LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)探討

劉婷婷 劉永毓

【摘要】 本文在LTE核心網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、功能進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹的基礎(chǔ)之上，著重對(duì)LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)行闡述，從而為在采用較少資源的條件下實(shí)現(xiàn)LTE核心網(wǎng)技術(shù)提供理論參考。

【關(guān)鍵字】 LTE核心網(wǎng) 關(guān)鍵技術(shù) 結(jié)構(gòu)

一、LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)概述

所謂LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，主要是指在使用較少的資源條件下來(lái)對(duì)LTE核心網(wǎng)功能進(jìn)行優(yōu)化的一項(xiàng)技術(shù)。近年來(lái)，隨著我國(guó)科技水平地不斷提高，LTE技術(shù)也不斷發(fā)展，并且發(fā)展越發(fā)成熟。LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)具有頻譜利用率較高，成本較低、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，但是其缺陷在于高速傳輸時(shí)的距離不長(zhǎng)。因此，在室內(nèi)或者比較偏遠(yuǎn)的地區(qū)使用LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。

二、LTE核心網(wǎng)概況

在LTE核心網(wǎng)中，其主要包括移動(dòng)性管理設(shè)備（MME）、服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）、PDN網(wǎng)關(guān)（P-GW）、歸屬簽約用戶服務(wù)器（HSS）以及策略和計(jì)費(fèi)控制單元（PCRF）等。在LTE核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）和PDN網(wǎng)關(guān)（P-GW）既可以進(jìn)行合設(shè)，也可以分設(shè)。LTE核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

2.1移動(dòng)性管理設(shè)備（MME）概況

移動(dòng)性管理設(shè)備（MME）屬于LTE核心網(wǎng)的控制面節(jié)點(diǎn)，其主要作用表現(xiàn)為安全、移動(dòng)性管理和執(zhí)行會(huì)話和承載控制三方面。

2.2服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）概況

所謂S-GW，其屬于用以連接eNodeB的用戶面節(jié)點(diǎn)。服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）主要確保在在eNodeB和PGW之間路由和轉(zhuǎn)發(fā)LTE用戶上下行報(bào)文。

2.3分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)（P-GW）概況

P-GW主屬于一種用以連接PDN網(wǎng)絡(luò)的用戶面節(jié)點(diǎn)。P-GW的主要功能表現(xiàn)在：為L(zhǎng)TE核心網(wǎng)到PDN網(wǎng)絡(luò)的用戶面提供參考點(diǎn)SGi。另外，分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)（P-GW）還具有部分的安全功能、QoS功能和控制功能。

2.4策略和計(jì)費(fèi)控制單元（PCRF）概況

策略和計(jì)費(fèi)控制單元（PCRF）的主要作用是提供基于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的門控、QoS控制以及相關(guān)的計(jì)費(fèi)控制等。

2.5歸屬簽約用戶服務(wù)器（HSS）概況

HSS是一個(gè)專門對(duì)用戶和服務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)庫(kù)。歸屬簽約用戶服務(wù)器（HSS）的作用是保存歸屬網(wǎng)絡(luò)中IMS/ EPC用戶的簽約信息，并且對(duì)用戶鑒權(quán)和位置信息進(jìn)行管理。

三、LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)介紹

3.1LTE核心網(wǎng)操作系統(tǒng)輕量化技術(shù)介紹

LTE核心網(wǎng)采用開(kāi)源Linux操作系統(tǒng)主要從系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)（BASE Service）、操作管理維護(hù)（OAM）和高可用性服務(wù)（HA Service）三個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)LTE核心網(wǎng)操作系統(tǒng)輕量化技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化以后的操作系統(tǒng)，其大小僅僅為原系統(tǒng)的百分之三十左右，同時(shí)其運(yùn)行速度也提升了近三倍。

3.1.1系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)（BASE Service）

系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)（BASE Service）是基于CGL規(guī)范并且為滿足上層業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求而進(jìn)行開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)模塊。系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)（BASE Service）模塊承載起了整個(gè)系統(tǒng)的大部分基礎(chǔ)服務(wù)。系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)（BASE Service）主要有三個(gè)部分：一是系統(tǒng)啟動(dòng)（Autoboot）。其能夠?qū)?nèi)核進(jìn)行自動(dòng)加載，從而啟動(dòng)配置。二是腳本配置和平臺(tái)服務(wù)啟動(dòng)。根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)的業(yè)務(wù)流程，對(duì)因?yàn)橄到y(tǒng)進(jìn)程出現(xiàn)異常問(wèn)題退出以后，可以進(jìn)行自動(dòng)進(jìn)行重啟，也可以對(duì)一些應(yīng)用程序進(jìn)行加載和啟動(dòng)。三是文件系統(tǒng)（FS Management）。LTE核心網(wǎng)操作系統(tǒng)主要采用XFS或者EXT3文件系統(tǒng)。FS Management通過(guò)網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)將日志文件保存到遠(yuǎn)程主機(jī)里面，有效地減少系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)的要求。對(duì)系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)（BASE Service）進(jìn)行優(yōu)化的主要是根據(jù)LTE核心網(wǎng)中操作系統(tǒng)的實(shí)際使用情況刪除一些不必要的組件，從而保證LTE核心網(wǎng)能夠快速地運(yùn)行，同時(shí)確保LTE核心網(wǎng)操作系統(tǒng)是干凈可控的。

3.1.2操作管理維護(hù)（OAM）

在OAM模塊中，其主要包括配置管理（CM）、性能管理（PM）、告警管理（FM）和北向接口四個(gè)部分。首先，CM主要是負(fù)責(zé)管理配置模型和配置數(shù)據(jù)，并且執(zhí)行配置的命令，另外，CM還會(huì)與網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行互操作。其次是性能管理（PM）。性能管理（PM）的功能主要為：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(bào)以及閥值告警等等。三是告警管理（FM）。FM的主要功能表現(xiàn)在告警、生成安全日志和客戶日志等，并且具有一定的上報(bào)功能。最后是北向接口。操作管理維護(hù)（OAM）模塊中的北向接口的功能，主要表現(xiàn)為通過(guò)SNMP協(xié)議來(lái)傳輸網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)，從而達(dá)到網(wǎng)管中心NMS/EMS的連接和訪問(wèn)。

3.2網(wǎng)關(guān)一體化設(shè)計(jì)技術(shù)介紹

所謂網(wǎng)關(guān)一體化設(shè)計(jì)，就是指將S-GW和P-GW進(jìn)行深度地融合。當(dāng)網(wǎng)關(guān)一體化系統(tǒng)進(jìn)行加載時(shí)，只需要將一個(gè)融合GW網(wǎng)元的模塊啟動(dòng)，此時(shí)就可以提供獨(dú)立的S-GW、PDN-GW和融合GW等邏輯網(wǎng)元功能。網(wǎng)關(guān)一體化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：可以將不同的邏輯網(wǎng)元對(duì)網(wǎng)關(guān)一體化系統(tǒng)資源進(jìn)行管理和會(huì)話控制功能以及用戶面邏輯處理進(jìn)行共享，這樣就大大地節(jié)約了網(wǎng)關(guān)一體化系統(tǒng)內(nèi)存資源，同時(shí)最大程度地對(duì)軟件代碼進(jìn)行重用。網(wǎng)關(guān)一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體如圖2所示。

（1）網(wǎng)關(guān)一體化設(shè)計(jì)中，在大部分場(chǎng)景下，網(wǎng)關(guān)主要功能為提供融合GW功能，其數(shù)據(jù)流參考圖2中的業(yè)務(wù)流1。

（2）當(dāng)在網(wǎng)關(guān)中進(jìn)行切換場(chǎng)景時(shí)，假若S-GW發(fā)生改變，那么其歸屬地網(wǎng)關(guān)便會(huì)更改成為P-GW，此時(shí)歸屬地網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)流可以參考圖二中的第二條業(yè)務(wù)流。另外，當(dāng)訪問(wèn)地網(wǎng)關(guān)提供S-GW角色時(shí)，其數(shù)據(jù)流則參考圖二中的第三條業(yè)務(wù)流。

由此可見(jiàn)，S-GW發(fā)生改變而切換場(chǎng)景除外，在網(wǎng)關(guān)一體化設(shè)計(jì)技術(shù)下，絕大部分場(chǎng)景下的網(wǎng)關(guān)信令僅需進(jìn)行一次處理即可，這就大大地降低了延時(shí)。

3.3快速數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)介紹（Intel CPU+DPDK技術(shù)）

LTE核心網(wǎng)操作系統(tǒng)中所采用的快速數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)（Intel CPU+DPDK技術(shù)）是針一個(gè)輕量級(jí)、低功耗以及RTC的運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)套件DPDK，這樣就能夠提升數(shù)據(jù)包的處理和轉(zhuǎn)發(fā)性能。另外，DPDK還可以對(duì)智能和高效的數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理與轉(zhuǎn)發(fā)。

跟傳統(tǒng)Linux系統(tǒng)比較，采用快速數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)（Intel CPU+DPDK）技術(shù)后，數(shù)據(jù)包的處理與轉(zhuǎn)發(fā)能力比起原系統(tǒng)而言，大概提升了6—10倍。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述， LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)大大地降低了LTE核心網(wǎng)的成本，提升了運(yùn)行速度，可以應(yīng)用于政府部門的應(yīng)急和反恐或者救災(zāi)、室內(nèi)覆蓋和企業(yè)專網(wǎng)等實(shí)踐之中。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王少波.LTE核心網(wǎng)關(guān)質(zhì)量提升方案[J].數(shù)據(jù)通信.2015（03）

[2] 黃桂芹.陜西電信LTE核心網(wǎng)建設(shè)探討[J].電信科技.2012（05）

[3] 王琦.探究分析LTE核心網(wǎng)技術(shù)的要點(diǎn)[J].新聚焦.2011（06）