0 前言

　　隨著通信技術的飛速發展，核心網向承載IP化、寬帶化、結構扁平化、能力開放化方向發展。隨著LTE的加速到來，核心網將面臨著多種無線接入技術并存的局面，在解決2G/3G/4G網絡的接入及互操作問題的同時，也要考慮異構網絡（例如Wi-Fi/WiWAX）的融合問題。移動互聯網、物聯網等新興產業高速發展所產生的大量新業務，對核心網提出了新的需求。傳統的電信業務面臨著互聯網OTT業務的挑戰，電信運營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程，核心網也必須適應這種變革。

　　本文從用戶數據融合、語音業務遷移、分組網絡演進、IMS網引入及策略控制發展等方面探討了核心網的演進方向，提出了核心網的目標架構，并分析了核心網長期發展面臨的挑戰及未來核心網的發展趨勢。

　　1 核心網絡演進

　　核心網是通信網絡的核心控制層，其技術標準為了適應新的業務發展需求在不斷演進。核心網絡標準研究有幾個明顯的趨勢：網絡架構趨向融合、從面向人的通信到面向機器通信、開始進行流量優化的研究、更加關注能力的開放。現有核心網主要基于3GPP R6標準，R7版本引入了PCC架構，開始關注網絡的控制策略，在R6 版本的WLAN 與WCDMA 統一認證的基礎上，R7版本又進一步對WLAN和WCDMA的融合進行了研究。R8版本提出了研究融合2G/3G/4G/WLAN的統一EPC核心網，PCC開始考慮BBERF等非3GPP的統一控制架構，同時對WLAN業務分流的ANDSF技術及機器類通信（MTC）問題展開了研究。R9版本提出了用戶數據融合（UDC）的框架及分布式架構，并進一步對MTC問題進行優化研究。R10版本對用戶數據的多接入、PCC對業務和計費系統的接口、基于GTP的WLAN接入問題進行了研究。R11版本正在研究UDC數據模型、PCC對固定移動的統一控制架構、數據業務分流、運營商能力開放（MOSAP）、MTC性能優化等一系列問題。

　　在一定時期內，核心網絡將向如下方向演進：移動核心網的電路域和分組域將長期并存；分組域向統一、扁平的架構演進；IMS是語音和多媒體業務的目標架構；隨著LTE網絡覆蓋的逐步擴展，部分語音業務逐步遷移至分組網絡；WLAN等非3GPP的異構網絡將逐漸融入3GPP網絡架構；隨著IMS、LTE網絡的引入，用戶數據將逐步向統一的用戶數據中心轉變。

　　圖1示出的是核心網演進的目標架構。

　　1.1 用戶數據融合未來網絡中多種用戶數據為數據管理帶來新的挑戰。現有網絡中存在著多種用戶數據，2G和3G用戶采用共用HLR的方式，WLAN和寬帶用戶數據部署在AAA，用戶增值業務數據存儲在VAS。未來隨著IMS、PCC、LTE等新網絡設備的引入將使用戶數據的網元變得復雜，將出現HLR、HSS、SPR、AAA等多種類型的數據庫，同時伴隨著移動互聯網的發展也將出現多種多樣提供豐富業務的應用服務器，這些服務器也將存儲不同類型的用戶數據，同時物聯網的發展將帶來大量存儲機器設備信息的數據，各種類型用戶數據的出現將對數據管理提出新的挑戰。

　　從技術發展角度來看，3GPP提出的用戶數據融合（UDC）致力于數據庫融合技術研究，數據融合已成為業界公認用戶數據管理的發展趨勢。從用戶數據管理技術方面來看，隨著IT技術的發展，電信設備本身將具備更高的處理能力和存儲能力，用戶數據管理朝著集中式數據庫、分布式架構的方向發展。用戶數據管理的分層架構使前端數據查詢和后端數據存儲架構分離，增加了用戶數據管理的靈活性和可擴展性，2G/3G、LTE、IMS、AAA、AS等數據呈現融合的管理趨勢，未來的目標是建立統一的用戶數據中心。總體上來看，用戶數據組織形式正在從以網絡為中心逐步向以用戶為中心轉變，整體朝著數據融合的方向發展。

　　現有用戶數據管理將逐步實現HLR/HSS用戶數據融合，從移動核心網開始，實現2G/3G/LTE的統一用戶數據管理，并以融合的HLR/HSS為基礎，考慮更多數據類型的融合，構建運營商自己的統一融合數據中心。長遠來看，逐步考慮用戶數據中心的開放性，推動業務創新，提升用戶的業務體驗。核心網近期將逐步引入分布式架構的用戶數據設備；LTE、IMS引入后，優先考慮在移動核心網上逐步實現HLR與EPC-HSS、IMS-HSS的設備融合；基于HLR/HSS融合設備，以用戶為中心，逐步考慮將固網用戶數據設備、業務平臺等相關用戶數據集中，構建統一的融合數據中心。

　　1.2 電路域的演進核心網電路域主要承載語音業務，傳統的固定TDM交換機與固定軟交換正在被IMS網絡替代，移動TDM交換機已經被移動軟交換設備替代，隨著IP化改造的全面部署，核心網電路域承載將逐步退出歷史舞臺。移動核心網電路域目前普遍采用2G/3G共核心網圖1 核心網演進的目標架構2本期關注Monthly Focus赫罡，滕佳欣，朱斌核心網絡演進趨勢探討郵電設計技術/2012/05的方式，本地網層面軟交換端局已經全面替換TDM端局，實現了控制與承載的分離，長途網層面還存在TDM和軟交換2張長途網。固定核心網本地網層面傳統TDM交換機和固網軟交換設備并存，長途網層面也是TDM長途網和軟交換長途網共存。

　　核心網演進的目標架構

　　目前，IP 化改造是核心網電路域升級的主要內容。IP化使網絡結構更為簡單，提高了網絡資源利用率，IP化改造后Pool的實施進一步優化了核心網絡的業務性能。移動核心網IP化改造在本地網層面由Nc、Nb核心網接口向A、Iu-CS等接口延伸。移動長途網層面傳統的TDM端局逐漸退網，長途軟交換將逐漸轉化為呼叫協調節點（CMN），不再處理語音承載業務，只進行呼叫信令處理。固網核心網因結構形態較復雜，其IP化進程也較緩慢，隨著寬帶提速和光進銅退進程的加速，固網TDM端局逐漸退網，其話務被固網軟交換端局和IMS吸收，固網軟交換和IMS在一定時期內會共存。固定TDM 長途網隨著TDM 端局的退網，也逐漸退網，固定軟交換在IP化改造后實現SIP互通，最終固定移動長途話務都通過扁平化網絡疏通。

　　移動核心網電路域的長期演進與語音和短信業務的提供密切相關，電路域語音和短信業務有向分組網絡遷移的趨勢。隨著移動互聯網的高速發展及LTE產業鏈的成熟，LTE時代正在加速到來，目前全球已有將近50張LTE商用網絡。LTE網絡主要提供高速數據業務，在LTE網絡部署初期，語音和短信業務仍由電路域提供，這就要求電路域升級來支持CSFB及短信回落功能，隨著LTE網絡的覆蓋的不斷完善，語音和短信業務開始逐漸向LTE網絡遷移，LTE網絡將逐漸采用SRVCC方案解決語音業務問題。語音業務的遷移是長期過程，語音、短信業務長期將由電路域提供，電路域將逐步升級改造滿足與LTE/IMS的互操作要求。

　　隨著核心網電路域設備刀片式架構的廣泛采用和軟件技術的發展，核心網電路域有向大容量集中化部署及虛擬化發展的趨勢。現網電路域設備老平臺較多，設備數量多，而且大部分省份采用分散部署的方式。隨著軟交換設備刀片式架構（ATCA）的廣泛采用，設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行維護費用，使軟交換能更加低成本高效地運行，更重要的是在平臺趨同的基礎上未來虛擬化技術的引入使得運營商能夠在通用的硬件平臺上構建多廠家共存系統。

　　1.3 支持多接入的分組網絡

　　移動核心網分組域主要提供移動數據業務，隨著移動寬帶化加速，核心網分組域也在不斷演進。目前，核心網分組域普遍采用2G/3G共核心網的方式，隨著移動數據業務流量的快速增長，現網開始引入3G DT技術，減輕SGSN數據轉發壓力，基本實現控制與承載分離。分組域網元的大容量集中部署使分組域設備的容災問題變得更為重要，現網通過采用SGSN Pool技術解決SGSN容災問題，并實現SGSN負載容量均衡。

　　分組域演進的目標架構是2G/3G/4G共核心網，在向目標演進的過程中要解決現有網絡如何平滑升級的問題。為了使用戶有更好的業務體驗，現有分組網絡首先要升級支持與LTE網絡的互操作，此外為了實現業務連續性需要2G/3G接入與LTE接入有相同的錨點，這個錨點就是GGSN與PGW的融合節點，這就要求GGSN能夠通過軟件升級的方式支持GGSN/PGW融合功能。現網SGSN向MME演進有2種不同的選擇，一種是升級成為Gn/Gp SGSN與MME融合節點，另一種是升級成為S3/S4 SGSN與MME的融合節點，現網SGSN可以升級為Gn/Gp SGSN與MME融合節點，而新建的MME 節點要求同時支持Gn/Gp SGSN 及S3/S4SGSN。現網GGSN與SGSN的擴容和改造將采用能夠平滑升級到EPC的硬件平臺，通過軟件升級的方式實現SGSN/MME、GGSN/EPC-GW的融合。

　　Wi-Fi作為一種應用廣泛、成本低、帶寬高的無線接入技術越來越受到運營商的重視，已成為分流數據業務、優化網絡覆蓋的重要手段。3GPP系統正在逐步將Wi-Fi技術融入到統一的分組核心網。由于Wi-Fi屬于非3GPP的接入技術，因此與3GPP系統的融合就變得較為復雜。Wi-Fi與移動網絡的融合可大致分為統一認證、統一接入及系統間的業務連續等幾個階段。統一認證是指Wi-Fi重用3GPP接入鑒權機制，相對于Portal認證方式，統一認證更方便用戶的接入，同時也提高了安全性，由于終端和網絡的支持程度較好，各個運營商已經開始進行統一認證的部署。統一接入和系統間的業務連續對終端和網絡的要求比較高，需要支持Mobile IP協議及IPSec隧道，為了降低對網絡，尤其是終端的技術要求，標準組織正在研究采用GTP協議的解決方案，這也是未來的發展方向。為了更加有效地實現Wi-Fi的業務分流，分組網絡開始引入接入網絡發現與選擇功能（ANDSF），由網絡側向終端下發系統間移動性策略信息，終端根據這些信息，選擇合適的接入網絡，從而實現數據業務的有效分流。

　　1.4 全業務運營的IMS

　　IMS最早由3GPP在R5中提出，是一個基于分組域提供IP多媒體業務的子系統。隨后，IMS逐漸成為實現網絡融合和業務融合的核心技術，3GPP2、ITU-TNGN-GSI、ETSI TISPAN等國際標準組織將IMS定義為未來網絡的核心控制架構。為應對互聯網業務的挑戰，運營商的業務重點也從語音業務向多媒體業務轉移，IMS以其開放的標準架構、支持固定/移動統一接入、強大的多媒體業務提供能力及完善的業務運營能力，成為運營商應對互聯網業務的主要技術手段。

　　IMS不能為運營商提供所有業務，而是定位于解決具備電信級特征（QoS、安全、可管可控、普遍服務）的業務，如語音/可視電話、短信/彩信等，并提供一種固定移動融合解決方案和利用電信網的有利條件發展互聯網類業務的手段。從網絡演進來看，目前業內還沒有IMS技術之外的新的網絡架構，未來幾年內不可能出現與IMS技術具有同樣成熟度和競爭力的技術。

　　從傳統TDM交換、軟交換到IMS的演進在業內已成為不爭的事實。從技術標準角度來看，無論是ITU-T、TISPAN還是3GPP，都將IMS作為固定電話網和移動核心網網絡演進的唯一目標。

　　IMS發展以固網改造為切入點，結合TDM端局退網和光進銅退，逐步部署面向企業和個人的融合ICT業務；在移動網分組域疊加IMS網絡后開始向個人用戶提供RCS業務等互聯網類業務；隨著LTE的部署，網絡具備VoLTE業務能力，固定移動核心網開始向IMS演進，實現固定移動網絡的融合。

　　1.5 統一的策略控制

　　傳統的固定和移動寬帶接入并不感知業務，網絡根據用戶的簽約情況分配固定的帶寬資源，移動網絡雖然定義了較為完善的QoS信息，但隨著網絡帶寬的增加，新的應用和協議不斷出現，使得靜態的簽約信息已經不能滿足網絡運行的需要。運營商面臨著增量不增收的尷尬局面，低價值流量消耗了大量的資源，網絡無法根據負荷情況調整資源，運營商迫切需要改變粗放的經營模式，能夠根據用戶信息，接入網絡情況，業務及內容提供實時、差異化的網絡及用戶控制。

　　3GPP在R7版本引入了用于分組網絡業務數據傳輸、QoS等策略控制和流計費的PCC架構，實現優先級策略、QoS調控、資費調控等功能。PCC架構增加了策略規則功能實體（PCRF）從而能夠根據業務特性、用戶屬性、網絡情況制定動態控制策略，通過策略執行功能實體（PCEF）完成業務的檢測及策略的執行。與靜態簽約信息相比，PCC架構能夠實現基于用戶分級、累計使用量、時間、位置、業務類型、接入類型、終端等的策略控制。國內外運營商已經開始PCC的商用部署，Vodafone、法電、中國移動都已經推出了基于流量累計、業務類型的控制策略。

　　策略控制正在向更靈活的應用場景、固移融合統一的控制方向演進。一方面，3GPP不斷增強策略控制節點PCRF的功能，使PCC架構能適應更多的應用場景。通過引入業務檢測功能（TDF）開展業務感知和私有策略研究，輔助運營商管理無AF的互聯網業務；提供基于消費限制的策略控制功能；研究基于無線網絡擁塞的策略控制。另一方面，策略控制技術正在向統一的策略控制平臺，統一的用戶管理方向發展。PCC架構將支持非3GPP接入為其提供QoS管理策略，實現固定寬帶接入與3GPP接入網統一策略控制，實現包括WLAN、Femto等多種接入方式下的資源統一調度。

　　2 核心網絡未來發展趨勢

　　信息技術的高速發展，改變了人們的生活，新的應用和業務不斷涌現，也對未來核心網的發展帶來新的挑戰。移動互聯網和物聯網等新興事物的快速發展，產生了大量的新應用，也對核心網提出了新的需求。

　　信息技術自身的進步帶來變革，云計算、虛擬化等IT技術的思想對通信網絡產生了深遠的影響。新興的互聯網OTT業務逐漸蠶食電信運營商的傳統業務，運營商為了應對管道化的挑戰，加快了核心網絡的智能化和能力開放化的過程。

　　2.1 滿足移動互聯網、物聯網、智能化的需求

　　核心網絡，尤其是分組核心網絡正在面臨新的挑戰，核心網絡需要不斷完善滿足新的需求。

　　移動互聯網的高速發展，智能終端的普及，對核心網帶來較大的影響。在線業務的頻繁小數據量發送，智能終端的快速休眠，這些都給網絡帶來大量的信令負荷，核心網絡需要不斷提升信令處理能力及優化信令，同時提高數據轉發能力，分組核心網絡正在向大容量、高性能的方向發展。

　　物聯網將人與人的通信擴展到了人與物、物與物的通信，同時帶來新的業務特性。物聯網業務具有以下特性：低移動性、傳輸時間受控、允許時延遲、只有分組交換、小數據量、高優先級報警信息、基于地理位置觸發、組特性、安全連接等特性。這些特性有別于傳統的電信業務，為了支持物聯網應用，核心網絡需要在網絡架構、標識、尋址、網絡擁塞控制、數據存儲等方面進行完善，以適應新的業務需求。

　　管道智能化對核心網絡提出了新的要求。傳統的分組核心網絡并不感知業務，無差別的進行數據傳送，隨著移動互聯網業務的迅速發展，大量OTT業務的出現，電信運營商有被管道化的趨勢。運營商要加強對網絡資源的控制能力，希望網絡提供差異化的服務能力，實現管道智能化。分組核心網將逐漸具備靈活的業務感知能力，并且能夠結合用戶信息與無線網絡狀態，動態調整網絡資源，實現管道的智能化。

　　2.2 逐步引入虛擬化、云計算等新技術

　　傳統的核心網絡每種功能實體都采用不同的軟硬件，復雜性很高，很難迅速地響應新的需求，核心網絡為了增加靈活性，將承載與控制進行分離，開始了軟件化的過程。未來，核心網絡將徹底將軟件和硬件去耦合，實現硬件平臺通用化和軟件系統平臺化，向云化的方向發展。

　　云計算是一種資源交付和使用模式，指通過網絡獲得應用所需的資源（硬件、平臺、軟件），云技術的共享資源池的概念、采用的虛擬化技術對核心網絡技術具有很強的借鑒意義。無線接入網絡已經開始了云化的探索，中國移動提出的C-RAN技術就是一種基帶資源集中化、云化的無線接入網絡架構，實現資源的共享和動態的網絡負荷調整。

　　未來核心網將逐步引入云計算的理念和虛擬化技術，實現通信技術的IT化。未來的核心網絡節點將分為設備層、虛擬層和應用層：設備層專注于底層設施的同構化，向高性能、高集成度方向發展；虛擬層則支持多種邏輯網元動態共享設備層物理能力，同時向業務層開放標準化的API。設備層采用通用多用途硬件平臺，有效降低成本，虛擬化中間件基礎架構為上層應用提供了可脫離硬件的獨立性，實現軟硬件分離，硬件趨同，資源共享。

　　2.3 采用開放化、平臺化策略融入互聯網

　　在當今移動互聯網時代，互聯網業務提供商引領了通信行業發展的潮流，電信運營商需要重新思考自身的定位，借鑒互聯網企業發展的思路，以開放的姿態迎接互聯網的挑戰。移動互聯網正在向接口開放化、應用平臺化的方向發展，電信運營商也在加快平臺化的步伐，移動核心網將逐步開放核心能力，成為運營商平臺的重要基礎。

　　開放平臺是一種網絡服務模式，通過開放自身的接口，使第三方開發者通過運用和組裝平臺接口產生新的應用，并且能在統一平臺上運營。開放平臺的核心價值在于通過自身服務和第三方應用的互利互惠，提高用戶對應用和平臺的整體體驗和黏度。互聯網巨頭蘋果、谷歌、百度、騰訊都推出了自身的平臺，國內三大電信運營商也都先后推出了開放平臺。相比互聯網公司，電信運營商的具有特有的網絡資源，電信能力的開放是運營商開放平臺的獨特優勢和差異化體現，可滿足開發者對運營商網絡能力的需求，幫助其開發更為豐富的融合應用。

　　網絡能力的開放，主要是將網絡的業務能力進行抽象，屏蔽掉底層的網絡協議細節，在這方面已經有了一些技術標準和規范，包括Parlay/OSA API、Parlay XWeb Services API和OneAPI。目前，電信運營商已經開放了一些基礎電信能力，例如短信、彩信、定位等，未來電信網絡將逐漸開放核心能力，包括語音呼叫、智能管道資源、用戶身份、網絡鑒權等核心網能力。同時，核心網絡將更加軟件化，增強業務開發提供能力和靈活性，適應日益增加的新的業務需求。

　　3 結束語

　　本文從用戶數據融合、語音業務遷移、分組網絡演進、IMS網絡的引入及策略控制的發展等幾個方面探討核心網絡的演進方向，分析核心網長期發展面臨的挑戰，研究未來核心網絡的發展趨勢。核心網絡將向著融合化、IP化、高性能化的方向發展，在滿足傳統電信業務需求的同時，更加靈活和開放，成為電信運營商高效業務運營的核心基礎。