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趙慧玲 吳廣穎 梅承力 中國電信研究院
【摘要】本文論述了移動核心網(wǎng)的發(fā)展趨勢，指出移動TDM電路交換退出歷史舞臺，移動分組域將對網(wǎng)絡發(fā)展起重要作用，IMS是核心網(wǎng)發(fā)展目標。
【關鍵詞】移動核心網(wǎng)、IMS、EPC
移動核心網(wǎng)絡的發(fā)展目標將是基于IMS技術的網(wǎng)絡。IP化和融合化成為移動核心網(wǎng)發(fā)展的主要特征。基于IP化的核心網(wǎng)網(wǎng)絡結構，不僅可以顯著降低網(wǎng)絡成本，實現(xiàn)簡單而高效的網(wǎng)絡運營，并能快速部署新型業(yè)務。LTE引入后分組域也將在網(wǎng)絡演進中起重要作用。隨著運營商全業(yè)務經(jīng)營的逐步開展，可控制的IP多媒體業(yè)務越來越引人關注。
1. 移動TDM電路交換退出歷史舞臺
由于傳統(tǒng)的移動TDM交換機面臨容量小、節(jié)點數(shù)量多、部分設備老化、運維成本增加，并且部分廠家不再提供設備維保等問題，全球運營商普遍啟動了核心網(wǎng)的IP化戰(zhàn)略。
在長途和省級層面移動交換機加速退網(wǎng)，實現(xiàn)固定、移動網(wǎng)的融合，退網(wǎng)后以移動軟交換為主進行網(wǎng)絡演進。同時，運營商根據(jù)業(yè)務需求驅動，引入IMS系統(tǒng)，提供多媒體業(yè)務，形成軟交換與IMS并存的網(wǎng)絡結構。這種思路的主要特點是固定、移動軟交換技術成熟，全球已經(jīng)進行了大規(guī)模的部署，運營商可以快速實施網(wǎng)絡的IP化演進。
2.寬帶分組域將在網(wǎng)絡演進中扮演重要角色
LTE引入后，寬帶分組域無論在移動互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務支撐還是在IP承載網(wǎng)絡的演進方面都將起到重要作用。分組域將主要完成IP承載控制的功能和IP傳送功能。
LTE R8版本中20MHz頻譜帶寬無線側下行速度高達100Mbps，后期可演進到1Gbps，為適應無線側的速度增長，對核心網(wǎng)構架進行進一步的演進就成為3GPP組織研究的一個重點課題，這就是我們今天常常談到的“系統(tǒng)構架演進”即SAE項目的重要內容，也是更名后我們通常把它稱為“演進的分組核心網(wǎng)”即EPC。設備商與運營商齊心協(xié)力經(jīng)過5年多的努力基本完成了LTE/EPC的標準工作。
設備商在這個領域的投入不斷加大，芯片廠也積極跟進。業(yè)界LTE/EPC設備的IOT測試在MSF論壇推動下于2009年3月開始；
EPS是未來移動網(wǎng)絡演進的方向，主要特征包括：全面分組化，提供真正意義上的純分組接入；支持多接入技術，除支持現(xiàn)有3GPP系統(tǒng)接入外，同時支持非3GPP網(wǎng)絡(如CDMA、WLAN)的接入，并支持在3GPP網(wǎng)絡和非3GPP網(wǎng)絡之間的漫游和切換；支持端到端的QoS保證，增加了對實時業(yè)務的支持，通過簡化網(wǎng)絡架構和信令流程，降低業(yè)務連接的時延小于200ms；網(wǎng)絡層次扁平化，在用戶面進行節(jié)點壓縮，取消了RNC，核心網(wǎng)用戶面節(jié)點在非漫游時可合并為一個。
EPS的這些特征不僅滿足了下一代移動網(wǎng)的需求，也為網(wǎng)絡融合提供一個新的平臺，受到業(yè)界廣泛關注。
EPS標準從2004年啟動R8版本，該版本制定了EPS的主要功能，目前已凍結。R9版本針對一些增強功能進行研究，功能也基本凍結，3GPP目前正在制定R10版本的需求和功能。
EPS系統(tǒng)包括無線網(wǎng)接入網(wǎng)(可以是LTE、CDMA、WLAN等)和核心網(wǎng)EPC。其中EPC核心網(wǎng)的架構如圖一所示下：
圖一：EPC架構
該架構中，EPC系統(tǒng)同時支持3GPP接入(如LTE)、信任的非3GPP網(wǎng)絡接入(如CDMA)和非信任非3GPP IP網(wǎng)絡接入(如WLAN等)。其中PDN GW作為接入的核心設備，不同接入網(wǎng)絡的接入網(wǎng)關(LTE無線網(wǎng)對應SGW，CDMA無線網(wǎng)對應HSGW，WLAN無線網(wǎng)對應ePDG)分別接入PGW實現(xiàn)異質網(wǎng)絡的接入。HSS作為EPC網(wǎng)絡鑒權認證的核心，除支持LTE網(wǎng)絡認證外，對于CDMA和WLAN的網(wǎng)絡認證，則先通過3GPP AAA服務器統(tǒng)一處理后，也在HSS實現(xiàn)最終的接入認證和鑒權。
EPC作為IMS網(wǎng)絡和業(yè)務的接入承載網(wǎng)絡，通過PDN GW實現(xiàn)與IMS業(yè)務互通。為了增強用戶的計費策略和實現(xiàn)端到端的QoS，EPC系統(tǒng)支持PCC架構。通過PCC的控制，EPC網(wǎng)絡可為用戶或業(yè)務配置相應的QoS資源和執(zhí)行相應的計費策略。
在LTE接入場景下，EPC的核心網(wǎng)元包括MME、SGW、PGW和HSS。
EPC網(wǎng)絡的主要特征包括：
(1)QoS機制進一步完善，能夠支持端到端的QoS保證。EPC系統(tǒng)因為引入了PCC架構，計費和QoS策略管理得到進一步的加強，更加靈活；
(2)全面IP化，提供真正意義上的純分組接入，將不再提供電路域業(yè)務，實現(xiàn)全IP的核心網(wǎng)。
(3)支持多接入技術，既支持和現(xiàn)有3GPP系統(tǒng)的互通，同時也能支持非3GPP網(wǎng)絡(eg. WLAN、WiMAX)的接入，并支持用戶在3GPP網(wǎng)絡和非3GPP網(wǎng)絡之間的漫游和切換。
(4)增加對實時業(yè)務的支持。簡化網(wǎng)絡架構，簡化用戶業(yè)務連接建立信令流程，降低業(yè)務連接的時延，連接建立的時間要求小于200ms。
(5)網(wǎng)絡層次扁平化。用戶面節(jié)點盡量壓縮，接入網(wǎng)取消RNC，核心網(wǎng)用戶面節(jié)點在非漫游時合并為一個。
EPC的目標與LTE是一致的：一是性能提高，減少時延，提供更高的用戶數(shù)據(jù)速率，提高系統(tǒng)容量和覆蓋率，減少運營成本；二是可以實現(xiàn)一個基于IP網(wǎng)絡的現(xiàn)有或者新的接入技術的移動性的靈活配置和實施；三是優(yōu)化IP傳輸網(wǎng)絡。但是不同于LTE，EPC更多地是從系統(tǒng)整體角度考慮未來移動通信的發(fā)展趨勢和特征，從網(wǎng)絡架構方面確定將來移動通信的發(fā)展方向：在無線側呈現(xiàn)出多樣化、同質化的特征，在網(wǎng)絡側控制面與用戶面的分離以及用戶面的扁平化，滿足未來發(fā)展趨勢的網(wǎng)絡架構將使運營商在未來更有競爭力，用戶不斷變化的業(yè)務需求也將得到較好的滿足。
IP技術逐漸成為了移動通信網(wǎng)絡的主角，全網(wǎng)IP化已經(jīng)成為一種趨勢，為了實現(xiàn)并優(yōu)化IP業(yè)務，需要對現(xiàn)有的移動核心網(wǎng)進行必要的改進和優(yōu)化，逐步過渡到全IP的核心網(wǎng)，EPC標準的目標就是取消電路域，電路域業(yè)務在分組域(PS)實現(xiàn)，這就意味著支持E-UTRAN的是一個全IP的核心網(wǎng)。
EPC網(wǎng)絡實現(xiàn)了核心網(wǎng)的融合，支持各種3GPP接入方式和non-3GPP網(wǎng)絡的共接入，并支持多模終端用戶的無縫移動性。運營商全業(yè)務運營的發(fā)展趨勢，使得運營商開始面對運營多種制式網(wǎng)絡。支持多種網(wǎng)絡共接入的EPC網(wǎng)絡，實現(xiàn)核心網(wǎng)的融合，使得網(wǎng)絡結構更加簡單，降低了網(wǎng)絡運營成本。同時EPC網(wǎng)絡支持各種接入方式之間的無縫移動性，提高LTE用戶在LTE部署初期局部覆蓋時的使用感受。
EPC網(wǎng)絡控制面與用戶面的分離以及用戶面的扁平化的趨勢，也是應對網(wǎng)絡流量激增的必然選擇。單用戶的數(shù)據(jù)流量和高速接入用戶數(shù)的雙邊增長，使用戶面吞吐能力逐漸成為移動分組網(wǎng)絡設備的主要瓶頸，同時也導致分組核心網(wǎng)的投資飛速增長。對分組核心網(wǎng)進行控制面與用戶面分離，使得分組核心網(wǎng)只對網(wǎng)關節(jié)點提供用戶面處理，不僅大大節(jié)省了其他網(wǎng)絡節(jié)點如SGSN/MME的用戶面投資以及承載網(wǎng)的投資的快速增長，同時優(yōu)化了用戶面的性能。
寬帶分組域各網(wǎng)元的引入將對IP承載網(wǎng)絡的架構有一定的影響，根據(jù)業(yè)務流量的不同，網(wǎng)絡配置也會發(fā)生相應的變化。應結合網(wǎng)絡現(xiàn)狀和IMS業(yè)務網(wǎng)絡的能力配置，認真研究EPC的演進策略。
3.IMS是未來融合網(wǎng)的業(yè)務控制層
國際標準化組織早就將IMS定義為未來的核心控制架構，包括3GPP、TISPAN、3GPP2、ITU-T等。國際各大主流運營商的業(yè)務重點，正在或已經(jīng)從語音業(yè)務向融合業(yè)務和多媒體業(yè)務轉移，視頻能力更是各運營商戰(zhàn)略發(fā)展的重點。在中國，隨著3G牌照的發(fā)放，視頻通信等多媒體業(yè)務的需求也豁然顯現(xiàn)。此外，全業(yè)務運營使得融合業(yè)務成為運營商贏得競爭的關鍵。IMS具有開放式標準架構、支持固網(wǎng)/移動統(tǒng)一的接入網(wǎng)絡控制架構、靈活的業(yè)務提供和業(yè)務觸發(fā)能力、以及對多媒體業(yè)務的管控能力和運營能力等特點，是運營商提供會話型多媒體業(yè)務和網(wǎng)絡融合的主流技術。
