0 前言

　　隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，核心網(wǎng)向承載IP化、寬帶化、結(jié)構(gòu)扁平化、能力開放化方向發(fā)展。隨著LTE的加速到來，核心網(wǎng)將面臨著多種無線接入技術(shù)并存的局面，在解決2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)的接入及互操作問題的同時(shí)，也要考慮異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（例如Wi-Fi/WiWAX）的融合問題。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展所產(chǎn)生的大量新業(yè)務(wù)，對(duì)核心網(wǎng)提出了新的需求。傳統(tǒng)的電信業(yè)務(wù)面臨著互聯(lián)網(wǎng)OTT業(yè)務(wù)的挑戰(zhàn)，電信運(yùn)營(yíng)商為了避免成為管道，都在加速管道智能化和能力開放化的進(jìn)程，核心網(wǎng)也必須適應(yīng)這種變革。

　　本文從用戶數(shù)據(jù)融合、語(yǔ)音業(yè)務(wù)遷移、分組網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)、IMS網(wǎng)引入及策略控制發(fā)展等方面探討了核心網(wǎng)的演進(jìn)方向，提出了核心網(wǎng)的目標(biāo)架構(gòu)，并分析了核心網(wǎng)長(zhǎng)期發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)及未來核心網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　1 核心網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)

　　核心網(wǎng)是通信網(wǎng)絡(luò)的核心控制層，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為了適應(yīng)新的業(yè)務(wù)發(fā)展需求在不斷演進(jìn)。核心網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)研究有幾個(gè)明顯的趨勢(shì)：網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)趨向融合、從面向人的通信到面向機(jī)器通信、開始進(jìn)行流量?jī)?yōu)化的研究、更加關(guān)注能力的開放。現(xiàn)有核心網(wǎng)主要基于3GPP R6標(biāo)準(zhǔn)，R7版本引入了PCC架構(gòu)，開始關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的控制策略，在R6 版本的WLAN 與WCDMA 統(tǒng)一認(rèn)證的基礎(chǔ)上，R7版本又進(jìn)一步對(duì)WLAN和WCDMA的融合進(jìn)行了研究。R8版本提出了研究融合2G/3G/4G/WLAN的統(tǒng)一EPC核心網(wǎng)，PCC開始考慮BBERF等非3GPP的統(tǒng)一控制架構(gòu)，同時(shí)對(duì)WLAN業(yè)務(wù)分流的ANDSF技術(shù)及機(jī)器類通信（MTC）問題展開了研究。R9版本提出了用戶數(shù)據(jù)融合（UDC）的框架及分布式架構(gòu)，并進(jìn)一步對(duì)MTC問題進(jìn)行優(yōu)化研究。R10版本對(duì)用戶數(shù)據(jù)的多接入、PCC對(duì)業(yè)務(wù)和計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的接口、基于GTP的WLAN接入問題進(jìn)行了研究。R11版本正在研究UDC數(shù)據(jù)模型、PCC對(duì)固定移動(dòng)的統(tǒng)一控制架構(gòu)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分流、運(yùn)營(yíng)商能力開放（MOSAP）、MTC性能優(yōu)化等一系列問題。

　　在一定時(shí)期內(nèi)，核心網(wǎng)絡(luò)將向如下方向演進(jìn)：移動(dòng)核心網(wǎng)的電路域和分組域?qū)㈤L(zhǎng)期并存；分組域向統(tǒng)一、扁平的架構(gòu)演進(jìn)；IMS是語(yǔ)音和多媒體業(yè)務(wù)的目標(biāo)架構(gòu)；隨著LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋的逐步擴(kuò)展，部分語(yǔ)音業(yè)務(wù)逐步遷移至分組網(wǎng)絡(luò)；WLAN等非3GPP的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將逐漸融入3GPP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；隨著IMS、LTE網(wǎng)絡(luò)的引入，用戶數(shù)據(jù)將逐步向統(tǒng)一的用戶數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)變。

　　圖1示出的是核心網(wǎng)演進(jìn)的目標(biāo)架構(gòu)。

　　1.1 用戶數(shù)據(jù)融合未來網(wǎng)絡(luò)中多種用戶數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)管理帶來新的挑戰(zhàn)。現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中存在著多種用戶數(shù)據(jù)，2G和3G用戶采用共用HLR的方式，WLAN和寬帶用戶數(shù)據(jù)部署在AAA，用戶增值業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在VAS。未來隨著IMS、PCC、LTE等新網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的引入將使用戶數(shù)據(jù)的網(wǎng)元變得復(fù)雜，將出現(xiàn)HLR、HSS、SPR、AAA等多種類型的數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)伴隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也將出現(xiàn)多種多樣提供豐富業(yè)務(wù)的應(yīng)用服務(wù)器，這些服務(wù)器也將存儲(chǔ)不同類型的用戶數(shù)據(jù)，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將帶來大量存儲(chǔ)機(jī)器設(shè)備信息的數(shù)據(jù)，各種類型用戶數(shù)據(jù)的出現(xiàn)將對(duì)數(shù)據(jù)管理提出新的挑戰(zhàn)。

　　從技術(shù)發(fā)展角度來看，3GPP提出的用戶數(shù)據(jù)融合（UDC）致力于數(shù)據(jù)庫(kù)融合技術(shù)研究，數(shù)據(jù)融合已成為業(yè)界公認(rèn)用戶數(shù)據(jù)管理的發(fā)展趨勢(shì)。從用戶數(shù)據(jù)管理技術(shù)方面來看，隨著IT技術(shù)的發(fā)展，電信設(shè)備本身將具備更高的處理能力和存儲(chǔ)能力，用戶數(shù)據(jù)管理朝著集中式數(shù)據(jù)庫(kù)、分布式架構(gòu)的方向發(fā)展。用戶數(shù)據(jù)管理的分層架構(gòu)使前端數(shù)據(jù)查詢和后端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)分離，增加了用戶數(shù)據(jù)管理的靈活性和可擴(kuò)展性，2G/3G、LTE、IMS、AAA、AS等數(shù)據(jù)呈現(xiàn)融合的管理趨勢(shì)，未來的目標(biāo)是建立統(tǒng)一的用戶數(shù)據(jù)中心。總體上來看，用戶數(shù)據(jù)組織形式正在從以網(wǎng)絡(luò)為中心逐步向以用戶為中心轉(zhuǎn)變，整體朝著數(shù)據(jù)融合的方向發(fā)展。

　　現(xiàn)有用戶數(shù)據(jù)管理將逐步實(shí)現(xiàn)HLR/HSS用戶數(shù)據(jù)融合，從移動(dòng)核心網(wǎng)開始，實(shí)現(xiàn)2G/3G/LTE的統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)管理，并以融合的HLR/HSS為基礎(chǔ)，考慮更多數(shù)據(jù)類型的融合，構(gòu)建運(yùn)營(yíng)商自己的統(tǒng)一融合數(shù)據(jù)中心。長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，逐步考慮用戶數(shù)據(jù)中心的開放性，推動(dòng)業(yè)務(wù)創(chuàng)新，提升用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。核心網(wǎng)近期將逐步引入分布式架構(gòu)的用戶數(shù)據(jù)設(shè)備；LTE、IMS引入后，優(yōu)先考慮在移動(dòng)核心網(wǎng)上逐步實(shí)現(xiàn)HLR與EPC-HSS、IMS-HSS的設(shè)備融合；基于HLR/HSS融合設(shè)備，以用戶為中心，逐步考慮將固網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)設(shè)備、業(yè)務(wù)平臺(tái)等相關(guān)用戶數(shù)據(jù)集中，構(gòu)建統(tǒng)一的融合數(shù)據(jù)中心。

　　1.2 電路域的演進(jìn)核心網(wǎng)電路域主要承載語(yǔ)音業(yè)務(wù)，傳統(tǒng)的固定TDM交換機(jī)與固定軟交換正在被IMS網(wǎng)絡(luò)替代，移動(dòng)TDM交換機(jī)已經(jīng)被移動(dòng)軟交換設(shè)備替代，隨著IP化改造的全面部署，核心網(wǎng)電路域承載將逐步退出歷史舞臺(tái)。移動(dòng)核心網(wǎng)電路域目前普遍采用2G/3G共核心網(wǎng)圖1 核心網(wǎng)演進(jìn)的目標(biāo)架構(gòu)2本期關(guān)注Monthly Focus赫罡，滕佳欣，朱斌核心網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)趨勢(shì)探討郵電設(shè)計(jì)技術(shù)/2012/05的方式，本地網(wǎng)層面軟交換端局已經(jīng)全面替換TDM端局，實(shí)現(xiàn)了控制與承載的分離，長(zhǎng)途網(wǎng)層面還存在TDM和軟交換2張長(zhǎng)途網(wǎng)。固定核心網(wǎng)本地網(wǎng)層面?zhèn)鹘y(tǒng)TDM交換機(jī)和固網(wǎng)軟交換設(shè)備并存，長(zhǎng)途網(wǎng)層面也是TDM長(zhǎng)途網(wǎng)和軟交換長(zhǎng)途網(wǎng)共存。

　　核心網(wǎng)演進(jìn)的目標(biāo)架構(gòu)

　　目前，IP 化改造是核心網(wǎng)電路域升級(jí)的主要內(nèi)容。IP化使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率，IP化改造后Pool的實(shí)施進(jìn)一步優(yōu)化了核心網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)性能。移動(dòng)核心網(wǎng)IP化改造在本地網(wǎng)層面由Nc、Nb核心網(wǎng)接口向A、Iu-CS等接口延伸。移動(dòng)長(zhǎng)途網(wǎng)層面?zhèn)鹘y(tǒng)的TDM端局逐漸退網(wǎng)，長(zhǎng)途軟交換將逐漸轉(zhuǎn)化為呼叫協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)（CMN），不再處理語(yǔ)音承載業(yè)務(wù)，只進(jìn)行呼叫信令處理。固網(wǎng)核心網(wǎng)因結(jié)構(gòu)形態(tài)較復(fù)雜，其IP化進(jìn)程也較緩慢，隨著寬帶提速和光進(jìn)銅退進(jìn)程的加速，固網(wǎng)TDM端局逐漸退網(wǎng)，其話務(wù)被固網(wǎng)軟交換端局和IMS吸收，固網(wǎng)軟交換和IMS在一定時(shí)期內(nèi)會(huì)共存。固定TDM 長(zhǎng)途網(wǎng)隨著TDM 端局的退網(wǎng)，也逐漸退網(wǎng)，固定軟交換在IP化改造后實(shí)現(xiàn)SIP互通，最終固定移動(dòng)長(zhǎng)途話務(wù)都通過扁平化網(wǎng)絡(luò)疏通。

　　移動(dòng)核心網(wǎng)電路域的長(zhǎng)期演進(jìn)與語(yǔ)音和短信業(yè)務(wù)的提供密切相關(guān)，電路域語(yǔ)音和短信業(yè)務(wù)有向分組網(wǎng)絡(luò)遷移的趨勢(shì)。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展及LTE產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，LTE時(shí)代正在加速到來，目前全球已有將近50張LTE商用網(wǎng)絡(luò)。LTE網(wǎng)絡(luò)主要提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在LTE網(wǎng)絡(luò)部署初期，語(yǔ)音和短信業(yè)務(wù)仍由電路域提供，這就要求電路域升級(jí)來支持CSFB及短信回落功能，隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋的不斷完善，語(yǔ)音和短信業(yè)務(wù)開始逐漸向LTE網(wǎng)絡(luò)遷移，LTE網(wǎng)絡(luò)將逐漸采用SRVCC方案解決語(yǔ)音業(yè)務(wù)問題。語(yǔ)音業(yè)務(wù)的遷移是長(zhǎng)期過程，語(yǔ)音、短信業(yè)務(wù)長(zhǎng)期將由電路域提供，電路域?qū)⒅鸩缴?jí)改造滿足與LTE/IMS的互操作要求。

　　隨著核心網(wǎng)電路域設(shè)備刀片式架構(gòu)的廣泛采用和軟件技術(shù)的發(fā)展，核心網(wǎng)電路域有向大容量集中化部署及虛擬化發(fā)展的趨勢(shì)。現(xiàn)網(wǎng)電路域設(shè)備老平臺(tái)較多，設(shè)備數(shù)量多，而且大部分省份采用分散部署的方式。隨著軟交換設(shè)備刀片式架構(gòu)（ATCA）的廣泛采用，設(shè)備能力得到很大的提升，使集中化部署成為可能。

　　集中化部署能有效減少運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，使軟交換能更加低成本高效地運(yùn)行，更重要的是在平臺(tái)趨同的基礎(chǔ)上未來虛擬化技術(shù)的引入使得運(yùn)營(yíng)商能夠在通用的硬件平臺(tái)上構(gòu)建多廠家共存系統(tǒng)。

　　1.3 支持多接入的分組網(wǎng)絡(luò)

　　移動(dòng)核心網(wǎng)分組域主要提供移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，隨著移動(dòng)寬帶化加速，核心網(wǎng)分組域也在不斷演進(jìn)。目前，核心網(wǎng)分組域普遍采用2G/3G共核心網(wǎng)的方式，隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量的快速增長(zhǎng)，現(xiàn)網(wǎng)開始引入3G DT技術(shù)，減輕SGSN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)壓力，基本實(shí)現(xiàn)控制與承載分離。分組域網(wǎng)元的大容量集中部署使分組域設(shè)備的容災(zāi)問題變得更為重要，現(xiàn)網(wǎng)通過采用SGSN Pool技術(shù)解決SGSN容災(zāi)問題，并實(shí)現(xiàn)SGSN負(fù)載容量均衡。

　　分組域演進(jìn)的目標(biāo)架構(gòu)是2G/3G/4G共核心網(wǎng)，在向目標(biāo)演進(jìn)的過程中要解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)如何平滑升級(jí)的問題。為了使用戶有更好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，現(xiàn)有分組網(wǎng)絡(luò)首先要升級(jí)支持與LTE網(wǎng)絡(luò)的互操作，此外為了實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)連續(xù)性需要2G/3G接入與LTE接入有相同的錨點(diǎn)，這個(gè)錨點(diǎn)就是GGSN與PGW的融合節(jié)點(diǎn)，這就要求GGSN能夠通過軟件升級(jí)的方式支持GGSN/PGW融合功能。現(xiàn)網(wǎng)SGSN向MME演進(jìn)有2種不同的選擇，一種是升級(jí)成為Gn/Gp SGSN與MME融合節(jié)點(diǎn)，另一種是升級(jí)成為S3/S4 SGSN與MME的融合節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)網(wǎng)SGSN可以升級(jí)為Gn/Gp SGSN與MME融合節(jié)點(diǎn)，而新建的MME 節(jié)點(diǎn)要求同時(shí)支持Gn/Gp SGSN 及S3/S4SGSN。現(xiàn)網(wǎng)GGSN與SGSN的擴(kuò)容和改造將采用能夠平滑升級(jí)到EPC的硬件平臺(tái)，通過軟件升級(jí)的方式實(shí)現(xiàn)SGSN/MME、GGSN/EPC-GW的融合。

　　Wi-Fi作為一種應(yīng)用廣泛、成本低、帶寬高的無線接入技術(shù)越來越受到運(yùn)營(yíng)商的重視，已成為分流數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋的重要手段。3GPP系統(tǒng)正在逐步將Wi-Fi技術(shù)融入到統(tǒng)一的分組核心網(wǎng)。由于Wi-Fi屬于非3GPP的接入技術(shù)，因此與3GPP系統(tǒng)的融合就變得較為復(fù)雜。Wi-Fi與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的融合可大致分為統(tǒng)一認(rèn)證、統(tǒng)一接入及系統(tǒng)間的業(yè)務(wù)連續(xù)等幾個(gè)階段。統(tǒng)一認(rèn)證是指Wi-Fi重用3GPP接入鑒權(quán)機(jī)制，相對(duì)于Portal認(rèn)證方式，統(tǒng)一認(rèn)證更方便用戶的接入，同時(shí)也提高了安全性，由于終端和網(wǎng)絡(luò)的支持程度較好，各個(gè)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開始進(jìn)行統(tǒng)一認(rèn)證的部署。統(tǒng)一接入和系統(tǒng)間的業(yè)務(wù)連續(xù)對(duì)終端和網(wǎng)絡(luò)的要求比較高，需要支持Mobile IP協(xié)議及IPSec隧道，為了降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)，尤其是終端的技術(shù)要求，標(biāo)準(zhǔn)組織正在研究采用GTP協(xié)議的解決方案，這也是未來的發(fā)展方向。為了更加有效地實(shí)現(xiàn)Wi-Fi的業(yè)務(wù)分流，分組網(wǎng)絡(luò)開始引入接入網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)與選擇功能（ANDSF），由網(wǎng)絡(luò)側(cè)向終端下發(fā)系統(tǒng)間移動(dòng)性策略信息，終端根據(jù)這些信息，選擇合適的接入網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的有效分流。