5G數(shù)據(jù)庫組網(wǎng)方案

【摘? 要】為了實現(xiàn)4G/5G互操作，5G核心網(wǎng)的用戶簽約數(shù)據(jù)庫UDM和策略數(shù)據(jù)庫PCF必須分別與4G核心網(wǎng)的HSS和PCRF融合建設(shè)，基于5G的組網(wǎng)需求和2G/3G/4G的網(wǎng)絡(luò)部署經(jīng)驗，梳理了幾種可行的數(shù)據(jù)庫組網(wǎng)方案，分析了5G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫組網(wǎng)需要從用戶不換卡不換號的開通需求、數(shù)據(jù)庫融合、4G數(shù)據(jù)遷移、網(wǎng)絡(luò)路由等多個方面來考慮技術(shù)方案，從而保證4G用戶升級為5G用戶的業(yè)務(wù)體驗。

【關(guān)鍵詞】不換卡不換號;數(shù)據(jù)遷移;網(wǎng)絡(luò)路由

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.01.010? ? ? ? 中圖分類號：TN919.8

文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-1010（2020）01-0054-04

引用格式：李文苡. 5G數(shù)據(jù)庫組網(wǎng)方案[J]. 移動通信， 2020，44（1）： 54-57.

0? ?引言

5G時代提供增強的移動寬帶業(yè)務(wù)，為了盡快為用戶提供服務(wù)，優(yōu)化用戶體驗，同時考慮保護4G網(wǎng)絡(luò)剛剛完成建設(shè)的投資，如何建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫對移動運營商來說是一個比較大的難題。

對于用戶來說，能夠不換卡不換號，只換個手機就可以從4G升級使用5G業(yè)務(wù)，應(yīng)該是最佳體驗。從用戶角度來說，涉及到兩個關(guān)鍵問題：1）4G用戶的數(shù)據(jù)如何從4G網(wǎng)絡(luò)遷移到5G網(wǎng)絡(luò);2）4G用戶的5G業(yè)務(wù)開通如何實現(xiàn)對用戶最為方便。另外，從網(wǎng)絡(luò)角度來說，還需要考慮：1）4G和5G的建設(shè)成本;2）IT系統(tǒng)的改造成本。本文接下來將探討分析下有哪些方案可以解決這些問題，以及相關(guān)解決方案的優(yōu)缺點。

1? ?5G數(shù)據(jù)庫組網(wǎng)

1.1? 組網(wǎng)需求

5G網(wǎng)絡(luò)可以支持以下類型的卡接入：

（1）4G卡：5G網(wǎng)絡(luò)定義的AKA鑒權(quán)方式和4G網(wǎng)絡(luò)基本類似，可以基于4G的鑒權(quán)向量進行鑒權(quán)，因此可以在滿足4G用戶不換卡、不換號的情況下，通過更換5G終端即接入5G網(wǎng)絡(luò)進行5G業(yè)務(wù)的需求。5G終端負責將4G卡的IMSI號碼轉(zhuǎn)換成未加密的SUCI號碼進行5G注冊。數(shù)據(jù)庫組網(wǎng)需考慮4G號碼的割接或數(shù)據(jù)遷移，以及相同號段下部分號碼路由到4G、部分號碼路由到5G的網(wǎng)絡(luò)路由問題。

（2）5G卡：5G網(wǎng)絡(luò)定義了一種新的用戶號碼方式——SUCI，對原有的IMSI號碼進行加密。新卡可以做成SUCI加密卡，如果用戶（比如政企客戶）需要此類卡，需辦理換卡手續(xù)。新卡可以使用新號段，通過號段分析直接區(qū)分路由到5G數(shù)據(jù)庫中。

由此可以看出，如果要解決用戶不換卡不換號的問題，在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中需涉及以下網(wǎng)元的部署，如圖1[1]所示：

（1）終端：5G終端負責將4G卡的IMSI號碼轉(zhuǎn)換成未加密的SUCI進行5G網(wǎng)絡(luò)注冊;

（2）AUSF負責SUCI鑒權(quán)，鑒權(quán)成功后返回用戶的IMSI號碼;

（3）UDM/HSS負責存儲用戶4G/5G簽約數(shù)據(jù);

（4）PCF/PCRF負責存儲用戶4G/5G策略數(shù)據(jù)。

而其中，終端和AUSF都與4G網(wǎng)絡(luò)無關(guān)，所以UDM/HSS和PCF/PCRF的組網(wǎng)方案就成為解決不換卡不換號以及網(wǎng)絡(luò)路由問題的主要因素。

1.2? 組網(wǎng)方案

為了保證用戶使用業(yè)務(wù)的連續(xù)性，5G網(wǎng)絡(luò)需要支持4G/5G互操作，5GC的UDM和PCF必須是融合的節(jié)點，為UDM/UDR/EPS HSS/IMS HSS（EPC HSS和IMS HSS以下簡稱HSS，該網(wǎng)元簡稱UDM/HSS）和PCF/PCRF。

UDM/HSS和PCF/PCRF（以下簡稱數(shù)據(jù)庫）以新建為前提，有兩種方案：割接和遷移。

（1）組網(wǎng)方案一：新建割接

數(shù)據(jù)庫組網(wǎng)如圖2所示：

該方案新建虛擬化融合數(shù)據(jù)庫，并割接原EPC HSS BE和PCRF SPR中的數(shù)據(jù)到新建的UDR中，各類FE新建虛擬化設(shè)備。新建的數(shù)據(jù)庫可以引入新廠家設(shè)備，方案支持全網(wǎng)用戶默認簽約和單用戶簽約，用戶不換卡不換號。

該方案對現(xiàn)網(wǎng)的改造要求如下：

1）現(xiàn)網(wǎng)DRA的路由接口從原HSS和PCRF改為到新數(shù)據(jù)庫;

2）IT系統(tǒng)服務(wù)開通接口從原HSS和PCRF改為到新數(shù)據(jù)庫。

該方案主要是數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)拷貝，可以一次性或分批割接，新庫數(shù)據(jù)可以離線完成倒換，因此方案的主要優(yōu)點就是對IT系統(tǒng)要求較小，只需升級支持5G數(shù)據(jù)，并將原有網(wǎng)絡(luò)接口割接到新數(shù)據(jù)庫即可，網(wǎng)絡(luò)路由簡單。

該方案最大的缺點在于對現(xiàn)網(wǎng)影響較大、風險較大，因此其實施難點也主要為需研究成熟、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫割接方案，并保證割接后的數(shù)據(jù)一致性。同時，該方案投資大，特別是浪費了前期對4G的投資。

（2）組網(wǎng)方案二：新建遷移

新建遷移方案與方案一的不同在于不是全網(wǎng)用戶默認簽約，而是針對單用戶簽約，用戶簽約5G后用戶數(shù)據(jù)遷移到新庫中，EPC中不再保留原有數(shù)據(jù)。視市場策略決定用戶不換卡，或者換卡換新號段。

根據(jù)數(shù)據(jù)庫組網(wǎng)對IT系統(tǒng)的影響分析，如果對IT系統(tǒng)影響小，新建數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫最好是同廠家，異廠家則對IT系統(tǒng)改造要求較高，因此該方案分同廠家和異廠家來分析對現(xiàn)網(wǎng)和IT系統(tǒng)的影響。

1）同廠家

同廠家數(shù)據(jù)庫組網(wǎng)如圖3所示：

該方案中，現(xiàn)網(wǎng)HSS BE、SPR和新數(shù)據(jù)庫UDR之間開私有接口。

如果用戶不換卡不換號，5G多模終端從4G空口附著和建立承載時，查詢網(wǎng)元通過DRA尋址到舊庫（EPC HSS FE或PCRF FE）中查詢數(shù)據(jù)，如果該用戶已遷移到新庫，由私有接口轉(zhuǎn)發(fā)查詢消息到新庫，并原路返回查詢結(jié)果。

如果用戶換卡，5G可以使用新的IMSI號段，DRA增加新號段的數(shù)據(jù)分析，直接尋址到新庫中查詢。

該方案對現(xiàn)網(wǎng)的改造要求有：

◆HSS、PCRF升級支持私有接口進行數(shù)據(jù)遷移和數(shù)據(jù)查詢;

◆DRA增加新號段（如有）的路由分析和到新庫的接口;

◆IT系統(tǒng)配合廠家協(xié)同完成數(shù)據(jù)遷移（IT系統(tǒng)可以仍然保留原有接口，或者部署新的受理網(wǎng)關(guān)，廠家通過私有接口完成數(shù)據(jù)遷移，具體實施方案視廠家的內(nèi)部實現(xiàn)方式制定）。

該方案的實施難點在數(shù)據(jù)遷移方面，遷移方案私有定制，依賴廠家實現(xiàn)，運營商無法統(tǒng)一評判標準。

2）異廠家

異廠家數(shù)據(jù)庫組網(wǎng)如圖4所示。

由于現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫和新建數(shù)據(jù)庫是異廠家，后端數(shù)據(jù)存儲的接口不易打開，因此業(yè)務(wù)受理和數(shù)據(jù)遷移主要依賴IT系統(tǒng)完成。

如果用戶不換卡不換號，5G多模終端從4G空口附著和建立承載時，查詢網(wǎng)元通過DRA尋址到舊庫（EPC HSS FE或PCRF FE）中查詢數(shù)據(jù)，如果該用戶已遷移到新庫，可以在舊庫的FE和新庫的FE之間開轉(zhuǎn)發(fā)接口（可選，需制定新的標準）或通過DRA錯誤碼重路由方式進行網(wǎng)絡(luò)路由尋址，轉(zhuǎn)發(fā)消息到新庫。

如果用戶換卡，5G可以使用新的IMSI號段，DRA增加新號段的數(shù)據(jù)分析，直接尋址到新庫中查詢。

該方案對現(xiàn)網(wǎng)的改造要求有：

◆HSS、PCRF升級支持轉(zhuǎn)發(fā)接口進行數(shù)據(jù)查詢（可選）;

◆DRA增加到新庫的接口，升級或配置支持錯誤碼重路由方式，增加新號段的路由分析（如有）;

◆IT改造實現(xiàn)數(shù)據(jù)遷移，增加與新舊用戶數(shù)據(jù)庫的接口，增加4G轉(zhuǎn)5G簽約流程（如查詢單用戶在舊庫中的所有數(shù)據(jù)，寫入新庫，刪除舊庫數(shù)據(jù)等），支持異廠家之間模板和指令轉(zhuǎn)換等。

該方案的實施難點在數(shù)據(jù)遷移方面，主要是對IT系統(tǒng)改造要求較大，且用戶開戶等待時間較長。

1.3? 方案實現(xiàn)

（1）HSS proxy轉(zhuǎn)發(fā)信令方式

HSS proxy轉(zhuǎn)發(fā)信令方式可以是UDM/HSS組網(wǎng)方案中網(wǎng)絡(luò)路由的一種方式，要求EPC HSS和UDM/HSS之間新增HSS proxy接口，該接口采用Diameter協(xié)議，用于轉(zhuǎn)發(fā)EPC的S6a消息和IMS的Cx、Sh消息，如圖5所示。

具體流程如下：

1）MME/I-CSCF/S-CSCF/AS消息路由到DRA[2]。

2）DRA根據(jù)目的地信息將消息發(fā)送到傳統(tǒng)HSS[2]。

3）～4）如果用戶在HSS中未開戶，HSS則通過HSS proxy接口將消息經(jīng)過DRA轉(zhuǎn)發(fā)給5G UDM/HSS網(wǎng)元。

5）～6）UDM/HSS將HSS proxy消息等同于S6a/Cx/Sh消息處理完畢后，經(jīng)過DRA給傳統(tǒng)HSS返回響應(yīng)消息。

7）～8）傳統(tǒng)HSS將響應(yīng)消息返回給請求端。

MME/CSCF/AS獲得UDM/HSS主機名后，后續(xù)可以和UDM/HSS直接交互消息。

（2）DRA錯誤碼重定向方式

DRA錯誤碼重定向方式可以是UDM/HSS組網(wǎng)方案中網(wǎng)絡(luò)路由的一種方式，要求DRA根據(jù)EPC HSS返回的錯誤碼，把Diameter消息重路由到UDM/HSS，實現(xiàn)流程如圖6所示。

具體流程如下：

1）MME/I-CSCF/S-CSCF/AS消息路由到DRA[2]。

2）DRA根據(jù)目的地信息將消息發(fā)送到傳統(tǒng)HSS[2]。

3）如果用戶在HSS中未開戶，HSS則返回錯誤碼。

4）DRA根據(jù)預(yù)配置信息，把原Diameter請求路由到對應(yīng)的UDM/HSS。

5）UDM/HSS返回Diameter應(yīng)答消息。

6）DRA將應(yīng)答消息轉(zhuǎn)發(fā)回請求方。

MME/CSCF/AS獲得UDM/HSS主機名后，后續(xù)可以和UDM/HSS直接交互消息。

2? ?結(jié)束語

移動網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)庫關(guān)系到全網(wǎng)用戶的靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)保存，關(guān)系重大，可靠性和安全性要求都非常高，而且數(shù)據(jù)庫與IT系統(tǒng)關(guān)系密切。本文提到的IT系統(tǒng)改造就涉及到CRM系統(tǒng)、碼號系統(tǒng)、計費系統(tǒng)、服開系統(tǒng)、激活系統(tǒng)等多個系統(tǒng)（不同運營商的組織架構(gòu)不同，涉及的系統(tǒng)名字可能不一樣，但是工作內(nèi)容類似），工作量大、流程復(fù)雜，因此運營商考慮數(shù)據(jù)庫的組網(wǎng)時，必須非常謹慎，需要全面衡量。

從2018年底3GPP R15標準凍結(jié)以來，中國的5G SA網(wǎng)絡(luò)研發(fā)和建設(shè)處于全球領(lǐng)先水平，這既是機遇也是挑戰(zhàn)，因為全球沒有案例、沒有經(jīng)驗可借鑒。本文基于5G的組網(wǎng)需求和2G/3G/4G的網(wǎng)絡(luò)部署經(jīng)驗，梳理了幾種可行的數(shù)據(jù)庫組網(wǎng)方案，如何使用這些方案需要根據(jù)運營商的市場策略、同/異廠家組網(wǎng)、IT改造難易進行選擇。當然，從技術(shù)層面來說，還可以有更多的方案。

參考文獻：

[1]? ? 3GPP. 3GPP TS 23.501： System Architecture for the 5G System; Stage 2 （Release 15）[S]. 2019.

[2]? ? 3GPP. 3GPP TS 23.401： Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network; （E-UTRAN） access （Release 15）[S]. 2019.

作者簡介

李文苡（orcid.org/0000-0003-1182-9458）：高級工程師，畢業(yè)于南京郵電學(xué)院計算機系，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司智能網(wǎng)絡(luò)與終端研究院，主要研究方向為各種制式的移動核心網(wǎng)技術(shù)和組網(wǎng)。