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    發表于 2019-8-2 11:53:55 |只看該作者 |倒序瀏覽
    移動通信核心網絡從1G/2G程控交換、電路交換時代的大一統,到2.5G/3G/4G軟交換、GPRS、EPC和IMS的專業分家,再到5G時代SBA架構統一,完美印證了那句俗得不能再俗的俗話—“天下大勢,合久必分、分久必合”。

    現在,很多人都以為5G的語音業務無論是初期的VoLTE、后續EPS Fallback,還是最終的VoNR仍是由IMS網絡來提供,再加上現在講解5G SBA架構的課件資料等都是以4G EPC網絡架構做參考對比講解。所以,5G 時代的核心網仍然是分成PS和IMS兩大領域。其實,從業務提供層面來講可以這樣認為,畢竟不同業務的信令協議不同。但是,從網元實現和組網架構的設計理念來講,未必還需要上述的專業分家。

    業務角度的核心網專業劃分
    移動通信網絡的核心網從GSM時代的2.5G時代開始就分為電路交換域CS和分組交換域PS,分別負責移動語音業務和GPRS手機上網業務,到了3G時代,核心網在CS和PS的基礎上又多了一個“小兄弟”IMS域,它的定義是“IP多媒體子系統”,在2008年的3GPP R5版本定義并凍結。在國內,只有中國移動在2009年6省市部署IMS域試點,2010年27省全面部署IMS域并全面商用,初期用于固網VOBB政企和家庭固話業務承載,而到了4G時代,由于其作為VoLTE高清語音/視頻通話業務的核心網絡,在移動通信核心網的地位一下由“小兄弟”躥升為“老大哥”

    目前,4G時代,移動通信核心網主要細分為EPC、IMS和軟交換三大專業,EPC仍然繼承提供GPRS業務,只是帶寬大了很多,速度快了許多,可以簡單理解為GPRS業務的增強版。而IMS則從初期只提供固網業務,發展為開始為用戶提供高清語音/視頻通話業務,不僅業務種類多了手機終端側的視頻通話、視頻彩鈴、一號多終端(虛擬eSIM卡)等富媒體業務,且語音質量(清晰度、保真度)和接續時延等用戶感知,相比傳統電路交換域CS,都有質的提升。至于軟交換專業,那只是2G/3G時代電路域CS的產物,最終會被時代拋棄。這一點從中國電信、中國聯通紛紛宣布關閉GSM網絡來看,就是最好的證明。至于中國移動,由于其組網和業務承載的復雜性(中移動目前網絡是全球最復雜一張網),以及用戶遷移率(VoLTE業務用戶轉化)等原因,暫時無法宣布關閉GSM網絡時間表,但是2G網絡的語音業務體驗不如VoLTE,這是肯定的。如果你的終端支持VoLTE功能,且是中移動客戶,那就趕緊開通VoLTE吧,資費不變,感知提升,何樂而不為呢?

    因此,在現網4G網絡階段,移動通信核心網專業從業務承載的角度來看,分為EPC專業(用戶數據業務、彩信業務)、IMS專業(高清語音/視頻業務、短信業務)和軟交換專業(傳統語音業務、短信業務)三大專業。所以,雖然大家都宣稱自己是核心網專業從業人員,但是業務流程、信令協議、網元配置以及人員技能儲備等方面都是不同的。

    到了5G時代,由于SBA服務化核心網架構的提出(中移動首提),所有網元功能模塊全部“軟”化,從軟件模塊化設計理念來看,這必然會導致業務管理網元功能SMF不僅只繼承EPC-C面功能,同時整個IMS-C面功能也是能夠集成統一的。而用戶面網元功能UPF不僅只繼承EPC-U,同樣也能集成IMS-U。

    而且,基于IT領域“生產者/消費者”理念,導致SBA架構下各網元功能模塊之間通過一條邏輯總線互聯松耦合且無強依賴關系。比如:鑒權解耦(AUSF)、用戶數據解耦(UDM/UDR)、接入控制解耦(AMF)、業務功能解耦且接口開放(NEF、AF)、數據轉發解耦(UPF)、全網路由尋址統一(NRF)等等。這個理念(生產者/消費者)與現有IMS網絡架構設計理念(控制、承載、業務三分離)是相符的,這也為統一提供語音/數據類業務,不再細分IMS/CS/PS等專業打下基礎。不是很理解?那我們就來掰扯下IMS網絡架構如何與SBA架構融合。。。

    IMS邏輯網元與SBA架構網元功能融合
    IMS網絡架構從2008年3GPP R5版本凍結以來,一直沒有變化。從這一點來看,正好說明這個架構是非常成熟的。即使到了4G時代,為了給用戶提供VoLTE業務,加入了EPC網絡。但是,從VoLTE業務角度來看,EPC只是一個接入網,為用戶建立一條承載隧道,使其接入IMS網絡,從而享受VoLTE高清類、富媒體類等業務,整體VoLTE業務及其增值業務控制都在IMS網絡內,所以,IMS網絡才是真正的核心網。

    整個IMS網絡架構也是分層的,分為接入層,承載層、控制層業務層共4層。從VoLTE業務角度來看,接入層就是上圖的EPC部分,承載層就是上圖的IP專網,控制層和業務層就是上圖的IMS部分(控制層功能和業務層功能由不同的物理網元實現)。其整體全貌如下,我們就按照從接入層到業務層的層次順序,來掰扯下面這張圖。。。

    首先,就是核心層與接入層之間的用作邊界網關的SBC網元,它主要用于用戶接入控制,業務代理鑒權和數據包的路由轉發。用戶的業務請求從接入層首先送達SBC,然后由它負責向核心側進行消息轉發,而核心側的響應也由它抓發給接入側。所以,SBC網元必然是一個業務信令數據包和業務媒體數據包合一轉發的網元,從數通角度來說與路由器功能一致。那么,從網元兼具的具體功能角度來看,用戶接入控制功能可以卸載到SBA架構的AMF,業務代理鑒權可以卸載到SBA的AUSF,業務路由控制可以卸載到SBA的SMF,媒體面數據包轉發功能可以卸載到SBA的UPF上。

    從SBC往上,就到了真正的核心控制層,主要就三類網元CSCFENUM/DNS和HSS。先說CSCF,CSCF在3GPP定義中又分為三個邏輯功能網元P-CSCF、I-CSCF和S-CSCF。P-CSCF網元也是用于業務的接入控制,本質上它才是IMS核心控制層的入口。而現網由于涉及跨網絡層對接,從安全角度考慮設置邊界網關SBC,正是因為SBC的存在,使得P-CSCF變成了一個純信令控制面網元。在固網業務網內,P-CSCF是獨立設置的,與邊界網關SBC采用星型拓撲連接,目的就是對不同業務區域用戶接入統一集中管理。在VoLTE業務網內,P-CSCF與SBC合設。所以,從網元功能角度來看,其接入控制功能同樣可以卸載SBA架構的AMF上。

    I-CSCF網元主要用于跨IMS核心控制層互通,所以它有拓撲隱藏的功能。也就是說,從其他IMS核心控制層來的業務請求消息只能找本端的I-CSCF,本端核心網的其他網元對外來的業務請求消息是不可見的。這個網元的功能有個學名—“用戶歸屬域入口”,見名知意,它本質上也是一種接入控制類網元。所以,從網元功能的角度來看,也可以卸載到SBA架構的AMF。如果考慮安全風險,也可以卸載到SBA架構的SMF。
    S-CSCF網元主要用于信令的路由控制和業務邏輯的觸發,從這點來看是個典型的會話控制類網元。所以,必然可以卸載到SBA的SMF上。

    ENUM/DNS網元用于IMS域內全網的路由尋址,但是它不做路由轉發,而是將尋址到的對端地址發給本端的S-CSCF,由本端的S-CSCF負責路由轉發。由于IMS網絡目前主要用于通話類語音業務,因此就涉及電話號碼的翻譯問題。在2G/3G時代,用戶撥打電話,是通過純號碼分析功能完成全網路由尋址的,在VoLTE時代,由于語言業務承載在IP上,就涉及將電話號碼翻譯成IP地址的需求,這就是ENUM/DNS網元存在的意義。

    如上圖,ENUM/DNS從名字上就知道它是由ENUM和DNS兩個邏輯網元組成,其實它還有個小名,叫ENS(初期一提ENS,很多人都懵逼了。。。我也是懵逼er之一。。。)。ENUM的功能主要完成用戶電話號碼到歸屬域域名+傳輸&應用協議+服務端口的NAPTR翻譯,然后將翻譯后的結果送給DNS完成SRV和A查詢的兩步翻譯,從而得到被叫用戶歸屬域入口地址(也就是I-CSCF地址),實現業務從主叫端到被叫端的E2E接續。從ENUM/DNS的網元功能來看,它與SBA架構下NRF何其相似,這也是為什么有人提出5G時代DNS功能弱化的原因。唯一的區別就是現有ENUM/DNS還負責用戶數據的存儲,而SBA架構的NRF可沒這么牛X,但是可以拉著它的“表兄弟”—UDM/UDR一起幫忙啊。。。所以,這都不是問題。

    而HSS網元用于用戶簽約數據存儲,用戶接入的合法性鑒權/授權等功能,它也有個學名叫“用戶數據中心”。在SBA架構下也有個類似的網元功能單元UDM/UDR,其功能與HSS也類似,同樣用于用戶簽約數據的存儲,只是它沒有用戶接入合法性鑒權/授權功能,這部分功能解耦在SBA架構的AUSF上面。所以,HSS網元的用戶簽約數據存儲功能可以卸載到UDM/UDR上,而鑒權/授權功能可以卸載到AUSF上,兩個網元功能單元通過SBA服務總線接口交互消息,同樣也不是問題。

    從核心控制層往上,就是業務層了,主要是各類業務服務器的包括基礎業務提供服務器、增值業務提供服務器、短信、彩信、彩鈴、彩印等等。。。這些業務服務器通過標準接口與核心控制層對接,只用于業務邏輯的生成和下發(比如:互轉、彩鈴播放等等),并不涉及業務路由的控制,所以它們與核心控制層是一種解耦關系,也就是說任何一家業務服務網元廠家只要按照統一接口標準開發自己的產品就可以與核心控制層完成對接,并實現特色業務提供。同樣,在SBA架構下也有類似的網元功能單元,那就是AF,如果有進一步能力開放需求,還可以拉著NEF一起搞個“大事情”。

    以上,通過IMS網絡各網元功能的解析,闡述了從網元功能層面,IMS網元與SBA架構網元功能融合的可能性。下面,我們從網元處理邏輯的角度繼續掰扯。

    現網的網元種類很多,按專業細分:有軟件換的、EPC的、承載網的、IMS的、增值業務的等等;按照所處的網絡位置分:有邊界網關、接入端局、互聯互通關口局、長途匯接局、信令轉發點等等。。。同樣,現網各類網元的提供廠商也很多,有華為、中興、愛立信、諾基亞等知名廠商。但是,無論什么類型的網元,無論由誰來提供,網元內部處理邏輯繞不開三大塊:消息接口和分發邏輯單元、業務處理邏輯單元和數據庫邏輯單元。

    消息接口和分發邏輯主要用來接收各類信令/媒體消息,按照一定的過濾機制分發給內部的業務邏輯處理單元,業務邏輯處理完成處理后,將業務狀態緩存到內部的數據庫邏輯單元,并將處理結果轉發給消息接口和分發邏輯單元,然后消息接口單元按照一定路由策略轉發給外部其他網元的消息接口單元。上述各類型網元內部基本上都是類似的處理邏輯,這種邏輯處理機制同樣符合軟件模塊化設計的思想。而5G SBA架構本身就采用軟件模塊化設計的思想,不僅將各類網元功能“軟”化,同時將傳統網絡各網元的邏輯功能進行了拆分和重組,使得每個“軟”化的網元功能單元能力更加清晰。因此,也就有了我們開篇提到的SMF不僅只繼承EPC-C面功能,同樣也能集成IMS-C面功能的觀點,增加的邏輯功能點主要涉及消息接口和分發邏輯單元以及業務處理單元的開發,而接入控制功能卸載到AMF、鑒權功能卸載AUSF等,增加的邏輯功能點也主要涉及上面兩處。

    但是,現網網元這種處理邏輯其實是一種有狀態的設計理念,涉及業務狀態在本網元內部的存儲,一旦本網元故障,而業務數據沒有異地災備機制的情況下,就會發生業務受損。而5G時代為了進一步提高業務可靠性,有些廠家提出了無狀態的設計理念,這就需要將傳統網元內部數據庫邏輯單元統一進行集群化部署,而與各業務功能單元的業務處理邏輯單元采用高可靠、負載均衡對接架構,從而實現業務高可用,無損失特性。這些從軟件模塊設計理念來看,那都不是事兒。

    了解了上面網元內部處理邏輯的概念,那么理解不同業務信令、流程在同一類SBA網元功能單元完成邏輯判斷和業務處理,也就是水到渠成的事情。比如:在SMF只能處理PS業務流程基礎上,在其內部業務處理邏輯單元中增加SIP信令處理單元、Diameter信令處理單元、HTTP信令處理單元,就能在SMF上同樣實現CSCF的功能。同理,在AMF也能實現P-CSCF/I-CSCF的功能。而5G網絡基于業務流的QoS策略,在一個PDU會話中通過識別不同業務流,從而建立不同5QI(類似現在QCI)等級的業務承載,更為這種大一統的核心網架構提供天然的基礎。

    以上,就是我對5G SBA架構下核心網大一統的粗淺理解。在我個人看來,結合SBA服務化網絡架構理念和網元功能單元“軟”化,未來核心網專業大一統是很有可能的,并且從技術角度來看,應該也不存在無法解決的問題。但是,很可能有設備廠商從網絡可靠、安全的角度提出異議,或者是一些細節問題提出解決進展慢等困難,其實這都是背后的商業目的在作怪。至于人員的技能融合,那是必須要完成的,否則就算只是核心網專業,那也玩不轉。

    軍銜等級:

      新兵

    注冊時間:
    2016-11-11
    2#
    發表于 2019-8-5 18:50:07 |只看該作者
    很專業👍

    軍銜等級:

      中校

    注冊時間:
    2005-10-19
    3#
    發表于 2019-8-6 14:25:27 |只看該作者
    太專業了,只能收藏鏈接后頭慢慢看

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