无线通信技术下基于IP的移动核心网组网探析

赵泉

中国电信股份有限公司武威分公司，甘肃武威，733000

0 引言

基于IP的网络转型与升级已成为全国运营商的首选，电信运营商更是把全网IP当作今后发展的主流阵地。全网的IP结构主要由接入网、传输网、核心网、数据网构成，想要实现网络IP化管理与运营目标，最先需要做的便是深入核心网，通过控制和承载网络上的构造，实现更高效、更顺畅的网络通信。而且基于IP的移动核心网组网，能够在很大程度上提升网络传输承载效率，节约运营成本。

1 无线通信技术

无线通信技术是指通过电磁波信号在自由空间中传播并交换信息的通信方式，如果其在移动中完成通信过程，就叫作移动通信。现阶段，下一代无线通信技术的研究成为国际相关领域关注的热点，其能够随时随地接入高质量无线业务，关键技术的实现囊括了IPv6技术、智能天线、MIMO技术与软件无线电等[1]。随着技术的不断更新，商业领域已经开始应用第三代移动通信技术，由于该技术在规格方面存在一定的缺陷，所以至今未能达到个人通信的高要求。

2 以IP为基础的移动核心网

2.1 系统架构及其功能

IP多媒体子系统简称IMS，其借助SIP协议中的会话功能，构建端到端的会话任务，从而提升通信质量。这里提到的IMS是基于3GPP R5版本得来，相当于以IP网络为基础的多媒体业务网络架构。IMS满足了基本的网络架构要求，具体表现在以下几个方面。首先，它能够统一控制与管理会话，管理用户数据中心，可支持互联网与电信融合，能够组合并调用各个业务，接口具备开放性与标准性。其次，IMS与软交换具有相同的性质，具备控制与承载分离的特点。软交换具备信令、路由与媒体控制等功能，媒体网关只要支持媒体编解码等承载功能，便可实现控制与承载相分离，二者能进行分布式组网[2]。再次，IMS把业务与路由分离开来，用户持续改变或具备更高的业务需求，加之路由的功能趋于稳定，可支持主叫方寻找被叫方，路由与业务的进一步分离能够加快新业务的融入速度，全部业务均能够实现自主路由功能，如打电话、传真、短信等。最后，IMS使用以IP为基础的SIP信令，由于IMS是以IP承载网为基础，即从IP层面解决了移动方面的问题，并融合了核心网[3]。

2.2 组网模式

由于IMS能够与IP网络与数据进行融合，且相关业务网络独立于任何具体类型的接入网络，终端设备能利用无线网的接入方式与IMS网络相连，即接入网模式。对于PBX用户的接入涵盖IP PBX、TDM PBX两部分，IP PBX可利用SBC由P-CSCF连接网络，TDM PBX可利用MGCF连接网络。针对VOBB用户的接入可通过CMTS、xDSL、LAN等连接网络。同时还可采用网间接入模式，指的是IMS网络内的NGN网络、PLMN网络与用户端之间的通信。关于NGN与IP网络间的接入，可借助IBCF实现两者间信令层的通信，利用I-BGF实现两者间媒体层的通信[4]。

2.3 IMS网络体系

IMS网络体系从下到上分别为接入层、会话层、业务层及应用层。其中接入层包括CLF、PCRF等功能实体，可实现视频会话、固话和IMS网络的通信；会话层实现注册、业务触发、资源控制、会话控制、通信、鉴权等功能；业务层主要完成即时沟通、会议与媒体资源等业务功能，便于运营商自主组合业务，并根据各种业务满足用户的要求；应用层用以确保话单、寻址、数据存储、网管等功能，由DNS、EMS、CCF等服务器构成。IMS核心设备依靠OSTA平台为硬件系统，该平台为下一代电信设备的单板与软件规范，以ATCA为基础标准框架，满足相关要求，支持多种网络通信。IMS可以通过IPv6的用户端连接网络，通过IPv4与IPv6地址的终端同步接入混合组网，实现两者网络间的互相通信。

2.4 IMS网络的注册

IMS网络注册必须凭借两个标识，一个为公有标识（IMPU），一个为私有标识（IMPI），公有标识对应具体号码，供用户被IP网络寻址，而私有标识对应的是物理用户端，供用户与IMS网络双向验证，它们均以SIP终端标识的形式存在。

用户签约数据所在的运营商叫作归属域。用户从其他运营商的归属域接入网络叫作漫游域。在IMS网络注册过程中，主要完成用户端对IMS网络身份认证，同时实现IMS网络对用户的识别。首先，用户端需明确上层网元的IP地址，这方便IMS网络接入，实现网络通信。P-CSCF按照请求消息中的域名寻找服务器，得到归属域网络入口I-CSCF网元地址，并将注册消息转发至I-CSCF。然后由VIA头域中得到P-CSCF的主机名，人员需要检查此主机名有无在信任域内，若有记录代表用户访问的网络信任度较高，用户可以注册，若没有记录代表用户访问的网络信任度较低，网元地址会反馈403，对用户的注册请求表示拒绝，如“Request From Untrusted Domain”。接着HSS获得一个来自UAR路径的消息，结合本地的用户开户信息，判断用户是否处在开户状态，如果用户已开户，就将UAA消息发送至网元地址，反馈得出S-CSCF的地址。网元地址则按照反馈结果挑选适当的能力集，并向其转发注册信息。S-CSCF将MAR消息发送给HSS，请求获得AV这一验证向量，同时向HSS发送通知，实现S-CSCF的服务功能。最后，当鉴权信息传输至S-CSCF时，把理想的响应XRES与具体接收的响应RES进行比较，倘若二者可适配，鉴权成功，此后S-CSCF向HSS传达SAR信息，让用户签署相关数据传输响应协议，在用户端反馈“OK”或“200”后，便可注册成功。

3 无线通信技术下基于IP的移动核心网组网应用

3.1 项目概况

以LTE项目为例。LTE是一种长期演进技术，通过这种网络制式，如GPRS与GSM等，在20MHz的频谱带宽下可提供下行326Mbit/s及上行86Mbit/s的峰值速率，极大地优化了社区或企业边缘用户的性能，增加了社区或企业网络容量，使系统延迟更低。事实上，LTE原本仅定位在3G的加强版上，由于技术的迅速发展，设计者在不断改善中，将版本升级至4G，并且包含LTE FDD、TD-LTE两种制式，具有广阔的发展前景。基于此，对移动IMS LTE项目组网的应用策略展开探析。

3.2 方案设计

根据当地实际情况进行组网，并参考如表1所示的通信标准。LTE网络能和PSTN与IMS网络通信，MGCF作为LTE核心网的边界信令通信控制网元，IM-MGW为LTE核心网的边界媒体资源网元。两者和运营商网络现存的移动关口局对接，要想实现网络通信，只有采用CS网络的移动关口局实现信息的转发。再者，MGCF满足SIP等信令功能，其和网络的通信利用SIP实现信令对接，通过信令转化，实现IM-MGW媒体承载资源的释放。

表1 通信标准

在兰州一枢纽LTE平面新建IMS core，按照POOL资源池布置可支持兰州一枢纽平面的网络，在兰州二枢纽也要建立一个IMS core和资源池。同时两处分别建立两个业务层LTE AS，将IMMGW和MGCF进行扩容，建立ENS，代替旧的网络系统平台。增加U200的网管，开启计费功能，实现业务对接。在正式测试前，需结合设备的配置情况，要求移动提供相应的信令位置与IP地址，最好提前申请，要想便于后期的网络运维，还应做好相关数据规范方面的准备，包括命名规则、号码传递原则等。

3.3 方案实施

首先，按照组网要求，收集新建网络的数据，包含编号、信令与IP等内容，根据号段传递原则，对现网字冠数据进行收集，得到设备之间的号码传递原则及路由规则等信息，完成设备间参数的配置。在调试互通业务时，主要针对IMS网元和现网GMSC网络通信、IMS调整和现网设备路由指向、IMS和现网承载间方面的通信，要求它们互相接入、互相连通，共同配置用户端数据。其次，在AS安装好并完成与内部的调试后，应配置相应的承载数据，而后将AS连接到IMS的核心网元中，待完成数据配置环节后，根据AS的具体要求，开展用户IFC的数据配置，这样便能实现基于AS的开户操作，并对其业务流程进行测试，保证业务正常运行。然后依照移动计费标准，准备开发合适的计费系统、网管系统与业务接入系统等。依照IMS北向接口文档要求，对上层网管进行开发，在网管网络内接入IMS网管系统，测试上层网管和IMS是否有效对接。同时开发M3000的网管，完成话务网管的接入。改造现有的网管服务器，把它连接至数据网管内，增加2套全新网管，而后完成对话务网管、数据网管的接入。再次，结合IMS接口文档要求，开发OSS网络，并将IMS下的OMS系统接入OSS网络内，互相调试OSS和IMS，验证业务发放端口及信息。最后，还需保证网络运行的稳定性与可靠性，运用防火墙技术，将其设置在SBC和CMNET之间，按照通用网络安全对策实施，不仅要安排基于ICMP-flood域的防护方式，还需采用以会话统计为基础的防护手段。依靠SBC信令与媒体全代理功能，可使核心网的拓扑结构得以隐藏，不易于被黑客攻击。

3.4 结果验收

被测系统有信令网、CS设备、终端、IMS核心网设备、无线网络设备等。在调测过程中，已测试核心网166项，具有99.6%的成功率，核心网资源池的测试成功率为100%，智能网测试用例200项，约有100%的成功率。无线网测试用例47项，约有93%的成功率。测试项目成功率如表2所示。

表2 测试项目成功率

3.5 通信功能实现

LTE用户在其归属地网络中相互通信的呼叫路由方案，包含被叫用户寻址方案、用户间呼叫的关键信令指向等。兰州组建ICSCF资源池，注册时由SBC通过DNS服务器进行查询。在LTE用户初次发出呼叫信号后，经过S-SCSCF路由至主叫用户归属的AS业务层，待AS处理好该业务之后，把呼叫信息原路反馈到路由，路由查找ENUM，得到LTE用户归属路由消息，把呼叫路由至被叫用户归属路由位置。归属路由利用DRA查找被叫归属核心网服务器地址信息，同时把呼叫路由至相应的路由位置。待完全处理好用户业务以后，释放HSS被叫域，其对AS反馈当前被叫用户在IMS域中。而后按照域选结果把呼叫路由反馈到原路由。在明确语音编码方式与软交换网络结构以后，对网络带宽进行计算。

4 结论

与传统的软交换技术相比，IMS在CS的操作方面更为复杂，具体表现于多种网络的组网方面。在方案设计方面要按照通用体系标准，整合其逻辑功能，以此减少网元的连接，并充分考虑业务的简化性。通过对LTE项目组网案例的设计，分析了以IP为基础的移动核心网组网技术及对策，表明了IMS组网能够支持多种接入方式、不同网络彼此通信及端到端解决方案，不仅保障了网络的安全性，还提高了网络传输速率。