通信核心网技术的应用与发展

党淼鑫

【摘要】文章阐述了移动通信核心网各个发展阶段组网的特点和使用的技术，分析了移动核心网向下一代网络发展的趋势和演进方案，最后指出融合将是下一代网络和业务发展的主旋律。

【关键词】核心网；技术应用；融合

The Application and Development of Communication Core Network Technology

Dang Miao-xin

（Tianyuan Ruixin Communication Technology Co.， LtdXi'anShaanxi710075）

【Abstract】This paper analyzes the characteristics and technology of the development of the mobile communication core network， analyzes the trend and evolution of the mobile core network to the next generation network， and points out that the integration will be the main theme of the next generation network and business development.

【Key words】Core network；Technology application；Integration

1. 前言

（1）自上个世纪，电信行业处于长期垄断环境。进入上世纪90年代后期以来，电信业经历了并将继续经历着巨大的动荡，技术更新加快，建网成本大幅下降；行业技术差别趋向消失，行业结构越来越不稳定；业务主体发生了历史性变动；移动通信和IP化逐渐表现出优势；IP对传统电信模式形成了巨大的冲击。

（2）上述这些未遇的深刻变化正在极大地动摇长期以来传统电信网赖以生存的基础，包括发展模式、运营模式和运维模式乃至体制、机制和文化等各个层面。研究移动通信核心网技术的应用与发展显得尤为重要。移动通信行业不断利用新技术武装自己，使得新成果能满足用户需求，适应发展和竞争的需求。

2. 电路交换技术

（1）电路交换（CS），从通信线路资源占用的划分上，“交换”是按照空分和时分模式动态地分配传输资源，在通话过程中保持资源的独占，在通话完成释放相关資源。

（2）以电路时序进行接续的交换方式是电路交换模式，从通信运营商发展开始，语音电话的实现就是从空时分电路交换方式开始的，使用固定电话呼叫对方，取下电话话机进行号码盘拨号，拨号后，电话机获取全部电话号码发送给交换机侧，而交换侧从获得的号码在本身数据库中进行查找，得到通话的方向，并为双方建立一条预独占的时序作为电路连接，等整段话路都建立起来后，双方正式占用，并开始通话，通话完成，其中一方挂机，交换机则立刻把双方的占线路断开，为新的通话释放资源。因此，我们可以良好体验电路交换所带来的良好语音。

（3）CS电路交换方式的主要特点：电路交换所占用的最小单位是时隙，每个用户所使用的均为64K时隙电路；面向有连接的物理电路，体现了实时的电路独占性；同步时分复用：以TDM时分复用为机制，通过空分与时分的交换方式进行连接。

3. 分组交换与融合通信技术

（1）由于电路交换技术的核心网技术设备容量受到硬件限制，扩容的空间非常有限造成节点数量较多、设备越来越老化、网络维护成本高，有些设备厂家因其技术落后不再提供设备维保等，在IP技术普及的今天，全球运营商逐渐启动和普及了核心网的IP化战略。

（2）IP化与融合技术使移动通信网演进成了EPS，核心网侧的则为EPC，EPS系统包括无线接入网E-UTRAN和核心网EPC，而核心网的演进为SAE。

（3）长期演进系统网络中的EPS系统是目前4G移动通信网络演进的重要方向和普及方向。EPC核心网网络的主要特征有：核心网全网络IP分组化，到最后电路域只是作为话音网络的备份存在；网络层次扁平化，减少了用户面的节点数量，演进后取消了3G网络中的RNC网元，核心网节点在本局模式下最少可减少到只有一个；服务质量机制QOS进一步得到了完善，能够支持端到端的QOS质量保证，在PCC结构中加强了计费系统管理和QOS质量控制管理；支持各类接入技术，如与3GPP系统的互通，同时也能支持非3GPP网络的接入，支持用户在各种3GPP网络和非3GPP网络之间的自由漫游和切换；IP分组可以实现各类实时的业务，如话音等，通过对实时业务的更好支持，极大的降低业务连接的时延，在IP网络中实现最大速率的分组交换，实现实时业务。

（4）为了实现全网IP化网络改造，对现有运营商的移动网络核心网部分需要进行改造，从2G/3G/4G的核心融入，逐步过渡到全IP化，EPC的最终架构是取消了电路域，所有业务将在网络中通过无连接的方式无损的实现，最终支持E-UTRAN无线网的全IP的一个核心网。

4. IP分组化及核心网融合下的网络结构

（1）当移动通信网络全部演进到IP化并实现融合通信的EPS架构之后，传统网络结构将受到颠覆性的演变，核心网将完成2G/3G/4G的融合通信，用一张核心网即可完成三代移动通信无线接入，实现最大的兼容网络，在提供多样服务的同时，建网的成本将更加低廉，网络更加简单，更加容易维护。EPC核心网网络演变后主要网元包括MME、SGW、PGW、HSS、PCRF、AF等，而无线则简化为只有eNodeB单一结构。

（2）MME：LTE接入下的控制层面网元，负责移动台移动性管理功能；SGSN：GPRS网络的控制面网元，对PS域进行用户移动性管理及会话管理；S-GW：EPC网络媒体层接入接入服务网关，实现类似SGSN的功能；P-GW：EPC网络边界网关，提供承载控制、计费、地址分配及其他非3GPP接入等功能；HSS：EPC网络数据用户库管理网元，提供鉴权和签约等功能，实现HLR类似功能；PCRF：策略控制服务器；AF：业务策略的提供点服务器；eNodeB：增强型无线基站，负责无线侧接入和无线资源的管理，集成了原2G/3G基站和部分基站控制器的功能。

5. 移动核心网的发展方向

如何对高达数千亿投资的现有网络进行改造、提升技术水平、开发新业务、确保向下一代网络的平滑演进，是一个重大而现实的问题。

5.1基于软交换架构的移动核心网组网方式。

采用移动软交换设备组网，核心网拓扑分为大本地网和小本地网两种方案。

（1） 小本地网组网。

小本地网网络组织方式是软交换负责一个本地网的移动业务，MSC Server和MGW可以合设，也可以分布设置在不同机房，但MSC Server 只管理一个本地网内的MGW。小本地网适用场合在用户密集地区，网络建设中需要解决的问题主要是容量问题。传统2G交换机容量小、局点多、网络结构复杂；小本地网充分利用软交换设备的大容量、高集成度的优势，实现大容量、少局所得目标，尽可能的简化网络拓扑，从而提高网络质量。

（2） 大本地网组网。

大本地网组网方式是软交换负责多个本地网的移动业务，MSC Server和MGW分布式设置。通常MSC Server设置在省会或中心城市，管理多个本地网的MGW。大本地网适用场合是在非用户密集、地广人稀的地区，传统的网络建设在这些地区不能经济性的解决广覆盖的问题，利用软交换分布式架构，Server集中设置，MGW就近接入，实现本地话务就近吸收，从而可以经济地解决非用户密集区的广覆盖问题。

5.2基于IMS的核心网向NGN架构演进。

软交换采用分组承载网络，信令和数据以IP包或ATM信元的方式在网络中传输，IP协议的简单和通用性就给黑客可乘之机。软交换在业务和应用上还很薄弱，特别是多媒体业务支持方面较弱，尚不能完全承担作为下一代网的核心控制层技术的重任，需要更加科学合理的网络技术结构，即IP多媒体子系统（IMS）。IMS不但继承了软交换承载与控制分离的思路，还对控制功能作了进一步的分離并采用SIP为呼叫控制信令，业务控制能力很强，业务层和控制层分离，便于生成移动和固网统一的业务逻辑，实现两者在核心层的融合，很适用于以IP为基础的核心网应用，且核心网与接入方式和接入技术无关，保证了控制结构与接入的独立性。在应用层、网络层和后台系统之间均采用标准化的接口是一种体系架

构更完善、开放性更好、标准化程度更高，适用于所有接入和业务的统一控制层架构。

6. 结束语

软件换和IMS是PSTN向NGN发展的两个不同阶段，软交换侧重PSTN相关业务，而IMS目前尚不能完全支持PSTN业务，短期内难以取代软交换，主要提供基于SIP的宽带多媒体业务。从长远看，则IMS将可能最终融合软交换，成为统一的融合平台。然而，源于移动领域的IMS在处理固网和移动网融合方面还有很多工作要做，能够满足移动和固网融合要求的IMS的大规模商用部署还需要一定的时间。

综上所述，融合将是未来十到二十年电信业和电信技术业务发展的一个主旋律。

参考文献

[1]王文博，常永宇，等.移动通信原理与技术[M]. 第一版.北京：北京邮电大学出版社，2005：227.

[2]庞韶，施清.3G核心网演进和IMS[J].移动通信，2006，3：28.

[3]赵慧玲，吴广颖，梅承力.移动核心网络技术发展探讨[J].移动通信，2010，7.