移动核心网络技术发展趋势

 　　随着电子技术的发展，移动核心网络技术也不断进步，在网络演进中扮演重要角色，本文主要探讨移动核心网络技术发展趋势。

　　《中兴通讯技术》1995年创刊，为学术性与技术应用相结合的通信类专业刊物，由中兴通讯股份有限公司与安徽科学技术情报研究所联合主办，国内外公开发行。杂志1995年创刊。杂志为双月刊，逢双月10日出刊。杂志为大16开本，彩色印刷，每期发行量为15000份。

　　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TDM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

　　引入LTE后,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,宽带分组域都将起到重要作用。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,这就是我们现在常常谈到的“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。经过5年多的努力设备商与运营商,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,芯片厂商也积极跟进。在MSF论坛推动下,业界LTE/EPC设备的IOT测试于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,使之小于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。其中EPC核心网的架构如图1所示:

　　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(如: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。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,而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。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,实现了核心网的融合,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地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。

　　4 RCS的进展与思考

　　RCS(Rich Communication System)是指除了语音通信外,还可以向客户提供提供包括图片、Flash、视频、文本(IM、Presence)在内的更多的交互和呈现手段,以创造丰富的沟通环境和体验。

　　我们对理解的RCS,不仅仅是一项业务,而是网络能力,我们更关注的是如何借鉴和提升电信网络优势,提升更丰富和优质通信能力。初期可以IMS网络技术为切入点,提供丰富的高质量的VoIP服务、多媒体通信服务,同时将电信基础业务能力有控制地向互联网业务渗透。

　　GSMA于2008年7月成立RCS(Rich Communication Suite,增强型通信业务组件)工作组。目前有60多家运营商和厂商参与,包括Orange、中国移动、Vodafone、NTT DoCoMo等。

　　RCS目标是为用户提供可定制的基于IP的增强型整合式服务,包括:增强型通讯簿、Rich Call、Rich messaging等。RCS手机的目标是要达到原厂预先安装,RCS平台是要达到与原厂手机的兼容;核心组件基于IMS网络实现,不是建立新的标准,而是根据现有标准制定出可实施互通、基于IMS通讯的核心业务集。

　　RCS具有的商业价值包括:它可以增加运营商的业务吸引力,提供集成呈现能力的新业务;它的消息业务基于电话号码,通过手机地址簿易于使用,将来可以与MSN-Messenger、Skype等用户互通;它可以增强运营商对客户个性化业务需求的响应,基于同样的价格提供更好的服务,可以保持ARPU值和用户的忠诚度等。

　　到目前为止,RCS已经发布了三个版本:

　　RCS1.0:发布于2008年12月。在RCS1.0中,包含了RCS最核心的业务集,即前文介绍的增强型地址薄、增强型呼叫、增强型融合消息。但是,RCS1.0只支持移动设备。

　　RCS2.0:发布于2009年6月,Q3进行IOT测试。RCS2.0中,用户体验向宽带和多设备环境延伸。其主要特点包括:

　　(1)多设备环境:可以任意终端通信。

　　(2)宽带PC接入RCS服务方面:客户端支持网络侧、终端侧接口;分组域PC客户端的语音通话;基于会话的消息聊天;分组域呼叫的视频共享;分组域呼叫的图像共享;基于SIM卡的认证;文件传输;社交状态呈现。

　　(3)业务部署方面:基于OMA DM;RCS设置锁定;RCS自动配置。

　　(4)网络地址薄:基于SyncML的同步机制;备份、恢复及提取功能;多设备同步。

　　(5)增强的消息通信:发往所有注册设备的初始对话。

　　(6)PC可以发短信/彩信。

　　RCS3.0:发布于2009年12月,拟于2010年进行Q1 IOT测试。RCS3.0在1.0和2.0的基础上,又进行了相应的功能扩展和完善。其主要特点包括:

　　(1)宽带PC接入RCS服务方面:PC客户端与手机或其它PC客户端的视频通话。

　　(2)服务推荐。

　　(3)内容共享扩展:不带语音呼叫的点到多点内容共享;不带语音呼叫的点到点内容共享。

　　(4)增强的社交信息呈现:包括位置信息、个性化邀请、URL标签。

　　(5)增强的消息通信:闪烁、表情符、组列表。

　　(6)PC上增强的短信/彩信体验。

　　(7)融合消息:IM SIP simple/SMS/MMS interworking(候选)。

　　网络与业务的发展为RCS的引入奠定了基础,第一,互联网的发展,需要与通信基础能力相结合:如SNS社交网站、电子商务网站、其他Web 2.0应用等;第二,信息服务的需求,信息服务需要与通信基础能力相结合:如行业应用、个人应用、物联网应用等,需要通信基础能力更好地发挥调度的作用;第三,LTE等无线超宽带技术的发展,需要提升基础通信能力,提供端到端全IP化的语音和多媒体通信服务。

　　综上所述,随着IP技术以及LTE等无线超宽带技术的发展,网络宽带化趋势愈加明显,为RCS的推出奠定了网络基础,可以说,RCS在传统电信能力与互联网应用中搭建了一座桥梁。

　　IMS的发展和产业链成熟性密切相关,RCS工作组目前成为推进IMS的成熟和商用的一个热点组织。RCS(Rich Communication Suite)工作组主要致力于推动IMS实现商用,推动IMS产业链快速成熟,快速应用移动新业务,为用户提供可互通的、融合、丰富的通讯体验。RCS工作组主要基于已有的标准(包括3GPP、ETSI、OMA、GSMA)制定出一个可实施、可互通、基于IMS的核心业务集,提出RCS的实现标准并测试业务需求的满足度、业务成熟度和业务互通性,推动IMS业务快速实现商用。我们在推动融合业务的同时也要重视IMS终端的开发,包括硬终端和软终端的应用,在软终端的设计方面要有良好的用户体验。

《移动核心网络技术发展趋势》

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