VoLTE核心网集中化建设方案探讨

方晓农

（江苏省邮电规划设计院有限责任公司，南京 210019）

VoLTE核心网集中化建设方案探讨

方晓农

（江苏省邮电规划设计院有限责任公司，南京 210019）

目前VoLTE技术已进入实质性部署阶段，运营商应结合自身情况来选择VoLTE核心网建设策略。本文结合当前通信运营商网络建设及运营集约化的趋势，对VoLTE核心网集中化建设方案展开了探讨，分析了影响VoLTE核心网建设的因素，研究了大区制集中化组网方案，同时对网络容灾及网管建设也进行了讨论。

VoLTE；IMS；集中化； 容灾备份

1 引言

VoLTE（Voice over Long Term Evolution， 基于LTE的语音）技术是指以LTE网络进行语音业务接入、通过IMS网络实现业务控制的语音解决方案。目前VoLTE技术已进入实质性部署阶段，全球VoLTE业务网络已超过了100个，用户已超过1亿。与此同时，通信运营商的网络建设和运营正朝着集约化方向演进。因此，对于通信运营商来说，其VoLTE核心网采取集中化方式建设也是一种趋势。

2 VoLTE业务网络架构

VoLTE业务网络涵盖LTE网络及IMS网络，其端到端的网络逻辑架构如图1所示。

2.1 IMS核心网

IMS网络由P-CSCF/SBC（AF）、S-CSCF、I-CSCF、E-CSCF、IMS-HSS、MMTEL AS、MGCF/IM-MGW、BGCF等逻辑功能单元组成，负责VoLTE业务的呼叫控制及业务触发。VoLTE业务平台包括短信、彩铃、智能网平台等。

图1 VoLTE网络逻辑架构示意图

2.2 LTE网络

LTE网络包括无线网与EPC核心网。无线网由eNode B组成，信令面通过S1-MME接口接入到MME，用户面通过S1-U接口接入到SGW。EPC核心网 由 MME、PGW（PCEF）、SGW、PCRF及 EPCHSS等逻辑功能单元组成，为VoLTE用户提供网络接入的数据通道， PCRF、PCEF(PGW)及AF（P-CSCF/SBC）设备为VoLTE业务提供QoS保障。

目前国内通信运营商已按分省建设模式部署了EPC核心网，因此下面讨论的VoLTE核心网建设方案主要聚焦于IMS网络。

3 建设方案

3.1 影响因素分析

在讨论VoLTE IMS网络建设方案之前，有必要分析影响VoLTE IMS网络建设的几个因素。

3.1.1 与现有 IMS网络的关系

由于国内运营商已在各省部署了承载固定电话业务的IMS网络，因此对于VoLTE业务IMS网络建设有两种方案：基于现有固网IMS网络升级改造或新建独立的IMS网络来承接VoLTE业务。

方案1：基于现有固网IMS网络升级改造。

对运营商现有各省固网IMS网络及业务平台进行升级改造，同时支持固网语音业务及VoLTE业务。该方案维持现有分省运营模式，有利于打造固移融合的IMS网络。

方案2：新建独立的IMS网络。

新建IMS核心网络和业务平台，包括IMS核心网络、业务平台、业务开通/计费/网管等相关网元，VoLTE SBC网元分省建设。该方案可以实现VoLTE的业务快速部署、减少对现网业务的影响，实现移动业务集约化。

由于运营商现有IMS网络承载的固网业务量较大，从安全角度考虑，为减少对现网业务的影响，建议新建独立的IMS网络来承载VoLTE业务。同时，从集约运营角度出发，新建的IMS网络可采取集中化建设方式。

但对于MGCF与IM-MGW网元的部署，运营商还是需要结合自身情况选择现网升级或新建方案。两种方案对比分析如表1所示。

综合以上分析，从网络互通的角度考虑，建议采用现网设备升级方案。

3.1.2 与现有 EPC网络的关系

IMS网络是VoLTE业务的控制层，而EPC网络是VoLTE业务的承载层。

目前运营商已在各省部署了EPC网络，若IMS网络采取集中建设方式，会面临IMS-HSS与EPC-HSS如何设置的问题。参考国际标准以及主流运营商和设备制造商的解决方案，IMS-HSS与EPC-HSS采用的是物理实体合设的方式，因此对于IMS-HSS建设，存在IMS-HSS与EPC-HSS合设或分设两种选择，具体对比分析如表2所示。

综合以上分析，建议采用融合IMS/EPC-HSS方案。

表1 MGCF+IM-MGW建设方式对比分析

表2 IMS-HSS建设方式对比分析

3.1.3 IMS设备的选择

基于核心网技术现状及未来发展趋势，IMS网络建设可采用基于ATCA的传统IMS设备或基于NFV技术的vIMS设备。就当前情况来看，同传统IMS设备相比，vIMS设备并没有完全成熟，比如NFV接口标准不完善、异厂家设备兼容性不高、尚未大规模商用案例等。因此，运营商可适时采用传统IMS或vIMS设备进行建网，在vIMS尚未成熟商用前，选择传统IMS设备满足VoLTE业务需求，待vIMS设备测试验证成熟后，可在后续网络扩容过程中引入vIMS，并最终过渡到纯vIMS网络。

3.2 组网方案

VoLTE IMS网络采取集中建设方式，即采用大区制方式来部署IMS核心网元。从网络安全角度考虑，大区采取双节点部署，实现异地容灾备份。同时，网络架构的设置应兼顾向NFV演进的需求，大区数量不宜过多，VoLTE大区数量应在3～6个左右。

每个大区设置两个核心节点，每个节点覆盖相应的省份。每个节点部署1套IMS核心网设备，接入所覆盖省份的SBC设备。节点内的网元级故障、大区内不同节点间的网络级故障应能实现容灾倒换。

采取大区制建设的VoLTE IMS网络架构分为全国级、大区级及省级3个层面，如图2所示。

全国级层面主要包括一级ENUM/DNS、全国VoLTE业务平台（如彩铃、4008、800等）、业务配置代理网关等网元。

大区级层面主要包括IMS核心网以及骨干HDRA设备。IMS核心网包括I-CSCF、S-CSCF、E-CSCF、BGCF、MMTEL/CG、 二 级 ENUM/DNS、MRFC、MRFP等网元。

省级层面主要包括IMS/EPC-HSS、P-CSCF/SBC、MGCF、IM-MGW等网元以及省内L-DRA及省内VoLTE业务平台（如短信、智能网平台等）。

各网元可参考如下原则进行设置：

（1）现网设备升级兼做VoLTE网络的一级ENUM/DNS，二级ENUM/DNS按大区节点新建，采用1+N主备（节点内、节点间）方式容灾。

（2）S-CSCF/E-CSCF/BGCF、I-CSCF、MMTEL/CG等网元按大区节点新建，节点内采用Pool方式容灾。

（3）MRFC和MRFP按大区节点新建，节点采取1+1负荷分担方式容灾。

（4）IMS-HSS、MGCF、IM-MGW由现网各省相应设备升级改造，容灾方式维持现状。

（5）P-CSCF/SBC合设，分省新建，采用Pool方式容灾。

（6）业务配置代理网关可全国集中建设1对，采用1+1负荷分担容灾。

3.3 容灾方案

IMS设备在整个VoLTE网络中处于核心层面，由于采取集中建设方式，其处理的用户规模大，涉及的用户范围广，为此其安全性至关重要，容灾备份建设是必不可少的一环。VoLTE IMS网络的容灾可以从两方面进行考虑。

3.3.1 网元容灾方案

图2 VoLTE IMS网络架构示意图

IMS网元本身就具备容灾机制(N+1备份或Pool)，为实现地理容灾，大区节点内同一类IMS网元应分散设置在至少2个核心枢纽楼机房。

如图3所示，每个核心节点的IMS设备部署在2个异局址核心枢纽楼机房，采用N+1或Pool备份方式，当节点内单套网元发生故障时，业务自动切换到同节点的其他网元，这一过程不会影响到业务的正常使用。

图3 节点间的容灾示意图

3.3.2 节点容灾方案

为进一步提升网络安全性，同一大区的两个核心节点城市之间应相互容灾，即当某个节点出现重大故障时，该节点的整体业务能切换到同一个大区的另外一个核心节点。核心节点间业务的切换可通过自动和人工干预的方式来实现。

如图3所示，同一大区的核心节点A、B之间进行静态数据的同步，当某个节点的多套网元或节点设备整体出现故障时，启动节点之间的切换，通过自动和手工干预结合的方式将故障节点下的全部用户向另一个核心节点进行重注册，实现正常通信。节点之间的容灾切换会影响到业务的正常使用，即在用户重注册周期内被叫业务将无法正常使用。

由于核心节点内的设备部署策略已考虑了地理容灾，为了降低容灾的复杂度以及投资，可不必考虑大区间的容灾。

3.4 网管方案

网络部署的集中化必然会导致运维的集中化。VoLTE IMS网络采取分大区集中部署策略后，可能会引入多个厂家的IMS设备，为实现对各厂家设备的集约化运维，有必要在全国层面部署VoLTE IMS综合网管系统，通过与厂家OMC网管的交互，实现对全国范围内VoLTE IMS网络设备的集中操作和维护管理。

VoLTE IMS综合网络系统应包括网元层、网络层管理功能。网元层管理功能包括对所管设备的配置管理、告警管理、软硬件维护管理、状态检测、安全管理等。网络层管理功能应包括网络的拓扑视图、网络性能及流量检测、网络拥塞控制、统计和分析等。

4 结束语

运营商需结合自身实际情况选择VoLTE核心网建设方式，现有网络（包括EPC网络、固网IMS）的现状都会影响到VoLTE核心网的部署策略，同时来自互联网的新兴技术如SDN/NFV等也不可避免地影响着运营商网络建设和运营的思路。运营商在集中建设VoLTE核心网时需统筹考虑上述因素，并与核心网技术的发展与演进结合起来。

[1] 付仕明， 刘芬. 基于IMS的VoLTE方案关键技术[J]. 信息通信，2014(8)：172-173.

[2] 王辰， 李志锋， 刘钧. 基于IMS的VoLTE语音业务实现方案的研究及优化[J]. 电信技术， 2015(1)：86-89.

[3] 叶心诗. VoLTE核心网建设方案[J]. 电信工程技术与标准化，2015(10)：16-20.

Discussion on centralized construction scheme for VoLTE core network

FANG Xiao-nong
(Jiangsu Posts & Telecommunications Planning and Designing Institute Co., Ltd., Nanjing 210019, China)

VoLTE technology has entered a substantive stage of deployment, operators should be combined with their own situation to choose the construction strategy of VoLTE core network.With the trend of the centralizationon communication network construction and operation, this paper discusses the construction strategy of VoLTE core network, analyses the factors that influence network construction, studies centralized network scheme,and network disaster recovery and network management are also discussed.

VoLTE; IMS; centralization; disaster; recovery and backup

TN929.5

A

1008-5599（2017）09-0051-05

2016-08-30