LTE與2G/3G網絡數據融合策略研究[圖]

0 前言

隨著電信網絡的發(fā)展，用戶終端種類及新業(yè)務數量呈現逐漸增多的趨勢，用戶數據將會分散在不同的網元設備中。特別是隨著LTE及IMS等網絡的逐步部署，分散的用戶數據庫將面臨鑒權重同步等一系列問題，同時IMS與2G/3G移動網絡用戶共號碼，以及業(yè)務和接入域選擇等新增需求，對用戶數據提出了融合的基本需求。本文重點分析LTE與2G/3G網絡數據融合的需求及策略，研究設備在融合過程中的關鍵問題，結合中國聯通網絡現狀提出用戶數據融合方面的發(fā)展策略和建議。

1 LTE與2G/3G數據融合背景及需求

1.1 HLR/HSS融合背景

從整個移動核心網演進的角度來看，移動核心網的電路域和分組域將長期并存，語音、短信業(yè)務在一定時期內仍將繼續(xù)由電路域提供，伴隨著LTE網絡覆蓋的逐步擴展，部分語音業(yè)務將基于分組方式承載，隨著LTE網絡的引入，用戶數據將逐步向融合的方向發(fā)展。從標準角度來看，3GPP標準組織提出的用戶數據融合（UDC）致力于數據庫融合技術研究，數據融合已成為業(yè)界公認用戶數據管理的發(fā)展趨勢。

從用戶數據庫的現狀來看，現有移動網2G和3G用戶基本采用共用HLR的方式。在數據管理方面，IMS和LTE等新網絡設備的引入將會使存儲用戶數據的網元變得復雜，隨著IMS、LTE的部署將出現HLR、HSS等多種類型的數據庫。為了避免不同業(yè)務的用戶數據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重同步和數據冗余不一致的問題，需要重點對2G/3G HLR、LTE-HSS和IMS-HSS等設備的融合策略進行研究。

1.2 HLR/HSS用戶數據庫對比分析

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三類用戶數據庫的內部數據存儲類型以及外部物理接口形態(tài)的差別。

首先，從存儲內容上來看，雖然標準中沒有嚴格定義如何構造用戶數據庫，但是具體定義了數據存儲的類型，從2G/3G HLR、LTE HSS和IMS HSS用戶數據存儲的內容上來看，三者存儲的用戶信息字段參數存在一定差別，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)務簽約數據。除智能網業(yè)務之外，HLR存儲用戶基本和補充業(yè)務等業(yè)務簽約數據；對LTE-HSS來說，無該類數據；對于IMS-HSS用戶來說只有業(yè)務觸發(fā)的基本規(guī)則，具體的業(yè)務簽約在對應的應用服務中存儲或以透明數據的形式存儲在IMS-HSS中。

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

d） 鑒權數據。是數據庫共有的數據，主要負責根據用戶密鑰創(chuàng)建安全信息，三類數據庫在生成的鑒權參數（三元組、五元組、四元組）上，不同網絡存在一些差別。

其次，從設備形態(tài)上來看，三類數據庫對外接口類型和運行的協議也存在一些差別。

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協議。

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

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：開戶流程復雜。如果不融合，同一個用戶的數據將分布在多個網元中，數據本身存在冗余存儲，且業(yè)務開通管理流程復雜，對同一用戶的業(yè)務開通要在多點進行，操作流程非常復雜、低效，且難以保證數據一致性。

問題二：鑒權重同步問題。如果不融合，同一個用戶的鑒權數據將分布在多個網元中，鑒權中心（AuC）功能重復，終端檢查SQN導致鑒權失敗，增加終端不能正常服務的風險。

綜上分析，問題一對日常開通和維護產生影響，問題二是一個根本的矛盾，也是SQN鑒權不同步的問題。由于鑒權在用戶的正常注冊、周期性位置更新以及呼叫和切換過程中都要使用，鑒權失敗的潛在問題會增加終端不能服務的風險，特別是在切換和呼叫中，會嚴重影響用戶的體驗，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）。多個數據庫共用一個AuC功能。該方法可以臨時解決SQN不一致導致的問題，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，來傳遞相關的鑒權參數。由于數據庫之間的接口、協議和參數等未標準化，這種私有化的處理方式對同廠家設備具有可操作性，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（分權分域方案）。采用SQN分權分域的方式，該方案對網絡和終端都有特殊的要求，網絡側HLR/HSS需要升級支持分域鑒權功能，同時也需要USIM卡支持分域鑒權功能，該方案對網絡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數據庫融合，能夠從根本上解決鑒權重同步的問題，但是由于現網存在大量的2G/3G HLR設備，如何基于現網HLR設備來實現數據庫融合也是后續(xù)需要考慮的問題。

對于HLR與LTE-HSS用戶數據融合有2種解決方案。

子方案1（全融合）。針對部署LTE業(yè)務的本地網，實現所有的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，原有設備以一定方式利舊其容量至其他升級后的融合設備。

子方案2（部分融合）。針對部署LTE業(yè)務的本地網，采用用戶攜出或靈活號碼寄存器（FNR）的方式，僅針對LTE用戶實現融合，不考慮2G/3G用戶。該方案僅有部分的2G/3G HLR與LTE HSS設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)務采用換卡不換號（IMSI變更，MSISDN不變）的方式，當原有用戶申請使用LTE業(yè)務的時候，原有的2G/3G HLR中該用戶數據將予以保留，并同時復制一份新的數據到改造后或新的HLR/HSS融合設備上。該方式對現有網絡有一定影響，主要有：由于不換號，開展LTE業(yè)務的原有用戶，做被叫的時候，路由數據不需要變更，但由于IMSI發(fā)生變化，做主叫的時候，需要增加新的IMSI號段數據，將用戶直接路由到HLR/HSS融合設備上。

b） FNR方案下，對于新用戶采用新號段，原有用戶使用LTE業(yè)務采用不換號不換卡的方式，其本質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，若未簽，則正常處理；若簽約則啟動FNR功能，將信令轉至簽約所在的LTE HSS。但該方案對現有網絡有一些影響，主要有：需要現有HLR增加FNR邏輯模塊功能，或者部署獨立的FNR網元，同時需要支撐系統(tǒng)支持該業(yè)務邏輯。

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)務對融合產生影響，下面具體分析一下存在哪些問題。

問題一：鑒權重同步問題。若IMS業(yè)務需要使用AKA鑒權，則也存在鑒權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)務現階段采用 digest的鑒權方式，暫時不考慮AKA的鑒權，而VoLTE業(yè)務基本都采用AKA的鑒權方式，隨著AKA鑒權的使用，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網絡和2G/3G網絡簽約業(yè)務，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，則需要查詢當前用戶所在的HLR和LTE-HSS，但是HLR、LTE-HSS與IMS-HSS之間沒有標準接口，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)務后引入的問題，需要數據庫融合解決該問題。從未來網絡演進及網絡可擴展性角度，應考慮在HLR/LTE-HSS融合的基礎上增加對IMS-HSS功能的支持，實現HLR/LTE-HSS/IMS-HSS三者合一的融合用戶數據庫設備。

2 HLR/HSS融合的演進策略

HLR/HSS融合是解決LTE網絡部署后業(yè)務順利開展的目標解決方案，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HLR/HSS用戶數據融合，實現2G/3G/LTE用戶的統(tǒng)一用戶數據管理，并以HLR/HSS融合為基礎，融合更多數據，構架統(tǒng)一融合數據中心。

具體的策略如圖1所示，分4個階段來部署實現HLR/HSS設備的融合。

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

階段二：引入LTE-HSS設備（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，引入LTE-HSS開展獨立新號段，提供2G/3G/LTE數據卡業(yè)務，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，可以采用不同的方式來實現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（目標方案）：以本地網為單位，全網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)務后，要求現有HLR/LTE-HSS融合設備升級支持HLR/LTE-HSS/IMS-HSS融合設備。

3 用戶數據庫長期演進思路

從全網角度出發(fā)，結合中國聯通現網的演進策略，整體思考SDC、IMS-HSS、HLR、LTE-HSS數據庫之間的關系和演進策略。

3.1 當前階段

從中國聯通的現網情況來看，目前主要存在三類基本的用戶數據庫：固網方面有SDC和IMS-HSS，移動網方面有HLR。

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

從移動網絡角度來看，目前2G/3G用戶采用共HLR的方式。2G/3G HLR：主要存儲移動網2G/3G用戶信息。

為了面對未來幾年內，RCS-e業(yè)務引入、LTE數據業(yè)務、VoLTE語音業(yè)務，這三大類業(yè)務的沖擊，需要現有的用戶數據庫逐步演進。

3.2 階段一：RCS-e業(yè)務引入后情況（2013年）

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

3.3 階段二：LTE業(yè)務引入后情況（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設備退網或替換。

用戶數據分布情況：SDC主要存儲固網軟交換用戶信息；IMS-HSS主要存儲PSTN改造遷移后的用戶信息，以及RCS業(yè)務信息；2G/3G HLR主要存儲移動網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)務開展后情況（2015年左右）

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

a） 現有HLR/LTE-HSS升級支持HLR/LTE-HSS/IMS-HSS融合設備。

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

SDC主要存儲固網軟交換用戶信息；IMS-HSS主要存儲PSTN改造遷移后的用戶信息，以及RCS業(yè)務信息（非VoLTE用戶）；2G/3G HLR主要存儲移動網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SDC、固網IMS-HSS、移動2G/3G HLR、融合HLR/LTE-HSS/IMS-HSS設備共存的局面。

3.5 后續(xù)演進階段（2015以后）

隨著固網軟交換的逐步減少，LTE用戶規(guī)模的擴大，以及固移融合業(yè)務的深入，最終形成單一類型HLR/LTE-HSS/IMS-HSS融合設備的局面。后續(xù)階段考慮將AAA、SPR等用戶數據統(tǒng)一融合，構建真正的UDC數據中心。

4 結束語

隨著LTE網絡的引入，從數據庫發(fā)展的角度，需要規(guī)劃并管理好核心網的用戶數據，協調HLR與LTE-HSS、IMS-HSS之間的關系。同時為了保證后續(xù)的演進能力，也需要考慮用戶業(yè)務數據等的管理，本文重點進行用戶數據融合方面的研究，提出移動網用戶數據管理的發(fā)展策略，為運營商網絡和業(yè)務融合及平滑演進提供參考和建議。

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作者：朱斌 文濤 符剛 來源：郵電設計技術