劉婷婷 劉永毓

【摘要】 本文在LTE核心網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、功能進行簡要介紹的基礎(chǔ)之上，著重對LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的進行闡述，從而為在采用較少資源的條件下實現(xiàn)LTE核心網(wǎng)技術(shù)提供理論參考。

【關(guān)鍵字】 LTE核心網(wǎng) 關(guān)鍵技術(shù) 結(jié)構(gòu)

一、LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)概述

所謂LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，主要是指在使用較少的資源條件下來對LTE核心網(wǎng)功能進行優(yōu)化的一項技術(shù)。近年來，隨著我國科技水平地不斷提高，LTE技術(shù)也不斷發(fā)展，并且發(fā)展越發(fā)成熟。LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)具有頻譜利用率較高，成本較低、功耗低等優(yōu)點，但是其缺陷在于高速傳輸時的距離不長。因此，在室內(nèi)或者比較偏遠的地區(qū)使用LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。

二、LTE核心網(wǎng)概況

在LTE核心網(wǎng)中，其主要包括移動性管理設(shè)備（MME）、服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）、PDN網(wǎng)關(guān)（P-GW）、歸屬簽約用戶服務(wù)器（HSS）以及策略和計費控制單元（PCRF）等。在LTE核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）和PDN網(wǎng)關(guān)（P-GW）既可以進行合設(shè)，也可以分設(shè)。LTE核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

2.1移動性管理設(shè)備（MME）概況

移動性管理設(shè)備（MME）屬于LTE核心網(wǎng)的控制面節(jié)點，其主要作用表現(xiàn)為安全、移動性管理和執(zhí)行會話和承載控制三方面。

2.2服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）概況

所謂S-GW，其屬于用以連接eNodeB的用戶面節(jié)點。服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）主要確保在在eNodeB和PGW之間路由和轉(zhuǎn)發(fā)LTE用戶上下行報文。

2.3分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)（P-GW）概況

P-GW主屬于一種用以連接PDN網(wǎng)絡(luò)的用戶面節(jié)點。P-GW的主要功能表現(xiàn)在：為LTE核心網(wǎng)到PDN網(wǎng)絡(luò)的用戶面提供參考點SGi。另外，分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)（P-GW）還具有部分的安全功能、QoS功能和控制功能。

2.4策略和計費控制單元（PCRF）概況

策略和計費控制單元（PCRF）的主要作用是提供基于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的門控、QoS控制以及相關(guān)的計費控制等。

2.5歸屬簽約用戶服務(wù)器（HSS）概況

HSS是一個專門對用戶和服務(wù)數(shù)據(jù)進行儲存的數(shù)據(jù)庫。歸屬簽約用戶服務(wù)器（HSS）的作用是保存歸屬網(wǎng)絡(luò)中IMS/ EPC用戶的簽約信息，并且對用戶鑒權(quán)和位置信息進行管理。

三、LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)介紹

3.1LTE核心網(wǎng)操作系統(tǒng)輕量化技術(shù)介紹

LTE核心網(wǎng)采用開源Linux操作系統(tǒng)主要從系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)（BASE Service）、操作管理維護（OAM）和高可用性服務(wù)（HA Service）三個方面進行優(yōu)化設(shè)計。經(jīng)過LTE核心網(wǎng)操作系統(tǒng)輕量化技術(shù)進行優(yōu)化以后的操作系統(tǒng)，其大小僅僅為原系統(tǒng)的百分之三十左右，同時其運行速度也提升了近三倍。

3.1.1系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)（BASE Service）

系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)（BASE Service）是基于CGL規(guī)范并且為滿足上層業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求而進行開發(fā)的基礎(chǔ)模塊。系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)（BASE Service）模塊承載起了整個系統(tǒng)的大部分基礎(chǔ)服務(wù)。系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)（BASE Service）主要有三個部分：一是系統(tǒng)啟動（Autoboot）。其能夠?qū)?nèi)核進行自動加載，從而啟動配置。二是腳本配置和平臺服務(wù)啟動。根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)的業(yè)務(wù)流程，對因為系統(tǒng)進程出現(xiàn)異常問題退出以后，可以進行自動進行重啟，也可以對一些應(yīng)用程序進行加載和啟動。三是文件系統(tǒng)（FS Management）。LTE核心網(wǎng)操作系統(tǒng)主要采用XFS或者EXT3文件系統(tǒng)。FS Management通過網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)將日志文件保存到遠程主機里面，有效地減少系統(tǒng)對存儲的要求。對系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)（BASE Service）進行優(yōu)化的主要是根據(jù)LTE核心網(wǎng)中操作系統(tǒng)的實際使用情況刪除一些不必要的組件，從而保證LTE核心網(wǎng)能夠快速地運行，同時確保LTE核心網(wǎng)操作系統(tǒng)是干凈可控的。

3.1.2操作管理維護（OAM）

在OAM模塊中，其主要包括配置管理（CM）、性能管理（PM）、告警管理（FM）和北向接口四個部分。首先，CM主要是負責管理配置模型和配置數(shù)據(jù)，并且執(zhí)行配置的命令，另外，CM還會與網(wǎng)管系統(tǒng)進行互操作。其次是性能管理（PM）。性能管理（PM）的功能主要為：提供性能模型管理、性能任務(wù)管理、性能數(shù)據(jù)收集上報以及閥值告警等等。三是告警管理（FM）。FM的主要功能表現(xiàn)在告警、生成安全日志和客戶日志等，并且具有一定的上報功能。最后是北向接口。操作管理維護（OAM）模塊中的北向接口的功能，主要表現(xiàn)為通過SNMP協(xié)議來傳輸網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)，從而達到網(wǎng)管中心NMS/EMS的連接和訪問。

3.2網(wǎng)關(guān)一體化設(shè)計技術(shù)介紹

所謂網(wǎng)關(guān)一體化設(shè)計，就是指將S-GW和P-GW進行深度地融合。當網(wǎng)關(guān)一體化系統(tǒng)進行加載時，只需要將一個融合GW網(wǎng)元的模塊啟動，此時就可以提供獨立的S-GW、PDN-GW和融合GW等邏輯網(wǎng)元功能。網(wǎng)關(guān)一體化設(shè)計的優(yōu)點主要表現(xiàn)為：可以將不同的邏輯網(wǎng)元對網(wǎng)關(guān)一體化系統(tǒng)資源進行管理和會話控制功能以及用戶面邏輯處理進行共享，這樣就大大地節(jié)約了網(wǎng)關(guān)一體化系統(tǒng)內(nèi)存資源，同時最大程度地對軟件代碼進行重用。網(wǎng)關(guān)一體化系統(tǒng)設(shè)計具體如圖2所示。

（1）網(wǎng)關(guān)一體化設(shè)計中，在大部分場景下，網(wǎng)關(guān)主要功能為提供融合GW功能，其數(shù)據(jù)流參考圖2中的業(yè)務(wù)流1。

（2）當在網(wǎng)關(guān)中進行切換場景時，假若S-GW發(fā)生改變，那么其歸屬地網(wǎng)關(guān)便會更改成為P-GW，此時歸屬地網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)流可以參考圖二中的第二條業(yè)務(wù)流。另外，當訪問地網(wǎng)關(guān)提供S-GW角色時，其數(shù)據(jù)流則參考圖二中的第三條業(yè)務(wù)流。

由此可見，S-GW發(fā)生改變而切換場景除外，在網(wǎng)關(guān)一體化設(shè)計技術(shù)下，絕大部分場景下的網(wǎng)關(guān)信令僅需進行一次處理即可，這就大大地降低了延時。

3.3快速數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)介紹（Intel CPU+DPDK技術(shù)）

LTE核心網(wǎng)操作系統(tǒng)中所采用的快速數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)（Intel CPU+DPDK技術(shù)）是針一個輕量級、低功耗以及RTC的運行環(huán)境數(shù)據(jù)套件DPDK，這樣就能夠提升數(shù)據(jù)包的處理和轉(zhuǎn)發(fā)性能。另外，DPDK還可以對智能和高效的數(shù)據(jù)包進行處理與轉(zhuǎn)發(fā)。

跟傳統(tǒng)Linux系統(tǒng)比較，采用快速數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)（Intel CPU+DPDK）技術(shù)后，數(shù)據(jù)包的處理與轉(zhuǎn)發(fā)能力比起原系統(tǒng)而言，大概提升了6—10倍。

四、結(jié)語

綜上所述， LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)大大地降低了LTE核心網(wǎng)的成本，提升了運行速度，可以應(yīng)用于政府部門的應(yīng)急和反恐或者救災(zāi)、室內(nèi)覆蓋和企業(yè)專網(wǎng)等實踐之中。

參 考 文 獻

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[2] 黃桂芹.陜西電信LTE核心網(wǎng)建設(shè)探討[J].電信科技.2012（05）

[3] 王琦.探究分析LTE核心網(wǎng)技術(shù)的要點[J].新聚焦.2011（06）