通信核心網技術的應用與發展

黨淼鑫??

【摘要】文章闡述了移動通信核心網各個發展階段組網的特點和使用的技術，分析了移動核心網向下一代網絡發展的趨勢和演進方案，最后指出融合將是下一代網絡和業務發展的主旋律。

【關鍵詞】核心網；技術應用；融合

The Application and Development of Communication Core Network Technology

Dang Miao-xin

（Tianyuan Ruixin Communication Technology Co.， LtdXi'anShaanxi710075）

【Abstract】This paper analyzes the characteristics and technology of the development of the mobile communication core network， analyzes the trend and evolution of the mobile core network to the next generation network， and points out that the integration will be the main theme of the next generation network and business development.

【Key words】Core network；Technology application；Integration

1. 前言

（1）自上個世紀，電信行業處于長期壟斷環境。進入上世紀90年代后期以來，電信業經歷了并將繼續經歷著巨大的動蕩，技術更新加快，建網成本大幅下降；行業技術差別趨向消失，行業結構越來越不穩定；業務主體發生了歷史性變動；移動通信和IP化逐漸表現出優勢；IP對傳統電信模式形成了巨大的沖擊。

（2）上述這些未遇的深刻變化正在極大地動搖長期以來傳統電信網賴以生存的基礎，包括發展模式、運營模式和運維模式乃至體制、機制和文化等各個層面。研究移動通信核心網技術的應用與發展顯得尤為重要。移動通信行業不斷利用新技術武裝自己，使得新成果能滿足用戶需求，適應發展和競爭的需求。

2. 電路交換技術

（1）電路交換（CS），從通信線路資源占用的劃分上，“交換”是按照空分和時分模式動態地分配傳輸資源，在通話過程中保持資源的獨占，在通話完成釋放相關資源。

（2）以電路時序進行接續的交換方式是電路交換模式，從通信運營商發展開始，語音電話的實現就是從空時分電路交換方式開始的，使用固定電話呼叫對方，取下電話話機進行號碼盤撥號，撥號后，電話機獲取全部電話號碼發送給交換機側，而交換側從獲得的號碼在本身數據庫中進行查找，得到通話的方向，并為雙方建立一條預獨占的時序作為電路連接，等整段話路都建立起來后，雙方正式占用，并開始通話，通話完成，其中一方掛機，交換機則立刻把雙方的占線路斷開，為新的通話釋放資源。因此，我們可以良好體驗電路交換所帶來的良好語音。

（3）CS電路交換方式的主要特點：電路交換所占用的最小單位是時隙，每個用戶所使用的均為64K時隙電路；面向有連接的物理電路，體現了實時的電路獨占性；同步時分復用：以TDM時分復用為機制，通過空分與時分的交換方式進行連接。

3. 分組交換與融合通信技術

（1）由于電路交換技術的核心網技術設備容量受到硬件限制，擴容的空間非常有限造成節點數量較多、設備越來越老化、網絡維護成本高，有些設備廠家因其技術落后不再提供設備維保等，在IP技術普及的今天，全球運營商逐漸啟動和普及了核心網的IP化戰略。

（2）IP化與融合技術使移動通信網演進成了EPS，核心網側的則為EPC，EPS系統包括無線接入網E-UTRAN和核心網EPC，而核心網的演進為SAE。

（3）長期演進系統網絡中的EPS系統是目前4G移動通信網絡演進的重要方向和普及方向。EPC核心網網絡的主要特征有：核心網全網絡IP分組化，到最后電路域只是作為話音網絡的備份存在；網絡層次扁平化，減少了用戶面的節點數量，演進后取消了3G網絡中的RNC網元，核心網節點在本局模式下最少可減少到只有一個；服務質量機制QOS進一步得到了完善，能夠支持端到端的QOS質量保證，在PCC結構中加強了計費系統管理和QOS質量控制管理；支持各類接入技術，如與3GPP系統的互通，同時也能支持非3GPP網絡的接入，支持用戶在各種3GPP網絡和非3GPP網絡之間的自由漫游和切換；IP分組可以實現各類實時的業務，如話音等，通過對實時業務的更好支持，極大的降低業務連接的時延，在IP網絡中實現最大速率的分組交換，實現實時業務。

（4）為了實現全網IP化網絡改造，對現有運營商的移動網絡核心網部分需要進行改造，從2G/3G/4G的核心融入，逐步過渡到全IP化，EPC的最終架構是取消了電路域，所有業務將在網絡中通過無連接的方式無損的實現，最終支持E-UTRAN無線網的全IP的一個核心網。

4. IP分組化及核心網融合下的網絡結構

（1）當移動通信網絡全部演進到IP化并實現融合通信的EPS架構之后，傳統網絡結構將受到顛覆性的演變，核心網將完成2G/3G/4G的融合通信，用一張核心網即可完成三代移動通信無線接入，實現最大的兼容網絡，在提供多樣服務的同時，建網的成本將更加低廉，網絡更加簡單，更加容易維護。EPC核心網網絡演變后主要網元包括MME、SGW、PGW、HSS、PCRF、AF等，而無線則簡化為只有eNodeB單一結構。

（2）MME：LTE接入下的控制層面網元，負責移動臺移動性管理功能；SGSN：GPRS網絡的控制面網元，對PS域進行用戶移動性管理及會話管理；S-GW：EPC網絡媒體層接入接入服務網關，實現類似SGSN的功能；P-GW：EPC網絡邊界網關，提供承載控制、計費、地址分配及其他非3GPP接入等功能；HSS：EPC網絡數據用戶庫管理網元，提供鑒權和簽約等功能，實現HLR類似功能；PCRF：策略控制服務器；AF：業務策略的提供點服務器；eNodeB：增強型無線基站，負責無線側接入和無線資源的管理，集成了原2G/3G基站和部分基站控制器的功能。endprint

5. 移動核心網的發展方向

如何對高達數千億投資的現有網絡進行改造、提升技術水平、開發新業務、確保向下一代網絡的平滑演進，是一個重大而現實的問題。

5.1基于軟交換架構的移動核心網組網方式。

采用移動軟交換設備組網，核心網拓撲分為大本地網和小本地網兩種方案。

（1） 小本地網組網。

小本地網網絡組織方式是軟交換負責一個本地網的移動業務，MSC Server和MGW可以合設，也可以分布設置在不同機房，但MSC Server 只管理一個本地網內的MGW。小本地網適用場合在用戶密集地區，網絡建設中需要解決的問題主要是容量問題。傳統2G交換機容量小、局點多、網絡結構復雜；小本地網充分利用軟交換設備的大容量、高集成度的優勢，實現大容量、少局所得目標，盡可能的簡化網絡拓撲，從而提高網絡質量。

（2） 大本地網組網。

大本地網組網方式是軟交換負責多個本地網的移動業務，MSC Server和MGW分布式設置。通常MSC Server設置在省會或中心城市，管理多個本地網的MGW。大本地網適用場合是在非用戶密集、地廣人稀的地區，傳統的網絡建設在這些地區不能經濟性的解決廣覆蓋的問題，利用軟交換分布式架構，Server集中設置，MGW就近接入，實現本地話務就近吸收，從而可以經濟地解決非用戶密集區的廣覆蓋問題。

5.2基于IMS的核心網向NGN架構演進。

軟交換采用分組承載網絡，信令和數據以IP包或ATM信元的方式在網絡中傳輸，IP協議的簡單和通用性就給黑客可乘之機。軟交換在業務和應用上還很薄弱，特別是多媒體業務支持方面較弱，尚不能完全承擔作為下一代網的核心控制層技術的重任，需要更加科學合理的網絡技術結構，即IP多媒體子系統（IMS）。IMS不但繼承了軟交換承載與控制分離的思路，還對控制功能作了進一步的分離并采用SIP為呼叫控制信令，業務控制能力很強，業務層和控制層分離，便于生成移動和固網統一的業務邏輯，實現兩者在核心層的融合，很適用于以IP為基礎的核心網應用，且核心網與接入方式和接入技術無關，保證了控制結構與接入的獨立性。在應用層、網絡層和后臺系統之間均采用標準化的接口是一種體系架

構更完善、開放性更好、標準化程度更高，適用于所有接入和業務的統一控制層架構。

6. 結束語

軟件換和IMS是PSTN向NGN發展的兩個不同階段，軟交換側重PSTN相關業務，而IMS目前尚不能完全支持PSTN業務，短期內難以取代軟交換，主要提供基于SIP的寬帶多媒體業務。從長遠看，則IMS將可能最終融合軟交換，成為統一的融合平臺。然而，源于移動領域的IMS在處理固網和移動網融合方面還有很多工作要做，能夠滿足移動和固網融合要求的IMS的大規模商用部署還需要一定的時間。

綜上所述，融合將是未來十到二十年電信業和電信技術業務發展的一個主旋律。

參考文獻

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