5.核心网的进一步演进和云化*

本文最后更新于 2024年1月27日下午

核心网的进一步演进和云化*

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交换技术的发展

通信交换技术经历了人工交换->程控交换->软交换->IMS的发展过程。

NGN

NGN是下一代网络(Next Generation Network)的缩写，NGN从传统的以电路交换为主的PSTN网络中逐渐迈出了向以分组交换为主的网络，它承载了原有PSTN网络的所有业务，把大量的数据传输装载到IP网络中以减轻PSTN网络的重荷，又以IP技术的新特性增加和增强了许多新老业务。从这个意义上讲，NGN是基于TDM的PSTN语音网络和基于IP/ATM的分组网络融合的产物，它使得在新一代网络上语音、视频、数据等综合业务成为了可能。

网络架构

NGN是业务驱动的网络，其功能特点为：业务与呼叫控制分离；呼叫与承载分离。分离的目标是使业务真正独立于网络，灵活有效的实现业务的提供。
NGN在功能上可分为四个层次：

接入层
在用户端支持多种业务的接入，提供各种宽窄带、移动或固定用户接入。接入设备应能向上连接高速传输线路，向下支持多种业务的接口。　　
控制层
主要指网络为完成端到端的数据传输进行的路由判决和数据转发的功能，它是网络的交换核心，目的是在传输层基础上构建端到端的通信过程。
传送层
面向用户端支持透明的TDM线路的接入，在网络核心提供大带宽的数据传输能力，并替代传统的配线架，构建灵活和可重用的长途传输网络，一般为基于DWDM技术的全光网。传送层独立于业务控制提供QoS保证的分组化大容量骨干传送平台。
业务层
一个开放、综合的业务接入平台，在电信网络环境中，智能地接入各种业务，提供各种增值服务，而在多媒体网络环境中，也需要相应的业务生成和维护环境。在NGN中，业务层由一系列的业务应用服务器组成,提供各种各样的业务控制逻辑，完成增值业务处理。同时提供开放的第三方接口，易于引入新型业务。

软交换

软交换技术是NGN网络的核心技术，为下一代网络(NGN)具有实时性要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能。
软交换技术的介绍见通信与计算机网络的课程笔记。

IMS

IP多媒体子系统(IMS, IP Multi-media Subsystem)是一个基于IP的通用平台，可以同时支持固定和移动的多种接入方式，实现固定网与移动网的融合。
IMS总体架构通常分为三层，接入层、呼叫控制层、业务应用层：

接入层

接入层将各种接入网络汇总到IMS核心网中，完成对现有网络的互通及完成对承载的控制。
关键网元如下表所示：

网元	功能
GGSN	用于接入UTRAN
BGCF	用于接入其他IP和IMS网络
IM-MGW	用于接入电路域和PSTN

呼叫控制层

IMS的核心层，完成呼叫控制、安全管理、业务触发、资源控制、网络互通等核心功能。

网元	功能
S-CSCF	IMS网络的核心，提供用户注册、鉴权、呼叫控制等功能
I-CSCF	IMS网络的统一入口点
MRFC/MRFP	IP上网的专用媒体资源功能，比如采集解码音频信号等等
IM-MGW	核心网IP域与电路域之间的交换
MMTEL AS	提供多媒体电话的基本业务
HSS	用户和业务数据管理

业务应用层

提供各种业务实现，如PSTN仿真业务集、Centrex业务集、呈现业务、即时消息业务等。

网元	功能
SIP AS	SIP应用服务器，提供各种业务处理，如仿真PST业务、Centrex业务等

VoLTE

VoLTE全称为Voice over Long-Term Evolution(长期演进语音承载)，意思是一个面向手机和数据终端的高速无线通信标准。它基于IMS网络，在LTE上使用为控制面(Control plane)和语音服务的媒体面(Media plane)特制的配置文件，这使语音服务（控制和媒体面）作为数据流在LTE数据承载网络中传输，而不再需维护和依赖传统的电路交换语音网络。

锚定

在4G网络建设阶段，由于4G网络覆盖的范围有限，当LTE终端用户漫游到只有2G/3G网络的覆盖下，无法正常享受到IMS网络提供的业务。锚定(Anchoring)是指IMS核心网的AS，CSCF等网元和CS核心网的MSC等网元均可以独立实现主被叫的信令接续流程，锚定就是确定主被叫各自由哪个域的哪个网元来实现接续流程。
于是，通过锚定的方式，将在CS网络接入下的用户锚定到IMS网络进行业务处理，从而为用户提供IMS业务服务。同样，2G/3G用户也可以通过锚定的方式接入到IMS网络，享受IMS网络提供的补充业务和智能业务。
中国的几大运营商采取的是主叫不锚定，被叫锚定到IMS域的策略。

被叫锚定

被叫锚定是VoLTE的核心技术。VoLTE除了提供高清音视频呼叫等基础业务之外，还需继承2/3G业务体验，为用户提供呼叫等待、呼叫保持、呼叫转移、号码显示、多方通话等补充业务。

主叫不锚定

如果主叫锚定的话效率较低，特别是主叫多数不存在一致性问题仍迂回IMS域，初期存在媒体面迂回，呼叫时延增加1-3秒；采取主叫不锚定，由于主叫补充业务较少，即便存在业务一致性问题，市场也可接受。

NFV

NFV是网络功能虚拟化(Network Function Virtualization)的简称，该概念最早由ETSI 组织提出，是指通过IT虚拟化技术，利用标准化的通用IT设备来实现各种网络设备功能。其本质是实现硬件资源与软件功能的解耦.

NFV架构

ETSI NFV典型架构一共有三层：基础设施层、虚拟网络层和运营支撑层。

基础设施层

基础设施层(NFV Infrasture)包括硬件资源和虚拟资源两层以及虚拟化层。硬件资源层和虚拟资源层两层之间通过虚拟化层进行映射。

虚拟网络层

虚拟网络层包括VNF和EMS，VNF是虚拟网络功能，是提供网络功能（例如文件共享、目录服务和 IP 配置）的软件应用；EMS为单元管理系统，对VNF的功能进行配置和管理。
一般情况下，EMS和VNF是一一对应的。

运营支撑层

主要是BOSS系统，具体见云技术笔记。

MANO管理系统

VIM/VNFM和NFVO统称为MANO（管理和网络编排）在ETSI ISG NFV架构中定义为由多个功能实体所组合而成的一个层，这些功能实体负责管理和编排云基础设施、资源以及服务等。
MANO一般包括三个网元，分别对应管理NFV的三层：
VIM(Virtual Infrastructure Manager)负责云平台、硬件、和虚拟机的管理调度。
VNFM负责网元的生命周期管理，包括对网元虚拟机的增添删除查找修改等功能。
NFVO(NFV Orchestration)负责网络业务的部署，比如VoLTE和RCS服务，以及全局资源管理。