LTE時代下IMS HSS與EPC HSS的融合方案研究

趙遠，李赟，郭紅峰( 中國移動通信集團設計院有限公司，北京 00080； 中國移動通信集團廣東有限公司，廣州 5063)

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LTE時代下IMS HSS與EPC HSS的融合方案研究

趙遠1，李赟1，郭紅峰2
(1 中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080；2 中國移動通信集團廣東有限公司，廣州 510623)

摘 要隨著4G技術及終端不斷成熟豐富，全球運營商都在加快4G商用進程。目前，針對TDD/FDD-LTE語音解決方案，3GPP等標準化組織提供的語音技術解決方案中運營商都傾向于通過提供VoIMS+eSRVCC語音解決方案作為4G時代的目標語音方案，考慮到IMS網(wǎng)絡作為未來核心網(wǎng)絡全融合統(tǒng)一控制中心，結合運營商現(xiàn)網(wǎng)EPC HSS和IMS HSS部署情況，分析LTE時代IMS HSS與EPC HSS的融合需求，研究如何實現(xiàn)IMS HSS 與EPC HSS的用戶數(shù)據(jù)融合管理及業(yè)務運營。

關鍵詞VoLTE/VoIMS; EPC HSS; IMS HSS; 用戶數(shù)據(jù)融合

1　引言

近期，隨著國內4G通信網(wǎng)絡運營牌照發(fā)放在即，運營商不斷加快4G商用進程，因LTE是一個分組域演進技術導致天生不具備語音業(yè)務能力，3GPP等國際化標準組織提出針對LTE技術的兩個語音解決方案，一個是基于現(xiàn)網(wǎng)電路域的語音回落技術—CSFB，另一個是VoLTE+eSRVCC，VoLTE由IMS網(wǎng)絡實現(xiàn)呼叫控制，因此也稱為VoIMS，通過PCC架構提供端到端的QoS保障；在4G終端移動到?jīng)]有TD-LTE覆蓋時，采用切換至GSM/WCDMA的方案實現(xiàn)語音業(yè)務連續(xù)性，切換方案主要采用3GPP R10的eSRVCC功能。目前，運營商TDD/FDD-LTE端到端設備已要求遵循3GPP R9版本。2014年，TDD/FDD-LTE端到端設備、IMS網(wǎng)絡設備主要遵循3GPP R10版本。但運營商的IMS網(wǎng)絡和EPC 核心網(wǎng)發(fā)展是一種隱形的隔離狀態(tài)，其IMS網(wǎng)絡主要承載固話業(yè)務并已進行多期網(wǎng)絡建設，EPC核心網(wǎng)作為2G/3G核心網(wǎng)的演進發(fā)展，2013年建設剛剛起步一期建設，其用戶數(shù)據(jù)中心從一開始就是一個融合HLR/HSS的分布式架構，雖然IMS被認為是未來核心網(wǎng)統(tǒng)一控制中心，但當前并沒有很好的考慮如何原本封閉的兩個網(wǎng)絡用戶數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)交互和業(yè)務開展。

2　IMS HSS 及EPC HSS數(shù)據(jù)融合需求

2.1IMS HSS現(xiàn)狀及EPC HSS現(xiàn)狀

中國運營商IMS網(wǎng)絡一般采用分省的方式組網(wǎng)，省內部署HSS 若干套，SLF 若干套，采用1+1靜態(tài)數(shù)據(jù)備份機制。但是目前的IMS HSS/SLF還不是一個分層的分布式架構，在面向未來的多數(shù)據(jù)融合時代中已經(jīng)不再適應。IMS HSS功能類似于傳統(tǒng)HLR，記錄每個IMS用戶的用戶信息和業(yè)務數(shù)據(jù)的透明數(shù)據(jù)。SLF功能，在IMS域內存在多個HSS時，用于選擇用戶數(shù)據(jù)存儲的HSS。

3GPP提出的UDC（User Data Convergence，用戶數(shù)據(jù)融合方案）代表了用戶數(shù)據(jù)管理的發(fā)展方向。目前，基于國際標準UDC架構，全球各大設備商（如華為，愛立信等）已經(jīng)能夠提供成熟的用戶數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品，運營商基于現(xiàn)網(wǎng)設備情況，在4G EPC核心網(wǎng)建設初即提出采取融合HLR/HSS的分層分布式架構作為下一代用戶數(shù)據(jù)中心。

2.2LTE時代的用戶數(shù)據(jù)中心融合需求

2.2.1業(yè)務一致性對數(shù)據(jù)庫融合需求

（1） 業(yè)務集中到IMS域：業(yè)務集中、上升到IMS處理，采用ICS或者CAMEL錨定。

需要HLR/EPC-HSS/IMS-HSS融合，SCC AS通過單Sh接口查詢用戶數(shù)據(jù)中心共享補充業(yè)務設定，保證國際漫游、補充業(yè)務設定業(yè)務一致性。

（2）業(yè)務雙域處理：CS、IMS并行處理，業(yè)務不集中到IMS。

需要HLR/EPC-HSS與IMS-HSS融合，根據(jù)用戶注冊狀態(tài)決定路由到CS或者IMS，實現(xiàn)被叫選擇性錨定，確保數(shù)據(jù)一致性同步和域選擇功能。

2.2.2VoLTE網(wǎng)絡發(fā)展中對數(shù)據(jù)庫融合需求

（1）用戶鑒權數(shù)據(jù)一致對數(shù)據(jù)庫融合需求。

HLR/EPC-HSS/IMS-HSS融合方案可以避免HLR/EPC-HSS與IMS-HSS之間接口，確保用戶統(tǒng)一鑒權，防止鑒權重同步的問題。

（2）eSRVCC簡化網(wǎng)絡對數(shù)據(jù)庫融合需求。

UE向IMS注冊的時候，ATCF分配AVP，這個AVP指向ATCF自己，并最終傳遞到SCC AS。最終注冊完成后，HSS保存這個AVP并知會到MME。MSC Server收到MME的切換請求以后，在注冊過程中HSS已將刷新后的AVP號碼(指向ATCF)通知給MME，故MME發(fā)送給MSC Server的切換請求消息中包含的也是指向ATCF的AVP號碼，于是MSC Server在發(fā)起會話轉移時，發(fā)送消息給ATCF。

HLR/EPC-HSS/IMS-HSS融合解決方案可以避免HLR/EPC-HSS與IMS-HSS之間接口傳遞指向ATCF自己的參數(shù)信息AVP。

（3）統(tǒng)一業(yè)務發(fā)放對數(shù)據(jù)庫融合需求。

非融合的架構，多點開通影響效率，同時多點開通使開通流程更復雜；另外，異常情況下BOSS寫數(shù)據(jù)失敗需進行回退，多個設備間的回退操作可能造成數(shù)據(jù)不一致。

3　IMS HSS與EPC HSS融合演進的研究

目前，業(yè)界和廠商都在積極研究4G時代用戶數(shù)據(jù)中心的融合問題，特別是隨著VoLTE語音解決方案的需求日益迫切，未來IMS 核心網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)庫HSS/SLF 與EPC 核心網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)庫HSS的融合問題顯得尤為重要，根據(jù)中國運營商實際情況，這里進行適合現(xiàn)網(wǎng)部署的EPC HSS 與IMS HSS方案研究。

3.1EPC HSS與IMS HSS融合的用戶數(shù)據(jù)結構分析

根據(jù)國際標準化組織發(fā)布的相關技術標準，通過對2G/3G用戶數(shù)據(jù)庫HLR，EPC HSS及IMS HSS/ SLF數(shù)據(jù)庫標準字段的對比發(fā)現(xiàn)（如表1所示），LTE時代EPC核心網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)庫HSS與IMS核心網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)庫HSS/SLF共有字段占比僅為1.72%；同時，兩者的架構體系也不相同，其中EPC HSS采用了最新的分層分布式架構，使得用戶數(shù)據(jù)存儲與用戶數(shù)據(jù)管理使用相分離，不但增強了數(shù)據(jù)的安全性還提高了數(shù)據(jù)管理使用的效率；而傳統(tǒng)的IMS HSS仍采用了緊耦合的架構，數(shù)據(jù)存儲和管理仍是集成設置，效率和安全性存在不足。

綜上分析，采用分布式分層架構，整合當前通信網(wǎng)絡中存在多用戶數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)融合及網(wǎng)絡結構融合，減少網(wǎng)元種類數(shù)量，將會減少上述繁雜的鑒權等信令交互過程。用戶數(shù)據(jù)融合標準化的可實現(xiàn)異廠商的FE和BE的兼容，即FE-BE接口開放。兼容性包含兩個層面：

表1　用戶數(shù)據(jù)庫標準字段對比

（1）FE對BE數(shù)據(jù)的操作采用標準的訪問協(xié)議；

（2）BE對FE呈現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)視圖（即HLR/HSS融合數(shù)據(jù)模型）。

圖1　2G/TD-SCDMA/EPC/IMS數(shù)據(jù)融合分布式分層架構

如圖1所示，其中，BE邏輯實體數(shù)據(jù)庫中包含了HLR，EPC HSS ，IMS HSS全部的字段，負責存儲用戶信息；FE邏輯上分為對應到HLR-FE，EPCFE，IMS-FE，負責處理來自不同用戶的信令查詢修改等任務，物理上可集中設置；開放接口協(xié)議選擇策略：

（1）對HLR、HSS等實時性要求比較高的應用，應該采用效率比較高的協(xié)議，例如LDAP。

（2）對業(yè)務網(wǎng)/Internet/BOSS中對接口能力要求比較高的應用，應該采用擴展性比較高的協(xié)議，例如SOAP/XML實現(xiàn)訂閱/通知能力。

（3）未來將擴展標準接口以支持SOAP協(xié)議，實現(xiàn)與現(xiàn)網(wǎng)NGBOSS的對接。

3.2EPC HSS 與IMS HSS網(wǎng)絡現(xiàn)網(wǎng)部署方案研究

目前，4G通信網(wǎng)建設剛剛啟動，針對不同業(yè)務場景的客戶，VoLTE業(yè)務仍處在試點測試階段，通過分析運營商EPC HSS與IMS HSS目前可選的兩種方案部署，一種是各自域分散建設獨立部署，另一種是統(tǒng)一建設融合部署：第一種方式僅適合4G網(wǎng)絡建設初期，VoLTE業(yè)務量不大的情況，從長遠來看第二種目標方式是最優(yōu)選擇；考慮VoLTE在鑒權方面對移動用戶數(shù)據(jù)庫的需求可分為兩種方案。

3.2.1方案1：分設部署方案

如圖2。用戶使用不同業(yè)務時，需要在HLR，EPC HSS和IMS HSS三個網(wǎng)元上分別進行鑒權，如IMS HSS分設，EPC HSS和IMS HSS間需傳遞鑒權數(shù)據(jù)及用于eSRVCC的數(shù)據(jù)。

圖2　融合HLR/EPC HSS與IMS HSS的分設方案

IMS HSS與EPC HSS之間采用標準Sh接口、擴展S6a接口互通。滿足VoLTE功能需求：

(1) 支持eSRVCC，通過Sh接口傳遞指向ATCF參數(shù)信息。

(2) 與IP域短消息（SMS over IMS）互通（Sh接口）。

(3) 鑒權數(shù)據(jù)同源，防止重同步（S6a接口）。

(4) 補充業(yè)務一致性（IMS域和CS域）。

(5) 部署場景。

(6) 該方案適用于利用現(xiàn)有HLR/EPC-HSS與IMS-HSS共存場景。

(7) 該方案可支持現(xiàn)網(wǎng)HLR/EPC-HSS設備無法快速升級到三合一融合，快速提供VoLTE業(yè)務。

存在問題：

（1) 異廠家EPC HSS和IMS HSS間不支持數(shù)據(jù)互訪。

（2) 未來用戶能力開放數(shù)據(jù)統(tǒng)一性難處理，進一步融合時數(shù)據(jù)搬遷合并困難。

3.2.2方案2：融合部署方案

可以看到融合后的用戶數(shù)據(jù)中心，不同種類的用戶進行鑒權時，用戶數(shù)局對他們都是透明的，這樣就無需考慮異廠家設備間的EPC HSS和IMS HSS數(shù)據(jù)同步問題了。

圖3　融合的HLR/EPC HSS/IMS HSS方案

如圖3所示。該場景中，IMS HSS(負責移動用戶) 與EPC HSS/HLR綜合設置；IMS HSS與語音業(yè)務AS開啟Sh接口，HLR查詢IMS HSS中的“透明數(shù)據(jù)”，然后進行路由。HLR/EPC HSS與IMS HSS融合后，可由廠家開發(fā)內部接口實現(xiàn)透明數(shù)據(jù)的互查。

融合組網(wǎng)：

（1) 分布式HLR/EPC-HSS/IMS-HSS采用區(qū)域集中的方式進行部署。

（2) FE和BE均采用集中設置方式，配對的FE和BE放置同一機房。

（3) BE和FE均成對配置，采用1+1互備方式進行動態(tài)容災。

（4) 分布式HLR/EPC-HSS/IMS-HSS利用現(xiàn)網(wǎng)CS域CE接入IP承載網(wǎng)。

（5) 七號信令網(wǎng)通過本地LSTP進行信令路由轉發(fā)

方案優(yōu)點：

（1) 符合運營商集中融合建設思路，也適合現(xiàn)網(wǎng)老舊HLR改造集中建設融合演進的思路。

（2) 統(tǒng)一容災、統(tǒng)一業(yè)務發(fā)放、統(tǒng)一平臺，降低OPEX。

（3) 平滑演進，快速支持VoLTE建設，奠定長遠發(fā)展基礎。

目前運營商網(wǎng)絡中建設的IMS HSS 僅存儲了固網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)，本文針對IMS HSS與EPC HSS融合研究主要解決移動用戶的VoLTE業(yè)務需求?？紤]固網(wǎng)業(yè)務發(fā)展特性與VoLTE業(yè)務發(fā)展特性差異，初期暫不建議進行固網(wǎng)IMS HSS與移動IMS HSS融合，但隨著用戶數(shù)據(jù)中心的大融合演進，未來IMS HSS不再區(qū)分固定用戶與移動用戶與EPC HSS、HLR的分布式融合設置，才既不會投資浪費，且有利于運營商全業(yè)務的統(tǒng)一管理及體驗一致性。

4　結束語

本文介紹的基于LTE網(wǎng)絡的融合HLR/EPC HSS 與IMS HSS需求研究方案，通過LTE技術演進發(fā)展趨勢及業(yè)務發(fā)展對用戶數(shù)據(jù)中心發(fā)展的需要入手，分析LTE數(shù)據(jù)業(yè)務及VoLTE語音業(yè)務對融合EPC及IMS數(shù)據(jù)庫的需求，得出融合數(shù)據(jù)庫發(fā)展的必然性，然后又從EPC HSS與IMS HSS融合的技術性角度出發(fā)，分析了兩者融合的技術可行性及優(yōu)缺點，得最終給出了可供現(xiàn)網(wǎng)部署做參考的融合HLR/EPC HSS+IMS HSS數(shù)據(jù)庫方案?？梢灶A見，在LTE時代，不斷增多的運營商能力開放平臺對用戶數(shù)據(jù)融合也有巨大的需求，用戶數(shù)據(jù)的挖掘與管理對運營商來說將是一筆巨大的財富，用戶數(shù)據(jù)的融合將會在運營商與互聯(lián)網(wǎng)公司爭奪價值鏈的主導權、生態(tài)圈的主導權中起到很大的正能量作用，運用恰當將會為運營商創(chuàng)造更大的價值。

參考文獻

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Study on fusion demand for EPC HSS and IMS HSS in VoLTE

ZHAO Yuan1, LI Yun1, GUO Hong-feng2
(1 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China; 2 China Mobile Group Guangdong Co., Ltd., Guangzhou 510623, China)

AbstractWith the development of 4G technology and Mobile terminal, the global Mobile operators are accelerating 4G commercial process. Currently, about the TDD / FDD-LTE voice solutions, which the 3GPP standardization organizations provides, Mobile operators tend to choose VoIMS + eSRVCC voice solutions as target voice solutions in 4G era , taking into account the core IMS network as a future full integration of unified network control center , combined with the current network situation of EPC HSS and IMS HSS deployment, analyzing the needs of IMS HSS integration and EPC HSS in LTE era, we will study how to implement IMS HSS and EPC HSS user data fusion management and business operations.

KeywordsVoLTE/VoIMS; EPC HSS; IMS HSS; user data fusion

中國移動設計院河北分院支撐北京——崇禮冬奧會5G應用規(guī)劃

近日，中國移動設計院河北分院申奧通信規(guī)劃小組根據(jù)張家口移動現(xiàn)網(wǎng)情況及5G發(fā)展路標，就2022年冬奧會技術升級方案和5G技術應用進行專題研究，對5G技術進行了闡述，并結合中國移動技術愿景2020+內容，對5G技術在冬奧會上的應用做出了詳盡的書面說明，受到張家口信息化局的肯定。河北分院將繼續(xù)支撐張家口移動服務奧運工程，為冬奧提供全面高質量的信息化服務。

（摘自：中國移動通信集團設計院有限公司網(wǎng)站)

收稿日期：2014-12-11

中圖分類號TN929.5

文獻標識碼A

文章編號1008-5599（2016）01-0075-05