LTE时代下IMS HSS与EPC HSS的融合方案研究

赵远，李赟，郭红峰( 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 00080； 中国移动通信集团广东有限公司，广州 5063)



LTE时代下IMS HSS与EPC HSS的融合方案研究

赵远1，李赟1，郭红峰2
(1 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080；2 中国移动通信集团广东有限公司，广州 510623)

摘 要随着4G技术及终端不断成熟丰富，全球运营商都在加快4G商用进程。目前，针对TDD/FDD-LTE语音解决方案，3GPP等标准化组织提供的语音技术解决方案中运营商都倾向于通过提供VoIMS+eSRVCC语音解决方案作为4G时代的目标语音方案，考虑到IMS网络作为未来核心网络全融合统一控制中心，结合运营商现网EPC HSS和IMS HSS部署情况，分析LTE时代IMS HSS与EPC HSS的融合需求，研究如何实现IMS HSS 与EPC HSS的用户数据融合管理及业务运营。

关键词VoLTE/VoIMS; EPC HSS; IMS HSS; 用户数据融合

1　引言

近期，随着国内4G通信网络运营牌照发放在即，运营商不断加快4G商用进程，因LTE是一个分组域演进技术导致天生不具备语音业务能力，3GPP等国际化标准组织提出针对LTE技术的两个语音解决方案，一个是基于现网电路域的语音回落技术—CSFB，另一个是VoLTE+eSRVCC，VoLTE由IMS网络实现呼叫控制，因此也称为VoIMS，通过PCC架构提供端到端的QoS保障；在4G终端移动到没有TD-LTE覆盖时，采用切换至GSM/WCDMA的方案实现语音业务连续性，切换方案主要采用3GPP R10的eSRVCC功能。目前，运营商TDD/FDD-LTE端到端设备已要求遵循3GPP R9版本。2014年，TDD/FDD-LTE端到端设备、IMS网络设备主要遵循3GPP R10版本。但运营商的IMS网络和EPC 核心网发展是一种隐形的隔离状态，其IMS网络主要承载固话业务并已进行多期网络建设，EPC核心网作为2G/3G核心网的演进发展，2013年建设刚刚起步一期建设，其用户数据中心从一开始就是一个融合HLR/HSS的分布式架构，虽然IMS被认为是未来核心网统一控制中心，但当前并没有很好的考虑如何原本封闭的两个网络用户数据中心的数据交互和业务开展。

2　IMS HSS 及EPC HSS数据融合需求

2.1IMS HSS现状及EPC HSS现状

中国运营商IMS网络一般采用分省的方式组网，省内部署HSS 若干套，SLF 若干套，采用1+1静态数据备份机制。但是目前的IMS HSS/SLF还不是一个分层的分布式架构，在面向未来的多数据融合时代中已经不再适应。IMS HSS功能类似于传统HLR，记录每个IMS用户的用户信息和业务数据的透明数据。SLF功能，在IMS域内存在多个HSS时，用于选择用户数据存储的HSS。

3GPP提出的UDC（User Data Convergence，用户数据融合方案）代表了用户数据管理的发展方向。目前，基于国际标准UDC架构，全球各大设备商（如华为，爱立信等）已经能够提供成熟的用户数据中心产品，运营商基于现网设备情况，在4G EPC核心网建设初即提出采取融合HLR/HSS的分层分布式架构作为下一代用户数据中心。

2.2LTE时代的用户数据中心融合需求

2.2.1业务一致性对数据库融合需求

（1） 业务集中到IMS域：业务集中、上升到IMS处理，采用ICS或者CAMEL锚定。

需要HLR/EPC-HSS/IMS-HSS融合，SCC AS通过单Sh接口查询用户数据中心共享补充业务设定，保证国际漫游、补充业务设定业务一致性。

（2）业务双域处理：CS、IMS并行处理，业务不集中到IMS。

需要HLR/EPC-HSS与IMS-HSS融合，根据用户注册状态决定路由到CS或者IMS，实现被叫选择性锚定，确保数据一致性同步和域选择功能。

2.2.2VoLTE网络发展中对数据库融合需求

（1）用户鉴权数据一致对数据库融合需求。

HLR/EPC-HSS/IMS-HSS融合方案可以避免HLR/EPC-HSS与IMS-HSS之间接口，确保用户统一鉴权，防止鉴权重同步的问题。

（2）eSRVCC简化网络对数据库融合需求。

UE向IMS注册的时候，ATCF分配AVP，这个AVP指向ATCF自己，并最终传递到SCC AS。最终注册完成后，HSS保存这个AVP并知会到MME。MSC Server收到MME的切换请求以后，在注册过程中HSS已将刷新后的AVP号码(指向ATCF)通知给MME，故MME发送给MSC Server的切换请求消息中包含的也是指向ATCF的AVP号码，于是MSC Server在发起会话转移时，发送消息给ATCF。

HLR/EPC-HSS/IMS-HSS融合解决方案可以避免HLR/EPC-HSS与IMS-HSS之间接口传递指向ATCF自己的参数信息AVP。

（3）统一业务发放对数据库融合需求。

非融合的架构，多点开通影响效率，同时多点开通使开通流程更复杂；另外，异常情况下BOSS写数据失败需进行回退，多个设备间的回退操作可能造成数据不一致。

3　IMS HSS与EPC HSS融合演进的研究

目前，业界和厂商都在积极研究4G时代用户数据中心的融合问题，特别是随着VoLTE语音解决方案的需求日益迫切，未来IMS 核心网用户数据库HSS/SLF 与EPC 核心网用户数据库HSS的融合问题显得尤为重要，根据中国运营商实际情况，这里进行适合现网部署的EPC HSS 与IMS HSS方案研究。

3.1EPC HSS与IMS HSS融合的用户数据结构分析

根据国际标准化组织发布的相关技术标准，通过对2G/3G用户数据库HLR，EPC HSS及IMS HSS/ SLF数据库标准字段的对比发现（如表1所示），LTE时代EPC核心网用户数据库HSS与IMS核心网用户数据库HSS/SLF共有字段占比仅为1.72%；同时，两者的架构体系也不相同，其中EPC HSS采用了最新的分层分布式架构，使得用户数据存储与用户数据管理使用相分离，不但增强了数据的安全性还提高了数据管理使用的效率；而传统的IMS HSS仍采用了紧耦合的架构，数据存储和管理仍是集成设置，效率和安全性存在不足。

综上分析，采用分布式分层架构，整合当前通信网络中存在多用户数据中心，实现用户数据融合及网络结构融合，减少网元种类数量，将会减少上述繁杂的鉴权等信令交互过程。用户数据融合标准化的可实现异厂商的FE和BE的兼容，即FE-BE接口开放。兼容性包含两个层面：

表1　用户数据库标准字段对比

（1）FE对BE数据的操作采用标准的访问协议；

（2）BE对FE呈现统一的数据视图（即HLR/HSS融合数据模型）。

图1　2G/TD-SCDMA/EPC/IMS数据融合分布式分层架构

如图1所示，其中，BE逻辑实体数据库中包含了HLR，EPC HSS ，IMS HSS全部的字段，负责存储用户信息；FE逻辑上分为对应到HLR-FE，EPCFE，IMS-FE，负责处理来自不同用户的信令查询修改等任务，物理上可集中设置；开放接口协议选择策略：

（1）对HLR、HSS等实时性要求比较高的应用，应该采用效率比较高的协议，例如LDAP。

（2）对业务网/Internet/BOSS中对接口能力要求比较高的应用，应该采用扩展性比较高的协议，例如SOAP/XML实现订阅/通知能力。

（3）未来将扩展标准接口以支持SOAP协议，实现与现网NGBOSS的对接。

3.2EPC HSS 与IMS HSS网络现网部署方案研究

目前，4G通信网建设刚刚启动，针对不同业务场景的客户，VoLTE业务仍处在试点测试阶段，通过分析运营商EPC HSS与IMS HSS目前可选的两种方案部署，一种是各自域分散建设独立部署，另一种是统一建设融合部署：第一种方式仅适合4G网络建设初期，VoLTE业务量不大的情况，从长远来看第二种目标方式是最优选择；考虑VoLTE在鉴权方面对移动用户数据库的需求可分为两种方案。

3.2.1方案1：分设部署方案

如图2。用户使用不同业务时，需要在HLR，EPC HSS和IMS HSS三个网元上分别进行鉴权，如IMS HSS分设，EPC HSS和IMS HSS间需传递鉴权数据及用于eSRVCC的数据。

图2　融合HLR/EPC HSS与IMS HSS的分设方案

IMS HSS与EPC HSS之间采用标准Sh接口、扩展S6a接口互通。满足VoLTE功能需求：

(1) 支持eSRVCC，通过Sh接口传递指向ATCF参数信息。

(2) 与IP域短消息（SMS over IMS）互通（Sh接口）。

(3) 鉴权数据同源，防止重同步（S6a接口）。

(4) 补充业务一致性（IMS域和CS域）。

(5) 部署场景。

(6) 该方案适用于利用现有HLR/EPC-HSS与IMS-HSS共存场景。

(7) 该方案可支持现网HLR/EPC-HSS设备无法快速升级到三合一融合，快速提供VoLTE业务。

存在问题：

（1) 异厂家EPC HSS和IMS HSS间不支持数据互访。

（2) 未来用户能力开放数据统一性难处理，进一步融合时数据搬迁合并困难。

3.2.2方案2：融合部署方案

可以看到融合后的用户数据中心，不同种类的用户进行鉴权时，用户数局对他们都是透明的，这样就无需考虑异厂家设备间的EPC HSS和IMS HSS数据同步问题了。

图3　融合的HLR/EPC HSS/IMS HSS方案

如图3所示。该场景中，IMS HSS(负责移动用户) 与EPC HSS/HLR综合设置；IMS HSS与语音业务AS开启Sh接口，HLR查询IMS HSS中的“透明数据”，然后进行路由。HLR/EPC HSS与IMS HSS融合后，可由厂家开发内部接口实现透明数据的互查。

融合组网：

（1) 分布式HLR/EPC-HSS/IMS-HSS采用区域集中的方式进行部署。

（2) FE和BE均采用集中设置方式，配对的FE和BE放置同一机房。

（3) BE和FE均成对配置，采用1+1互备方式进行动态容灾。

（4) 分布式HLR/EPC-HSS/IMS-HSS利用现网CS域CE接入IP承载网。

（5) 七号信令网通过本地LSTP进行信令路由转发

方案优点：

（1) 符合运营商集中融合建设思路，也适合现网老旧HLR改造集中建设融合演进的思路。

（2) 统一容灾、统一业务发放、统一平台，降低OPEX。

（3) 平滑演进，快速支持VoLTE建设，奠定长远发展基础。

目前运营商网络中建设的IMS HSS 仅存储了固网用户数据，本文针对IMS HSS与EPC HSS融合研究主要解决移动用户的VoLTE业务需求。考虑固网业务发展特性与VoLTE业务发展特性差异，初期暂不建议进行固网IMS HSS与移动IMS HSS融合，但随着用户数据中心的大融合演进，未来IMS HSS不再区分固定用户与移动用户与EPC HSS、HLR的分布式融合设置，才既不会投资浪费，且有利于运营商全业务的统一管理及体验一致性。

4　结束语

本文介绍的基于LTE网络的融合HLR/EPC HSS 与IMS HSS需求研究方案，通过LTE技术演进发展趋势及业务发展对用户数据中心发展的需要入手，分析LTE数据业务及VoLTE语音业务对融合EPC及IMS数据库的需求，得出融合数据库发展的必然性，然后又从EPC HSS与IMS HSS融合的技术性角度出发，分析了两者融合的技术可行性及优缺点，得最终给出了可供现网部署做参考的融合HLR/EPC HSS+IMS HSS数据库方案。可以预见，在LTE时代，不断增多的运营商能力开放平台对用户数据融合也有巨大的需求，用户数据的挖掘与管理对运营商来说将是一笔巨大的财富，用户数据的融合将会在运营商与互联网公司争夺价值链的主导权、生态圈的主导权中起到很大的正能量作用，运用恰当将会为运营商创造更大的价值。

参考文献

[1] 3GPP TS23.555 User Data Convergence；Technical Realization and Information Flows；Stage 2[S]．2009．

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[5] 3GPP TS32.182 User Data Convergence(UDC)；Common Baseline Information Model(CBIM)[S]. 2010

[6] 杨红梅, 胡泊. VoLTE关键技术及相关标准[J]. 电信网技术2013,2(2)：57-60.

Study on fusion demand for EPC HSS and IMS HSS in VoLTE

ZHAO Yuan1, LI Yun1, GUO Hong-feng2
(1 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China; 2 China Mobile Group Guangdong Co., Ltd., Guangzhou 510623, China)

AbstractWith the development of 4G technology and Mobile terminal, the global Mobile operators are accelerating 4G commercial process. Currently, about the TDD / FDD-LTE voice solutions, which the 3GPP standardization organizations provides, Mobile operators tend to choose VoIMS + eSRVCC voice solutions as target voice solutions in 4G era , taking into account the core IMS network as a future full integration of unified network control center , combined with the current network situation of EPC HSS and IMS HSS deployment, analyzing the needs of IMS HSS integration and EPC HSS in LTE era, we will study how to implement IMS HSS and EPC HSS user data fusion management and business operations.

KeywordsVoLTE/VoIMS; EPC HSS; IMS HSS; user data fusion

中国移动设计院河北分院支撑北京——崇礼冬奥会5G应用规划

近日，中国移动设计院河北分院申奥通信规划小组根据张家口移动现网情况及5G发展路标，就2022年冬奥会技术升级方案和5G技术应用进行专题研究，对5G技术进行了阐述，并结合中国移动技术愿景2020+内容，对5G技术在冬奥会上的应用做出了详尽的书面说明，受到张家口信息化局的肯定。河北分院将继续支撑张家口移动服务奥运工程，为冬奥提供全面高质量的信息化服务。

（摘自：中国移动通信集团设计院有限公司网站)

收稿日期：2014-12-11

中图分类号TN929.5

文献标识码A

文章编号1008-5599（2016）01-0075-05