基于双栈技术的CDMA运营商分组核心网络

　　一、引言

　　近几年，随着3G的深入推广，尤其是智能终端的普及，移动互联网获得了前所未有的发展，移动互联网流量和用户数均呈现爆发式增长。据有关权威部门统计发布，到2013年末，国内互联网用户数将达到6.11亿，其中移动互联网用户数将达到4.61亿，这说明移动终端已远远超过PC，成为互联网上使用最多的设备，未来接入移动互联网的用户和终端仍将继续呈现大幅增长的态势。目前移动互联网仍然以IPv4为基础协议，用户上网采用的仍然是IPv4地址，和固定互联网业务相比，移动互联网业务具有端到端和永远在线的特性，所以移动互联网将消耗更多的 IP 地址;此外物联网、传感网等新型业务的快速发展也将极大地推动对IP 地址的需求，面对日益增长的用户和终端接入需求，电信运营商将面临新增用户业务开放无可用IPv4 地址的困境。

　　IPv6 作为下一代互联网协议，是针对IPv4 现在面临的问题而提出的，IPv6 在地址容量、安全性、网络管理、移动性以及服务质量等方面有明显的改进，并且已经在主流设备中获得了广泛的支持，在IPv4地址面临枯竭的背景下，业界各大运营商纷纷尝试通过建设基于IPv6 技术的下一代互联网，抢占市场和技术的制高点。CDMA是国内3G网络的标准制式之一，拥有大量的3G用户和丰富的业务应用，也同样面临地址短缺的窘境，探讨在CDMA 分组核心网络中引入IPv6技术，应对移动互联网大发展的挑战，为全面部署IPv6做好准备，从而保证运营商未来网络和业务的可持续发展有重要意义。

　　二、CDMA分组核心网络架构

　　CDMA分组网络包括无线接入网络和分组域核心网络两部分，其中无线接入网络部分有1x 接入和Ev-Do 接入两种，分组核心网络主要负责用户的认证、计费、数据报文转发等。CDMA运营商分组域核心网络一般分为骨干和省两级结构进行建设，骨干网络包括骨干AAA、CG网关等设备，主要负责全网用户的国际漫游业务;省级网络包括PDSN，AAA，AN-AAA，HACCG等设备，主要负责省内用户的数据业务。CDMA分组核心网可向移动用户提供基于简单IP、移动IP的接入业务，省级CDMA分组核心网络架构如图1所示：

　　其中PDSN位于分组交换公共数据网与无线接入网之间，负责管理用户状态，转发用户数据，并为移动终端分配IP地址;AAA服务器位于分组核心网中，主要完成认证、授权和计费的功能; AN-AAA服务器主要对EV-DO用户进行鉴权认证，完成EV-DO用户终端身分合法性的鉴权功能;HACCG即归属代理内容计费网关，与PDSN，AAA，BSS等网元配合，实现内容计费和智能计费策略控制等功能。目前CDMA分组核心网络仍全部采用IPv4互联网协议进行组网，面对接入用户和终端数量迅猛增长，地址资源短缺问题日益突显。

　　三、IPv6双栈技术

　　面对目前由于移动互联网迅猛发展带来的困扰，运营商分组网络向IPv6的过渡和升级已经是发展的必然趋势和要求，由于IPv4和IPv6协议不兼容，在IPv4 向IPv6 过渡演进时， 网络/主机/服务器不可能同时升级到IPv6，新老用户也将长期同时存在，为了保证网络演进的平滑过渡，用户使用过程无感知，分组网络设备必然要同时转发IPv4 和IPv6 的数据包，要同时承载只支持IPv4的老终端和支持IPv6 的新终端。采用IPv6双栈技术，能满足这一需求。

　　IPv6和IPv4是功能相近的网络层协议，两者都基于相同的物理平台，并且加载于其上的传输层协议TCP和UDP也没有区别，实现IPv6 节点与IPv4 节点互通的最直接的方式是在IPv6节点中加入IPv4 协议栈。双协议栈技术(DualStack)是在网络设备上(如一个主机或一个路由器)同时启用IPv4 和IPv6 协议栈，在现有网络基础上同时运行IPv4和IPv6。双协议栈系统能同时支持IPv4 和IPv6 协议，即拥有IPv4 地址，又拥有IPv6 地址，因而可以收发IPv4 与IPV6 两种数据报，它能用IPv4 和仅仅支持IPv4 的主机进行通信，用IPv6 和仅仅支持IPv6 的主机进行通信，从而实现了互通。双协议栈技术是IPv6过渡技术中应用最广泛的一种过渡技术，同时它也是所有其它过渡技术的基础。

　　四、引入IPv6双栈技术组网方案

　　在运营商现有CDMA分组核心网络中部署IPv6技术，尤其要重点考虑的问题是网络平滑演进，尽可能小的影响现网业务运行。为了工程顺利稳妥进行，建议在目前移动分组域核心网基础上，采用新增、升级的方式，以省为单位，分阶段实施，建设支持IPv4/IPv6双栈用户接入访问业务的分组域核心网络。

　　第一阶段：新增一套支持双栈的移动分组核心网设备，包括PDSN、HACCG、AAA和CE路由器，新增双栈设备建议采用与现网同厂家的设备，双栈设备的容量根据预测的IPv6用户数配置，建议考虑一定的冗余系数1.2～1.5，以提升设备的容灾能力，要求新增的双栈设备硬件上和现网使用的设备一致，通过升级软件版本的方式支持IPv6双栈协议。

　　新增的移动分组核心网双栈设备向下连接现网无线网络，向上通过双栈CE接入CN2和163骨干网。在现网PDSN上增加配置将IPv6用户重定向至双栈PDSN，IPv6用户通过现网无线网络首先接入到现网PDSN，然后被重定向至双栈PDSN上建立PPP连接;在现网AAA上增加对IPv6用户IMSI号段消息进行转发的功能配置，IPv6用户通过双栈PDSN到新增的AAA服务器上进行认证计费;对现网无线侧BSC设备增加配置，增加与双栈PDSN互通的路由数据;对现网AN-AAA设备增加配置，增加IPv6用户DO接入认证的配置信息数据。新增的移动分组核心网双栈设备和现网的单栈设备进行叠加组网，如图2所示：

　　第二阶段：根据第一阶段新增双栈设备运行情况，逐步对现网移动分组域核心网设备进行软件版本升级，全面支持IPv4/IPv6双协议。对现网AAA服务器升级后，将第一阶段新增双栈AAA并入现网升级后的AAA系统，双栈AAA和升级后AAA共用一套数据库，统一完成IPv4/IPv6用户认证、授权和计费。

　　采用分阶段，以省为单位进行建设，能较好地保证用户的使用体验，快速在全网推进IPv6技术部署，即使各省建设进度不同步，也不会影响双栈用户的漫游使用，下面以双栈用户简单IP接入为例进行说明：(1)双栈用户漫出到支持双栈接入的省份。双栈用户漫出到支持双栈接入的省份，归属AAA同时返回IPv4和IPv6授权，由于支持双栈接入的省份PDSN支持SIPv6用户接入，可同时分配IPv4和IPv6地址给双栈用户访问业务，双栈用户优先使用IPv6方式接入分组域网络。(2)双栈用户漫出到暂不支持双栈接入的省份。双栈用户漫出到暂不支持双栈接入的省份，归属AAA同时返回IPv4和IPv6授权，由于暂不支持双栈接入的省份PDSN不支持SIPv6用户接入，PDSN将忽略SIPv6授权属性，仅给用户分配IPv4地址访问业务，用户最终以IPv4方式接入分组域网络。双栈用户漫出到支持双栈接入的省份和暂不支持双栈接入的省份，均能正常接入互联网，业务使用体验没有影响。

　　五、结束语

　　向IPv6的过渡和升级已是互联网发展的必然趋势，IPv6所能提供的巨大地址空间以及所具有的诸多方面的优势，未来必将在推进三网融合、移动互联网、物联网、云计算、智慧城市建设等方面发挥基础性的作用。对于运营商而言，越早开始提供IPv6服务，等于越早抢占了网络和业务发展的战略高地，意义非常远大。通过探讨在CDMA分组核心网络中部署IPv6双栈技术，为运营商快速平滑地升级网络，建设支持IPv4/IPv6双栈用户接入的核心网打下基础，从而保证运营商未来网络和业务的可持续发展。

　　参 考 文 献

　　[1] Wireless IP Network Standard：3GPP2 P.S0001-A Version 3.0.0 July 16，2001

　　[2] Wireless IP Network Standard：3GPP2 P.S0001-B Version 1.0.0 November 9，2002

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