TD—LTE核心網(wǎng)EPC引入關(guān)鍵技術(shù)分析

莫范梅

【摘 要】EPC核心網(wǎng)采用控制與承載相分離的架構(gòu)，其組網(wǎng)模式與現(xiàn)有分組域相比將發(fā)生變化。筆者在論述EPC核心網(wǎng)的架構(gòu)基礎(chǔ)上，對(duì)TD-LTE技術(shù)EPC引入關(guān)鍵技術(shù)予以介紹和總結(jié)，且提出方案建議，可供參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】EPC核心網(wǎng)；架構(gòu)；2G/3G；互操作；關(guān)鍵技術(shù)

隨著3G技術(shù)的發(fā)展，如何進(jìn)一步提升無線網(wǎng)絡(luò)帶頻，支持更高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，成為了業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。2004年12月，3GPP在希臘雅典會(huì)議制定了長(zhǎng)期演進(jìn)計(jì)劃（Long Term Evolution，LTE），由LTE所帶來的全新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也成為業(yè)界研究的重點(diǎn)。不同于2G/3G網(wǎng)絡(luò)，LTE之上沒有傳統(tǒng)的電路域核心網(wǎng)，原有的分組域（PS）網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)成全新的EPC。作為L(zhǎng)TE之上唯一的核心網(wǎng)絡(luò)，EPC的重要性是毋庸置疑的。隨著LTE技術(shù)在移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)中的引入，2G/3G分組域?qū)⑾駿PC架構(gòu)演進(jìn)，為此，本文重點(diǎn)探討中國(guó)移動(dòng)核心網(wǎng)（2G/3G分組域）向EPC演進(jìn)的思路及其關(guān)鍵技術(shù)。

1 EPC技術(shù)

EPC核心網(wǎng)主要由移動(dòng)性管理設(shè)備（MME）、服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)（P-GW）及存儲(chǔ)用戶簽約信息的HSS和策略控制單元（PCRF）等組成。其中MME負(fù)責(zé)移動(dòng)性管理、信令處理等功能，S-GW負(fù)責(zé)媒體流處理及轉(zhuǎn)發(fā)等功能，P-GW則仍承擔(dān)GGSN的職能。HSS的職能與HLR類似，但功能有所增強(qiáng)，新增的PCRF主要負(fù)責(zé)計(jì)費(fèi)、QoS等策略。EPC架構(gòu)中各功能實(shí)體間的接口協(xié)議均采用基于IP的協(xié)議。

2 中國(guó)移動(dòng)EPC試驗(yàn)網(wǎng)情況

工信部于2010年12月批復(fù)同意TD-LTE規(guī)模試驗(yàn)總體方案之后，中國(guó)移動(dòng)已開始在上海、杭州、南京、廣州、深圳、廈門六城市建設(shè)TD-LTE規(guī)模技術(shù)試驗(yàn)網(wǎng)。

在第一階段測(cè)試中，為迅速部署試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，盡量減少對(duì)現(xiàn)網(wǎng)影響，EPC網(wǎng)絡(luò)采用獨(dú)立組網(wǎng)方式，該階段重點(diǎn)驗(yàn)證MME、S-GW/P-GW、HSS等主設(shè)備基本功能。

在后續(xù)測(cè)試中，需結(jié)合實(shí)際運(yùn)營(yíng)需求，考慮EPC與現(xiàn)有2G/3G融合組網(wǎng)的方式，對(duì)規(guī)模組網(wǎng)復(fù)雜場(chǎng)景下的增強(qiáng)功能及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，包括與2G/3G互操作、短消息、跨廠家互通等，為大規(guī)模商用建設(shè)及運(yùn)營(yíng)積累經(jīng)驗(yàn)。

3 中國(guó)移動(dòng)EPC演進(jìn)思路

中國(guó)移動(dòng)現(xiàn)有核心網(wǎng)向EPC演進(jìn)的思路可以借鑒2G核心網(wǎng)向3G核心網(wǎng)演進(jìn)的思路。

3.1 2G核心網(wǎng)向3G核心網(wǎng)的演進(jìn)思路

（1）共核心網(wǎng)：2G/3G共用核心網(wǎng)，減少了切換和位置更新，提升了網(wǎng)絡(luò)效率，適應(yīng)2G用戶到3G的平滑遷移，便于資源共享。

（2）3G技術(shù)2G化：在3G引入之前核心網(wǎng)提早引入R4軟交換設(shè)備，實(shí)現(xiàn)承載與控制分離。

2G向3G演進(jìn)策略已經(jīng)在現(xiàn)網(wǎng)得到驗(yàn)證與成熟應(yīng)用，EPC演進(jìn)策略可以同步借鑒，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)資源利用的最大化。

3.2 2G/3G網(wǎng)絡(luò)向EPC演進(jìn)思路

（1）共核心網(wǎng)：2G/3G/4G共用核心網(wǎng)，減少了切換和位置更新，提升網(wǎng)絡(luò)效率，適應(yīng)2G/3G用戶平滑遷移到4G，便于資源共享。

（2）4G技術(shù)3G化：在LTE引入之前核心網(wǎng)提早引入R8標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)用戶名與控制面的分離。

因此，從當(dāng)前的2G/3G共核心網(wǎng)，到2G/3G/LTE統(tǒng)一EPC試點(diǎn)，再到2G/3G/LTE統(tǒng)一EPC商用，最終實(shí)現(xiàn)支持多種接入的融合分組網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的目標(biāo)，是網(wǎng)絡(luò)部署的最終方向。

4 中國(guó)移動(dòng)EPC引入關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1 EPC網(wǎng)元的部署方式

結(jié)合在不同階段TD-LTE業(yè)務(wù)定位及各省TD-LTE無線網(wǎng)建設(shè)部署及網(wǎng)絡(luò)覆蓋，各省EPC核心網(wǎng)絡(luò)引入可采用以下兩種方式。

方式1：新建2G/3GLTEG融合核心網(wǎng)元，初期只負(fù)責(zé)LTE無線網(wǎng)絡(luò)接人，后期根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需要，逐步接入2G/3G用戶，現(xiàn)有GPRS核心網(wǎng)絡(luò)初期只功能簡(jiǎn)單升級(jí)，支持與EPC網(wǎng)元互通，后期再根據(jù)設(shè)備能力及網(wǎng)絡(luò)覆蓋需要開展部分網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造，支持融合接入，如圖1所示。

方式2：新建2G/3G/3G/LTE融合核心網(wǎng)元，融合接入LTE/2G/3G業(yè)務(wù)，現(xiàn)有GPRS核心網(wǎng)絡(luò)部分升級(jí)改造支持融合接人。如圖2所示。

兩種引入方式分析如下：

方式1的引入方式，網(wǎng)絡(luò)部署相對(duì)簡(jiǎn)單，適用于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模較小，網(wǎng)絡(luò)只支持?jǐn)?shù)據(jù)及短信類業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)卡終端移動(dòng)性相對(duì)較少。該方式可避免對(duì)現(xiàn)網(wǎng)2G/3G業(yè)務(wù)造成影響，并可充分驗(yàn)證新平臺(tái)融合設(shè)備的成熟度。

方式2的引入方式，網(wǎng)絡(luò)部署相對(duì)復(fù)雜，對(duì)融合設(shè)備的成熟度要求高，新建融合設(shè)備與現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備升級(jí)改造同步開展，存在影響現(xiàn)網(wǎng)2G/3G業(yè)務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)EPC網(wǎng)關(guān)層次化部署

LTE部署初期，EPCGW采用集中部署的模式；在未來的網(wǎng)絡(luò)部署中，對(duì)某些特殊業(yè)務(wù)的集中控制，如VPN等，集中式的網(wǎng)關(guān)依然需要。

分布式的網(wǎng)關(guān)部署將會(huì)成為未來網(wǎng)關(guān)的主要部署形勢(shì)，網(wǎng)關(guān)隨互聯(lián)網(wǎng)IDC逐步下移，提升用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)，降低傳輸成本；本地交換業(yè)務(wù)如P2P業(yè)務(wù)，IMS視頻業(yè)務(wù)等需要網(wǎng)關(guān)下移，提升承載網(wǎng)效率。在網(wǎng)關(guān)下移初期，2G用戶流量可能產(chǎn)生流量迂回問題，可以通過SGSN智能選擇集中網(wǎng)關(guān)來解決。SGSN根據(jù)接入類型判別當(dāng)前角色是2GSGSN，智能選擇中心城市的EPCGW，避免流量迂回。

4.3 DT（Direct Tunnel）技術(shù)引入

從流量/信令收益比可以看出，假設(shè)激活附著比為30%，每包500字節(jié)，每條控制消息與每個(gè)用戶面數(shù)據(jù)包對(duì)資源的消耗比為260：1。如圖3所示，在每PDP流量達(dá)到23kbps以上時(shí)，存在引入DT的必要性。

在3GPPR7和R8版本中都存在DT定義，面向4G（LTE）的R8DT向EPC演進(jìn)更加平滑。

DT引入策略：首先在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)熱點(diǎn)地區(qū)，如省會(huì)城市或熱點(diǎn)城市，當(dāng)流量增長(zhǎng)到一定程度，將SGSN升級(jí)支持S4接口，可選支持MME功能；GGSN升級(jí)為EPCGW。DT技術(shù)的引入，可以節(jié)省3G高數(shù)據(jù)流量帶來的用戶面投資；同時(shí)核心網(wǎng)提前做好向EPC演進(jìn)的準(zhǔn)備，LTE引入時(shí)核心網(wǎng)只需SGSN增加MME的License、將HLR與HSS融合即可。

4.4 構(gòu)建EPC的Diameter信令網(wǎng)

EPC網(wǎng)絡(luò)需要集中信令路由方案簡(jiǎn)化信令組網(wǎng)，采用Diameter Agent簡(jiǎn)化信令組網(wǎng)，提升信令網(wǎng)絡(luò)的可靠性。建設(shè)初期，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小的時(shí)候采用一級(jí)組網(wǎng)，H-Agent和L-Agent可以合設(shè)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展情況采用兩級(jí)組網(wǎng)。

Diameter Agent有兩種建設(shè)方案：

方案一：現(xiàn)網(wǎng)STP升級(jí)支持Diameter Agent功能，接入PS/EPC域業(yè)務(wù)。優(yōu)點(diǎn)：可重用STP接入PS，新增DA功能投資小，網(wǎng)絡(luò)部署快。缺點(diǎn)：增加STP信令負(fù)荷。

方案二：部署獨(dú)立Diameter Agent功能。優(yōu)點(diǎn)：Diameter組網(wǎng)和SS7/Sigtran組網(wǎng)各自獨(dú)立，避免相互影響。缺點(diǎn)：兩張信令網(wǎng)維護(hù)復(fù)雜，成本高。

5 結(jié)束語

總之，EPC作為一種全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，具有諸多其他技術(shù)所沒有的優(yōu)點(diǎn)，通過EPC網(wǎng)絡(luò)的部署，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商在全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)時(shí)代將更加具有競(jìng)爭(zhēng)力。但EPC技術(shù)的應(yīng)用目前還處于起步階段，對(duì)一些細(xì)節(jié)問題還需要完善，這有待于今后的實(shí)踐和總結(jié)。

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