更新时间:2022-09-18 09:15
移动核心网技术包括2G(含2.5G)核心网技术及3G核心网技术。
2G(含2.5G)核心网技术包括GSM、GPRS、CDMA(IS95)。其中GSM、CDMA(IS95)技术分别是由欧洲和北美的标准组织提出的,主要区别体现在无线接入网,而核心网侧除采用的信令协议、编号方式等有所不同外,组网方式及节点设置基本上是相同的。这两种技术本身已发展得较为成熟,变化较小。GPRS是基于GSM体系下演进的移动分组数据承载技术,目前已是成熟技术。中国移动和中国联通2G网络采用了GSM和GPRS核心网技术。
3G技术包括WCDMA和cdma2000技术,分别由欧洲和北美提出,其主要区别体现在无线接入网,核心网的体系结构基本相同,只是采用的信令协议、编号方式等有所不同,各厂商的产品系列有所差别,其中cdma2000核心网基于CDMA(IS95)网络演进,WCDMA核心网则基于GSM/GPRS网演进。
TD-SCDMA标准是中国提出的3G技术标准,其核心网采用WCDMA核心网技术标准,基于GSM/GPRS网络演进。中国移动3G网络采用TD-SCDMA标准。
随着3G R4软交换技术在2G核心网中的应用,2G核心网与3G核心网融合组网。采用3G R4标准的核心网,分组域(PS)架构没有变化,电路域(CS)引入了软交换技术,分为控制层MSC Server和接入层MGW(媒体网关),实现了控制与承载分离,承载网络可采用TDM/ATM/IP组网技术。CS采用IP承载方式时,可与PS域采用相同的分组传输网络。3G R5/R6/R7三个版本的核心网架构基本相同,主要是引入了多媒体子系统(IMS)并逐渐完善,其中R5引入IMS,叠加在核心网PS域,形成以SIP为核心的开放网络架构体系;R6是在R5的功能基础上进一步完善,定义了IMS与CS网络互通、IMS与IP网络互通、WLAN接入、基于IPv4的IMS、IMS组管理、IMS业务支持、基于流量计费、Gq接口和QoS增强等方面的内容;R7同样是对IMS的功能的完善,主要加强了对固定、移动融合的标准化制定,增加IMS对xDSL、Cable等固定接入方式的支持,还定义了FBI、CSI、VCC、PCC、端到端QoS、IMS紧急业务等内容。
3G R8在PS域引入面向全IP的核心网SAE(后更新为EPC)架构,以适应无线接入网中LTE技术的应用。EPC架构的目标是高数据率、低延迟、数据分组化、支持多种无线接入技术等。R8包含了LTE的绝大部分特性;R9是在R8基础上对LTE的完善和增强,完善了核心网商用的相关内容;R10是LTE长期演进的目标。
2G/3G核心网电路域主要承载语音类业务,目前采用3GPP R4软交换架构,并根据业务发展需要,逐渐向R5及以后版本演进。原有的2G TDM核心网已逐渐退网,并最终由软交换网完全替代。中国移动2G/3G核心网采用融合组网方式,融合组网主要体现在:核心网网络组织融合,即2G/3G核心网遵循相同的网络组织原则;核心网设备融合,即软交换核心网元升级支持3G接入,并为2G/3G提供统一的移动性管理和业务处理能力。
R4 2G/3G核心网电路域采用控制与承载相分离的架构,由(G)MSC Server完成移动性管理、业务控制处理等功能,(G)MGW完成无线接入、业务疏通等功能。业务流可基于TDM或IP承载。运营商在引入软交换架构初期采用了TDM承载方式,但随着全网IP化的演进趋势,核心网电路域已向IP承载方式演进,遵循先汇接层面后本地层面再接入层面,先话音IP化后信令IP化的总体演进思路。目前已基本实现核心网元间承载IP化,正在逐步实施A接口、Gb接口和Iu接口的IP化。此外,随着IMS的引入及分组域向EPC的演进,为满足业务发展需求,核心网电路域需实现与IMS网络的融合、与EPC网络的互通。
为提升网络服务质量及安全可靠性,电路域中已引入了MSC Pool技术,并在2G/3G融合组网架构下应用,将多个MSC Server/MGW和BSC/RNC组成一个Pool,将物理多局环境变为逻辑单局环境,减少用户的越局切换的次数,减轻网络负荷,提升设备利用率。部署MSC Pool需在A/Iu接口实施IP化基础上,以降低组网的复杂度和实施难度。
在核心网电路域应重点跟踪研究的课题主要集中在:
(1)IP承载方式下业务质量及网络安全研究;
(2)电路域与演进的分组域(EPC)的互通方式;
(3)电路域向IMS演进融合方式;
(4)不同运营商软交换核心网间互通方式;
(5)全网实现号码携带业务解决方案的研究;
(6)大容量交换设备引入策略、核心网元集中化设置原则及对现网的影响;
(7)A/Iu-CS接口IP化对组网方式的影响研究;
(8)统一编解码等核心网新功能的引入模式;
(9)2G/3G融合MSC Pool的大规模部署方案对网络的影响。
核心网分组域承载的主要是数据业务。与核心网电路域相同,2G/3G核心网分组域采用融合组网方式。未来随着LTE技术的引入,核心网分组域将向EPC架构演进。
随着3G网络的全面部署,移动数据业务发展迅速,为更好地应对业务发展,对2G/3G/LTE/WLAN等多种接入方式进行统一控制,作为移动宽带基础设施的核心网分组域需要从架构、组网及功能等方面进行优化和增强,以构建一个智能化、宽带化的分组域核心网络。目前核心网分组域正在或将要引入的技术主要包括:SGSN Pool、策略计费功能架构(PCC)、EPC架构、WLAN与移动网融合。
SGSN Pool正在引入,并在2G/3G融合组网架构下应用,将多个SGSN和BSC/RNC组成一个Pool,可支持SGSN和无线设备之间的全互联,实现设备之间容灾备份以及负载均衡。此外,随着分组域向EPC架构的演进,SGSN/MME还具备支持融合SGSN/MME Pool的特性。
策略计费功能架构是在3GPP R7的动态计费和策略控制的基础上,为应对数据业务流量冲击,提升数据业务流量经营价值,实现基于用户和业务分级的差异化管控,将资源向收益率高的用户和业务倾斜,结合运营需求而提出的。该架构在现有分组域上增加策略控制服务器(PCRF)实体,并升级GGSN支持策略控制执行功能,利旧GGSN DPI功能支持业务识别和管控,采用业务、累积流量、用户签约信息、位置/接入、时间等多维管控手段,与业务营销、计费策略相关联,通过端到端QoS控制,实现差异化无线调度、用户分级、业务分级、热点忙时差异化控制、占用大量带宽的用户管控等管控能力。PCC功能可实现2G/3G/LTE/WLAN/LAN接入的统一策略控制,符合网络从“哑管道”向可管、可控的智能化管道演进的网络发展方向。
EPC是分组域演进的核心网架构,为LTE无线接入提供业务服务,同时支持2G/3G和WLAN等接入。它以IP为基础,以分组交换为核心,在移动宽带化时代,将会为运营商提供更有竞争力的核心网解决方案。EPC的特点是控制承载分离(LTE接入),全IP的数据通道,支持多种接入以及单一分组域架构。
目前,国内在大规模建设WLAN,为实现WLAN与移动蜂窝网的融合,可充分利用WLAN的高带宽优势,实现对热点区域数据流量的有效分流,减轻蜂窝网负担,形成网络优势互补,有效提高数据业务的投资回报比。WLAN与移动网的融合分为三个阶段:一是WLAN与2G/3G网络逐步融合统一认证;二是WLAN接入分组域;三是WLAN与移动网深度融合,支持业务连续性。
在核心网分组域应重点跟踪研究的课题主要包括;
(1)分组域向EPC架构的演进,支持LTE接入;
(2)PCC策略控制架构的引入;
(3)网络安全的研究;
(4)WLAN与2G/3G网络的融合方式;
(5)2G/3G融合的SGSN Pool的规模部署对网络结构的优化和影响。
3GPP于2005年启动3G移动系统演进标准的制定工作,定义了可支持高速移动数据业务的无线接入网LTE+演进的分组域核心网EPC架构。该架构中不再包含电路域,LTE无线网仅接入EPC核心网,为LTE终端提供接入外部数据网络及IMS核心网的数据业务通道,可支持高速数据业务及语音类业务。2009年8月3GPP发布了LTE第一个版本R8,目前已进展到R10。随着LTE/EPC技术标准及设备的不断成熟,国内外多家运营商已部署LTE试验网及商用网,但相关标准仍在不断完善,LTE/EPC技术尚未进入大规模商用阶段。
EPC核心网采用控制与承载相分离的网络架构,是在2G/3G核心网分组域基础上演进而来,但在LTE网络建设初期特别是试验网阶段,为了验证EPC技术及产品的成熟度,同时为避免对现有网络带来影响,且考虑初期用户所使用的LTE终端为单模单待终端,运营商在部署时一般采用独立组建EPC核心网的模式。随着商用网络的部署、LTE网络规模的不断扩大、多模单待终端的使用,对于已拥有大规模2G/3G核心网络的运营商,保持独立组网模式还是与2G/3G核心网分组域融合组网是运营商需要考虑的问题。
EPC核心网网元包括移动管理实体(MME)、归属用户服务器(HSS)、服务网关(S-GW)、分组数据网关(P-GW)、域名解析服务器、用于计费的CG设备。其中S-GW和P-GW通常情况下综合设置为EPC-GW。在采用独立组网模式时,这些网元均为新建,并根据网络覆盖范围部署。其中MME、HSS、DNS通常采用集中设置的方式,EPC-GW则集中或分散设置在有业务需求的本地网内。
随着移动通信技术和产业的发展,LTE/EPC设备将逐步投入商用,在演进的核心网分组域应重点跟踪研究的课题为:一是EPC与2G/3G分组域融合组网研究;二是SGSN/MME Pool组网模式研究。
移动通信网中的用户数据是所有用户的签约、鉴权、授权、状态、内容等信息的总和,主要存储在HLR、HSS等设备,也可能存储在EIR、ENUM DNS、业务平台等设备。为适应网络和业务的发展,用户数据组织应从以网络为中心向以用户为中心发展,在多接入网络环境下构建统一用户数据中心。
HLR/HSS是移动通信核心网的重要用户数据设备,存储用户的业务签约、鉴权认证、接入控制、位置状态等信息,为CS、PS、EPC、CM-IMS提供服务。
目前,现网已建设大量HLR和少量固定IMS-HSS。随着TD-LTE的发展,将引入EPC-HSS、移动IMS-HSS,而HLR、EPC-HSS、移动IMS-HSS相互独立导致CS/PS/EPC/CM-IMS跨域数据交互及组网结构复杂,重复设备投资,数据冗余存储,对同一用户多点业务开通等问题,因此,HLR、EPC-HSS、移动IMS-HSS应实现用户数据融合,并为整体用户数据融合提供基础。
长期来看,HLR/HSS融合的演进应以引入大容量分布式HLR和现网HLR/HSS融合为基础,进一步融合更多其他用户数据,构建统一用户数据中心,并根据公司策略逐步实现融合用户数据开放,从而推动业务发展创新。分布式HLR的引入可以提升网络和业务质量,满足近期网络需求,CS/PS/IMS/PSTN和业务平台中的数据融合,可实现用户数据的共享,进一步提升用户数据价值。新型HLR及其演进设备必须采用容灾,尽量采用N+1容灾,以保证HLR/HSS融合数据安全。容灾方案应在中心城市集中设置,以便运维与开通。
在用户数据管理方面应重点跟踪研究的课题为:大容量分布式HLR的应用研究;用户数据的融合策略及方案,并跟踪用户数据融合的目标方案。
在引入LTE后,LTE网络将逐渐承载VoIP语音业务,原有电路域的语音业务将逐渐向LTE网络迁移。业界已将VoIMS+SRVCC方案作为LTE语音业务的目标方案,即通过CM-IMS提供语音和多媒体融合业务,并提供IMS和CS域间的语音切换。
VoIMS+SRVCC方案是针对LTE/2G/3G多模单待终端的一种语音连续性方案。当终端驻留在LTE网时由CM-IMS网络提供LTE话音业务,在呼叫过程中,终端离开LTE覆盖进入电路域,通过SRVCC将呼叫从LTE切换到电路域,从而保持语音的连续性。
业界已将CSFB方案作为LTE语音目标方案(VoIMS+SRVCC)成熟前的过渡方案,同时NGMN已经将CSFB作为LTE语音在国际不同运营商间漫游的必选方案。由于CSFB方案成熟较晚,为尽快推出LTE话音终端,可采用多模双待终端作为过渡方案,网络侧部署CSFB主要为国际漫入用户提供LTE语音业务解决方案。
在VoLTE方面应重点跟踪研究的课题为:VoIMS+SRVCC引入策略及方案;在VoIMS+SRVCC方案成熟之前的过渡方案(CSFB)成熟度的研究。
物联网专属网元是服务于物联网应用的特殊核心网网元。区别于普通核心网网元,物联网专属网元针对物联网专属号码,连接物联网运营支撑体系,为物联网应用提供业务能力、用户数据存储、移动性管理、QoS等。
基于移动网络的物联网应用接入涉及电路域、分组域和用户数据存储设备。在共用无线网的情况下,与其相连的核心网MSC/VLR、MGW、SGSN难以实现物联网专用,现有MSC/VLR、MGW、SGSN可以满足初期物联网业务需求。物联网初期采用专属号码。物联网专属网元主要提供数据和短信业务,考虑到物联网功能扩展、容量规划、运维管理等,为确保物联网的质量、畅通、效率、时延,应单独建设物联网专属网元:M-HLR、M-GGSN、M-SMSC。
随着物联网的发展,物联网专属网元的功能和范围有可能扩展,在这一领域应重点跟踪研究的课题为:物联网应用对核心网的新增功能需求;物联网专属网络方案研究;物联网业务模型研究。