網(wǎng)絡(luò)虛擬化在運營商2G退網(wǎng)轉(zhuǎn)型架構(gòu)上的應(yīng)用分析

【摘 要】2G退網(wǎng)不僅僅會帶來終端和無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，對移動核心網(wǎng)也有很明顯的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)轉(zhuǎn)型需求。為了更好地幫助運營商實現(xiàn)快速的2G退網(wǎng)，降低移動網(wǎng)絡(luò)運維投入，提升無線頻譜利用率，增加運營商利潤收入，討論了如何使用虛擬化技術(shù)實現(xiàn)2G退網(wǎng)后的核心網(wǎng)轉(zhuǎn)型，基于IMS的VoLTE可以很好地解決4G語音業(yè)務(wù)問題。另外，網(wǎng)絡(luò)虛擬化改造也將給這次轉(zhuǎn)網(wǎng)提供強大的技術(shù)支撐?；诮y(tǒng)一虛擬化云平臺解決方案，移動運營商可以更快速地完成網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型和新業(yè)務(wù)部署，平滑演進以解決2G退網(wǎng)4G廣覆蓋的技術(shù)需求。

【關(guān)鍵詞】網(wǎng)絡(luò)虛擬化 2G退網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)轉(zhuǎn)型

1 引言

由于2G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)只能提供很低的速率，目前已基本被3G/4G的高速數(shù)據(jù)通信代替，2G網(wǎng)絡(luò)的存在使命更多的是為提供廣覆蓋的語音業(yè)務(wù)。但隨著OTT的興起，特別是微信的免費語音和視頻的普及，以及方便的電話會議功能的流行，人們對2G語音網(wǎng)絡(luò)的附著粘度逐年降低。如今4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋越來越完善，同時，基于4G網(wǎng)絡(luò)的VoLTE技術(shù)越來越成熟，2G退網(wǎng)勢在必行。

目前，成熟的VoLTE技術(shù)可以提高運營商的頻譜利用率，降低呼叫的繼續(xù)時長，大幅度提升語音質(zhì)量MOS值。歐美高端運營商如美國的Sprint、AT&T，歐洲跨國運營商Vodafone、Telefornica、T-Mobile、TAG等都在過去的幾年推出了VoLTE業(yè)務(wù)。中國移動也逐步開啟了VoLTE的商用。美國現(xiàn)已率先完成了2G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)閉，簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了老舊設(shè)備及多套網(wǎng)絡(luò)并存帶來的運維成本，極大地減少了運營商網(wǎng)絡(luò)運維的開銷，進一步提升了網(wǎng)絡(luò)盈利水平。

國外多家運營商不約而同地選擇了在2017年前后關(guān)停2G網(wǎng)絡(luò)。據(jù)不完全統(tǒng)計，新加坡的3家運營商：新加坡M1、新電信以及星和都宣布會在2017年關(guān)停2G網(wǎng)絡(luò)；而澳大利亞運營商澳洲電訊和美國的AT&T則已經(jīng)關(guān)停了2G網(wǎng)絡(luò)。歐洲由于語音漫游業(yè)務(wù)的收入對運營商的貢獻還比較可觀，所以暫時沒有關(guān)停2G網(wǎng)絡(luò)的計劃。

2016年，隨著工信部宣布2G頻譜800 MHz用于4G LTE，同時又同意中國聯(lián)通調(diào)整900 MHz、1800 MHz和2100 MHz頻段用于LTE組網(wǎng)，宣告了中國的移動網(wǎng)絡(luò)全面進入了2G到4G的頻譜切換，2G退網(wǎng)的腳步陡然加快。

本文從技術(shù)角度入手，探討2G退網(wǎng)后運營商的核心網(wǎng)架構(gòu)變化，以及如何通過引入網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，更快地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)轉(zhuǎn)型的問題。

2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對比

3GPP 23.002中關(guān)于移動網(wǎng)絡(luò)2G部分架構(gòu)為廣大通信從業(yè)人員所熟知，具體如圖1所示：

CS（Circuit Switch，語音業(yè)務(wù)域）包含了傳統(tǒng)的MSCS（Mobile Switch Center Server，移動交換中心服務(wù)器）網(wǎng)元和MGW（Media Gateway，媒體網(wǎng)關(guān)）網(wǎng)元。MSCS提供2G/3G接入用戶的語音呼叫控制和業(yè)務(wù)接續(xù)功能；MGW完成媒體資源處理、媒體編解碼轉(zhuǎn)換、承載控制功能等。

隨著4G的引入，無線從BTS（Base Transceiver Station，基站收發(fā)信機）/BSC（Base Station Controller，基站控制器）演進成了eNodeB，核心網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)元移動性管理功能從SGSN（Serving GPRS Support Node，服務(wù)GPRS支持節(jié)點）演進到MME（Mobility Management Entity，移動管理實體），媒體面從GGSN（Gateway GPRS Support Node，網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點）演進到SAE-GW（System Architecture Evolution Gateway，演進服務(wù)網(wǎng)關(guān)），提供高速移動上網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖2所示：

隨著技術(shù)的成熟，基于IMS的4G語音業(yè)務(wù)VoLTE解決方案受到了眾多廠家的追捧，并且，全球多家移動運營商已成功實現(xiàn)規(guī)模商用。自2015年起，越來越多的終端廠家開始選擇開發(fā)生產(chǎn)支持VoLTE功能的終端。

基于4G的VoLTE語音呼叫能夠?qū)崿F(xiàn)更高的無線頻譜利用率，大大縮減了網(wǎng)絡(luò)接續(xù)時延，呼叫接續(xù)時長從原來的6 s～9 s縮短到了1 s～2 s。VoLTE還能夠提供高清語音和可視化語音等豐富的通信功能，給終端用戶帶來更清晰優(yōu)質(zhì)的語音服務(wù)。歐洲發(fā)達國家運營商比如奧地利電信，由于在國內(nèi)率先啟用了基于IMS的VoLTE高清語音呼叫業(yè)務(wù)，在2016年的德語區(qū)網(wǎng)絡(luò)綜合排名中由國內(nèi)落后水平一躍成為網(wǎng)絡(luò)排名第一，給自己的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量樹立了好口碑的同時，吸引來了更多客戶，得到了更高的收益。這個案例也因此成為基于IMS的VoLTE商用典型成功案例。4G VoLTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖3所示。

相比于2G，4G網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元功能更分散，扁平化的網(wǎng)絡(luò)進一步降低了網(wǎng)絡(luò)傳輸時延，語音呼叫業(yè)務(wù)功能模塊解耦后更便于引入新業(yè)務(wù)，方便運營商靈活部署具有自身網(wǎng)絡(luò)特色的AS（Application Server，應(yīng)用服務(wù)器），以進一步吸引客戶，提升盈利。

3 基于IMS的VoWiFi

另外，隨著3GPP關(guān)于Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的接入和4G移動性統(tǒng)一語音解決方案架構(gòu)研究的深入，基于IMS和EPC的無線Wi-Fi語音解決方案以及LTE和Wi-Fi之間移動性方案得到了眾多廠商的支持?；贓PC/IMS的VoWiFi網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4所示。

相對于OTT的免費Wi-Fi接入語音呼叫，基于EPC的VoWiFi可以提供更高QoS保障的語音呼叫，支持VoWiFi和VoLTE的切換，同時還繼承了終端的撥號方式和主被叫號碼，沒有對用戶的感知產(chǎn)生影響?；贗MS的融合語音解決方案可以提供更豐富的語音呼叫接入類型以及統(tǒng)一的增值業(yè)務(wù)，未來預(yù)計會得到業(yè)界越來越多的認可。

4 未來網(wǎng)絡(luò)云化演進

傳統(tǒng)的移動核心網(wǎng)專網(wǎng)專用，網(wǎng)元軟硬件緊耦合綁定，且網(wǎng)元之間也是專板專用，極大地限制了新業(yè)務(wù)的快速部署。而未來5G的特點之一就是業(yè)務(wù)的多樣性和不確定性，如NB-IoT應(yīng)用，高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，智慧城市、智能家居、自動駕駛等應(yīng)用。這就對運營商的網(wǎng)絡(luò)提出了更高的轉(zhuǎn)型需求?；谠苹暮诵木W(wǎng)部署可以滿足未來網(wǎng)絡(luò)需求，同時也能在運營商2G退網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)重構(gòu)方面起到很好的作用。

移動核心網(wǎng)引入虛擬化可以在2G退網(wǎng)、核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)轉(zhuǎn)型時實現(xiàn)資源靈活調(diào)度，能夠較好地解決傳統(tǒng)網(wǎng)元資源無法統(tǒng)一調(diào)度的問題，可以有效降低設(shè)備投資成本。另外，還可以靈活自動調(diào)整網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)使得網(wǎng)絡(luò)軟硬件平臺支持自動快速安裝和縮擴容功能，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模自動優(yōu)化以及靈活快速動態(tài)調(diào)整；還有助于運營商采購和運營成本的降低。網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)引入通用商業(yè)服務(wù)器，則在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)造價、設(shè)備功耗等方面可改善目前投入較高的局面。開發(fā)的架構(gòu)和平臺可以靈活快速地引入新業(yè)務(wù)，通過架構(gòu)開放可實現(xiàn)新業(yè)務(wù)的快速部署，創(chuàng)造新的利潤增長點。

基于統(tǒng)一云化平臺的網(wǎng)絡(luò)可快速部署EPC/IMS等網(wǎng)元，實現(xiàn)VoLTE呼叫。跟進ETSI標(biāo)準(zhǔn)，核心網(wǎng)虛擬化架構(gòu)如圖5所示：

運營商可以選擇單獨新建IMS，或者新建擴容EPC用于4G語音呼叫，然后基于統(tǒng)一平臺，快速引入新網(wǎng)元、新業(yè)務(wù)、新應(yīng)用。

5 結(jié)束語

通過完善4G覆蓋及套餐優(yōu)惠調(diào)整，有助于運營商盡快推進2G退網(wǎng)工作，從而有效提升無線頻譜利用率，并淘汰一批老舊2G設(shè)備，降低運維成本。而核心網(wǎng)虛擬化架構(gòu)的提出，為未來網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型提供了更豐富的開發(fā)平臺和統(tǒng)一接口，有利于進一步推動產(chǎn)業(yè)升級。3GPP協(xié)議成熟的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，國外運營商成功快速的2G退網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型案例等，可為我國運營商的2G清頻退網(wǎng)工作提供一些技術(shù)參考。

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