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下一代核心网架构及平台探析
 
慧聪网   2006年3月15日10时57分   信息来源:CHINA通信网    

  经过几年的技术探讨和测试,3G似乎已是万事俱备只欠东风。与固定核心网络技术较成熟但投资相对乏力的现状相比,在移动通信市场强大的投资推动下,移动核心网络应该更有可能后来居上,在几年内快速打造成全国规模的下一代移动核心网络,实现网络架构NGN化,网络设备平台通用化。 

  中国移动市场目前完美的财政状况和用户增长形势,及中长期更加竞争化的市场和ARPU必然下降趋势,不断督促着设备提供商和电信运营商提供和建设更有成本优势、更强大、方便未来演进的下一代移动核心网络。具体来说下一代移动核心网络应达到以下要求:

  达到成本优化,综合考虑CAPEX和OPEX
  有利于快速业务引入,包括网络架构和设备改造等方面
  符合电信/IT技术和业务融合发展的要求,更加具有开放性
  同时保证网络稳定和质量,确保最终客户的满意度

  为满足这些要求,通信界经过十几年的技术准备和探索,已普遍认可网络架构NGN化的发展方向,并逐渐确定网络设备平台通用化的发展策略。两种发展方向相互交织、相互促进,共同成为下一代移动核心网络的核心要素。

  移动NGN — 万事俱备,只欠东风

  网络架构NGN化在移动界的普遍认同应该归功于3GPP中R4的电路域NGN和R5/R6/R7的IMS规范的确定。而目前业界正广泛讨论的NGMN在核心网侧架构更延续和拓展了NGN化的趋势。

图一: R4 NGN结构图

图一: R4 NGN结构图

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  R4电路域NGN的基本思想是承接IETF组织的承载控制分离的定义,即承载由MGW完成、控制由MGC(又称软交换)完成,其结构图参见图一。可以说R4 NGN架构的选择已经是下一代移动核心网络发展的第一步,已基本满足相应的要求,如下做一简要分析:

  Ÿ 成本优化

  可分为机房环境、局所数量、传输资源、维护人员等几个方面考虑。在机房环境成本方面,由于设备尤其是MGW普遍采用了更新的技术,占地、耗电、空调等的成本都能大大降低,估计能优化70%。在局所数量成本方面,集中控制的MGC可以保证更少的局所,这尤其在目前国内流行的大本地网组网方式上更能体现,估计能优化50%。在传输资源成本方面,由于采用IP做为承载网络,成本上至少可优化50%。在维护人员成本方面,由于NGN设备普遍采用IP、JAVA、CORBA等通用IT技术,操作维护趋于一致、网管网络搭建趋于简化,而且MGC的少局所和MGW的维护简单等因素等都将导致维护成本的优化。

  Ÿ 快速业务引入

  可分为网络结构和设备改造两方面考虑。在网络架构方面,由于电路业务基本在MGC上完成,而不影响MGW,仅需修改少量MGC, 方便了业务的引入。在设备改造方面,部分设备提供商的MGC采用先进的通用平台,业务开发周期可大大加快。

  Ÿ 面向网络演进和融合

  考虑到IMS已被确认为核心网络发展的目标,而R4 NGN设备在IMS阶段仍能互通,而采用通用平台的网络设备更能保证其平滑演进至IMS,从而确保网络可演进性。

  Ÿ 网络稳定性和可靠性

  考虑到电信设备提供商普遍在研发中采用严格的质量控制流程,而电信运营商在设备准入、入网测试等方面也有较高门槛,经过近两年R4 NGN设备在2G网络现网逐渐采用和运行,表明移动NGN设备已完全达到规模商用的能力。

  目前中国各大运营商在3G的核心网电路域已确定采用R4 NGN,并已完成大量测试,测试结果表明各厂家设备已具备商用条件。

IMS网络 — 众盼所归

  近几年IMS技术在作为符合NGN架构的固定移动融合的电信目标网络方面,在作为对抗SKYPE、MSN等INTERNET发展而来的技术架构的竞争方面,在确保或重新获得IP化网络中电信运营商的价值链控制地位方面,已基本得到电信界的一致地认同和拥护。在规范方面3GPP R6和TISPAN R1已基本完成,包含的内容已基本满足电信设备商和运营商的研制和运营预商用及商用网络的要求。

图二:IMS网络分层架构

图二:IMS网络分层架构

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  IMS的架构分为业务、控制和接入三个层面(参见图二),拥有提供多媒体业务、水平型业务结构、接入无关性和采用电信“IT”协议SIP等诸多特点。IMS架构是下一代移动核心网络的架构目标,已很好地满足相应的要求:

  Ÿ 成本优化方面

  由于相对移动R4 NGN来说各厂商设备已更普遍采用通用平台,在集成度等方面有更多的提高。在网络架构和设备实现上,部分设备厂商由于较早较好地考虑了移动R4 NGN的演进,推行统一软交换、统一MGW及统一应用服务器的策略,将使网络演进成本更加优化。

  Ÿ 快速业务引入方面

  IMS由于采用水平型业务结构,大大提高了快速业务引入能力,能提供各种多媒体业务,大大丰富了电信业务,而且还给电信运营商一个强有力控制电信业务价值链的手段。

  Ÿ 面向网络演进和融合方面

  IMS由于具有与接入方式无关性的特点,目前已被业界确定为固网移动融合的目标架构,由3GPP/3GPP2/TISPAN等各大标准组织携手完成技术标准工作。目前业界也正探讨与CABLE等网络的基于IMS架构的融合工作。

  Ÿ 网络稳定性和可靠性方面

  相信经过大约两年的设备研制、测试、互通、预商用的步骤,IMS在2008年应能达到规模商用的要求。

  目前中国各大运营商均已开展IMS的理论研究和实验室测试工作,为下一代移动核心网络目标架构的建设开展积极的准备工作。

  下一代网络设备平台通用化 — 大势所趋

  大家应可以注意到以上在探讨下一代移动核心网络的NGN网络结构的要素时,已处处体现与网络设备平台通用化的要素两者之间相辅相成、共同发展的关系。可以形象地说NGN网络结构是下一代移动核心网络的“表”, 网络设备平台通用化是下一代移动核心网络的“骨”。

  最早的程控交换机全部硬件直至芯片都是某个厂家专有的,而目前广泛使用中的程控交换机的芯片已基本采用通用芯片,但硬件板的设计和操作系统等仍是由厂家专有。由于电信设备相对地不开放性,导致电信界的技术发展相对不如IT界的技术发展日新月异,且相对的成本较高。种种动力促使电信界加速转型,分工更加专业化。 

图三:下一代电信设备的分工模式

图三:下一代电信设备的分工模式

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  目前业界正得到广泛认可的分工模式例图见图三,从下至上分为:

  Ÿ 芯片级

  业界已普遍认可采用X86芯片。

  Ÿ 底层交换

  业界已普遍认可采用以太网标准做为物理、MAC和LLC层完成交换功能。

  Ÿ 硬件平台

  目前业界较流行的是ATCA平台,其他并存或早期的有CPCI,SUN NETRA, IBM BLADE SERVER等。相对来说ATCA最开放,普遍被业界认可。目前已有MOTO、INTEL、CCPU等多家硬件厂商提供商用ATCA硬件。

  Ÿ 操作系统

  目前业界趋势是CGL(电信级LINUX),其他并存或早期有SUN SOLARIS, HP UNIX, VX WORKS等。相对来说CGL最开放,普遍被业界认可。目前已有REDHAT, MONTAVISTA, NOVELL等公司提供商用CGL软件。

  Ÿ 中间件和协议栈

  在协议栈方面,已有TRILLIUM,等公司提供各种商用电信协议栈。而目前业界对中间件的标准定义仍在进行中,正由国际组织SA等进行协调。近期仍由电信设备商与电信业务层软件一起提供。

  Ÿ 电信业务层

  各种电信业务的“应用”软件由专业的电信设备提供商研制,并同时完成整体的垂直集成工作,提供完整的电信设备。

  网络设备平台通用化能真正满足下一代移动核心网络的相应要求:

  Ÿ 在成本优化方面

  由于采用水平分工,各层面由多家更专业的公司完成,保证了效率的最大化,同时在各个层面又具有相对的规模效应,从而确保成本最大限度地优化。

  Ÿ 在快速业务引入方面

  也由于采用水平分工,电信设备提供商能更专注于电信业务的开发,而其他相应的改动如信令协议栈由其他专业公司完成,从而必然使新电信业务的开发周期大大缩短,目前业界估计可缩短至三分之一左右。

  Ÿ 在网络演进和融合方面

  由于采用和IT界类似的分工方式,下层如硬件、以至操作系统,普遍最大地继承了IT界的最新技术,从而提供了电信、IT网络融合良好的基础和可能。

  Ÿ 在网络稳定和质量方面

  由于为电信市场服务的相关各层厂家需按电信市场的要求进行从标准制定、技术设计、研发测试、现网验证和准入等电信界相关流程,而且最终的集成工作仍由对电信网络最熟悉的电信设备提供商完成,从而确保设备和网络稳定和质量。

  目前基于通用平台的网络设备已由大部分电信设备提供商逐步提供,并已在现网得到了验证,我们有理由相信在几年内将逐渐淘汰专有平台的电信设备。

  下一代移动核心网络的“网络架构水平性特征”和“设备制造产业水平分工、垂直整合特征”是符合社会和技术发展的必然趋势,必将促进电信行业顺利转型和长期发展。
 
 
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