4G 核心网融合组网的技术分析与研究

2019-01-14刘洋

通信电源技术 2019年12期

刘洋

（中移铁通吉林分公司，吉林长春 130012）

1 4G 核心网含义

4G 核心网即Evolved Packet Core（EPC），可以大幅提高数据网络的传输速度，促进数据之间的快速交换。此外，4G 核心网还能够满足扁平化网络模型的数据传输需求。4G 核心网是当前在移动通信网络中应用最为普遍的网络。4G 网络除了具备传统移动网络的数据交换、用户签约数据储备以及移动性管理等传输能力外，还可以对2G、3G 网络的一些功能进行分离处理，使4G 网络具有与传统移动网络不同的功能。4G 网络可以将媒体的转发与信令控制功能进行分离，充分体现网络传输架构中的分离理念。使用不同的网元可以实现不同的功能。例如在S-GW 中主要功能是转发以及流媒体处理；而MME 可以进行信令处理以及移动性管理功能；使用PCRE 可以完成QoS 以及计费功能。而在4G 网络的这一部分，可以直接从2G 与3G 网络的接口协议进行发展，同时利用IP 协议可以实现对其他实体功能的实现。此外，要根据4G 网络的具体情况采用一些新增协议[1]。

2 EPC 核心网的问题

完成LTE 全网部署后，能够为用户提供更优良的网络体验，能够完成2G、3G 以及4G 网络的重叠覆盖。随着运营商网络服务的不断完善与发展，能够为用户提供的网络服务质量也越来越高。但是相应的EPC 核心网的问题也更加突出。目前，EPC 核心网络的问题主要表现在如下方面。

2.1 无法接入网络

独立设置TD、GSM、HLR、HSS 及EPC，会导致无线网之间的漫游出现不能接入网络的情况。例如，网络鉴权失败的情况下，会导致网络接入失败概率升高的情况。这是核心网建设过程中面对的重要问题之一。

2.2 数据网络突然中断

独立设置TD GGSN 与GSM、EPC SAE-GW 等网络，不能确保物理节点以及锚点的统一性，可能会影响核心网的建设进程。例如，对GSM、TD 以及LTE无线网进行切换时，并不能充分保证前后的物理节点是同一个，同时也不能保证核心网与PDN 锚点的一致性。此外，SGSN 不能完成疏通任务，很可能会导致数据网络出现突然中断的问题。

2.3 信令风暴

信令风暴的压力问题是EPC 核心网络建设过程中必须面对的问题。现阶段，人们使用LTE 的频率越来越高，范围也越来越大，尤其是智能移动终端的普及在一定程度上促进人们对LTE 的使用。在建设LTEEPC 网络时，一定要先解决好信令风暴问题。

2.4 数据切换问题

在建设EPC 网络时，主要使用的是TD 以及2G网络不同的DNS 查询方式，在查询过程中需要确保DNS 数据的同步性，这样就不能有效开展数据网络的维护与管理工作。此外，在建设核心网络时，SGSN 也支持多DNS 的查询功能，这就会在一定程度上影响数据切换效果，导致数据切换失败。但是在当前核心网用户使用网络服务时，必须将LTE 与2G、TD 进行有效切换。在切换过程中，为了能够获取SAE-GW 地址，需要在EPCDNS 发起查询功能。

2.5 资源浪费问题

这是EPC 核心网建设过程中的重要问题之一。特别是随着LTE 用户数量在不断增加，传统的TD 用户与2G 网络用户一定会朝着LTE 用户进行转变与过渡。在过渡过程中，很可能会出现一定的资源浪费情况，资源利用率也会降低[2]。

为了防止在EPC 核心网发展过程中出现这个问题，必须对EPC 核心网进行融合，以促进网络结构的优化与升级，从而促进全网统一控制。

3 4G 核心网融合组网的应用优势

在融合组网过程中，MME、HLR、SGSN、GGSN、 SAE-GW 以及HSS 的位置以及功能都是相类似的，各个厂家所生产使用的硬件平台也基本上是一致的，主要包括现有的设备以及新型设备。在当前的融合组网技术发展过程中，有突出的应用优势可以促进融合组网技术的应用以及推广。

融合组网的主要优势表现在如下3 个方面。第一，管理与维护工作更加方便快捷。融合组网可以有效减少网络运行过程中的节点，对网络结构进行精简，方便后期对网络进行维护，同时能够降低网络维护的成本。第二，能够促进资源的共享。在融合组网发展过程中，可以保证资源共享的有效性，充分利用资源，能够提高实际投资的经济效益。因为融合组网是集内存、信令面以及数据面等资源为一体的资源共享平台，并且可以延长加长板卡的使用周期，所以能防止在2G、3G 网络用户向LTE 转化过程中出现资源浪费的情况。第三，能够提高数据业务的质量。促进MME以及SGSN 网络融合后，网络之间的切换操作，可以使信令从网元变成设备内部处理过程，可以减少信令负荷，防止出现信令风暴问题，同时能够降低LTE 操作时延。促进SAE-GW 以及GGSM 网络的融合，可以保证在实际操作中LTE 用户的业务连续性[3]。

4 融合组网的技术研究

4.1 SGSN pool 关键技术

在3GPP TS23.236 技术规范中对池化概念有明确的规定，池化指的是一个池区主要是由多个核心网络节点组成。而在SGSN pool 中的每个BSC 以及RNC 与池组内的所有SGSN 节点都有逻辑连接或者物理连接关系，并且每个SGSN 设备都可以对池组内的所有BSC 以及KNC 提供有效服务。在实现SGSN pool 技术的过程中，存在重要参数，即网络资源标识（Network Resource Identifier，NRI），并存在关键功能，即非接入层网络节点的选择功能（NAS Node Selection Function，NNSF）。

将NSF 算法在无线侧控制网元BSC 以及RNS 上进行部署，以保证BSC 以及RNC 设备可以借助预设的负荷容量因子，对池组内的每个SGSN 设备的负载进行均衡化处理。

4.2 MME pool 关键技术

MME 池组指的是每个eNodeB 和池组内的MME节点都有物理连接或者逻辑连接关系，并且每个MME设备都能够对池组内的eNodeB 提供服务。在对EPC核心网进行控制与承载分离的过程中，为了确保用户接入网络的安全性及私密性，需要使用多套MME 网元组成池组，借助与SGSN pool 相类似的工作流程，对用户控制面的负荷进行分担以及容灾。这样能够利用预设在池内的每个MME 网元中的S、P-GW 网元列表进行优先级处理，从而对全网业务进行有效的疏导以及负荷均衡处理。MME pool 池组中存在的重要参数，即全球唯一移动性管理实体身份（Globally Unique Mobility Managemententity，GUMMEI），也存在关键功能，即非接入层网络节点选择功能（NAS Node Selection Function，NNSF）。在对MME Pool 技术进行部署时，GUMMEI 的参数一般被设置在MME 设备中，可以分配给UE 全球唯一临时身份（Globally Unique Temporary Identity，GUTI）。GUTI 主要特点是全球唯一性。在无线侧网络的唯一网元eNodeB 上部署NNSF 算法，可以使eNodeB 充分利用动态负荷容量因子，借此对池组内的MME 设备进行均衡负载处理[4]。

4.3 GSN 以及MME pool 关键技术

对GUTI 以及P-TMSI 参数结构进行对比分析发现，EPC 融合网络在制定规范的过程中，就已经对MME 网元进行池化组网的必须性进行了明确与标准的规定，并在一定程度上优化了SGSN 组pool 中存在的NRI 复用问题，有效减少了池组规划过程中的难度，取消了用户容量以及网元标识长度之间的制约关系。此外，在对NNSF 算法进行功能部署的过程中，部署实体会受到网络结构变化的影响，也出现一定程度的变化，并且负荷均衡算法也从预设静态方式变成了动态的负荷容量因子分发方式。这能够大大提高池化组网的优势以及组网的安全性，保证组网过程中的资源利用情况，防止出现资源浪费以及组网不稳定的问题[5]。