通信人家园

 找回密码
 注册

只需一步,快速开始

搜索
查看: 842|回复: 2

[交换网技术] 【原创】SBA架构下的核心网大一统 [复制链接]

军衔等级:

  上士

注册时间:
2013-3-4
发表于 2019-8-2 11:53:55 |显示全部楼层
移动通信核心网络从1G/2G程控交换、电路交换时代的大一统,到2.5G/3G/4G软交换、GPRS、EPC和IMS的专业分家,再到5G时代SBA架构统一,完美印证了那句俗得不能再俗的俗话—“天下大势,合久必分、分久必合”。

现在,很多人都以为5G的语音业务无论是初期的VoLTE、后续EPS Fallback,还是最终的VoNR仍是由IMS网络来提供,再加上现在讲解5G SBA架构的课件资料等都是以4G EPC网络架构做参考对比讲解。所以,5G 时代的核心网仍然是分成PS和IMS两大领域。其实,从业务提供层面来讲可以这样认为,毕竟不同业务的信令协议不同。但是,从网元实现和组网架构的设计理念来讲,未必还需要上述的专业分家。

业务角度的核心网专业划分
移动通信网络的核心网从GSM时代的2.5G时代开始就分为电路交换域CS和分组交换域PS,分别负责移动语音业务和GPRS手机上网业务,到了3G时代,核心网在CS和PS的基础上又多了一个“小兄弟”IMS域,它的定义是“IP多媒体子系统”,在2008年的3GPP R5版本定义并冻结。在国内,只有中国移动在2009年6省市部署IMS域试点,2010年27省全面部署IMS域并全面商用,初期用于固网VOBB政企和家庭固话业务承载,而到了4G时代,由于其作为VoLTE高清语音/视频通话业务的核心网络,在移动通信核心网的地位一下由“小兄弟”蹿升为“老大哥”

目前,4G时代,移动通信核心网主要细分为EPC、IMS和软交换三大专业,EPC仍然继承提供GPRS业务,只是带宽大了很多,速度快了许多,可以简单理解为GPRS业务的增强版。而IMS则从初期只提供固网业务,发展为开始为用户提供高清语音/视频通话业务,不仅业务种类多了手机终端侧的视频通话、视频彩铃、一号多终端(虚拟eSIM卡)等富媒体业务,且语音质量(清晰度、保真度)和接续时延等用户感知,相比传统电路交换域CS,都有质的提升。至于软交换专业,那只是2G/3G时代电路域CS的产物,最终会被时代抛弃。这一点从中国电信、中国联通纷纷宣布关闭GSM网络来看,就是最好的证明。至于中国移动,由于其组网和业务承载的复杂性(中移动目前网络是全球最复杂一张网),以及用户迁移率(VoLTE业务用户转化)等原因,暂时无法宣布关闭GSM网络时间表,但是2G网络的语音业务体验不如VoLTE,这是肯定的。如果你的终端支持VoLTE功能,且是中移动客户,那就赶紧开通VoLTE吧,资费不变,感知提升,何乐而不为呢?

因此,在现网4G网络阶段,移动通信核心网专业从业务承载的角度来看,分为EPC专业(用户数据业务、彩信业务)、IMS专业(高清语音/视频业务、短信业务)和软交换专业(传统语音业务、短信业务)三大专业。所以,虽然大家都宣称自己是核心网专业从业人员,但是业务流程、信令协议、网元配置以及人员技能储备等方面都是不同的。

到了5G时代,由于SBA服务化核心网架构的提出(中移动首提),所有网元功能模块全部“软”化,从软件模块化设计理念来看,这必然会导致业务管理网元功能SMF不仅只继承EPC-C面功能,同时整个IMS-C面功能也是能够集成统一的。而用户面网元功能UPF不仅只继承EPC-U,同样也能集成IMS-U。

而且,基于IT领域“生产者/消费者”理念,导致SBA架构下各网元功能模块之间通过一条逻辑总线互联松耦合且无强依赖关系。比如:鉴权解耦(AUSF)、用户数据解耦(UDM/UDR)、接入控制解耦(AMF)、业务功能解耦且接口开放(NEF、AF)、数据转发解耦(UPF)、全网路由寻址统一(NRF)等等。这个理念(生产者/消费者)与现有IMS网络架构设计理念(控制、承载、业务三分离)是相符的,这也为统一提供语音/数据类业务,不再细分IMS/CS/PS等专业打下基础。不是很理解?那我们就来掰扯下IMS网络架构如何与SBA架构融合。。。

IMS逻辑网元与SBA架构网元功能融合
IMS网络架构从2008年3GPP R5版本冻结以来,一直没有变化。从这一点来看,正好说明这个架构是非常成熟的。即使到了4G时代,为了给用户提供VoLTE业务,加入了EPC网络。但是,从VoLTE业务角度来看,EPC只是一个接入网,为用户建立一条承载隧道,使其接入IMS网络,从而享受VoLTE高清类、富媒体类等业务,整体VoLTE业务及其增值业务控制都在IMS网络内,所以,IMS网络才是真正的核心网。

整个IMS网络架构也是分层的,分为接入层,承载层、控制层业务层共4层。从VoLTE业务角度来看,接入层就是上图的EPC部分,承载层就是上图的IP专网,控制层和业务层就是上图的IMS部分(控制层功能和业务层功能由不同的物理网元实现)。其整体全貌如下,我们就按照从接入层到业务层的层次顺序,来掰扯下面这张图。。。

首先,就是核心层与接入层之间的用作边界网关的SBC网元,它主要用于用户接入控制,业务代理鉴权和数据包的路由转发。用户的业务请求从接入层首先送达SBC,然后由它负责向核心侧进行消息转发,而核心侧的响应也由它抓发给接入侧。所以,SBC网元必然是一个业务信令数据包和业务媒体数据包合一转发的网元,从数通角度来说与路由器功能一致。那么,从网元兼具的具体功能角度来看,用户接入控制功能可以卸载到SBA架构的AMF,业务代理鉴权可以卸载到SBA的AUSF,业务路由控制可以卸载到SBA的SMF,媒体面数据包转发功能可以卸载到SBA的UPF上。

从SBC往上,就到了真正的核心控制层,主要就三类网元CSCFENUM/DNS和HSS。先说CSCF,CSCF在3GPP定义中又分为三个逻辑功能网元P-CSCF、I-CSCF和S-CSCF。P-CSCF网元也是用于业务的接入控制,本质上它才是IMS核心控制层的入口。而现网由于涉及跨网络层对接,从安全角度考虑设置边界网关SBC,正是因为SBC的存在,使得P-CSCF变成了一个纯信令控制面网元。在固网业务网内,P-CSCF是独立设置的,与边界网关SBC采用星型拓扑连接,目的就是对不同业务区域用户接入统一集中管理。在VoLTE业务网内,P-CSCF与SBC合设。所以,从网元功能角度来看,其接入控制功能同样可以卸载SBA架构的AMF上。

I-CSCF网元主要用于跨IMS核心控制层互通,所以它有拓扑隐藏的功能。也就是说,从其他IMS核心控制层来的业务请求消息只能找本端的I-CSCF,本端核心网的其他网元对外来的业务请求消息是不可见的。这个网元的功能有个学名—“用户归属域入口”,见名知意,它本质上也是一种接入控制类网元。所以,从网元功能的角度来看,也可以卸载到SBA架构的AMF。如果考虑安全风险,也可以卸载到SBA架构的SMF。
S-CSCF网元主要用于信令的路由控制和业务逻辑的触发,从这点来看是个典型的会话控制类网元。所以,必然可以卸载到SBA的SMF上。

ENUM/DNS网元用于IMS域内全网的路由寻址,但是它不做路由转发,而是将寻址到的对端地址发给本端的S-CSCF,由本端的S-CSCF负责路由转发。由于IMS网络目前主要用于通话类语音业务,因此就涉及电话号码的翻译问题。在2G/3G时代,用户拨打电话,是通过纯号码分析功能完成全网路由寻址的,在VoLTE时代,由于语言业务承载在IP上,就涉及将电话号码翻译成IP地址的需求,这就是ENUM/DNS网元存在的意义。

如上图,ENUM/DNS从名字上就知道它是由ENUM和DNS两个逻辑网元组成,其实它还有个小名,叫ENS(初期一提ENS,很多人都懵逼了。。。我也是懵逼er之一。。。)。ENUM的功能主要完成用户电话号码到归属域域名+传输&应用协议+服务端口的NAPTR翻译,然后将翻译后的结果送给DNS完成SRV和A查询的两步翻译,从而得到被叫用户归属域入口地址(也就是I-CSCF地址),实现业务从主叫端到被叫端的E2E接续。从ENUM/DNS的网元功能来看,它与SBA架构下NRF何其相似,这也是为什么有人提出5G时代DNS功能弱化的原因。唯一的区别就是现有ENUM/DNS还负责用户数据的存储,而SBA架构的NRF可没这么牛X,但是可以拉着它的“表兄弟”—UDM/UDR一起帮忙啊。。。所以,这都不是问题。

而HSS网元用于用户签约数据存储,用户接入的合法性鉴权/授权等功能,它也有个学名叫“用户数据中心”。在SBA架构下也有个类似的网元功能单元UDM/UDR,其功能与HSS也类似,同样用于用户签约数据的存储,只是它没有用户接入合法性鉴权/授权功能,这部分功能解耦在SBA架构的AUSF上面。所以,HSS网元的用户签约数据存储功能可以卸载到UDM/UDR上,而鉴权/授权功能可以卸载到AUSF上,两个网元功能单元通过SBA服务总线接口交互消息,同样也不是问题。

从核心控制层往上,就是业务层了,主要是各类业务服务器的包括基础业务提供服务器、增值业务提供服务器、短信、彩信、彩铃、彩印等等。。。这些业务服务器通过标准接口与核心控制层对接,只用于业务逻辑的生成和下发(比如:互转、彩铃播放等等),并不涉及业务路由的控制,所以它们与核心控制层是一种解耦关系,也就是说任何一家业务服务网元厂家只要按照统一接口标准开发自己的产品就可以与核心控制层完成对接,并实现特色业务提供。同样,在SBA架构下也有类似的网元功能单元,那就是AF,如果有进一步能力开放需求,还可以拉着NEF一起搞个“大事情”。

以上,通过IMS网络各网元功能的解析,阐述了从网元功能层面,IMS网元与SBA架构网元功能融合的可能性。下面,我们从网元处理逻辑的角度继续掰扯。

现网的网元种类很多,按专业细分:有软件换的、EPC的、承载网的、IMS的、增值业务的等等;按照所处的网络位置分:有边界网关、接入端局、互联互通关口局、长途汇接局、信令转发点等等。。。同样,现网各类网元的提供厂商也很多,有华为、中兴、爱立信、诺基亚等知名厂商。但是,无论什么类型的网元,无论由谁来提供,网元内部处理逻辑绕不开三大块:消息接口和分发逻辑单元、业务处理逻辑单元和数据库逻辑单元。

消息接口和分发逻辑主要用来接收各类信令/媒体消息,按照一定的过滤机制分发给内部的业务逻辑处理单元,业务逻辑处理完成处理后,将业务状态缓存到内部的数据库逻辑单元,并将处理结果转发给消息接口和分发逻辑单元,然后消息接口单元按照一定路由策略转发给外部其他网元的消息接口单元。上述各类型网元内部基本上都是类似的处理逻辑,这种逻辑处理机制同样符合软件模块化设计的思想。而5G SBA架构本身就采用软件模块化设计的思想,不仅将各类网元功能“软”化,同时将传统网络各网元的逻辑功能进行了拆分和重组,使得每个“软”化的网元功能单元能力更加清晰。因此,也就有了我们开篇提到的SMF不仅只继承EPC-C面功能,同样也能集成IMS-C面功能的观点,增加的逻辑功能点主要涉及消息接口和分发逻辑单元以及业务处理单元的开发,而接入控制功能卸载到AMF、鉴权功能卸载AUSF等,增加的逻辑功能点也主要涉及上面两处。

但是,现网网元这种处理逻辑其实是一种有状态的设计理念,涉及业务状态在本网元内部的存储,一旦本网元故障,而业务数据没有异地灾备机制的情况下,就会发生业务受损。而5G时代为了进一步提高业务可靠性,有些厂家提出了无状态的设计理念,这就需要将传统网元内部数据库逻辑单元统一进行集群化部署,而与各业务功能单元的业务处理逻辑单元采用高可靠、负载均衡对接架构,从而实现业务高可用,无损失特性。这些从软件模块设计理念来看,那都不是事儿。

了解了上面网元内部处理逻辑的概念,那么理解不同业务信令、流程在同一类SBA网元功能单元完成逻辑判断和业务处理,也就是水到渠成的事情。比如:在SMF只能处理PS业务流程基础上,在其内部业务处理逻辑单元中增加SIP信令处理单元、Diameter信令处理单元、HTTP信令处理单元,就能在SMF上同样实现CSCF的功能。同理,在AMF也能实现P-CSCF/I-CSCF的功能。而5G网络基于业务流的QoS策略,在一个PDU会话中通过识别不同业务流,从而建立不同5QI(类似现在QCI)等级的业务承载,更为这种大一统的核心网架构提供天然的基础。

以上,就是我对5G SBA架构下核心网大一统的粗浅理解。在我个人看来,结合SBA服务化网络架构理念和网元功能单元“软”化,未来核心网专业大一统是很有可能的,并且从技术角度来看,应该也不存在无法解决的问题。但是,很可能有设备厂商从网络可靠、安全的角度提出异议,或者是一些细节问题提出解决进展慢等困难,其实这都是背后的商业目的在作怪。至于人员的技能融合,那是必须要完成的,否则就算只是核心网专业,那也玩不转。

军衔等级:

  新兵

注册时间:
2016-11-11
发表于 2019-8-5 18:50:07 |显示全部楼层
很专业👍

军衔等级:

  中校

注册时间:
2005-10-19
发表于 2019-8-6 14:25:27 |显示全部楼层
太专业了,只能收藏链接后头慢慢看

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册 |

Archiver|手机版|C114 ( 沪ICP备12002292号 )|联系我们 |网站地图  

GMT+8, 2019-8-20 03:18 , Processed in 0.062500 second(s), 16 queries , Gzip On.

Copyright © 1999-2019 C114 All Rights Reserved

Discuz Licensed

回顶部