数据核心网络扁平化演进
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇数据核心网络扁平化演进范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
【摘 要】伴随着无线网络技术从2G/3G,向着HSPA,I-HSPA以及LTE地演进,无线网络的上下行速率理论上将达到100Mbps。分组域核心网如何更加有效、快速地处理数据流量,减少网络中业务的处理节点和故障节点,最大化利用网络资源和设备资源成为下一步的研究课题。
早在2001年,3GPP组织对传统的电路域交换机进行了变革,在Release4规范中,定义了软交换架构,从而实现了电路域的控制与承载相分离的机制,软交换的低成本、集中监控等优势得到充分发挥。研究3GPP规范发现,分组域核心网的变革则如图1所示,向着LTE(Long Term Evolution)简明的网络结构和高效的分组数据处理的发展方向演进。
2006年初,3GPP会议上首先提出了Direct Tunnel(直接隧道)的功能提议,得到运营商和厂商的广泛支持,并正式在3GPP的Release7版本中定义。作为完全扁平架构的I-HSPA的组成部分,Direct Tunnel功能是迈向下一代移动网络LTE的第一步。其中,Internet-HSPA是一个完全符合3GPP标准的宽带无线接入方案,该方案结合了由3G演进而来最可行的LTE/SAE简化的网络架构。经过改善处理时延和快速切换手段,此方案可以使网络吞吐量和分组数据的处理能力完全满足流媒体和VoIP等业务。换句话说,I-HSPA架构使HSPA无线系统架构更好的应用数据业务,这基于将RNC的一部分功能放在基站侧,同时SGSN创建从I-HSPA或者RNC到GGSN之间的直联隧道.。这种网络架构在最大程度上减少了处理用户面流量的网络节点,将分组域网络扁平化,带来了数据网络架构革命性的变革。当演进到LTE,MME将代替SGSN,PDN GW和SGW将代替GGSN。
在Direct Tunnel架构中,SGSN将主要负责移动性管理、鉴权和信令面统计。SGSN根据网络的配置策略,在激活PDP Context时,决定何时建立正常的双隧道,何时建立单隧道,即直接隧道。当Direct Tunnel被建立时,用户面数据的传送将绕过SGSN,直接由RNC传送到GGSN。
2信令流程
如图2所示,在正常情况下,当激活PDP连接时,SGSN会向GGSN发送SGSN自己的用户面IP地址来建立GTP隧道;在Direct Tunnel时,SGSN将发送RNC用户面的IP地址给GGSN来建立单GTP隧道,同样,此时SGSN会发送GGSN的用户面IP地址给RNC而不是双隧道时SGSN自己的用户面IP地址。是否建立单隧道的策略是SGSN基于context-by-context的信息决定。在SGSN中可以通过MML命令配置“SGSN Direct Tunnel APN”列表,Direct Tunnel仅会在列表内的APN上建立。在下面几种情况下,SGSN将自动建立两条隧道:
当SGSN和GGSN归属不同的PLMN时;
用户漫游时,被访问的运营商需要检查交换数据量时;
SGSN上合法监听功能开启时;
SGSN上CAMEL预付费功能开启时;
当GGSN仅支持GTPv0时。
3Direct Tunnel在现网实施时考虑的问题
通常,Direct Tunnel功能在网络实施时的拓扑结构如图3所示。Direct Tunnel在现网实施时需要考虑以下几个问题:
3.1网络的IP规划
Direct Tunnel功能会影响运营商网络的IP规划,IP地址分配和路由规划必须仔细考虑。通常在非Direct Tunnel情况下,RNC会使用私网地址来连接SGSN,GGSN使用公网地址连接SGSN和GRX漫游网络节点,不同的网络接口之间路由互相隔离。实施Direct Tunnel可以有不同的IP地址使用方案。其一,RNC使用私网地址的方案。这个方案需要保证RNC使用的私网地址在整个网络中的唯一性,并预留一定的地址空间,还要打开RNC和GGSN之间的路由。GGSN目前一般采用公网地址,RNC使用私网地址时,在公网地址和私网地址的互通需要仔细规划,同时对GGSN的安全要求提升。需要通过防火墙或者路由器的访问列表来防止GRX访问RNC。其二,RNC使用公网地址的方案。RNC的数量随着网络规模的增加会不断增大,相应的对公网地址的需求也会增加,需要预留一定的地址空间,已部署的RNC如果已使用私网地址,需要做相应变更。建议RNC业务地址使用公网地址,接口地址可以使用私网地址。对GGSN的安全要求提升,同时需要通过防火墙或者路由器的访问列表来防止GRX访问RNC。
3.2网络的IP路由规划
Direct Tunnel 本身对路由协议没有特殊的要求,可以使用任何路由协议,比如静态、动态等,路由规划应该保证 RNC(Iu)和GGSN(Gn)之间 IP 路由可达。在规划时需要考虑到安全的需求:Iu接口的地址段应该在网络边界(BG)处进行过滤,从GRX 禁止访问RNC。当Iu和Gn位于不同的域内时,需要引入一个网关用于连接2个不同的域, 这个网关需要合理规划以满足GTP_U流量的需求。
3.3网络的冗余备份
Iu 和 Gn一般遵循下列冗余备份原则:
(1)在链路层提供冗余
3层冗余保护:动态路由;静态路由+ HSRP/VRRP。
2层冗余保护:生成树协议(Multiple/Rapid Spanning Tree);SDH/MSP 1+1。
(2)设备节点冗余保护
RNC:端口主备或者负载分担;
SGSN:端口主备;
GGSN:负载分担;
所有处理单元2N 或者 N+1 冗余。
3.4 网络的流量估算
实施Direct Tunnel后,大部分的用户流量会旁路SGSN,在RNC和GGSN 侧,用户面数据带宽的需求实际上没有变化,对传输的需求也没有任何变化,但是在SGSN侧,相应的需求大大减少。那么,在RNC&GGSN侧由于数据流量没有变化,因此流量核算方法和双隧道模式时保持一致,在SGSN 侧,数据流量的核算可以只考虑非DT时的数据流量需求,比如漫游、预付费、合法监听以及2G的流量,而信令的流量会略有增加。GTP_U 的流量测算需要同时考虑协议开销,不同的接口类型开销也不相同(Iu/ATM、Iu/IP),链路带宽和设备也需要根据总的流量数据配置。
目前,河南移动已经在现网测试了Direct Tunnel功能。在持续三个月的测试和验证中,PDP激活/去激活、切换、RAB释放/重建立等功能测试正常,信令连接和信令处理正常,对现网设备和计费功能没有影响。
作为LTE网络发展演进的第一步,Direct Tunnel功能已经在河南移动得到了验证,在后续的网络建设创新中,数据网络向SAE演进的研究将继续进行。
参考文献
[1]李黎. CDMA2000 1X系统仿真及移动终端的定位服务研究[D]. 北京: 北京工业大学,2007.
[2]高秀文. GpsOne移动定位服务系统[J]. 山西电子技术,2004(5): 33-34.
[3]Qualcomm. GpsOne Position-Location Technology[EB/OL]. , 2006.
[4]江雷,冯刚,香华冠,等. 基于WinCE和GPRS多媒体广告系统设计[J]. 现代计算机,2009(29): 1997-1999.
[5]韩宝俊,卢建华,闵华松. WinCE下串口通信模型设计与实现[J]. 计算机工程与设计,2008(299): 176-178.