3G移动核心网（共9篇）
3G移动核心网 篇1
摘要：移动业务不断拓展, 其与固定网络的融合是不可避免的, 这是市场化的必然需求, 也是开发新业务的必然。因此其核心网必须进行转型以适应需求和技术的提高。本文从核心网转型的必然性出发, 分析了移动网络转型的模式, 进而引出适应3G与IMS格局的建立与完善, 并最终实现多种网络与业务的无缝融合, 以保证提供最为优质的移动数据业务。
关键词：移动网络,核心网转型,3G拓展,IMS融合
1 移动网络核心技术的转型必然性分析
1.1 移动网络技术分析
信息与网络技术结合趋势已经成为了网络技术发展的方向, 移动网络也是如此, 原有的窄带技术已经不能满足日趋提高的服务需求, 宽带、智能、多媒体的需求已经成为了移动业务发展的需求, 人们对此的需要使得移动网络技术必须进行改进与突破。因此在原有的2.5G技术的基础上3G技术成为了技术新宠。为了实现技术突破支持新一代网络技术的发展, 以2G/3G融合、IP技术为基础的IMS移动交换网络成为了移动网络技术开发的核心。
1.2 核心技术转型的必然
(1) 多业务能力。传统的移动网络只能提供较为单一的移动数据服务, 当提出一种新的服务项目就需要建立一个新的网络。随着业务需求的不断增加, 网络不能因为需求而无限制增加, 由此带来的是诸多问题, 如资源浪费、重复设置, 从而使得电信网络的运营成本增加。此时移动网络技术需要一个多功能平台, 不仅仅可以实现统一管理, 也可以为多种服务模式服务, 并实现无缝连接。
(2) 服务网络融合。从传统技术出发的业务提供形式要求网络技术垂直化, 即上层与下层的衔接必须是紧密结构, 业务开发与网络技术、结构息息相关, 要保证网络业务的差异化就必须利用不同的技术措施来支撑, 因此不同业务的相互关联是否困难, 而当前市场所需要的是高度融合化的网络服务, 因此以往的开发模式与建网技术已经不能适应市场, 因此需要一个具有融合能力的网络结构。
(3) 适应独立业务。市场经济下, 业务需求的增速度是网络建设不能完全适应的, 这与网络结构与运营模式相关, 是一对矛盾。此时就需要更多的运营商进入市场为服务提供更多的资源, 此时移动网络的开放性就成为了阻碍此种需求的障碍, 以往较为死板的经营方式已经不能适应此种需求, 所以网络核心技术必须进行拓展和转型才能适应市场需求, 提高竞争力。
2 移动核心网络转型的标准逐步完善
(1) 3GPP标准完善。在3GPP组织所指定的WCDMA相关的标准中不难看出, 其不断适应市场和技术需求, 从R99到R9有多个阶段构成, 从兼容传统的技术之外还向网络IP进行转变, 并最终为IP网络框架服务。直至3GPP R7中给出了SAE的网络架构, 及支持3GPP系统也支持相关的非3GPP系统接入, 从而将传统的移动网络与非移动网络兼容到一个扁平的SAE网络结构中, 从而实现对接入系统的用户进行移动管理并与接入网络进行无缝连接和操作, 在减少数据损失的同时支持移动IP, 这是网络融合的重要标志。
(2) 3GPP2的完善。3GPP2的发展主要分为四个阶段, 从Phase0开始就逐步进入了网络技术转变, IP引入了核心技术;而Phase1是更进一步的网络拓展, 将IP技术的核心不断发展而构成了一种强化的网络核心, 其突出的特征是拓展了分组能力, 接入与分组化的网络控制可以进行分离, 信息指令可以采用专门的通道进行传递;Phase2时, 网络IP得到了更加深层的开发, 在此技术支持下信息指令完成了可拓展开发, 并实现了IP传输, 核心网络与外接网络可以相互独立。此时传统的MS与LMSD成为了IP网络中的技术终端, 同时多媒体技术也可以引入其中。网络的接口中CDMA标准仍为主导。最后Phase3阶段, IP技术已经完全成为了网络核心技术, 其移动接口已经完成了IP过渡, IMS成为了技术终端。
(3) 移动网络拓展完善。技术的完善是网络核心转变的重点, 利用NGN完成标准化组网的时候, 主要是突出了无线网络与固定网络的完全融合, 让从事运营服务的客户完成公共网络与固定网络的数据服务, 以此来完成整个网络核心的转型, 顺利的实现固定网络与移动网络运营客户的结合, 并符合业务结构调整的需要。可以看出固定业务与移动业务的进一步融合与相互促进已经成为了业务发展的重要方向。
3 3G核心网络转型的模式分析
在原有的2G网络核心技术基础上, 未来移动网络的发展趋势将通过移动网络技术规划、建设软交换技术等完成飞跃。进一步将应用业务与承载分离, 其中MSC服务器将承担网络控制, 而多媒体网络则承担MGW话路的接入, MSC服务器和MGW在技术更新下都将具备3G能力, 做到将2G、3G融合在同一个承载网络中, 并利用IP技术完成数据传输。3G核心网络的转型可以采用多种模式, 下面就位置划分的模式进行分析如下:
(1) 汇接模式, 这种模式功能与固定网络与多媒体网络所应用的模式基本相似, 主要是保证移动网络与固定网络的IP可以实现通用。可以利用软交换技术建立一种过渡网络模式, 可以负担语音服务并同时可以安装移动通信用IP作为软交换的汇接网络平台;计费与计算等则可以利用以往的模式这样就可以降低代理客户的运营成本。
(2) 关口模式, 所谓的关口模式就是利用软交换的移动概念, HLR采用固定计算接口定位区域内的移动客户, 完成对服务性业务拓展。采用GMSC服务器将传统的移动网络MGW和多媒体网络相互关联, 完成控制与移动管理。这样GMSC服务器就成为了控制MGW和多媒体的呼叫连接, 完成对网络侧的通信管理。采用固定网络与移动网络关口模式可以降低代理客户在网络3G化改造中的费用支出, 利用公共软件硬件来完成改造, 同时降低附属设备的投入, 预计其总体改造成本将降低四成以上。
(3) 端模式, 此种模式中MSC Server的技术可以兼顾传统的通信技术与新型的CDMA技术, 并这两个系统MSC的通信控制功能和移动管理, 通常可以与VLR进行融合。MSCSrever可以控制MGW和多媒体之间的呼叫管理, 同时负责对网络侧呼叫的管理, 这样在发展的过程中, 为整个网络的可拓展性打下了一个较为稳定的管理基础。
4 3G与IMS格局的适应分析
4.1 利用软交换支持3G拓展
在原有的2G移动核心网络的基础上引入软交换的技术, 即利用软交换网络和非软交换的2G网络技术混合组网构成新的网络核心。为了方便快捷的实现此种网络构建, 此种方式不会对现有的网络结构进行改变。此区域性的软交换系统采用的是NGN平台, 控制层和承载成构成了软交换的框架, 其优势如下:
(1) 多元化协议模式, 即兼有2G与3G的功能, 支持网络技术中的GSM、3GPR等协议栈, 在控制层面利用服务器与承载功能完成对2G网络的支持并同时支持3G网络技术, MSC服务器/MGW网元提供服务, 通过软件设计还可以实现拓展, 支持3GPP R5/R6, 以此保护运营商的投资。
(2) 支持大区域的虚拟组网。MSC服务器在建网时可以设置在大区域的一个中心位置, 这些中心位置在现有网络的区域构成, 每个区域分配到一个虚拟的MSC代码, 将MGW拓展到当地而并入网络, 采用集中控制的就近接入方式组成一个大的区域网络, 提供的业务与原有的本地网络服务没有差异, 同样可以支持原有的多区号、漫游和限制、计费服务等, 对其他网元而言, 就相当于多个传统网络合并而形成容量大而局所少的模式, 以此提高了运行的质量和新业务拓展能力。
(3) 可以支持双重网络容灾。一个或者多个MGW同时连接到两个MSC服务器上, 而两个服务器互为备份, 正常的情况下负荷是分推的, 也可以采用完全主机与备份的方式服务。不论何种形式当一个服务器出现故障的时候另一个则立即接管相应的业务量, 也可进行手动操控, 这样就提高了大容量系统的容灾能力, 保障了系统的安全。
4.2 IMS接入
(1) 起始阶段, 网络应进行拓展, 即在独立性上利用CSCF、MRFC等IMS的核心技术措施与设备, 建立在PS上的设备与非实时性应用都可以满足使用功能, CS域则相应保留原有的优势业务, 如语音、视频等, 当然也可适当增加增值业务来弥补业务增加所带来的不足。网络构架方面IMS与CS是相互独立的, IMS框架是为了适应将来网络的进一步发展。
(2) IMS与CS互通阶段。整个网络发展的中间阶段是要实现IMS与CS的平滑的互通, 在CSI模式基础上, CS域用户会不断地适应多媒体业务的优势;非实时性数学承载在PS域, 实时语音、视频业务等由CS域承担;IMS则通过网络框架来降低成本, 将现原有的MSC拓展设计为MGCF, 将原有的MGW升级为1M-MGW;逐步完成多种无线、固定网络接入, 从而实现平滑互通。
(3) IMS融合, 网络拓展到最后, 就应当利用统一的IMS业务层为客户提供服务, 对原有的电路域、分组域、IMS业务进行逻辑控制;原有的移动软交换升级为MGCF所提供的电路域的接入功能;随着空口VoIP QoS问题的客服, 更多的业务在IMS中得到满足, 电路域将逐步被IMS取代, 最终实现真正的网络IMS, 为多种业务拓展提供融合平台。
4 结语
网络技术发展必须与需求接轨, 移动网络也是如此, 大量信息交互对移动网络技术的核心提出了新的技术要求。通过前面的分析不难发现, 移动网络的核心技术转型是需求与技术发展的共同结果, 即在客户端需要更加丰富的多元化服务, 因此技术发展则向着更加人性化的模式拓展。可见软交换的技术结构是目前最有利于网络融合的技术形式, 即可以保证传统网络与新技术的拓展需求, 其层次、控制、承载分离等功能可以帮助各种业务的通网络共同应用, 让多种功能满足业务拓展, 从而推动3G发展的与核心网络转型的重要动力。因此引入软交换技术对网络核心进行转型, 进而为3G与IMS格局提供必要的基础平台就成为了移动网络发展的主要内容, 并在网络和计算机技术的推动下进一步实现多网融合的局面。
参考文献
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3G移动核心网 篇2
信息通信网络发展到今天,已形成固定电话网、移动通信网、有线电视网、Internet网等多个相对独立的网络,这些网络由特定的网络资源组成,承载和疏通特定的业务。这种“一种业务,一种网络”的网络格局已逐渐暴露其固有的弊端:多种复杂的协议、复杂的.网络共存;网络管理和维护成本很高;不利于网络资源尤其是传输资源的共享不便于跨网络多功能综合业务的提供。目前,在2G移动通信网络中逐步引入分层体系结构的软交换设备组网,可提高传输效率与组网的灵活性,减少设备占地面积,降低运营成本,以实现移动网络向3G网络的平滑演进。
2. 交换网络建设总体原则
结合对某运营商交换网络现状分析的结果,本着“从市场出发,以服务、效益为目标”的前提,遵循以下建设原则。
1. 构建合理网络结构,提升网络安全能力:原则不再对TDM端局进行扩容和新建。从满足业务需求、节省投资和利于网络演进的角度出发,考虑引入软交换设备,传统交换局替换为软交换,提升软交换比重;考虑重要网络容灾,提升网络安全水平。
2. 充分根据MSC, VLR等网络的实际负荷,利用历史发展数据和相关资料合理预测市场话务需求,准确分析网络性能需求,解决现网急迫问题。
3. 对于新建端局,采用软交换设备。要求软交换设备采用和R4软交换同一平台及架构的设备,能够通过简单软件升级和增加硬件板卡支持IP化和R4。并能够平滑升级支持3G。
4. 对于新建软交换设备,须支持2G/3G互操作。
5. MSC Server的设置原则:为“大容量、少局所;集中放置、区域管理”,原则上集中设置在省会城市,对于业务量较大的中心城市,也可考虑设置,全网MSC Server的设置要统一规划。 对于非省会城市设置的MSC Server,如果同时负责管理本省内其它本地网的MGW该城市必须处在二干传输中心节点的位置,并且要确保其具备相应的维护技术力量。
6. MGW的设置原则:MGW设置在有业务需求的各个本地网,尽量放置在传输节点上,尽量考虑与BSC同局所,节省A接口传输资源。初期,MGW单系统承载的最忙时话务量建议不超过8000ERL,中后期,可以适当考虑上调。MGW要求能同时支持TDM端口和IP端口,并支持IP入+TDM出、TDM入+TDM出、TDM入+IP出,采用IP承载时能够支持IP入+IP出。
7. 网络结构应尽量简单、清晰,便于实施。网络结构应具有较大的灵活性,便于以后网络的发展。
3. 交换网络建设方案设计
针对现网交换核心存在系统负荷高的问题,根据网络性能需求分析,考虑到网络演进,通过引进软交换设备,设计规划软交换网络架构。采用传统交换机与软交换设备混合组网的方式,解决系统容量问题。实现交换网络MSC增容,一般有两种手段,最直接的方式,就是现有MSC扩容;另外一种方式就是新建MSC。现有局扩容方式,优势是工程周期短,投产快,网络分区不必做较大规模调整,有利于保持网络稳定,电源配套等项目增加投入不大;劣势是解决增容相对有限,议标方式扩容单位成本相对较高,并且需要核定处理机的处理能力是否满足,如果再需要升级处 理机,则扩容的成本将会进一步提高。
新建局方式,则可以满足各种规模的扩容,并目可以采用招标方式,有效单位造价;其不利的方面主要是,工程周期相对较长,网络分区要做较大规模调整,电源配套等项目增加投入较大。但新建局方式还有一项很重要的优势就是,可以采用更新的技术,更新的产品,从而保证投资的长效性。
结合对两种建设方式的分析、交换处理能力需求预测及容量需求预测,提出交换端局建设方案。本期工程不考虑对传统交换局进行建设。从网络向3G演进的方向考虑,对于有新增容量需求的传统交换局均采用新建软交换方式建设,新建软交换局管辖区域需要结合BSC划分方案确定,应尽量避免新建局与原有交换局间出现频繁切换从而影响网络质量,考虑到今后3G业务发展需求软交换局优先考虑管辖市区。提出以下建设方案: 城市A业务区:新建软交换MGW 1与MGW2,进行管辖区域调整,管辖部分市区BSC;
城市B业务区:新建软交换MGW2,管辖部分市区BSC;
城市C-F业务区:新建软交换MGW,管辖部分市区或郊区BSC。
软交换组网布局如图1所示。
4. 结论
本章是论文的核心部分,根据某运营商核心网现状分析的结果,本着“从市场出发,以服务、效益为目标”的前提,提出了建设总体原则:即引进R4结构的软交换设备;网络结构要简单、灵活,便于向3G平滑过渡。通过对网络资源利用情况数据的分析,重点解决各业务区系统容量不足与资源利用率高问题。通过话务量预测,确定系统性能需求。经过方案论证,设计了采用软交换设备的分层体系结构的移动核心话路网与信令网网络组网方案。
参考文献:
[1]赵慧玲、叶华,以软交换为核心的下一代网络技术「M].人民邮电出版社,.
[2]陆立、张鹏生、张华、傅娟,NGN协议原理与应用[M] 电子工业出版社,.
3G移动核心网 篇3
关键词：移动通信软交换技术信令网
中图分类号：TN91文献标识码：A文章编号：1007-3973(2010)09-040-02
1、引言
随着信息网络不断快速发展的今天，通信行业已经发生了翻天覆地的变化，用于通信的网络已经演变成为一个具有固定电话、移动通信网络、有限电视网Internet网等多个独立网络的局面。这些网络的各自目前拥有着自己的网络资源和技术，承载着自己特定的业务，这种独立的格局使得资源和技术的共享性能降低，并且由于多种协议的网络共存，增大了网络的管理和维护成本。因此，在现有的网络体系中开发新型的分层等技术，使网络朝着技术融合、业务融合、网络融合的方向发展有着划时代的意义。
2、移动通信核心网络概述
基于目前电信网络的现状和特点，移动通信核心网络要克服现有的缺点，提高网络自身的运行效率，采用分层技术是最有效的途径之一。通过分层技术进行移动通信核心网络的组建，使得移动通信的多项业务能够通过多种带宽和具有Qos的传送技术，达到业务功能和底层传送技术分离的效果。该移动通信网络技术可以满足不同的用户自由的接入移动通信的各种业务，并且保证网络的一致性和统一性。基于分层技术的移动通信核心网络的具体结构图如下图1所示。
从图l中可以看出，该网络大体上分为四层：(1)接入层：该层拥有客户各种接入移动通信网的方式和手段，并且负责保证传输经过转换的用户消息。(2)传输层：传输层是网络信令和媒体流的一个承载通道，其承载的具体方式通常有基于IP承载方式和基于ATM方式两种。(3)控制层：控制层的主要功能有呼叫控制、连接管理功能和开放的业务接口等功能，该层负责了核心网的主要功能。(4)应用层：该层负责和用户操作的具体衔接，在呼叫建立基础上为用户提供服务。这些层次之间彼此都独立存在，负责各自的功能，他们间的通信都是经过标准的接口进行，从而实现网络多业务的高效融合。
3、移动通信核心网分层技术原理
移动通信核心网络实现分层技术的关键点是软交换技术，软交换技术的实质就是一个通过分布式软件达到数据传输和控制的平台。由于具有统一的标准化协议和编程接口技术，软交换使得网络的呼叫控制、媒体传输和业务逻辑等功能在功能的具体实现上完全的分离开来的同时，也保持着互相良好统一的连接和通信。
3.1移动软交换技术原理及功能
移动软交换系统的体系结构一般分为四个功能平面：业务平面、控制平面、交换平面和接入平面，其具体结构如图2所示。系统经过分层技术后将移动通信的业务控制与呼叫控制功能分离，并且系统的媒体传送和接入功能也进行分离。
在系统的机构中，各个平面都对应有相应的功能，并且平面对应功能都是由相应的部件设备来完成。业务平面负责将系统底层的资源提供给用户以满足用户的各种业务要求和系统操作需要，该层功能实现的部件是应用服务器、业务控制点、网管服务器等等：控制平面是移动通信软交换系统的关键层，它将控制整个网络的呼叫连接建立和释放，并且负责媒体网关的接入，该层的功能实现部件为软交换设备：交换平面实际上就是负责将各种数据信号通过正确合适的通道传送到其目的地址去，实现该层的设备是标准IP路由器：接入平面是最外层，它负责将用户的各种终端软件等与核心网络相连，用户的数据信息经接入平面传入到核心网，最后到达目的地。
从移动软交换系统的整体结构可以看出，在系统中的分层技术关键点在控制平面，因此，本文重点探讨负责实现该层设各(移动交换服务器)的原理和功能。移动交换服务器是实现控制平面具体功能的设备，它在提供系统综合业务的呼叫及连接控制的同时也负责部分业务功能实现。移动交换服务器的主要设计思想是将业务，控制与传送／接入分离，与移动软交换系统中的其它实体之间通过标准的协议进行连接和通信，常用的移动交换服务器为MSC-SERVER，其主要功能包括：(1)号码分析／地址解析功能。可以完成E，164号码至移动交换服务器DPC或ATM／IP地址的转换功能。(2)移动性管理功能。该功能实现了系统的自动化管理，负责系统自动开关机、呼叫转移和定位等管理功能。(3)安全保密功能。MSC-SERVER服务器实行用户认证算法，对用户身份和信息进行密码认证。(4)呼叫控制和处理功能。该功能自动的控制着建立网络呼叫、维持和释放一系列的(5)协议处理功能。移动交换服务器处理的软交换系统是一个开放的、多协议的系统，多协议之间的通信标准由移动交换服务器统一控制。移动交换服务器的具体功能如图3所示。
3.2信令网的组网技术分析
随着移动通信的信息客户规模和业务种类的不断扩大，用户和移动通信网络的数据交互的力度也随之加大，系统的接入平面的负荷越来越高，随之而来的网络问题日益突出，因此，提高接入平面技术及相应设备迫在眉睫。其中，在接入平面中，用户使用率最高的是信令网。传统的信令网采用TDM链路，当移动通信的业务量过大时，传送的信令消息便会出现瓶颈现象，加上该链路升级带宽面临巨大压力，因此，信令网的改进采用IP信令网技术。IP信令网通过IP协议来进行承载传送消息信令，包括传送到核心网中控制平面的呼叫控制和相关业务功能的消息。在本文中，以No.7信令网为例来探讨IP信令承载技术。为了承载No.7信令，IP网络采用了SIG-TRAN协议栈。SIGTRAN协议的具体结构如图4所示。它是由三个部分的协议组成：No.7信令适配层协议、通用的信令传送协议和标准的IP传送协议。No.7信令适配层协议兼容原有的No.7信令协议，并且负责保证在不改变原No.7信令高层应用不受改变的同时，支持其原语相关管理功能；通用的信令传送协议负责保证可靠的传送各种信令；标准的IP传送协议的功能是将lP地址和相关路由规则成封装IP数据报然后以信令消息方式的传送。
4、移动核心网分层组网的设计
4.1分层组网的总体原则
移动通信核心分层组网的前提是以市场出发，以服务、效益为目标，遵循具体的原则主要有：(1)构建合理网络结构，提升网络安全能力。(2)充分根据MSC、VLR等网元的实际负荷，利用历史发展数据和相关资料合理预测市场话务需求，准确分析网络性能需求，解决现网急迫问题。(3)对于新建端局，采用软交换设备。(4)对于新建软交换设备，须支持2G／3G互操作。(5)MSC Server的设置原则上集中设置在省会城市，对于业务量较大的中心城市，也可考虑设置，全网MSC Server的
设置要统一规划。
4.2组网的具体方案设计
基于对组网总体原则的探讨和分层技术原理的研究，本文提出了一种在原有网络的交换端进行建设的方案，该方案从3G网络的发展方向出发，对网络新增的交换局均采用新建软交换方式建设，新建软交换局必须保证与原有交换局频繁切换的网络质量。由于移动通信核心网的分层技术关键部分是控制平面，所以本文着重讨论移动软交换服务器MSCServer的建设方案和信令网的设计。
在MSC Server建设方案方面。由于MSC Server服务器的设置和MGW的MSC Server相对应的关系，其直接关系到通信网络的城市的二干传输线路，因此，MSC Server服务器的位置应该尽可能的布置在二干传输节点上，从而方便组织网络的同时，覆盖多个MGW。同时由于IP承载网规划设计时应该保证IP骨干节点的设置与MSCServer的设置一致性，也就是说，在一定程度上MSC Server的局址选择也直接影响到IP承载网的布置结构。因此MSC Server局址选择在大中型城市的二干传输节点上能够保证组织传输路由，满足网络的安全性，网路组织的便利性、维护管理水平、局房条件。用户规模及今后软交换网络发展等。同时，为了安全，MSC Server大容量设置时必须制定备份策略。
在信令网的设计方面。本文讨论的信令网是三级结构的No.7网。由于本次设计在原有网络的交换端引入了软交换设备。因此，为了降低对原有的网络影响，在短时期内取得较好的信令传输效果，本信令网的设计保留原有TDM承载方式，保留原有的各传统局信令组网方式。对于新增加的软交换架构，其MGW之间的采用IP方式传输信令。通过相应的网络设备可以实现IP的连接。软交换设备与现有移动网络信令点设备的互通方式采用MGW内置SG通过TDM接口与现有信令网连接。
5、结束语
随着移动通信业务和技术的发展，采用分层技术取得的网络质量突破的研究日趋成熟，而软交换作为分层技术的重要手段，其效果已经得到了业界的认同，为了取得更高的效益，推动即将到来的3G时代，移动的运营商开始在2G核心网中引入该技术，该技术的引进在解决目前的2G交换网存在的信息传送瓶颈问题的同时也给移动通信2G核心网络向3G网络的平滑过渡积累了宝贵的经验。
参考文献：
[l]赵慧玲，叶华，以软交换为核心的下一代网络技术[M]，北京：人民邮电出版社，2002
[2]陆立，张鹏生，张华，傅娟，NGN协议原理与应用[M]，北京：机械工业出版社。2004
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[5]杨放春，孙其博，软交换与IMS技术[M]，北京：北京邮电大学出版社，2006
3G核心网支撑软件设计 篇4
1 支撑系统组成和基本功能
支撑系统 (OSS) 实现基于单处理机的进程调度、内存管理、定时器管理、文件系统、VOS和基于多处理机的进程间通信等功能, 为上层应用屏蔽下层硬件体系结构的细节, 提供稳定、高效、可靠的系统服务。
根据支撑系统的需求, 可将支撑系统分成以下几个模块:调度管理模块、内存管理模块、定时器管理模块、进程通信模块、文件系统模块、异常处理模块、VOS模块。支撑系统的总体框架如图1所示。
2 支撑系统各模块设计说明
2.1 调度管理模块设计说明
通信系统中应用软件一般以应用进程的形式在系统中挂接到相应的任务上运行, 调度管理模块完成系统中任务与进程的启动。任务的启动按照给定的先后顺序进行启动, 并将进程创建到相应的任务下。任务由嵌入式操作系统完成调度, 而承载于任务中的进程由调度任务再次调度, 即二级调度机制。
在系统启动过程中, 首先根据任务配置表中登记的任务信息初始化任务控制块 (TCB) , 然后根据进程配置表中登记的进程信息初始化进程控制块 (PCB) , 并将进程挂接到相应任务中等待消息, 最后调用启动接口进行应用层的启动。应用启动接口是留给用户编写, 在该接口中主要完成向某些进程发送上电消息, 使整个应用系统运转起来。
参与调度的任务和进程都有自己的消息队列, 任务和进程接受到消息进行处理并完成状态的跃迁。进程向同一任务下的进程发送消息时直接将消息放到接受进程的消息队列中, 向不同任务的进程发消息时将消息发给接受进程所在的任务的消息队列, 然后由接受任务完成消息的派发。
进程状态有三种:就绪 (ready) 、运行 (running) 、阻塞 (block) 。当程的消息队列里有消息时进程处于就绪态, 等待CPU资源运行;当进程得到CPU时就处于运行态;进程因等待消息或资源时处于阻塞态;
进程的状态转换如图2所示:
本模块还要定时定时监测CPU的负荷、内存使用情况、定时器使用情况等。
本模块对上层应用进程的提供的接口见表1。
2.2 内存管理模块设计说明
通信系统中各应用进程往往会有各种相同数据结构大量申请的现象, 支撑系统采用UB池的管理机制实现对堆的动态申请和释放, 保证动态申请内存和释放内存的实时性, 并且使内存碎片的产生在可控的范围之内。
每个UB池被分成若干个内存池, 每个内存池包含相等数目的内存块和内存头, 同一内存池中的内存块大小相同。内存池由循环队列进行管理, 以达到实时性。内存块的大小从64字节按2的倍数增长。内存块个数可以根据应用需要在文件中自行配置。
每个内存池由一个循环队列来管理, 队列、内存头和内存体之间的关系图如图3。申请内存块时从队列中取出的一个内存头指针, 可以指向任何一个内存头。
本模块提供的主要接口见表2。
2.3 定时器管理模块设计说明
本模块对上层应用提供定时器的设定、删除和软时钟功能。定时器分为绝对定时器和相对定时器。
绝对定时器精确到秒, 算法比较简单。只要把所有绝对定时器按照时刻长短组成一个双向链表, 设定到时最早的排在队列首部, 到时最晚的排在队列的尾部。定时器扫描任务在每个扫描周期内扫描队列首部的定时器, 如果到时就把该定时器从队列首部摘除并向调度任务发送到时消息, 接着扫描任务扫描下一个定时器, 直到首部定时器没有到时或者队列为空。
相对定时器算法较复杂, 采用循环多队列算法, 根据定时器的定时长分为两种算法:
对于时长小于或等于L相对定时器算法, 支撑层维护了一个系统游标, 该游标表示系统当前时刻, 它可以是0～L-1间的任意值。每个定时器定时长都是相对于系统游标的以TICK为单位的偏移, 定时器扫描任务每扫描一次, 系统游标加1, 即所有定时器寿命减少了一个TICK。支撑层把和系统游标有相同偏移的所有定时器组成一个队列, 该队列的所有定时器是同一时刻超时, 因为它们和系统游标的TICK偏移都相同。假如要设置一个时长小于或等于L个TICK相对定时器, 该定时器所在短时队列在TickArray[L]的位置可如下计算:
(游标位置+设定的TICK数) mod (L)
对于时长大于L个TICK相对定时器算法, 支撑层创建一个字节型数组TidArray[L], 其中L对应于系统所允许设置最大定时器数目, 每个成员的值表示具有相同索引号的TMCB是否设置。同时, 支撑层也维护了一个系统游标, 用于标识当前系统时间, 其值在0～L–1间变化。经过一个扫描周期, 系统游标的值加1, 系统游标从起始位置开始转一圈再回到原位置恰好需要L个TICK。如果在定时器设置阶段, 支撑层给每个定时器一个补偿值, 扫描任务就可以认为系统游标每次移动到新位置都是转了一圈, 即经过了L个TICK, 所以就把新位置对应的定时器时长减去L个TICK。如果减去后的结果小于或等于L就把该定时器从TidArray中摘除, 并添加到某个tick队列里, 也就是定时长小于或等于L的定时器队列尾部。
本模块提供的主要接口见表3。
2.4 文件系统模块设计说明
本模块为应用程序提供统一的文件操作接口, 屏蔽底层操作系统和不同存储介质存取数据的具体实现细节。
在前台驻留文件进程, 接收前台应用发送的同步消息和后台发送的异步消息, 对本地文件或远程文件进行相应的操作。借助前后台通信机制, 后台与前台文件进程进行通信, 后台向文件进程发送异步消息, 实现后台对前台文件的操作维护。
2.5 进程通信模块设计说明
进程通信模块是支撑系统的最主要模块之一, 进程间进行通信时用户无须知道进程所处的位置, 只要指定进程的PID。进程间通信分为异步通信和同步通信, 进程发送同步消息后进程挂起等同步消息返回后再继续处理, 同步消息只限于本板内 (同一CPU内) 。
2.5.1 同一CPU内进程通信
根据接受进程PID, 取出接受进程的逻辑地址, 如果在同一CPU内则查进程登记表, 如果是同一任务内进程则将消息发送到接受进程的消息队列;如果是任务间通信, 则将消息发送到接受进程所在任务的任务消息队列。
2.5.2 不同CPU间进程通信 (板间通信)
如果接受进程的逻辑地址表明接受进程不在本板, 则首先查找连接表, 如果没有找到接收PID所对应的套接字, 即和该PID节点之间没有链路 (第一次发消息有这种情况) , 则从连接表项中取出PID对应的IP地址, 创建套接字, 发起连接。将消息拷入套接字的发送队列, 并将套接字加入套接字写描述符集, 返回成功。
本模块提供的主要接口见表4
2.6 异常处理模块设计说明
应用系统运行时难免发生已成, 本模块的主要功能是在异常发生时, 通过底层操作系统截获所发生的异常, 对异常现场的详细信息进行保存, 对异常点进行定位, 对发生异常的任务/进程的堆栈进行回溯分析, 得到异常发生前的函数调用关系, 为应用层提供挂入其自行开发的恢复策略的接口。
系统中可能出现的异常分为两类:一种是;另一种是用户管理的数据结构的崩溃, 如用户管理的内存不正常耗竭, 用户定义的全局变量的内部失去一致等等。
当代码的运行触发了硬件异常时 (如除零, 访问非法地址) 底层操作系统会直接接管系统的控制权, 并调度异常处理任务进行异常的分析处理;当用户管理的数据结构的崩溃时 (如用户管理的内存不正常耗竭, 用户定义的全局变量的内部失去一致等等) 异常处理模块提供一种异常抛出机制, 会导致系统调度异常处理任务进行集中的异常分析处理。
Vxworks在进行初始化时, 为异常处理保存空间, 该空间在操作系统重启时, 将不会得到处理和清零, 同时VxWorks不会使用该内存。
2.7 VOS模块设计说明
支撑系统基于商用操作系统, 支撑层采用VOS可屏蔽各种商用操作系统的差异, 对上层提供统一的与底层操作系统无关的接口。目前的商用操作系统包括Vx Works和Windows NT。引入Windows NT的目的是为了方便应用流程的调试。
VOS对操作系统 (VxWorks和NT) 进行封装, 主要实现调度控制、内存管理、时钟管理、信号量操作、消息队列操作等接口API。
3 总结
本文对支撑系统的框架和各模块的设计方案进行了论述, 据此方案设计的支撑系统在某产品的3G核心网中得到充分的应用, 可方便移植到其中嵌入式操作系统之上, 广泛应用于其他通信系统和一般的大型电子系统中。
摘要：通信系统中广泛使用嵌入式操作系统, 为了降低应用软件开发的难度, 在通信设备中引入嵌入式操作系统支撑子系统。操作系统支撑子系统建立在商用系统之上, 实现了进程调度、内存管理、定时器管理、文件系统等功能, 为应用软件提供运行环境。
关键词：嵌入式操作系统,支撑子系统,进程调度
参考文献
[1]WindRiver Inc.VxWorks Programmer’s Guide.2000.
[2]何先波, 宋钰.《基于无线网络控制器的嵌入式操作系统支撑层设计与实现》.计算机应用研究, 第27卷第五期, 2010年5月.
3G移动核心网 篇5
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。
二、演进分析
2G/3G PS和4G EPC的差异
为了平滑的演进, 先对2G/3G PS和4G EPC按照3GPP的定义进行一个比较
(1) 核心网分为CS和PS域, CS提供语音服务, PS提供数据服务; (2) 控制面和用户面合一; (3) 最大下载速率EDGE 460kbps。
(1) 核心网分为CS和PS域, CS提供语音服务, PS提供数据服务; (2) HSDPA部署后, 最大下载速率大于10Mbps; (3) 可以部署Direct Tunnel, 控制面从用户面分离, 网络扁平化。
(1) 控制面从用户面分离, 扁平网络; (2) CS消亡, EPC提供所有电信业务; (3) 最大下载速率大于100Mbps; (4) 既支持3GPP也支持非3GPP标准接入。
(1) 独立网元用户承载数量在2-5百万, 甚至更多; (2) 接口吞吐量从1Gbps增加到10Gbps, 所以GPRS核心网相邻设备, 比如交换机, 路由器, 防火墙等需要升级支持到10GE速率; (3) 随着用户和智能终端的增加, 以及频繁的2/3G到LTE网络的切换, 需要避免网络信令风暴。
运营商面临的挑战
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
(1) 现网核心网升级或者新建EPC; (2) 初始阶段部署的关键技术 (和现网的互操作) 。
(1) LTE网络之外数据业务继续可用; (2) 减少多网络的维护费用。
(1) 如何为LTE用户引入语音服务; (2) 所有业务操作的Qo S保证和业务控制; (3) 是现有网络改造还是替换?
LTE/EPC演进中的关键点
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GU (GSM/UMTS) 接入和非3GPP标准接入 (non-3GPP) 技术, 比如Wi Fi, 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2/3/4G平滑演进中, 有如下关键问题需要考虑: (1) 语音Qo S总是吸引用户的第一要素, 也是帮助运营商维持或者提高市场地位的关键因素, 所以必须保证高质量的语音; (2) 移动宽带 (Mobile Broadband) 对大多数的3G/4G运营商来说总是杀手锏, 所以需要提供大容量的智能网络 (DPI技术等) ; (3) 目标网络应该支持灵活的策略计费控制 (PCC) ; (4) 应该是融合网路, 同时支持2/3/4G, 节省投资成本和运维成本 (OPEX and CAPEX.) ; (5) 应该支持越来越多的互联网业务, 同时需要提高业务管理和控制能力; (6) 面向未来, 易于平滑扩容和升级。
三、目标网络
在演进初期, 通过现网PS直接升级, 或者新建EPC两种方式来改造网络。不管运营商采用了哪种方式, 最终核心网演进的结果都是融合的, 不同之处是从现网升级支持4G, 还是新部署4G将现网2/3G融入融合核心网解决方案通过2/3G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, 保证2/3G和LTE所有业务正常运营的同时降低成本。随着2/3G用户逐渐转换为LTE用户, 2/3G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。
四、结束结
随着LTE终端的发展和普及, EPS网络的部署在通讯行业也将越来越成熟。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, 也可以为用户带来更完美的体验。本文对核心网从2/3G PS平滑升级到EPC进行了分析, 并给出了实施方案, 实际应用中还有一些细节需要关注。
参考文献
3G移动核心网 篇6
随着移动通信、数据通信和光纤通信的飞速发展, 通信业务需求日益膨胀。通信业务的不断发展和频谱资源的日益短缺, 驱动了3G的产生。移动通信从最初的GSM (2G) , 发展到GPRS (2.5G) , 到现在的3G, 中间经历了各种不同技术的竞争, 也出现了不同的发展方向, 其中谁也没有一统天下的技术优势, 导致了现在三足鼎立的局面。目前的TD-CDMA/WCDMA是从GSM发展而来的, 沿用了GPRS核心网的技术, 也就是通过GPRS核心网连接外部的Internet, 隶属于3GPP1标准组织, 其中TD-CDMA是我国提出的技术标准, WCDMA是欧洲技术标准。另外一个技术分支CDMA延伸发展成为CDMA 2000, 该技术是隶属于3GPP2标准组织, 在核心网部分不需要GPRS转接, 而是由PSTN设备直接连接Internet, CDMA 2000属于美国标准。目前3G已然成为通信行业内最为热门的一个话题, W CDMA、TD-CDMA、CDMA 2000, 各种技术各有所长, 令人眼花缭乱。目前大家都在思考具体应该使用哪种技术, 哪种技术更适合我们, 谁才是标准。对于目前的这些纷争, 网络安全管理人员应该有自己独到的见解, 应该看到背后的问题。不管是哪种传输技术, 哪个频段, 最终应用的目的都是使手机能够连到Internet上。任何跟Internet有关的东西都不可避免地要受到病毒与攻击的侵扰, 这已经成为Internet的一个挥之不去的阴影。尤其是在当前全IP的形式下, 该问题尤为突出。所以3G的安全问题, 特别是3G核心网的安全问题很值得我们深思。
网络安全问题目前已经受到人们越来越多的关注, 蠕虫病毒和攻击行为正在渗入公共网络, 对公共网络造成相当严重的威胁。网络安全问题除了威胁到公共用户以外, 也波及网络经营者。在这样的背景之下, 对于网络营运者来说, 业务网络与核心网络的安全形势十分严峻。
二、安全机制替代传统模式
在与应用开发商和运营支撑系统集成商的交流过程中了解到, 小型应用程序、网络元素的各种营运者通常关注系统的特色功能以及开发能力, 将它们视为核心竞争元素。而在电信运营商方面, 北京邮电大学通信网络综合实验室的研究员认为, 电信运营商虽然深知安全性是网络系统中一项重要要求, 传统的思路并不将网络安全性视为基础架构核心能力的组成部分。但随着网络演进提速和安全威胁加剧, 电信运营商要想确保基础架构投资得到保护, 则需要改变传统的思维模式, 确立以安全性为中心的理念, 指导其运营团队开展网络构架和相关元素的开发工作。
1.针对网络高速发展中面临的安全隐患, 专家认为应该通过建立完整的不同于传统模式的监控机制来应对安全隐患, 防患于未然要比出了问题再处理更有效。更进一步来说, 安全机制中应包括跟踪系统, 首先它要面临各种不断变化的安全威胁。启用严格的网络安全机制, 关闭所有不使用的网络服务, 尽一切可能防止非法用户通过非法途径入侵设备。通过隔离过滤、监测、认证等各种加密手段来降低用户遭受攻击的可能性, 并且检查和记录攻击发生的可溯源性。
随着目前网络向NGN和3G的演进以及互联网业务的多样性和融合性, 网络安全问题日益加剧。NGN的主要组件包括面向服务的架构 (SOA) 和3GPPIP多媒体子系统 (IMS) 。SOA是一个由服务交付平台 (SDP) 组成的应用程序层, IMS是一种智能通用控制层, 多媒体子系统和服务交付平台组成的应用程序是架构NGN的主要组件, 虽然这两个系统相结合能将基础构架组织成为可互换的智能模块, 提供灵活快速的服务, 降低新业务的运营成本, 但这种构架的开放性也带来了更多的安全隐患。因为这种开放构架下的核心网络将使更多使用者进入, 使无线网络和网络基础构架很容易受到攻击侵袭, 存在更高的安全隐患。因此需要权衡利弊, 慎重选择。
2.新技术组合的现身。目前针对3G核心网安全漏洞的全面监测与治理机制已纳入网络安全解决方案的设计中, 设计者主张通过安全评估来指导网络管理、渗透测试、集成工程设计, 从而识别和验证网络系统以及程序当中的疏漏, 杜绝这些漏洞被外部和内部未授权访问者利用, 以保证网络系统内部不被入侵者突破最后防线。目前赛门铁克、华为、Juniper、联想网域等厂商均已推出了相关解决方案和服务。
3.链接成为无线网络安全新威胁。SMS和MMS已经成为垃圾邮件和网络钓鱼活动的新媒介, 部分原因是对部署这些服务的设备所采用的技术和程序防御措施尚不成熟, 或未像应用于其他平台的防御措施那样广泛部署。此外, 移动终端用户通常认为通过SMS和MMS接收信息比通过台式机中的电子邮件来接收信息更能彰显个性。另外, 到目前为止, 针对这些层面的威胁并不常见。因此, 用户更有可能相信这些信息, 唯命是从。对攻击者而言, 与以特定的移动操作系统为目标相比, 以SMS和MMS为目标能够得到更多好处。SMS和MMS已经非常完善, 并且部署广泛, 几乎所有网络上的任何移动通信终端均可使用, 与智能手机相比, 它们拥有更庞大的目标用户群。专家预测, 基于SMS和MMS的网络钓鱼及垃圾邮件将继续增长。面对这一状况, 移动运营商可能不得不在过滤技术上进行投资来应对。这个问题的诱因是, 有许多基于互联网的不同SMS网关, 这些网关允许用户提供自己的出生日期或姓名, 从而可能被仿冒并用于发送垃圾邮件。
2G GSM/GPRS网络的安全隐患。在GSM (全球移动通信系统) /GPRS (通用分组无线服务) 网中, BSC (基站控制器) 与MSC (移动交换中心) 的网络结构是一种树形结构, 每个BSC只能被一个MSC控制, 如果MSC发生故障, 则其管理的BSC就不能正常工作, 造成该服务区内业务的中断。R99阶段容灾技术。在WCDMA R99阶段, 核心网组网与GSM/GPRS网络基本一致, 只是把原来的MSC进行软硬件升级, 以支持WCDMA的接入, 因而仍存在着与GSM系统一样的安全隐患, 解决办法仍是设备级保证和小容量MSC技术。
4.设备级保证。MSC Server硬件系统可采用单板备份、负荷分担、冗余配置等可靠性设计方法, 并通过优化单板和系统的故障检测/隔离技术来提高系统可维护性。软件系统可采用模块化设计, 通过专业的容错能力、对故障的监视系统及对故障的合理处理来保证设备的可靠性。在MGW中, 可采用模块化设计, 使部分模块变化不会对其他功能模块造成影响。设备的业务单板应支持多种备份和负荷分担方式, 避免单点故障。风扇和电源也应采用冗余设计, 并提供多种告警处理机制。此外, 还可通过多级用户权限管理、防火墙功能、密钥、鉴权等方式, 提高业务安全性, 从而提高系统性能和业务质量。
我国出台的《信息安全技术信息系统灾难恢复规范》 (以下简称《规范》) 中明确定义:灾难是由于人为或自然的原因, 造成信息系统运行严重故障或瘫痪, 使信息系统支持的业务功能停顿或服务水平不可接受、达到特定的时间的突发性事件, 通常导致信息系统需要切换到备用场地运行。
由此可见, 灾难不仅有自然的原因, 也有人为的原因。对于信息系统的连续性运行来说, 灾难的范围很宽泛。因为自然灾害或其他原因造成数据丢失的案例经常发生。事实上, 要保持业务连续性, 最大的威胁并不是来自于火灾、地震等小概率、大影响的灾难, 而是更多地受到诸如人为错误、流程缺陷等事件的威胁。虽然它们对业务的影响力远不如那些重大灾难, 但是它们却时刻潜伏着, 一触即发, 同样会造成致命的打击。所以灾备系统的建设, 不仅仅是IT技术上的实现, 更多的是整个体系以及灾备流程的建设。
(1) 基于存储镜像复制技术。基于存储镜像复制技术的灾备方案的核心是利用存储阵列自身的盘阵对盘阵的数据块复制技术实现对生产数据的远程拷贝, 从而实现生产数据的灾难保护。在主数据中心发生灾难时, 可以利用灾备中心的数据在灾备中心建立运营支撑环境, 为业务继续运营提供IT支持。同时, 也可以利用灾备中心的数据恢复主数据中心的业务系统, 从而能够让业务运营快速恢复到灾难发生前的正常运营状态。
盘阵之间的镜像复制技术的主要特点是不占用主机CPU、内存、I/O资源, 并且与主机操作系统无关, 对应用系统影响比较小。这也是目前最成熟, 应用最广泛的灾备技术。其缺点是生产中心和备份中心需要采用同厂商同型号的存储设备。
(2) 基于SAN网络复制技术。基于SAN网络复制技术, 是近年来比较新的一种技术, 此技术实质是在SAN网络中增加一个虚拟存储管理设备, 根据厂商的不同可以直路部署或旁路部署。基于SAN网络的复制技术支持异构存储设备, 并且对于主机端来说是透明的, 当数据中心拥有多个厂商的磁盘阵列时, 比较适合。缺点是对后端存储I/O速度有影响, 成熟度还有待提高。支持此技术的厂商有IBM SVC、EMC invista、Falcon Ipstor等。
(3) 基于操作系统卷复制技术。基于操作系统卷复制技术工作在主机的卷管理器这一层, 通过磁盘卷的镜像或复制, 实现数据的容灾。这种方式也不需要在两边采用同样的存储设备, 具有一定的灵活性, 但复制功能会占用主机的一些CPU资源, 对主机的性能有比较大的影响。因此, 这种方法的可扩充性较差, 实际运行的性能不是很好。基于主机的方法也有可能影响到系统的稳定性和安全性, 因为有可能导致不经意间越权访问到受保护的数据。
(4) 基于数据库逻辑复制技术。基于数据库的复制技术是一种逻辑复制技术, 支持异构存储、甚至是异构操作系统平台。它的工作原理为通过分析生产数据库的重做日志, 生成通用或私有的SQL语句, 然后传输到备份数据库上进行Apply应用。这种数据复制的优点是可以与底层存储无关, 跨平台, 速度较快。缺点是占用主机资源, 并且对某些特殊数据类型支持不好, 有些DDL操作语句也不支持, 当业务系统中有随机产生的数据时, 数据一致性无法得到保证。
浅谈移动核心网的发展 篇7
一、移动核心网的发展历程
(1) 第一代移动通信系统。在这个阶段移动核心网主要是通过交换中心以及公众电话交换网来完成连接的。并且在信息的连接过程中, 交换中心与公众电话交换网之间必须还要依靠移动台和所属基地来建立联系, 从而达到信息沟通和传递的目的。在这一个阶段中移动核心网与我们一般所使用的有线电话差别不是很大, 最大的区别就是移动核心网能够对移动台的位置进行记录和管理, 从而实现用户移动状态的电话通信。 (2) 第二代移动通信系统, 也就是2G通信系统。对于2G系统的发展分为早期和后期。在早期的移动核心网发展中核心组件仍然是移动交换中心, 它的工作原理和性质和第一代移动通信系统基本上是一样的, 唯一的区别是第二代核心网络能够提供点对点的短信业务, 这使得整个2G通信系统能够运用数字的寻呼业务以及广播式的信息业务。而在2G通信系统发展的后期引入了GPRS技术, 也就是通用分组无限服务技术。这种技术突破了原有的移动核心网只能通过电路交换的模式, 实现了与外部IP进行数据连接的目的。 (3) 第三代移动通信系统, 也就是3G通信系统。3G通信系统与前面两代系统相比发生了显著的变化。早期的3G核心网包含了电路交换域和分组交换域两个电路, 其中电路交换域的功能和2G核心网基本相同, 但是更为优化, 能够实现网络承载的IP化。而3G核心网的分组交换域则可以通过GPRS技术为用户提供分组型数据业务。随着3G通信技术的发展, 分组交换域逐步的被以IP多媒体系统为核心的交换域所取代, 它除了具备原有的功效以外还能为IMS提供承载, 从而实现对于多媒体业务的支撑。
二、我国移动核心网发展趋势
(1) 宽带分组域将发挥重要作用。通过引入LTE, 促使宽带分组对移动互联网的业务以及IP承载网都产生了重要的影响, 能够帮助完成IP系统的承载控制和传送功能。另外EPS也是未来移动网络发展的新方向, 能够系统的满足人们对于网络发展的新需求。它主要包含了无线接入网和核心网EPC两个方面的内容。其中EPC和LTE的目标基本是一致的, 都能够提高网络的性能、数据使用率和降低成本, 还能够使IP传输网络得到进一步的优化。 (2) IMS是未来融合网的核心架构。IMS主要包含了3GPP、3GPP2以及TISPAN等内容, IMS对各种各样的业务的控制能力占到绝对的优势, 尤其是在LTE引入的阶段。IMS能够得到广泛发展一个重要的因素就是业务能力的平台是否得到开放, 所以现在很多运营商都在尝试将IMS的业务能力与IP互联网技术相结合, 这样就能扩大IMS的发展范围和应用领域。 (3) RCS的进展, 除了一般的语音通信以外, 还通过RCS为用户提供更多的图片、视频以及文本等信息内容。对于RCS的开展, 不仅仅要对其业务能力和范围进行了解, 还需要对其网络能力进行提升。由于RCS业务与网络的发展是RCS的拓展的基础, 所以互联网需要与通信的基础能力进行有机的结合, 此外还需要将信息服务与通信基础能力结合, 最后是LTE技术的运用同样也要提升基础的通信能力。这样就能够不断的拓展RCS的发展, 奠定其良好的网络基础, 不断的做好RCS与传统电信能力和互联网应用方面的桥梁作用。
三、总结
科技的发展是开拓网络业务的关键, 随着社会的快速发展, 移动核心网正在进行深刻的变革, 主要是围绕通信事业的业务、网络和运营这三个方面的内容展开的, 它们之间相互影响相互促进, 从而逐步的改善移动通信事业的发展。文章主要从移动核心网的发展历程以及我国移动核心网发展趋势研究两个方面进行了阐释, 从而对移动核心网的发展内容进行了分析, 只有不断的利用新型的信息技术以及把握移动核心网的发展趋势, 才能不断促进我国移动通信事业的发展。
参考文献
[1]纪弘.全业务下移动核心网引入IMS的策略探讨[J], 移动通信, 2008
[2]周艳丽, 刘立宇.移动核心网转型以适应未来3G、IMS格局的几点分析, 移动通信, 2006
移动软交换核心网IP化实现 篇8
1 网络改造架构
全IP网络的建立可提高服务质量以增加用户数量,是移动运营商积累企业价值并迎接将来市场挑战的主要途径。因此,其已成为各大运营商将争抢市场的战场[2]。全IP构架可分4层,包含了从接入到传输,从核心到数据的各个方面,所以将全网络IP化的工作量很大。文中依据架构中的4个层面,从核心发展到网络的边缘,具体按以下3个步骤实现IP化[3]:(1)应用R4交换构架,通过承载分离以及控制来完成长途网中的IP承载,如图1所示。(2)通过软交换改造关口局以及端局,将核心网络逐步IP化,如图2所示。(3)在各种基础准备完成后便可完成全网的IP化。
由图2可知,经站点接入方式接入IP专用承载网络,由此实现2G网络的软交换IP化。其中,MGW之间呈现网状结构,其是在IP专用承载网络基础上实现的,而与MSC Server程星状结构相连。经CMN节点和网状结构分别连接了省际和省内的MSC Server[4]。另外,可通过重置直达电路实现TDM和软交换设备间的连通,TMG转接也可实现此连通。统计新增的SCTP、M3UA信令和BID话务路由的相关数据是MSC Server中需要关注的。而在MGW中,必须注意各链路的带宽,及时处理SCTP的丢失复传和拥堵等问题,关注媒体流和IP占用带宽状况,特别是因带宽不足需引起媒体流拥堵而产生拒呼等情况。
为确保用户能随时以任何方式进入网络当中,网络运营商积极探索了网络融合的应用。在各方面的配合下,推动了网络、业务和网络终端的融合,使整个行业的融合成为了可能。用软交换系统完全替代以往的电路交换系统,在IP化之下实现各种网络的联合,从而降低新兴3G网络的投资成本。为方便分层管理,各大运营商相继接入CMN,从而达到清晰明确管理网络的目的。其后,在保证网络使用质量的情况下,尽量利用IP化的各种优势,进行集中管理和控制成本。通过使用R4,使得现有网络以至于整个网络系统更为顺利地过渡到未来演进的路程中,向NGN模式缓慢靠拢。
2 地区核心网IP化改造组网方案
2.1 话务网组网方案
移动本地网引入软交换设备后,其话务网的组织方式与现有2G网络相同,即本地网MGW和各自归属汇接区的TMSCZ以及TMG设置中继电路,用以疏通其长途话务;MGW与本地网内的其他移动端局之间依据现网情况设置直达中继,用以疏通本地网内的话务,同时和本地网内的GW设置直达电路,用以疏通互联互通话务。软交换端局BSC的接入与TDM端局BSC的接入方式一致,MGW与BSC之间开设直达的TDM链路。为充分利用IP承载的优势,长途话务的路由采用近入远出的原则进行路由疏通。在软交换引入IP承载方式后,将采用扁平化的组网方式。MGW之间的话务直接通过IP承载网进行疏通,无需经过汇接。而采用IP方式承载的MGW采用全网扁平化一级组网模式,直接通过底层IP专用承载网进行疏通,并利用RTP/RTCP/UDP/IP协议栈通信。
2.2 信令网组网方案
移动本地网引入软交换设备后,软交换MSCServer独立于本地网之外集中设置,负责移动性管理和呼叫处理等信令处理功能,MGW不处理任何信令消息。由于MSCServer可控制多个MGw,因此MSCServer作为ZG网元接入现有2G网络的七号信令网,应支持多信令点功能,以便逻辑上将MSCServe及所辖的MGw划分为不同移动交换端局。MSCServer和MGW均应支持和设置内置SG。 通过MGw内置的信令网关,软交换端局与本地网内的其他MSC、GW及TMSCZ设置直联信令链路,负责实现ISUP消息的疏通。而MSCServer与BSC间的BSSAP信令,由MGw内置SG进行转接,在Server与MGW间采用IP承载,MGW与BSC之间采用TDM承载。当通过MSCServer内置SG,MSCServer可与HLR、SCP、SMS等设置信令链路,转接MAP/CAP等TDM信令。 MSCServer之间采用BICC信令,基于IP承载,省际的BICC的信令需通过C网中转。MSCServer与MGW之间的Mc接口的GCP/ISUP/BSSAP信令基于IP承载。MSCServer与HLR、SCP、SMS之间的MAP、CAP信令采用TDM承载,由MSCServer通过LSTP进行转接时,MSCServer与LSTP之间多采用TDM方式承载的2 Mbit·s-1信令链路。MSCServer与TDM端局之间的ISUP信令,由MGW内置SG进行转接,在Server与MGW之间采用IP承载,MGW与TDM端局之间采用TDM承载。跨本地网IP软交换端局与TDM端局之间互通时,在软交换端局侧,控制面BICC信令经TMSCServer转接为ISUP。在TDM端局侧,经TMSC/TMG转接,与ZG现网一致。另外,改造后需考虑对传统信令网的影响。随着IP宽带信令的增加,现网信令网压力将得到缓解。由于核心网IP化后,MSCServer设备之间采用BICC信令代替了现有的工SUP信令,在一定程度上减轻了现有信令网的网络压力。根据本地信令由LSTP转接,省际信令由HSTP转接的网络拓扑结构核算,Nc接口采用BICC信令后,可减轻信令网STP约20 %的信令负荷。随后的MAP信令承载IP化进程,现有信令网的信令负荷将大幅减轻。以上情况将在一定程度上影响现有信令网STP设备的建设,需在STP扩容时考虑。
3 软交换端进行 IP 设置应遵循的原则
进行TDM到以IP局为基础的升级对于软交换设备较为重要,而在该种升级操作中最为关键的便是要根据IP地址的要求合理地实现设备IP化的设定。
不同的应用层面要进行不同的设定,达到省级高度则需将IP地址划分为两段:媒体和信令段,这两部分通常应当各自采用独立的B类型地址,具体原则为媒体段从B类地址的最大端进行设定而信令段则由最小端设定,剩余的地址则作为后备地址。为获得连续统一的后续扩展地址(后续年限为五年以内),提出如下建议:将B类地址为1～4个的省分成两个B类地址部分,媒体段与信令段分别为一,并由软交换业务系统管理;DCN维护用网负责网管的IP各自独立划分,不采取上述两段的地址。
而对于市级网络而言,省内的各城市网络采取C类地址进行连续的单位式布局,在原则上,同一区域的C地址不应出现断续,且只限本区域不可跨区域,该C地址还需遵循IP地址的VLSM原则;信令与媒体段的地址均要按照各个城市地区的当下与未来的业务发展供需关系合理分配留有一定裕度;各城市区域的媒体与信令IP地址应由4个C类地址组成,各城市区域使用的C类地址数目应为2的整数次幂,且要在最小单位上采取不间断分配的方式。
而对于站点,某CE以及相连的一切软交换设备中每天CE的地址应设定最小不间断地址长度为1/2个C类地址段;且每个相连的设备要从该CE的地址中分配且地址各自独立;按照软交换设备的具体数目与其对IP地址的需求分配地址段,同时还需保留一定裕度;在一个站点内的所有信令接口掩码最好采用28位,而媒体则为30位;对于业务地址的设定建议由小到大;而AP和CE的共用地址应通过IP承载网络的专业管理人员统一划分。
4 结束语
不论是要实现业务增量或是对于其他多媒体的网络载体,全局实现IP化是当下网络核心进化的总体趋势。在其之后实现的则是构建IP的入接网络。Abis与A接口是实现IP化传输的关键,运用这两种接口可明显提高传输与共享资源的能力,大幅减少OPEX与CAPEX的使用,使得BTS的入接途径更加便捷灵活,能刺激加大网络覆盖率,还能一定程度的提高通话质量。网络结构的总体发展趋势为扁平化,当达到结构简化,性能提升的目标后,将进一步朝融合式的新型网络结构方面发展。
摘要：IP技术的发展给移动软交换网的改进提供了契机,运营商为提高竞争实力,均进行了移动软交换的IP化改革。文中通过规划IP地址、组建话路网络以及革新网络架构3种方法,探究了对新兴软交换核心网进行IP化的可行性及改造方法。
关键词：软交换,核心网,IP
参考文献
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移动软交换核心网容灾技术研究 篇9
关键词：移动软交换核心网,容灾技术,研究
移动核心网中融入软交换技术后, 有效的解决了现网中存在的不良问题。不过一旦受自然灾害、设备故障、认为操作失误等因素影响往往给业务的顺利开展造成较大影响。因此, 加强移动软交换核心网络容灾技术研究, 对确保移动软交换核心网稳定、可靠的运行具有积极的意义。
1 双归属容灾技术
在大本地网组网方案环境下, MSC Server管辖较多的用户数, 为提升工作可靠性及稳定性, 应注重网络级的容灾备份。双归属容灾技术实施的备份在信令层面, 因此耗费较少的传输资源。
双归属容灾技术指在类R4或R4组网架构环境中, 一个媒体网关 (MGW) 属于两个MSC Server, 无故障发生时媒体网关仅在一个MSC Server进行注册, 只有当其发生故障时才会转移到另个MSC Server上, 确保了服务的连续性。依据MSC Server数目可将双归属容灾方案分为N+1、1+1互助方案以及N+1、1+1备份方案。
1.1 N+1与1+1互助方案
N+1互助方案中包括N个MSC Server以及一个容灾MSC Server, 而且无故障发生时容灾MSC Server还负责本局业务的处理工作。同时, 对N个主用MSC Server数据加以备份, 方便故障发生时接管MSC Server继续提供服务。
1+1互助方案中不对MSC Server进行容灾与主用的区分。对任何一个MSC Server而言都是主用的, 同时对另外的MSC Server则由容灾之用。
1.2 N+1、1+1备份方案
N+1备份方案中MSC Server共N个, 而其冗余备份系统仅存为一个。其中前者处于激活状态, 后者为备份状态。
1+1备份方案中以主备方式工作的MSC Server共两套, 一个为保持备份状态, 另一个处于激活状态。
2 MSC Pool容灾技术
MSC Pool容灾技术与传统组网方式有所区别, 其能在核心节点位置处形成公共池组, 并依据不同实现域将其划分为SGSN Pool与MSC Pool功能。其中MSC Pool拥有多个MSC提供服务, 并以池组方式一起工作。
2.1 MSC Pool实现理论
MSC Pool的实现立足于多个原理之上, 如基本呼叫原理、容灾原理、负荷调整原理、切换原理。接下来, 对这些原理逐一进行分析。
基本呼叫原理由共包括7个步骤: (1) 因漫游MS首次在MSC Pool的服务区中出现, 在Pool并不存在与之对应的TMSI, 因此, 需经由BSC/MGW利用IMSI向软交换设备提供申请, 使其分配TMSI。 (2) 在NNSF节点利用专门的算法, 在充分参考负荷分担算法的基础上, 对配置数据进行查询, 以获得应分配的节点MSCn。 (3) BSC/MGW完成MS向MSCn中的接入。 (4) 在用户接入期间, MSCn会将TMSI分配给MS。当MS发起呼叫后, BSC依据NRI实现至MSCn的话务路由, 由MSCn对NRI进行核实, 并保持呼叫的持续性。 (5) MS进入到BSC2管辖区域之中时, 发出接入网络的重新请求。 (6) 利用NRI值由BSC/MGW负责相关配置的查询, 获得与NRI值相对应的节点为MSCn。 (7) BSC/MGW会实现将MS准确接入之前首次提供服务的MSCn。用户在Pool中可获得MSC-ST提供的持续服务, 有效的避免了MSC的更新操作, 使得网络负荷得以大大降低。
2.2 容灾原理
MSC Pool中的MSC-S一旦出现故障, 并被基站控制器识别后, 会将业务转移到其他MSC-S上, 以实现容灾目的。实际应容灾情况分为两类。
首先, MGW与MSC-S同时发生故障。BSC因连接MSC Pool中所有的MGW与MSC-S, 因此当MGW与MSC-S均发生故障时, 其他处于正常工作状态下的MGW与MSC-S可进行接管, 实现容灾。其次, MGW与MSC-S其中一个发生故障。MGW发生故障时为达到容错目标, BSC需连接较多的MGW, 因此其中一个出现故障, 可实现容灾。当MSC-S出现故障时不管NNSF由MGW/SG还是BSC代理, 均可实现容灾。
2.3 负荷调整原理
MSC Pool不仅能利用组网特殊性进行容灾, 而且还具有分担MSC Pool Area话务负荷的作用。当MS首次进入MSC Pool进行呼叫时, NNSF节点会利用负荷均衡算法选择MSC-S给MS, 并确保不同MSC-S负荷保持平衡。
2.4 切换原理
MSC Pool切换包括MSC Pool area的切入与切出, 以及MSC Pool内间的切换共3项内容。其中MSC Pool内间的切换只发生在MSC Pool内部, 因此不进行MSC-S的切换, 此种切换方法降低了局间切换, 使得用户通话质量得以大大提高。
MSC Pool area切入指处于MSC Pool之外的MSC-S可将处于内部的MSC-S配置当做切换的目标。同时, 为防止MSC-S上过于集中切换负荷, 将MSC单点故障的影响降到最低, 应进行数据规划配置操作, 将处于MSC Pool外的不同MSC-S切换目标配置为处于内部的MSC-S。
MSC Pool area切出时, 因MSC Pool area临近位置仅存在一个MSC服务, 池区内的MSC-S可实现至池区外相邻MSC-S的切换。
3 双归属与MSC Pool容灾的对比
由上述可知, 在核心网MSC Server上使用双归属与MSC Pool技术均可达到容灾目的, 确保核心网络运行的可靠性与安全性, 接下来对两种技术进行对比分析。
双归属容灾技术中的1+1备份模式中, 因故障发生后切换至备份MSC Server上需经过一段时间, 其间会引起业务中断。同时, 该种方式因需配备备份的MSC Server, 因此浪费资源较为严重, 增加网络成本。而且主、备份MSC Server服务器如处在相同机房中, 尽管节约了一定的网络配置, 但会降低容灾效果。双归属1+1互助模式中不仅需要对网元进行成对配置, 而且需预留一定资源, 闲置部分网元处理能力。另外, 该容灾方式网元配置数据难度较大。双归属N+1备份模式使得备用MSC Server配置减少, 但针对超过两个MSC Server的同时故障却无能无力。尽管这一现象出现机率较低, 但受社会、自然等因素影响两个以上MSC Server同时出现故障仍有发生的可能。因此, 在实际情况下, 当多个MSC Server服务共同发生故障时, 此种方式将不起作用。双归属N+1互助模式与N+1备份模式类似, 因使用一台MSC Server进行容灾的能力有限, 无法处理两个或以上的MSC Server故障。另外, 双归属方案中当主用和备份Server进行切换时, 容易导致主用Server相关数据的丢失, 而且呼叫与通话均会中断。
MSC Pool容灾技术中实现MSC Pool区域内MSC-S的实时容灾备份并不使用备份的MSC-S。同时, 一定程度上减少了信令流量, 使得网络容量有所增加, 不仅具备双归属优势, 而且更为先进。研究发现, 双归属方案在跨地域大本地网组网模式中较为适用, 可有效避免路由迂回。
如在特大城区或大城市用户较为密集, 当存在较多MSC Server时使用MSC Pool方案比较好。MSC Pool技术具有网络级冗余备份保障机制, 即便网络中某节点出现拥塞及故障, 可即时选择Pool中的其他节点进行代替。与双归属方式相比MSC Pool更加节省网络资源, 而且具备总体高话务防冲击能力。另外, MSC Pool还具有以下优点:均衡负载。分析当前网络情况, 不同机房MSC处理的话务量均衡性较差, 将MSC Pool技术应用到网络上可实现负责的自动调账;减少了位置更新及核心网切换, 以及MSC至HLR信令负荷。同时, 跨局切换此时有所减少;运用的池组技术使得网络运维得以简化, 增强了业务路由及网元选择的灵活性, 尤其新增网元给现网的影响微乎其微。
另外, MSC Pool是3GPP的标准实现方式, 以N+1冗余使得1+1备份效果得以实现, 即便MSC Server因故障而失效, 其他MSC Server为立即将其取代, 防止业务的连续性。但双归属方式并非标准方案。
在实际应用中, 考虑到MSC Server故障给网络造成的影响较大, 因此进行备份时应首先考虑双归属方案。当传输资源较为丰富时备份对MGW进行备份时可使用MGW负荷分担方案。另外, MSC Pool方案具有减少局间切换等诸多优点, 因此对网络性能进行优化时可使用MSC Pool。
4 结语
随着社会的发展, 各个行业对网络质量要求越来越高, 因此, 选择怎样的移动软交换核心网容灾技术, 确保网络的安全、可靠运行是一个值得深入探讨的问题, 尤其应充分分析当前主流容灾技术双归属容灾技术与MSC Pool容灾技术的优点及适用条件, 并结合实际网络状况加以灵活运用, 为提高移动软交换核心网的工作稳定性奠定坚实的基础。
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