劉麗蘋+黃啟虎+曹彥飛

【摘要】云計算以其共用硬件基礎設施、模塊化、動態(tài)分配資源、部署迅速等眾多優(yōu)勢，被越來越多的公司所采用。為有效地對核心網(wǎng)設備進行規(guī)劃設計，介紹了核心網(wǎng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并對核心網(wǎng)設備云化的可行性進行了分析，為核心網(wǎng)未來的發(fā)展方向奠定了基礎。

【關鍵詞】核心網(wǎng)云計算CS域PS域IMS域

中圖分類號：TP301.4文獻標識碼：A文章編號：1006-1010(2014)-09-0072-03

1 引言

移動通信網(wǎng)絡由接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、傳送網(wǎng)、支撐網(wǎng)、業(yè)務網(wǎng)等組成，核心網(wǎng)是其中重要組成部分，負責呼叫的接續(xù)、移動性管理、個性業(yè)務處理等服務的實現(xiàn)，功能強大，設備眾多，設備類型繁雜。如何有效地對核心網(wǎng)設備進行規(guī)劃設計，使其充分高效運行，有效地減少投資，是每一個設計人員的重要工作。

核心網(wǎng)設備接口IP化為云計算的引入提供了可能性?，F(xiàn)階段核心網(wǎng)設備除STP鏈接和關口局與外網(wǎng)對接采用TDM承載外，其余均可采用IP承載。IP化后，服務可不受地域限制，由網(wǎng)內(nèi)設備通過IP專用承載網(wǎng)提供?？蓪⒑诵脑O備進行集中放置或集中布置，有利于集中管理。

云計算采用共用硬件基礎設施，模塊化設計，可將多種設備集成在一起，集中管理，有利于減少投資和降低維護復雜度。鑒于云計算的優(yōu)勢特點，討論其在核心網(wǎng)方面的應用非常有價值。

本文將對核心網(wǎng)的現(xiàn)狀進行分析，討論核心網(wǎng)引入云計算的可行性及實施方案。

2 核心網(wǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

核心網(wǎng)分為CS域（Circuit Switch域，電路域）、PS域（Packet Switch域，分組域）、IMS域（IP Multimedia Subsystem域，IP多媒體子系統(tǒng)域）?，F(xiàn)階段CS域主要承載語音業(yè)務，PS域主要承載數(shù)據(jù)業(yè)務，IMS域主要為固定接入用戶提供多媒體業(yè)務。CS域與IMS域通過GMSS與MGCF實現(xiàn)語音、消息等業(yè)務的互通，PS域處理非會話類數(shù)據(jù)業(yè)務的同時為IMS域提供業(yè)務接入。核心網(wǎng)設備關系如圖1所示：

圖1核心網(wǎng)設備關系圖

2.1CS域

現(xiàn)階段CS域?qū)崿F(xiàn)了控制與承載分離，主要負責承載傳統(tǒng)的語音通話，負責語音通訊鏈路的建立和鏈接。CS域設備主要包括MSS、MGW、HLR、H/LSTP等。隨著通信企業(yè)對核心設備集中化建設的要求，MSS、H/LSTP基本采用省內(nèi)集中建設；MGW由于負責語音承載，為避免本地話路迂回，提高傳輸效率，MGW采用地級市集中建設；HLR現(xiàn)階段采用地級市集中建設，但由于4G的建設，網(wǎng)絡需進行融合，預計HLR將采用省內(nèi)集中建設并采用分布式架構，同時替換為HSS。

為實現(xiàn)容災方案和設備負載均衡，MSS采用了組建Pool的方法。MSS采用省內(nèi)集中放置，組建了多個Pool，分別負責各個獨立的業(yè)務區(qū)域，Pool內(nèi)MSS采用動態(tài)算法，平衡業(yè)務量，動態(tài)分配業(yè)務至Pool內(nèi)每個MSS上。

隨著通信企業(yè)對2G網(wǎng)絡投資的放緩，電路域設備投資縮減，2G的業(yè)務量將慢慢縮小，最終退出通信網(wǎng)絡。

2.2PS域

PS域主要負責數(shù)據(jù)類業(yè)務，負責數(shù)據(jù)業(yè)務鏈路的建立和鏈接。PS域設備主要包括SGSN、GGSN。SGSN為MS提供服務，與MSC/VLR/EIR配合完成移動性管理功能，同時對邏輯鏈路進行管理，包括邏輯鏈路的建立、維護和釋放，對無線資源進行管理。GGSN實現(xiàn)了網(wǎng)關或路由器功能，提供GPRS和公共分組數(shù)據(jù)網(wǎng)以X.25或X.75協(xié)議互聯(lián)，同時支持和其它GPRS網(wǎng)的互聯(lián)[1]。SGSN、GGSN現(xiàn)階段均采用省內(nèi)集中建設。

與MSS組Pool相似，SGSN采用省內(nèi)集中放置，組建多個Pool，分別負責各個獨立的業(yè)務區(qū)域，Pool內(nèi)SGSN采用動態(tài)算法，平衡業(yè)務量，動態(tài)分配業(yè)務至Pool內(nèi)每個SGSN上。

隨著數(shù)據(jù)業(yè)務的快速增長需求，PS域在一段時間內(nèi)將持續(xù)發(fā)展。

2.3IMS域

IMS域?qū)崿F(xiàn)了業(yè)務與控制的分離，是基于IP承載的開放的網(wǎng)絡架構，提供與接入無關的IP多媒體業(yè)務控制能力，是下一代通信網(wǎng)絡實現(xiàn)大融合方案的網(wǎng)絡架構。IMS域現(xiàn)階段主要實現(xiàn)固定接入控制，提供多媒體業(yè)務控制能力。IMS域設備主要包括S-CSCF、I-CSCF、P-CSCF、BGCF、MGCF、IM-MGW、MRF、SBC等?，F(xiàn)階段，除SBC/P-CSCF（合設方式）采用地級市集中建設外，其他設備均采用省內(nèi)集中建設。

IMS域是未來網(wǎng)絡架構，將在一段時間內(nèi)持續(xù)發(fā)展。

3 引入云計算可行性分析

云計算是當前IT界的熱門話題，是未來網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢。云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴展且經(jīng)常是虛擬化的資源。狹義云計算指IT基礎設施的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡以按需、易擴展的方式獲得所需資源；廣義云計算指服務的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡以按需、易擴展的方式獲得所需服務[2]。

云計算可實現(xiàn)功能的規(guī)模化、模塊化建設，多種應用共用硬件資源，極大地減少投資；軟硬件分離，可擴展，易擴展，可實現(xiàn)功能的快速布放，提高擴容或新應用上線速度；集中數(shù)據(jù)存儲，利于集中管理和維護；統(tǒng)一的資源調(diào)配管理，實現(xiàn)彈性服務和保障應急事件處理速度。

核心網(wǎng)設備是否適合采用云計算架構應主要看以下幾方面：

（1）設備接口是否IP化

設備接口IP化才能保證設備可以異地存放和布局，不會占用過多的傳輸資源，是實現(xiàn)云架構的基礎條件。由于核心網(wǎng)設備需要與其他非IP化設備互聯(lián)，可采用鏈路直達云端，或者進行IP接口改造。

（2）數(shù)據(jù)類型特點是否為即時通信，是否需要保存數(shù)據(jù)

語音通信部分中，話路建立后，大量的即時語音數(shù)據(jù)需要及時傳輸并且不需要保留，這種情況不適合云計算，可直接通過本地設備轉(zhuǎn)接。云計算更適合計算類型的服務，或者數(shù)據(jù)需要存儲查詢類型的服務。

（3）服務是否需要交互，頻繁計算

云計算以其特有的體系架構，非常適合復雜計算，通過IP網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

（4）是否有大量數(shù)據(jù)存儲、操作和維護

云計算適合于整合多個小的存儲體系，減少了數(shù)據(jù)單元互通，可保證全網(wǎng)數(shù)據(jù)準確一致及時更新。

由于網(wǎng)絡架構的改變必將引入新的投資，是否有必要增加投資也是必須要考慮的重要問題。由于通信企業(yè)對2G投資放緩，電路域的設備應盡量保持現(xiàn)有鏈接狀態(tài)，考慮到電路域退出通信網(wǎng)絡會經(jīng)歷一個漫長的過程，其間雖可能不進行擴容新建，但維護工作量還是非常大的。建議將可進行云化的設備在部分設備即將淘汰或者該區(qū)域內(nèi)大部分設備即將淘汰時，采用云架構。

MSS適合采用云計算，因為其主要實現(xiàn)控制功能，負責信令控制、話路選擇等功能，可考慮采用全國集中建設，采用云架構。

HLR適合采用云計算，可保證全網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)統(tǒng)一，減少用戶信息查詢層次。

MGW由于負責海量的語音數(shù)據(jù)傳輸，為避免本地話路迂回，提高傳輸效率，不建議采用云計算。

H/LSTP適合采用云計算，因為其主要實現(xiàn)信令轉(zhuǎn)接及GT翻譯功能，可考慮采用全國集中建設，采用云架構。

分組域設備在未來網(wǎng)絡的發(fā)展中，仍將持續(xù)擴容。并且由于其主要負責非實時數(shù)據(jù)業(yè)務，非常適合采用云架構，可考慮全國范圍內(nèi)進行云架構布放。由于現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)有大量的SGSN、GGSN，可綜合考慮設備在網(wǎng)運行時間，整體大區(qū)域規(guī)劃，選取合適的切合時間逐步布放云架構。

IMS域是未來通信網(wǎng)絡架構，主要采用IP網(wǎng)絡架構，非常適合采用云架構。IMS域設備現(xiàn)階段使用較少，設備較少，應及早規(guī)劃，全國統(tǒng)一集中布放云架構。

4 結論

云計算優(yōu)勢突出，可以有效地利用硬件資源，極大地節(jié)省投資，實現(xiàn)集中管理和維護，移動通訊網(wǎng)絡云化是非常有利的。本文通過詳細分析總結認為核心網(wǎng)設備只有少量設備考慮到傳輸成本，不建議采用云架構，其他絕大部分均可以采用。至于核心網(wǎng)各設備云化的實施細節(jié)問題，包括大量設備采用云計算結構后，設備的存儲、計算、傳輸資源規(guī)模和管理等問題，筆者會持續(xù)研究。

參考文獻：

[1] GPRS[EB/OL]. (2013-07-04). http://baike.baidu.com/view/1307.htm.

[2] 云計算[EB/OL]. (2013-11-12). http://baike.baidu.com/link?url=WFQ0rPz8019k8xzBTN6OzMvYClg2sPTCFXZh6I4kTx2B7dqwrbCp8thV61njRGTDhkDRHbUni3eN64E8SuggJq.

[3] 馮登國,張敏,張妍,等. 云計算安全研究[J]. 軟件學報, 2011(1): 71-83.

[4] 陳丹偉,黃秀麗,任勛益. 云計算及安全分析[J]. 計算機技術與發(fā)展, 2010(2).

[5] 核心網(wǎng)[EB/OL]. (2013-10-02). http://baike.baidu.com/link?url=KcikmfauLs1n4ziJX2V09k9ZAcnHOi9LZ97Q_Kby-CMiBh6rx4HZ4wNPgtc9N6CGlu0Gj-XQSEzr4K8OUCMp3K.★

作者簡介

劉麗蘋：工程師，碩士畢業(yè)于哈爾濱工程大學計算機應用專業(yè)，現(xiàn)任職于中國移動通信集團設計院有限公司黑龍江分公司，主要從事移動通信核心網(wǎng)絡設計工作。

黃啟虎：工程師，碩士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學，現(xiàn)任職于中國移動通信集團設計院有限公司黑龍江分公司，從事核心網(wǎng)專業(yè)咨詢設計工作。

曹彥飛：通信工程師，學士畢業(yè)于吉林大學通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于中國移動通信集團設計院有限公司黑龍江分公司，從事移動通信核心網(wǎng)和新技術工作，主要研究方向為核心網(wǎng)及新技術應用。

endprint

【摘要】云計算以其共用硬件基礎設施、模塊化、動態(tài)分配資源、部署迅速等眾多優(yōu)勢，被越來越多的公司所采用。為有效地對核心網(wǎng)設備進行規(guī)劃設計，介紹了核心網(wǎng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并對核心網(wǎng)設備云化的可行性進行了分析，為核心網(wǎng)未來的發(fā)展方向奠定了基礎。

【關鍵詞】核心網(wǎng)云計算CS域PS域IMS域

中圖分類號：TP301.4文獻標識碼：A文章編號：1006-1010(2014)-09-0072-03

1 引言

移動通信網(wǎng)絡由接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、傳送網(wǎng)、支撐網(wǎng)、業(yè)務網(wǎng)等組成，核心網(wǎng)是其中重要組成部分，負責呼叫的接續(xù)、移動性管理、個性業(yè)務處理等服務的實現(xiàn)，功能強大，設備眾多，設備類型繁雜。如何有效地對核心網(wǎng)設備進行規(guī)劃設計，使其充分高效運行，有效地減少投資，是每一個設計人員的重要工作。

核心網(wǎng)設備接口IP化為云計算的引入提供了可能性?，F(xiàn)階段核心網(wǎng)設備除STP鏈接和關口局與外網(wǎng)對接采用TDM承載外，其余均可采用IP承載。IP化后，服務可不受地域限制，由網(wǎng)內(nèi)設備通過IP專用承載網(wǎng)提供?？蓪⒑诵脑O備進行集中放置或集中布置，有利于集中管理。

云計算采用共用硬件基礎設施，模塊化設計，可將多種設備集成在一起，集中管理，有利于減少投資和降低維護復雜度。鑒于云計算的優(yōu)勢特點，討論其在核心網(wǎng)方面的應用非常有價值。

本文將對核心網(wǎng)的現(xiàn)狀進行分析，討論核心網(wǎng)引入云計算的可行性及實施方案。

2 核心網(wǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

核心網(wǎng)分為CS域（Circuit Switch域，電路域）、PS域（Packet Switch域，分組域）、IMS域（IP Multimedia Subsystem域，IP多媒體子系統(tǒng)域）。現(xiàn)階段CS域主要承載語音業(yè)務，PS域主要承載數(shù)據(jù)業(yè)務，IMS域主要為固定接入用戶提供多媒體業(yè)務。CS域與IMS域通過GMSS與MGCF實現(xiàn)語音、消息等業(yè)務的互通，PS域處理非會話類數(shù)據(jù)業(yè)務的同時為IMS域提供業(yè)務接入。核心網(wǎng)設備關系如圖1所示：

圖1核心網(wǎng)設備關系圖

2.1CS域

現(xiàn)階段CS域?qū)崿F(xiàn)了控制與承載分離，主要負責承載傳統(tǒng)的語音通話，負責語音通訊鏈路的建立和鏈接。CS域設備主要包括MSS、MGW、HLR、H/LSTP等。隨著通信企業(yè)對核心設備集中化建設的要求，MSS、H/LSTP基本采用省內(nèi)集中建設；MGW由于負責語音承載，為避免本地話路迂回，提高傳輸效率，MGW采用地級市集中建設；HLR現(xiàn)階段采用地級市集中建設，但由于4G的建設，網(wǎng)絡需進行融合，預計HLR將采用省內(nèi)集中建設并采用分布式架構，同時替換為HSS。

為實現(xiàn)容災方案和設備負載均衡，MSS采用了組建Pool的方法。MSS采用省內(nèi)集中放置，組建了多個Pool，分別負責各個獨立的業(yè)務區(qū)域，Pool內(nèi)MSS采用動態(tài)算法，平衡業(yè)務量，動態(tài)分配業(yè)務至Pool內(nèi)每個MSS上。

隨著通信企業(yè)對2G網(wǎng)絡投資的放緩，電路域設備投資縮減，2G的業(yè)務量將慢慢縮小，最終退出通信網(wǎng)絡。

2.2PS域

PS域主要負責數(shù)據(jù)類業(yè)務，負責數(shù)據(jù)業(yè)務鏈路的建立和鏈接。PS域設備主要包括SGSN、GGSN。SGSN為MS提供服務，與MSC/VLR/EIR配合完成移動性管理功能，同時對邏輯鏈路進行管理，包括邏輯鏈路的建立、維護和釋放，對無線資源進行管理。GGSN實現(xiàn)了網(wǎng)關或路由器功能，提供GPRS和公共分組數(shù)據(jù)網(wǎng)以X.25或X.75協(xié)議互聯(lián)，同時支持和其它GPRS網(wǎng)的互聯(lián)[1]。SGSN、GGSN現(xiàn)階段均采用省內(nèi)集中建設。

與MSS組Pool相似，SGSN采用省內(nèi)集中放置，組建多個Pool，分別負責各個獨立的業(yè)務區(qū)域，Pool內(nèi)SGSN采用動態(tài)算法，平衡業(yè)務量，動態(tài)分配業(yè)務至Pool內(nèi)每個SGSN上。

隨著數(shù)據(jù)業(yè)務的快速增長需求，PS域在一段時間內(nèi)將持續(xù)發(fā)展。

2.3IMS域

IMS域?qū)崿F(xiàn)了業(yè)務與控制的分離，是基于IP承載的開放的網(wǎng)絡架構，提供與接入無關的IP多媒體業(yè)務控制能力，是下一代通信網(wǎng)絡實現(xiàn)大融合方案的網(wǎng)絡架構。IMS域現(xiàn)階段主要實現(xiàn)固定接入控制，提供多媒體業(yè)務控制能力。IMS域設備主要包括S-CSCF、I-CSCF、P-CSCF、BGCF、MGCF、IM-MGW、MRF、SBC等?，F(xiàn)階段，除SBC/P-CSCF（合設方式）采用地級市集中建設外，其他設備均采用省內(nèi)集中建設。

IMS域是未來網(wǎng)絡架構，將在一段時間內(nèi)持續(xù)發(fā)展。

3 引入云計算可行性分析

云計算是當前IT界的熱門話題，是未來網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢。云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴展且經(jīng)常是虛擬化的資源。狹義云計算指IT基礎設施的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡以按需、易擴展的方式獲得所需資源；廣義云計算指服務的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡以按需、易擴展的方式獲得所需服務[2]。

云計算可實現(xiàn)功能的規(guī)?；?、模塊化建設，多種應用共用硬件資源，極大地減少投資；軟硬件分離，可擴展，易擴展，可實現(xiàn)功能的快速布放，提高擴容或新應用上線速度；集中數(shù)據(jù)存儲，利于集中管理和維護；統(tǒng)一的資源調(diào)配管理，實現(xiàn)彈性服務和保障應急事件處理速度。

核心網(wǎng)設備是否適合采用云計算架構應主要看以下幾方面：

（1）設備接口是否IP化

設備接口IP化才能保證設備可以異地存放和布局，不會占用過多的傳輸資源，是實現(xiàn)云架構的基礎條件。由于核心網(wǎng)設備需要與其他非IP化設備互聯(lián)，可采用鏈路直達云端，或者進行IP接口改造。

（2）數(shù)據(jù)類型特點是否為即時通信，是否需要保存數(shù)據(jù)

語音通信部分中，話路建立后，大量的即時語音數(shù)據(jù)需要及時傳輸并且不需要保留，這種情況不適合云計算，可直接通過本地設備轉(zhuǎn)接。云計算更適合計算類型的服務，或者數(shù)據(jù)需要存儲查詢類型的服務。

（3）服務是否需要交互，頻繁計算

云計算以其特有的體系架構，非常適合復雜計算，通過IP網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

（4）是否有大量數(shù)據(jù)存儲、操作和維護

云計算適合于整合多個小的存儲體系，減少了數(shù)據(jù)單元互通，可保證全網(wǎng)數(shù)據(jù)準確一致及時更新。

由于網(wǎng)絡架構的改變必將引入新的投資，是否有必要增加投資也是必須要考慮的重要問題。由于通信企業(yè)對2G投資放緩，電路域的設備應盡量保持現(xiàn)有鏈接狀態(tài)，考慮到電路域退出通信網(wǎng)絡會經(jīng)歷一個漫長的過程，其間雖可能不進行擴容新建，但維護工作量還是非常大的。建議將可進行云化的設備在部分設備即將淘汰或者該區(qū)域內(nèi)大部分設備即將淘汰時，采用云架構。

MSS適合采用云計算，因為其主要實現(xiàn)控制功能，負責信令控制、話路選擇等功能，可考慮采用全國集中建設，采用云架構。

HLR適合采用云計算，可保證全網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)統(tǒng)一，減少用戶信息查詢層次。

MGW由于負責海量的語音數(shù)據(jù)傳輸，為避免本地話路迂回，提高傳輸效率，不建議采用云計算。

H/LSTP適合采用云計算，因為其主要實現(xiàn)信令轉(zhuǎn)接及GT翻譯功能，可考慮采用全國集中建設，采用云架構。

分組域設備在未來網(wǎng)絡的發(fā)展中，仍將持續(xù)擴容。并且由于其主要負責非實時數(shù)據(jù)業(yè)務，非常適合采用云架構，可考慮全國范圍內(nèi)進行云架構布放。由于現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)有大量的SGSN、GGSN，可綜合考慮設備在網(wǎng)運行時間，整體大區(qū)域規(guī)劃，選取合適的切合時間逐步布放云架構。

IMS域是未來通信網(wǎng)絡架構，主要采用IP網(wǎng)絡架構，非常適合采用云架構。IMS域設備現(xiàn)階段使用較少，設備較少，應及早規(guī)劃，全國統(tǒng)一集中布放云架構。

4 結論

云計算優(yōu)勢突出，可以有效地利用硬件資源，極大地節(jié)省投資，實現(xiàn)集中管理和維護，移動通訊網(wǎng)絡云化是非常有利的。本文通過詳細分析總結認為核心網(wǎng)設備只有少量設備考慮到傳輸成本，不建議采用云架構，其他絕大部分均可以采用。至于核心網(wǎng)各設備云化的實施細節(jié)問題，包括大量設備采用云計算結構后，設備的存儲、計算、傳輸資源規(guī)模和管理等問題，筆者會持續(xù)研究。

參考文獻：

[1] GPRS[EB/OL]. (2013-07-04). http://baike.baidu.com/view/1307.htm.

[2] 云計算[EB/OL]. (2013-11-12). http://baike.baidu.com/link?url=WFQ0rPz8019k8xzBTN6OzMvYClg2sPTCFXZh6I4kTx2B7dqwrbCp8thV61njRGTDhkDRHbUni3eN64E8SuggJq.

[3] 馮登國,張敏,張妍,等. 云計算安全研究[J]. 軟件學報, 2011(1): 71-83.

[4] 陳丹偉,黃秀麗,任勛益. 云計算及安全分析[J]. 計算機技術與發(fā)展, 2010(2).

[5] 核心網(wǎng)[EB/OL]. (2013-10-02). http://baike.baidu.com/link?url=KcikmfauLs1n4ziJX2V09k9ZAcnHOi9LZ97Q_Kby-CMiBh6rx4HZ4wNPgtc9N6CGlu0Gj-XQSEzr4K8OUCMp3K.★

作者簡介

劉麗蘋：工程師，碩士畢業(yè)于哈爾濱工程大學計算機應用專業(yè)，現(xiàn)任職于中國移動通信集團設計院有限公司黑龍江分公司，主要從事移動通信核心網(wǎng)絡設計工作。

黃啟虎：工程師，碩士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學，現(xiàn)任職于中國移動通信集團設計院有限公司黑龍江分公司，從事核心網(wǎng)專業(yè)咨詢設計工作。

曹彥飛：通信工程師，學士畢業(yè)于吉林大學通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于中國移動通信集團設計院有限公司黑龍江分公司，從事移動通信核心網(wǎng)和新技術工作，主要研究方向為核心網(wǎng)及新技術應用。

endprint

【摘要】云計算以其共用硬件基礎設施、模塊化、動態(tài)分配資源、部署迅速等眾多優(yōu)勢，被越來越多的公司所采用。為有效地對核心網(wǎng)設備進行規(guī)劃設計，介紹了核心網(wǎng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并對核心網(wǎng)設備云化的可行性進行了分析，為核心網(wǎng)未來的發(fā)展方向奠定了基礎。

【關鍵詞】核心網(wǎng)云計算CS域PS域IMS域

中圖分類號：TP301.4文獻標識碼：A文章編號：1006-1010(2014)-09-0072-03

1 引言

移動通信網(wǎng)絡由接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、傳送網(wǎng)、支撐網(wǎng)、業(yè)務網(wǎng)等組成，核心網(wǎng)是其中重要組成部分，負責呼叫的接續(xù)、移動性管理、個性業(yè)務處理等服務的實現(xiàn)，功能強大，設備眾多，設備類型繁雜。如何有效地對核心網(wǎng)設備進行規(guī)劃設計，使其充分高效運行，有效地減少投資，是每一個設計人員的重要工作。

核心網(wǎng)設備接口IP化為云計算的引入提供了可能性?，F(xiàn)階段核心網(wǎng)設備除STP鏈接和關口局與外網(wǎng)對接采用TDM承載外，其余均可采用IP承載。IP化后，服務可不受地域限制，由網(wǎng)內(nèi)設備通過IP專用承載網(wǎng)提供。可將核心設備進行集中放置或集中布置，有利于集中管理。

云計算采用共用硬件基礎設施，模塊化設計，可將多種設備集成在一起，集中管理，有利于減少投資和降低維護復雜度。鑒于云計算的優(yōu)勢特點，討論其在核心網(wǎng)方面的應用非常有價值。

本文將對核心網(wǎng)的現(xiàn)狀進行分析，討論核心網(wǎng)引入云計算的可行性及實施方案。

2 核心網(wǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

核心網(wǎng)分為CS域（Circuit Switch域，電路域）、PS域（Packet Switch域，分組域）、IMS域（IP Multimedia Subsystem域，IP多媒體子系統(tǒng)域）?，F(xiàn)階段CS域主要承載語音業(yè)務，PS域主要承載數(shù)據(jù)業(yè)務，IMS域主要為固定接入用戶提供多媒體業(yè)務。CS域與IMS域通過GMSS與MGCF實現(xiàn)語音、消息等業(yè)務的互通，PS域處理非會話類數(shù)據(jù)業(yè)務的同時為IMS域提供業(yè)務接入。核心網(wǎng)設備關系如圖1所示：

圖1核心網(wǎng)設備關系圖

2.1CS域

現(xiàn)階段CS域?qū)崿F(xiàn)了控制與承載分離，主要負責承載傳統(tǒng)的語音通話，負責語音通訊鏈路的建立和鏈接。CS域設備主要包括MSS、MGW、HLR、H/LSTP等。隨著通信企業(yè)對核心設備集中化建設的要求，MSS、H/LSTP基本采用省內(nèi)集中建設；MGW由于負責語音承載，為避免本地話路迂回，提高傳輸效率，MGW采用地級市集中建設；HLR現(xiàn)階段采用地級市集中建設，但由于4G的建設，網(wǎng)絡需進行融合，預計HLR將采用省內(nèi)集中建設并采用分布式架構，同時替換為HSS。

為實現(xiàn)容災方案和設備負載均衡，MSS采用了組建Pool的方法。MSS采用省內(nèi)集中放置，組建了多個Pool，分別負責各個獨立的業(yè)務區(qū)域，Pool內(nèi)MSS采用動態(tài)算法，平衡業(yè)務量，動態(tài)分配業(yè)務至Pool內(nèi)每個MSS上。

隨著通信企業(yè)對2G網(wǎng)絡投資的放緩，電路域設備投資縮減，2G的業(yè)務量將慢慢縮小，最終退出通信網(wǎng)絡。

2.2PS域

PS域主要負責數(shù)據(jù)類業(yè)務，負責數(shù)據(jù)業(yè)務鏈路的建立和鏈接。PS域設備主要包括SGSN、GGSN。SGSN為MS提供服務，與MSC/VLR/EIR配合完成移動性管理功能，同時對邏輯鏈路進行管理，包括邏輯鏈路的建立、維護和釋放，對無線資源進行管理。GGSN實現(xiàn)了網(wǎng)關或路由器功能，提供GPRS和公共分組數(shù)據(jù)網(wǎng)以X.25或X.75協(xié)議互聯(lián)，同時支持和其它GPRS網(wǎng)的互聯(lián)[1]。SGSN、GGSN現(xiàn)階段均采用省內(nèi)集中建設。

與MSS組Pool相似，SGSN采用省內(nèi)集中放置，組建多個Pool，分別負責各個獨立的業(yè)務區(qū)域，Pool內(nèi)SGSN采用動態(tài)算法，平衡業(yè)務量，動態(tài)分配業(yè)務至Pool內(nèi)每個SGSN上。

隨著數(shù)據(jù)業(yè)務的快速增長需求，PS域在一段時間內(nèi)將持續(xù)發(fā)展。

2.3IMS域

IMS域?qū)崿F(xiàn)了業(yè)務與控制的分離，是基于IP承載的開放的網(wǎng)絡架構，提供與接入無關的IP多媒體業(yè)務控制能力，是下一代通信網(wǎng)絡實現(xiàn)大融合方案的網(wǎng)絡架構。IMS域現(xiàn)階段主要實現(xiàn)固定接入控制，提供多媒體業(yè)務控制能力。IMS域設備主要包括S-CSCF、I-CSCF、P-CSCF、BGCF、MGCF、IM-MGW、MRF、SBC等?，F(xiàn)階段，除SBC/P-CSCF（合設方式）采用地級市集中建設外，其他設備均采用省內(nèi)集中建設。

IMS域是未來網(wǎng)絡架構，將在一段時間內(nèi)持續(xù)發(fā)展。

3 引入云計算可行性分析

云計算是當前IT界的熱門話題，是未來網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢。云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴展且經(jīng)常是虛擬化的資源。狹義云計算指IT基礎設施的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡以按需、易擴展的方式獲得所需資源；廣義云計算指服務的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡以按需、易擴展的方式獲得所需服務[2]。

云計算可實現(xiàn)功能的規(guī)模化、模塊化建設，多種應用共用硬件資源，極大地減少投資；軟硬件分離，可擴展，易擴展，可實現(xiàn)功能的快速布放，提高擴容或新應用上線速度；集中數(shù)據(jù)存儲，利于集中管理和維護；統(tǒng)一的資源調(diào)配管理，實現(xiàn)彈性服務和保障應急事件處理速度。

核心網(wǎng)設備是否適合采用云計算架構應主要看以下幾方面：

（1）設備接口是否IP化

設備接口IP化才能保證設備可以異地存放和布局，不會占用過多的傳輸資源，是實現(xiàn)云架構的基礎條件。由于核心網(wǎng)設備需要與其他非IP化設備互聯(lián)，可采用鏈路直達云端，或者進行IP接口改造。

（2）數(shù)據(jù)類型特點是否為即時通信，是否需要保存數(shù)據(jù)

語音通信部分中，話路建立后，大量的即時語音數(shù)據(jù)需要及時傳輸并且不需要保留，這種情況不適合云計算，可直接通過本地設備轉(zhuǎn)接。云計算更適合計算類型的服務，或者數(shù)據(jù)需要存儲查詢類型的服務。

（3）服務是否需要交互，頻繁計算

云計算以其特有的體系架構，非常適合復雜計算，通過IP網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

（4）是否有大量數(shù)據(jù)存儲、操作和維護

云計算適合于整合多個小的存儲體系，減少了數(shù)據(jù)單元互通，可保證全網(wǎng)數(shù)據(jù)準確一致及時更新。

由于網(wǎng)絡架構的改變必將引入新的投資，是否有必要增加投資也是必須要考慮的重要問題。由于通信企業(yè)對2G投資放緩，電路域的設備應盡量保持現(xiàn)有鏈接狀態(tài)，考慮到電路域退出通信網(wǎng)絡會經(jīng)歷一個漫長的過程，其間雖可能不進行擴容新建，但維護工作量還是非常大的。建議將可進行云化的設備在部分設備即將淘汰或者該區(qū)域內(nèi)大部分設備即將淘汰時，采用云架構。

MSS適合采用云計算，因為其主要實現(xiàn)控制功能，負責信令控制、話路選擇等功能，可考慮采用全國集中建設，采用云架構。

HLR適合采用云計算，可保證全網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)統(tǒng)一，減少用戶信息查詢層次。

MGW由于負責海量的語音數(shù)據(jù)傳輸，為避免本地話路迂回，提高傳輸效率，不建議采用云計算。

H/LSTP適合采用云計算，因為其主要實現(xiàn)信令轉(zhuǎn)接及GT翻譯功能，可考慮采用全國集中建設，采用云架構。

分組域設備在未來網(wǎng)絡的發(fā)展中，仍將持續(xù)擴容。并且由于其主要負責非實時數(shù)據(jù)業(yè)務，非常適合采用云架構，可考慮全國范圍內(nèi)進行云架構布放。由于現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)有大量的SGSN、GGSN，可綜合考慮設備在網(wǎng)運行時間，整體大區(qū)域規(guī)劃，選取合適的切合時間逐步布放云架構。

IMS域是未來通信網(wǎng)絡架構，主要采用IP網(wǎng)絡架構，非常適合采用云架構。IMS域設備現(xiàn)階段使用較少，設備較少，應及早規(guī)劃，全國統(tǒng)一集中布放云架構。

4 結論

云計算優(yōu)勢突出，可以有效地利用硬件資源，極大地節(jié)省投資，實現(xiàn)集中管理和維護，移動通訊網(wǎng)絡云化是非常有利的。本文通過詳細分析總結認為核心網(wǎng)設備只有少量設備考慮到傳輸成本，不建議采用云架構，其他絕大部分均可以采用。至于核心網(wǎng)各設備云化的實施細節(jié)問題，包括大量設備采用云計算結構后，設備的存儲、計算、傳輸資源規(guī)模和管理等問題，筆者會持續(xù)研究。

參考文獻：

[1] GPRS[EB/OL]. (2013-07-04). http://baike.baidu.com/view/1307.htm.

[2] 云計算[EB/OL]. (2013-11-12). http://baike.baidu.com/link?url=WFQ0rPz8019k8xzBTN6OzMvYClg2sPTCFXZh6I4kTx2B7dqwrbCp8thV61njRGTDhkDRHbUni3eN64E8SuggJq.

[3] 馮登國,張敏,張妍,等. 云計算安全研究[J]. 軟件學報, 2011(1): 71-83.

[4] 陳丹偉,黃秀麗,任勛益. 云計算及安全分析[J]. 計算機技術與發(fā)展, 2010(2).

[5] 核心網(wǎng)[EB/OL]. (2013-10-02). http://baike.baidu.com/link?url=KcikmfauLs1n4ziJX2V09k9ZAcnHOi9LZ97Q_Kby-CMiBh6rx4HZ4wNPgtc9N6CGlu0Gj-XQSEzr4K8OUCMp3K.★

作者簡介

劉麗蘋：工程師，碩士畢業(yè)于哈爾濱工程大學計算機應用專業(yè)，現(xiàn)任職于中國移動通信集團設計院有限公司黑龍江分公司，主要從事移動通信核心網(wǎng)絡設計工作。

黃啟虎：工程師，碩士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學，現(xiàn)任職于中國移動通信集團設計院有限公司黑龍江分公司，從事核心網(wǎng)專業(yè)咨詢設計工作。

曹彥飛：通信工程師，學士畢業(yè)于吉林大學通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于中國移動通信集團設計院有限公司黑龍江分公司，從事移動通信核心網(wǎng)和新技術工作，主要研究方向為核心網(wǎng)及新技術應用。

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