趙彥濤

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LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究

趙彥濤

中國電信股份有限公司邯鄲分公司，河北 邯鄲 056107

當(dāng)前LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展對我國網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及使用影響較大，因此提升LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量的目的，要求加強對LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的了解。首先闡述了LTE核心網(wǎng)組成，然后具體分析了LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，以期為促進(jìn)LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化升級提供一定參考。

LTE；網(wǎng)關(guān)；核心網(wǎng)；關(guān)鍵技術(shù)

引言

當(dāng)前，基于LTE核心網(wǎng)的各種關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，能夠大幅提升整體核心網(wǎng)絡(luò)的各種性能。LTE核心網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)實際應(yīng)用適應(yīng)性，頻譜利用率高，而且整體運營成本低，尤其表現(xiàn)為功能損失小，因此該技術(shù)應(yīng)用日益增多。但這種技術(shù)應(yīng)用也存在一定問題，與高速傳輸需求比較來說，實際應(yīng)用距離過短，大多應(yīng)用在建筑室內(nèi)或人口密度小的偏遠(yuǎn)地區(qū)，會在一定程度上限制LTE核心網(wǎng)中關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用。

1 LTE核心網(wǎng)組成

當(dāng)前LTE具體使用由eNB構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠大幅降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度，并且適當(dāng)減小延遲，達(dá)到低時延、低復(fù)雜度以及低成本的目的。與3G接入網(wǎng)比較來說，LTE大幅減少RNC節(jié)點數(shù)量，能夠接近于典型的IP寬帶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一般來說，LTE核心網(wǎng)具體分為移動性管理設(shè)備、服務(wù)網(wǎng)關(guān)、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、歸屬簽約用戶服務(wù)器以及策略和計費控制單元等諸多組件?；贚TE核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來說，服務(wù)網(wǎng)關(guān)及PDN網(wǎng)關(guān)能夠利用合設(shè)或分設(shè)方式，這兩種方式具體應(yīng)用視實際情況而定[1]。

1.1 移動管理設(shè)備

移動管理設(shè)備作為LTE核心網(wǎng)重要性控制節(jié)點，其實際作用具體體現(xiàn)為安全、移動性管理、執(zhí)行會話及承載控制等諸多方面。

1.2 服務(wù)網(wǎng)關(guān)

服務(wù)網(wǎng)關(guān)作為終止E-UTRAN接口網(wǎng)關(guān)，主要作用在于eNodeB之間切換時，可視為本地錨定點，輔助完成eNodeB重排序。如果針對3GPP不同接入系統(tǒng)間切換過程中，其具體用作移動性錨點，那么也可實現(xiàn)重排序，同時其能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)包路由以及前轉(zhuǎn)，針對上行及下行傳輸層實施分組標(biāo)記，具體可用在運營商之間計費方面。

1.3 分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)

分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)具體為EPC網(wǎng)絡(luò)的邊界網(wǎng)關(guān)，可為相關(guān)用戶提供會話管理、承載控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、IP地址分配和非3GPP用戶接入等諸多功能，還可用于3GPP接入以及非3GPP接入公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)PDN的錨點，附帶一定的安全、控制功能。

1.4 策略和計費控制單元

策略和計費控制單元作為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流以及IP承載資源的策略與計費控制策略的關(guān)鍵決策點，能夠為策略與計費執(zhí)行功能單元篩選及提供相應(yīng)的控制決策，并且能夠提供依據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流門控、LOS控制及相關(guān)計費控制等諸多服務(wù)。

1.5 歸屬簽約用戶服務(wù)器

歸屬簽約用戶服務(wù)器作為用戶及服務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存的專門數(shù)據(jù)庫，其重點用于儲存歸屬網(wǎng)絡(luò)中各種用戶簽約信息，然后針對用戶鑒權(quán)及位置信息實施嚴(yán)格、有效管理。

上述LTE核心網(wǎng)組成部件對于整體網(wǎng)絡(luò)運行應(yīng)用影響較大，并且單一環(huán)節(jié)工作效率提升均可能對于整體LTE核心網(wǎng)實現(xiàn)優(yōu)化升級，但需重點考慮各個環(huán)節(jié)之間的平衡性，綜合提升各個環(huán)節(jié)的處理效率，進(jìn)而避免由于某一環(huán)節(jié)的過分發(fā)展致使和其他環(huán)節(jié)發(fā)生脫節(jié)情況。

2 LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

當(dāng)前，我國LTE核心網(wǎng)應(yīng)用日益增加，該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用離不開LTE核心網(wǎng)輕量化技術(shù)、網(wǎng)關(guān)一體化設(shè)計技術(shù)以及快速數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。這些技術(shù)功能差異較多，但這些技術(shù)集成應(yīng)用能夠提升LTE核心網(wǎng)運行效率及信息傳輸速度，進(jìn)而全面提高LTE核心網(wǎng)應(yīng)用質(zhì)量，因此本文對LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

2.1 LTE核心網(wǎng)輕量化技術(shù)

一般來說，LTE核心網(wǎng)大多使用開源Linux操作系統(tǒng)，并從系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)、操作管理維護(hù)及高可用性服務(wù)等諸多方面實施優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)而實現(xiàn)LTE核心網(wǎng)操作系統(tǒng)輕量化目的。輕量化結(jié)果為系統(tǒng)大小僅為原有系統(tǒng)的30%，但實際運行速度提升近3倍，因此有必要對LTE核心網(wǎng)輕量化技術(shù)進(jìn)行深入研究。本文具體從系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)、操作管理維護(hù)及高可用性服務(wù)等三個方面針對LTE核心網(wǎng)輕量化技術(shù)進(jìn)行闡述分析。

2.1.1 系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)

系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)是依據(jù)CGL相關(guān)規(guī)范，并達(dá)到上層業(yè)務(wù)應(yīng)用要求構(gòu)建的基礎(chǔ)模塊，其主要用于整體系統(tǒng)內(nèi)部大量服務(wù)。系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)大體包括下列三個部分。首先為系統(tǒng)啟動，其能實現(xiàn)內(nèi)核自動加載，進(jìn)而實現(xiàn)啟動配置。其次為腳本配置及平臺服務(wù)啟動，重點依據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部各種業(yè)務(wù)流程，假使系統(tǒng)進(jìn)程發(fā)生異常問題，退出時能實現(xiàn)自動重啟，還可針對一些應(yīng)用程序達(dá)到加載及啟動目的。最后為文件系統(tǒng)。LTE核心網(wǎng)操作系統(tǒng)文件系統(tǒng)能夠利用網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)將日志文件保存至遠(yuǎn)程主機，大幅降低系統(tǒng)對存儲的各種要求，還可針對系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)實現(xiàn)進(jìn)一步優(yōu)化，并且依據(jù)LTE核心網(wǎng)操作系統(tǒng)使用情況及時去除部分非必要組件，這樣才可確保LTE核心網(wǎng)保持快速運行狀態(tài)，并且提升操作系統(tǒng)干凈度以及可控性[2]。

2.1.2 操作管理維護(hù)

通常操作管理維護(hù)模塊大體包括配置管理、性能管理、告警管理以及北向接口等四個部門。首先，配置管理主要使用在管理配置模型以及配置數(shù)據(jù)等方面，還可具體執(zhí)行各種配置命令，并且配置管理還可和網(wǎng)管系統(tǒng)相互操作。其次，性能管理能為系統(tǒng)提供性能模型管理、性能任務(wù)管理、性能數(shù)據(jù)收集上報以及閥值告警等。再次，告警管理重點體現(xiàn)為告警方面，自然生成安全日志以及客戶日志等，并具備相應(yīng)的信息上報功能。最后為北向接口操作管理維護(hù)模塊提供的北向接口功能，具體利用SNMP協(xié)議實現(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)，進(jìn)而實現(xiàn)網(wǎng)管中心NMS/EMS連接以及訪問等諸多功能。

2.1.3 高可用性服務(wù)

該服務(wù)具體為系統(tǒng)采用專門設(shè)計方式能夠大幅減少實際停工時間，進(jìn)而確保系統(tǒng)的高度可用性，其和系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)、操作管理維護(hù)三方協(xié)調(diào)，保障LTE核心網(wǎng)操作系統(tǒng)實施輕量化發(fā)展，進(jìn)而降低系統(tǒng)整體體積，確保其可以實現(xiàn)移動、拆卸以及維修等諸多功能，還可增加LTE核心網(wǎng)實際使用壽命，提升系統(tǒng)整體適應(yīng)能力。

2.2 網(wǎng)關(guān)一體化設(shè)計技術(shù)

這種技術(shù)能夠?qū)⒎?wù)網(wǎng)關(guān)以及分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行集成融合，提升整體工作效率。實際融合過程中重點考慮各種因素具體影響，只有努力協(xié)調(diào)這些因素，才可以提升該技術(shù)具體應(yīng)用范圍。一般來說，這種網(wǎng)關(guān)一體化設(shè)計技術(shù)的優(yōu)勢在于可將各種邏輯網(wǎng)元加強網(wǎng)關(guān)一體化系統(tǒng)資源管理，提升會話控制質(zhì)量，實現(xiàn)用戶面邏輯處理共享功能，這樣能明顯減少網(wǎng)關(guān)一體化系統(tǒng)內(nèi)存資源，最大限度增加軟件代碼重用程度[3]。

2.3 快速數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)

當(dāng)前LTE核心網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)實際運行過程中，快速數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)重點提供輕量級、低功耗和高質(zhì)量的RTC運行環(huán)境數(shù)據(jù)套件，這樣便可大幅提升整體數(shù)據(jù)包處理以及轉(zhuǎn)發(fā)速度，并且能實現(xiàn)智能化及高效的數(shù)據(jù)包處理及轉(zhuǎn)發(fā)效果。與傳統(tǒng)Linux系統(tǒng)相比，如果系統(tǒng)應(yīng)用快速數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，其實際數(shù)據(jù)包處理及轉(zhuǎn)發(fā)速度就將提升6～10倍。

3 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用較多。如果LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)不過關(guān)，那么對后續(xù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用影響較為明顯，進(jìn)而限制上述網(wǎng)絡(luò)使用質(zhì)量，因此要求相關(guān)研發(fā)人員認(rèn)真做好各個技術(shù)研發(fā)工作，尤其表現(xiàn)為多種技術(shù)集成應(yīng)用方面，盡量確保各種技術(shù)協(xié)調(diào)應(yīng)用，進(jìn)而確保LTE核心網(wǎng)實際應(yīng)用質(zhì)量。

[1]萬能. LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)探討[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017（6）：32.

[2]劉婷婷，劉永毓. LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)探討[J]. 中國新通信，2015（22）：64-65.

[3]向東南，申敏，陳政貴. LTE核心網(wǎng)安全缺陷的研究[J]. 無線電通信技術(shù)，2016（1）：31-34.

Research on Key Technologies of LTE Core Network

Zhao Yantao

China Telecom Corporation Limited Handan Branch, Hebei Handan 056107

The current key technology development of LTE core network has great impact on China’s network construction and use. Therefore, the purpose of improving the key technology application quality of LTE core network requires strengthening the understanding of key technologies of LTE core network. Firstly, the composition of LTE core network is expounded, and then the key technologies of LTE core network are analyzed in detail, in order to provide some reference for promoting the optimization and upgrading of key technologies of LTE core network.

LTE; gateway; core network; key technology

TN929.5

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