通信核心网技术

　　移动通信核心网技术发展迅猛，国内通信网络从2G、3G到目前正在建设的4G-LTE，核心网技术也从电路交换发展到分组交换、软交换、到IP包交换技术，为整个通信服务提供了越来越快的速度，越来越低的成本及客户体验。

　　核心网，原称交换，是从人工通信时代传承下来的名字，应用至模拟通信时代、数字通信2G时代、3G时代大量应用的电路交换。同时其他核心技术逐渐发展强大，如分组技术等，蚕食着移动通信的电路交换市场，到了LTE时代，IP技术和融合技术应用全面启用，CS电路交换技术逐渐被摈弃，IP化逐渐代替了TDM交换技术。

　　1 电路交换技术

　　电路交换的英文全称为：CircuitSwitch，简称为CS。从通信线路资源占用的划分上，“交换”是按照空分和时分模式动态地分配传输资源，在通话过程中保持资源的独占，在通话完成释放相关资源。

以电路时序进行接续的交换方式是电路交换模式，从通信运营商发展开始，语音电话的实现就是从空时分电路交换方式开始的，使用固定电话呼叫对方前，取下电话话机进行号码盘拨号，拨号后，电话机获取全部电话号码发送给交换机侧，而交换侧从获得的号码在本身数据库中进行查找，得到通话的方向，并为双方建立一条预独占的时序作为电路连接，等整段话路都建立起来后，双方正式占用，并开始通话。

通话完成，其中一方挂机，交换机则立刻把双方的所占线路断开，为新的通话释放资源。因此，我们可以良好体验电路交换所带来的良好话音。

　　CS电路交换方式的主要特点是：①电路交换所占用的最小单位是时隙，每个用户所使用的均为64K时隙电路;②面向有连接的物理电路，体现了实时的电路独占性;③同步时分复用：以TDM时分复用为机制，通过空分与时分的交换方式进行连接。

　　CS电路交换的优点：通信数据链路独占，传输可靠且稳定，数据不容易丢失，且保持原序列，缺点：电路利用率较低，长期占用造成浪费，资源共享率低。

　　2 分组交换与融合通信技术

　　由于电路交换技术的核心网技术设备容量受到硬件限制、扩容的空间非常有限造成节点数量较多、设备越来越老化、网络维护的成本高，有些设备厂家因其技术落后不再提供设备维保等，在IP技术普及的今天，全球运营商逐渐启动和普及了核心网的IP化战略。

　　长期演进系统网络逐渐普及之后，IP分组技术对移动互联网的业务支撑及IP承载网络的演进起到了重要的推动作用，分组域将大力应用于IP承载控制的功能和IP数据传送功能，而电路域的份额将逐渐降低。

　　IP化与融合技术使移动通信网络演进成为了EPS：EvolvedPacketSystem。核心网侧的则为EPC，EPS系统包括无线接入网E-UTRAN和核心网EPC，而核心网的演进为：SAE：SystemArchitectureEvolution网络架构系统演进。

长期演进系统网络中的EPS系统是目前4G移动通信网络演进的重要方向和普及方向。EPC核心网网络的主要特征有：

①核心网全网络IP分组化，到最后电路域只是作为话音网络的备份存在。

②网络层次扁平化，减少了用户面的节点数量，演进后取消了3G网络中的RNC网元，核心网节点在本局模式下最少可减少到只有一个。

③服务质量机制QoS进一步得到了完善，能够支持端到端的QoS质量保证，在PCC结构中加强了计费系统管理和QoS质量控制管理;

④支持各类接入技术，如与3GPP系统的互通，同时也能支持非3GPP网络的接入，支持用户在各种3GPP网络和非3GPP网络之间自由漫游和切换。

⑤IP分组可以实现各类实时的业务，如话音等，通过对实时业务的更好支持，极大的降低业务连接的时延，在IP网络中实现最大速度的分组交换，实现实时业务，如语音呼叫等。

　　长期演进网络的EPC网络发展优势，一是为了提高设备性能，提供更快速的用户数据速率，时延得到有效降低，系统容量和覆盖率提高，直接减少了运营商的运营成本;二是基于IP分组技术的网络实现了移动性及灵活配置，可接入多种无线网络;三是传输网络的全面IP分组化，可使分组包在各层级网络中无需进行各层的解封装，数据损失率降低。

　　为了实现全网IP化网络改造，对现有运营商的移动网络核心网部分需要进行改造，从2G/3G/4G的核心融合，逐步过渡到全IP化，EPC的最终架构是取消了电路域，所有业务将在网络中中通过各类无连接的方式无损的实现，最终实现支持E-UTRAN无线网的全IP的一个核心网。

　　3 IP分组化及核心网融合下的网络结构

当移动通信网络全部演进到IP化并实现融合通信的EPS架构之后，传统网络结构将受到颠覆性的演变，核心网将完成2G/3G/4G的融合通信，用一张核心网即可完成三代移动通信无线接入，实现最大的兼容网络，在提供多样服务的同时，建网的成本将更加低廉，网络更加简单，更加容易维护。

EPC核心网网络演变后主要网元包括MME、SGW、PGW、HSS、PCRF、AF等，而无线则简化为只有eNodeB单一结构。

MME：LTE接入下的控制层面网元，负责移动台移动性管理等功能;SGSN：GPRS网络的控制面网元，对PS域进行用户移动性管理及会话管理;S-GW：EPC网络媒体层接入服务网关，实现类似SGSN的功能;P-GW：EPC网络边界网关，提供承载控制、计费、地址分配及其他非3GPP接入等功能，实现类似GGSN的功能;

HSS：EPC网络用户数据库管理网元，提供鉴权和签约等功能，实现HLR类似功能;PCRF：策略控制服务器;AF：业务策略的提供点服务器;eNodeB：增强型无线基站，负责无线侧接入和无线资源的管理，集成了原2G/3G基站和部分基站控制器的功能。

　　4 结语

　　通信技术发展迅速，为整个通信网络建设提供了性能更好、利用率更高、网络成本越低廉的建网和维护方式，从而降低消费者的使用成本，提升消费者对网络的使用体验，提高了性价比，运营方与消费方获得了网络使用的双赢。

　　作者：杨雪 孟庆彤 来源：中国科技博览 2015年34期