移动核心网络的演进

爱立信(中国)有限公司 李明

1、概述

　　经过近十年的发展,中国已建成世界上最大的GSM网络。到2001年底,移动电话用户已超过一亿三千万。
　　移动电话快速走进千家万户的同时,以英特网（Internet）业务为代表的数据业务在近几年也越来越成为人们生活的一部分。移动英特网(Mobile Internet) 应运而生。

　　由于GSM系统在空中接口速率上的限制,人们开始把目光转向第三代移动通信系统,也就是我们常说的3G。引入3G系统,就是为了提高移动通信的频谱利用率,提供更高的数据业务传输速率,满足移动多媒体业务的要求。3G为移动英特网提供了很好的解决方案。作为3G主导技术的WCDMA,不仅可以支持很高的用户数据速率,还可以提供极好的话音质量。除了轻松的互联网业务之外,还可为终端用户提供一系列更先进的业务,例如多媒体业务,视频业务,移动定位业务等等,为用户带来全新体验。为了实现并支持这些新功能,WCDMA网络把重点放在宽带,效率,灵活性和IP技术上。随着近来信息产业部3G试验的开展,有关移动核心网络从2G向3G演进的讨论和交流也逐渐升温。

　　不少人认为,移动核心网络从GSM(2G)到WCDMA(3G)的演进,意味着现有的GSM核心网络节点设备的演进,或者说再利用。这种看法是片面的。移动核心网络的演进,着重是网络本身的演进,通过构建一个无缝的GSM/WCDMA网络,来保证移动终端的各种业务,平滑地过渡到3G。

　　我们首先从3GPP标准的角度,来看一下未来的移动核心网络结构及其节点的发展情况。

2、3GPP标准化情况

　　3GPP (3rd Generation Partnership Project) 的主要成员保括欧洲标准化组织ETSI, 日本的ARIB 和TTC, 韩国的TTA, 美国的T1, 以及中国的CWTS等。其目标就是制定第三代移动通信的标准。

　　到目前为止,3GPP R99和3GPP R4版本已分别在2000年3月和2001年3月完成。 3GPP R5版本也将在今年六月定稿。

2.1 3GPP R99的网络结构及节点

　　从网络结构的角度来看,3GPP R99最主要的工作是引入了WCDMA无线接入网络（UTRAN）,通过Iu接口与核心网络相连。同GSM核心网相比,3GPP R99的核心网络各个节点及接口几乎是相同的。当然,这些节点在功能上是有区别的。

　　从功能上看,3GPP R99主要涵盖了以下内容。

★引入了全新的无线接入网络UTRAN

★自适应多速率语音编码(AMR)

★开放的业务结构(OSA)

★GSM/WCDMA系统间漫游和切换

★基于GPRS的分组数据业务

★支持所有GSM中定义的补充业务

　　电路交换域(CS domain)仍然是传统的基于TDM的传输网络。对核心网节点（MSC, GSN等）来说,除了基于ATM的Iu接口外,主要是功能上的增强。其中GSM/WCDMA系统间漫游和切换,基于GPRS的分组数据业务,支持所有GSM中定义的补充业务,这些功能更侧重于与GSM系统的延续性和互通性,充分保证了移动终端业务的平滑和连续。

　　由于核心网骨干（Backbone）传输技术不变,原有的GSM核心网节点(MSC,GSN等)通过软件升级和必要的硬件改动,是可以满足3GPP R99功能要求的。

2.2 3GPP R4的网络结构及节点

　　在3GPP R99引入WCDMA无线接入网络(UTRAN)以后,3GPP R4的工作重点便集中到了核心网络对分组技术（ATM/IP）的支持上。其目的是使电路交换域和分组交换域承载在一个公共的分组骨干网上。

3GPP R4版本主要包含以下内容。

★引入了MSC服务器（MSC server）和媒介网关（MGW）,在电路交换域中把呼叫控制和承载分离,也就是我们常说的分层结构

★电路域支持基于ATM/IP的分组传输技术,包括语音,信令等

★Streaming级别的分组业务

　　分组技术的引入造成核心网络结构发生很大的变化。由于GSM系统中的MSC节点是一个TDM交换设备,很难应用到这样一个基于ATM/IP的网络结构中。这样,一个崭新的节点---媒介网关（MGW）出现在3GPP R4的网络中。它位于网络用户数据层的边缘,除了完成ATM/IP层的交换和传输外,在接入侧负责完成无线网络接入的功能,在另一端,它是通向外部PSTN网络的接口。媒介网关通过H.248协议远端受MSC服务器控制。

　　这种分层网络具有许多优势。

★它是一种开放的通用网络体系结构,能够满足电信领域当前和未来的快速发展

★灵活性,适应话务流量增长以及通信模式的变化,和各种话务流量的混合

★各层之间相互独立,每层都有单独发展的空间,比如不同领域的新技术可体现在不同层上

★灵活的传输选择。允许部署多种不同的传输技术(包括现有技术和新兴技术）,而且不会对控制层、业务层或　　应用层产生影响

★为多业务网络提供通用传输,如多种业务（话音、数据、运维）可以共享同一传输网络

★优化分配资源。使网络资源得到更有效地使用

由于ATM/IP骨干的介入,新的基于分组交换平台的节点---媒介网关将被引入到核心网络中来。作为控制节点的MSC服务器,它的功能与原来MSC节点的控制功能类似,通过对原有节点的改造,可以实现MSC服务器功能。

2.3 3GPP R5的网络结构及节点

　　3GPP R5的工作集中在业务侧---基于IP的多媒体业务域 (IMS)。在传统的电路交换域（CS domain）和分组交换域（PS domain）, 其架构保持不变。

对于IP多媒体域（IMS）, 这里不作介绍。

2.4 小结

　　通过对3GPP R99以及3GPP R4网络的分析我们可以看出,对于3GPP R99的核心网络,由于其骨干传输技术(TDM)与GSM相比没有变化,所以对现有节点的演进和再利用是完全可能的；而对于3GPP R4的网络,由于引入了ATM/IP分组技术,核心网络分成用户数据层,控制层和应用层,基于分组平台的新节点（媒介网关）的引入成为必然,而原有的MSC节点中的控制功能将由MSC服务器来完成。

下面我们来看一下网络演进的方式。

3、网络演进的方式

　　在WCDMA系统建设的初期,一般有以下两种方案。

★节点演进方案

　　通过对现有GSM节点的改造,使之同时支持GSM和WCDMA核心网功能

★网络迭加方案

　　在原有GSM网络的基础上,新建一套独立的WCDMA核心网络
这两种方案都可以采用公用的GSM/WCDMA HLR节点。这样,原有的GSM终端用户可以不更换MSISDN号码即可享用3G的各种业务。

3.1 节点演进方案

　　节点演进方案更适用于3GPP R99的网络。这是因为3GPP R99的核心网络沿用了GSM系统中的TDM传输技术。通过前面的介绍我们知道,只要对MSC和GSN节点加以改造,就能够使它们同时支持GSM/WCDMA功能。

　　节点演进方案的主要优点是原有设备的充分再利用。但它的缺点和局限性也非常突出。

★要求现有节点有足够的富裕容量。新增的3G话务必然带来控制信令以及交换容量的开销

★升级过程可能会造成对原有GSM话务的干扰

★由于2G和3G的话务承载在同一个节点平台上,造成网络规划复杂

★适用于保持TDM传输技术的3GPP R99网络

3.2 网络迭加方案

　　到目前为止,大多数移动运营商还是选择了迭加方案,即新建一套独立的WCDMA核心网络。网络迭加方案的主要优点包括

★避免了对现有2G话务的影响

★充分保障了现有网络的稳定性

★易于网络规划和实施

★由于是新建网络,其容量不受原有网络的限制

　　值得一提的是,表面上看,虽然是新建了一套WCDMA核心网络,但新建的核心网节点仍然支持GSM的A接口。对于网络运营商来说,在新建WCDMA核心网络的投资,实际上可同时处理GSM和WCDNMA的话务流量。从网络演进的角度来说,这是非常有意义的。

　　网络迭加方案不仅适用于3GPP R99的网络,也同样适用于3GPP R4的分层结构网络。

　　节点演进方案和网络迭加方案各有优缺点。对各个网络运营商来说,未来GSM和WCDMA用户的发展预测,终端用户的话务模型,现有网络状况以及投资计划等等,都会影响到方案的选择。

4、GSM/WCDMA间的漫游和切换---业务的平滑和无缝

　　不论是演进方案,还是迭加方案,对移动终端用户来说都不是最重要的。构建一个无缝的GSM/WCDMA网络,保证移动终端业务在两个系统之间的平滑和连续,这才是网络演进的根本目的。

　　系统提供了足够的能力来支持这样一个无缝的网络。下面我们就来看一下GSM/WCDMA系统间的漫游和切换。

4.1漫游

　　在WCDMA网络建设期间,必将存在2G和3G系统同时覆盖的重叠区域,同时也存在仅可以提供GSM900或GSM1800支持的区域。拥有3G业务的用户会希望在没有3G覆盖,但有GSM覆盖的区域仍然能够保持基本的语音和数据业务。正缘于此,WCDMA和GSM间的漫游是非常必要的。

　　目前GSM中移动运营商之间的漫游规则也同样适用于WCDMA系统。GSM/WCDMA双模终端将能够登记在任何一个网络上。当移动终端进行小区重选的时候,会首先选择运营商,而不是哪种接入技术。当双模终端离开WCDMA覆盖而进入GSM覆盖范围时,会尝试登记在GSM网络上。

4.2 切换

　　系统间的切换是3G的标准功能。在正常情况下,这种切换是双向的,即不论是从WCDMA到GSM,还是从GSM到WCDMA,也不论移动终端最开始发起呼叫是在那个系统中。系统间的切换可以是由于WCDMA或GSM缺乏覆盖,系统拥塞,或者是系统间负荷分担设置。

　　移动网络运营商之间必须进行合作并协调网络之间所需的参数和程序,特别是需要在所有有关的移动网络间调整预配置表,以保证切换功能的正确实施。

　　大多数厂家的WCDMA设备也同样从一开始就支持GSM/WCDMA系统间的切换功能。漫游和切换这两项功能为移动运营商在3G建设期间,当覆盖有限的情况下,使原有的GSM网络得到充分的利用,也使网络能够平滑地引入3G业务,并能保证非常好的业务连续性。

5、结论

　　通过前面的介绍我们可以看出,在核心网络演进的过程当中,尽管为了支持分组骨干技术,分层网络结构将引入到核心网络中来,但这并不会对核心网络的演进造成影响。不论是节点演进方案,还是网络迭加方案,系统都提供了足够的能力,使现有的GSM网络得到最大化的利用,通过构建一个无缝的GSM/WCDMA网络,保证了移动终端业务的延续性和平滑,这才是GSM/WCDMA核心网络演进的根本所在。

摘自《网络通信世界》