Direct Tunnel技术在3G网络中的部署张力宏业务与运营诺基亚西门子通信 北京 100007摘 要 Direct Tunnel是在传统3GPP 3G网络结构基础上提出的一项创新性的网络优化技术，SGSN控制建立RNC到GGSN的“直达通道”，用户面数据在“直达通道”中传送，不再经过SGSN，实现网络用户面扁平化，适合在WCDMA和TD-SCDMA网络中部署，以提高运营商的网络投资效益、网络扩展性及降低运维成本，并支持向LTE网络平滑演进。关键词 Direct Tunnel；Two Tunnel；PDP context；APN；LTEGGSN，数据流量旁路了SGSN节点，如图3所示。1 Direct Tunnel 技术实现3G提供随时随地高速上网业务成为吸引消费者的一大亮点。面对激烈的市场竞争，运营商通过部署HSPA、HSPA+技术为用户提供更高的上网速率同时，也在思考如何优化网络，降低网络投资和运营成本，向未来的LTE网络平滑演进。与2G分组域网络相比，3G分组核心网络结构一个图2 3G到LTE的网络结构变化重要特点是Iu-PS接口(RNC-SGSN间接口)上控制面和用户面可以完全分离，即信令通道和数据通道可以走不同的链路。这使3G分组域用户面网络扁平化演进成为可能。如图1所示。图3 Direct Tunnel将用户面旁路SGSN以PDP context激活流程为例说明Direct Tunnel建图1 Iu-PS控制面与用户面分离立过程，如图4所示。传统3G网络连接如图2所示，即控制面和用户面均Direct Tunnel PDP context建立过程：走RNC—SGSN—GGSN，我们称之为Two Tunnel(双1) 手机发起基于APN的PDP context激活。GTP通道)。2006年诺基亚西门子在3GPP会议上创新性2) SGSN将之与该用户subscriber data profile提出了Direct Tunnel(直达通道)的技术建议(如图2)，建核对通过后，向GGSN发起”Create PDP context 议得到运营商广泛的支持和通过，成为3GPP Release7request”,消息携带SGSN IP地址和TEID(Tunnel 标准。endpoint ID)。Direct Tunnel中心思想是：由SGSN作为Direct 3) GGSN 接受请求，回应 ”Create PDP context Tunnel的中心控制节点，信令控制面消息仍然走response”，消息携带GGSN IP地址和TEID，Gn GTP RNC—SGSN—GGSN，用户面数据则从RNC直接到tunnel建立。信息通信技术60
4) SGSN如果决定建立Direct Tunnel，向RNC发2 Direct Tunnel在3G网络中规划部署送“RAB assignment request”，消息携带GGSN IP地址和TEID。部署简单迅速是Direct Tunnel被全球运营商青睐5) RNC回应“RAB establishment response”，的另一重要因素，只需SGSN启用Direct Tunnel软件功消息携带RNC IP地址和TEID，Iu RAB 建立，构成能，其他网元如GGSN和RNC无需作任何变动即可全网Two GTP Tunnel。部署Direct Tunnel，Direct Tunnel可以以省为范围实6) SGSN 向GGSN发送“Update PDP context 施，对运营中的业务没有影响。request”，消息携带RNC IP地址和TEID。在Direct Tunnel部署实施时要考虑以下方面：7) GGSN 收到后更新内部参数，并回应“Update 1) IP承载网络改造，目前Iu-PS网络和Gn网络PDP context response”。是互相独立隔离的，部署Direct Tunnel需要将两个IP8) SGSN向手机发送“Activate PDP context 网络互通, 使RNC可以直接建立到GGSN Gn接口的accept”，至此Direct Tunnel成功建立，GTP-U数据Direct Tunnel。另外，运营商网内地址需要统一规在RNC—GGSN之间直接传送。划。目前运营商网络Iu-PS接口地址多采用私有地址从整个流程来看，Direct Tunnel建立过程很简段，Gn接口地址多采用公有地址段，要保证Iu-PS接口单，SGSN通过增加第6和第7步骤将Two Tunnel转换地址在整个网络地址的唯一性。中国移动和中国联通网成Direct Tunnel，过程中没有增加新的消息类型，所络均有统一的地址规划。以对RNC和GGSN没有新功能要求，要求现网RNC和2) 为运营商在部署应用Direct Tunnel时有更大GGSN支持GTP 版本1即可。现网情况是两运营商网络的灵活性，SGSN内部可设置APN列表，SGSN在PDP 早已运行在GTP版本1了，多厂家产品GTP版本1互联均context激活时检查APN列表来决定该PDP context是否无问题，所以Direct Tunnel部署时也不存在多厂家产建立Direct Tunnel。运营商可将几个流量最大的APN品互通问题。另外，在3GPP release7增加了异常情况配置成走Direct Tunnel ，如CMWAP、CMNET、标识位(Error Indication)，GGSN不支持该标识位并不UNIWAP、UNINET等。下列APN不适合放入Direct 影响Direct Tunnel使用。Tunnel APN列表中：GGSN手机RNCSGSNGGSNRNC手机SGSN1. 激活PDP context请求2. 建立PDP context请求(携带SGSNIP 地址和TEID) 3. 建立PDP context响应4. RAB 建立请求(携带GGSNIP 地址和TEID) (携带GGSNIP address和TEID) RAB建立SGSN告知GGSN RNCIP地址、5. RAB 建立响应TEID以及PDP QoS属性是否有变(RAN IP 地址和TEID) 6.更新PDP context请求(RNCIP 地址和TEID) 7.更新PDPcontext响应8.激活PDP context请求接受Direct GTPTunnel 建立图4 Direct Tunnel PDP context建立流程2009 0561Business & Operation
企业专网用户；图2所示)中用户面流量完全旁路MME (相当SGSN功能国际漫游用户(International Roaming)；节点)，运营商要求现运行的SGSN、GGSN设备将要平智能网预付费用户(CAMEL)；滑演进到LTE核心网元，如果现在运营商仍投资SGSN 合法监听用户(Lawfull Interception)。3G分组处理功能单元，这部分投资在将来无法再利业务与运营这部分用户流量约占到3G流量的5%。另外，用，部署Direct Tunnel可提前避免这问题，而且部署SGSN内可设置RNC列表，使Direct Tunnel网络平滑Direct Tunnel为运营商从3G网络向LTE网络演进积累改造，不影响业务，SGSN可以先将IP网络已改造好的成功经验。RNC放入列表，这部分RNC应用Direct Tunnel，其他国内3GPP网络运营商(中国移动和中国联通)现有RNC暂不激活Direct Tunnel。网络均是2G/3G共用分组核心网，由于2G用户面流量3) Iu-PS over IP连接方式是Direct Tunnel部署无法走Direct Tunnel，SGSN必须转发这部分流量，将的优选。虽然Iu-PS over ATM和Iu-PS over IP均可Direct Tunnel实施后节省的分组处理能力用于2G用户以实施Direct Tunnel，相比ATM，Iu-PS over IP部面转发，可进一步提高2G用户容量和吞吐容量。署更灵活，并且Gn通常采用千兆以太网接口，RNC到2) Direct Tunnel使用户数据通路上减少了一跳，GGSN连接无需作ATM到IP的封装转换，效率最高。减少了数据传送时延，进一步改善终端用户上网体验。4) 网络安全性。虽然Iu-PS子网和Gn子网均是运3) 网元信令负荷。营商内网，由于两网互通，需要调整现有IP承载网路由从前面Direct Tunnel激活的信令流程图可以策略和防火墙配置，防止Iu-PS地址广播到外网，禁止看出，Direct Tunnel实现会增加2个信令消息，即外网访问运营商内网(Iu和Gn)。Update PDP context request 和Update PDP context response消息，会轻微增加SGSN和GGSN信令处理负3 Direct Tunnel部署前后效果对比荷，但与节省的巨大流量相比是微不足道的。诺基亚西1) 优化网络，节约运营商投资和运营成本。门子网络分组核心网产品在信令负荷增加上控制在5%据现网统计，2G GPRS每用户PDP context平均数以内。据传送速率为500bps，3G和HSPA网络每PDP context4) 计费及其他。平均数据传送速率为20Kbps～40Kbps，3G和HSPA用目前国内用户分组计费采集点是GGSN，Direct 户接入速率是2G用户的40～80倍，网络流量暴增对核Tunnel部署对计费没有影响，国外漫游用户计费仍然心网性能是一个巨大的考验。目前单台SGSN支持的需要SGSN话单，故国外漫游用户用户面仍采用Two PDP context容量在200万以上，按此计算要求SGSN至GTP Tunnel方式。另外，Direct Tunnel对现有的网络少要有40Gbps以上的分组转发性能，而各厂商SGSN 管理没有影响。3G业务转发性能在1Gbps～10Gbps之间，这意味着设诺基亚西门子公司自推出Direct Tunnel技术备吞吐量瓶颈首先出现，PDP context容量远未达到。以来，成功地与全球50多家运营商合作实施Direct 应用Direct Tunnel后，90%～95%的3G业务流量不Tunnel技术，取得显著的效益；在中国，河南移动与再通过SGSN，可以显著提高SGSN容量利用率，减少诺基亚西门子公司合作在3G TD-SCDMA网络上成功网络中SGSN数量，随之减少机房占地、电源、空调等地进行了Direct Tunnel的现网商用试验，完全满足商配套设施和运维人员工作量，可谓“绿色技术”。用运营。从技术演进方向看，Direct Tunnel正是LTE扁平诺基亚西门子公司在Direct Tunnel技术基础上进化网络结构在3G网络的超前实现，在LTE网络结构(如一步向3GPP会议提出了I-HSPA(Internet-HSPA)技术信息通信技术62
建议(如图2所示)，建立从NodeB到GGSN的直达通道，(GPRS); Service description;Stage 2[S]提供了高速分组业务的热点覆盖高效解决方案，该提案[2]3GPP TS :General Packet Radio Service 也被纳入3GPP Release7标准。诺基亚西门子于2008年(GPRS); GPRS Tunnelling Protocol (GTP) 在美国运营商TerreStar成功部署了I-HSPA网络。across the Gn and Gp Interface[S][3]3GPP TS :Mobile Radio Interface Layer 4 结束语3 specification; Core Network Protocols; Stage 综上所述，Direct Tunnel可以显著提高运营商投3[S]资效益、优化网络结构、提高运营效率和向LTE网络平[4]3GPP TS :UTRAN Iu Interface RANAP 滑演进，它同时也是一个简单、易于部署实施的技术，Signalling[S]这些正是运营商青睐Direct Tunnel技术价值的所在。[5]3GPP TS :GPRS Enhancements for E-UTRAN Access[S]参考文献[1]3GPP TS :General Packet Radio Service 作者简历张力宏诺基亚西门子通信分组核心网产品经理The Direct Tunnel Technology Deployment in 3G NetworkZhang LihongNokia Siemens Networks,Beijing 100007, ChinaAbstract Direct Tunnel is a innovative network optimization technology based on the traditional 3G network architecture, SGSN establishes the direct data access from RNC to GGSN, user data directly transmit in direct tunnel but SGSN and fl atten the user palne network structure. It can be deployed in WCMA and TD-SCDMA networks to enhance the benefi ts of network investment, improve the network extensibility and reduce network OPEX. Direct Tunnel technology takes the first step to achieve the smooth evolution for Direct Tunnel; Two Tunnel; PDP context; APN; LTE2009 0563Business & Operation
