Như ta đã biết, những thao tác của thuê bao như: bật máy, tắt máy, gửi tin nhắn, gửi USSD, cập nhật vị trí, gửi thông tin nhận thực thuê bao…tất cả những thao tác này đều thực hiện thông qua đường báo hiệu (Signaling) Do đó những tham số của đầu bài đối với thuê bao trong giờ bận như:
- Số lần cập nhật vị trí trong giờ bận (1)
- Số lần “cập nhật vị trí” (thuê bao bật máy) trong giờ bận (0.5)
- Số lần gửi thông tin nhận thực thuê bao (0.4) - Số lần gửi USSD trong giờ bận (1)
- Số lần thuê bao bật máy IMSI attach (1) - Số lần thuê bao tắt máy IMSI detach (0.07)…
Những thao tác của thuê bao như vậy sẽ chiếm một lượng signaling traffic rất nhỏ không đáng kể và thường được bỏ qua trong quá trình tính toán. Với những tính toán cho signaling dưới đây, ngòai việc phục vụ cho nhu cầu báo hiệu thông thường giữa các node trong mạng với nhau, nó cũng đủ để phục vụ cho các thao tác của thuê bao như được liệt kê ở trên.
3.2.1 Đối với báo hiệu qua IP:
Băng thông cần thiết cho báo hiệu qua môi trường IP giữa MSC-S và MGW phụ thuộc vào cấu trúc của mạng và dữ liệu lưu lượng của thuê bao. Để tính tổng băng thông cần thiết dành cho báo hiệu, tất cả các loại báo hiệu được truyền phải được tính toán từng cái một.
Các dữ liệu báo hiệu trong mạng Core bao gồm:
- GCP - BSSAP/RANAP - ISUP - MAP - CAP -
3.2.1.1 GCP (Megaco H.248)
GCP protocol được sử dụng để MSC-S có thể điều khiển được MGW. Đối với những cuộc gọi khác nhau (loại Backbone khác nhau IP/AAL2, MS hay UE, SIP hay BICC, có chuyển giao cuộc gọi hay không…), số bản tin và số thứ tự sẽ khác nhau. Thông thường, theo thống kê thì số bản tin trung bình cho một phiên GCP theo một hướng tại giờ bận là từ 10-13 bản tin cho một thuê bao, và chiều dài trung bình của bản tin sẽ từ 120-160 bytes không tính 20bytes (của IPv4), 28 bytes của SCTP và 38 bytes (của Ethernet Overhead)
Hình 3-4 GCP protocol
Giả sử trong giờ bận, trung bình có 13 bản tin trong một phiên GCP của một thuê bao, chiều dài trung bình mỗi bản tin là 160 bytes không tính 20 bytes của IPv4, 28 bytes của SCTP và 38bytes của Ethernet Overhead.
Như vậy tổng số bits báo hiệu phải truyền trong giờ bận của một thuê bao là: (160 bytes+20bytes+28bytes+38bytes)*8bits/byte*13=25584 bits
Suy ra băng thông IP cần thiết để truyền cho 600000 thuê bao trong giờ bận là:
25584bits*600000/3600s=4.2 Mb/s.
Tính toán tương tự, ta có bảng sau:
GCP/H.248 SCTP or TCP
IP Ethernet
GCP
Không bao gồm Ethernet
Overhead Bao gồm Ethernet overhead
Băng thông IP
cần thiết 3.0 – 4.0 Mbit/s 3.8– 5.0 Mbit/s
3.2.1.2 MAP, ISUP, BSSAP/RANAP qua SIGTRAN
Những nét khác nhau và sự tương đồng giữa SIGTRAN Protocol Stack và TDM SS7 Protocol Stack được thể hiện như hình dưới đây
Hình 3-5 Sigtran Protocol Stack vs. TDM SS7 Protocol Stack
Duới đây là cấu trúc của MTP. MTP (2+3) overhead là 12 bytes bao gồm:
Hình 3-6 Cấu trúc MTP
Overhead của SIGTRAN trong mỗi layer:
Chiều dài của M3UA (Rel’4): 24 bytes Chiều dài của SCTP: 28 bytes
F CK S L S OPC DPC SI O LI FSN BSN F 8 16 4 4 24 24 8 2 6 1 7 1 7 8 MTP 2 overhead MTP 2 overhead MTP 3 overhead (6 bytes) SIF
Ipv4 (without optional fields): 20 bytes Ipv6: 40 bytes Chiều dài của Ethernet overhead: 38 bytes
Từ đó ta sẽ tính toán được chiều dài của bất kì bản tin báo hiệu SS7 sử dụng SIGTRAN từ chiều dài của bản tin báo hiệu SS7 truyền thống. Chiều dài của bản tin dùng SIGTRAN sẽ là
= X-12+24+28+20 = X+60 (bytes) (Không tính Ethernet Overhead) X (bytes) là chiều dài của bản tin SS7 sử dụng TDM
Nếu tính cả Ethernet Overhead, chiều dài của bản tin SIGTRAN sẽ là = X+60+38= X+98 bytes.
Như vậy để tính băng thông IP cần thiết cho báo hiệu SS7 dùng SIGTRAN, sử dụng công thức “X+60” (không tính Ethernet overhead) hoặc X+98 (tính Ethernet Overhead) để tính để ra chiều dài của bản tin báo hiệu SS7 dùng SIGTRAN, sau đó có thể áp dụng cách tính băng thông của SS7 dùng TDM.
Băng thông cần thiết cho báo hiệu BSSAP/RANAP dùng SIGTRAN:
Theo thống kê của các nhà mạng (operator):
- BSSAP truyền bởi C7 cần băng thông trung bình từ 9000bits đến 16000 bits trong giờ bận, cho một thuê bao phụ thuộc vào traffic profile của mỗi thuê bao ( BH, SMS, LU, HO…) và việc xác thực thuê bao (authentication), kiểm tra IMEI, cũng như mã hóa.
- Trung bình số bản tin BSSAP trong giờ bận của một thuê bao từ 25 đến 35 bản tin, chiều dài trung bình của bản tin từ 45 đến
60 bytes, phụ thuộc vào mô hình lưu lượng (traffic model) và các nhà khai thác sử dụng việc xác thực thuê bao, kiểm tra IMEI, mã hóa và cấp phát TMSI như thế nào.
Khi truyền BSSAP dùng IP (SIGTRAN), sẽ cần nhiều băng thông hơn vì có SIGTRAN overhead
Từ đó thì băng thông IP cần thiết cho các bản tin BSSAP cho 600K GSM thuê bao với traffic profile như đề bài sẽ được tính như ở bảng dưới đây:
*1.5Mbps = 600k sub. * 9 000 bit/sub/BH /3600 s/ 1000 000 ** 3.5Mbps = 1.5 Mbps +
600k sub * (25 msg/sub/BH * 60byte (overhead)/msg)* 8bit/Byte /3600s/1000 000
*** 4.8Mbps = 1.5 Mbps +
600k sub * (25 msg/sub/BH * 98byte (overhead)/msg)* 8bit/Byte /3600s/1000 000
Băng thông cần thiết cho bản tin RANAP đƣợc tính toán dƣa trên những thực tế nhƣ sau:
1) Chiều dài trung bình của bản tin RANAP là 70bytes. Nếu truyền bằng ATM, thì một bản tin cần 2 cell (53bytes/cell\Average RANAP message length is 70 bytes --> Transferring by ATM cells, one message takes 2 cells (53 byte/cell).
2) Số bản tin trung bình của một thuê bao ở giờ bận là 35.
BSSAP (600k sub) dùng TDM dùng SIGTRAN không tính Ethernet overhead Dùng SIGTRAN bao gồm Ethernet overhead Băng thông 1,5Mbps* -2.7 Mbps 3.5Mbps** - 5.3Mbps 4.8Mbps*** - 7.0Mbps
RANAP (600k sub) dùng ATM (cps) dùng SIGTRAN không tính Ethernet overhead dùng SIGTRAN tính cả Ethernet overhead
Băng thông cần thiết (rough estimation)
11,7k cps*
6,1Mbps** 7,8Mbps***
*11.7k cps = 600k sub. * 35 msg/sub/BH * 2 cells/msg /3600s /1000
**6.1Mbps = [600k sub. *35 msg/sub/BH * (70byte + 60byte)/msg * 8bits/byte]/3600s/1000000
***7.8Mbps = [600k sub. *35 msg/sub/BH * (70byte + 98 byte)/msg * 8bits/byte)] /3600s/1000000
ISUP by SIGTRAN
Bản tin ISUP đựoc truyền qua các TDM link cần băng thông cho mỗi cuộc gọi là: 40byte*6/2=120 bytes. Trong trường hợp sử dụng SIGTRAN, nó phải dùng đến băng thông IPv4 là: (40+60)*6/2 = 300 bytes cho mỗi cuộc gọi mà không tính Ethernet overhead. Hoặc (40+98)*6/2 = 414 bytes cho mỗi cuộc gọi tính cả Ethernet overhead.
ISUP Dùng TDM Dùng SIGTRAN, không
tính Ethernet overhead
Dùng SIGTRAN tính cả Ethernet overhead (38 bytes)
Đối với mỗi cuộc gọi
120bytes 300bytes 414bytes
300K BHCA 0,08Mbps* 0,20Mbps** 0,28Mbps***
* 0.08 Mbps = 300k calls/BH * 120 bytes/call *8bit/byte /3600s/ 1000 000 ** 0.20Mbps = 300k calls/BH * 300 bytes/call * 8bit/byte /3600s/ 1000 000 *** 0.28Mbps = 300k calls/BH * 414 bytes/call * 8bit/byte /3600s/ 1000 000
BICC dùng SIGTRAN
BICC dựa trên ISUPv3, nó hỗ trợ các loại bearer khác nhau bằng việc khai thác APM (Application Transport Mechanism). Bản tin IAM và APM chứa tất cả các thông tin cần thiết cho việc thiết lập Bearer,ví dụ như, Action indicator (forward/backward), BNC ID (Số ID được sử dụng để kết hợp bearer với một cuộc gọi), BIWF địa chỉ (MGW địa chỉ), Codec(s) và các thông tin liên quan đến tunnelling. Xấp xỉ 150 bytes payloads được dung trong IAM và APM.
Do đó công thức để tính chiều dài bản tin BICC (dùng SIGTRAN) cho mỗi cuộc gọi là ((40+98)*6+ (150+98)*2)/2=662 bytes (tính cả Ethernet overhead)
MAP dùng SIGTRAN
Theo thống kê, nhữung thực tế về việc sử dụng MAP qua các đường TDM (TDM links) bao gồm:
- Trung bình cần phải dùng 11000 bits để truyền các bản tin MAP trong giờ bận từ MSC-S tới các node mạng khác (HLR, neighbour MSC/VLR cho chuyển giao cuộc gọi, GMSC, IN...) - Số bản tin MAP trung bình trong giờ bận là 11, với chiều dài
trung bình của bản tin MAP là 121 bytes.
3.2.1.2 Tổng băng thông IP yêu cầu:
3.2.1.2.1 Nếu không truyền MAP/CAP ở giao diện Mc
- Các bản tin MAP và CAP không cần truyền qua giao diện Mc - HLR và SCP hỗ trợ dùng SIGTRAN như MSS, khi đó
MAP/CAP có thể được xử lý trực tiếp giữa MSS và HLR/SCP thông qua SIGTRAN associations trong mạng IP.
- HLR và SCP không hỗ trợ SIGTRAN mà dùng các link TDM
truyền thống, và MSS có IPCH để hỗ trợ các link TDM, các link TDM trực tiếp giữa MSS và HLR/SCP có thể được sử dụng.
MAP (600k, MSC) Dùng TDM Dùng SIGTRAN, không
tính Ethernet overhead
Dùng SIGTRAN, tính cả Ethernet overhead
Rõ ràng là GCP và BSSAP/RANAP luôn đựoc truyền ở giao diện Mc. Trong trường hợp mà MGW có kết nối PCM trực tiếp tới PSTN, báo hiệu ISUP phải được xử lý qua MGW.
Hình 3-7 MAP / CAP không cần truyền ở giao diện Mc
a. Nếu 100% BSCs (600k sub.) đang kết nối:
BSSAP+GCP+300k cuộc gọi PSTN SIGTRAN không dùng Ethernet overhead SIGTRAN tính cả Ethernet overhead
Băng thông IP cần thiết 6.7 Mbps – 9.5Mbps 8.8Mbps – 12.3Mbps b. Nếu 100% RNCs (600k sub.) traffic đang kết nối:
RANAP+GCP+ 300k cuộc gọi PSTN SIGTRAN không tính Ethernet overhead Dùng SIGTRAN, tính cả Ethernet overhead
Băng thông IP cần thiết 9.3Mbps – 10.3Mbps 11.8Mbps – 13.1Mbps c. Nếu 50% RNCs (300k sub.) và 50% BSC (300k sub.) đang kết nối:
RANAP+BSSAP+H.248+ 300k ISUP calls SIGTRAN, Không tính Ethernet overhead SIGTRAN, bao gồm cả Ethernet overhead MSS HLR SCP MGW GCP+BSSAP+RANAP+ISUP IP (Mc-interface) BSC RNC Iu-cs (ATM): RANAP A-if (TDM) BSSAP MAP IP or TDM CAP IP or TDM PSTN ISUP TDM Nb Nc
Băng thông IP cần thiết 8.0Mbit/s – 9.9Mbps 10.3Mbit/s – 12.7Mbps 3.2.1.2.2 Nếu MGW được sử dụng như là một cổng báo hiệu (signaling gateway) cho MAP giữa MSS và HLR
Nếu HLR không hỗ trợ SIGTRAN và MSS không hỗ trợ kết nối TDM, MAP giữa MSS và HLR phải được xử lý thông qua MGW (hình dưới đây). Băng thông IP cần thiết ở giao diện Mc phải bao gồm yêu cầu băng thông cần thiết cho MAP.
Hình 3-8 MAP và CAP được truyền ở giao diện Mc
Việc thêm băng thông cần thiết cho MAP ở giao diện Mc, thì băng thông IP yêu cầu giữa MSS (600k) và MGW (600k) được dự tính như dưới đây:
Nếu 50% BSC (300k sub.) và 50% RNC (300k sub.) đang được kết nối:
GCP+RANAP+BSSAP MAP+ 300k ISUP calls
SIGTRAN,không tính Ethernet overhead
Dùng SIGTRAN, tính cả Ethernet overhead
Băng thông yêu cầu trung 10,7Mbps – 13.0Mbps 13.5Mbps – 16.4Mbps
MSS 600k HLR MGW 600k H.248+BSSAP+RANAP+ISUP+MAP+CAP IP (Mc-interface) BSC RNC Iu-cs (ATM): RANAP A-if (TDM) BSSAP PSTN ISUP TDM MAP TDM Nb Nc
bình
Băng thông yêu cầu cho báo hiệu CAP phụ thuộc vào loại dịch vụ IN, cách thực hiện và việc sử dụng nhũng dịch vụ đó trong mạng. Một khi tính được chiều dài các bản tin CAP (X+60 hay X+98) dùng SIGTRAN, cùng cách tính các kết nối TDM CAP có thể được sử dụng để dự đoán băng thông IP cần thiết.
Nếu thêm các bản tin CAP và làm tối đa hóa lượng bản tin cần thiết, thì băng thông IP tối đa có thể lên đến 20Mbit/s.
Ericsson MSS (600k) có ba cặp LAN switches (SLI) dùng cho SIGTRAN, mỗi switch có dung lượng lên đến 100Mbit/s, đảm bao cung cấp đủ cho báo hiệu báo hiệu trong MSS.
3.2.1.3 Tính toán phần cứng cho báo hiệu (Hardware Signaling Dimensioning) 3.2.1.3.1 Đối với MSC-S
Phần cứng của MSC-S sẽ phải được tính toán làm sao để tải báo hiệu trên các card SLI không vuợt quá giới hạn của giới hạn của card. Vì card SLI (GARP board) chứa những nhân tố (factor) giới hạn cho dung lượng báo hiệu của cả node, do đó lưu lượng báo hiệu tối đa được ước tính dựa trên chiều dài trung bình của của bản tinh báo hiệu (Message Signal Unit – MSU) mà sẽ được xử lý bởi các card SLI, như được thể hiện ở các bảng dưới đây:
Chiều dài bản tin M3UA (bytes) (M3UA
MSU Length )
Băng thông tối đa cần thiết cho báo hiệu qua IP (Mbit/sec)
Băng thông báo hiệu IP khi card SLI có tải 80%
(Mbits/sec)*
60 (<90) 13 10.4
120 (90-149) 15.1 12
180 (>=150) 17.3 13.8
Hình 3-9 Băng thông sẵn có cho cạc SLI (Bandwidth Available for SLI Boards)
Như vậy trong trường hợp xấu nhất cần đến băng thông tối đa dành cho báo hiệu dùng IP như đã tính ở trên là 20 Mbits/s thì chỉ với một cặp SLI board là đủ xử lý. Theo thống kê từ VNM, với Traffic Profile mà VNM đưa ra, chiều dài trung bình của bản tin báo hiệu (MSU) không quá 87 bytes, điều này có nghĩa là với một cặp
SLI, trong điều kiện tải trên SLI là 80%, vẫn có thể đáp ứng được băng thông cần thiết cho báo hiệu (Băng thông cần thiết cho báo hiệu tối đa là 20 Mbits/s như đã tính toán ở trên).
Bảng thống kê dưới đây được cung cấp từ Vietnamobile sau hơn một năm sử dụng và vận hành các thiết bị core của Ericsson.
Node Signaling Bearer & Link Speed Maximum Signaling Volume (bytes/s) Signaling
End Point Protocol
Total # of MSUs (inc + out) (MSUs/sec)
MSC-S IP, 100 Mpbs
439617 M-MGw GCP,IPBCP 4023 153419 MSC-S BICC, IBP, MAP 1867 516247 BSC BSSAP 10174 142715 HLR MAP 881 68152 SMS-C MAP 560 270 VMS BICC 2 55609 FNR/STP MAP 330 9971 HLR MAP 99 15042 PRBT BICC 103 136398 SCP CAP 1829 Total Mbit/s 12.3
Hình 3-10 Tải báo hiệu ước tính trên từng interface của MSC-S
Các SLI board thường được cấu hình thành từng cặp (một board active và một board standby). Do đó ta sẽ dùng 4 board SLI bao gồm SLI0, SLI1, SLI2, SLI3 trong đó SLI0 và SLI2 sẽ là những board active và SLI1 và SLI3 sẽ làm stand-by
3.2.1.3.2 Đối với MGW
Cạc xử lý báo hiệu trên MGW là card GPB, giống như SLI trên MSC-S, trên mỗi cạc GPB có một cổng fast Ethernet tốc độ 100 Mbits/s dành cho giao diện IP. Tuy nhiên giao diện này có thể được cấu hình để dùng trên cạc ET-MFG, trên mỗi cạc này có hai cổng Gbits Ethernet tốc độ 1000Mbits/s, có thể dùng được cho cả traffic và Signaling.
Chiều dài bản tin M3UA (bytes) (M3UA
MSU Length )
Băng thông tối đa cần thiết cho báo hiệu qua IP (Mbit/sec)
Băng thông báo hiệu IP khi card SLI có tải 80%
(Mbits/sec)*
60 (<90) 13 10.4
120 (90-149) 15.1 12
180 (>=150) 17.3 13.8
Hình 3-11 Năng lực xử lý báo hiệu của cạc GPB
Từ bảng này ta thấy chỉ cần hai cạc GPB là đủ dùng cho báo hiệu giữa MGW và các node khác. (vì như đã tính toán, tối đa báo hiệu trên giao diện Mc chỉ có 20Mbits.) Các GPB này cũng được cấu hình thành từng cặp giống như cạc SLI. Mỗi cặp gồm một card active và một card standby đề phòng khi có lỗi xảy ra. Trên MGW, các GPB 6, 7, 8, 9 sẽ được dùng làm cạc báo hiệu, trong đó cạc 6 và 8 sẽ làm active, cạc 7 và 9 làm standby.
Có hai cách để cấu hình cho cạc GPB dùng cho báo hiệu
- Dùng cổng fast Ethernet trên cạc GPB, như hình vẽ dưới đây
Hình 3-12 Dùng cổng Fast Ethernet trên card GPB
Hình 3-13Dùng cổng Gigabit Ethernet trên cạc ET-MFG
Ở đây chúng ta sẽ cùng cách cấu hình thứ hai đó là cấu hình để giao diện IP của card GPB là một port nằm trên cạc ET-MFG. Cách cấu hình này sẽ giúp chúng ta giảm các kết nối, dây cáp, đồng thời tận dụng được tính năng đánh dấu VLAN trên cạc ET-MFG.
3.2.2 Đối với báo hiệu qua TDM
Trong mạng Vietnamobile hiện tại, hầu hết các thiết bị đã nối vào mạng IP, chỉ còn thiết bị BSC vẫn chưa hỗ trợ kết nối vào IP mà vẫn đang dùng công nghệ TDM truyền thống, do đó để BSC có thể kết nối báo hiệu tới BSC, nó phải kết nối thông qua MGW, có thể dùng đường E1 trực tiếp từ BSC đấu vào MGW thông qua cạc ET-MC1 hoặc cấu hình báo hiệu trên một E1 trong một STM-1 đấu từ BSC tới MGW thông qua cạc ET-C41.
Theo thống kê của các nhà mạng (operator):
- BSSAP truyền bởi C7 cần băng thông trung bình từ 9000bits đến 16000 bits trong giờ bận, cho một thuê bao phụ thuộc vào traffic profile của mỗi thuê bao ( BH, SMS, LU, HO…) và việc xác thực thuê bao (authentication), kiểm tra IMEI, cũng như mã hóa.
Do đó đối với 600K thuê bao, thì lưu lượng báo hiệu tối đa trong giờ bận sẽ là 600k sub. * 12 000 bit/sub/BH /3600 s/ 1000 000= 2.7 Mbits/s