面向移动互联网3G网络的演进


    3G蜂窝移动通信网络连接基站的回传电路、接入网和城域核心网的建设是在2G网络的基础上逐渐向前演进的。目前3G基站与2G共站址,回传电路从原来的一条EI电路增加到四条E1电路。这些一般是由固网运营商的MSTP平台提供的。而核心网一般与2G网络共用核心网。在3G网络建设的早期投资的80%以上用于基站、RNC和话音短信业务设备,只有不到20%用于IP RAN、汇聚/回传电路以及IP核心网的建设。随着移动互联网的发展IP数据流量猛增,目前的状态演进远不能满足需求。今后的投资重点将转向IP汇聚/回传电路和EPC核心网的建设。

    目前3G基站回传电路一般多的只有四条E1电路,带宽约8Mb/s。在3G用户不多,每个用户使用流量不大的今天这种带宽勉强可以应付。今后每一个基站HSPA全负荷工作的总带宽接近30Mb/s, 目前的体制是不可能满足要求的。此前固网运营商通过MSTP/SDH向客户提供租用数据专线业务,提供基站回传电路不仅成本高,已有设施容量也不能满足需求。今天电信运营商已经转而采用城域以太网通过虚拟专线和虚拟专网为客户提供数据业务。这样成本,低服务更便捷。城域以太网可以架构在裸光纤上,微波电路上,空中激光电路上当然也可以架构在已有的MSTP/SDH上。城域以太网可以方便的将回传电路、汇聚、接入和城域网融为一体,降低布设和运营成本。这种方法为移动通信网络 宽带化,IP化,向4G演进提供了便捷的道路。2009年城域以太网论坛MEF发布了MEF22决议,即“移动回程网络电信级以太网服务实施协议(IA)”,明确阐述了利用现有的MEF技术及产业标准以满足RAN回程的需求。城域以太网用于基站回传接入快速发展轨道。估计到2013年全球300万个基站中有1/3采用城域以太网提供回传电路。

    核心网演进的主要目标是实现扁平化。目前的3G核心网沿袭2G核心网的结构,基站通过SGSN连接分组核心网再经过GGSN连接互联网。数据在分组核心网中经过拆包再重组打包。这样即增加成本又增加时延。一些厂商发展了I-HSPA系统,不再保留分组核心网,跳过SGSN直接连接互联网。这样做不仅可以大幅度降低成本还可以减少时延。这种扁平化演进已经列入HSPA演进日程。2008年在HSPA+ R7中推出采用直接隧道的体系结构的方案。用户平面增加Node B通过RNC跳过SSGN经直接隧道连接GGSN的通道。而2009年推出的Flat HSPA R7中进一步取消了RNC。这样可以降低核心网成本40%。



 

    在LTE和进一步向4G的演进中,发展了变体的分组核心网EPC。EPC的推出不仅是核心网体系结构的演进,更重要的是服务模式的演进。在3GPP R6中和固网NGN一样采用IMS在运营商可管理的专网上提供各种有服务质量的应用业务从话音到IPTV。在3GPP R8中FPC不仅在运营商可管理的IP专网上通过IMS提供各种有QoS和安全保证的业务,还在公共互联网上支持包括P2P的各种OTT业务

 

 

   EPC具有无缝的IP 连接能力。允许以可控制的方式(安全、QoS、无缝)连接各种接入网络到运营商的可管理的IP 网 ( IMS 或 各种IP专网)和公共互联网等EPC提供可控制的IP 连接,包括:用户的认证和授权、QoS和计费和移动性管理。

传统电信运营商习惯于“带围墙的花园”的模式,在运营商可管可控制的专网上提供有QoS和安全保证的业务。运营商控制一切。这种模式只能提供有限种类应用,不能利用互联网上大量应用。随着移动互联网的发展,梦网一类运营商的“带围墙的花园”的围墙已经被推倒,接入移动互联网成为3G的主要应用。用户通过蜂窝移动通信网络(2G/3G)接入互联网,获得丰富的各种应用服务。而这些应用都是以OTT模式在互联网上提供给用户的,并不需要运营商的参与。运营商只能作为传输管道收接入费。EPC发展灵巧的管道为电信运营商参与互联网应用运营提供了一个机会。移动运营商可以与内容和应用服务商合作提供透明有质量保证地接入互联网应用,与内容商共享收入的机会。电信平台可以通过服务网关(开放API )和灵巧的EPC提供的灵巧的管道获得收入

EPC的主要缺点是体系结构太复杂,有非常多的接口和附件,而这些并不是各种应用场景都需要的。当主要用于互联网接入时结构可以大大简化。在用于无线宽带接入时、EPC与WiMax相比仍然不够扁平化。为了支持通过IMS在可管理的IP网上提供的各种传统的电信业务,EPC在用户平面数据流中引入了一些新的层和专门协议。这增加了发复杂性和时延。下图给出EPC与Wimax的对比。

 

 

    如果EPC专门为接入互联网设计,它完全可以和Wimax一样采用更扁平的设计。问题目前3GPP仍然要求EPC同时支持传统的电信业务。而这种要求未必是发展需求。我们不妨回顾一下固网宽带的发展,固网运营商都拥有两张网:一张可管理的IP网,通过IMS/NGN为企业大客户提供有QoS和安全保证的业务.l另外一张容量大得多的公共互联网为消费大众提供宽带业务。对移动运营商而言,是否可以考虑LTE/4G只提供宽带移动互联网业务,而将其他传统电信业务交由2G/3G网络运营。

移动互联网应用还在发展演进中,今天的EPC是否满足未来的需求,是否要更进一步扁平化要由实践决定。