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通訊核心網技術論文

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行動通訊核心網技術發展迅猛,國內通訊網路從2G、3G到目前正在建設的4G-LTE,核心網技術也從電路交換髮展到分組交換、軟交換、到IP包交換技術,為整個通訊服務提供了越來越快的速度,越來越低的成本及客戶體驗。

通訊核心網技術論文

核心網,原稱交換,是從人工通訊時代傳承下來的名字,應用至模擬通訊時代、數字通訊2G時代、3G時代大量應用的電路交換。同時其他核心技術逐漸發展強大,如分組技術等,蠶食著行動通訊的電路交換市場,到了LTE時代,IP技術和融合技術應用全面啟用,CS電路交換技術逐漸被擯棄,IP化逐漸代替了TDM交換技術。

1 電路交換技術

電路交換的英文全稱為:CircuitSwitch,簡稱為CS。從通訊線路資源佔用的劃分上,“交換”是按照空分和時分模式動態地分配傳輸資源,在通話過程中保持資源的獨佔,在通話完成釋放相關資源。

以電路時序進行接續的交換方式是電路交換模式,從通訊運營商發展開始,語音電話的實現就是從空時分電路交換方式開始的,使用固定電話呼叫對方前,取下電話話機進行號碼盤撥號,撥號後,電話機獲取全部電話號碼傳送給交換機側,而交換側從獲得的號碼在本身資料庫中進行查詢,得到通話的方向,併為雙方建立一條預獨佔的時序作為電路連線,等整段話路都建立起來後,雙方正式佔用,並開始通話。

通話完成,其中一方掛機,交換機則立刻把雙方的所佔線路斷開,為新的通話釋放資源。因此,我們可以良好體驗電路交換所帶來的良好話音。

CS電路交換方式的主要特點是:①電路交換所佔用的最小單位是時隙,每個使用者所使用的均為64K時隙電路;②面向有連線的物理電路,體現了實時的電路獨佔性;③同步時分複用:以TDM時分複用為機制,通過空分與時分的交換方式進行連線。

CS電路交換的優點:通訊資料鏈路獨佔,傳輸可靠且穩定,資料不容易丟失,且保持原序列,缺點:電路利用率較低,長期佔用造成浪費,資源共享率低。

2 分組交換與融合通訊技術

由於電路交換技術的核心網技術裝置容量受到硬體限制、擴容的空間非常有限造成節點數量較多、裝置越來越老化、網路維護的成本高,有些裝置廠家因其技術落後不再提供裝置維保等,在IP技術普及的今天,全球運營商逐漸啟動和普及了核心網的IP化戰略。

長期演進系統網路逐漸普及之後,IP分組技術對移動網際網路的業務支撐及IP承載網路的演進起到了重要的推動作用,分組域將大力應用於IP承載控制的功能和IP資料傳送功能,而電路域的份額將逐漸降低。

IP化與融合技術使行動通訊網路演進成為了EPS:EvolvedPacketSystem。核心網側的`則為EPC,EPS系統包括無線接入網E-UTRAN和核心網EPC,而核心網的演進為:SAE:SystemArchitectureEvolution網路架構系統演進。

長期演進系統網路中的EPS系統是目前4G行動通訊網路演進的重要方向和普及方向。EPC核心網網路的主要特徵有:

①核心網全網路IP分組化,到最後電路域只是作為話音網路的備份存在。

②網路層次扁平化,減少了使用者面的節點數量,演進後取消了3G網路中的RNC網元,核心網節點在本局模式下最少可減少到只有一個。

③服務質量機制QoS進一步得到了完善,能夠支援端到端的QoS質量保證,在PCC結構中加強了計費系統管理和QoS質量控制管理;

④支援各類接入技術,如與3GPP系統的互通,同時也能支援非3GPP網路的接入,支援使用者在各種3GPP網路和非3GPP網路之間自由漫遊和切換。

⑤IP分組可以實現各類實時的業務,如話音等,通過對實時業務的更好支援,極大的降低業務連線的時延,在IP網路中實現最大速度的分組交換,實現實時業務,如語音呼叫等。

長期演進網路的EPC網路發展優勢,一是為了提高裝置效能,提供更快速的使用者資料速率,時延得到有效降低,系統容量和覆蓋率提高,直接減少了運營商的運營成本;二是基於IP分組技術的網路實現了移動性及靈活配置,可接入多種無線網路;三是傳輸網路的全面IP分組化,可使分組包在各層級網路中無需進行各層的解封裝,資料損失率降低。

為了實現全網IP化網路改造,對現有運營商的行動網路核心網部分需要進行改造,從2G/3G/4G的核心融合,逐步過渡到全IP化,EPC的最終架構是取消了電路域,所有業務將在網路中中通過各類無連線的方式無損的實現,最終實現支援E-UTRAN無線網的全IP的一個核心網。

3 IP分組化及核心網融合下的網路結構

當行動通訊網路全部演進到IP化並實現融合通訊的EPS架構之後,傳統網路結構將受到顛覆性的演變,核心網將完成2G/3G/4G的融合通訊,用一張核心網即可完成三代行動通訊無線接入,實現最大的相容網路,在提供多樣服務的同時,建網的成本將更加低廉,網路更加簡單,更加容易維護。

EPC核心網網路演變後主要網元包括MME、SGW、PGW、HSS、PCRF、AF等,而無線則簡化為只有eNodeB單一結構。

MME:LTE接入下的控制層面網元,負責移動臺移動性管理等功能;SGSN:GPRS網路的控制面網元,對PS域進行使用者移動性管理及會話管理;S-GW:EPC網路媒體層接入服務閘道器,實現類似SGSN的功能;P-GW:EPC網路邊界閘道器,提供承載控制、計費、地址分配及其他非3GPP接入等功能,實現類似GGSN的功能;

HSS:EPC網路使用者資料庫管理網元,提供鑑權和簽約等功能,實現HLR類似功能;PCRF:策略控制伺服器;AF:業務策略的提供點伺服器;eNodeB:增強型無線基站,負責無線側接入和無線資源的管理,集成了原2G/3G基站和部分基站控制器的功能。

4 結語

通訊技術發展迅速,為整個通訊網路建設提供了效能更好、利用率更高、網路成本越低廉的建網和維護方式,從而降低消費者的使用成本,提升消費者對網路的使用體驗,提高了價效比,運營方與消費方獲得了網路使用的雙贏。