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移动核心网络技术发展探讨

发布时间:2020-01-14 13:34:25阅读:来源:锐码试验机

赵慧玲 吴广颖 梅承力 中国电信研究院

【摘要】本文论述了移动核心网的发展趋势,指出移动TDM电路交换退出历史舞台,移动分组域将对网络发展起重要作用,IMS是核心网发展目标。

【关键词】移动核心网、IMS、EPC

移动核心网络的发展目标将是基于IMS技术的网络。IP化和融合化成为移动核心网发展的主要特征。基于IP化的核心网网络结构,不仅可以显著降低网络成本,实现简单而高效的网络运营,并能快速部署新型业务。LTE引入后分组域也将在网络演进中起重要作用。随着运营商全业务经营的逐步开展,可控制的IP多媒体业务越来越引人关注。

1. 移动TDM电路交换退出历史舞台

由于传统的移动TDM交换机面临容量小、节点数量多、部分设备老化、运维成本增加,并且部分厂家不再提供设备维保等问题,全球运营商普遍启动了核心网的IP化战略。

在长途和省级层面移动交换机加速退网,实现固定、移动网的融合,退网后以移动软交换为主进行网络演进。同时,运营商根据业务需求驱动,引入IMS系统,提供多媒体业务,形成软交换与IMS并存的网络结构。这种思路的主要特点是固定、移动软交换技术成熟,全球已经进行了大规模的部署,运营商可以快速实施网络的IP化演进。

2.宽带分组域将在网络演进中扮演重要角色

LTE引入后,宽带分组域无论在移动互联网的业务支撑还是在IP承载网络的演进方面都将起到重要作用。分组域将主要完成IP承载控制的功能和IP传送功能。

LTE R8版本中20MHz频谱带宽无线侧下行速度高达100Mbps,后期可演进到1Gbps,为适应无线侧的速度增长,对核心网构架进行进一步的演进就成为3GPP组织研究的一个重点课题,这就是我们今天常常谈到的“系统构架演进”即SAE项目的重要内容,也是更名后我们通常把它称为“演进的分组核心网”即EPC。设备商与运营商齐心协力经过5年多的努力基本完成了LTE/EPC的标准工作。

设备商在这个领域的投入不断加大,芯片厂也积极跟进。业界LTE/EPC设备的IOT测试在MSF论坛推动下于2009年3月开始;

EPS是未来移动网络演进的方向,主要特征包括:全面分组化,提供真正意义上的纯分组接入;支持多接入技术,除支持现有3GPP系统接入外,同时支持非3GPP网络(如CDMA、WLAN)的接入,并支持在3GPP网络和非3GPP网络之间的漫游和切换;支持端到端的QoS保证,增加了对实时业务的支持,通过简化网络架构和信令流程,降低业务连接的时延小于200ms;网络层次扁平化,在用户面进行节点压缩,取消了RNC,核心网用户面节点在非漫游时可合并为一个。

EPS的这些特征不仅满足了下一代移动网的需求,也为网络融合提供一个新的平台,受到业界广泛关注。

EPS标准从2004年启动R8版本,该版本制定了EPS的主要功能,目前已冻结。R9版本针对一些增强功能进行研究,功能也基本冻结,3GPP目前正在制定R10版本的需求和功能。

EPS系统包括无线网接入网(可以是LTE、CDMA、WLAN等)和核心网EPC。其中EPC核心网的架构如图一所示下:

图一:EPC架构

该架构中,EPC系统同时支持3GPP接入(如LTE)、信任的非3GPP网络接入(如CDMA)和非信任非3GPP IP网络接入(如WLAN等)。其中PDN GW作为接入的核心设备,不同接入网络的接入网关(LTE无线网对应SGW,CDMA无线网对应HSGW,WLAN无线网对应ePDG)分别接入PGW实现异质网络的接入。HSS作为EPC网络鉴权认证的核心,除支持LTE网络认证外,对于CDMA和WLAN的网络认证,则先通过3GPP AAA服务器统一处理后,也在HSS实现最终的接入认证和鉴权。

EPC作为IMS网络和业务的接入承载网络,通过PDN GW实现与IMS业务互通。为了增强用户的计费策略和实现端到端的QoS,EPC系统支持PCC架构。通过PCC的控制,EPC网络可为用户或业务配置相应的QoS资源和执行相应的计费策略。

在LTE接入场景下,EPC的核心网元包括MME、SGW、PGW和HSS。

EPC网络的主要特征包括:

(1)QoS机制进一步完善,能够支持端到端的QoS保证。EPC系统因为引入了PCC架构,计费和QoS策略管理得到进一步的加强,更加灵活;

(2)全面IP化,提供真正意义上的纯分组接入,将不再提供电路域业务,实现全IP的核心网。

(3)支持多接入技术,既支持和现有3GPP系统的互通,同时也能支持非3GPP网络(eg. WLAN、WiMAX)的接入,并支持用户在3GPP网络和非3GPP网络之间的漫游和切换。

(4)增加对实时业务的支持。简化网络架构,简化用户业务连接建立信令流程,降低业务连接的时延,连接建立的时间要求小于200ms。

(5)网络层次扁平化。用户面节点尽量压缩,接入网取消RNC,核心网用户面节点在非漫游时合并为一个。

EPC的目标与LTE是一致的:一是性能提高,减少时延,提供更高的用户数据速率,提高系统容量和覆盖率,减少运营成本;二是可以实现一个基于IP网络的现有或者新的接入技术的移动性的灵活配置和实施;三是优化IP传输网络。但是不同于LTE,EPC更多地是从系统整体角度考虑未来移动通信的发展趋势和特征,从网络架构方面确定将来移动通信的发展方向:在无线侧呈现出多样化、同质化的特征,在网络侧控制面与用户面的分离以及用户面的扁平化,满足未来发展趋势的网络架构将使运营商在未来更有竞争力,用户不断变化的业务需求也将得到较好的满足。

IP技术逐渐成为了移动通信网络的主角,全网IP化已经成为一种趋势,为了实现并优化IP业务,需要对现有的移动核心网进行必要的改进和优化,逐步过渡到全IP的核心网,EPC标准的目标就是取消电路域,电路域业务在分组域(PS)实现,这就意味着支持E-UTRAN的是一个全IP的核心网。

EPC网络实现了核心网的融合,支持各种3GPP接入方式和non-3GPP网络的共接入,并支持多模终端用户的无缝移动性。运营商全业务运营的发展趋势,使得运营商开始面对运营多种制式网络。支持多种网络共接入的EPC网络,实现核心网的融合,使得网络结构更加简单,降低了网络运营成本。同时EPC网络支持各种接入方式之间的无缝移动性,提高LTE用户在LTE部署初期局部覆盖时的使用感受。

EPC网络控制面与用户面的分离以及用户面的扁平化的趋势,也是应对网络流量激增的必然选择。单用户的数据流量和高速接入用户数的双边增长,使用户面吞吐能力逐渐成为移动分组网络设备的主要瓶颈,同时也导致分组核心网的投资飞速增长。对分组核心网进行控制面与用户面分离,使得分组核心网只对网关节点提供用户面处理,不仅大大节省了其他网络节点如SGSN/MME的用户面投资以及承载网的投资的快速增长,同时优化了用户面的性能。

宽带分组域各网元的引入将对IP承载网络的架构有一定的影响,根据业务流量的不同,网络配置也会发生相应的变化。应结合网络现状和IMS业务网络的能力配置,认真研究EPC的演进策略。

S是未来融合网的业务控制层

国际标准化组织早就将IMS定义为未来的核心控制架构,包括3GPP、TISPAN、3GPP2、ITU-T等。国际各大主流运营商的业务重点,正在或已经从语音业务向融合业务和多媒体业务转移,视频能力更是各运营商战略发展的重点。在中国,随着3G牌照的发放,视频通信等多媒体业务的需求也豁然显现。此外,全业务运营使得融合业务成为运营商赢得竞争的关键。IMS具有开放式标准架构、支持固网/移动统一的接入网络控制架构、灵活的业务提供和业务触发能力、以及对多媒体业务的管控能力和运营能力等特点,是运营商提供会话型多媒体业务和网络融合的主流技术。

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