無(wú)線通信技術(shù)下基于IP的移動(dòng)核心網(wǎng)組網(wǎng)探析

趙泉

中國(guó)電信股份有限公司武威分公司，甘肅武威，733000

0 引言

基于IP的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型與升級(jí)已成為全國(guó)運(yùn)營(yíng)商的首選，電信運(yùn)營(yíng)商更是把全網(wǎng)IP當(dāng)作今后發(fā)展的主流陣地。全網(wǎng)的IP結(jié)構(gòu)主要由接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)構(gòu)成，想要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)IP化管理與運(yùn)營(yíng)目標(biāo)，最先需要做的便是深入核心網(wǎng)，通過(guò)控制和承載網(wǎng)絡(luò)上的構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)更高效、更順暢的網(wǎng)絡(luò)通信。而且基于IP的移動(dòng)核心網(wǎng)組網(wǎng)，能夠在很大程度上提升網(wǎng)絡(luò)傳輸承載效率，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。

1 無(wú)線通信技術(shù)

無(wú)線通信技術(shù)是指通過(guò)電磁波信號(hào)在自由空間中傳播并交換信息的通信方式，如果其在移動(dòng)中完成通信過(guò)程，就叫作移動(dòng)通信?，F(xiàn)階段，下一代無(wú)線通信技術(shù)的研究成為國(guó)際相關(guān)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)，其能夠隨時(shí)隨地接入高質(zhì)量無(wú)線業(yè)務(wù)，關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)囊括了IPv6技術(shù)、智能天線、MIMO技術(shù)與軟件無(wú)線電等[1]。隨著技術(shù)的不斷更新，商業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用第三代移動(dòng)通信技術(shù)，由于該技術(shù)在規(guī)格方面存在一定的缺陷，所以至今未能達(dá)到個(gè)人通信的高要求。

2 以IP為基礎(chǔ)的移動(dòng)核心網(wǎng)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)及其功能

IP多媒體子系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)IMS，其借助SIP協(xié)議中的會(huì)話功能，構(gòu)建端到端的會(huì)話任務(wù)，從而提升通信質(zhì)量。這里提到的IMS是基于3GPP R5版本得來(lái)，相當(dāng)于以IP網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的多媒體業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。IMS滿(mǎn)足了基本的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要求，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先，它能夠統(tǒng)一控制與管理會(huì)話，管理用戶(hù)數(shù)據(jù)中心，可支持互聯(lián)網(wǎng)與電信融合，能夠組合并調(diào)用各個(gè)業(yè)務(wù)，接口具備開(kāi)放性與標(biāo)準(zhǔn)性。其次，IMS與軟交換具有相同的性質(zhì)，具備控制與承載分離的特點(diǎn)。軟交換具備信令、路由與媒體控制等功能，媒體網(wǎng)關(guān)只要支持媒體編解碼等承載功能，便可實(shí)現(xiàn)控制與承載相分離，二者能進(jìn)行分布式組網(wǎng)[2]。再次，IMS把業(yè)務(wù)與路由分離開(kāi)來(lái)，用戶(hù)持續(xù)改變或具備更高的業(yè)務(wù)需求，加之路由的功能趨于穩(wěn)定，可支持主叫方尋找被叫方，路由與業(yè)務(wù)的進(jìn)一步分離能夠加快新業(yè)務(wù)的融入速度，全部業(yè)務(wù)均能夠?qū)崿F(xiàn)自主路由功能，如打電話、傳真、短信等。最后，IMS使用以IP為基礎(chǔ)的SIP信令，由于IMS是以IP承載網(wǎng)為基礎(chǔ)，即從IP層面解決了移動(dòng)方面的問(wèn)題，并融合了核心網(wǎng)[3]。

2.2 組網(wǎng)模式

由于IMS能夠與IP網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，且相關(guān)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立于任何具體類(lèi)型的接入網(wǎng)絡(luò)，終端設(shè)備能利用無(wú)線網(wǎng)的接入方式與IMS網(wǎng)絡(luò)相連，即接入網(wǎng)模式。對(duì)于PBX用戶(hù)的接入涵蓋IP PBX、TDM PBX兩部分，IP PBX可利用SBC由P-CSCF連接網(wǎng)絡(luò)，TDM PBX可利用MGCF連接網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)VOBB用戶(hù)的接入可通過(guò)CMTS、xDSL、LAN等連接網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)還可采用網(wǎng)間接入模式，指的是IMS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的NGN網(wǎng)絡(luò)、PLMN網(wǎng)絡(luò)與用戶(hù)端之間的通信。關(guān)于NGN與IP網(wǎng)絡(luò)間的接入，可借助IBCF實(shí)現(xiàn)兩者間信令層的通信，利用I-BGF實(shí)現(xiàn)兩者間媒體層的通信[4]。

2.3 IMS網(wǎng)絡(luò)體系

IMS網(wǎng)絡(luò)體系從下到上分別為接入層、會(huì)話層、業(yè)務(wù)層及應(yīng)用層。其中接入層包括CLF、PCRF等功能實(shí)體，可實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)話、固話和IMS網(wǎng)絡(luò)的通信；會(huì)話層實(shí)現(xiàn)注冊(cè)、業(yè)務(wù)觸發(fā)、資源控制、會(huì)話控制、通信、鑒權(quán)等功能；業(yè)務(wù)層主要完成即時(shí)溝通、會(huì)議與媒體資源等業(yè)務(wù)功能，便于運(yùn)營(yíng)商自主組合業(yè)務(wù)，并根據(jù)各種業(yè)務(wù)滿(mǎn)足用戶(hù)的要求；應(yīng)用層用以確保話單、尋址、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、網(wǎng)管等功能，由DNS、EMS、CCF等服務(wù)器構(gòu)成。IMS核心設(shè)備依靠OSTA平臺(tái)為硬件系統(tǒng)，該平臺(tái)為下一代電信設(shè)備的單板與軟件規(guī)范，以ATCA為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)框架，滿(mǎn)足相關(guān)要求，支持多種網(wǎng)絡(luò)通信。IMS可以通過(guò)IPv6的用戶(hù)端連接網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)IPv4與IPv6地址的終端同步接入混合組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)兩者網(wǎng)絡(luò)間的互相通信。

2.4 IMS網(wǎng)絡(luò)的注冊(cè)

IMS網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)必須憑借兩個(gè)標(biāo)識(shí)，一個(gè)為公有標(biāo)識(shí)（IMPU），一個(gè)為私有標(biāo)識(shí)（IMPI），公有標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)具體號(hào)碼，供用戶(hù)被IP網(wǎng)絡(luò)尋址，而私有標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)的是物理用戶(hù)端，供用戶(hù)與IMS網(wǎng)絡(luò)雙向驗(yàn)證，它們均以SIP終端標(biāo)識(shí)的形式存在。

用戶(hù)簽約數(shù)據(jù)所在的運(yùn)營(yíng)商叫作歸屬域。用戶(hù)從其他運(yùn)營(yíng)商的歸屬域接入網(wǎng)絡(luò)叫作漫游域。在IMS網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)過(guò)程中，主要完成用戶(hù)端對(duì)IMS網(wǎng)絡(luò)身份認(rèn)證，同時(shí)實(shí)現(xiàn)IMS網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶(hù)的識(shí)別。首先，用戶(hù)端需明確上層網(wǎng)元的IP地址，這方便IMS網(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。P-CSCF按照請(qǐng)求消息中的域名尋找服務(wù)器，得到歸屬域網(wǎng)絡(luò)入口I-CSCF網(wǎng)元地址，并將注冊(cè)消息轉(zhuǎn)發(fā)至I-CSCF。然后由VIA頭域中得到P-CSCF的主機(jī)名，人員需要檢查此主機(jī)名有無(wú)在信任域內(nèi)，若有記錄代表用戶(hù)訪問(wèn)的網(wǎng)絡(luò)信任度較高，用戶(hù)可以注冊(cè)，若沒(méi)有記錄代表用戶(hù)訪問(wèn)的網(wǎng)絡(luò)信任度較低，網(wǎng)元地址會(huì)反饋403，對(duì)用戶(hù)的注冊(cè)請(qǐng)求表示拒絕，如“Request From Untrusted Domain”。接著HSS獲得一個(gè)來(lái)自UAR路徑的消息，結(jié)合本地的用戶(hù)開(kāi)戶(hù)信息，判斷用戶(hù)是否處在開(kāi)戶(hù)狀態(tài)，如果用戶(hù)已開(kāi)戶(hù)，就將UAA消息發(fā)送至網(wǎng)元地址，反饋得出S-CSCF的地址。網(wǎng)元地址則按照反饋結(jié)果挑選適當(dāng)?shù)哪芰⑾蚱滢D(zhuǎn)發(fā)注冊(cè)信息。S-CSCF將MAR消息發(fā)送給HSS，請(qǐng)求獲得AV這一驗(yàn)證向量，同時(shí)向HSS發(fā)送通知，實(shí)現(xiàn)S-CSCF的服務(wù)功能。最后，當(dāng)鑒權(quán)信息傳輸至S-CSCF時(shí)，把理想的響應(yīng)XRES與具體接收的響應(yīng)RES進(jìn)行比較，倘若二者可適配，鑒權(quán)成功，此后S-CSCF向HSS傳達(dá)SAR信息，讓用戶(hù)簽署相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸響應(yīng)協(xié)議，在用戶(hù)端反饋“OK”或“200”后，便可注冊(cè)成功。

3 無(wú)線通信技術(shù)下基于IP的移動(dòng)核心網(wǎng)組網(wǎng)應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概況

以LTE項(xiàng)目為例。LTE是一種長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)，通過(guò)這種網(wǎng)絡(luò)制式，如GPRS與GSM等，在20MHz的頻譜帶寬下可提供下行326Mbit/s及上行86Mbit/s的峰值速率，極大地優(yōu)化了社區(qū)或企業(yè)邊緣用戶(hù)的性能，增加了社區(qū)或企業(yè)網(wǎng)絡(luò)容量，使系統(tǒng)延遲更低。事實(shí)上，LTE原本僅定位在3G的加強(qiáng)版上，由于技術(shù)的迅速發(fā)展，設(shè)計(jì)者在不斷改善中，將版本升級(jí)至4G，并且包含LTE FDD、TD-LTE兩種制式，具有廣闊的發(fā)展前景?；诖耍瑢?duì)移動(dòng)IMS LTE項(xiàng)目組網(wǎng)的應(yīng)用策略展開(kāi)探析。

3.2 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行組網(wǎng)，并參考如表1所示的通信標(biāo)準(zhǔn)。LTE網(wǎng)絡(luò)能和PSTN與IMS網(wǎng)絡(luò)通信，MGCF作為L(zhǎng)TE核心網(wǎng)的邊界信令通信控制網(wǎng)元，IM-MGW為L(zhǎng)TE核心網(wǎng)的邊界媒體資源網(wǎng)元。兩者和運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)存的移動(dòng)關(guān)口局對(duì)接，要想實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，只有采用CS網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)關(guān)口局實(shí)現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)發(fā)。再者，MGCF滿(mǎn)足SIP等信令功能，其和網(wǎng)絡(luò)的通信利用SIP實(shí)現(xiàn)信令對(duì)接，通過(guò)信令轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)IM-MGW媒體承載資源的釋放。

表1 通信標(biāo)準(zhǔn)

在蘭州一樞紐LTE平面新建IMS core，按照POOL資源池布置可支持蘭州一樞紐平面的網(wǎng)絡(luò)，在蘭州二樞紐也要建立一個(gè)IMS core和資源池。同時(shí)兩處分別建立兩個(gè)業(yè)務(wù)層LTE AS，將IMMGW和MGCF進(jìn)行擴(kuò)容，建立ENS，代替舊的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)。增加U200的網(wǎng)管，開(kāi)啟計(jì)費(fèi)功能，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)對(duì)接。在正式測(cè)試前，需結(jié)合設(shè)備的配置情況，要求移動(dòng)提供相應(yīng)的信令位置與IP地址，最好提前申請(qǐng)，要想便于后期的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維，還應(yīng)做好相關(guān)數(shù)據(jù)規(guī)范方面的準(zhǔn)備，包括命名規(guī)則、號(hào)碼傳遞原則等。

3.3 方案實(shí)施

首先，按照組網(wǎng)要求，收集新建網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，包含編號(hào)、信令與IP等內(nèi)容，根據(jù)號(hào)段傳遞原則，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)字冠數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，得到設(shè)備之間的號(hào)碼傳遞原則及路由規(guī)則等信息，完成設(shè)備間參數(shù)的配置。在調(diào)試互通業(yè)務(wù)時(shí)，主要針對(duì)IMS網(wǎng)元和現(xiàn)網(wǎng)GMSC網(wǎng)絡(luò)通信、IMS調(diào)整和現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備路由指向、IMS和現(xiàn)網(wǎng)承載間方面的通信，要求它們互相接入、互相連通，共同配置用戶(hù)端數(shù)據(jù)。其次，在AS安裝好并完成與內(nèi)部的調(diào)試后，應(yīng)配置相應(yīng)的承載數(shù)據(jù)，而后將AS連接到IMS的核心網(wǎng)元中，待完成數(shù)據(jù)配置環(huán)節(jié)后，根據(jù)AS的具體要求，開(kāi)展用戶(hù)IFC的數(shù)據(jù)配置，這樣便能實(shí)現(xiàn)基于AS的開(kāi)戶(hù)操作，并對(duì)其業(yè)務(wù)流程進(jìn)行測(cè)試，保證業(yè)務(wù)正常運(yùn)行。然后依照移動(dòng)計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)合適的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、網(wǎng)管系統(tǒng)與業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)等。依照IMS北向接口文檔要求，對(duì)上層網(wǎng)管進(jìn)行開(kāi)發(fā)，在網(wǎng)管網(wǎng)絡(luò)內(nèi)接入IMS網(wǎng)管系統(tǒng)，測(cè)試上層網(wǎng)管和IMS是否有效對(duì)接。同時(shí)開(kāi)發(fā)M3000的網(wǎng)管，完成話務(wù)網(wǎng)管的接入。改造現(xiàn)有的網(wǎng)管服務(wù)器，把它連接至數(shù)據(jù)網(wǎng)管內(nèi)，增加2套全新網(wǎng)管，而后完成對(duì)話務(wù)網(wǎng)管、數(shù)據(jù)網(wǎng)管的接入。再次，結(jié)合IMS接口文檔要求，開(kāi)發(fā)OSS網(wǎng)絡(luò)，并將IMS下的OMS系統(tǒng)接入OSS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，互相調(diào)試OSS和IMS，驗(yàn)證業(yè)務(wù)發(fā)放端口及信息。最后，還需保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性，運(yùn)用防火墻技術(shù)，將其設(shè)置在SBC和CMNET之間，按照通用網(wǎng)絡(luò)安全對(duì)策實(shí)施，不僅要安排基于ICMP-flood域的防護(hù)方式，還需采用以會(huì)話統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的防護(hù)手段。依靠SBC信令與媒體全代理功能，可使核心網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得以隱藏，不易于被黑客攻擊。

3.4 結(jié)果驗(yàn)收

被測(cè)系統(tǒng)有信令網(wǎng)、CS設(shè)備、終端、IMS核心網(wǎng)設(shè)備、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。在調(diào)測(cè)過(guò)程中，已測(cè)試核心網(wǎng)166項(xiàng)，具有99.6%的成功率，核心網(wǎng)資源池的測(cè)試成功率為100%，智能網(wǎng)測(cè)試用例200項(xiàng)，約有100%的成功率。無(wú)線網(wǎng)測(cè)試用例47項(xiàng)，約有93%的成功率。測(cè)試項(xiàng)目成功率如表2所示。

表2 測(cè)試項(xiàng)目成功率

3.5 通信功能實(shí)現(xiàn)

LTE用戶(hù)在其歸屬地網(wǎng)絡(luò)中相互通信的呼叫路由方案，包含被叫用戶(hù)尋址方案、用戶(hù)間呼叫的關(guān)鍵信令指向等。蘭州組建ICSCF資源池，注冊(cè)時(shí)由SBC通過(guò)DNS服務(wù)器進(jìn)行查詢(xún)。在LTE用戶(hù)初次發(fā)出呼叫信號(hào)后，經(jīng)過(guò)S-SCSCF路由至主叫用戶(hù)歸屬的AS業(yè)務(wù)層，待AS處理好該業(yè)務(wù)之后，把呼叫信息原路反饋到路由，路由查找ENUM，得到LTE用戶(hù)歸屬路由消息，把呼叫路由至被叫用戶(hù)歸屬路由位置。歸屬路由利用DRA查找被叫歸屬核心網(wǎng)服務(wù)器地址信息，同時(shí)把呼叫路由至相應(yīng)的路由位置。待完全處理好用戶(hù)業(yè)務(wù)以后，釋放HSS被叫域，其對(duì)AS反饋當(dāng)前被叫用戶(hù)在IMS域中。而后按照域選結(jié)果把呼叫路由反饋到原路由。在明確語(yǔ)音編碼方式與軟交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬進(jìn)行計(jì)算。

4 結(jié)論

與傳統(tǒng)的軟交換技術(shù)相比，IMS在CS的操作方面更為復(fù)雜，具體表現(xiàn)于多種網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方面。在方案設(shè)計(jì)方面要按照通用體系標(biāo)準(zhǔn)，整合其邏輯功能，以此減少網(wǎng)元的連接，并充分考慮業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)化性。通過(guò)對(duì)LTE項(xiàng)目組網(wǎng)案例的設(shè)計(jì)，分析了以IP為基礎(chǔ)的移動(dòng)核心網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)及對(duì)策，表明了IMS組網(wǎng)能夠支持多種接入方式、不同網(wǎng)絡(luò)彼此通信及端到端解決方案，不僅保障了網(wǎng)絡(luò)的安全性，還提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸速率。