移動核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展探討

　　趙慧玲 吳廣穎 梅承力 中國電信研究院

　　【摘要】本文論述了移動核心網(wǎng)的發(fā)展趨勢，指出移動TDM電路交換退出歷史舞臺，移動分組域?qū)�對網(wǎng)絡(luò)發(fā)展起重要作用，IMS是核心網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)。

　　【關(guān)鍵詞】移動核心網(wǎng)、IMS、EPC

　　移動核心網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展目標(biāo)將是基于IMS技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。IP化和融合化成為移動核心網(wǎng)發(fā)展的主要特征�；�于IP化的核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不僅可以顯著降低網(wǎng)絡(luò)成本，實現(xiàn)簡單而高效的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營，并能快速部署新型業(yè)務(wù)。LTE引入后分組域也將在網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中起重要作用。隨著運(yùn)營商全業(yè)務(wù)經(jīng)營的逐步開展，可控制的IP多媒體業(yè)務(wù)越來越引人關(guān)注。

　　1. 移動TDM電路交換退出歷史舞臺

　　由于傳統(tǒng)的移動TDM交換機(jī)面臨容量小、節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、部分設(shè)備老化、運(yùn)維成本增加，并且部分廠家不再提供設(shè)備維保等問題，全球運(yùn)營商普遍啟動了核心網(wǎng)的IP化戰(zhàn)略。

　　在長途和省級層面移動交換機(jī)加速退網(wǎng)，實現(xiàn)固定、移動網(wǎng)的融合，退網(wǎng)后以移動軟交換為主進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。同時，運(yùn)營商根據(jù)業(yè)務(wù)需求驅(qū)動，引入IMS系統(tǒng)，提供多媒體業(yè)務(wù)，形成軟交換與IMS并存的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種思路的主要特點(diǎn)是固定、移動軟交換技術(shù)成熟，全球已經(jīng)進(jìn)行了大規(guī)模的部署，運(yùn)營商可以快速實施網(wǎng)絡(luò)的IP化演進(jìn)。

　　2.寬帶分組域?qū)⒃诰W(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中扮演重要角色

　　LTE引入后，寬帶分組域無論在移動互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)支撐還是在IP承載網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)方面都將起到重要作用。分組域?qū)⒅饕�完成IP承載控制的功能和IP傳送功能。

　　LTE R8版本中20MHz頻譜帶寬無線側(cè)下行速度高達(dá)100Mbps，后期可演進(jìn)到1Gbps，為適應(yīng)無線側(cè)的速度增長，對核心網(wǎng)構(gòu)架進(jìn)行進(jìn)一步的演進(jìn)就成為3GPP組織研究的一個重點(diǎn)課題，這就是我們今天常常談到的“系統(tǒng)構(gòu)架演進(jìn)”即SAE項目的重要內(nèi)容，也是更名后我們通常把它稱為“演進(jìn)的分組核心網(wǎng)”即EPC。設(shè)備商與運(yùn)營商齊心協(xié)力經(jīng)過5年多的努力基本完成了LTE/EPC的標(biāo)準(zhǔn)工作。

　　設(shè)備商在這個領(lǐng)域的投入不斷加大，芯片廠也積極跟進(jìn)。業(yè)界LTE/EPC設(shè)備的IOT測試在MSF論壇推動下于2009年3月開始；

　　EPS是未來移動網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的方向，主要特征包括：全面分組化，提供真正意義上的純分組接入；支持多接入技術(shù)，除支持現(xiàn)有3GPP系統(tǒng)接入外，同時支持非3GPP網(wǎng)絡(luò)(如CDMA、WLAN)的接入，并支持在3GPP網(wǎng)絡(luò)和非3GPP網(wǎng)絡(luò)之間的漫游和切換；支持端到端的QoS保證，增加了對實時業(yè)務(wù)的支持，通過簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和信令流程，降低業(yè)務(wù)連接的時延小于200ms；網(wǎng)絡(luò)層次扁平化，在用戶面進(jìn)行節(jié)點(diǎn)壓縮，取消了RNC，核心網(wǎng)用戶面節(jié)點(diǎn)在非漫游時可合并為一個。

　　EPS的這些特征不僅滿足了下一代移動網(wǎng)的需求，也為網(wǎng)絡(luò)融合提供一個新的平臺，受到業(yè)界廣泛關(guān)注。

　　EPS標(biāo)準(zhǔn)從2004年啟動R8版本，該版本制定了EPS的主要功能，目前已凍結(jié)。R9版本針對一些增強(qiáng)功能進(jìn)行研究，功能也基本凍結(jié)，3GPP目前正在制定R10版本的需求和功能。

　　EPS系統(tǒng)包括無線網(wǎng)接入網(wǎng)(可以是LTE、CDMA、WLAN等)和核心網(wǎng)EPC。其中EPC核心網(wǎng)的架構(gòu)如圖一所示下：

　　圖一：EPC架構(gòu)

　　該架構(gòu)中，EPC系統(tǒng)同時支持3GPP接入(如LTE)、信任的非3GPP網(wǎng)絡(luò)接入(如CDMA)和非信任非3GPP IP網(wǎng)絡(luò)接入(如WLAN等)。其中PDN GW作為接入的核心設(shè)備，不同接入網(wǎng)絡(luò)的接入網(wǎng)關(guān)(LTE無線網(wǎng)對應(yīng)SGW，CDMA無線網(wǎng)對應(yīng)HSGW，WLAN無線網(wǎng)對應(yīng)ePDG)分別接入PGW實現(xiàn)異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的接入。HSS作為EPC網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)認(rèn)證的核心，除支持LTE網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證外，對于CDMA和WLAN的網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證，則先通過3GPP AAA服務(wù)器統(tǒng)一處理后，也在HSS實現(xiàn)最終的接入認(rèn)證和鑒權(quán)。

　　EPC作為IMS網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的接入承載網(wǎng)絡(luò)，通過PDN GW實現(xiàn)與IMS業(yè)務(wù)互通。為了增強(qiáng)用戶的計費(fèi)策略和實現(xiàn)端到端的QoS，EPC系統(tǒng)支持PCC架構(gòu)。通過PCC的控制，EPC網(wǎng)絡(luò)可為用戶或業(yè)務(wù)配置相應(yīng)的QoS資源和執(zhí)行相應(yīng)的計費(fèi)策略。

　　在LTE接入場景下，EPC的核心網(wǎng)元包括MME、SGW、PGW和HSS。

　　EPC網(wǎng)絡(luò)的主要特征包括：

　　(1)QoS機(jī)制進(jìn)一步完善，能夠支持端到端的QoS保證。EPC系統(tǒng)因為引入了PCC架構(gòu)，計費(fèi)和QoS策略管理得到進(jìn)一步的加強(qiáng)，更加靈活；

　　(2)全面IP化，提供真正意義上的純分組接入，將不再提供電路域業(yè)務(wù)，實現(xiàn)全I(xiàn)P的核心網(wǎng)。

　　(3)支持多接入技術(shù)，既支持和現(xiàn)有3GPP系統(tǒng)的互通，同時也能支持非3GPP網(wǎng)絡(luò)(eg. WLAN、WiMAX)的接入，并支持用戶在3GPP網(wǎng)絡(luò)和非3GPP網(wǎng)絡(luò)之間的漫游和切換。

　　(4)增加對實時業(yè)務(wù)的支持。簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，簡化用戶業(yè)務(wù)連接建立信令流程，降低業(yè)務(wù)連接的時延，連接建立的時間要求小于200ms。

　　(5)網(wǎng)絡(luò)層次扁平化。用戶面節(jié)點(diǎn)盡量壓縮，接入網(wǎng)取消RNC，核心網(wǎng)用戶面節(jié)點(diǎn)在非漫游時合并為一個。

　　EPC的目標(biāo)與LTE是一致的：一是性能提高，減少時延，提供更高的用戶數(shù)據(jù)速率，提高系統(tǒng)容量和覆蓋率，減少運(yùn)營成本；二是可以實現(xiàn)一個基于IP網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有或者新的接入技術(shù)的移動性的靈活配置和實施；三是優(yōu)化IP傳輸網(wǎng)絡(luò)。但是不同于LTE，EPC更多地是從系統(tǒng)整體角度考慮未來移動通信的發(fā)展趨勢和特征，從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面確定將來移動通信的發(fā)展方向：在無線側(cè)呈現(xiàn)出多樣化、同質(zhì)化的特征，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制面與用戶面的分離以及用戶面的扁平化，滿足未來發(fā)展趨勢的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將使運(yùn)營商在未來更有競爭力，用戶不斷變化的業(yè)務(wù)需求也將得到較好的滿足。

　　IP技術(shù)逐漸成為了移動通信網(wǎng)絡(luò)的主角，全網(wǎng)IP化已經(jīng)成為一種趨勢，為了實現(xiàn)并優(yōu)化IP業(yè)務(wù)，需要對現(xiàn)有的移動核心網(wǎng)進(jìn)行必要的改進(jìn)和優(yōu)化，逐步過渡到全I(xiàn)P的核心網(wǎng)，EPC標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)就是取消電路域，電路域業(yè)務(wù)在分組域(PS)實現(xiàn)，這就意味著支持E-UTRAN的是一個全I(xiàn)P的核心網(wǎng)。

　　EPC網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了核心網(wǎng)的融合，支持各種3GPP接入方式和non-3GPP網(wǎng)絡(luò)的共接入，并支持多模終端用戶的無縫移動性。運(yùn)營商全業(yè)務(wù)運(yùn)營的發(fā)展趨勢，使得運(yùn)營商開始面對運(yùn)營多種制式網(wǎng)絡(luò)。支持多種網(wǎng)絡(luò)共接入的EPC網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)核心網(wǎng)的融合，使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加簡單，降低了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本。同時EPC網(wǎng)絡(luò)支持各種接入方式之間的無縫移動性，提高LTE用戶在LTE部署初期局部覆蓋時的使用感受。

　　EPC網(wǎng)絡(luò)控制面與用戶面的分離以及用戶面的扁平化的趨勢，也是應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)流量激增的必然選擇。單用戶的數(shù)據(jù)流量和高速接入用戶數(shù)的雙邊增長，使用戶面吞吐能力逐漸成為移動分組網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的主要瓶頸，同時也導(dǎo)致分組核心網(wǎng)的投資飛速增長。對分組核心網(wǎng)進(jìn)行控制面與用戶面分離，使得分組核心網(wǎng)只對網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)提供用戶面處理，不僅大大節(jié)省了其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)如SGSN/MME的用戶面投資以及承載網(wǎng)的投資的快速增長，同時優(yōu)化了用戶面的性能。

　　寬帶分組域各網(wǎng)元的引入將對IP承載網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)有一定的影響，根據(jù)業(yè)務(wù)流量的不同，網(wǎng)絡(luò)配置也會發(fā)生相應(yīng)的變化。應(yīng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和IMS業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的能力配置，認(rèn)真研究EPC的演進(jìn)策略。

　　3.IMS是未來融合網(wǎng)的業(yè)務(wù)控制層

　　國際標(biāo)準(zhǔn)化組織早就將IMS定義為未來的核心控制架構(gòu)，包括3GPP、TISPAN、3GPP2、ITU-T等。國際各大主流運(yùn)營商的業(yè)務(wù)重點(diǎn)，正在或已經(jīng)從語音業(yè)務(wù)向融合業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移，視頻能力更是各運(yùn)營商戰(zhàn)略發(fā)展的重點(diǎn)。在中國，隨著3G牌照的發(fā)放，視頻通信等多媒體業(yè)務(wù)的需求也豁然顯現(xiàn)。此外，全業(yè)務(wù)運(yùn)營使得融合業(yè)務(wù)成為運(yùn)營商贏得競爭的關(guān)鍵。IMS具有開放式標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)、支持固網(wǎng)/移動統(tǒng)一的接入網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)、靈活的業(yè)務(wù)提供和業(yè)務(wù)觸發(fā)能力、以及對多媒體業(yè)務(wù)的管控能力和運(yùn)營能力等特點(diǎn)，是運(yùn)營商提供會話型多媒體業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)融合的主流技術(shù)。