LTE與2G/3G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合策略研究[圖]

0 前言

隨著電信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，用戶終端種類及新業(yè)務(wù)數(shù)量呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢，用戶數(shù)據(jù)將會分散在不同的網(wǎng)元設(shè)備中。特別是隨著LTE及IMS等網(wǎng)絡(luò)的逐步部署，分散的用戶數(shù)據(jù)庫將面臨鑒權(quán)重同步等一系列問題，同時IMS與2G/3G移動網(wǎng)絡(luò)用戶共號碼，以及業(yè)務(wù)和接入域選擇等新增需求，對用戶數(shù)據(jù)提出了融合的基本需求。本文重點分析LTE與2G/3G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合的需求及策略，研究設(shè)備在融合過程中的關(guān)鍵問題，結(jié)合中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀提出用戶數(shù)據(jù)融合方面的發(fā)展策略和建議。

1 LTE與2G/3G數(shù)據(jù)融合背景及需求

1.1 HLR/HSS融合背景

從整個移動核心網(wǎng)演進的角度來看，移動核心網(wǎng)的電路域和分組域?qū)㈤L期并存，語音、短信業(yè)務(wù)在一定時期內(nèi)仍將繼續(xù)由電路域提供，伴隨著LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋的逐步擴展，部分語音業(yè)務(wù)將基于分組方式承載，隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的引入，用戶數(shù)據(jù)將逐步向融合的方向發(fā)展。從標(biāo)準(zhǔn)角度來看，3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織提出的用戶數(shù)據(jù)融合（UDC）致力于數(shù)據(jù)庫融合技術(shù)研究，數(shù)據(jù)融合已成為業(yè)界公認(rèn)用戶數(shù)據(jù)管理的發(fā)展趨勢。

從用戶數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)狀來看，現(xiàn)有移動網(wǎng)2G和3G用戶基本采用共用HLR的方式。在數(shù)據(jù)管理方面，IMS和LTE等新網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的引入將會使存儲用戶數(shù)據(jù)的網(wǎng)元變得復(fù)雜，隨著IMS、LTE的部署將出現(xiàn)HLR、HSS等多種類型的數(shù)據(jù)庫。為了避免不同業(yè)務(wù)的用戶數(shù)據(jù)分散存儲形成信息孤島情況，以及獨立部署可能面臨的鑒權(quán)重同步和數(shù)據(jù)冗余不一致的問題，需要重點對2G/3G HLR、LTE-HSS和IMS-HSS等設(shè)備的融合策略進行研究。

1.2 HLR/HSS用戶數(shù)據(jù)庫對比分析

在分析HLR/HSS融合需求之前，先來對比一下2G/3G HLR、LTE-HSS和IMS-HSS三類用戶數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲類型以及外部物理接口形態(tài)的差別。

首先，從存儲內(nèi)容上來看，雖然標(biāo)準(zhǔn)中沒有嚴(yán)格定義如何構(gòu)造用戶數(shù)據(jù)庫，但是具體定義了數(shù)據(jù)存儲的類型，從2G/3G HLR、LTE HSS和IMS HSS用戶數(shù)據(jù)存儲的內(nèi)容上來看，三者存儲的用戶信息字段參數(shù)存在一定差別，具體情況如下：

a） 狀態(tài)和位置信息。2G/3G HLR主要存儲用戶在電路域和分組域的狀態(tài)及位置信息，LTE-HSS中存儲用戶在EPC的狀態(tài)和位置信息，IMS-HSS存儲IMS用戶的狀態(tài)信息。

b） 業(yè)務(wù)簽約數(shù)據(jù)。除智能網(wǎng)業(yè)務(wù)之外，HLR存儲用戶基本和補充業(yè)務(wù)等業(yè)務(wù)簽約數(shù)據(jù)；對LTE-HSS來說，無該類數(shù)據(jù)；對于IMS-HSS用戶來說只有業(yè)務(wù)觸發(fā)的基本規(guī)則，具體的業(yè)務(wù)簽約在對應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)中存儲或以透明數(shù)據(jù)的形式存儲在IMS-HSS中。

c） 接入屬性。僅2G/3G HLR與LTE-HSS有用戶接入側(cè)的相關(guān)屬性，IMS-HSS無該信息。

d） 鑒權(quán)數(shù)據(jù)。是數(shù)據(jù)庫共有的數(shù)據(jù)，主要負(fù)責(zé)根據(jù)用戶密鑰創(chuàng)建安全信息，三類數(shù)據(jù)庫在生成的鑒權(quán)參數(shù)（三元組、五元組、四元組）上，不同網(wǎng)絡(luò)存在一些差別。

其次，從設(shè)備形態(tài)上來看，三類數(shù)據(jù)庫對外接口類型和運行的協(xié)議也存在一些差別。

a） 2G/3G HLR接口。對外主要有C/D/Gr等接口，其中C接口是與GMSC之間的接口，D接口是與MSC之間的接口，Gr接口是與SGSN之間的接口；使用的主要是MAP協(xié)議，底層承載可以采用TDM或IP方式，目前以TDM承載為主。

b） LTE-HSS接口。對外主要有S6a/S6d接口，其中S6a接口是與MME之間的接口，S6d接口是與S4-SGSN之間的接口，使用的主要是Diameter協(xié)議。

c） IMS-HSS接口。對外主要有Cx/Dx/Sh接口，其中Cx/Dx接口是與CSCF之間的接口，Sh接口是與AS之間的接口，使用的主要是Diameter協(xié)議。

從上面的分析可以看出：從數(shù)據(jù)存儲角度來看，HLR與LTE-HSS更接近，這兩類數(shù)據(jù)庫中用戶數(shù)據(jù)大約有超過50%的數(shù)據(jù)字段的重復(fù)存儲，數(shù)據(jù)存儲上兩類數(shù)據(jù)更易于融合；從設(shè)備硬件接口形態(tài)上來看，LTE-HSS與IMS-HSS更接近，目前多數(shù)廠家兩類設(shè)備基本采用相同或相似的硬件架構(gòu)。

1.3 HLR/LTE-HSS融合需求分析

上面從存儲和硬件形態(tài)上分析了HLR/HSS融合可行性，下面從用戶和運營商需求的角度出發(fā)，分析若2G/3G HLR 與LTE HSS不融合，采用獨立部署的方式下將存在哪些問題。

問題一：開戶流程復(fù)雜。如果不融合，同一個用戶的數(shù)據(jù)將分布在多個網(wǎng)元中，數(shù)據(jù)本身存在冗余存儲，且業(yè)務(wù)開通管理流程復(fù)雜，對同一用戶的業(yè)務(wù)開通要在多點進行，操作流程非常復(fù)雜、低效，且難以保證數(shù)據(jù)一致性。

問題二：鑒權(quán)重同步問題。如果不融合，同一個用戶的鑒權(quán)數(shù)據(jù)將分布在多個網(wǎng)元中，鑒權(quán)中心（AuC）功能重復(fù)，終端檢查SQN導(dǎo)致鑒權(quán)失敗，增加終端不能正常服務(wù)的風(fēng)險。

綜上分析，問題一對日常開通和維護產(chǎn)生影響，問題二是一個根本的矛盾，也是SQN鑒權(quán)不同步的問題。由于鑒權(quán)在用戶的正常注冊、周期性位置更新以及呼叫和切換過程中都要使用，鑒權(quán)失敗的潛在問題會增加終端不能服務(wù)的風(fēng)險，特別是在切換和呼叫中，會嚴(yán)重影響用戶的體驗，因此需要重點解決。

下面針對重同步問題，給出具體的解決方案。

解決方案一（互通方案）。多個數(shù)據(jù)庫共用一個AuC功能。該方法可以臨時解決SQN不一致導(dǎo)致的問題，但是需要HLR與HSS之間通過私有接口直連或者通過STP間接互聯(lián)，來傳遞相關(guān)的鑒權(quán)參數(shù)。由于數(shù)據(jù)庫之間的接口、協(xié)議和參數(shù)等未標(biāo)準(zhǔn)化，這種私有化的處理方式對同廠家設(shè)備具有可操作性，但是異廠家之間很難操作維護，對運營商來說，不是一個理想的解決方案。

解決方案二（分權(quán)分域方案）。采用SQN分權(quán)分域的方式，該方案對網(wǎng)絡(luò)和終端都有特殊的要求，網(wǎng)絡(luò)側(cè)HLR/HSS需要升級支持分域鑒權(quán)功能，同時也需要USIM卡支持分域鑒權(quán)功能，該方案對網(wǎng)絡(luò)和終端都有較高的要求，也不是一個理想的解決方案。

解決方案三（融合方案）。若HLR/LTE-HSS數(shù)據(jù)庫融合，能夠從根本上解決鑒權(quán)重同步的問題，但是由于現(xiàn)網(wǎng)存在大量的2G/3G HLR設(shè)備，如何基于現(xiàn)網(wǎng)HLR設(shè)備來實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫融合也是后續(xù)需要考慮的問題。

對于HLR與LTE-HSS用戶數(shù)據(jù)融合有2種解決方案。

子方案1（全融合）。針對部署LTE業(yè)務(wù)的本地網(wǎng)，實現(xiàn)所有的2G/3G HLR與LTE HSS的融合。該方案需要對所有的2G/3G HLR與LTE HSS進行融合，采用升級的方式，具體如下：

a） 對于可以升級支持LTE HSS的2G/3G HLR，全部單點升級為融合設(shè)備。

b） 對于不支持升級融合的2G/3G HLR，采用新建替換方式，原有設(shè)備以一定方式利舊其容量至其他升級后的融合設(shè)備。

子方案2（部分融合）。針對部署LTE業(yè)務(wù)的本地網(wǎng)，采用用戶攜出或靈活號碼寄存器（FNR）的方式，僅針對LTE用戶實現(xiàn)融合，不考慮2G/3G用戶。該方案僅有部分的2G/3G HLR與LTE HSS設(shè)備通過改造或新建進行融合，不同方式下處理方式不同，具體如下：

a） 用戶攜出方式下，對于新用戶采用新號段，原有用戶使用LTE業(yè)務(wù)采用換卡不換號（IMSI變更，MSISDN不變）的方式，當(dāng)原有用戶申請使用LTE業(yè)務(wù)的時候，原有的2G/3G HLR中該用戶數(shù)據(jù)將予以保留，并同時復(fù)制一份新的數(shù)據(jù)到改造后或新的HLR/HSS融合設(shè)備上。該方式對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)有一定影響，主要有：由于不換號，開展LTE業(yè)務(wù)的原有用戶，做被叫的時候，路由數(shù)據(jù)不需要變更，但由于IMSI發(fā)生變化，做主叫的時候，需要增加新的IMSI號段數(shù)據(jù)，將用戶直接路由到HLR/HSS融合設(shè)備上。

b） FNR方案下，對于新用戶采用新號段，原有用戶使用LTE業(yè)務(wù)采用不換號不換卡的方式，其本質(zhì)上是一種號碼攜帶的方案。由于不換卡，用戶位置更新仍然到老的HLR上，通過HLR新增的FNR功能來判斷用戶是否簽約了LTE業(yè)務(wù)，若未簽，則正常處理；若簽約則啟動FNR功能，將信令轉(zhuǎn)至簽約所在的LTE HSS。但該方案對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)有一些影響，主要有：需要現(xiàn)有HLR增加FNR邏輯模塊功能，或者部署獨立的FNR網(wǎng)元，同時需要支撐系統(tǒng)支持該業(yè)務(wù)邏輯。

1.4 HLR/LTE-HSS/IMS-HSS融合需求分析

上面分析了HLR與LTE-HSS融合需求和解決方案，對IMS用戶來說，主要是VoLTE以及RCS-e等業(yè)務(wù)對融合產(chǎn)生影響，下面具體分析一下存在哪些問題。

問題一：鑒權(quán)重同步問題。若IMS業(yè)務(wù)需要使用AKA鑒權(quán)，則也存在鑒權(quán)SQN重同步的問題，解決方案同HLR/LTE-HSS的解決方案。從目前來看，RCS-e業(yè)務(wù)現(xiàn)階段采用 digest的鑒權(quán)方式，暫時不考慮AKA的鑒權(quán)，而VoLTE業(yè)務(wù)基本都采用AKA的鑒權(quán)方式，隨著AKA鑒權(quán)的使用，需解決SQN重同步的問題。

問題二：共號碼問題。LTE語音引入后，用戶能夠使用一張USIM卡基于一個手機號在LTE網(wǎng)絡(luò)和2G/3G網(wǎng)絡(luò)簽約業(yè)務(wù)，共號碼帶來對新功能的要求，需要IMS-AS支持SCC-AS功能，同時支持T-ADS和T-SDS功能；SCC-AS為了獲取被叫路由信息，需要查詢IMS-HSS，若被叫未在IMS-HSS注冊，則需要查詢當(dāng)前用戶所在的HLR和LTE-HSS，但是HLR、LTE-HSS與IMS-HSS之間沒有標(biāo)準(zhǔn)接口，帶來HLR/LTE-HSS和IMS-HSS的融合需求。

綜上分析，問題一的解決方式同HLR/LTE-HSS的解決方案，問題二是由于LTE部署后并開展基于IMS的語音業(yè)務(wù)后引入的問題，需要數(shù)據(jù)庫融合解決該問題。從未來網(wǎng)絡(luò)演進及網(wǎng)絡(luò)可擴展性角度，應(yīng)考慮在HLR/LTE-HSS融合的基礎(chǔ)上增加對IMS-HSS功能的支持，實現(xiàn)HLR/LTE-HSS/IMS-HSS三者合一的融合用戶數(shù)據(jù)庫設(shè)備。

2 HLR/HSS融合的演進策略

HLR/HSS融合是解決LTE網(wǎng)絡(luò)部署后業(yè)務(wù)順利開展的目標(biāo)解決方案，需要考慮的是HLR/HSS融合的策略。對于HLR/HSS融合的整體演進思路考慮如下：分階段逐步實現(xiàn)HLR/HSS用戶數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)2G/3G/LTE用戶的統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)管理，并以HLR/HSS融合為基礎(chǔ)，融合更多數(shù)據(jù)，構(gòu)架統(tǒng)一融合數(shù)據(jù)中心。

具體的策略如圖1所示，分4個階段來部署實現(xiàn)HLR/HSS設(shè)備的融合。

階段一：引入新平臺HLR。升級改造或替換現(xiàn)網(wǎng)HLR，引入支持融合的新平臺HLR，為后續(xù)融合奠定基礎(chǔ)。

階段二：引入LTE-HSS設(shè)備（向下兼容HLR功能）。該階段主要針對新用戶新號段開展LTE業(yè)務(wù)，引入LTE-HSS開展獨立新號段，提供2G/3G/LTE數(shù)據(jù)卡業(yè)務(wù)，LTE-HSS兼有HLR的功能，并能夠演進升級支持IMS-HSS功能。

階段三：HLR與LTE-HSS融合。該階段支持原有用戶使用LTE業(yè)務(wù)，可以采用不同的方式來實現(xiàn)HLR/LTE-HSS的融合。原有用戶采用原有HLR升級為融合HLR/LTE-HSS方式。

方式一（目標(biāo)方案）：以本地網(wǎng)為單位，全網(wǎng)HLR改造支持LTE-HSS功能。

方式二（過渡方案）：采用用戶攜出或者號碼攜帶的方案，即逐步將原有的用戶攜出來避免初期全網(wǎng)改造。

階段四： HLR/LTE-HSS/IMS-HSS融合。該階段考慮在基于IMS開展LTE語音業(yè)務(wù)后，要求現(xiàn)有HLR/LTE-HSS融合設(shè)備升級支持HLR/LTE-HSS/IMS-HSS融合設(shè)備。

3 用戶數(shù)據(jù)庫長期演進思路

從全網(wǎng)角度出發(fā)，結(jié)合中國聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)的演進策略，整體思考SDC、IMS-HSS、HLR、LTE-HSS數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)系和演進策略。

3.1 當(dāng)前階段

從中國聯(lián)通的現(xiàn)網(wǎng)情況來看，目前主要存在三類基本的用戶數(shù)據(jù)庫：固網(wǎng)方面有SDC和IMS-HSS，移動網(wǎng)方面有HLR。

從固定網(wǎng)絡(luò)角度來看，軟交換與IMS在一定時期內(nèi)仍處于共存的階段。SDC：主要存儲固網(wǎng)軟交換用戶信息；IMS-HSS：主要存儲固網(wǎng)PSTN改造遷移后的用戶信息。

從移動網(wǎng)絡(luò)角度來看，目前2G/3G用戶采用共HLR的方式。2G/3G HLR：主要存儲移動網(wǎng)2G/3G用戶信息。

為了面對未來幾年內(nèi)，RCS-e業(yè)務(wù)引入、LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、VoLTE語音業(yè)務(wù)，這三大類業(yè)務(wù)的沖擊，需要現(xiàn)有的用戶數(shù)據(jù)庫逐步演進。

3.2 階段一：RCS-e業(yè)務(wù)引入后情況（2013年）

對于RCS-e業(yè)務(wù)而言，其要早于LTE部署，因此其RCS-e業(yè)務(wù)的簽約數(shù)據(jù)，現(xiàn)階段可以存放在現(xiàn)有固網(wǎng)IMS-HSS中，其他接入的用戶信息存放在原有的HLR中。即：SDC主要存儲固網(wǎng)軟交換用戶信息；IMS-HSS主要存儲固網(wǎng)PSTN改造遷移后的用戶信息，以及RCS業(yè)務(wù)信息；2G/3G HLR主要存儲移動網(wǎng)2G/3G用戶信息。

3.3 階段二：LTE業(yè)務(wù)引入后情況（2014年左右）

對于LTE用戶來說，新號段采用新融合HLR/HSS，老號段分2種情況。

a） 所在HLR為新平臺，平臺進行升級，支持HLR/LTE-HSS融合。

b） 所在HLR為老平臺，不支持升級，則考慮用戶遷移，HLR設(shè)備退網(wǎng)或替換。

用戶數(shù)據(jù)分布情況：SDC主要存儲固網(wǎng)軟交換用戶信息；IMS-HSS主要存儲PSTN改造遷移后的用戶信息，以及RCS業(yè)務(wù)信息；2G/3G HLR主要存儲移動網(wǎng)2G/3G用戶信息（非LTE用戶）；HLR/LTE-HSS主要存儲2G/3G和LTE用戶（同一用戶）信息。

3.4 階段三：VoLTE業(yè)務(wù)開展后情況（2015年左右）

基于IMS開展VoLTE語音業(yè)務(wù)，RCS的語音功能升級支持VoLTE。

a） 現(xiàn)有HLR/LTE-HSS升級支持HLR/LTE-HSS/IMS-HSS融合設(shè)備。

b） 開啟VoLTE業(yè)務(wù)的RCS用戶信息，將考慮從固網(wǎng)IMS-HSS遷移到HLR/HSS融合設(shè)備中。

SDC主要存儲固網(wǎng)軟交換用戶信息；IMS-HSS主要存儲PSTN改造遷移后的用戶信息，以及RCS業(yè)務(wù)信息（非VoLTE用戶）；2G/3G HLR主要存儲移動網(wǎng)2G/3G用戶信息（非LTE用戶）；HLR/LTE-HSS/IMS-HSS主要存儲2G/3G和LTE用戶（同一用戶）信息、VoLTE用戶信息、RCS用戶信息（同時是VoLTE用戶）。

在此階段形成固網(wǎng)SDC、固網(wǎng)IMS-HSS、移動2G/3G HLR、融合HLR/LTE-HSS/IMS-HSS設(shè)備共存的局面。

3.5 后續(xù)演進階段（2015以后）

隨著固網(wǎng)軟交換的逐步減少，LTE用戶規(guī)模的擴大，以及固移融合業(yè)務(wù)的深入，最終形成單一類型HLR/LTE-HSS/IMS-HSS融合設(shè)備的局面。后續(xù)階段考慮將AAA、SPR等用戶數(shù)據(jù)統(tǒng)一融合，構(gòu)建真正的UDC數(shù)據(jù)中心。

4 結(jié)束語

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的引入，從數(shù)據(jù)庫發(fā)展的角度，需要規(guī)劃并管理好核心網(wǎng)的用戶數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)HLR與LTE-HSS、IMS-HSS之間的關(guān)系。同時為了保證后續(xù)的演進能力，也需要考慮用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等的管理，本文重點進行用戶數(shù)據(jù)融合方面的研究，提出移動網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)管理的發(fā)展策略，為運營商網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)融合及平滑演進提供參考和建議。

參考文獻：

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作者：朱斌 文濤 符剛 來源：郵電設(shè)計技術(shù)