SERVER接受服务选择请求。如果m（Cm≥1）个MSC SERVER提供呼叫接入服务的可能性是m/M，那么只有一个MSC SERVER提供呼叫接入服务的可能性就是1/M。

假设随机移动用户总服务请求是：

（2）

则随机移动用户由第m（1≤m≤M）个MSC SERVER呼叫建立的数量是：

（3）

而第m（1≤m≤M）个MSC SERVER的负载率是：

（4）

同时，传统网络结构即只有一个MSC SERVER，随机移动用户由MSC SERVER呼叫建立的数量是：

（5）

此时MSC SERVER的负载率是：

（6）

通过使用MSC POOL技术，可知负载率的冗余差是：

（7）

因为M≥1，Cm≥1（1≤m≤M），所以可以得到。由公式（7）可知，使用MSC POOL技术提高了网络的负载率。

4 MSC POOL实施结果分析

实验背景为某运营商部署在甘肃省兰州市MSC POOL池项目。该MSC POOL池总共包含3个MSC SERVER、6个MGW、35个RNC，设计用户容量为255万，核心网、无线侧设计的容量分别为47 520Erl和51 400Erl。该MSC POOL池的网络结构如图1所示。

以下实验数据均采自MSC POOL池2013年7月至8月性能统计数据库，实验数据主要展示了使用MSC POOL前后的性能指标对比。

4.1MSC POOL割接前后CP（核心处理单元）

负荷的对比

在工程实践中，MSC SERVER的负载分析通常是检查MSC SERVER的CP负荷。CP负荷充分显示了MSC SERVER软件和硬件的利用情况。在一般情况下，CP负荷率就等同于MSC SERVER的负载率。

MSC POOL割接前后CP负荷的对比如图2所示：

图2MSC POOL割接前后CP负荷的对比

由图2可知，随着利用MSC POOL技术组成MSC SERVER池组后，MSC SERVER的CP负荷比未接入POOL之前明显下降，进一步证明了MSC POOL组网性能比传统组网方案设计优越。

4.2MSC POOL开启前后HO（切换）的对比

在核心网性能指标中，切换成功率是移动保持类的重要指标之一，按照网元的关系，可以分为MSC SERVER内切换成功率、入MSC SERVER切换成功率、出MSC SERVER切换成功率。切换成功率的高低将直接影响用户感受，是运营商重点考核的指标。本文利用的切换成功率公式取自运营商：切换成功率=

切换成功总次数/切换次数，其中切换次数包括MSC SERVER内切换次数、入MSC SERVER切换次数、出MSC SERVER切换次数。

MSC POOL开启前后HO的对比如图3所示：

图3MSC POOL开启前后HO的对比

由图3可知，MSC SERVER组成MSC POOL后，MSC SERVER的切换成功率得到平稳提高，从而证明MSC POOL组网性能比传统组网方案设计优越。

4.3MSC POOL开启前后LU（位置更新）的对比

根据网络对位置更新的识别不同，位置更新可分为三种：正常位置更新（即越位置区的位置更新）、周期性位置更新和IMSI（国际移动用户识别码）附着分离。在核心网性能指标中，通常研究的位置更新成功率只包括正常位置更新成功率与周期性位置更新成功率。

MSC POOL开启前后LU的对比如图4所示。

由图4可知，MSC POOL开启后系统的位置更新成功率得到了明显改善，指标整体提高了2%，达到97%以上，从而提升了整个网络结构的性能。

5 结论

本文一方面对MSC POOL实现原理关键技术进行了研究，以泊松分布为数学模型的方法建立了用户接入过程，定性分析了MSC POOL技术的优越性；另一方面通过采集MSC POOL性能指标，利用实验结果验证了MSC POOL性能提升的有效性。

参考文献：

[1] 3GPP TS 23.008. Technical Specification Group Core Network and Terminal[S]. 2009.

[2] 3GPP TS 23.236. Intra-domain Connection of Radio Access Network(RAN) Nodes to Multiple Core Network(CN) Nodes[S]. 2008.

[3] Yu Su, Gao li. MSC POOL Technologies in Core Call Networks[J]. Mobile Communication Journal, 2010(11).

[4] Jia Huang. Solution to Called Problem in MSC POOL Network[J]. Telecommunication Technology, 2010(9).

[5] 赵晶,刘秀菊. 应用MSC Pool构建融合高效核心网络[J]. 电信技术, 2010(4): 18-20.

[6] 黎剑. MSC POOL组网优势和问题分析[J]. 中国电子商务, 2010(6): 391-392.

[7] 王笛. MSC Pool改造问题总结[J]. 移动通信, 2011(3): 111-116.

[8] 丁赛平. MSC POOL关键技术探讨[J]. 科技与生活, 2010(13): 18.

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[9] 陈斌. 基于Iu-flex技术的MSC-Pool的本地核心网方案可行性分析[J]. 硅谷, 2011(17): 169.

[10] 李赟,刘宇,张奕. MSC Pool规划中对话务潮汐效应的考虑[J]. 电信工程技术与标准化, 2010(7): 9-11.

[11] 黄华生. MSC Pool负荷迁移机制及应用研究[J]. 无线通信技术, 2011(2).★

作者简介

王子鹤：兰州交通大学电子与信息工程学院在读硕士，主要研究方向为移动通信。

蒋占军：教授，博士毕业于东南大学，现任兰州交通大学电信学院国家级电工电子实验中心主任，主要研究方向为移动通信。

工信部：我国公共云服务市场仍处于产业初期阶段

目前，全球云服务虽然整体产业规模尚小，但是其增长率远高于ICT产业平均水平，已经与移动智能终端一起成为全球ICT产业增长最快的领域。根据报告显示，全球云计算市场快速平稳增长。2013年全球云服务市场约为1 317亿美元，年增长率为18%，据预测，未来几年云服务市场仍将保持15%以上的增长率，2017年将达到2 442亿美元。其中以IaaS、PaaS和SaaS为代表的典型云服务市场在2013年达到了333.4亿美元，增长率高达29.7%。

根据工信部电信研究院发布的《2014年云计算白皮书》显示，目前我国公共云服务市场仍处于低总量、高增长的产业初期阶段。据估计，2013年我国公共云服务市场规模约为47.6亿人民币，增速较2012年有所放缓，但仍达到36%，远高于全球平均水平。

数据显示，2013年我国的IaaS市场规模约为10.5亿元，增速达到了105%，显示出旺盛的生机。IaaS相关企业不仅在规模、数量上有了大幅提升，而且吸引了资本市场的关注，UCloud、青云等IaaS初创企业分别获得了千万美元级别的融资。

在过去几年里，腾讯、百度等互联网巨头纷纷推出了各自的开放平台战略，新浪SAE等PaaS的先行者也在业务拓展上取得了显著的成效，在众多互联网巨头的介入和推动下，我国PaaS市场得到了迅速发展，2013年市场规模增长近20%，但由于目前国内PaaS服务仍处于吸引开发者和产业生态培育的阶段，大部分PaaS服务都采用免费或低收费的策略，因此整体市场规模并不大，估计约为2.2亿元左右，但这并不妨碍人们对PaaS的发展前景抱有充足的信心。无论是国内还是全球，SaaS一直是云计算领域最为成熟的细分市场，用户对于SaaS服务的接受程度也比较高。2013年估计国内SaaS市场规模在34.9亿元左右，与2012年相比增长24.3%。（通信世界网）

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[11] 黄华生. MSC Pool负荷迁移机制及应用研究[J]. 无线通信技术, 2011(2).★

作者简介

王子鹤：兰州交通大学电子与信息工程学院在读硕士，主要研究方向为移动通信。

蒋占军：教授，博士毕业于东南大学，现任兰州交通大学电信学院国家级电工电子实验中心主任，主要研究方向为移动通信。

工信部：我国公共云服务市场仍处于产业初期阶段

目前，全球云服务虽然整体产业规模尚小，但是其增长率远高于ICT产业平均水平，已经与移动智能终端一起成为全球ICT产业增长最快的领域。根据报告显示，全球云计算市场快速平稳增长。2013年全球云服务市场约为1 317亿美元，年增长率为18%，据预测，未来几年云服务市场仍将保持15%以上的增长率，2017年将达到2 442亿美元。其中以IaaS、PaaS和SaaS为代表的典型云服务市场在2013年达到了333.4亿美元，增长率高达29.7%。

根据工信部电信研究院发布的《2014年云计算白皮书》显示，目前我国公共云服务市场仍处于低总量、高增长的产业初期阶段。据估计，2013年我国公共云服务市场规模约为47.6亿人民币，增速较2012年有所放缓，但仍达到36%，远高于全球平均水平。

数据显示，2013年我国的IaaS市场规模约为10.5亿元，增速达到了105%，显示出旺盛的生机。IaaS相关企业不仅在规模、数量上有了大幅提升，而且吸引了资本市场的关注，UCloud、青云等IaaS初创企业分别获得了千万美元级别的融资。

在过去几年里，腾讯、百度等互联网巨头纷纷推出了各自的开放平台战略，新浪SAE等PaaS的先行者也在业务拓展上取得了显著的成效，在众多互联网巨头的介入和推动下，我国PaaS市场得到了迅速发展，2013年市场规模增长近20%，但由于目前国内PaaS服务仍处于吸引开发者和产业生态培育的阶段，大部分PaaS服务都采用免费或低收费的策略，因此整体市场规模并不大，估计约为2.2亿元左右，但这并不妨碍人们对PaaS的发展前景抱有充足的信心。无论是国内还是全球，SaaS一直是云计算领域最为成熟的细分市场，用户对于SaaS服务的接受程度也比较高。2013年估计国内SaaS市场规模在34.9亿元左右，与2012年相比增长24.3%。（通信世界网）

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[11] 黄华生. MSC Pool负荷迁移机制及应用研究[J]. 无线通信技术, 2011(2).★

作者简介

王子鹤：兰州交通大学电子与信息工程学院在读硕士，主要研究方向为移动通信。

蒋占军：教授，博士毕业于东南大学，现任兰州交通大学电信学院国家级电工电子实验中心主任，主要研究方向为移动通信。

工信部：我国公共云服务市场仍处于产业初期阶段

目前，全球云服务虽然整体产业规模尚小，但是其增长率远高于ICT产业平均水平，已经与移动智能终端一起成为全球ICT产业增长最快的领域。根据报告显示，全球云计算市场快速平稳增长。2013年全球云服务市场约为1 317亿美元，年增长率为18%，据预测，未来几年云服务市场仍将保持15%以上的增长率，2017年将达到2 442亿美元。其中以IaaS、PaaS和SaaS为代表的典型云服务市场在2013年达到了333.4亿美元，增长率高达29.7%。

根据工信部电信研究院发布的《2014年云计算白皮书》显示，目前我国公共云服务市场仍处于低总量、高增长的产业初期阶段。据估计，2013年我国公共云服务市场规模约为47.6亿人民币，增速较2012年有所放缓，但仍达到36%，远高于全球平均水平。

数据显示，2013年我国的IaaS市场规模约为10.5亿元，增速达到了105%，显示出旺盛的生机。IaaS相关企业不仅在规模、数量上有了大幅提升，而且吸引了资本市场的关注，UCloud、青云等IaaS初创企业分别获得了千万美元级别的融资。

在过去几年里，腾讯、百度等互联网巨头纷纷推出了各自的开放平台战略，新浪SAE等PaaS的先行者也在业务拓展上取得了显著的成效，在众多互联网巨头的介入和推动下，我国PaaS市场得到了迅速发展，2013年市场规模增长近20%，但由于目前国内PaaS服务仍处于吸引开发者和产业生态培育的阶段，大部分PaaS服务都采用免费或低收费的策略，因此整体市场规模并不大，估计约为2.2亿元左右，但这并不妨碍人们对PaaS的发展前景抱有充足的信心。无论是国内还是全球，SaaS一直是云计算领域最为成熟的细分市场，用户对于SaaS服务的接受程度也比较高。2013年估计国内SaaS市场规模在34.9亿元左右，与2012年相比增长24.3%。（通信世界网）

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