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电信研究院移动核心网发展趋势

发布时间:2020-02-13 16:38:56 阅读: 来源:不锈钢罐厂家

编者按:移动核心网全面进入“IP”时代,IP、融合、宽带、智能、容灾和绿色环保是其主要特征。从电路域看,移动软交换已经全面从TDM的传输电路转向IP;从分组域看,宽带化、智能化是其主要特征;从用户数据看,新的HLR被广泛接受,逐步向未来的融合数据中心演进。另外,运营商纷纷将容灾和绿色环保提到战略的高度;移动网络在未来发展和演进上殊途同归,在4G时代,GSM和CDMA两大阵营将走向共同的IMS+SAE+LTE架构。

通信行业正在发生深刻的变革,融合与转型已经走上快车道,原本作为基础和单一角色的电信产业链,呈现出不断低值微利的价值走向,日趋形成运营商、内容服务商、用户多角色共同参与的复合生态环境。在新的环境下,运营商如何构建竞争优势?

移动通信行业正在发生深刻的变革,面对宽带和互联网加速向移动通信渗透,通信产业、IT产业、软件产业乃至跨产业间的大融合趋势,移动运营商正在由传统的业务提供商向信息服务商转变,以运营商为中心向以客户为中心转变,通过个性化的语音、数据和多媒体业务提供,推出创新的商业模式,巩固其在产业链中的主导地位。

行业的变革,为移动运营商带来了新的机遇:用户宽带数据通信、多媒体通信需求日益增长,将会成为ARPU的主要构成部分,带来运营商营收的快速增长;ICT技术的进步,使电信互联网融合成为可能,将为运营商开辟全新的业务领域。

因此,移动运营商对核心网络提出了面向未来的更高要求。具备灵活开放的网络架构、低成本建网和海量业务提供能力以及快速业务部署能力,成为移动核心网的关键能力。要构建这样的能力,移动核心网应具备全IP、融合、宽带、容灾、绿色等关键特征。

为迎接移动与互联网融合的新时代来临,传统的移动核心网正加速向全IP的网络迁移。全IP意味着移动运营商的网络结构以用户为中心的扁平化,以显著降低的成本大量快速地部署新价值业务,简单而高效地运营。

电路域:全IP的软交换

从2007年开始,全球主流运营商纷纷启动IP化战略,对软交换系统的IP能力、资源共享和容灾能力、绿色环保、演进等方面提出了更高的要求,TDM式的软交换已经不能满足业务发展的要求,全IP的软交换得到了广泛应用。目前,GSM/WCDMA阵营的主流运营商Vodafone、Orange、KPN、T-Mobile、Telefonica等纷纷采用全IP软交换开展网络改造;从CDMA阵营看,发展最快的印度运营商Reliance、TATA,印尼的Telkom、美国的LEAP等全面采用全IP软交换提供语音服务。以Vodafone为例,在向全IP网络转型过程中,呈现出几个主要问题,一是全网的TDM老交换设备数量多、容量小、位置分散、维护成本高;二是2G、3G电路交换网络是独立建设的网络,网络结构和维护复杂;三是网络容灾能力不足。以Vodafone罗马尼亚子网为例,全网有16台TDM2G交换机、两台3G交换机。面对此网络现状,Vodafone采用全IP的软交换进行改造,仅用6台IP软交换机就完成了全网18台独立的2G、3G交换机的收编,并采用两个3+1的双归属形成异地容灾核心网,网络架构得到极大简化,可靠性得到提升。全IP软交换具备以下优势:

电信级IP能力:在全IP网络下,对IP网络的QoS、可靠性、故障检测和故障恢复能力、灵活组网能力都要求达到电信级,比如IP主备路由故障检测和倒换时间小于30毫秒;

资源共享和容灾能力:支持MSC Server组成资源池(MSCPOOL),池区资源共享,负荷均衡,可以节省30%的网络容量,同时支持异地实时容灾备份;统一平台能力:

支持在GSM/WCDMA/CDMA等不同制式下共平台;绿色环保能力:通过提升系统集成度、CPU自动降频和采用低功耗器件(比如多核CPU,Flash硬盘等)减少50%耗电,减少单位用户能耗和温室气体排放;

平滑演进能力:支持向未来4G和统一的核心控制层IMS平滑演进,保护投资。

用户数据:迈向未来的高可靠、融合的用户数据中心

全球越来越多的运营商逐步意识到集中管理用户业务数据的重要性,以用户为中心的业务数据融合逐渐成为业界趋势。建设以用户为中心的网络,快速推出新的有吸引力的业务,使用户能够得到一致的业务体验,是提高用户ARPU和忠诚度的关键措施。但当前,由于用户业务数据分散在网络诸多不同的功能实体中,各个功能实体又都有自己的用户业务数据管理方式,从而形成了一个个“信息孤岛”,使得整个运营商的网络变得非常复杂。同时,这些各自孤立的信息很难被运营商利用起来为用户开拓增值服务,业务创新困难,这也使得运营商在多种网络下难以给用户提供一致的业务体验。全球TOP10的北欧运营商Telenor在巴基斯坦子网,仅仅采用了3台新的分布式HLR就为4000万用户提供服务,其中一台HLR用户容量高达2000万,用户数据集中管理,极大地简化了现网网络,减少了60%的OPEX,用户数据访问开放和共享为业务融合奠定基础,并实现了无缝地理容灾。另外,由于在3台大容量HLR之间采用了全IP互联,网间长途信令传输也节省了70%。这种HLR之所以迅速风靡全球,是由于它具备以下特征和价值:

支持业务数据分离架构:这种HLR打破了传统HLR业务和数据紧耦合的架构,将业务处理部分独立出来成为前端(FE),数据部分独立出来统一管理形成后端(BE),可以收编现网传统HLR,平滑演进到HSS,并平滑演进到融合的数据中心(USC),支撑运营商业务融合战略;同时,数据集中管理后,新业务可以实现快速部署,增强网络竞争力。

采用电信级ATCA平台:彻底摒弃了传统HLR的小型机/服务器平台,所有单板都支持热插拔,分布式电源设计为每个槽位独立供电,确保了设备的高可靠性。

采用全分布式设计模式:从传统HLR的主备用模式改变为负荷全分布式,单个单板故障后,负荷可以平均分配到其他正常单板,通过设备内的N+K配置和异地部署,可靠性达到6个9;千万级的超大容量为集中部署和管理提供保障。

同时,这种HLR能够继承现有HLR、HSS、AAA、MNP、EIR、GUP等网络功能实体的功能,可将融合网络中用户的各种业务数据(包括移动通信网络、固定话音网络、宽带网络以及多媒体网络中各种功能实体所需要的用户业务数据)融合在一起,进行统一管理,并提供开放的数据接口。这样能够简化网络、缩短新业务发布时间、促进业务创新,为运营商提供有竞争力的融合业务奠定基础。

分组域:面向4G的统一分组核心网

随着无线宽带技术的发展,移动宽带业务呈现爆发性的增长。比如德国电信T-Mobile的无线宽带数据流量,一年内增长了近10倍,现网传统分组网络设备容量和性能不足,网络升级、扩容成本高昂,并无法演进到即将到来的4GLTE/SAE,这对未来网络的竞争力和吸引力造成很大的影响。因此,T-Mobile大刀阔斧进行改造,在其欧洲核心5国(德国、英国、奥地利、荷兰和捷克)采用了高达30G吞吐量的智能分组核心设备为其2000万用户提供服务,并确保向4G网络的逐步平滑演进;同时利用分组核心网的智能化能力,通过部署内容计费实现对分组内容的管理和监控,使分组网络真正成为可控制、可管理和可盈利的未来网络。

面向4G的分组核心网具备以下优势:

支持宽带化:支持宽带爆发,高吞吐量和高处理能力;

支持智能化:从哑管道变为智能管道,支持深度内容解析和灵活的QoS控制;

支持平滑向4G演进:保护投资,未来4G可重用。

网络容灾:安全第一与资源共享

地震等严重自然灾害的发生,将移动网络安全性和可靠性提升到了前所未有的战略高度。移动网络的安全应该是一个整体的解决方案,涵盖接入网、核心网、业务网和承载网多个层面,而其中核心网是重中之重,抗拥塞、优先接入、异地容灾、快速恢复能力都是基本的要求。另外,出于对容灾成本的考虑,应在容灾能力和部署成本方面寻找一个平衡点,即在确保网络容灾能力的前提下,兼顾网络的资源共享,节省容灾成本。MSCPOOL技术由于同时具备强大的容灾能力和资源共享节省成本两个特征,而逐步得到业界的广泛认可。在软交换架构下,MSCPOOL技术将多个MSCServer组成一个资源池。

软交换部署之前的网络节点,它们的资源相互独立,不能实现共享,效率提升只能通过提升单节点集成度,降低功耗等实现软交换;部署之后的软交换节点,实现了地理上的集中,同时带来了维护上的集中并实现了本地话务本地交换,节省了OPEX和CAPEX。IP化之后,MSCPool成为可能,通过将若干个MSC聚集成资源池,分担话务,实现了逻辑上的集中和容量的聚合。在Pool内没有HLR位置更新和MSC间切换,节省容量可达10%,再通过容量聚合效应“削峰平谷”,减小单点配置裕量,节省容量约20%,整体上提升网络效能达30%,MSCPool第一次在网络层面实现了效率提升。而MSCPool的整体规划、集中维护方式,避免了过去逐点规划逐点配置的复杂耗时,为运营商节省大量OPEX。它具备以下优势:

完备的容灾能力:当其中一个或者多个MSCServer因为各种原因退出服务后,池区中其余的MSCServer能实时接管其业务,为池区内的所有用户继续提供业务。考虑到容灾效果,池区内的MSCServer可以异地部署。

负荷均衡能力:实现MSC池区覆盖的不同区域的负荷分担,平均分配到不同的MSCServer上去,避免规律性的人员流动带来的负荷不均衡;在部分MSCServer退出服务后,剩余的MSC也能平均分担其话务,避免浪涌效应造成网络整体瘫痪。

简化移动性管理:对于接入网来说,整个池区相当于一个MSC,因此,可以大大减少用户在池区移动带来的局间位置更新和切换,从而减少信令负荷,提升服务质量。

绿色环保:节能减排与绿色核心网

保护环境,减少能源消耗,共建人类美好家园成为全球共识,是和谐社会的必然要求。中国政府是节能减排战略的积极推动者,国内各电信运营商和设备供应商也积极配合和响应。核心网也不例外,其节能减排工作,可以从以下几个维度来开展:

提升设备集成度,减少设备占地面积和机房投资。

从机柜、机框、单板各个层面减轻设备重量,降低机房对于承重的要求。

采用自动变频技术,在话务高峰时段,处理器运行在最高频率下,确保设备处理能力;在话务非高峰时段,处理器自动降频运行,降低能耗。

大量采用低功耗器件。多核CPU具备处理能力成倍提升,但功耗基本不变或略有提升的能力,已经被逐步广泛采用;另外,传统的SAS硬盘被Flash硬盘替代,能将功耗降低90%以上。

未来演进:IMS+SAE+LTE是移动网的演进方向

在核心网络的发展上,WCDMA和CDMA2000的电路域核心网都不约而同地选择了软交换架构,并向未来共同的统一核心控制层IMS逐步演进;在无线接入网络发展上,4G时代WCDMA阵营和CDMA阵营将统一走向LTE。

综上所述,核心网已经进入“全IP”时代,逐步向IP、融合、宽带、智能、容灾和绿色环保方向发展。全IP软交换、新的HLR、面向4G的分组核心网逐步成为主流运营商建设高品质核心网的首选。移动网络在未来发展和演进上殊途同归,4G时代WCDMA和CDMA2000两大阵营将走向共同的IMS+SAE+LTE架构。

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