VoLTE核心網集中化建設方案探討

方曉農

（江蘇省郵電規(guī)劃設計院有限責任公司，南京 210019）

VoLTE核心網集中化建設方案探討

方曉農

（江蘇省郵電規(guī)劃設計院有限責任公司，南京 210019）

目前VoLTE技術已進入實質性部署階段，運營商應結合自身情況來選擇VoLTE核心網建設策略。本文結合當前通信運營商網絡建設及運營集約化的趨勢，對VoLTE核心網集中化建設方案展開了探討，分析了影響VoLTE核心網建設的因素，研究了大區(qū)制集中化組網方案，同時對網絡容災及網管建設也進行了討論。

VoLTE；IMS；集中化； 容災備份

1 引言

VoLTE（Voice over Long Term Evolution， 基于LTE的語音）技術是指以LTE網絡進行語音業(yè)務接入、通過IMS網絡實現(xiàn)業(yè)務控制的語音解決方案。目前VoLTE技術已進入實質性部署階段，全球VoLTE業(yè)務網絡已超過了100個，用戶已超過1億。與此同時，通信運營商的網絡建設和運營正朝著集約化方向演進。因此，對于通信運營商來說，其VoLTE核心網采取集中化方式建設也是一種趨勢。

2 VoLTE業(yè)務網絡架構

VoLTE業(yè)務網絡涵蓋LTE網絡及IMS網絡，其端到端的網絡邏輯架構如圖1所示。

2.1 IMS核心網

IMS網絡由P-CSCF/SBC（AF）、S-CSCF、I-CSCF、E-CSCF、IMS-HSS、MMTEL AS、MGCF/IM-MGW、BGCF等邏輯功能單元組成，負責VoLTE業(yè)務的呼叫控制及業(yè)務觸發(fā)。VoLTE業(yè)務平臺包括短信、彩鈴、智能網平臺等。

圖1 VoLTE網絡邏輯架構示意圖

2.2 LTE網絡

LTE網絡包括無線網與EPC核心網。無線網由eNode B組成，信令面通過S1-MME接口接入到MME，用戶面通過S1-U接口接入到SGW。EPC核心網 由 MME、PGW（PCEF）、SGW、PCRF及 EPCHSS等邏輯功能單元組成，為VoLTE用戶提供網絡接入的數據通道， PCRF、PCEF(PGW)及AF（P-CSCF/SBC）設備為VoLTE業(yè)務提供QoS保障。

目前國內通信運營商已按分省建設模式部署了EPC核心網，因此下面討論的VoLTE核心網建設方案主要聚焦于IMS網絡。

3 建設方案

3.1 影響因素分析

在討論VoLTE IMS網絡建設方案之前，有必要分析影響VoLTE IMS網絡建設的幾個因素。

3.1.1 與現(xiàn)有 IMS網絡的關系

由于國內運營商已在各省部署了承載固定電話業(yè)務的IMS網絡，因此對于VoLTE業(yè)務IMS網絡建設有兩種方案：基于現(xiàn)有固網IMS網絡升級改造或新建獨立的IMS網絡來承接VoLTE業(yè)務。

方案1：基于現(xiàn)有固網IMS網絡升級改造。

對運營商現(xiàn)有各省固網IMS網絡及業(yè)務平臺進行升級改造，同時支持固網語音業(yè)務及VoLTE業(yè)務。該方案維持現(xiàn)有分省運營模式，有利于打造固移融合的IMS網絡。

方案2：新建獨立的IMS網絡。

新建IMS核心網絡和業(yè)務平臺，包括IMS核心網絡、業(yè)務平臺、業(yè)務開通/計費/網管等相關網元，VoLTE SBC網元分省建設。該方案可以實現(xiàn)VoLTE的業(yè)務快速部署、減少對現(xiàn)網業(yè)務的影響，實現(xiàn)移動業(yè)務集約化。

由于運營商現(xiàn)有IMS網絡承載的固網業(yè)務量較大，從安全角度考慮，為減少對現(xiàn)網業(yè)務的影響，建議新建獨立的IMS網絡來承載VoLTE業(yè)務。同時，從集約運營角度出發(fā)，新建的IMS網絡可采取集中化建設方式。

但對于MGCF與IM-MGW網元的部署，運營商還是需要結合自身情況選擇現(xiàn)網升級或新建方案。兩種方案對比分析如表1所示。

綜合以上分析，從網絡互通的角度考慮，建議采用現(xiàn)網設備升級方案。

3.1.2 與現(xiàn)有 EPC網絡的關系

IMS網絡是VoLTE業(yè)務的控制層，而EPC網絡是VoLTE業(yè)務的承載層。

目前運營商已在各省部署了EPC網絡，若IMS網絡采取集中建設方式，會面臨IMS-HSS與EPC-HSS如何設置的問題。參考國際標準以及主流運營商和設備制造商的解決方案，IMS-HSS與EPC-HSS采用的是物理實體合設的方式，因此對于IMS-HSS建設，存在IMS-HSS與EPC-HSS合設或分設兩種選擇，具體對比分析如表2所示。

綜合以上分析，建議采用融合IMS/EPC-HSS方案。

表1 MGCF+IM-MGW建設方式對比分析

表2 IMS-HSS建設方式對比分析

3.1.3 IMS設備的選擇

基于核心網技術現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢，IMS網絡建設可采用基于ATCA的傳統(tǒng)IMS設備或基于NFV技術的vIMS設備。就當前情況來看，同傳統(tǒng)IMS設備相比，vIMS設備并沒有完全成熟，比如NFV接口標準不完善、異廠家設備兼容性不高、尚未大規(guī)模商用案例等。因此，運營商可適時采用傳統(tǒng)IMS或vIMS設備進行建網，在vIMS尚未成熟商用前，選擇傳統(tǒng)IMS設備滿足VoLTE業(yè)務需求，待vIMS設備測試驗證成熟后，可在后續(xù)網絡擴容過程中引入vIMS，并最終過渡到純vIMS網絡。

3.2 組網方案

VoLTE IMS網絡采取集中建設方式，即采用大區(qū)制方式來部署IMS核心網元。從網絡安全角度考慮，大區(qū)采取雙節(jié)點部署，實現(xiàn)異地容災備份。同時，網絡架構的設置應兼顧向NFV演進的需求，大區(qū)數量不宜過多，VoLTE大區(qū)數量應在3～6個左右。

每個大區(qū)設置兩個核心節(jié)點，每個節(jié)點覆蓋相應的省份。每個節(jié)點部署1套IMS核心網設備，接入所覆蓋省份的SBC設備。節(jié)點內的網元級故障、大區(qū)內不同節(jié)點間的網絡級故障應能實現(xiàn)容災倒換。

采取大區(qū)制建設的VoLTE IMS網絡架構分為全國級、大區(qū)級及省級3個層面，如圖2所示。

全國級層面主要包括一級ENUM/DNS、全國VoLTE業(yè)務平臺（如彩鈴、4008、800等）、業(yè)務配置代理網關等網元。

大區(qū)級層面主要包括IMS核心網以及骨干HDRA設備。IMS核心網包括I-CSCF、S-CSCF、E-CSCF、BGCF、MMTEL/CG、 二 級 ENUM/DNS、MRFC、MRFP等網元。

省級層面主要包括IMS/EPC-HSS、P-CSCF/SBC、MGCF、IM-MGW等網元以及省內L-DRA及省內VoLTE業(yè)務平臺（如短信、智能網平臺等）。

各網元可參考如下原則進行設置：

（1）現(xiàn)網設備升級兼做VoLTE網絡的一級ENUM/DNS，二級ENUM/DNS按大區(qū)節(jié)點新建，采用1+N主備（節(jié)點內、節(jié)點間）方式容災。

（2）S-CSCF/E-CSCF/BGCF、I-CSCF、MMTEL/CG等網元按大區(qū)節(jié)點新建，節(jié)點內采用Pool方式容災。

（3）MRFC和MRFP按大區(qū)節(jié)點新建，節(jié)點采取1+1負荷分擔方式容災。

（4）IMS-HSS、MGCF、IM-MGW由現(xiàn)網各省相應設備升級改造，容災方式維持現(xiàn)狀。

（5）P-CSCF/SBC合設，分省新建，采用Pool方式容災。

（6）業(yè)務配置代理網關可全國集中建設1對，采用1+1負荷分擔容災。

3.3 容災方案

IMS設備在整個VoLTE網絡中處于核心層面，由于采取集中建設方式，其處理的用戶規(guī)模大，涉及的用戶范圍廣，為此其安全性至關重要，容災備份建設是必不可少的一環(huán)。VoLTE IMS網絡的容災可以從兩方面進行考慮。

3.3.1 網元容災方案

圖2 VoLTE IMS網絡架構示意圖

IMS網元本身就具備容災機制(N+1備份或Pool)，為實現(xiàn)地理容災，大區(qū)節(jié)點內同一類IMS網元應分散設置在至少2個核心樞紐樓機房。

如圖3所示，每個核心節(jié)點的IMS設備部署在2個異局址核心樞紐樓機房，采用N+1或Pool備份方式，當節(jié)點內單套網元發(fā)生故障時，業(yè)務自動切換到同節(jié)點的其他網元，這一過程不會影響到業(yè)務的正常使用。

圖3 節(jié)點間的容災示意圖

3.3.2 節(jié)點容災方案

為進一步提升網絡安全性，同一大區(qū)的兩個核心節(jié)點城市之間應相互容災，即當某個節(jié)點出現(xiàn)重大故障時，該節(jié)點的整體業(yè)務能切換到同一個大區(qū)的另外一個核心節(jié)點。核心節(jié)點間業(yè)務的切換可通過自動和人工干預的方式來實現(xiàn)。

如圖3所示，同一大區(qū)的核心節(jié)點A、B之間進行靜態(tài)數據的同步，當某個節(jié)點的多套網元或節(jié)點設備整體出現(xiàn)故障時，啟動節(jié)點之間的切換，通過自動和手工干預結合的方式將故障節(jié)點下的全部用戶向另一個核心節(jié)點進行重注冊，實現(xiàn)正常通信。節(jié)點之間的容災切換會影響到業(yè)務的正常使用，即在用戶重注冊周期內被叫業(yè)務將無法正常使用。

由于核心節(jié)點內的設備部署策略已考慮了地理容災，為了降低容災的復雜度以及投資，可不必考慮大區(qū)間的容災。

3.4 網管方案

網絡部署的集中化必然會導致運維的集中化。VoLTE IMS網絡采取分大區(qū)集中部署策略后，可能會引入多個廠家的IMS設備，為實現(xiàn)對各廠家設備的集約化運維，有必要在全國層面部署VoLTE IMS綜合網管系統(tǒng)，通過與廠家OMC網管的交互，實現(xiàn)對全國范圍內VoLTE IMS網絡設備的集中操作和維護管理。

VoLTE IMS綜合網絡系統(tǒng)應包括網元層、網絡層管理功能。網元層管理功能包括對所管設備的配置管理、告警管理、軟硬件維護管理、狀態(tài)檢測、安全管理等。網絡層管理功能應包括網絡的拓撲視圖、網絡性能及流量檢測、網絡擁塞控制、統(tǒng)計和分析等。

4 結束語

運營商需結合自身實際情況選擇VoLTE核心網建設方式，現(xiàn)有網絡（包括EPC網絡、固網IMS）的現(xiàn)狀都會影響到VoLTE核心網的部署策略，同時來自互聯(lián)網的新興技術如SDN/NFV等也不可避免地影響著運營商網絡建設和運營的思路。運營商在集中建設VoLTE核心網時需統(tǒng)籌考慮上述因素，并與核心網技術的發(fā)展與演進結合起來。

[1] 付仕明， 劉芬. 基于IMS的VoLTE方案關鍵技術[J]. 信息通信，2014(8)：172-173.

[2] 王辰， 李志鋒， 劉鈞. 基于IMS的VoLTE語音業(yè)務實現(xiàn)方案的研究及優(yōu)化[J]. 電信技術， 2015(1)：86-89.

[3] 葉心詩. VoLTE核心網建設方案[J]. 電信工程技術與標準化，2015(10)：16-20.

Discussion on centralized construction scheme for VoLTE core network

FANG Xiao-nong
(Jiangsu Posts & Telecommunications Planning and Designing Institute Co., Ltd., Nanjing 210019, China)

VoLTE technology has entered a substantive stage of deployment, operators should be combined with their own situation to choose the construction strategy of VoLTE core network.With the trend of the centralizationon communication network construction and operation, this paper discusses the construction strategy of VoLTE core network, analyses the factors that influence network construction, studies centralized network scheme,and network disaster recovery and network management are also discussed.

VoLTE; IMS; centralization; disaster; recovery and backup

TN929.5

A

1008-5599（2017）09-0051-05

2016-08-30