2G/3G分组域核心网向4G的演进

      世界上大多移动运营商正在经历着电信市场的巨大变革：随着数据业务在营收和流量方面指数级的增长，语音业务的增长已经被忽略不计了。不久的将来也许语音业务将会被其他通信业务彻底代替。而移动宽带技术的发展，从传统的GPRS，到3G网络WCDMA/CDMA 2000的大规模部署，3.5G网络HSPA/EVDO的广泛应用，正在推动这一变革。终端用户的需求也永无止境，他们需要得到更多：时刻保持在线、更高的接入带宽、更高的接入速度、无缝移动、更低的价格。而4G LTE网络技术的成熟，将使用户的想法成为现实。

    尽管LTE/EPC具备完全支持语音和数据业务的能力，但是运营商一般都面临现网的2G/3G网络利旧和LTE网络长期共存的问题，也要综合考虑技术、市场、成本、工程等各方面的因素。演进的最终目标是独立高效的LTE/EPC网络，本文将重点分析演进中的技术问题。

演进分析

    首先，先对2G/3G PS 和 4G EPC按照3GPP的定义进行比较。

    2G和3G时代，核心网分为CS和PS域，CS提供语音服务，PS提供数据服务。2G时代控制面和用户面合一，最大下载速率460kbps。3G时代开始控制面从用户面分离，网络扁平化，可以部署Direct Tunnel。HSDPA部署后，最大下载速率超过10Mbps。进入4G时代，CS消亡，EPC提供所有电信业务，最大下载速率超过100Mbps，既支持3GPP也支持非3GPP标准接入。

    LTE网络部署对现网2G/3G的影响如下：

    ● 独立网元用户承载数量在200万~500万；

    ● 接口吞吐量从1Gbps增加到10Gbps，所以GPRS核心网相邻设备，如交换机、路由器、防火墙等需要升级支持到10GE速率；

    ● 随着用户和智能终端的增加，以及频繁的2G/3G到LTE网络的切换，需要避免网络信令风暴。

    在2G/3G PS核心网向4G EPC移动宽带演进过程中，不同阶段，运营商会面临不同的挑战。EPC部署初期，要考虑从现网核心网升级或者新建EPC。EPC服务于宽带数据业务阶段，要保证LTE网络之外数据业务继续可用，并减少多网络的维护费用。当LTE/EPC服务于所有业务，要考虑如何为LTE用户引入语音服务、所有业务操作的QoS保证和业务控制，以及现有网络是改造还是替换。

    3GPP定义LTE/EPC的整体目标是提供更好的数据速率、更低的时延，并优化包传输。在核心网EPC侧，还有一个目标是支持不同的无线接入技术，包括传统GSM/UMTS接入和非3GPP标准接入技术，比如WiFi，从而在不同接入网络之间提供移动和连续无缝的完美用户体验。

    基于以上目标，从核心网EPC的角度，在2G/3G/4G平滑演进中，有如下关键问题需要考虑：

    ● 语音QoS是帮助运营商维持并提高市场地位的关键因素，必须保证高质量的语音；

    ● 需要提供大容量的智能网络（DPI技术等）；

    ● 目标网络应该支持灵活的策略计费控制（PCC）；

    ● 融合网络，同时支持2G/3G/4G，节省投资和运维成本；

    ● 支持越来越多的互联网业务，同时提高业务管理和控制能力；

    ● 面向未来，易于平滑扩容和升级。

实施方式

    运营商有两种方式引入EPC，直接升级现网PS和新建EPC（后期融合入现网PS业务）。

    ● 传统PS直接升级

    该方式要求传统GSN支持LTE接入，能够为LTE提供大容量空间，支持全IP组网。该方式初始投资成本低，但运维成本高，而且从传统GSN升级可能会影响现网业务。

    ● 新建EPC

    该方式要求EPC可以为LTE提供大容量接入，支持全IP组网，支持2G/3G接入。该方式初始投资成本高，但运维成本较低，且新建EPC网络对现网无影响。

    不管运营商采用哪种方式，最终核心网演进的结果都是融合网络（SGSN/MME融合，GGSN/SGW/PGW融合），同时支持2G/3G/4G的接入。不同之处是从现网升级支持4G，还是新部署4G将现网2G/3G融入。

目标网络

    在融合核心网解决方案中，PS域核心网包含两种节点，智能移动接入控制器（指SGSN/MME的融合，不同厂家融合后的设备名称不一，此处简称MAC），以及融合网关（GGSN/PWG/SGW等合一，此处简称GW），如图1所示。这两个节点在网络中将控制面从用户面分离，简化网络，同时增加每个网元的集成度。

    移动接入控制器作为控制面网元，负责2G/3G和LTE用户的接入控制和移动性管理。融合网关负责用户面包传输，保持核心网中只有唯一一个节点来处理每种接入类型的用户面，使核心网进一步扁平化。扁平架构不仅意味着为运营商节省运维费用，同时也将节省骨干网的传输带宽；对用户来说，扁平的架构意味着网络会提供更好的业务质量以及更低的时延。

    EPC中除了控制面和用户面处理网元之外，UDC(User Data Convergence)解决方案在网络架构中定位是数据管理层，实现数据融合和数据的一致性，从而降低TCO。UDC方案应支持多种应用的融合，比如GSM HLR、UMTS HLR、CDMA HLRe、FNR、MNP、EIR、IMS HSS、EPC HSS等。同时还可以提供以下增强型业务：

    ● 统一用户信息共享，从而实现UMTS/CDMA/LTE/IMS用户数据的统一控制管理；

    ● 业务集成，比如在UMTS和CDMA网络之间的自动漫游、终端和SIM卡绑定、在HLR和HSS之间共享用户状态、简化MNP流程等；

    ● 为MTO跨国运营商提供统一数据管理平台，实现区域化管理。

    由于市场上出现了越来越多的多模终端，以及用户对无缝漫游的需求，即使运营商总用户数保持不变，但在2G/3G网络下或者LTE网络下的用户数量随时会动态发生变化，所以，如果是2G/3G和LTE分离的网络架构，则意味着每个网络都需要最大的网络容量，也就是更高的成本，来保证无缝漫游。融合核心网解决方案通过2G/3G和LTE软硬件资源共享，运营商可以选择仅部署一个最大容量的融合核心网，降低成本。在用户发展过程中，随着2G/3G用户逐渐转换为LTE用户，2G/3G的运维成本将逐渐减少，最终完全转换为LTE用户，融合核心网也将完全转换为EPC功能。

    随着LTE终端的发展和普及，EPS网络的部署也将越来越成熟。在网络升级过程中，平滑的、用户无感知的网络部署，不仅能为运营商节省投资，也为用户带来更完美的体验。