徐 峰,嚴(yán)學(xué)強(qiáng)
(上海貝爾股份有限公司 上海 201206)
移動(dòng)通信最初的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)只為語音業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì),這一時(shí)期,運(yùn)營商70%的創(chuàng)收都源于語音服務(wù)。隨著通信技術(shù)的不斷更新和社會(huì)的不斷進(jìn)步,傳統(tǒng)簡單的語音業(yè)務(wù)已遠(yuǎn)不能滿足人們的需求。特別是近幾年,互聯(lián)網(wǎng)在全世界范圍內(nèi)迅速普及,各類新業(yè)務(wù)和新應(yīng)用不斷涌現(xiàn),從而迫使運(yùn)營商由原來的只提供語音業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向語音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并行發(fā)展。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的高速發(fā)展給移動(dòng)通信行業(yè)帶來了新的產(chǎn)業(yè)模式。然而,業(yè)務(wù)流量的激增也促發(fā)了新的問題:互聯(lián)網(wǎng)P2P技術(shù)的運(yùn)營模式以及物聯(lián)網(wǎng)所引發(fā)的商業(yè)鏈等因素的沖擊對網(wǎng)絡(luò)的承載能力提出了更高的要求。流經(jīng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量突飛猛漲,從而加大了設(shè)備投資與維護(hù),利潤上升空間平緩,這將導(dǎo)致每比特?cái)?shù)據(jù)流所創(chuàng)造的價(jià)值呈現(xiàn)負(fù)增長,增量不增收的局面使運(yùn)營商淪為管道提供商的危機(jī)進(jìn)一步加大。事實(shí)上,如何最大化地從單位比特?cái)?shù)據(jù)流中獲取最大利潤是運(yùn)營商最關(guān)心的,也是急待解決的問題。
為有效解決創(chuàng)收與成本之間的矛盾,移動(dòng)運(yùn)營商紛紛著手轉(zhuǎn)型,嘗試推出全業(yè)務(wù)運(yùn)營,開辟有效的增收渠道。從技術(shù)層面看,移動(dòng)運(yùn)營商不僅要在無線接口與無線傳輸上有所突破,扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)也是克服此矛盾的有效手段之一。鑒于此,本文簡要回顧了3GPP、3GPP2和WiMAX標(biāo)準(zhǔn)組織下的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)及其發(fā)展現(xiàn)狀,著重探討3GPP的LIPA/SIPTO架構(gòu)和阿爾卡特朗訊的基于BSR網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
扁平架構(gòu)的最主要目的是構(gòu)建一個(gè)低時(shí)延和低成本的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),與此同時(shí),利用更少的設(shè)備,實(shí)現(xiàn)端到端QoS保障和穩(wěn)定的移動(dòng)性支持。在扁平化架構(gòu)設(shè)計(jì)上,既要考慮現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的投資回報(bào)又要考慮彼此間的相互兼容。
3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織致力于制定第三代移動(dòng)通信及其未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范和技術(shù)報(bào)告。鑒于篇幅所限,本小節(jié)主要講述增強(qiáng)型3G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與EPS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
(1)增強(qiáng)型 3G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu):Direct Tunnel(DT)
DT是一項(xiàng)增強(qiáng)的3G網(wǎng)絡(luò)功能技術(shù),它的目的是制定出一個(gè)適合于HSPA無線技術(shù)的低時(shí)延架構(gòu)。通過采用更加優(yōu)化的傳輸路線,DT傳輸使用戶數(shù)據(jù)流量能夠繞過SGSN節(jié)點(diǎn),更甚者RNC與SGSN節(jié)點(diǎn)被同時(shí)繞過,使所需的數(shù)據(jù)鏈路數(shù)量進(jìn)一步減少,從而提高傳輸效率,還可降低運(yùn)維成本。TR 25.999[1]提出了3種可行的備選方案,具體介紹如下。
·保留RNC的DT架構(gòu):用戶面的流量途經(jīng)SRNC節(jié)點(diǎn)并繞過SGSN節(jié)點(diǎn)直接到GGSN節(jié)點(diǎn),而控制面則仍需經(jīng)由SGSN節(jié)點(diǎn)完成。這種模式對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的破壞性最小,與當(dāng)前的技術(shù)最兼容,但它仍沒有徹底去除RNC節(jié)點(diǎn)。
·保留RNC控制面的DT架構(gòu):RNC的控制面功能繼續(xù)保留下來,可以獨(dú)立于用戶面單獨(dú)進(jìn)行升級。用戶面可繞過RNC節(jié)點(diǎn),有兩種實(shí)現(xiàn)途徑:一種是基站節(jié)點(diǎn)通過SGSN和GGSN建立IP通路;另一種是基站節(jié)點(diǎn)直接與GGSN建立IP通路,這種方式效率較高。
·取消RNC節(jié)點(diǎn)的DT架構(gòu):RNC功能完全集成到基
站節(jié)點(diǎn),基站節(jié)點(diǎn)與核心網(wǎng)中的GGSN有直接的用戶面連接,SGSN節(jié)點(diǎn)用于控制面繼續(xù)保留?;竟?jié)點(diǎn)之間可實(shí)現(xiàn)互通。事實(shí)上,這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比前面兩種模式更接近3GPPR8版本中的EPS架構(gòu)。
(2)EPS 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
迫于WiMAX等移動(dòng)通信技術(shù)的競爭壓力,并繼續(xù)保證3GPP系統(tǒng)在移動(dòng)通信領(lǐng)域的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的競爭優(yōu)勢,3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織于2004年啟動(dòng)了長期演進(jìn)(LTE)和系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)(SAE)兩大計(jì)劃的標(biāo)準(zhǔn)工作。
LTE(即 EUTRAN)與 SAE(即 EPC)組成演進(jìn)的分組網(wǎng)絡(luò),整個(gè)系統(tǒng)命名為EPS。EPS實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)通信領(lǐng)域在3G之后的一次階段性革命,通過引入一些全新的技術(shù)思路和設(shè)計(jì)理念,大大提升了移動(dòng)通信系統(tǒng)的通信能力。相比2G/3G網(wǎng)絡(luò),EPS是進(jìn)一步扁平化的架構(gòu),它將Node B節(jié)點(diǎn)與RNC節(jié)點(diǎn)融合為單一的eNode B節(jié)點(diǎn),完全取消了CS域,同時(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)了IMS域?qū)φ麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)控制能力,提供一個(gè)全I(xiàn)P化的分組核心網(wǎng),可支持3GPP的UTRAN、GERAN的接入和非 3GPP的 WLAN、WiMAX、cdma2000的接入[2,3]。
3GPP2組織成立于1999年1月,也是一個(gè)致力于第三代及其未來通信系統(tǒng)規(guī)范制定的協(xié)作組織。目前,3GPP2主要負(fù)責(zé)cdma2000標(biāo)準(zhǔn)化工作及演進(jìn)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)制定。
對比3GPP2的2/3G架構(gòu),UMB網(wǎng)絡(luò)不再需要BSC集中控制實(shí)體。eBS將傳統(tǒng)BS和BSC的功能以及PDSN的某些功能融于一身,使網(wǎng)絡(luò)部署更為簡單,AGW為用戶提供了與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的IP連接點(diǎn)。UMB系統(tǒng)利用高度創(chuàng)新的扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),簡化了網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì),從而易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。
由于種種原因,3GPP2沒有按照預(yù)訂的UMB方案演進(jìn),而UMB也已成為歷史,但是它的設(shè)計(jì)理念卻是反映未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢的典型代表之一。目前,全球主流CDMA電信運(yùn)營商都確定未來向LTE網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的方向邁進(jìn)。當(dāng)無線側(cè)部署LTE之后,核心網(wǎng)必然會(huì)部署EPC,現(xiàn)有CDMA接入網(wǎng)也會(huì)逐步演進(jìn)并接入到EPC核心網(wǎng)當(dāng)中?,F(xiàn)階段,3GPP2網(wǎng)絡(luò)與EPS網(wǎng)絡(luò)之間的良好互通是實(shí)現(xiàn)CDMA網(wǎng)絡(luò)成功演進(jìn)到EPS網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。
WiMAX技術(shù)是以IEEE 802.16-2004和IEEE 802.16e-2005系列標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的寬帶無線接入技術(shù),具有性能強(qiáng)、效率高和成本低等特點(diǎn)。WiMAX作為一種面向最后一公里接入的標(biāo)準(zhǔn),具有重要的現(xiàn)實(shí)意義與戰(zhàn)略價(jià)值。WiMAX標(biāo)準(zhǔn)雖然制定時(shí)間不長,但是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展非常迅速。2007年10月19日,國際電信聯(lián)盟(ITU)正式批準(zhǔn)了無線寬帶技術(shù)WiMAX成為3G標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)志著WiMAX也正式成為IMT-2000家族的一名成員,與 WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA并列,成為ITU的全球3G標(biāo)準(zhǔn)。與3GPP和3GPP2組織的3G系統(tǒng)相比,WiMAX架構(gòu)的簡潔性部分因素是由于WiMAX是更新的技術(shù),在開發(fā)過程中吸取了3G的很多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),不存在任何反向兼容問題或者遺留包袱。WiMAX網(wǎng)絡(luò)的快速部署和良好的特性對3GPP來說是極大的挑戰(zhàn)。從某種意義上說,WiMAX在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)扁平化過程中擔(dān)當(dāng)助推力的角色。
WiMAX承載鏈路中主要包含基站和ASN-GW,兩者一起構(gòu)成ASN架構(gòu)?;就ǔ儆谖锢碓O(shè)備,完成物理層與MAC功能。ASN-GW往往是一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備,作為執(zhí)行點(diǎn)和決策點(diǎn),它既可支持承載面又可支持控制面功能,負(fù)責(zé)提供與外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的IP連接??刂乒δ苤饕苿?dòng)性管理、計(jì)費(fèi)和認(rèn)證,可能還包括RRM;承載功能主要包含用戶面轉(zhuǎn)發(fā)、策略執(zhí)行和信息包檢測等方面。
WiMAX論壇網(wǎng)絡(luò)工作組提供了3種ASN模式,如圖 1所示[4],參照RRM的處理方式來定義。
·模式A:RRM由基站和ASN-GW分?jǐn)偅?/p>
·模式B:ASN集成到基站中;
·模式C:RRM集成到基站中,ASN-GW單獨(dú)設(shè)置。
模式C是一種包含獨(dú)立基站和ASN-GW節(jié)點(diǎn)的分布式架構(gòu),是目前最受歡迎的一種備選方案。在這種模式中,由于RRM功能融入基站節(jié)點(diǎn),ASN-GW產(chǎn)品的市場對非無線設(shè)備供應(yīng)商敞開了,尤其是IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商。這種開放性可以促進(jìn)供應(yīng)商之間的創(chuàng)新和良性競爭,與當(dāng)前的3G網(wǎng)絡(luò)形成鮮明對比。目前,3G網(wǎng)絡(luò)中由于基站和無線控制器密切集成,彼此關(guān)聯(lián)度很高,因此運(yùn)營商不得不從一家供應(yīng)商那里購買RAN設(shè)備。
雖然WiMAX論壇認(rèn)為不值得為了細(xì)化RRM而增加復(fù)雜性,但仍有多家大型供應(yīng)商基于性能優(yōu)勢而支持模式A——這種結(jié)構(gòu)最接近3G中采用的傳統(tǒng)RNC理念。
模式B是一種高度集成的結(jié)構(gòu),它將基站和ASN-GW融為一體,是一種更分布式的架構(gòu)。針對模式B業(yè)界還處于探討過程當(dāng)中,已有研究人員建議未來WiMAX網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)朝向這一模式發(fā)展。
3種ASN模式的比較見表1。
縱觀上述三大標(biāo)準(zhǔn)組織下的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)路線,我們可以發(fā)現(xiàn)從EPS到UMB和WiMAX,所有提議的無線系統(tǒng)都是基于扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的,如圖2所示。盡管各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織存在根深蒂固的利益問題,而對于網(wǎng)絡(luò)究竟應(yīng)該是什么樣的,看法還是比較一致。從本質(zhì)上說,在用戶面,移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)正朝著一個(gè)基本上是雙節(jié)點(diǎn)的架構(gòu)轉(zhuǎn)變——基站和接入網(wǎng)關(guān)。當(dāng)前提出的扁平網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在具體的實(shí)施方法中尚存在一些差異,但大部分都很類似。
宏觀角度來看,這種相互類似的通用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(如圖3所示)主要包含基站節(jié)點(diǎn)、移動(dòng)性管理節(jié)點(diǎn)、接入網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(AGW),功能描述如下。
·基站節(jié)點(diǎn):作為接入網(wǎng)核心設(shè)備,主要負(fù)責(zé)無線資源管理、加密、頭壓縮和物理層與數(shù)據(jù)鏈路層相關(guān)功能;
·移動(dòng)管理節(jié)點(diǎn):主要負(fù)責(zé)包含會(huì)話管理和移動(dòng)性管理在內(nèi)的所有用戶面與控制面信令管理;
·AGW:作為核心網(wǎng)的主要和移動(dòng)安靠節(jié)點(diǎn),負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的匯聚、授權(quán)及策略控制等功能,并為基站節(jié)點(diǎn)與外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)建立IP連接。
長期以來,核心網(wǎng)技術(shù)和無線接入技術(shù)都捆綁在一起,即每一種無線接入技術(shù)都有各自的核心網(wǎng)技術(shù),這種閉塞的方式不利于網(wǎng)絡(luò)的長期發(fā)展。通用的架構(gòu)思想可使無線接口演進(jìn)(基站)和核心網(wǎng)演進(jìn)相分離,采取一種可以把多種無線接入融入到統(tǒng)一核心網(wǎng)中的方法,最大化地發(fā)揮各自優(yōu)勢,甚至像即插即用那么簡單。
表1 3種ASN模式比較
面對迅猛增長的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)流量,移動(dòng)運(yùn)營商面臨的壓力也越來越大。按照現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思路,用戶訪問Internet的數(shù)據(jù)包需經(jīng)過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)核心網(wǎng)網(wǎng)元,甚至兩個(gè)相距較近的終端之間的通信都需要將信息輸送到核心網(wǎng)內(nèi)部再返回到通信另一方。這種做法的好處是不必變動(dòng)太多已有網(wǎng)元和接口協(xié)議,但將耗費(fèi)大量不必要的傳輸費(fèi)用,也同樣增加了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。實(shí)際上,從運(yùn)營商角度來說,這部分流經(jīng)核心網(wǎng)和回程網(wǎng)上的信息是額外負(fù)擔(dān)。為緩解當(dāng)前不堪重負(fù)的網(wǎng)絡(luò),并有效地降低傳輸成本,3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織在Release 10中提出了本地IP訪問(LIPA)和選擇性IP流量卸載(SIPTO),根據(jù)應(yīng)用場景大致分為 3種[5]:
·LIPA:面向家庭基站子系統(tǒng)的家庭/企業(yè)本地IP網(wǎng)絡(luò)訪問;
·SIPTO:面向家庭基站子系統(tǒng)的流量卸載(如互聯(lián)網(wǎng)流量);
·SIPTO:面向宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)(針對3G與LTE網(wǎng)絡(luò))的流量卸載(如互聯(lián)網(wǎng))。
LIPA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4所示,在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思路中,終端用戶如果要訪問家庭/企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的電話、打印機(jī)、電腦等IP設(shè)備,數(shù)據(jù)需要傳送到核心網(wǎng)處再返回到本地網(wǎng)絡(luò)(圖4中實(shí)線所示)。數(shù)據(jù)需要兩次流經(jīng)回程網(wǎng),從而占用大量網(wǎng)絡(luò)資源。而LIPA的提出是使傳輸數(shù)據(jù)不必迂回至核心網(wǎng),而通過本地基站和網(wǎng)關(guān)直接到達(dá)目的地(虛線所示),從而實(shí)現(xiàn)傳輸路徑的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
SIPTO網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖5所示,IP數(shù)據(jù)的路徑從家庭基站/宏基站和本地網(wǎng)關(guān)(L-GW)直達(dá)外部Internet,無需經(jīng)過核心網(wǎng)設(shè)備(虛線所示所示)。
LIPA/SIPTO的引入不僅是業(yè)務(wù)的驅(qū)使,也是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢的體現(xiàn)。從用戶角度考慮,LIPA/SIPTO是一種網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)向扁平化方向又邁出了重要一步。由于傳輸路徑的優(yōu)化,LIPA/SIPTO可以減輕核心網(wǎng)負(fù)擔(dān),降低傳輸費(fèi)用,克服增量不增收的矛盾。同時(shí),數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)路徑的大大縮短也能降低傳輸時(shí)延,進(jìn)一步提高了用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)。然而,LIPA/SIPTO還處于研究階段,在以后大規(guī)模實(shí)現(xiàn)過程中,將面臨許多問題,下面列出幾方面問題進(jìn)行簡要探討。
(1)計(jì)費(fèi)
移動(dòng)業(yè)務(wù)IP化的趨勢下,計(jì)費(fèi)問題和網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量一直是運(yùn)營商關(guān)注的焦點(diǎn)。好的計(jì)費(fèi)策略可以為運(yùn)營商帶來更多的利潤,并能夠更好地為用戶提供網(wǎng)絡(luò)差異化服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變化需要在計(jì)費(fèi)策略的實(shí)現(xiàn)上引入新的特征。LIPA/SIPTO如果仍堅(jiān)持采用動(dòng)態(tài)策略機(jī)制,則核心網(wǎng)PCC決策節(jié)點(diǎn)(如PCRF節(jié)點(diǎn))需要與每個(gè)本地網(wǎng)關(guān)對接并進(jìn)行策略控制,并且與它們也相距甚遠(yuǎn),因而,家庭/企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的巨大數(shù)量將導(dǎo)致這部分開銷極大。目前,普遍認(rèn)可的觀點(diǎn)是對LIPA與SIPTO數(shù)據(jù)流量進(jìn)行靜態(tài)策略控制。在LIPA架構(gòu)中,由于用戶面數(shù)據(jù)流量傳輸僅僅發(fā)生在本地內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),并沒有占用核心網(wǎng)和回程網(wǎng)資源,傳統(tǒng)的按流量/時(shí)間計(jì)費(fèi)方式很可能并不合適,而采用包月手段或許更能為廣大用戶所接受。SIPTO數(shù)據(jù)流量盡管無需迂回到核心網(wǎng),但仍將占用回程網(wǎng)資源。網(wǎng)絡(luò)部署初期不必對流量進(jìn)行精細(xì)化控制,按流量/時(shí)間等粗放型控制更利于SIPTO快速應(yīng)用。當(dāng)將來網(wǎng)絡(luò)真正發(fā)展成熟并且資源非常豐富之時(shí),可以逐步將粗放型的靜態(tài)策略轉(zhuǎn)移到精細(xì)化的動(dòng)態(tài)控制機(jī)制中。
(2)本地網(wǎng)關(guān)安置
目前主流觀點(diǎn)有兩種:L-GW與基站節(jié)點(diǎn)合設(shè),L-GW與基站節(jié)點(diǎn)單獨(dú)設(shè)置。家庭網(wǎng)絡(luò)中,可以考慮將兩部分合并為一個(gè)物理實(shí)體,當(dāng)然這將增加家庭基站的成本。企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)可考慮將兩部分單獨(dú)設(shè)置從而有效保障業(yè)務(wù)連續(xù)性,一個(gè)L-GW同時(shí)支持多個(gè)基站節(jié)點(diǎn)也利于成本控制。而對于宏蜂窩網(wǎng)絡(luò),在UMTS系統(tǒng)中,一個(gè)RNC節(jié)點(diǎn)分管多個(gè)基站節(jié)點(diǎn),可以考慮本地網(wǎng)關(guān)與RNC節(jié)點(diǎn)合設(shè);而在EPS網(wǎng)絡(luò)中,由于RNC節(jié)點(diǎn)取消,eNodeB的覆蓋范圍也相對縮小,如果將本地網(wǎng)關(guān)內(nèi)置在eNodeB中,這將導(dǎo)致頻繁的切換,這樣反而有悖于SIPTO理念。因此,實(shí)際部署時(shí)可考慮在eNodeB節(jié)點(diǎn)之上的鄰近位置單獨(dú)設(shè)置一個(gè)本地網(wǎng)關(guān),來管理多個(gè)基站節(jié)點(diǎn)。
(3)空閑模式數(shù)據(jù)緩存與尋呼
在EPS網(wǎng)絡(luò)中,用戶處于空閑模式時(shí),PDN網(wǎng)絡(luò)的下行IP數(shù)據(jù)終止于S-GW節(jié)點(diǎn),從而觸發(fā)對終端用戶的尋呼。在LIPA/SIPTO模式中,下行數(shù)據(jù)是否需要緩存至本地網(wǎng)關(guān)中要分以下兩種情況:如果本地網(wǎng)關(guān)支持S-GW功能,可效仿傳統(tǒng)EPS網(wǎng)絡(luò)模式執(zhí)行尋呼功能;如果本地網(wǎng)關(guān)不支持S-GW功能,這部分?jǐn)?shù)據(jù)流量需要回轉(zhuǎn)至核心網(wǎng)S-GW節(jié)點(diǎn),由其觸發(fā)尋呼功能并將數(shù)據(jù)再經(jīng)由回程網(wǎng)送至終端用戶。另外,對于LIPA模式,只有當(dāng)用戶身處家庭/企業(yè)本地網(wǎng)絡(luò)時(shí)才可為LIPA數(shù)據(jù)觸發(fā)尋呼。
(4)PDN 連接
傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中,在默認(rèn)承載建立過程中網(wǎng)絡(luò)側(cè)為用戶分配IP地址。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)支持LIPA/SIPTO時(shí),用戶附著過程可同時(shí)為其建立LIPA/SIPTO和non-LIPA/non-SIPTO形式的默認(rèn)承載,這樣用戶將獲取兩個(gè)IP地址,對同一個(gè)PDN可支持同時(shí)進(jìn)行LIPA/SIPTO數(shù)據(jù)傳輸和non-LIPA/non-SIPTO數(shù)據(jù)傳輸。
當(dāng)然,LIPA/SIPTO的設(shè)計(jì)過程中還有很多問題需要關(guān)注,如業(yè)務(wù)連續(xù)性支持、對固定回程網(wǎng)造成的影響等等,這些話題都需在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中逐一澄清。
第三代CDMA系統(tǒng)中,RNC和多個(gè)基站可以支持軟切換,從而為移動(dòng)終端提供空間分集。對于傳統(tǒng)語音系統(tǒng)來說,這尤為重要,因?yàn)榭臻g分集可以抵消周期性衰落對語音業(yè)務(wù)的負(fù)面影響。軟切換技術(shù)擴(kuò)大了蜂窩系統(tǒng)的容量,同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了無縫移動(dòng)性。然而,支持軟切換需要付出較大的代價(jià)。軟切換下活動(dòng)集中的基站必須保持良好的同步,否則信號合成將失敗。要實(shí)現(xiàn)基站同步,每個(gè)參與其中的基站都需要一個(gè)消除時(shí)延抖動(dòng)的緩沖區(qū),該緩沖區(qū)的大小與這些鏈路中任意一條的預(yù)計(jì)最大抖動(dòng)值相一致。但時(shí)延抖動(dòng)緩沖區(qū)在傳輸語音和IP數(shù)據(jù)時(shí)表現(xiàn)出了相當(dāng)長的時(shí)延。
UMTS和cdma2000等CDMA系統(tǒng)采用軟切換來傳輸數(shù)據(jù),而更新的傳輸方式則又回到了采用CDMA或OFDM數(shù)據(jù)信道的TDMA傳輸技術(shù),如HSDPA、WiMAX等系統(tǒng)。基站自行根據(jù)射頻狀態(tài)確定合適的發(fā)送次數(shù)。這也意味著很難做到在同一時(shí)間內(nèi)讓多個(gè)基站發(fā)送統(tǒng)一信號,因此,這一技術(shù)不再采用軟切換來傳輸數(shù)據(jù)。另外,在移動(dòng)性方面,雖然保留了軟切換活動(dòng)集,但保留它的目的只是為了提供多個(gè)基站和終端之間的射頻同步,而不是為了下行數(shù)據(jù)傳輸。憑借這些傳輸技術(shù),支持下行軟切換的必要性逐步減弱了,因此,分層架構(gòu)的蜂窩系統(tǒng)的必要性也相應(yīng)地減弱了。事實(shí)上,扁平的蜂窩系統(tǒng)就足夠了。BSR的扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖6所示。
2007年,阿爾卡特朗訊率先推出的BSR(UMTS產(chǎn)品)是貝爾實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新性成果,它將3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組件基站、RNC、SGSN和GGSN集成在單一網(wǎng)元[6]。憑借貝爾實(shí)驗(yàn)室的傳統(tǒng)優(yōu)勢和BSR產(chǎn)品線,阿爾卡特朗訊已成為這一技術(shù)的領(lǐng)先倡導(dǎo)者。
BSR采用更為簡易的移動(dòng)IP協(xié)議,提出將微移動(dòng)(無線承載重定位)與宏移動(dòng)性(IP移動(dòng)性)緊密結(jié)合在一起的不丟包快速重定位設(shè)計(jì)思路。當(dāng)一個(gè)第二層錨點(diǎn)(UMTS中的RNC功能)從舊的BSR重定位到新的BSR時(shí),IP數(shù)據(jù)流量通過三角路由轉(zhuǎn)到新的BSR上,避免丟失IP數(shù)據(jù)包。三角路由將始終保持運(yùn)行,直到新的BSR已經(jīng)在歸屬代理(home agent)重新注冊它的轉(zhuǎn)交地址。
圖7所示為傳統(tǒng)的層級化UMTS網(wǎng)絡(luò)和BSR網(wǎng)絡(luò)在架構(gòu)方面的主要區(qū)別。在圖7(a)中,增加一個(gè)新的Node B節(jié)點(diǎn)就必須改變RNC和SGSN的配置,并且可能需要擴(kuò)容。與此相比,在圖7(b)中增加一個(gè)新的BSR對其他節(jié)點(diǎn)的影響很小,因?yàn)槿コ司W(wǎng)絡(luò)層級,并且可能使時(shí)延和投資支出同時(shí)降低30%還多。另外,由于BSR是一個(gè)純IP接入設(shè)備,便于靈活地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容,具備良好的即插即用特性,利于提供各種基于IP的新業(yè)務(wù)。值得注意的是,雖然這些基站路由器集成了接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的功能,它們?nèi)匀蛔裱?guī)范,繼續(xù)支持手機(jī)所需要的RNC、SGSN和GGSN功能。
現(xiàn)如今市場上的產(chǎn)品一般不針對主流的宏蜂窩基站應(yīng)用,它還尚未對市場造成巨大影響,但是這一產(chǎn)品理念正在影響著未來移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)方面的決策。
本文簡要回顧了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn)。扁平化的架構(gòu)減少了網(wǎng)絡(luò)分級,進(jìn)一步精簡了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)部署和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)更加簡單,傳輸時(shí)延也進(jìn)一步降低,利于提升用戶體驗(yàn)。與此同時(shí),可大大降低投資并為移動(dòng)運(yùn)營商提高創(chuàng)收。
可以看出,移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一直朝著扁平化方向發(fā)展。然而,最終的全扁平化又將呈現(xiàn)出什么特征,當(dāng)前的EPS架構(gòu)距離全扁平化終點(diǎn)到底還有多遠(yuǎn),未來統(tǒng)一的全扁平化網(wǎng)絡(luò)如何適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)代不同應(yīng)用(如P2P、云計(jì)算、M2M)的特征,都是值得進(jìn)一步研究的問題。
1 3GPP TR 25.999.High speed packet access(HSPA)evolution
2 3GPP TS 23.401.General packet radio service (GPRS)enhancements for evolved universal terrestrial radio access network(E-UTRAN)access
3 3GPP TS 23.402.Architecture enhancements for non-3GPP acceses
4 Semin Sim,Seung-Jae Han,Joon-Sang Park,et al.Seamless IP mobility support for flat architecture mobile WiMAX networks.IEEE Communications Magazines,2009,6(6):142~148
5 3GPP TR 23.829.Local IP access and selected IP traffic offload
6 Bauer M.The UMTS base station router.Bell Labs Tech J,2007,11(4):93~111