核心网络的发展讨论

　　0 前言

　　随着通信技术的飞速发展，核心网向承载IP化、宽带化、结构扁平化、能力开放化方向发展。随着LTE的加速到来，核心网将面临着多种无线接入技术并存的局面，在解决2G/3G/4G网络的接入及互操作问题的同时，也要考虑异构网络（例如Wi-Fi/WiWAX）的融合问题。移动互联网、物联网等新兴产业高速发展所产生的大量新业务，对核心网提出了新的需求。传统的电信业务面临着互联网OTT业务的挑战，电信运营商为了避免成为管道，都在加速管道智能化和能力开放化的进程，核心网也必须适应这种变革。

　　本文从用户数据融合、语音业务迁移、分组网络演进、IMS网引入及策略控制发展等方面探讨了核心网的演进方向，提出了核心网的目标架构，并分析了核心网长期发展面临的挑战及未来核心网的发展趋势。

　　1 核心网络演进

　　核心网是通信网络的核心控制层，其技术标准为了适应新的业务发展需求在不断演进。核心网络标准研究有几个明显的趋势：网络架构趋向融合、从面向人的通信到面向机器通信、开始进行流量优化的研究、更加关注能力的开放。现有核心网主要基于3GPP R6标准，R7版本引入了PCC架构，开始关注网络的控制策略，在R6 版本的WLAN 与WCDMA 统一认证的基础上，R7版本又进一步对WLAN和WCDMA的融合进行了研究。R8版本提出了研究融合2G/3G/4G/WLAN的统一EPC核心网，PCC开始考虑BBERF等非3GPP的统一控制架构，同时对WLAN业务分流的ANDSF技术及机器类通信（MTC）问题展开了研究。R9版本提出了用户数据融合（UDC）的框架及分布式架构，并进一步对MTC问题进行优化研究。R10版本对用户数据的多接入、PCC对业务和计费系统的接口、基于GTP的WLAN接入问题进行了研究。R11版本正在研究UDC数据模型、PCC对固定移动的统一控制架构、数据业务分流、运营商能力开放（MOSAP）、MTC性能优化等一系列问题。

　　在一定时期内，核心网络将向如下方向演进：移动核心网的电路域和分组域将长期并存；分组域向统一、扁平的架构演进；IMS是语音和多媒体业务的目标架构；随着LTE网络覆盖的逐步扩展，部分语音业务逐步迁移至分组网络；WLAN等非3GPP的异构网络将逐渐融入3GPP网络架构；随着IMS、LTE网络的引入，用户数据将逐步向统一的用户数据中心转变。

　　图1示出的是核心网演进的目标架构。

　　1.1 用户数据融合未来网络中多种用户数据为数据管理带来新的挑战。现有网络中存在着多种用户数据，2G和3G用户采用共用HLR的方式，WLAN和宽带用户数据部署在AAA，用户增值业务数据存储在VAS。未来随着IMS、PCC、LTE等新网络设备的引入将使用户数据的网元变得复杂，将出现HLR、HSS、SPR、AAA等多种类型的数据库，同时伴随着移动互联网的发展也将出现多种多样提供丰富业务的应用服务器，这些服务器也将存储不同类型的用户数据，同时物联网的发展将带来大量存储机器设备信息的数据，各种类型用户数据的出现将对数据管理提出新的挑战。

　　从技术发展角度来看，3GPP提出的用户数据融合（UDC）致力于数据库融合技术研究，数据融合已成为业界公认用户数据管理的发展趋势。从用户数据管理技术方面来看，随着IT技术的发展，电信设备本身将具备更高的处理能力和存储能力，用户数据管理朝着集中式数据库、分布式架构的方向发展。用户数据管理的分层架构使前端数据查询和后端数据存储架构分离，增加了用户数据管理的灵活性和可扩展性，2G/3G、LTE、IMS、AAA、AS等数据呈现融合的管理趋势，未来的目标是建立统一的用户数据中心。总体上来看，用户数据组织形式正在从以网络为中心逐步向以用户为中心转变，整体朝着数据融合的方向发展。

　　现有用户数据管理将逐步实现HLR/HSS用户数据融合，从移动核心网开始，实现2G/3G/LTE的统一用户数据管理，并以融合的HLR/HSS为基础，考虑更多数据类型的融合，构建运营商自己的统一融合数据中心。长远来看，逐步考虑用户数据中心的开放性，推动业务创新，提升用户的业务体验。核心网近期将逐步引入分布式架构的用户数据设备；LTE、IMS引入后，优先考虑在移动核心网上逐步实现HLR与EPC-HSS、IMS-HSS的设备融合；基于HLR/HSS融合设备，以用户为中心，逐步考虑将固网用户数据设备、业务平台等相关用户数据集中，构建统一的融合数据中心。

　　1.2 电路域的演进核心网电路域主要承载语音业务，传统的固定TDM交换机与固定软交换正在被IMS网络替代，移动TDM交换机已经被移动软交换设备替代，随着IP化改造的全面部署，核心网电路域承载将逐步退出历史舞台。移动核心网电路域目前普遍采用2G/3G共核心网图1 核心网演进的目标架构2本期关注Monthly Focus赫罡，滕佳欣，朱斌核心网络演进趋势探讨邮电设计技术/2012/05的方式，本地网层面软交换端局已经全面替换TDM端局，实现了控制与承载的分离，长途网层面还存在TDM和软交换2张长途网。固定核心网本地网层面传统TDM交换机和固网软交换设备并存，长途网层面也是TDM长途网和软交换长途网共存。

　　

　　核心网演进的目标架构

　　目前，IP 化改造是核心网电路域升级的主要内容。IP化使网络结构更为简单，提高了网络资源利用率，IP化改造后Pool的实施进一步优化了核心网络的业务性能。移动核心网IP化改造在本地网层面由Nc、Nb核心网接口向A、Iu-CS等接口延伸。移动长途网层面传统的TDM端局逐渐退网，长途软交换将逐渐转化为呼叫协调节点（CMN），不再处理语音承载业务，只进行呼叫信令处理。固网核心网因结构形态较复杂，其IP化进程也较缓慢，随着宽带提速和光进铜退进程的加速，固网TDM端局逐渐退网，其话务被固网软交换端局和IMS吸收，固网软交换和IMS在一定时期内会共存。固定TDM 长途网随着TDM 端局的退网，也逐渐退网，固定软交换在IP化改造后实现SIP互通，最终固定移动长途话务都通过扁平化网络疏通。

　　移动核心网电路域的长期演进与语音和短信业务的提供密切相关，电路域语音和短信业务有向分组网络迁移的趋势。随着移动互联网的高速发展及LTE产业链的成熟，LTE时代正在加速到来，目前全球已有将近50张LTE商用网络。LTE网络主要提供高速数据业务，在LTE网络部署初期，语音和短信业务仍由电路域提供，这就要求电路域升级来支持CSFB及短信回落功能，随着LTE网络的覆盖的不断完善，语音和短信业务开始逐渐向LTE网络迁移，LTE网络将逐渐采用SRVCC方案解决语音业务问题。语音业务的迁移是长期过程，语音、短信业务长期将由电路域提供，电路域将逐步升级改造满足与LTE/IMS的互操作要求。

　　随着核心网电路域设备刀片式架构的广泛采用和软件技术的发展，核心网电路域有向大容量集中化部署及虚拟化发展的趋势。现网电路域设备老平台较多，设备数量多，而且大部分省份采用分散部署的方式。随着软交换设备刀片式架构（ATCA）的广泛采用，设备能力得到很大的提升，使集中化部署成为可能。

　　集中化部署能有效减少运行维护费用，使软交换能更加低成本高效地运行，更重要的是在平台趋同的基础上未来虚拟化技术的引入使得运营商能够在通用的硬件平台上构建多厂家共存系统。

　　1.3 支持多接入的分组网络

　　移动核心网分组域主要提供移动数据业务，随着移动宽带化加速，核心网分组域也在不断演进。目前，核心网分组域普遍采用2G/3G共核心网的方式，随着移动数据业务流量的快速增长，现网开始引入3G DT技术，减轻SGSN数据转发压力，基本实现控制与承载分离。分组域网元的大容量集中部署使分组域设备的容灾问题变得更为重要，现网通过采用SGSN Pool技术解决SGSN容灾问题，并实现SGSN负载容量均衡。

　　分组域演进的目标架构是2G/3G/4G共核心网，在向目标演进的过程中要解决现有网络如何平滑升级的问题。为了使用户有更好的业务体验，现有分组网络首先要升级支持与LTE网络的互操作，此外为了实现业务连续性需要2G/3G接入与LTE接入有相同的锚点，这个锚点就是GGSN与PGW的融合节点，这就要求GGSN能够通过软件升级的方式支持GGSN/PGW融合功能。现网SGSN向MME演进有2种不同的选择，一种是升级成为Gn/Gp SGSN与MME融合节点，另一种是升级成为S3/S4 SGSN与MME的融合节点，现网SGSN可以升级为Gn/Gp SGSN与MME融合节点，而新建的MME 节点要求同时支持Gn/Gp SGSN 及S3/S4SGSN。现网GGSN与SGSN的扩容和改造将采用能够平滑升级到EPC的硬件平台，通过软件升级的方式实现SGSN/MME、GGSN/EPC-GW的融合。

　　Wi-Fi作为一种应用广泛、成本低、带宽高的无线接入技术越来越受到运营商的重视，已成为分流数据业务、优化网络覆盖的重要手段。3GPP系统正在逐步将Wi-Fi技术融入到统一的分组核心网。由于Wi-Fi属于非3GPP的接入技术，因此与3GPP系统的融合就变得较为复杂。Wi-Fi与移动网络的融合可大致分为统一认证、统一接入及系统间的业务连续等几个阶段。统一认证是指Wi-Fi重用3GPP接入鉴权机制，相对于Portal认证方式，统一认证更方便用户的接入，同时也提高了安全性，由于终端和网络的支持程度较好，各个运营商已经开始进行统一认证的部署。统一接入和系统间的业务连续对终端和网络的要求比较高，需要支持Mobile IP协议及IPSec隧道，为了降低对网络，尤其是终端的技术要求，标准组织正在研究采用GTP协议的解决方案，这也是未来的发展方向。为了更加有效地实现Wi-Fi的业务分流，分组网络开始引入接入网络发现与选择功能（ANDSF），由网络侧向终端下发系统间移动性策略信息，终端根据这些信息，选择合适的接入网络，从而实现数据业务的有效分流。