华为移动核心网IP承载解决方案背景与挑战

当前，全球移动业务发展异常迅速，已成为电信运营商收入和利润增长最快的部分，与此同时，2G向3G的迁移、新业务尤其是数据业务和视频业务层出不穷、向IMS和FMC的演进等等，都对传统的TDM/ATM承载模式提出了严峻的挑战，如系统带宽的飞速提升，全互连要求导致的N平方问题，多业务系统的最优承载等等，都是TDM承载模式无法解决的。同传统的TDM/ATM承载方式相比，IP协议简单、灵活性强、业务扩展方便，能够避免运营商在分离的业务网上重复投资，弹性好，升级维护方便，能大幅度降低运营商的网络建设成本和运行维护成本，因此建设IP承载网成为移动运营商必须的选择，而IP承载网在网络设计、业务实施、网络运营等很多方面都与传统的TDM/ATM承载网大不相同。本文将试图对移动核心网IP承载的背景知识、IP承载网的典型网络模型、IP承载网的设计要素等做一概述。

移动核心网的背景知识

当前全球主流的移动网络是2G和3G通信网络。其中2G主要应用的技术体制是GSM、CDMA和TDMA。2G向3G演进后，主要的技术体制将是WCDMA（即UMTS）、CDMA2000、TD-SCDMA，其中WCDMA占了已发放3G牌照的90％，TD-SCDMA作为中国自有的体制目前还没有商用。这些不同的移动通信网络都采用相似的体系结构，即由基站BTS/Node B、基站控制器BSC/RNC、交换中心MGW/MSC Server/SGSN等基本单元，以及归属位置寄存器HLR、业务平台（智能网、短信中心、增值服务平台）、支撑系统（(计费、营帐、客服等)等配套系统组成。以目前最常见的GSM为例，其主要网络功能单元和架构情况如图1：



图1 GSM核心网网元与架构示意简图

以GSM网络为例，在其核心网中，IP承载网首先用于实现媒体网关（MGW）、软交换机（MSC Server）、信令系统（包括信令网关SGW、STP等）、用户管理系统（HLR）、PS域业务系统（SGSN、GGSN）以及计费管理系统之间的连接。

其次，IP承载网用于接入、隔离各种不同的业务流量。业务的流量流向是有规律的，PS域业务以及信令业务大多为汇聚型业务（类似Internet中C/S架构的流量模式），而媒体网关之间主要是分布式业务（类似Internet中P2P架构的流量模式）。IP承载网使用MPLS VPN来隔离不同的业务流量，并通过流量分析、流量规划、网络轻载、MPLS TE等措施和技术手段来保证实时业务类型流量的QoS质量。

最后，IP承载网还要用来保持同外部其它网络的互连并保证互连的安全性。

当前，移动核心网上的业务类型多数已经采用IP承载，少部分业务仍然沿用TDM/ATM承载。从长远来看，目前的那些非IP接口未来都可以通过分组控制单元PCU提供IP接口，接入IP承载网，所有的逻辑接口在IP化之后提供的都是标准IP接口，逻辑接口的上层应用协议和业务流量，对IP承载网而言是透明的，其报文内容和处理方式不影响承载，都可以通过IP/MPLS技术保证不同设备间流量互通，不存在“私有技术、无法互通”的问题。



图2 IP承载网功能角色示意简图

图2显示了典型的移动IP承载网的基本架构。IP承载网在物理上是由若干高端路由器、交换机和防火墙等设备按照一定的功能角色组成的，不同的功能角色按照一定规则互连，接入各种业务设备，并保证业务设备间的流量能够互相抵达。各功能角色的说明如下：