全球各大运营商已经或正在准备进行LTE试验网建设。当LTE试验网成熟稳定后,运营商将规模部署LTE,并实现与2G、3G互联。为优化网络结构,降低网络综合成本,运营商期望将无线多接入技术统一到一个公共的无线核心网络上,即融合的无线分组核心网络。
上海贝尔UWPC系统架构示意图
如何实现无线分组核心网的融合,存在两种路径:一种是在现有部署的2G/3G核心网设备上升级支持EPC;一种是部署全新的EPC设备,向下支持2G/3G分组核心网功能,逐步替换现有2G/3G分组核心网。
EPC对分组核心网演进的影响
LTE具备更大的系统容量和更高的性能,现有2G/3G无线核心网络无法提供LTE业务所需的高性能和扩展性,为此3GPP提出了一个全新的EPC架构,支持LTE更高的吞吐量和更低时延,满足LTE提供具有增强QOE的高级实时和富媒体业务的需求。
1.EPC和2G/3G的功能比较
与2G/3G无线核心网相比,EPC具有控制平面和数据平面完全分离、扁平化IP结构等突出特点。为了适应LTE网络和多业务需求,EPC的引入带来完全不同的根本性变化。
2.EPC需求分析
LTE用户必须通过分组核心EPC接入各种应用网络,这要求EPC具有更高的可靠性和更优的性能。因为LTE网络是扁平化的全IP架构,电路域不再存在,EPC负责实时语音和视频业务,这需要端到端的QoS,有别于传统的尽力传送业务,这在无线核心网络中首次成为一个关键需求。
SAEGW汇聚来自上千个eNB和上百万用户的流量,需要更大的信令处理能力。相对于2G/3G,在EPC中已经没有RNC来汇聚流量,SGW需要直接汇聚上千个eNB的S1-U接口。特别地,由于用户快速移动导致SGW变化,会大量增加SGW的信令负荷。因此,SGW在信令处理上需要更强的扩展性,这个需求比提高吞吐量更为重要。
此外,吞吐量、时延、有效用户容量、承载建立时间、流量分析能力是SAEGW的基本需求。
融合网络需全新EPC网元
融合网络是无线运营商追求的终极目标,那么是在现有网络上升级还是新建呢?问题的关键是现有2G/3G核心网是否能够升级满足LTE长期需求?升级成本是否足够大,是否需要增加硬件?是否对现网稳定带来隐患?升级现有2G/3G网络的风险在于,原本设计支持低速2G/3G业务的产品或许无法扩展支持“扁平化”无线宽带IP网络。
1.SAEGW
当前2G/3GxGSN平台升级LTE包处理能力将会大量消耗系统容量,导致更高的时延,更低的性能,性能/功能大打折扣。现有xGSN设备升级不足以满足LTE长期需求,不具备业务扩展能力以支持LTE,需要全新的SAEGW网元。
2.MME
当前,现网SGSN基本上可升级提供MME功能,但在扩展性和性能等组网效率上远低于专为LTE设计的MME平台,主要体现在如下方面:
*大量eNB的S1接口(成千上万个的eNB/MMEvs.几百个RNC/SGSN);
*MME信令和寻呼量大大高于2G/3G网络,任何HO(eNB之间,IRAT)均需MME;
*若需增加SGSN硬件板卡支持MME的功能,则系统的承载容量和功能均受影响。
3.优化部署
EPC承载和控制完全分离特点决定了EPC网元部署方式更灵活,MME和SAEGW可独立地优化设计,如MME集中可以降低管理成本、提高运营效率,SAEGW分布利于提高网络性能。因此,现网2G/3G核心网升级难以满足运营商更低OPEX、更高性能、更高扩展性的要求。
现有2G/3G分组核心网升级可能满足融合网络的短期过渡之需,但无法优化达到大规模LTE网络部署的长期需求,部署专为LTE设计的全新EPC是最佳选择。
无线运营商演进的最终目标是为无线多接入环境提供融合的、高性能的、可扩展的无线分组核心网络。为了达成这一目标,以全新的功能强大的EPC平台建设LTE网络,然后吸收合并现有核心网网元到新建的EPC网元中,最终实现统一的融合核心网络。为了最大限度地减少对现有2G/3G网络的影响,建议分步实施向SAE融合网络的平滑演进。
第一步:新建SAE网络,LTE和2G/3G没有互联,不影响现有2G/3G;
第二步:LTE通过Gn/Gp与Pre-R8SGSN互联,MME、SAEGW支持Gn接口,实现与2G/3G网络之间的移动,不需要改造现网;
第三步:将SGSN功能集成到MME中,将GGSN功能集成到SAEGW中,逐步将SGSN和GGSN拆除,最终实现融合。
上海贝尔融合的UWPC
上海贝尔提出了高性能可扩展的融合无线分组核心解决方案UWPC(UltimateWirelessPacketCore),如左图所示。UWPC主要由几个关键融合硬件平台构成:
*7750SR无线网关:基于7750SR,单一平台支持S-GW、P-GW和GGSN;
*9471WMM:基于ATCA2高性能平台,单一平台支持MME和SGSN功能;
*5780DSC:基于ATCA2架构的PCRF平台,提供灵活的业务和计费策略控制;
*5620SAM:统一管理UWPC网元集成网络和业务管理,提高运营管理效率。
这些UWPC融合平台为高性能可扩展的融合分组核心网而设计定制,消除了现有2G/3G分组核心网存在的问题,无论从功能、性能还是灵活性上均体现了上海贝尔UWPC方案的竞争优势:
*从回程的路由汇聚、无线网关到骨干路由采用统一的7750SR平台,实现投资成本和运营效率的最大化;
*根据部署需求,7750SR软件可灵活地定义为SGW、PGW或GGSN,或SGW/PGW/GGSN共存;
*7750SR无线网关可提供160Mpps(包长300字节)的包转发性能,无需额外硬件可提供80Gbps的深度包检测(DPI)能力,远超现有GGSN或SAEGW平台;
*内置芯片基于每SDF的H-QoS机制,提供差异化QoS和内容计费功能;
*继承了7750SR业界领先的IP业务路由、高可靠(NSR/NSS/双机备份)、OAM等技术优势;
*9471WMM集成2GSGSN、3GSGSN和MME功能,提供业界领先的系统容量,无论用户容量、基站数量还是信令处理;
*创新专利寻呼算法,提高寻呼效率,减少了信令对系统资源的开销;
*数据分析工具PCMD,提供实时诊断和排除手段,优化小区和设备性能;
*5780DSC与5750SSC共平台(相同的硬件平台,共享的软件架构),便于实现无线和固网的业务策略的融合;
*端到端地统一管理EPC所有网元,并集成应用和业务管理,标准的北向接口可快速有效地实现与现网OSS集成。
向LTE平滑演进,一个高性能可扩展融合无线分组核心网是运营商追求的目标。为了实现这个目标,现网升级只是短期策略而并非最佳选择,打造一个专为LTE设计且向下兼容现网的全新EPC才是正道。上海贝尔的融合网络方案UWPC可以助无线运营商实现这个目标。