壽航濤+馬磊+封飛

【摘要】作為與LTE同步發(fā)展的技術(shù)，EPC的架構(gòu)更加符合未來移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求，能夠在提升網(wǎng)絡(luò)性能的同時，滿足用戶日益增長的業(yè)務(wù)需求。通過分析EPC核心網(wǎng)基本原理，討論了CDMA核心網(wǎng)向EPC演進(jìn)的建設(shè)方案以及引入EPC后出現(xiàn)的相關(guān)問題。

【關(guān)鍵詞】CDMAEPCLTE演進(jìn)

中圖分類號：TN915文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-1010(2014)-08-0052-05

Research on Strategy and Construction Scheme for the Evolution of CDMA Core Network to EPC

SHOU Hang-tao, MA Lei, FENG Fei

(Hubei Posts and Telecommunications Planning and Design Co., Ltd., Wuhan 430023, China)

[Abstract] The architecture of EPC, as a technology developing synchronously with LTE, meets more development requirements of the future mobile communication networks. EPC can improve the network performance and satisfy the growing service demands simultaneously. By analyzing the fundamental principles of EPC, the construction scheme for the evolution of CDMA core network to EPC and the related problems after introducing EPC are discussed.

[Key words]CDMAEPCLTEevolution

1 概述

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展所產(chǎn)生的大量新業(yè)務(wù)，移動網(wǎng)不斷地向IP化、寬帶化、結(jié)構(gòu)扁平化、能力開放化方向發(fā)展。在這種發(fā)展趨勢下，通信網(wǎng)將面臨多種無線接入技術(shù)并存的局面，在解決2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)的接入及互操作問題的同時，也要考慮異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（例如Wi-Fi/WiMAX）的融合問題。

針對以上需求，3GPP提出了LTE/EPC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，希望實現(xiàn)無線接入網(wǎng)寬帶化和IP化，核心網(wǎng)實現(xiàn)IP化和扁平化以及與接入無關(guān)。

我國CDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋及用戶發(fā)展良好，使得移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)在線時長和數(shù)據(jù)流量增長迅速。但CDMA 2G/3G共用頻段只有20M，為了業(yè)務(wù)發(fā)展及市場競爭的需要，必須開辟新頻段、部署新網(wǎng)絡(luò)，因此CDMA運營商部署LTE/EPC已成為必然趨勢。

2 EPC核心網(wǎng)基本原理

EPC中的核心網(wǎng)設(shè)備包括如下：

（1）MME（Mobility Management Entity，移動性管理實體）

主要功能是：處理NAS信令及接入安全驗證；TA（Tracking Area，跟蹤區(qū)域）列表的管理；移動性管理；會話管理（對EPS承載的激活、修改和釋放，以及接入網(wǎng)側(cè)承載的釋放和建立）；P-GW和S-GW的選擇；跨MME切換時對于MME的選擇；鑒權(quán)；漫游控制及IP地址分配；UE在ECM-IDLE狀態(tài)下可達(dá)性管理（包括尋呼重發(fā)的控制和執(zhí)行）。

（2）S-GW（Serving Gateway，服務(wù)網(wǎng)關(guān)）

是面向eNodeB終結(jié)S1-U接口的網(wǎng)關(guān)。S-GW對基于GTP的S5/S8接口可以提供的主要功能有：當(dāng)eNodeB間切換時作為本地錨定點并協(xié)助完成eNodeB的重排序功能；合法監(jiān)聽以及數(shù)據(jù)包的路由和前轉(zhuǎn)；根據(jù)每個UE、PDN、QCI的上行鏈路和下行鏈路的相關(guān)計費等。

（3）P-GW（PDN Gateway，PDN網(wǎng)關(guān)）

是面向PDN終結(jié)于SGi接口的網(wǎng)關(guān)。如果UE訪問多個PDN，則UE將對應(yīng)一個或多個PDN-GW。PDN-GW對基于GTP的S5/S8提供的主要功能有：基于用戶的包過濾；合法監(jiān)聽；UE的IP地址分配；在上行鏈路中進(jìn)行數(shù)據(jù)包傳送級標(biāo)記；上下行服務(wù)等級計費以及服務(wù)水平門限的控制；基于業(yè)務(wù)的上下行速率的控制。同時，PDN-GW還提供僅基于GTP的S5/S8接口的主要功能有上下行鏈路承載綁定、上行鏈路綁定校驗等。

此外，PGW還需要支持CDMA2000 eHPRD接入方式和基于PMIPv6的會話管理。

（4）HSS（Home Subscriber Server，歸屬簽約用戶服務(wù)器）

是用于存儲用戶EPC簽約信息的數(shù)據(jù)庫，歸屬網(wǎng)絡(luò)中可以包含一個或多個HSS。HSS負(fù)責(zé)保存跟用戶相關(guān)的信息，如：用戶標(biāo)識、編號和路由信息；安全信息；位置信息；輪廓信息等。同時，HSS還負(fù)責(zé)與不同域、子系統(tǒng)中的呼叫控制和會話管理實體進(jìn)行聯(lián)系。

（5）CG（Charging Gateway，計費網(wǎng)關(guān)）

通過Ga接口與核心網(wǎng)絡(luò)中的計費實體如PGW和SGW等通信，用于收集各網(wǎng)元發(fā)送的計費數(shù)據(jù)記錄。

（6）PCRF（Policy and Charging Rule Function，策略和計費規(guī)則服務(wù)器）

PCRF包含策略控制決策和基于流計費控制的功能，向PCEF提供關(guān)于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流檢測、門控、基于QoS和基于流計費（除信用控制外）的網(wǎng)絡(luò)控制功能。

3 CDMA核心網(wǎng)現(xiàn)狀

CDMA系統(tǒng)的核心網(wǎng)由電路域和分組域兩大部分組成。電路域負(fù)責(zé)完成對語音、短信等電路域業(yè)務(wù)的承載和控制；分組域則負(fù)責(zé)完成網(wǎng)頁瀏覽、下載、視頻、彩信等分組域業(yè)務(wù)的承載和控制。

電路域主要網(wǎng)元：MSCe/VLR、MGW、HLR/AC。

分組域主要網(wǎng)元：PDSN、AAA和AN-AAA。

CDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架如圖1所示：

圖1CDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架圖

4 CDMA核心網(wǎng)向EPC演進(jìn)策略

CDMA網(wǎng)絡(luò)向LTE/EPC演進(jìn)的動力主要來自于業(yè)務(wù)發(fā)展和市場競爭的需要，演進(jìn)的基本思路如下：

（1）引入LTE/EPC主要以業(yè)務(wù)需求為驅(qū)動，兼顧網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。業(yè)務(wù)需求主要是移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)等一些需要高帶寬、移動接入、有一定QoS保障的業(yè)務(wù)。

（2）盡量利舊原網(wǎng)絡(luò)，通過升級改造保持新老網(wǎng)絡(luò)兼容性，保護(hù)原有投資。

（3）核心網(wǎng)一步到位，無線網(wǎng)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)按需逐步完善。

網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)預(yù)計可以分為以下四個階段：

階段一：小規(guī)模試點階段，新建EPC核心網(wǎng)，LTE無線網(wǎng)則只是小范圍試點覆蓋，不向公眾開放業(yè)務(wù)，只進(jìn)行業(yè)務(wù)測試?，F(xiàn)網(wǎng)電路域、分組域的網(wǎng)元不受影響，LTE與現(xiàn)網(wǎng)不存在切換關(guān)系。

本階段網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示：

圖2階段一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

階段二：試商用階段，對城市熱點區(qū)域進(jìn)行LTE覆蓋，正式對公眾開放業(yè)務(wù)，部分升級HRPD網(wǎng)絡(luò)為eHRPD，實現(xiàn)LTE與CDMA之間的切換。當(dāng)LTE/eHRPD雙模用戶漫出LTE的覆蓋區(qū)域時，可以切換到eHRPD網(wǎng)絡(luò)，IP地址不變，服務(wù)不會中斷。

endprint

此階段網(wǎng)絡(luò)變化情況如下：

無線網(wǎng)：對于與LTE重疊覆蓋的區(qū)域局部升級AN為eAN，比如RNC升級為eRNC、PCF升級為ePCF，目的是可以使1X/DO數(shù)據(jù)用戶接入EPC網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)LTE與CDMA網(wǎng)絡(luò)之間的無縫切換，保證在LTE非連續(xù)覆蓋情況下的業(yè)務(wù)連續(xù)性。

核心網(wǎng)：新增HSGW（HRPD Serving Gateway，HRPD服務(wù)網(wǎng)關(guān)）作為eAN與EPC之間的接口，現(xiàn)網(wǎng)PDSN不變。新建3GPP AAA，為eHRPD用戶到HSS鑒權(quán)提供接口。引入PCC架構(gòu)，新建PCRF。此時將同時存在R7和R8版本的PCC架構(gòu)，3G PCEF實體為PDSN，4G PCEF實體為P-GW，PCRF同時兼容PDSN和P-GW的Gx接口。

其中，HSGW為UE路由其需要發(fā)送或者接收的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。同時，HSGW會建立、維護(hù)和終止與UE的鏈路層會話。HSGW為UE提供互聯(lián)互通相關(guān)的架構(gòu)性和協(xié)議性功能，包括：支持移動性、支持策略控制和計費、支持接入鑒權(quán)和漫游等。HSGW還支持基于S2a（PMIPv6）接口的跨HSGW的切換，并且支持傳遞和不傳遞HSGW上下文這兩種切換模式。

3GPP AAA對從eHRPD網(wǎng)絡(luò)接入的用戶進(jìn)行認(rèn)證。3GPP2 AAA僅僅作為鑒權(quán)操作以及其他相關(guān)操作的代理設(shè)備。

本階段網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示：

圖3階段二網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

此階段由于LTE覆蓋范圍較小，用戶發(fā)生切換的幾率較大，需要考慮LTE和C網(wǎng)之間的業(yè)務(wù)互操作問題。針對語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可有以下解決辦法：

（1）語音業(yè)務(wù)

◆CS Fall Back

即語音業(yè)務(wù)回落到CS域承載，終端提前在CS域注冊，Page in LTE，Call in CS，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在LTE承載。此方式需要在CS與EPC之間增加互操作網(wǎng)元IWS，要求用戶在LTE和CS域同時放號，并且手機(jī)應(yīng)是支持LTE和C網(wǎng)的多模手機(jī)。

◆SVLTE

此方式也是由CS域承載語音、LTE承載數(shù)據(jù)，只是終端要雙收雙發(fā)、雙網(wǎng)雙待，對終端的要求較高，比較耗電，而且雙收雙發(fā)不可避免會存在射頻干擾問題。但此方式不需要對CS進(jìn)行任何改造，且語音呼叫建立時間與現(xiàn)網(wǎng)1X用戶一致，沒有額外延時。

◆SRVCC

語音由LTE+IMS實現(xiàn)，即采用VoIP方式，不通過1X網(wǎng)絡(luò)接入。需要終端支持SRVCC方式，并且要求LTE實現(xiàn)連續(xù)覆蓋。

在階段二，由于LTE為非連續(xù)覆蓋，且終端數(shù)量還比較少，為了盡量利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)、便于用戶繼承現(xiàn)有業(yè)務(wù)，語音業(yè)務(wù)一般采用CS Fall Back或SVLTE方式來解決。

（2）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

◆非優(yōu)化切換

在用戶由LTE網(wǎng)絡(luò)切換到eHRPD網(wǎng)絡(luò)時，UE才向目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行附著，不過會選擇同一個P-GW接入，保持業(yè)務(wù)連續(xù)。

此方式比較成熟且現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備無需增加與EPC之間的接口，但切換時間較長，一般為2～8秒，且切換過程中可能會有數(shù)據(jù)丟失。

◆優(yōu)化切換

此方式需新增MME與eAN間的S101信令接口、SGW與HSGW間的S103數(shù)據(jù)接口。用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)附著時會在eHRPD網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)注冊，終端通過S101接口發(fā)起切換流程，同時在切換過程中通過S103傳輸下行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)無損切換。

此方式切換時間一般小于1秒，但目前支持的設(shè)備和終端較少，基本無成熟商用案例。

建議LTE部署初期采用對網(wǎng)絡(luò)影響較小、相對較為成熟的非優(yōu)化切換方案，待設(shè)備和終端成熟商用后可以采用優(yōu)化切換方案。

階段三：規(guī)模商用階段，實現(xiàn)城市、景區(qū)、機(jī)場等業(yè)務(wù)重點區(qū)域的連續(xù)覆蓋，現(xiàn)網(wǎng)HRPD全部升級為eHRPD，C網(wǎng)高端客戶逐步向LTE遷移。

此階段網(wǎng)絡(luò)變化情況如下：

無線網(wǎng)：對于全網(wǎng)升級AN為eAN，即所有RNC升級為eRNC、PCF升級為ePCF。

核心網(wǎng)：用戶數(shù)據(jù)逐漸向HSS和3GPP AAA遷移，但AN-AAA和3GPP2 AAA仍保留。PCC演進(jìn)為R8架構(gòu)，有2個策略執(zhí)行點PCEF和BBERF，BBERF由HSGW實現(xiàn)。

階段四：實現(xiàn)LTE的全覆蓋，逐步取代CDMA網(wǎng)絡(luò)成為主要移動網(wǎng)。

此階段網(wǎng)絡(luò)變化情況如下：

無線網(wǎng)：繼續(xù)擴(kuò)容eNodeB，實現(xiàn)LTE全覆蓋。現(xiàn)網(wǎng)eAN可繼續(xù)服務(wù)或視設(shè)備情況逐步退網(wǎng)。

核心網(wǎng)：SGW和PGW、HSGW等網(wǎng)元可逐步融合。HSS、3GPP AAA以及IMS的HSS可逐步融合，3GPP2 AAA、HLR等隨著CDMA網(wǎng)絡(luò)的退網(wǎng)而退網(wǎng)。

本階段網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4所示：

圖4階段四網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

EPC作為統(tǒng)一的分組核心網(wǎng)，可接入GPRS、UMTS、LTE、eHRPD等網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有的電路域?qū)⒅饾u退化，分組域網(wǎng)元將演進(jìn)成EPC網(wǎng)元。

5 引入EPC的難點問題分析

在CDMA核心網(wǎng)向EPC演進(jìn)的過程中，存在以下難點問題：

（1）現(xiàn)網(wǎng)PDSN、AN升級

在網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過程中，存在HRPD、eHRPD、LTE三網(wǎng)并存的過渡期，需要新建HSGW、升級PDSN、升級無線側(cè)AN等，要求HSGW與PDSN兼容、eAN與AN兼容，即存在HSGW與AN的互通、PDSN與eAN的互通、HSGW與PGW的互通等。由于現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備較多，部分廠家設(shè)備不一定馬上支持按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行升級，存在較大的協(xié)調(diào)、測試工作量。

為了加快網(wǎng)絡(luò)部署，減少對現(xiàn)網(wǎng)的影響，可以在試點成功后首先全網(wǎng)AN升級eAN，新建HSGW與現(xiàn)有PDSN獨立工作，在后期再考慮升級PDSN為HSGW。

（2）LTE-C互操作問題

在并存階段，由于LTE覆蓋不連續(xù)，其語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要C網(wǎng)電路域和分組域的補(bǔ)充才能實現(xiàn)業(yè)務(wù)的連續(xù)，因此存在LTE與C網(wǎng)的互操作問題。盡管可以有CSFB、非優(yōu)化切換等互操作方式，但對網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)和用戶感知還是會有一定的影響；同時，要求用戶終端必須是雙模雙待，具備較大的電池容量，可能增加終端的成本。

考慮到初期LTE可能主要覆蓋城區(qū)和大的風(fēng)景區(qū)，可重點提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，語音采用SVLTE方式由1X網(wǎng)絡(luò)提供，可加快網(wǎng)絡(luò)部署并減少對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的改造。

（3）用戶數(shù)據(jù)的融合

在網(wǎng)絡(luò)并存階段，涉及到用戶數(shù)據(jù)存放和認(rèn)證計費的網(wǎng)元有EPC-HSS、3GPP AAA、3GPP2 AAA、AN-AAA、IMS-HSS、C-HLR等，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展必然需要將這些用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，如何融合是一個復(fù)雜且困難的問題。

目前比較可行的思路是將EPC-HSS、3GPP AAA、IMS-HSS融合成一個通用的數(shù)據(jù)中心，而3GPP2 AAA、HLR則隨著2G/3G網(wǎng)絡(luò)退出而退網(wǎng)。

（4）統(tǒng)一的策略控制

傳統(tǒng)CDMA網(wǎng)絡(luò)的策略控制大多采用AAA結(jié)合手工方式進(jìn)行，在LTE階段采用PCC架構(gòu)的策略控制可實現(xiàn)LTE與C網(wǎng)的統(tǒng)一，要求DPI、分析系統(tǒng)同時采集分析兩網(wǎng)數(shù)據(jù)，由PCRF統(tǒng)一制定策略，現(xiàn)有PDSN需升級支持PCEF完成策略執(zhí)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 3GPP TS 21.201. Technical Specifications and Technical Reports Relating to an Evolved Packet System(SAE) Based 3GPP System[S]. 2009.

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[4] 姜怡華,許慕鴻,習(xí)建德,等. 3GPP系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)（SAE）原理與設(shè)計[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2010.

[5] 沈嘉,索士強(qiáng),全海洋,等. 3GPP長期演進(jìn)（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2008.

[6] 趙訓(xùn). 3GPP長期演進(jìn)（LTE）系統(tǒng)架構(gòu)與技術(shù)規(guī)范[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2010.★

作者簡介

壽航濤：工程師，工程碩士畢業(yè)于華中科技大學(xué)電子與信息系統(tǒng)專業(yè)，現(xiàn)任職于湖北郵電規(guī)劃設(shè)計有限公司核心網(wǎng)絡(luò)咨詢設(shè)計院，主要從事核心網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計工作。

馬磊：工程師，畢業(yè)于中南財經(jīng)政法大學(xué)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)，現(xiàn)任職于湖北郵電規(guī)劃設(shè)計有限公司核心網(wǎng)絡(luò)咨詢設(shè)計院，主要從事核心網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計工作。

封飛：畢業(yè)于西安郵電大學(xué)信息安全專業(yè)，現(xiàn)任職于湖北郵電規(guī)劃設(shè)計有限公司核心網(wǎng)絡(luò)咨詢設(shè)計院，主要從事GSM網(wǎng)絡(luò)和CDMA2000網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計工作。

endprint

此階段網(wǎng)絡(luò)變化情況如下：

無線網(wǎng)：對于與LTE重疊覆蓋的區(qū)域局部升級AN為eAN，比如RNC升級為eRNC、PCF升級為ePCF，目的是可以使1X/DO數(shù)據(jù)用戶接入EPC網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)LTE與CDMA網(wǎng)絡(luò)之間的無縫切換，保證在LTE非連續(xù)覆蓋情況下的業(yè)務(wù)連續(xù)性。

核心網(wǎng)：新增HSGW（HRPD Serving Gateway，HRPD服務(wù)網(wǎng)關(guān)）作為eAN與EPC之間的接口，現(xiàn)網(wǎng)PDSN不變。新建3GPP AAA，為eHRPD用戶到HSS鑒權(quán)提供接口。引入PCC架構(gòu)，新建PCRF。此時將同時存在R7和R8版本的PCC架構(gòu)，3G PCEF實體為PDSN，4G PCEF實體為P-GW，PCRF同時兼容PDSN和P-GW的Gx接口。

其中，HSGW為UE路由其需要發(fā)送或者接收的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。同時，HSGW會建立、維護(hù)和終止與UE的鏈路層會話。HSGW為UE提供互聯(lián)互通相關(guān)的架構(gòu)性和協(xié)議性功能，包括：支持移動性、支持策略控制和計費、支持接入鑒權(quán)和漫游等。HSGW還支持基于S2a（PMIPv6）接口的跨HSGW的切換，并且支持傳遞和不傳遞HSGW上下文這兩種切換模式。

3GPP AAA對從eHRPD網(wǎng)絡(luò)接入的用戶進(jìn)行認(rèn)證。3GPP2 AAA僅僅作為鑒權(quán)操作以及其他相關(guān)操作的代理設(shè)備。

本階段網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示：

圖3階段二網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

此階段由于LTE覆蓋范圍較小，用戶發(fā)生切換的幾率較大，需要考慮LTE和C網(wǎng)之間的業(yè)務(wù)互操作問題。針對語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可有以下解決辦法：

（1）語音業(yè)務(wù)

◆CS Fall Back

即語音業(yè)務(wù)回落到CS域承載，終端提前在CS域注冊，Page in LTE，Call in CS，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在LTE承載。此方式需要在CS與EPC之間增加互操作網(wǎng)元IWS，要求用戶在LTE和CS域同時放號，并且手機(jī)應(yīng)是支持LTE和C網(wǎng)的多模手機(jī)。

◆SVLTE

此方式也是由CS域承載語音、LTE承載數(shù)據(jù)，只是終端要雙收雙發(fā)、雙網(wǎng)雙待，對終端的要求較高，比較耗電，而且雙收雙發(fā)不可避免會存在射頻干擾問題。但此方式不需要對CS進(jìn)行任何改造，且語音呼叫建立時間與現(xiàn)網(wǎng)1X用戶一致，沒有額外延時。

◆SRVCC

語音由LTE+IMS實現(xiàn)，即采用VoIP方式，不通過1X網(wǎng)絡(luò)接入。需要終端支持SRVCC方式，并且要求LTE實現(xiàn)連續(xù)覆蓋。

在階段二，由于LTE為非連續(xù)覆蓋，且終端數(shù)量還比較少，為了盡量利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)、便于用戶繼承現(xiàn)有業(yè)務(wù)，語音業(yè)務(wù)一般采用CS Fall Back或SVLTE方式來解決。

（2）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

◆非優(yōu)化切換

在用戶由LTE網(wǎng)絡(luò)切換到eHRPD網(wǎng)絡(luò)時，UE才向目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行附著，不過會選擇同一個P-GW接入，保持業(yè)務(wù)連續(xù)。

此方式比較成熟且現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備無需增加與EPC之間的接口，但切換時間較長，一般為2～8秒，且切換過程中可能會有數(shù)據(jù)丟失。

◆優(yōu)化切換

此方式需新增MME與eAN間的S101信令接口、SGW與HSGW間的S103數(shù)據(jù)接口。用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)附著時會在eHRPD網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)注冊，終端通過S101接口發(fā)起切換流程，同時在切換過程中通過S103傳輸下行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)無損切換。

此方式切換時間一般小于1秒，但目前支持的設(shè)備和終端較少，基本無成熟商用案例。

建議LTE部署初期采用對網(wǎng)絡(luò)影響較小、相對較為成熟的非優(yōu)化切換方案，待設(shè)備和終端成熟商用后可以采用優(yōu)化切換方案。

階段三：規(guī)模商用階段，實現(xiàn)城市、景區(qū)、機(jī)場等業(yè)務(wù)重點區(qū)域的連續(xù)覆蓋，現(xiàn)網(wǎng)HRPD全部升級為eHRPD，C網(wǎng)高端客戶逐步向LTE遷移。

此階段網(wǎng)絡(luò)變化情況如下：

無線網(wǎng)：對于全網(wǎng)升級AN為eAN，即所有RNC升級為eRNC、PCF升級為ePCF。

核心網(wǎng)：用戶數(shù)據(jù)逐漸向HSS和3GPP AAA遷移，但AN-AAA和3GPP2 AAA仍保留。PCC演進(jìn)為R8架構(gòu)，有2個策略執(zhí)行點PCEF和BBERF，BBERF由HSGW實現(xiàn)。

階段四：實現(xiàn)LTE的全覆蓋，逐步取代CDMA網(wǎng)絡(luò)成為主要移動網(wǎng)。

此階段網(wǎng)絡(luò)變化情況如下：

無線網(wǎng)：繼續(xù)擴(kuò)容eNodeB，實現(xiàn)LTE全覆蓋?，F(xiàn)網(wǎng)eAN可繼續(xù)服務(wù)或視設(shè)備情況逐步退網(wǎng)。

核心網(wǎng)：SGW和PGW、HSGW等網(wǎng)元可逐步融合。HSS、3GPP AAA以及IMS的HSS可逐步融合，3GPP2 AAA、HLR等隨著CDMA網(wǎng)絡(luò)的退網(wǎng)而退網(wǎng)。

本階段網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4所示：

圖4階段四網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

EPC作為統(tǒng)一的分組核心網(wǎng)，可接入GPRS、UMTS、LTE、eHRPD等網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有的電路域?qū)⒅饾u退化，分組域網(wǎng)元將演進(jìn)成EPC網(wǎng)元。

5 引入EPC的難點問題分析

在CDMA核心網(wǎng)向EPC演進(jìn)的過程中，存在以下難點問題：

（1）現(xiàn)網(wǎng)PDSN、AN升級

在網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過程中，存在HRPD、eHRPD、LTE三網(wǎng)并存的過渡期，需要新建HSGW、升級PDSN、升級無線側(cè)AN等，要求HSGW與PDSN兼容、eAN與AN兼容，即存在HSGW與AN的互通、PDSN與eAN的互通、HSGW與PGW的互通等。由于現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備較多，部分廠家設(shè)備不一定馬上支持按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行升級，存在較大的協(xié)調(diào)、測試工作量。

為了加快網(wǎng)絡(luò)部署，減少對現(xiàn)網(wǎng)的影響，可以在試點成功后首先全網(wǎng)AN升級eAN，新建HSGW與現(xiàn)有PDSN獨立工作，在后期再考慮升級PDSN為HSGW。

（2）LTE-C互操作問題

在并存階段，由于LTE覆蓋不連續(xù)，其語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要C網(wǎng)電路域和分組域的補(bǔ)充才能實現(xiàn)業(yè)務(wù)的連續(xù)，因此存在LTE與C網(wǎng)的互操作問題。盡管可以有CSFB、非優(yōu)化切換等互操作方式，但對網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)和用戶感知還是會有一定的影響；同時，要求用戶終端必須是雙模雙待，具備較大的電池容量，可能增加終端的成本。

考慮到初期LTE可能主要覆蓋城區(qū)和大的風(fēng)景區(qū)，可重點提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，語音采用SVLTE方式由1X網(wǎng)絡(luò)提供，可加快網(wǎng)絡(luò)部署并減少對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的改造。

（3）用戶數(shù)據(jù)的融合

在網(wǎng)絡(luò)并存階段，涉及到用戶數(shù)據(jù)存放和認(rèn)證計費的網(wǎng)元有EPC-HSS、3GPP AAA、3GPP2 AAA、AN-AAA、IMS-HSS、C-HLR等，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展必然需要將這些用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，如何融合是一個復(fù)雜且困難的問題。

目前比較可行的思路是將EPC-HSS、3GPP AAA、IMS-HSS融合成一個通用的數(shù)據(jù)中心，而3GPP2 AAA、HLR則隨著2G/3G網(wǎng)絡(luò)退出而退網(wǎng)。

（4）統(tǒng)一的策略控制

傳統(tǒng)CDMA網(wǎng)絡(luò)的策略控制大多采用AAA結(jié)合手工方式進(jìn)行，在LTE階段采用PCC架構(gòu)的策略控制可實現(xiàn)LTE與C網(wǎng)的統(tǒng)一，要求DPI、分析系統(tǒng)同時采集分析兩網(wǎng)數(shù)據(jù)，由PCRF統(tǒng)一制定策略，現(xiàn)有PDSN需升級支持PCEF完成策略執(zhí)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 3GPP TS 21.201. Technical Specifications and Technical Reports Relating to an Evolved Packet System(SAE) Based 3GPP System[S]. 2009.

[2] 3GPP TS 22.278. Service Requirements for the Evolved Packet System(EPS)[S]. 2010.

[3] 3GPP TS 23.002. Network Architecture[S]. 2012.

[4] 姜怡華,許慕鴻,習(xí)建德,等. 3GPP系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)（SAE）原理與設(shè)計[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2010.

[5] 沈嘉,索士強(qiáng),全海洋,等. 3GPP長期演進(jìn)（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2008.

[6] 趙訓(xùn). 3GPP長期演進(jìn)（LTE）系統(tǒng)架構(gòu)與技術(shù)規(guī)范[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2010.★

作者簡介

壽航濤：工程師，工程碩士畢業(yè)于華中科技大學(xué)電子與信息系統(tǒng)專業(yè)，現(xiàn)任職于湖北郵電規(guī)劃設(shè)計有限公司核心網(wǎng)絡(luò)咨詢設(shè)計院，主要從事核心網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計工作。

馬磊：工程師，畢業(yè)于中南財經(jīng)政法大學(xué)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)，現(xiàn)任職于湖北郵電規(guī)劃設(shè)計有限公司核心網(wǎng)絡(luò)咨詢設(shè)計院，主要從事核心網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計工作。

封飛：畢業(yè)于西安郵電大學(xué)信息安全專業(yè)，現(xiàn)任職于湖北郵電規(guī)劃設(shè)計有限公司核心網(wǎng)絡(luò)咨詢設(shè)計院，主要從事GSM網(wǎng)絡(luò)和CDMA2000網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計工作。

endprint

此階段網(wǎng)絡(luò)變化情況如下：

無線網(wǎng)：對于與LTE重疊覆蓋的區(qū)域局部升級AN為eAN，比如RNC升級為eRNC、PCF升級為ePCF，目的是可以使1X/DO數(shù)據(jù)用戶接入EPC網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)LTE與CDMA網(wǎng)絡(luò)之間的無縫切換，保證在LTE非連續(xù)覆蓋情況下的業(yè)務(wù)連續(xù)性。

核心網(wǎng)：新增HSGW（HRPD Serving Gateway，HRPD服務(wù)網(wǎng)關(guān)）作為eAN與EPC之間的接口，現(xiàn)網(wǎng)PDSN不變。新建3GPP AAA，為eHRPD用戶到HSS鑒權(quán)提供接口。引入PCC架構(gòu)，新建PCRF。此時將同時存在R7和R8版本的PCC架構(gòu)，3G PCEF實體為PDSN，4G PCEF實體為P-GW，PCRF同時兼容PDSN和P-GW的Gx接口。

其中，HSGW為UE路由其需要發(fā)送或者接收的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。同時，HSGW會建立、維護(hù)和終止與UE的鏈路層會話。HSGW為UE提供互聯(lián)互通相關(guān)的架構(gòu)性和協(xié)議性功能，包括：支持移動性、支持策略控制和計費、支持接入鑒權(quán)和漫游等。HSGW還支持基于S2a（PMIPv6）接口的跨HSGW的切換，并且支持傳遞和不傳遞HSGW上下文這兩種切換模式。

3GPP AAA對從eHRPD網(wǎng)絡(luò)接入的用戶進(jìn)行認(rèn)證。3GPP2 AAA僅僅作為鑒權(quán)操作以及其他相關(guān)操作的代理設(shè)備。

本階段網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示：

圖3階段二網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

此階段由于LTE覆蓋范圍較小，用戶發(fā)生切換的幾率較大，需要考慮LTE和C網(wǎng)之間的業(yè)務(wù)互操作問題。針對語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可有以下解決辦法：

（1）語音業(yè)務(wù)

◆CS Fall Back

即語音業(yè)務(wù)回落到CS域承載，終端提前在CS域注冊，Page in LTE，Call in CS，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在LTE承載。此方式需要在CS與EPC之間增加互操作網(wǎng)元IWS，要求用戶在LTE和CS域同時放號，并且手機(jī)應(yīng)是支持LTE和C網(wǎng)的多模手機(jī)。

◆SVLTE

此方式也是由CS域承載語音、LTE承載數(shù)據(jù)，只是終端要雙收雙發(fā)、雙網(wǎng)雙待，對終端的要求較高，比較耗電，而且雙收雙發(fā)不可避免會存在射頻干擾問題。但此方式不需要對CS進(jìn)行任何改造，且語音呼叫建立時間與現(xiàn)網(wǎng)1X用戶一致，沒有額外延時。

◆SRVCC

語音由LTE+IMS實現(xiàn)，即采用VoIP方式，不通過1X網(wǎng)絡(luò)接入。需要終端支持SRVCC方式，并且要求LTE實現(xiàn)連續(xù)覆蓋。

在階段二，由于LTE為非連續(xù)覆蓋，且終端數(shù)量還比較少，為了盡量利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)、便于用戶繼承現(xiàn)有業(yè)務(wù)，語音業(yè)務(wù)一般采用CS Fall Back或SVLTE方式來解決。

（2）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

◆非優(yōu)化切換

在用戶由LTE網(wǎng)絡(luò)切換到eHRPD網(wǎng)絡(luò)時，UE才向目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行附著，不過會選擇同一個P-GW接入，保持業(yè)務(wù)連續(xù)。

此方式比較成熟且現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備無需增加與EPC之間的接口，但切換時間較長，一般為2～8秒，且切換過程中可能會有數(shù)據(jù)丟失。

◆優(yōu)化切換

此方式需新增MME與eAN間的S101信令接口、SGW與HSGW間的S103數(shù)據(jù)接口。用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)附著時會在eHRPD網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)注冊，終端通過S101接口發(fā)起切換流程，同時在切換過程中通過S103傳輸下行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)無損切換。

此方式切換時間一般小于1秒，但目前支持的設(shè)備和終端較少，基本無成熟商用案例。

建議LTE部署初期采用對網(wǎng)絡(luò)影響較小、相對較為成熟的非優(yōu)化切換方案，待設(shè)備和終端成熟商用后可以采用優(yōu)化切換方案。

階段三：規(guī)模商用階段，實現(xiàn)城市、景區(qū)、機(jī)場等業(yè)務(wù)重點區(qū)域的連續(xù)覆蓋，現(xiàn)網(wǎng)HRPD全部升級為eHRPD，C網(wǎng)高端客戶逐步向LTE遷移。

此階段網(wǎng)絡(luò)變化情況如下：

無線網(wǎng)：對于全網(wǎng)升級AN為eAN，即所有RNC升級為eRNC、PCF升級為ePCF。

核心網(wǎng)：用戶數(shù)據(jù)逐漸向HSS和3GPP AAA遷移，但AN-AAA和3GPP2 AAA仍保留。PCC演進(jìn)為R8架構(gòu)，有2個策略執(zhí)行點PCEF和BBERF，BBERF由HSGW實現(xiàn)。

階段四：實現(xiàn)LTE的全覆蓋，逐步取代CDMA網(wǎng)絡(luò)成為主要移動網(wǎng)。

此階段網(wǎng)絡(luò)變化情況如下：

無線網(wǎng)：繼續(xù)擴(kuò)容eNodeB，實現(xiàn)LTE全覆蓋?，F(xiàn)網(wǎng)eAN可繼續(xù)服務(wù)或視設(shè)備情況逐步退網(wǎng)。

核心網(wǎng)：SGW和PGW、HSGW等網(wǎng)元可逐步融合。HSS、3GPP AAA以及IMS的HSS可逐步融合，3GPP2 AAA、HLR等隨著CDMA網(wǎng)絡(luò)的退網(wǎng)而退網(wǎng)。

本階段網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4所示：

圖4階段四網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

EPC作為統(tǒng)一的分組核心網(wǎng)，可接入GPRS、UMTS、LTE、eHRPD等網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有的電路域?qū)⒅饾u退化，分組域網(wǎng)元將演進(jìn)成EPC網(wǎng)元。

5 引入EPC的難點問題分析

在CDMA核心網(wǎng)向EPC演進(jìn)的過程中，存在以下難點問題：

（1）現(xiàn)網(wǎng)PDSN、AN升級

在網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過程中，存在HRPD、eHRPD、LTE三網(wǎng)并存的過渡期，需要新建HSGW、升級PDSN、升級無線側(cè)AN等，要求HSGW與PDSN兼容、eAN與AN兼容，即存在HSGW與AN的互通、PDSN與eAN的互通、HSGW與PGW的互通等。由于現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備較多，部分廠家設(shè)備不一定馬上支持按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行升級，存在較大的協(xié)調(diào)、測試工作量。

為了加快網(wǎng)絡(luò)部署，減少對現(xiàn)網(wǎng)的影響，可以在試點成功后首先全網(wǎng)AN升級eAN，新建HSGW與現(xiàn)有PDSN獨立工作，在后期再考慮升級PDSN為HSGW。

（2）LTE-C互操作問題

在并存階段，由于LTE覆蓋不連續(xù)，其語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要C網(wǎng)電路域和分組域的補(bǔ)充才能實現(xiàn)業(yè)務(wù)的連續(xù)，因此存在LTE與C網(wǎng)的互操作問題。盡管可以有CSFB、非優(yōu)化切換等互操作方式，但對網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)和用戶感知還是會有一定的影響；同時，要求用戶終端必須是雙模雙待，具備較大的電池容量，可能增加終端的成本。

考慮到初期LTE可能主要覆蓋城區(qū)和大的風(fēng)景區(qū)，可重點提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，語音采用SVLTE方式由1X網(wǎng)絡(luò)提供，可加快網(wǎng)絡(luò)部署并減少對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的改造。

（3）用戶數(shù)據(jù)的融合

在網(wǎng)絡(luò)并存階段，涉及到用戶數(shù)據(jù)存放和認(rèn)證計費的網(wǎng)元有EPC-HSS、3GPP AAA、3GPP2 AAA、AN-AAA、IMS-HSS、C-HLR等，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展必然需要將這些用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，如何融合是一個復(fù)雜且困難的問題。

目前比較可行的思路是將EPC-HSS、3GPP AAA、IMS-HSS融合成一個通用的數(shù)據(jù)中心，而3GPP2 AAA、HLR則隨著2G/3G網(wǎng)絡(luò)退出而退網(wǎng)。

（4）統(tǒng)一的策略控制

傳統(tǒng)CDMA網(wǎng)絡(luò)的策略控制大多采用AAA結(jié)合手工方式進(jìn)行，在LTE階段采用PCC架構(gòu)的策略控制可實現(xiàn)LTE與C網(wǎng)的統(tǒng)一，要求DPI、分析系統(tǒng)同時采集分析兩網(wǎng)數(shù)據(jù)，由PCRF統(tǒng)一制定策略，現(xiàn)有PDSN需升級支持PCEF完成策略執(zhí)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 3GPP TS 21.201. Technical Specifications and Technical Reports Relating to an Evolved Packet System(SAE) Based 3GPP System[S]. 2009.

[2] 3GPP TS 22.278. Service Requirements for the Evolved Packet System(EPS)[S]. 2010.

[3] 3GPP TS 23.002. Network Architecture[S]. 2012.

[4] 姜怡華,許慕鴻,習(xí)建德,等. 3GPP系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)（SAE）原理與設(shè)計[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2010.

[5] 沈嘉,索士強(qiáng),全海洋,等. 3GPP長期演進(jìn)（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2008.

[6] 趙訓(xùn). 3GPP長期演進(jìn)（LTE）系統(tǒng)架構(gòu)與技術(shù)規(guī)范[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2010.★

作者簡介

壽航濤：工程師，工程碩士畢業(yè)于華中科技大學(xué)電子與信息系統(tǒng)專業(yè)，現(xiàn)任職于湖北郵電規(guī)劃設(shè)計有限公司核心網(wǎng)絡(luò)咨詢設(shè)計院，主要從事核心網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計工作。

馬磊：工程師，畢業(yè)于中南財經(jīng)政法大學(xué)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)，現(xiàn)任職于湖北郵電規(guī)劃設(shè)計有限公司核心網(wǎng)絡(luò)咨詢設(shè)計院，主要從事核心網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計工作。

封飛：畢業(yè)于西安郵電大學(xué)信息安全專業(yè)，現(xiàn)任職于湖北郵電規(guī)劃設(shè)計有限公司核心網(wǎng)絡(luò)咨詢設(shè)計院，主要從事GSM網(wǎng)絡(luò)和CDMA2000網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計工作。

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