LTE核心網關鍵技術探討

劉婷婷 劉永毓

【摘要】 本文在LTE核心網的結構、功能進行簡要介紹的基礎之上，著重對LTE核心網關鍵技術的進行闡述，從而為在采用較少資源的條件下實現LTE核心網技術提供理論參考。

【關鍵字】 LTE核心網 關鍵技術 結構

一、LTE核心網關鍵技術概述

所謂LTE核心網關鍵技術，主要是指在使用較少的資源條件下來對LTE核心網功能進行優化的一項技術。近年來，隨著我國科技水平地不斷提高，LTE技術也不斷發展，并且發展越發成熟。LTE核心網關鍵技術具有頻譜利用率較高，成本較低、功耗低等優點，但是其缺陷在于高速傳輸時的距離不長。因此，在室內或者比較偏遠的地區使用LTE核心網關鍵技術。

二、LTE核心網概況

在LTE核心網中，其主要包括移動性管理設備（MME）、服務網關（S-GW）、PDN網關（P-GW）、歸屬簽約用戶服務器（HSS）以及策略和計費控制單元（PCRF）等。在LTE核心網網絡架構中，服務網關（S-GW）和PDN網關（P-GW）既可以進行合設，也可以分設。LTE核心網的網絡架構如圖1所示。

2.1移動性管理設備（MME）概況

移動性管理設備（MME）屬于LTE核心網的控制面節點，其主要作用表現為安全、移動性管理和執行會話和承載控制三方面。

2.2服務網關（S-GW）概況

所謂S-GW，其屬于用以連接eNodeB的用戶面節點。服務網關（S-GW）主要確保在在eNodeB和PGW之間路由和轉發LTE用戶上下行報文。

2.3分組數據網關（P-GW）概況

P-GW主屬于一種用以連接PDN網絡的用戶面節點。P-GW的主要功能表現在：為LTE核心網到PDN網絡的用戶面提供參考點SGi。另外，分組數據網關（P-GW）還具有部分的安全功能、QoS功能和控制功能。

2.4策略和計費控制單元（PCRF）概況

策略和計費控制單元（PCRF）的主要作用是提供基于業務數據流的門控、QoS控制以及相關的計費控制等。

2.5歸屬簽約用戶服務器（HSS）概況

HSS是一個專門對用戶和服務數據進行儲存的數據庫。歸屬簽約用戶服務器（HSS）的作用是保存歸屬網絡中IMS/ EPC用戶的簽約信息，并且對用戶鑒權和位置信息進行管理。

三、LTE核心網關鍵技術介紹

3.1LTE核心網操作系統輕量化技術介紹

LTE核心網采用開源Linux操作系統主要從系統基礎服務（BASE Service）、操作管理維護（OAM）和高可用性服務（HA Service）三個方面進行優化設計。經過LTE核心網操作系統輕量化技術進行優化以后的操作系統，其大小僅僅為原系統的百分之三十左右，同時其運行速度也提升了近三倍。

3.1.1系統基礎服務（BASE Service）

系統基礎服務（BASE Service）是基于CGL規范并且為滿足上層業務應用的需求而進行開發的基礎模塊。系統基礎服務（BASE Service）模塊承載起了整個系統的大部分基礎服務。系統基礎服務（BASE Service）主要有三個部分：一是系統啟動（Autoboot）。其能夠對內核進行自動加載，從而啟動配置。二是腳本配置和平臺服務啟動。根據系統內的業務流程，對因為系統進程出現異常問題退出以后，可以進行自動進行重啟，也可以對一些應用程序進行加載和啟動。三是文件系統（FS Management）。LTE核心網操作系統主要采用XFS或者EXT3文件系統。FS Management通過網絡文件系統將日志文件保存到遠程主機里面，有效地減少系統對存儲的要求。對系統基礎服務（BASE Service）進行優化的主要是根據LTE核心網中操作系統的實際使用情況刪除一些不必要的組件，從而保證LTE核心網能夠快速地運行，同時確保LTE核心網操作系統是干凈可控的。

3.1.2操作管理維護（OAM）

在OAM模塊中，其主要包括配置管理（CM）、性能管理（PM）、告警管理（FM）和北向接口四個部分。首先，CM主要是負責管理配置模型和配置數據，并且執行配置的命令，另外，CM還會與網管系統進行互操作。其次是性能管理（PM）。性能管理（PM）的功能主要為：提供性能模型管理、性能任務管理、性能數據收集上報以及閥值告警等等。三是告警管理（FM）。FM的主要功能表現在告警、生成安全日志和客戶日志等，并且具有一定的上報功能。最后是北向接口。操作管理維護（OAM）模塊中的北向接口的功能，主要表現為通過SNMP協議來傳輸網絡管理數據，從而達到網管中心NMS/EMS的連接和訪問。

3.2網關一體化設計技術介紹

所謂網關一體化設計，就是指將S-GW和P-GW進行深度地融合。當網關一體化系統進行加載時，只需要將一個融合GW網元的模塊啟動，此時就可以提供獨立的S-GW、PDN-GW和融合GW等邏輯網元功能。網關一體化設計的優點主要表現為：可以將不同的邏輯網元對網關一體化系統資源進行管理和會話控制功能以及用戶面邏輯處理進行共享，這樣就大大地節約了網關一體化系統內存資源，同時最大程度地對軟件代碼進行重用。網關一體化系統設計具體如圖2所示。

（1）網關一體化設計中，在大部分場景下，網關主要功能為提供融合GW功能，其數據流參考圖2中的業務流1。

（2）當在網關中進行切換場景時，假若S-GW發生改變，那么其歸屬地網關便會更改成為P-GW，此時歸屬地網關數據流可以參考圖二中的第二條業務流。另外，當訪問地網關提供S-GW角色時，其數據流則參考圖二中的第三條業務流。

由此可見，S-GW發生改變而切換場景除外，在網關一體化設計技術下，絕大部分場景下的網關信令僅需進行一次處理即可，這就大大地降低了延時。

3.3快速數據處理與轉發技術介紹（Intel CPU+DPDK技術）

LTE核心網操作系統中所采用的快速數據處理與轉發技術（Intel CPU+DPDK技術）是針一個輕量級、低功耗以及RTC的運行環境數據套件DPDK，這樣就能夠提升數據包的處理和轉發性能。另外，DPDK還可以對智能和高效的數據包進行處理與轉發。

跟傳統Linux系統比較，采用快速數據處理與轉發技術（Intel CPU+DPDK）技術后，數據包的處理與轉發能力比起原系統而言，大概提升了6—10倍。

四、結語

綜上所述， LTE核心網關鍵技術大大地降低了LTE核心網的成本，提升了運行速度，可以應用于政府部門的應急和反恐或者救災、室內覆蓋和企業專網等實踐之中。

參 考 文 獻

[1] 王少波.LTE核心網關質量提升方案[J].數據通信.2015（03）

[2] 黃桂芹.陜西電信LTE核心網建設探討[J].電信科技.2012（05）

[3] 王琦.探究分析LTE核心網技術的要點[J].新聚焦.2011（06）