融合核心網(wǎng)的研究和設(shè)計(jì)

◆陳一強(qiáng)

?

融合核心網(wǎng)的研究和設(shè)計(jì)

◆陳一強(qiáng)

(廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 廣東 510000)

在TD-LTE建設(shè)初期存在許多問題，客戶在使用時(shí)只能在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)，在4G網(wǎng)切換成2G和3G網(wǎng)時(shí)，網(wǎng)元和接入方式存在差別，即便是相同的代碼，核心制式網(wǎng)在融合時(shí)還是存在問題。隨后科技不斷發(fā)展，核心網(wǎng)已經(jīng)逐漸被IP化的網(wǎng)絡(luò)取代，可是即便如此，不同制式核心網(wǎng)融合和技術(shù)存在的問題依然沒有解決。為了網(wǎng)絡(luò)能夠在切換時(shí)提高效率，建立獨(dú)立的核心網(wǎng)還需要低利率設(shè)備，同時(shí)還要進(jìn)行大量的看護(hù)工作。

4G；核心網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)融合；業(yè)務(wù)需要

0 引言

我國(guó)的核心網(wǎng)已經(jīng)成為中國(guó)戰(zhàn)略的一部分，在國(guó)務(wù)院印發(fā)的有關(guān)寬帶網(wǎng)絡(luò)的通知書中就有提到，開放電信市場(chǎng)、降低網(wǎng)費(fèi)以此來推動(dòng)電信的發(fā)展、加快高速網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展。對(duì)此，我國(guó)各地政府紛紛做出了回應(yīng)，他們大力倡導(dǎo)電信網(wǎng)，開展了一系列有利于電信發(fā)展的活動(dòng)，還提升了寬帶的速率和民眾使用的頻率?，F(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們生活的一部分，網(wǎng)絡(luò)的使用就像家常便飯一樣簡(jiǎn)單和便宜，幾乎家家戶戶都能夠用。

1 核心網(wǎng)構(gòu)架分析

在核心網(wǎng)的構(gòu)建中，主要由移動(dòng)管理實(shí)體、服務(wù)網(wǎng)管、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、計(jì)費(fèi)網(wǎng)等多種功能單元構(gòu)成，在EPC網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建中，MME作為一個(gè)單獨(dú)的存在，已經(jīng)被劃分為成許多代碼，通過技術(shù)者的設(shè)計(jì)能夠?qū)⑦@樣的部署合并成一個(gè)理想的實(shí)體，使EPC網(wǎng)絡(luò)的控制面和用戶面完全分離。

1.1 MME的介紹及詳細(xì)工作

MME是移動(dòng)性管理實(shí)體的簡(jiǎn)稱，在EPC中是最主要的核心部分，它的主要功能就是一切有關(guān)用戶會(huì)話的工作，例如：網(wǎng)絡(luò)終端的會(huì)話、空閑終端的位置管理和安全過程等。它的具體工作是給非接入層發(fā)信令；建立非接入層的承載管理功能；當(dāng)3GPP存在不同核心節(jié)點(diǎn)時(shí)進(jìn)行移動(dòng)管理；尋呼和重發(fā)UE的控制和執(zhí)行；合法偵聽區(qū)域列表和信令傳輸；在P-GW之間選擇合適的節(jié)點(diǎn)；在不同的MME上能夠隨意切換目標(biāo)；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)涉及到2G和3G時(shí)可以把3GPP接入到SGSN的節(jié)點(diǎn)上；可以傳送漫游控制、鑒權(quán)認(rèn)證的流程和警告消息。

1.2 S-GW的介紹及詳細(xì)工作

S-GW是網(wǎng)管服務(wù)的英文簡(jiǎn)稱，它的工作主要是連接E-UTRAN的分組數(shù)據(jù)接口的終點(diǎn)，無論何時(shí)何地都會(huì)有S-GW為EPS 和UE進(jìn)行服務(wù)。用戶的數(shù)據(jù)傳輸、切換路由器是它主要負(fù)責(zé)的項(xiàng)目。更為具體的工作是在eNodeB的移動(dòng)錨點(diǎn)進(jìn)行切換；當(dāng)它的切換路徑發(fā)生變化時(shí)可以發(fā)送多個(gè)SGSN或者是RNC來提醒用戶；能夠啟動(dòng)空閑狀態(tài)下的ECM-IDLE系統(tǒng)；有合法的權(quán)利可以偵聽；數(shù)據(jù)包可以進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，還能夠清楚地記錄下數(shù)據(jù)包的標(biāo)記；網(wǎng)絡(luò)的UE、PDN、QCI的跨運(yùn)營(yíng)和上下行計(jì)費(fèi)；根據(jù)計(jì)費(fèi)原則可以連接離線計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，也就是OFCE,Offline Charging System的整體計(jì)費(fèi)。

1.3 P-GW的介紹及詳細(xì)工作

分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是終結(jié)SGI和PDN的網(wǎng)關(guān)，在所有接入技術(shù)中，它屬于一個(gè)大家共用的錨點(diǎn)，能夠?yàn)樽籼峁┮粋€(gè)比較穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)接口。一個(gè)UE能夠訪問許多PDN，而一個(gè)UE則能夠?qū)?yīng)多個(gè)P-GW，但是面對(duì)S5/S8和Gn/Gp時(shí)，它只能選擇一個(gè)。P-GW的主要功能是過濾用戶的數(shù)據(jù)包；分配UE的IP地址；對(duì)傳輸層的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析。根據(jù)TS32.240連接OFCS；控制APN-AMBR的業(yè)務(wù)速率；關(guān)于DHCPv4（包括服務(wù)器和客戶端）和DHCPv6（包括客戶端和服務(wù)器）的工作任務(wù)。

1.4 PCRF的介紹及詳細(xì)工作

策略和計(jì)費(fèi)規(guī)則功能是策略和計(jì)費(fèi)的控制單元，在這之中還包括策略控制的決策和流計(jì)費(fèi)的控制功能。在PCRF的任務(wù)執(zhí)行中，PCENS是提供服務(wù)器數(shù)據(jù)流門的控制和QOS的網(wǎng)絡(luò)控制功能。在UE的IP-CAN連接口上只有一個(gè)歸屬地，在漫游場(chǎng)景下，則有兩個(gè)和IP-CAN相連接的歸屬地，分別是PLMN和PCRF的終端接口。

2 接口與協(xié)議

在EPC構(gòu)建的核心網(wǎng)中，2G/3G是通過分組域構(gòu)架演變來的，在構(gòu)架時(shí)采用控制和承載相分離結(jié)構(gòu)，同時(shí)還新增了一些IP協(xié)議的接口，如下表1匯總了EPC核心網(wǎng)的主要接口及協(xié)議。

S1-MME接口：在用戶傳送數(shù)據(jù)和應(yīng)用的平面控制時(shí)，eNodeB和MME之間是最主要的接口，接口層主要有SCTP和S1-AP這兩個(gè)協(xié)議。

S1-U接口：在用戶eNodeB路徑之間進(jìn)行交換，利用GTP-U協(xié)議為主要的信息傳遞途徑，S-GW成為用戶數(shù)據(jù)的隧道傳輸，在封裝用戶數(shù)據(jù)時(shí)使用UDP協(xié)議。

S3接口：這種接口類似于3G系統(tǒng)中的Gn接口，它的主要作用是讓3GPP網(wǎng)能夠相互交換，使用的協(xié)議為GTP-C和UDP。

S4接口：它位于SGSN和S-GW之間，主要功能是為GPRS網(wǎng)提供相關(guān)的控制和移動(dòng)管理。在S4接口中有信令面接口和用戶面接口，它使用的接口協(xié)議有GTPv2-C和GSN，這兩種協(xié)議相互之間傳輸信令消息。

表1 EPC核心網(wǎng)主要接口及協(xié)議匯總

3 EPC核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)置原則

核心網(wǎng)在設(shè)置上采用現(xiàn)有的2G/3G核心網(wǎng)技術(shù)，通過分組網(wǎng)將LTE接入到相關(guān)的無線中。MME的設(shè)置方式主要是采用2G/3G的分組SGSN融合技術(shù)，在新建MME時(shí)應(yīng)該選取容量大、處理能力強(qiáng)的設(shè)備為主要核心內(nèi)容，這樣就能夠最大限度的滿足用戶的數(shù)據(jù)傳輸要求和網(wǎng)絡(luò)漫游需求，假如容量不達(dá)標(biāo)時(shí)可以利用MME的其中一臺(tái)做主要工作；假如容量需求大時(shí)就可以采用多臺(tái)MME一起運(yùn)行的原理來工作。

S-GW宜與P-GW綜合設(shè)置為SAE GW；為支持LTE用戶漫游至2G/3G網(wǎng)絡(luò)使用業(yè)務(wù)，SAE-GW必須具備2G/3G分組域GGSN功能；SAE GW/GGSN應(yīng)選用大容量、高處理能力的設(shè)備，其容量應(yīng)能滿足本地用戶和漫游用戶業(yè)務(wù)需求，并為將來的發(fā)展留有余地；當(dāng)容量需求較小時(shí)，可設(shè)置1臺(tái)SAE GW/GGSN；當(dāng)容量需求較大時(shí)，應(yīng)設(shè)置多臺(tái)SAE-GW，并考慮備份機(jī)制（如組SAE-GW POOL）以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，保障網(wǎng)絡(luò)安全。

CG宜采用獨(dú)立設(shè)置的方式，2G/3G網(wǎng)絡(luò)GGSN與SAE GW同廠家時(shí)，CG可與2G/3G共用；為保證計(jì)費(fèi)話單的安全可靠性，硬件設(shè)備應(yīng)采用雙機(jī)配置。獨(dú)立設(shè)置的CG應(yīng)選用高處理能力的設(shè)備。

在設(shè)置DNS時(shí)要遵循EPC核心網(wǎng)的設(shè)施技術(shù)，在DNS的區(qū)域查詢過程中要對(duì)EPC的查詢功能進(jìn)行相關(guān)的改造，同時(shí)還要對(duì)LTE的一些業(yè)務(wù)進(jìn)行相關(guān)的處理和運(yùn)用。為了使計(jì)費(fèi)的設(shè)施設(shè)備能夠有較高的安全性和可靠性，要對(duì)CG的高處理進(jìn)行選擇。

在現(xiàn)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)改造的過程中，設(shè)計(jì)者為了滿足用戶的漫游業(yè)務(wù)，在設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)2G/3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行核心網(wǎng)的相關(guān)改造，使LTE能夠有所提升。在改造LTE業(yè)務(wù)的SGSN的需求改造過程中，要把LTE雙模終端接入到LTE的相互操作系統(tǒng)中，MSC Serever的改造支持USIM的健全功能，無論是PCRF的改造還是EPC的改造，都需要LTE網(wǎng)絡(luò)的智能管控需求，同時(shí)還要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的管控進(jìn)行擴(kuò)充。2G/3G在核心網(wǎng)整體共用中都能夠?qū)ο嚓P(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和改造，無論是BG網(wǎng)的綜合考慮需求還是CSFB在提供語音階段的任務(wù)。

4 結(jié)語

經(jīng)過以上對(duì)于融合核心網(wǎng)的總體結(jié)構(gòu)的分析可以了解到，核心網(wǎng)的構(gòu)架主要采用控制和承載相分離的形式。這樣的設(shè)置主要和EPC網(wǎng)元功能和EPC核心節(jié)點(diǎn)的設(shè)置相適應(yīng)，這樣的原則多是根據(jù)APY的屬性來解釋融合核心網(wǎng)的整體構(gòu)造。為了能夠加快信息技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的提升，必須把核心網(wǎng)的改造和融合核心網(wǎng)的方法相連接，在不斷升級(jí)和發(fā)展的過程中為總體的原則、升級(jí)改造的總體要求和現(xiàn)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的改造原則進(jìn)行分析?？傊鐣?huì)在發(fā)展，時(shí)代在發(fā)展，無論何時(shí)都要為科技的進(jìn)步創(chuàng)造機(jī)會(huì)。

[1]李騫，孫瑞志，朱坤華，席磊.基于QoS有序競(jìng)爭(zhēng)的4G-LTE同步RAN/CN過載融合控制[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2017.

[2]金澤.對(duì)我國(guó)移動(dòng)核心網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)之研究[J].信息通信，2016.

[3]孟輝.對(duì)我國(guó)移動(dòng)核心網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)之研究[J].無線互聯(lián)科技，2013.

[4]康曉波，楊柳.關(guān)于核心網(wǎng)機(jī)房的工藝規(guī)劃[J].中國(guó)西部科技，2011.