移动核心网络技术发展探讨

【摘要】本文论述了移动核心网的发展趋势，指出移动TDM电路交换退出历史舞台，移动分组域将对网络发展起重要作用，IMS是核心网发展目标。

【关键词】移动核心网、IMS、EPC

移动核心网络的发展目标将是基于IMS技术的网络。IP化和融合化成为移动核心网发展的主要特征。基于IP化的核心网网络结构，不仅可以显著降低网络成本，实现简单而高效的网络运营，并能快速部署新型业务。LTE引入后分组域也将在网络演进中起重要作用。随着运营商全业务经营的逐步开展，可控制的IP多媒体业务越来越引人关注。

1. 移动TDM电路交换退出历史舞台

由于传统的移动TDM交换机面临容量小、节点数量多、部分设备老化、运维成本增加，并且部分厂家不再提供设备维保等问题，全球运营商普遍启动了核心网的IP化战略。

在长途和省级层面移动交换机加速退网，实现固定、移动网的融合，退网后以移动软交换为主进行网络演进。同时，运营商根据业务需求驱动，引入IMS系统，提供多媒体业务，形成软交换与IMS并存的网络结构。这种思路的主要特点是固定、移动软交换技术成熟，全球已经进行了大规模的部署，运营商可以快速实施网络的IP化演进。

2.宽带分组域将在网络演进中扮演重要角色

LTE引入后，宽带分组域无论在移动互联网的业务支撑还是在IP承载网络的演进方面都将起到重要作用。分组域将主要完成IP承载控制的功能和IP传送功能。

LTE R8版本中20MHz频谱带宽无线侧下行速度高达100Mbps，后期可演进到1Gbps，为适应无线侧的速度增长，对核心网构架进行进一步的演进就成为3GPP组织研究的一个重点课题，这就是我们今天常常谈到的"系统构架演进"即SAE项目的重要内容，也是更名后我们通常把它称为"演进的分组核心网"即EPC。设备商与运营商齐心协力经过5年多的努力基本完成了LTE/EPC的标准工作。

设备商在这个领域的投入不断加大，芯片厂也积极跟进。业界LTE/EPC设备的IOT测试在MSF论坛推动下于2009年3月开始；

EPS是未来移动网络演进的方向，主要特征包括：全面分组化，提供真正意义上的纯分组接入；支持多接入技术，除支持现有3GPP系统接入外，同时支持非3GPP网络(如CDMA、WLAN)的接入，并支持在3GPP网络和非3GPP网络之间的漫游和切换；支持端到端的QoS保证，增加了对实时业务的支持，通过简化网络架构和信令流程，降低业务连接的时延小于200ms；网络层次扁平化，在用户面进行节点压缩，取消了RNC，核心网用户面节点在非漫游时可合并为一个。

EPS的这些特征不仅满足了下一代移动网的需求，也为网络融合提供一个新的平台，受到业界广泛关注。

EPS标准从2004年启动R8版本，该版本制定了EPS的主要功能，目前已冻结。R9版本针对一些增强功能进行研究，功能也基本冻结，3GPP目前正在制定R10版本的需求和功能。

EPS系统包括无线网接入网(可以是LTE、CDMA、WLAN等)和核心网EPC。

该架构中，EPC系统同时支持3GPP接入(如LTE)、信任的非3GPP网络接入(如CDMA)和非信任非3GPP IP网络接入(如WLAN等)。其中PDN GW作为接入的核心设备，不同接入网络的接入网关(LTE无线网对应SGW，CDMA无线网对应HSGW，WLAN无线网对应ePDG)分别接入PGW实现异质网络的接入。HSS作为EPC网络鉴权认证的核心，除支持LTE网络认证外，对于CDMA和WLAN的网络认证，则先通过3GPP AAA服务器统一处理后，也在HSS实现最终的接入认证和鉴权。

EPC作为IMS网络和业务的接入承载网络，通过PDN GW实现与IMS业务互通。为了增强用户的计费策略和实现端到端的QoS，EPC系统支持PCC架构。通过PCC的控制，EPC网络可为用户或业务配置相应的QoS资源和执行相应的计费策略。

在LTE接入场景下，EPC的核心网元包括MME、SGW、PGW和HSS。

EPC网络的主要特征包括：

(1)QoS机制进一步完善，能够支持端到端的QoS保证。EPC系统因为引入了PCC架构，计费和QoS策略管理得到进一步的加强，更加灵活；

(2)全面IP化，提供真正意义上的纯分组接入，将不再提供电路域业务，实现全IP的核心网。

(3)支持多接入技术，既支持和现有3GPP系统的互通，同时也能支持非3GPP网络(eg. WLAN、WiMAX)的接入，并支持用户在3GPP网络和非3GPP网络之间的漫游和切换。

(4)增加对实时业务的支持。简化网络架构，简化用户业务连接建立信令流程，降低业务连接的时延，连接建立的时间要求小于200ms。

(5)网络层次扁平化。用户面节点尽量压缩，接入网取消RNC，核心网用户面节点在非漫游时合并为一个。

EPC的目标与LTE是一致的：一是性能提高，减少时延，提供更高的用户数据速率，提高系统容量和覆盖率，减少运营成本；二是可以实现一个基于IP网络的现有或者新的接入技术的移动性的灵活配置和实施；三是优化IP传输网络。但是不同于LTE，EPC更多地是从系统整体角度考虑未来移动通信的发展趋势和特征，从网络架构方面确定将来移动通信的发展方向：在无线侧呈现出多样化、同质化的特征，在网络侧控制面与用户面的分离以及用户面的扁平化，满足未来发展趋势的网络架构将使运营商在未来更有竞争力，用户不断变化的业务需求也将得到较好的满足。

IP技术逐渐成为了移动通信网络的主角，全网IP化已经成为一种趋势，为了实现并优化IP业务，需要对现有的移动核心网进行必要的改进和优化，逐步过渡到全IP的核心网，EPC标准的目标就是取消电路域，电路域业务在分组域(PS)实现，这就意味着支持E-UTRAN的是一个全IP的核心网。

EPC网络实现了核心网的融合，支持各种3GPP接入方式和non-3GPP网络的共接入，并支持多模终端用户的无缝移动性。运营商全业务运营的发展趋势，使得运营商开始面对运营多种制式网络。支持多种网络共接入的EPC网络，实现核心网的融合，使得网络结构更加简单，降低了网络运营成本。同时EPC网络支持各种接入方式之间的无缝移动性，提高LTE用户在LTE部署初期局部覆盖时的使用感受。

EPC网络控制面与用户面的分离以及用户面的扁平化的趋势，也是应对网络流量激增的必然选择。单用户的数据流量和高速接入用户数的双边增长，使用户面吞吐能力逐渐成为移动分组网络设备的主要瓶颈，同时也导致分组核心网的投资飞速增长。对分组核心网进行控制面与用户面分离，使得分组核心网只对网关节点提供用户面处理，不仅大大节省了其他网络节点如SGSN/MME的用户面投资以及承载网的投资的快速增长，同时优化了用户面的性能。

宽带分组域各网元的引入将对IP承载网络的架构有一定的影响，根据业务流量的不同，网络配置也会发生相应的变化。应结合网络现状和IMS业务网络的能力配置，认真研究EPC的演进策略。

3.IMS是未来融合网的业务控制层

国际标准化组织早就将IMS定义为未来的核心控制架构，包括3GPP、TISPAN、3GPP2、ITU-T等。国际各大主流运营商的业务重点，正在或已经从语音业务向融合业务和多媒体业务转移，视频能力更是各运营商战略发展的重点。在中国，随着3G牌照的发放，视频通信等多媒体业务的需求也豁然显现。此外，全业务运营使得融合业务成为运营商赢得竞争的关键。IMS具有开放式标准架构、支持固网/移动统一的接入网络控制架构、灵活的业务提供和业务触发能力、以及对多媒体业务的管控能力和运营能力等特点，是运营商提供会话型多媒体业务和网络融合的主流技术。

KDDI、NTT DOCOMO和Verizon都一致认为，从长远的发展看，IMS将是固定网络和移动网络共同的核心业务控制层；特别是在LTE的引入阶段，全IP的分组化网络使IMS控制各种业务的核心地位更加凸显；。此外，国内外一些运营商正在尝试将IMS的业务能力与IP互联网应用相结合，如将IMS的语音和即时消息等通信能力，与Facebook等SNS网站及网络游戏结合；将IMS的通信能力与IPTV结合。同时，运营商也准备将IMS的业务能力给多个业务系统调用，如将IMS网络的通信录的业务能力，给移动手机终端、PC软终端共用，为用户提供统一的业务体验。

IMS发展的一个关键问题是业务能力平台是否能够开放，聚合用户、CP/SP/AP，发挥电信与合作伙伴的整体优势。业务能力是各种业务系统的可重用业务单元，业务能力总体发展策略是整合、增强、共享和开放。通过开放，让用户参与业务提供，直接降低业务成本，缩小业务提供周期。电信能力需要与第三方或者其他系统服务能力组合和集成(众多客户特别是政企客户的业务系统需要灵活的嵌入网络/业务平台能力)；通过能力开放，电信能力才可以更好嵌入客户业务流程以及与其他能力服务集成，提供融合业务，满足客户的业务融合需求。

目前业务能力API，Parlay API和Parlay X定义的接口有限，运营商需要拓展API接口定义范围；向第三方提供SDK开发工具包，现在越来越多的人使用REST和SOAP类型的开放接口降低业务开发门槛。让越来越广泛的开发者参与到业务创新中来，是增强能动性的重要途径。目前开放的方式有很多，例如，通过Web Service接口将业务能力开放出去，供第三方调用。 Web Service属于常见接口，IT开发者易掌握，门槛较低； 再如将SIP能力封装成终端控件，提供给第三方调用，提供API文档，可实现较复杂逻辑，但开发范围受到终端封装范围控制。 作者：赵慧玲 吴广颖 梅承力 中国电信研究院   来源：移动通信