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摘要:中国移动正在进行TD-LTE网络建设的大浪潮,TD-LTE的核心网作为无线网的业务承载,需要同等重视及同步推进,文章介绍TLTE/EPC核心网标准架构及特点,同时分析TLTE/EPC的关键技术,对EPC各网元配置建设提出了建议。
关键词:TD-LTE;EPC;核心网;IPv6
1 引言
随着移动网络从3G走向LTE,移动核心网也正在加快演进为下一代移动通信核心网EPC(Evolved Packet Core)。EPC由MME、Serving Gw以及PDN Gw等主要网元构成,优势明显:控制面与用户面的分离,用户面扁平化,能够从容地应对移动数据流量的激增,支持多种接入方式,是支持异构网络的融合架构。中国移动采取的是现网升级EPC为主的策略,主要原因是考虑到现网升级策略能够带来网络平滑升级、业务融合、降低OPEX等优势。
本文重点探讨TD-LTE核心网的关键技术,包括与2G/TD的互通、信令机制、QOs、IPv6等。
2 TD-LTE核心网EPC标准架构及特点
支持2G/3G/LTE/WLAN等多个系统接入的EPC核心网标准架构如图1所示,主要功能实体有以下几个。
(1)用户数据设备HSS:主要提供移动性管理、鉴权、用户签约等功能。(2)核心网EPC设备:①MME:主要负责移动性管理、会话管理、P-GW/S-GW选择等功能。②SAE-GW:S-GW提供分组路由和转发功能;P-GW提供承载控制、计费、地址分配和非3GPP接入等功能。(3)资源策略控制设备:①PCRF:策略控制服务器,提供数据业务QoS保障和资源管控;②AF:业务策略提供点。(4)无线接入网设备eNodeB:负责无线资源管理,集成了类似2G/TD基站和基站控制器的功能。
EPC网络架构的典型特点:仅有分组域,取消电路域;支持2G/TD/LWE/Wlan多系统接入;LTE控制承载分离,网络结构扁平;基于全IP架构。与原有2G/TD核心网相比简化了网络结构,降低了网络运营成本,可承载LTE网络的高数据流量。
3 EPC关键技术分析
3.1 与2G/3G网络互通
LTE与2G/TD分组域基于Gn/Gr接口进行互通,LTE多模终端从2G/TD接入后,通过P-GW(GGSN)访问数据业务,需要解决路由和域名解析两方面的问题。
(1)路由问题:基于目前的网络接口设计,LTE多模终端从2G/TD网络接入时如果锚定到Gn GGSN,则无法平滑移动到LTE网络。
解决方法:SGSN需能识别LTE用户,并将LTE多模终端路由到P-GW/GGSN。
(2)域名解析问题:EPC和2G/TD的域名解析方式不一样,EPC采用N记录查询。
解决方法:SGSN升级支持N记录查询方式。
3.2 EPC信令协议
EPC网络中信令协议全部采用IP技术,其中涉及到和用户的鉴权、数据、策略、计费管理相关的网元间都将采用基于IP的Diameter协议信令。
EPC、PCC网络架构(PCC架构主要由策略控制服务器PCRF、策略控制执行点功能PCEF、业务策略提供点功能AF等组成)如图2所示,S6a接口以及PCC架构中相关接口(红色五角星标识的接口)互通采用Diameter协议。
LTE信令组网应考虑信令业务量及网元配置2方面需求:
(1)信令业务量需求。
近期:LTE信令网需要承载LTE用户S6a接口、LTE和2/3G用户Gx接口信令。
远期:LTE用户增长,引入VoLTE,LTE信令网需要承载LTE用户S6a接口及VoLTE Rx接口、LTE和H2/3G用户Gx接口信令。
(2)网元配置需求:受网元信令连接及号段配置能力限制,信令网需同时考虑省际、省内信令转接需求。
链路配置量大:发达省份MME/HSS/GGSN/P GW/PCRF数量达到100台以上,省内网元直连信令连接静态配置数据量大。
IMSI号段数据配置存在瓶颈:手机阶段,MME需要支持上万条数据配置,而多数厂家号段数据配置存在限制,仅支持几千及百条号段数据,难以区分本地、省内、省际号段,需要DRA区分号段,进行集中号码翻译。
3.3 QoS控制机制
3GPP为EPS系统定义一套端到端Qos控制机制,但区别于2G/3G网络,SAE中QoS控制直接由网络侧决定,终端不再发起QoS控制请求,接入侧不再参与QoS协商。
EPS QoS具备以下几点特性:
(1)基于网络的QoS接纳控制:相比较传统QoS控制由UE侧发起,EPS承载的QoS控制策略的决策和下发由网络侧决定,减少QoS协商步骤,避免网络资源的浪费,有效提高网络资源利用率。(2)QoS控制参数简化:Qos的控制参数简化为4个参数,有利于业务QoS策略的制定和下发。(3)资源复用能力提高:引入聚合最大带宽概念,对资源进行统筹管理,避免承载空闲态的预留资源浪费,提高承载的统计复用能力,提高无线资源的使用效率。(4)多级QoS控制粒度:给出基于承载级、APN级、用户级三种粒度的QoS控制机制,制定更灵活的业务策略提供QoS保证。
3.4 引入IPv6
LTE具有永久在线特性,用户开机后,无论是否使用业务,都将自动获得一个IP地址,直到用户关机,对IP地址需求量远高于TD/2G网络,而IPv4地址资源已经很紧缺。LTE的永远在线的实现是基于LTE网络内的默认承载,如果给手机分配IPv4私网地址,通过NAT穿越访问公网业务,公网地址一段时间后就会释放掉,不能实现真正的永远在线,需要心跳来维持永远在线,占用很多无线资源。而且NAT的引入增加业务开通难度和网络成本,一定程度上影响了业务质量。
LTE网络若采用IPv6,用户上线即给终端分配IPv6公网地址,将不存在IP地址释放的问题,可以做到真正的永远在线。故LTE应在部署初期即引入IPv6,避免在网络建成后,再进行大规模升级。
4 结语
中国移动LTE总用户已经达到1.89662亿户,随着LTE用户的继续稳步增长,用户带宽的需求也提出了更高的要求,为做好无线网的承载,核心网EPC的演进也更为重要。考虑到越来越大的LTE用户并发数据业务需求,后期将针对流量管控策略、差异化服务策略、策略计费手段做专题研究。
关键词:TD-LTE;EPC;核心网;IPv6
1 引言
随着移动网络从3G走向LTE,移动核心网也正在加快演进为下一代移动通信核心网EPC(Evolved Packet Core)。EPC由MME、Serving Gw以及PDN Gw等主要网元构成,优势明显:控制面与用户面的分离,用户面扁平化,能够从容地应对移动数据流量的激增,支持多种接入方式,是支持异构网络的融合架构。中国移动采取的是现网升级EPC为主的策略,主要原因是考虑到现网升级策略能够带来网络平滑升级、业务融合、降低OPEX等优势。
本文重点探讨TD-LTE核心网的关键技术,包括与2G/TD的互通、信令机制、QOs、IPv6等。
2 TD-LTE核心网EPC标准架构及特点
支持2G/3G/LTE/WLAN等多个系统接入的EPC核心网标准架构如图1所示,主要功能实体有以下几个。
(1)用户数据设备HSS:主要提供移动性管理、鉴权、用户签约等功能。(2)核心网EPC设备:①MME:主要负责移动性管理、会话管理、P-GW/S-GW选择等功能。②SAE-GW:S-GW提供分组路由和转发功能;P-GW提供承载控制、计费、地址分配和非3GPP接入等功能。(3)资源策略控制设备:①PCRF:策略控制服务器,提供数据业务QoS保障和资源管控;②AF:业务策略提供点。(4)无线接入网设备eNodeB:负责无线资源管理,集成了类似2G/TD基站和基站控制器的功能。
EPC网络架构的典型特点:仅有分组域,取消电路域;支持2G/TD/LWE/Wlan多系统接入;LTE控制承载分离,网络结构扁平;基于全IP架构。与原有2G/TD核心网相比简化了网络结构,降低了网络运营成本,可承载LTE网络的高数据流量。
3 EPC关键技术分析
3.1 与2G/3G网络互通
LTE与2G/TD分组域基于Gn/Gr接口进行互通,LTE多模终端从2G/TD接入后,通过P-GW(GGSN)访问数据业务,需要解决路由和域名解析两方面的问题。
(1)路由问题:基于目前的网络接口设计,LTE多模终端从2G/TD网络接入时如果锚定到Gn GGSN,则无法平滑移动到LTE网络。
解决方法:SGSN需能识别LTE用户,并将LTE多模终端路由到P-GW/GGSN。
(2)域名解析问题:EPC和2G/TD的域名解析方式不一样,EPC采用N记录查询。
解决方法:SGSN升级支持N记录查询方式。
3.2 EPC信令协议
EPC网络中信令协议全部采用IP技术,其中涉及到和用户的鉴权、数据、策略、计费管理相关的网元间都将采用基于IP的Diameter协议信令。
EPC、PCC网络架构(PCC架构主要由策略控制服务器PCRF、策略控制执行点功能PCEF、业务策略提供点功能AF等组成)如图2所示,S6a接口以及PCC架构中相关接口(红色五角星标识的接口)互通采用Diameter协议。
LTE信令组网应考虑信令业务量及网元配置2方面需求:
(1)信令业务量需求。
近期:LTE信令网需要承载LTE用户S6a接口、LTE和2/3G用户Gx接口信令。
远期:LTE用户增长,引入VoLTE,LTE信令网需要承载LTE用户S6a接口及VoLTE Rx接口、LTE和H2/3G用户Gx接口信令。
(2)网元配置需求:受网元信令连接及号段配置能力限制,信令网需同时考虑省际、省内信令转接需求。
链路配置量大:发达省份MME/HSS/GGSN/P GW/PCRF数量达到100台以上,省内网元直连信令连接静态配置数据量大。
IMSI号段数据配置存在瓶颈:手机阶段,MME需要支持上万条数据配置,而多数厂家号段数据配置存在限制,仅支持几千及百条号段数据,难以区分本地、省内、省际号段,需要DRA区分号段,进行集中号码翻译。
3.3 QoS控制机制
3GPP为EPS系统定义一套端到端Qos控制机制,但区别于2G/3G网络,SAE中QoS控制直接由网络侧决定,终端不再发起QoS控制请求,接入侧不再参与QoS协商。
EPS QoS具备以下几点特性:
(1)基于网络的QoS接纳控制:相比较传统QoS控制由UE侧发起,EPS承载的QoS控制策略的决策和下发由网络侧决定,减少QoS协商步骤,避免网络资源的浪费,有效提高网络资源利用率。(2)QoS控制参数简化:Qos的控制参数简化为4个参数,有利于业务QoS策略的制定和下发。(3)资源复用能力提高:引入聚合最大带宽概念,对资源进行统筹管理,避免承载空闲态的预留资源浪费,提高承载的统计复用能力,提高无线资源的使用效率。(4)多级QoS控制粒度:给出基于承载级、APN级、用户级三种粒度的QoS控制机制,制定更灵活的业务策略提供QoS保证。
3.4 引入IPv6
LTE具有永久在线特性,用户开机后,无论是否使用业务,都将自动获得一个IP地址,直到用户关机,对IP地址需求量远高于TD/2G网络,而IPv4地址资源已经很紧缺。LTE的永远在线的实现是基于LTE网络内的默认承载,如果给手机分配IPv4私网地址,通过NAT穿越访问公网业务,公网地址一段时间后就会释放掉,不能实现真正的永远在线,需要心跳来维持永远在线,占用很多无线资源。而且NAT的引入增加业务开通难度和网络成本,一定程度上影响了业务质量。
LTE网络若采用IPv6,用户上线即给终端分配IPv6公网地址,将不存在IP地址释放的问题,可以做到真正的永远在线。故LTE应在部署初期即引入IPv6,避免在网络建成后,再进行大规模升级。
4 结语
中国移动LTE总用户已经达到1.89662亿户,随着LTE用户的继续稳步增长,用户带宽的需求也提出了更高的要求,为做好无线网的承载,核心网EPC的演进也更为重要。考虑到越来越大的LTE用户并发数据业务需求,后期将针对流量管控策略、差异化服务策略、策略计费手段做专题研究。