移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)扁平化架構(gòu)探討*

徐 峰，嚴(yán)學(xué)強(qiáng)

（上海貝爾股份有限公司 上海 201206）

1 引言

移動(dòng)通信最初的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)只為語(yǔ)音業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)，這一時(shí)期，運(yùn)營(yíng)商70%的創(chuàng)收都源于語(yǔ)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(jiǎn)單的語(yǔ)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(yíng)商由原來(lái)的只提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向語(yǔ)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(lái)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(wèn)題：互聯(lián)網(wǎng)P2P技術(shù)的運(yùn)營(yíng)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(duì)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(rùn)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(zhǎng)，增量不增收的局面使運(yùn)營(yíng)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(rùn)是運(yùn)營(yíng)商最關(guān)心的，也是急待解決的問(wèn)題。

為有效解決創(chuàng)收與成本之間的矛盾，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商紛紛著手轉(zhuǎn)型，嘗試推出全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)，開(kāi)辟有效的增收渠道。從技術(shù)層面看，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商不僅要在無(wú)線接口與無(wú)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(jiǎn)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)。

2 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)現(xiàn)狀

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。

2.1 3GPP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)

3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織致力于制定第三代移動(dòng)通信及其未來(lái)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(wú)線技術(shù)的低時(shí)延架構(gòu)。通過(guò)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(guò)SGSN節(jié)點(diǎn)，更甚者RNC與SGSN節(jié)點(diǎn)被同時(shí)繞過(guò)，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(guò)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(duì)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(méi)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(lái)，可以獨(dú)立于用戶面單獨(dú)進(jìn)行升級(jí)。用戶面可繞過(guò)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(guò)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(jìng)爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織于2004年啟動(dòng)了長(zhǎng)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(guò)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]。

2.2 3GPP2網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)

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(lái)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(duì)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(jiǎn)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(jiǎn)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(méi)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(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)的典型代表之一。目前，全球主流CDMA電信運(yùn)營(yíng)商都確定未來(lái)向LTE網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的方向邁進(jìn)。當(dāng)無(wú)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。

2.3 WiMAX網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

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(wú)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(zhǎng)，但是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展非常迅速。2007年10月19日，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）正式批準(zhǔn)了無(wú)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(jiǎn)潔性部分因素是由于WiMAX是更新的技術(shù)，在開(kāi)發(fā)過(guò)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(wèn)題或者遺留包袱。WiMAX網(wǎng)絡(luò)的快速部署和良好的特性對(duì)3GPP來(lái)說(shuō)是極大的挑戰(zhàn)。從某種意義上說(shuō)，WiMAX在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)扁平化過(guò)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(cè)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(lái)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(chǎng)對(duì)非無(wú)線設(shè)備供應(yīng)商敞開(kāi)了，尤其是IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商。這種開(kāi)放性可以促進(jìn)供應(yīng)商之間的創(chuàng)新和良性競(jìng)爭(zhēng)，與當(dāng)前的3G網(wǎng)絡(luò)形成鮮明對(duì)比。目前,3G網(wǎng)絡(luò)中由于基站和無(wú)線控制器密切集成，彼此關(guān)聯(lián)度很高，因此運(yùn)營(yíng)商不得不從一家供應(yīng)商那里購(gòu)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(shì)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(duì)模式B業(yè)界還處于探討過(guò)程當(dāng)中，已有研究人員建議未來(lái)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(jiàn)表1。

2.4 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的總體特征

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(wú)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(wèn)題，而對(duì)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(shuō)，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(lái)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(wú)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(zhǎng)期以來(lái)，核心網(wǎng)技術(shù)和無(wú)線接入技術(shù)都捆綁在一起，即每一種無(wú)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(zhǎng)期發(fā)展。通用的架構(gòu)思想可使無(wú)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(wú)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(shì)，甚至像即插即用那么簡(jiǎn)單。

表1 3種ASN模式比較

3 LIPA/SIPTO網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

面對(duì)迅猛增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)流量，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商面臨的壓力也越來(lái)越大。按照現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思路，用戶訪問(wèn)Internet的數(shù)據(jù)包需經(jīng)過(guò)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(yíng)商角度來(lái)說(shuō)，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(wèn)（LIPA）和選擇性IP流量卸載（SIPTO），根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)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(wèn)；

·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(duì)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(wèn)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(guò)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(wú)需經(jīng)過(guò)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(shì)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(guò)程中，將面臨許多問(wèn)題，下面列出幾方面問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

（1）計(jì)費(fèi)

移動(dòng)業(yè)務(wù)IP化的趨勢(shì)下，計(jì)費(fèi)問(wèn)題和網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量一直是運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的焦點(diǎn)。好的計(jì)費(fèi)策略可以為運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)更多的利潤(rùn)，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(duì)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(kāi)銷極大。目前，普遍認(rèn)可的觀點(diǎn)是對(duì)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(méi)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(wú)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(duì)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(lái)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(duì)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(duì)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(lái)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(duì)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(duì)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L(zhǎng)IPA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(guò)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(guò)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(duì)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(guò)程中還有很多問(wèn)題需要關(guān)注，如業(yè)務(wù)連續(xù)性支持、對(duì)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。

4 BSR網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

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(duì)于傳統(tǒng)語(yǔ)音系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這尤為重要，因?yàn)榭臻g分集可以抵消周期性衰落對(duì)語(yǔ)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(wú)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(hào)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(yǔ)音和IP數(shù)據(jù)時(shí)表現(xiàn)出了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)延。

UMTS和cdma2000等CDMA系統(tǒng)采用軟切換來(lái)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)?；咀孕懈鶕?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(hào)，因此，這一技術(shù)不再采用軟切換來(lái)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(shì)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(jiǎn)易的移動(dòng)IP協(xié)議，提出將微移動(dòng)（無(wú)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(guò)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(cè)它的轉(zhuǎn)交地址。

圖7所示為傳統(tǒng)的層級(jí)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(duì)其他節(jié)點(diǎn)的影響很小，因?yàn)槿コ司W(wǎng)絡(luò)層級(jí)，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(chǎng)上的產(chǎn)品一般不針對(duì)主流的宏蜂窩基站應(yīng)用，它還尚未對(duì)市場(chǎng)造成巨大影響，但是這一產(chǎn)品理念正在影響著未來(lái)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)方面的決策。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)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(jí)，進(jìn)一步精簡(jiǎn)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(jiǎn)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(yíng)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(lái)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(wèn)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