通信核心网技术论文

  移动通信核心网技术发展迅猛,国内通信网络从2G、3G到目前正在建设的4G-LTE,核心网技术也从电路交换发展到分组交换、软交换、到IP包交换技术,为整个通信服务提供了越来越快的速度,越来越低的成本及客户体验。

  核心网,原称交换,是从人工通信时代传承下来的名字,应用至模拟通信时代、数字通信2G时代、3G时代大量应用的电路交换。同时其他核心技术逐渐发展强大,如分组技术等,蚕食着移动通信的电路交换市场,到了LTE时代,IP技术和融合技术应用全面启用,CS电路交换技术逐渐被摈弃,IP化逐渐代替了TDM交换技术。

  1 电路交换技术

  电路交换的英文全称为:CircuitSwitch,简称为CS。从通信线路资源占用的划分上,“交换”是按照空分和时分模式动态地分配传输资源,在通话过程中保持资源的独占,在通话完成释放相关资源。

  以电路时序进行接续的交换方式是电路交换模式,从通信运营商发展开始,语音电话的实现就是从空时分电路交换方式开始的,使用固定电话呼叫对方前,取下电话话机进行号码盘拨号,拨号后,电话机获取全部电话号码发送给交换机侧,而交换侧从获得的号码在本身数据库中进行查找,得到通话的方向,并为双方建立一条预独占的时序作为电路连接,等整段话路都建立起来后,双方正式占用,并开始通话。

  通话完成,其中一方挂机,交换机则立刻把双方的所占线路断开,为新的通话释放资源。因此,我们可以良好体验电路交换所带来的良好话音。

  CS电路交换方式的主要特点是:①电路交换所占用的最小单位是时隙,每个用户所使用的均为64K时隙电路;②面向有连接的物理电路,体现了实时的电路独占性;③同步时分复用:以TDM时分复用为机制,通过空分与时分的交换方式进行连接。

  CS电路交换的优点:通信数据链路独占,传输可靠且稳定,数据不容易丢失,且保持原序列,缺点:电路利用率较低,长期占用造成浪费,资源共享率低。

  2 分组交换与融合通信技术

  由于电路交换技术的核心网技术设备容量受到硬件限制、扩容的空间非常有限造成节点数量较多、设备越来越老化、网络维护的成本高,有些设备厂家因其技术落后不再提供设备维保等,在IP技术普及的今天,全球运营商逐渐启动和普及了核心网的IP化战略。

  长期演进系统网络逐渐普及之后,IP分组技术对移动互联网的业务支撑及IP承载网络的演进起到了重要的推动作用,分组域将大力应用于IP承载控制的功能和IP数据传送功能,而电路域的份额将逐渐降低。

image.png

  IP化与融合技术使移动通信网络演进成为了EPS:EvolvedPacketSystem。核心网侧的则为EPC,EPS系统包括无线接入网E-UTRAN和核心网EPC,而核心网的演进为:SAE:SystemArchitectureEvolution网络架构系统演进。

  长期演进系统网络中的EPS系统是目前4G移动通信网络演进的重要方向和普及方向。EPC核心网网络的主要特征有:

  ①核心网全网络IP分组化,到最后电路域只是作为话音网络的备份存在。

  ②网络层次扁平化,减少了用户面的节点数量,演进后取消了3G网络中的RNC网元,核心网节点在本局模式下最少可减少到只有一个。

  ③服务质量机制QoS进一步得到了完善,能够支持端到端的QoS质量保证,在PCC结构中加强了计费系统管理和QoS质量控制管理;

  ④支持各类接入技术,如与3GPP系统的互通,同时也能支持非3GPP网络的接入,支持用户在各种3GPP网络和非3GPP网络之间自由漫游和切换。

  ⑤IP分组可以实现各类实时的业务,如话音等,通过对实时业务的更好支持,极大的降低业务连接的时延,在IP网络中实现最大速度的分组交换,实现实时业务,如语音呼叫等。

  长期演进网络的EPC网络发展优势,一是为了提高设备性能,提供更快速的用户数据速率,时延得到有效降低,系统容量和覆盖率提高,直接减少了运营商的运营成本;二是基于IP分组技术的网络实现了移动性及灵活配置,可接入多种无线网络;三是传输网络的全面IP分组化,可使分组包在各层级网络中无需进行各层的解封装,数据损失率降低。

  为了实现全网IP化网络改造,对现有运营商的移动网络核心网部分需要进行改造,从2G/3G/4G的核心融合,逐步过渡到全IP化,EPC的最终架构是取消了电路域,所有业务将在网络中中通过各类无连接的方式无损的实现,最终实现支持E-UTRAN无线网的全IP的一个核心网。

  3 IP分组化及核心网融合下的网络结构

  当移动通信网络全部演进到IP化并实现融合通信的EPS架构之后,传统网络结构将受到颠覆性的演变,核心网将完成2G/3G/4G的融合通信,用一张核心网即可完成三代移动通信无线接入,实现最大的兼容网络,在提供多样服务的同时,建网的成本将更加低廉,网络更加简单,更加容易维护。

  EPC核心网网络演变后主要网元包括MME、SGW、PGW、HSS、PCRF、AF等,而无线则简化为只有eNodeB单一结构。

  MME:LTE接入下的控制层面网元,负责移动台移动性管理等功能;SGSN:GPRS网络的控制面网元,对PS域进行用户移动性管理及会话管理;S-GW:EPC网络媒体层接入服务网关,实现类似SGSN的功能;P-GW:EPC网络边界网关,提供承载控制、计费、地址分配及其他非3GPP接入等功能,实现类似GGSN的功能;

  HSS:EPC网络用户数据库管理网元,提供鉴权和签约等功能,实现HLR类似功能;PCRF:策略控制服务器;AF:业务策略的提供点服务器;eNodeB:增强型无线基站,负责无线侧接入和无线资源的管理,集成了原2G/3G基站和部分基站控制器的功能。

  4 结语

  通信技术发展迅速,为整个通信网络建设提供了性能更好、利用率更高、网络成本越低廉的建网和维护方式,从而降低消费者的使用成本,提升消费者对网络的使用体验,提高了性价比,运营方与消费方获得了网络使用的双赢。

通信核心网技术论文相关推荐