移动核心网发展趋势

编者按：移动核心网全面进入“IP”时代，IP、融合、宽带、智能、容灾和绿色环保是其主要特征。从电路域看，移动软交换已经全面从TDM的传输电 路转向IP；从分组域看，宽带化、智能化是其主要特征；从用户数据看，新的HLR被广泛接受，逐步向未来的融合数据中心演进。另外，运营商纷纷将容灾和绿 色环保提到战略的高度；移动网络在未来发展和演进上殊途同归，在4G时代，GSM和CDMA两大阵营将走向共同的IMS＋SAE＋LTE架构。

□工业和信息化部电信研究院通信标准研究所总工程师 续合元

通信行业正在发生深刻的变革，融合与转型已经走上快车道，原本作为基础和单一角色的电信产业链，呈现出不断低值微利的价值走向，日趋形成运营商、内容服务商、用户多角色共同参与的复合生态环境。在新的环境下，运营商如何构建竞争优势？

移动通信行业正在发生深刻的变革，面对宽带和互联网加速向移动通信渗透，通信产业、IT产业、软件产业乃至跨产业间的大融合趋势，移动运营商正在由 传统的业务提供商向信息服务商转变，以运营商为中心向以客户为中心转变，通过个性化的语音、数据和多媒体业务提供，推出创新的商业模式，巩固其在产业链中 的主导地位。

行业的变革，为移动运营商带来了新的机遇：用户宽带数据通信、多媒体通信需求日益增长，将会成为ARPU的主要构成部分,带来运营商营收的快速增长；ICT技术的进步，使电信互联网融合成为可能，将为运营商开辟全新的业务领域。

因此，移动运营商对核心网络提出了面向未来的更高要求。具备灵活开放的网络架构、低成本建网和海量业务提供能力以及快速业务部署能力，成为移动核心网的关键能力。要构建这样的能力，移动核心网应具备全IP、融合、宽带、容灾、绿色等关键特征。

为迎接移动与互联网融合的新时代来临，传统的移动核心网正加速向全IP的网络迁移。全IP意味着移动运营商的网络结构以用户为中心的扁平化，以显著降低的成本大量快速地部署新价值业务，简单而高效地运营。

电路域：全IP的软交换

从2007年开始，全球主流运营商纷纷启动IP化战略，对软交换系统的IP能力、资源共享和容灾能力、绿色环保、演进等方面提出了更高的要 求，TDM式的软交换已经不能满足业务发展的要求，全IP的软交换得到了广泛应用。目前，GSM/WCDMA阵营的主流运营商Vodafone、 Orange、KPN、T-Mobile、Telefonica等纷纷采用全IP软交换开展网络改造；从CDMA阵营看，发展最快的印度运营商 Reliance、TATA，印尼的Telkom、美国的LEAP等全面采用全IP软交换提供语音服务。以Vodafone为例，在向全IP网络转型过程 中，呈现出几个主要问题，一是全网的TDM老交换设备数量多、容量小、位置分散、维护成本高；二是2G、3G电路交换网络是独立建设的网络，网络结构和维 护复杂；三是网络容灾能力不足。以Vodafone罗马尼亚子网为例，全网有16台TDM2G交换机、两台3G交换机。面对此网络现状，Vodafone 采用全IP的软交换进行改造，仅用6台IP软交换机就完成了全网18台独立的2G、3G交换机的收编，并采用两个3＋1的双归属形成异地容灾核心网，网络 架构得到极大简化，可靠性得到提升。全IP软交换具备以下优势：

 

电信级IP能力：在全IP网络下，对IP网络的QoS、可靠性、故障检测和故障恢复能力、灵活组网能力都要求达到电信级，比如IP主备路由故障检测和倒换时间小于30毫秒；

资源共享和容灾能力：支持MSC Server组成资源池（MSCPOOL），池区资源共享，负荷均衡，可以节省30％的网络容量，同时支持异地实时容灾备份；统一平台能力：

支持在GSM/WCDMA/CDMA等不同制式下共平台；绿色环保能力：通过提升系统集成度、CPU自动降频和采用低功耗器件（比如多核CPU，Flash硬盘等）减少50％耗电，减少单位用户能耗和温室气体排放；

平滑演进能力：支持向未来4G和统一的核心控制层IMS平滑演进，保护投资。

用户数据：迈向未来的高可靠、融合的用户数据中心

全球越来越多的运营商逐步意识到集中管理用户业务数据的重要性，以用户为中心的业务数据融合逐渐成为业界趋势。建设以用户为中心的网络，快速推出新 的有吸引力的业务，使用户能够得到一致的业务体验，是提高用户ARPU和忠诚度的关键措施。但当前，由于用户业务数据分散在网络诸多不同的功能实体中，各 个功能实体又都有自己的用户业务数据管理方式，从而形成了一个个“信息孤岛”，使得整个运营商的网络变得非常复杂。同时，这些各自孤立的信息很难被运营商 利用起来为用户开拓增值服务，业务创新困难，这也使得运营商在多种网络下难以给用户提供一致的业务体验。全球TOP10的北欧运营商Telenor在巴基 斯坦子网，仅仅采用了3台新的分布式HLR就为4000万用户提供服务，其中一台HLR用户容量高达2000万，用户数据集中管理，极大地简化了现网网 络，减少了60％的OPEX，用户数据访问开放和共享为业务融合奠定基础，并实现了无缝地理容灾。另外，由于在3台大容量HLR之间采用了全IP互联，网 间长途信令传输也节省了70％。这种HLR之所以迅速风靡全球，是由于它具备以下特征和价值：

支持业务数据分离架构：这种HLR打破了传统HLR业务和数据紧耦合的架构，将业务处理部分独立出来成为前端（FE），数据部分独立出来统一管理形 成后端（BE），可以收编现网传统HLR，平滑演进到HSS，并平滑演进到融合的数据中心（USC），支撑运营商业务融合战略；同时，数据集中管理后，新 业务可以实现快速部署，增强网络竞争力。

 

采用电信级ATCA平台：彻底摒弃了传统HLR的小型机/服务器平台，所有单板都支持热插拔，分布式电源设计为每个槽位独立供电，确保了设备的高可靠性。

采用全分布式设计模式：从传统HLR的主备用模式改变为负荷全分布式，单个单板故障后，负荷可以平均分配到其他正常单板，通过设备内的N＋K配置和异地部署，可靠性达到6个9；千万级的超大容量为集中部署和管理提供保障。

同时，这种HLR能够继承现有HLR、HSS、AAA、MNP、EIR、GUP等网络功能实体的功能，可将融合网络中用户的各种业务数据（包括移动 通信网络、固定话音网络、宽带网络以及多媒体网络中各种功能实体所需要的用户业务数据）融合在一起，进行统一管理，并提供开放的数据接口。这样能够简化网 络、缩短新业务发布时间、促进业务创新，为运营商提供有竞争力的融合业务奠定基础。

分组域：面向4G的统一分组核心网

随着无线宽带技术的发展，移动宽带业务呈现爆发性的增长。比如德国电信T-Mobile的无线宽带数据流量，一年内增长了近10倍，现网传统分组网 络设备容量和性能不足，网络升级、扩容成本高昂，并无法演进到即将到来的4GLTE/SAE，这对未来网络的竞争力和吸引力造成很大的影响。因此，T- Mobile大刀阔斧进行改造，在其欧洲核心5国（德国、英国、奥地利、荷兰和捷克）采用了高达30G吞吐量的智能分组核心设备为其2000万用户提供服 务，并确保向4G网络的逐步平滑演进；同时利用分组核心网的智能化能力，通过部署内容计费实现对分组内容的管理和监控，使分组网络真正成为可控制、可管理 和可盈利的未来网络。

面向4G的分组核心网具备以下优势：

支持宽带化：支持宽带爆发，高吞吐量和高处理能力；

支持智能化：从哑管道变为智能管道，支持深度内容解析和灵活的QoS控制；

支持平滑向4G演进：保护投资，未来4G可重用。

网络容灾：安全第一与资源共享

地震等严重自然灾害的发生，将移动网络安全性和可靠性提升到了前所未有的战略高度。移动网络的安全应该是一个整体的解决方案，涵盖接入网、核心网、 业务网和承载网多个层面，而其中核心网是重中之重，抗拥塞、优先接入、异地容灾、快速恢复能力都是基本的要求。另外，出于对容灾成本的考虑，应在容灾能力 和部署成本方面寻找一个平衡点，即在确保网络容灾能力的前提下，兼顾网络的资源共享，节省容灾成本。MSCPOOL技术由于同时具备强大的容灾能力和资源 共享节省成本两个特征，而逐步得到业界的广泛认可。在软交换架构下，MSCPOOL技术将多个MSCServer组成一个资源池。

软交换部署之前的网络节点，它们的资源相互独立，不能实现共享，效率提升只能通过提升单节点集成度，降低功耗等实现软交换；部署之后的软交换节点， 实现了地理上的集中，同时带来了维护上的集中并实现了本地话务本地交换，节省了OPEX和CAPEX。IP化之后，MSCPool成为可能，通过将若干个 MSC聚集成资源池，分担话务，实现了逻辑上的集中和容量的聚合。在Pool内没有HLR位置更新和MSC间切换，节省容量可达10%，再通过容量聚合效 应“削峰平谷”，减小单点配置裕量，节省容量约20%，整体上提升网络效能达30%，MSCPool第一次在网络层面实现了效率提升。而MSCPool的 整体规划、集中维护方式，避免了过去逐点规划逐点配置的复杂耗时，为运营商节省大量OPEX。它具备以下优势：

完备的容灾能力：当其中一个或者多个MSCServer因为各种原因退出服务后，池区中其余的MSCServer能实时接管其业务，为池区内的所有用户继续提供业务。考虑到容灾效果，池区内的MSCServer可以异地部署。

负荷均衡能力：实现MSC池区覆盖的不同区域的负荷分担，平均分配到不同的MSCServer上去，避免规律性的人员流动带来的负荷不均衡；在部分MSCServer退出服务后，剩余的MSC也能平均分担其话务，避免浪涌效应造成网络整体瘫痪。

简化移动性管理：对于接入网来说，整个池区相当于一个MSC，因此，可以大大减少用户在池区移动带来的局间位置更新和切换，从而减少信令负荷，提升服务质量。

绿色环保：节能减排与绿色核心网

保护环境，减少能源消耗，共建人类美好家园成为全球共识，是和谐社会的必然要求。中国政府是节能减排战略的积极推动者，国内各电信运营商和设备供应商也积极配合和响应。核心网也不例外，其节能减排工作，可以从以下几个维度来开展：

提升设备集成度，减少设备占地面积和机房投资。

从机柜、机框、单板各个层面减轻设备重量，降低机房对于承重的要求。

采用自动变频技术，在话务高峰时段，处理器运行在最高频率下，确保设备处理能力；在话务非高峰时段，处理器自动降频运行，降低能耗。

大量采用低功耗器件。多核CPU具备处理能力成倍提升，但功耗基本不变或略有提升的能力，已经被逐步广泛采用；另外，传统的SAS硬盘被Flash硬盘替代，能将功耗降低90％以上。

未来演进：IMS+SAE+LTE是移动网的演进方向

在核心网络的发展上，WCDMA和CDMA2000的电路域核心网都不约而同地选择了软交换架构，并向未来共同的统一核心控制层IMS逐步演进；在无线接入网络发展上，4G时代WCDMA阵营和CDMA阵营将统一走向LTE。

综上所述，核心网已经进入“全IP”时代，逐步向IP、融合、宽带、智能、容灾和绿色环保方向发展。全IP软交换、新的HLR、面向4G的分组核心 网逐步成为主流运营商建设高品质核心网的首选。移动网络在未来发展和演进上殊途同归，4G时代WCDMA和CDMA2000两大阵营将走向共同的 IMS＋SAE＋LTE架构。