通信核心網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

黨淼鑫

【摘要】文章闡述了移動(dòng)通信核心網(wǎng)各個(gè)發(fā)展階段組網(wǎng)的特點(diǎn)和使用的技術(shù)，分析了移動(dòng)核心網(wǎng)向下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)和演進(jìn)方案，最后指出融合將是下一代網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)發(fā)展的主旋律。

【關(guān)鍵詞】核心網(wǎng)；技術(shù)應(yīng)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(gè)世紀(jì)，電信行業(yè)處于長(zhǎng)期壟斷環(huán)境。進(jìn)入上世紀(jì)90年代后期以來(lái)，電信業(yè)經(jīng)歷了并將繼續(xù)經(jīng)歷著巨大的動(dòng)蕩，技術(shù)更新加快，建網(wǎng)成本大幅下降；行業(yè)技術(shù)差別趨向消失，行業(yè)結(jié)構(gòu)越來(lái)越不穩(wěn)定；業(yè)務(wù)主體發(fā)生了歷史性變動(dòng)；移動(dòng)通信和IP化逐漸表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)；IP對(duì)傳統(tǒng)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(dòng)搖長(zhǎng)期以來(lái)傳統(tǒng)電信網(wǎng)賴以生存的基礎(chǔ)，包括發(fā)展模式、運(yùn)營(yíng)模式和運(yùn)維模式乃至體制、機(jī)制和文化等各個(gè)層面。研究移動(dòng)通信核心網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展顯得尤為重要。移動(dòng)通信行業(yè)不斷利用新技術(shù)武裝自己，使得新成果能滿足用戶需求，適應(yīng)發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)的需求。

2. 電路交換技術(shù)

（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(shí)分模式動(dòng)態(tài)地分配傳輸資源，在通話過(guò)程中保持資源的獨(dú)占，在通話完成釋放相關(guān)資源。

（2）以電路時(shí)序進(jìn)行接續(xù)的交換方式是電路交換模式，從通信運(yùn)營(yíng)商發(fā)展開(kāi)始，語(yǔ)音電話的實(shí)現(xiàn)就是從空時(shí)分電路交換方式開(kāi)始的，使用固定電話呼叫對(duì)方，取下電話話機(jī)進(jìn)行號(hào)碼盤(pán)撥號(hào)，撥號(hào)后，電話機(jī)獲取全部電話號(hào)碼發(fā)送給交換機(jī)側(cè)，而交換側(cè)從獲得的號(hào)碼在本身數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行查找，得到通話的方向，并為雙方建立一條預(yù)獨(dú)占的時(shí)序作為電路連接，等整段話路都建立起來(lái)后，雙方正式占用，并開(kāi)始通話，通話完成，其中一方掛機(jī)，交換機(jī)則立刻把雙方的占線路斷開(kāi)，為新的通話釋放資源。因此，我們可以良好體驗(yàn)電路交換所帶來(lái)的良好語(yǔ)音。

（3）CS電路交換方式的主要特點(diǎn)：電路交換所占用的最小單位是時(shí)隙，每個(gè)用戶所使用的均為64K時(shí)隙電路；面向有連接的物理電路，體現(xiàn)了實(shí)時(shí)的電路獨(dú)占性；同步時(shí)分復(fù)用：以TDM時(shí)分復(fù)用為機(jī)制，通過(guò)空分與時(shí)分的交換方式進(jìn)行連接。

3. 分組交換與融合通信技術(shù)

（1）由于電路交換技術(shù)的核心網(wǎng)技術(shù)設(shè)備容量受到硬件限制，擴(kuò)容的空間非常有限造成節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多、設(shè)備越來(lái)越老化、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本高，有些設(shè)備廠家因其技術(shù)落后不再提供設(shè)備維保等，在IP技術(shù)普及的今天，全球運(yùn)營(yíng)商逐漸啟動(dòng)和普及了核心網(wǎng)的IP化戰(zhàn)略。

（2）IP化與融合技術(shù)使移動(dòng)通信網(wǎng)演進(jìn)成了EPS，核心網(wǎng)側(cè)的則為EPC，EPS系統(tǒng)包括無(wú)線接入網(wǎng)E-UTRAN和核心網(wǎng)EPC，而核心網(wǎng)的演進(jìn)為SAE。

（3）長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的EPS系統(tǒng)是目前4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的重要方向和普及方向。EPC核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的主要特征有：核心網(wǎng)全網(wǎng)絡(luò)IP分組化，到最后電路域只是作為話音網(wǎng)絡(luò)的備份存在；網(wǎng)絡(luò)層次扁平化，減少了用戶面的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，演進(jìn)后取消了3G網(wǎng)絡(luò)中的RNC網(wǎng)元，核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)在本局模式下最少可減少到只有一個(gè)；服務(wù)質(zhì)量機(jī)制QOS進(jìn)一步得到了完善，能夠支持端到端的QOS質(zhì)量保證，在PCC結(jié)構(gòu)中加強(qiáng)了計(jì)費(fèi)系統(tǒng)管理和QOS質(zhì)量控制管理；支持各類接入技術(shù)，如與3GPP系統(tǒng)的互通，同時(shí)也能支持非3GPP網(wǎng)絡(luò)的接入，支持用戶在各種3GPP網(wǎng)絡(luò)和非3GPP網(wǎng)絡(luò)之間的自由漫游和切換；IP分組可以實(shí)現(xiàn)各類實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù)，如話音等，通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的更好支持，極大的降低業(yè)務(wù)連接的時(shí)延，在IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)最大速率的分組交換，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。

（4）為了實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)IP化網(wǎng)絡(luò)改造，對(duì)現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)核心網(wǎng)部分需要進(jìn)行改造，從2G/3G/4G的核心融入，逐步過(guò)渡到全I(xiàn)P化，EPC的最終架構(gòu)是取消了電路域，所有業(yè)務(wù)將在網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)無(wú)連接的方式無(wú)損的實(shí)現(xiàn)，最終支持E-UTRAN無(wú)線網(wǎng)的全I(xiàn)P的一個(gè)核心網(wǎng)。

4. IP分組化及核心網(wǎng)融合下的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（1）當(dāng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)全部演進(jìn)到IP化并實(shí)現(xiàn)融合通信的EPS架構(gòu)之后，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將受到顛覆性的演變，核心網(wǎng)將完成2G/3G/4G的融合通信，用一張核心網(wǎng)即可完成三代移動(dòng)通信無(wú)線接入，實(shí)現(xiàn)最大的兼容網(wǎng)絡(luò)，在提供多樣服務(wù)的同時(shí)，建網(wǎng)的成本將更加低廉，網(wǎng)絡(luò)更加簡(jiǎn)單，更加容易維護(hù)。EPC核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)演變后主要網(wǎng)元包括MME、SGW、PGW、HSS、PCRF、AF等，而無(wú)線則簡(jiǎn)化為只有eNodeB單一結(jié)構(gòu)。

（2）MME：LTE接入下的控制層面網(wǎng)元，負(fù)責(zé)移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)性管理功能；SGSN：GPRS網(wǎng)絡(luò)的控制面網(wǎng)元，對(duì)PS域進(jìn)行用戶移動(dòng)性管理及會(huì)話管理；S-GW：EPC網(wǎng)絡(luò)媒體層接入接入服務(wù)網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)類似SGSN的功能；P-GW：EPC網(wǎng)絡(luò)邊界網(wǎng)關(guān)，提供承載控制、計(jì)費(fèi)、地址分配及其他非3GPP接入等功能；HSS：EPC網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)用戶庫(kù)管理網(wǎng)元，提供鑒權(quán)和簽約等功能，實(shí)現(xiàn)HLR類似功能；PCRF：策略控制服務(wù)器；AF：業(yè)務(wù)策略的提供點(diǎn)服務(wù)器；eNodeB：增強(qiáng)型無(wú)線基站，負(fù)責(zé)無(wú)線側(cè)接入和無(wú)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。

5. 移動(dòng)核心網(wǎng)的發(fā)展方向

如何對(duì)高達(dá)數(shù)千億投資的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造、提升技術(shù)水平、開(kāi)發(fā)新業(yè)務(wù)、確保向下一代網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)，是一個(gè)重大而現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。

5.1基于軟交換架構(gòu)的移動(dòng)核心網(wǎng)組網(wǎng)方式。

采用移動(dòng)軟交換設(shè)備組網(wǎng)，核心網(wǎng)拓?fù)浞譃榇蟊镜鼐W(wǎng)和小本地網(wǎng)兩種方案。

（1） 小本地網(wǎng)組網(wǎng)。

小本地網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組織方式是軟交換負(fù)責(zé)一個(gè)本地網(wǎng)的移動(dòng)業(yè)務(wù)，MSC Server和MGW可以合設(shè)，也可以分布設(shè)置在不同機(jī)房，但MSC Server 只管理一個(gè)本地網(wǎng)內(nèi)的MGW。小本地網(wǎng)適用場(chǎng)合在用戶密集地區(qū)，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中需要解決的問(wèn)題主要是容量問(wèn)題。傳統(tǒng)2G交換機(jī)容量小、局點(diǎn)多、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；小本地網(wǎng)充分利用軟交換設(shè)備的大容量、高集成度的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)大容量、少局所得目標(biāo)，盡可能的簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑥亩岣呔W(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

（2） 大本地網(wǎng)組網(wǎng)。

大本地網(wǎng)組網(wǎng)方式是軟交換負(fù)責(zé)多個(gè)本地網(wǎng)的移動(dòng)業(yè)務(wù)，MSC Server和MGW分布式設(shè)置。通常MSC Server設(shè)置在省會(huì)或中心城市，管理多個(gè)本地網(wǎng)的MGW。大本地網(wǎng)適用場(chǎng)合是在非用戶密集、地廣人稀的地區(qū)，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在這些地區(qū)不能經(jīng)濟(jì)性的解決廣覆蓋的問(wèn)題，利用軟交換分布式架構(gòu)，Server集中設(shè)置，MGW就近接入，實(shí)現(xiàn)本地話務(wù)就近吸收，從而可以經(jīng)濟(jì)地解決非用戶密集區(qū)的廣覆蓋問(wèn)題。

5.2基于IMS的核心網(wǎng)向NGN架構(gòu)演進(jìn)。

軟交換采用分組承載網(wǎng)絡(luò)，信令和數(shù)據(jù)以IP包或ATM信元的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，IP協(xié)議的簡(jiǎn)單和通用性就給黑客可乘之機(jī)。軟交換在業(yè)務(wù)和應(yīng)用上還很薄弱，特別是多媒體業(yè)務(wù)支持方面較弱，尚不能完全承擔(dān)作為下一代網(wǎng)的核心控制層技術(shù)的重任，需要更加科學(xué)合理的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)構(gòu)，即IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）。IMS不但繼承了軟交換承載與控制分離的思路，還對(duì)控制功能作了進(jìn)一步的分離并采用SIP為呼叫控制信令，業(yè)務(wù)控制能力很強(qiáng)，業(yè)務(wù)層和控制層分離，便于生成移動(dòng)和固網(wǎng)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)邏輯，實(shí)現(xiàn)兩者在核心層的融合，很適用于以IP為基礎(chǔ)的核心網(wǎng)應(yīng)用，且核心網(wǎng)與接入方式和接入技術(shù)無(wú)關(guān)，保證了控制結(jié)構(gòu)與接入的獨(dú)立性。在應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和后臺(tái)系統(tǒng)之間均采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口是一種體系架

構(gòu)更完善、開(kāi)放性更好、標(biāo)準(zhǔn)化程度更高，適用于所有接入和業(yè)務(wù)的統(tǒng)一控制層架構(gòu)。

6. 結(jié)束語(yǔ)

軟件換和IMS是PSTN向NGN發(fā)展的兩個(gè)不同階段，軟交換側(cè)重PSTN相關(guān)業(yè)務(wù)，而IMS目前尚不能完全支持PSTN業(yè)務(wù)，短期內(nèi)難以取代軟交換，主要提供基于SIP的寬帶多媒體業(yè)務(wù)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，則IMS將可能最終融合軟交換，成為統(tǒng)一的融合平臺(tái)。然而，源于移動(dòng)領(lǐng)域的IMS在處理固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)融合方面還有很多工作要做，能夠滿足移動(dòng)和固網(wǎng)融合要求的IMS的大規(guī)模商用部署還需要一定的時(shí)間。

綜上所述，融合將是未來(lái)十到二十年電信業(yè)和電信技術(shù)業(yè)務(wù)發(fā)展的一個(gè)主旋律。

參考文獻(xiàn)

[1]王文博，常永宇，等.移動(dòng)通信原理與技術(shù)[M]. 第一版.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2005：227.

[2]龐韶，施清.3G核心網(wǎng)演進(jìn)和IMS[J].移動(dòng)通信，2006，3：28.

[3]趙慧玲，吳廣穎，梅承力.移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展探討[J].移動(dòng)通信，2010，7.