LTE國際漫游的關(guān)鍵問題研究

摘要：文章首先介紹了LTE核心網(wǎng)的組網(wǎng)架構(gòu)，通過對比現(xiàn)有2/3GPS的組網(wǎng)和流程，分析LTE實現(xiàn)國際漫游的若干關(guān)鍵問題，繼而提出S6a分離組網(wǎng)、國際漫游PGW集中部署等實現(xiàn)方案，以達(dá)到LTE快速開通國際漫游的目的，為4G商用擴大化提供參考。關(guān)鍵詞：LTE，S6a接口，S8接口，國際漫游，分離組網(wǎng)目前，公眾對寬帶網(wǎng)絡(luò)的需求越來越高，工信部于2012年初下發(fā)《關(guān)于實施寬帶普及提速工程的意見》，旨在全力推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)寬帶化的進(jìn)程。而TD-LTE作為4G制式的一種，正成為移動寬帶解決方案，并迅速為業(yè)界所關(guān)注。目前TD-LTE在國內(nèi)正在進(jìn)行擴大試點工作，且在杭州、深圳開展試商用；另外，LTE(含TDD、FDD)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在全球正迅速開展，北美、香港、西歐等10多個地區(qū)已經(jīng)建網(wǎng)并商用該業(yè)務(wù)。與此同時，LTE的國際漫游需求也愈發(fā)凸顯出來。本文從組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、流程入手，針對如何快速實現(xiàn)LTE的國際漫游，并精確控制國際間流量，提出解決方案。1現(xiàn)有2/3GPS國際漫游過程及模式從3GPP的演進(jìn)角度看，LTE和現(xiàn)有的2/3G網(wǎng)(如GPRS網(wǎng)絡(luò))在組網(wǎng)、業(yè)務(wù)流程等方面比較類似。在傳統(tǒng)的PS架構(gòu)中，其國際漫游方案如圖1所示。圖12/3GPS域國際漫游業(yè)務(wù)流程下面將以中國移動和香港萬眾兩家運營商為例，分析PS國際漫游流程。1.1漫游登記過程如圖1所示，當(dāng)中移動用戶漫游外出到香港萬眾時，首先是用戶開機登記的過程，此時信令流程為MAP過程：通過萬眾的SGSN，結(jié)合ISTP(InternationalSTP)，從國內(nèi)HLR中獲取用戶數(shù)據(jù)，進(jìn)而在漫游地SGSN設(shè)備中，完成用戶數(shù)據(jù)獲取及插入過程。在以上過程中，顯然ISTP互聯(lián)起到非常重要的作用，其主要完成國際運營商之間的信息交互。以中移動為例，其在廣州、上海、北京均有ISTP設(shè)備和香港、北美等運營商的ISTP直接互聯(lián)，其他國際運營商或直接和中移動ISTP直連，或租用已有ISTP。目前這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已經(jīng)非常成熟。1.2業(yè)務(wù)激活過程用戶完成登記之后，當(dāng)需要發(fā)起業(yè)務(wù)時，終端發(fā)出ActivePDPContextRequest消息，此時通過GN/GP接口，漫游地SGSN和漫游地GGSN或歸屬地GGSN之間構(gòu)建GTP隧道。目前國內(nèi)GTP隧道通過承載網(wǎng)直連；國際GTP隧道是通過GRX(GPRSRoamingeXchange，GPRS國際漫游轉(zhuǎn)接商)構(gòu)建互聯(lián)。以中移動為例，其在北京、廣州各有一個BG(BorderGateway，邊界網(wǎng)關(guān))和GRX互聯(lián)。1.3國際漫游類型根據(jù)GSMA規(guī)范，國際漫游分為ISProaming和PLMNroaming兩種：(1)ISProaming：由拜訪地的SGSN和GGSN接續(xù)，客戶使用拜訪地的業(yè)務(wù)。(2)PLMNroaming：由拜訪地的SGSN和歸屬地的GGSN接續(xù)，客戶使用歸屬地的GGSN。目前，國際上絕大部分運營商(含中移動)均采用PLMNroaming方式。2LTE核心網(wǎng)的架構(gòu)及國際漫游問題分析2.1國際漫游相關(guān)的接口和協(xié)議TD-LTE的核心網(wǎng)架構(gòu)稱為SAE(SystemArchitectureEvolution)。在SAE中，涉及國際漫游流程的關(guān)鍵接口包括S6a、S8接口：(1)S6a是HSS和MME之間的接口，其協(xié)議分層為Diameter/SCTP/IP；其目的是獲取用戶數(shù)據(jù)，完成登記及TAU過程(含鑒權(quán)、承載、APN等信息)；其功能類似2/3G的Gr接口，但在NAS協(xié)議、底層承載模式上有所不同。(2)S8接口是SGW和PGW之間的接口，其協(xié)議分層為GTP/UDP/IP；其目的是傳輸用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；其功能類似之前的Gp/Gn接口，兩者在NAS、底層傳輸模式上都相同。2.2國際漫游存在的問題在LTE國際漫游中，首先要解決的是S6a接口的互通問題，其次是S8接口互通及流量精確控制問題。(1)S6a接口互通從協(xié)議分層上看，S6a接口和之前的Gr有很大的不同：首先是其底層的傳輸模式，由原來的TDM演化為IP模式；其次是NAS層，由原來的MAP變?yōu)镈iameter。另外，由于S6a接口的重要性，目前很多運營商(包括中移動、香港萬眾)都是將S6a承載在私用網(wǎng)絡(luò)上，進(jìn)行保護(hù)和拓?fù)潆[藏。由于私網(wǎng)不能互通，因此S6a接口就成為LTE國際漫游首先要解決的問題。(2)S8接口互通及流量控制S8接口協(xié)議和之前的Gp/Gn類似，理論上S8接口的互聯(lián)可以采用之前傳統(tǒng)的互聯(lián)模式。由于采用PLMNroaming方式，業(yè)務(wù)存在迂回，在2/3G模式下，用戶上網(wǎng)的速度并不高，因此對網(wǎng)絡(luò)影響不大；而在LTE模式下，用戶平均下行速度理論上可達(dá)50～100Mbps，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的2/3G，這樣一來，迂回問題就變得非常重要。3S6a接口的組網(wǎng)方案根據(jù)私網(wǎng)互通的常見解決思路，及3GPP、GSMA的建議，S6a接口的互通方案主要有三個，如圖2所示。圖2S6a互通的方案對比3.1利用I-DRA進(jìn)行互通這種方案是3GPP建議的標(biāo)準(zhǔn)化解決方案。DRA是Diameter協(xié)議互通的轉(zhuǎn)換設(shè)備，其作用類似于STP(信令轉(zhuǎn)接點)；I-DRA(InternationalDRA)是國際間DRA設(shè)備，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)國際DRA信令。DRA(含I-DRA)可以新建或由原STP升級而成。這種方式的優(yōu)點是組網(wǎng)結(jié)構(gòu)清晰、易于擴展。但由于I-DRA部署及互聯(lián)的復(fù)雜性，目前尚未規(guī)模實施。此外，現(xiàn)有的STP設(shè)備比較老舊，部分無法升級支持DRA功能，并且還需要將之前的TDM承載模式替換為IP模式。因此，I-DRA的建設(shè)將是一個長期的過程，滯后于目前高速發(fā)展的LTE網(wǎng)絡(luò)，對4G用戶的國際漫游會產(chǎn)生影響。3.2利用NAT進(jìn)行漫游LTE核心網(wǎng)SAE是一個純IP網(wǎng)絡(luò)，從TCP/IP角度出發(fā)，私網(wǎng)之間的互通可以通過NAT(地址轉(zhuǎn)換)技術(shù)實現(xiàn)；將其轉(zhuǎn)換為公網(wǎng)地址，便能在公網(wǎng)實現(xiàn)互通。但是，利用NAT會帶來新的問題，普通NAT設(shè)備只能做IP層的轉(zhuǎn)換，無法做Diameter內(nèi)層信息轉(zhuǎn)換。比如針對用戶登記時的信令ULR(UpdateLocationRequest)消息，其協(xié)議中的origin-host、origin-realm、dest-host、dest-realm等字段和尋址是密切相關(guān)的，但普通NAT設(shè)備無法進(jìn)行處理。這樣一來，可能會造成互通失敗。這個問題類似于互聯(lián)網(wǎng)上IPSec協(xié)議穿越NAT的問題，需要部署高級NAT設(shè)備(如高端防火墻等)，才能實現(xiàn)深層次的地址轉(zhuǎn)換。3.3S6a接口分離考慮到目前LTE建設(shè)進(jìn)度快于DRA建設(shè)進(jìn)度，本文提出將S6a接口分離為S6a-n(n代表native，國內(nèi)漫游)、S6a-i(i代表international，國際漫游)兩個接口。S6a-n和目前一樣，承載于各運營商的私有網(wǎng)絡(luò)之上，負(fù)責(zé)國內(nèi)漫游業(yè)務(wù)；S6a-i接口則負(fù)責(zé)國際漫游業(yè)務(wù)，同時將其和S8接口融合，采用公網(wǎng)地址，利用現(xiàn)有的GRX運營體系，迅速構(gòu)建LTE國際漫游環(huán)境。這種方式可以解決I-DRA建設(shè)滯后的問題，充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，快速創(chuàng)造LTE國際漫游條件，促進(jìn)LTE的業(yè)務(wù)發(fā)展。4S8接口的組網(wǎng)方案從實際業(yè)務(wù)體驗出發(fā)，大多數(shù)國際漫游用戶都是普通的上網(wǎng)業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)在漫游地即可直接出口(如目前的Wi-Fi等接入手段)，沒有必要通過互聯(lián)網(wǎng)回到歸屬地。同時，考慮到LTE流量較大，如果仍采用PLMNroaming模式，將會出現(xiàn)較大的國際間流量，對骨干網(wǎng)產(chǎn)生較大沖擊。因此，針對LTE業(yè)務(wù)，應(yīng)首推ISProaming模式(就近入網(wǎng))，需要完善國際漫游協(xié)議和集中化部署國際漫游PGW。4.1完善國際漫游協(xié)議在2/3GPS漫游中，開通互通的國際運營商之間需要交換互通信息，包括GN網(wǎng)段、APN信息等，這些信息對于PLMNroaming模式是足夠的；但是采用ISProaming時，尤其對于LTE這種需要QoS控制的網(wǎng)絡(luò)來講，還應(yīng)交換如下信息：針對每個APN是否采用ISProaming、QoS信息等。如果運營商愿意采用ISProaming模式，則其它開通國際漫游協(xié)議的運營商，需要在其DNS、PGW上制作數(shù)據(jù)，將用戶發(fā)起的國際漫游話務(wù)，由漫游地PGW疏通。這樣業(yè)務(wù)流不存在迂回問題，延時較小，且對國際出口帶寬影響不大。4.2集中化部署國際漫游PGW根據(jù)ISProaming的特點，需要在漫游地PGW上制作APN數(shù)據(jù)，但國際漫游運營商很多，這樣將造成每個PGW的漫游數(shù)據(jù)較為復(fù)雜，不利于網(wǎng)絡(luò)運維。比如目前中國移動已和100多家運營商簽訂漫游協(xié)議，如采用ISProaming方式，則需要在每個PGW上制作上百個他網(wǎng)運營商的APN數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜且維護(hù)量大。為降低維護(hù)成本，同時有效控制國際漫游話務(wù)，建議集中部署國際漫游PGW，如圖3所示。圖3集中部署國際漫游PGW如圖3，PGW可分為三類，國內(nèi)PGW主要負(fù)責(zé)國內(nèi)漫游業(yè)務(wù)及國內(nèi)專用業(yè)務(wù)；熱點區(qū)PGW主要負(fù)責(zé)國際漫游(來訪用戶，ISProaming)的通用業(yè)務(wù)；國際漫游的專用業(yè)務(wù)仍通過歸屬地PGW(來訪用戶，PLMNroaming)。為了精確控制流量及減輕運維壓力，國際漫游PGW可集中部署。例如對于中國移動來講，可以在國際漫游熱點如北京、上海等城市，集中設(shè)立1～2個國際漫游PGW，專門用于其他運營商來訪中國的國際漫游業(yè)務(wù)，在PGW上制作各個國際漫游的APN數(shù)據(jù)；全國其他PGW可無需制作這些數(shù)據(jù)。這樣一方面能簡化網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，減輕運營壓力；另一方面可通過PCC，專門針對國際漫游PGW進(jìn)行業(yè)務(wù)和流量控制，較好地控制國際漫游業(yè)務(wù)。5總結(jié)LTE是移動通信發(fā)展的一個重要里程碑，也是寬帶化的重要解決手段。為解決目前LTE國際漫游中的問題，本文針對S6a、S8接口，分別提出S6a接口分離、集中化部署國際漫游PGW的組網(wǎng)方案，可快速實現(xiàn)LTE國際漫游，推動LTE網(wǎng)絡(luò)順利發(fā)展。：黃耀軍，高級工程師，碩士，現(xiàn)任中國移動通信集團廣東有限公司深圳分公司核心網(wǎng)工程主管，負(fù)責(zé)TD、LTE等通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，研究方向為核心網(wǎng)IP化及優(yōu)化，發(fā)表論文多篇。李鐵峰，高級工程師，碩士，現(xiàn)任中國移動通信集團廣東有限公司深圳分公司科技管理項目經(jīng)理，研究方向為增值系統(tǒng)開發(fā)及優(yōu)化，發(fā)表論文多篇。湯娟娟，高級工程師，碩士，現(xiàn)任中國移動通信集團廣東有限公司深圳分公司核心網(wǎng)工程室經(jīng)理，研究方向