CDMA运营商分组核心网络基于双栈技术引入IPv6组网研究

杨威　黄根华　张磊

【摘要】 本文简要介绍了IPv6双栈技术的特点，通过分析国内CDMA运营商移动核心网分组域网络，对引入IPv6双栈技术在移动分组核心网络中组网进行了研究，以实现运营商快速平滑地升级网络，保证未来网络和业务的可持续发展。

【关键词】 双栈 IPv6 移动分组域 CDMA

Abstract This paper briefly introduces the characteristics of IPv6 dual stack， through the analysis of packet domain network of the domestic CDMA operators mobile core network， the introduction of IPv6 dual stack in mobile packet core network is researched， in order to quickly and smoothly upgrade network for operator， guarantee the sustainable development of the network and business in the future.

Keywords dual protocol stack， IPv6， mobile packet network， CDMA

一、引言

近几年，随着3G的深入推广，尤其是智能终端的普及，移动互联网获得了前所未有的发展，移动互联网流量和用户数均呈现爆发式增长。据有关权威部门统计发布，到2013年末，国内互联网用户数将达到6.11亿，其中移动互联网用户数将达到4.61亿，这说明移动终端已远远超过PC，成为互联网上使用最多的设备，未来接入移动互联网的用户和终端仍将继续呈现大幅增长的态势。目前移动互联网仍然以IPv4为基础协议，用户上网采用的仍然是IPv4地址，和固定互联网业务相比，移动互联网业务具有端到端和永远在线的特性，所以移动互联网将消耗更多的 IP 地址；此外物联网、传感网等新型业务的快速发展也将极大地推动对IP 地址的需求，面对日益增长的用户和终端接入需求，电信运营商将面临新增用户业务开放无可用IPv4 地址的困境。

IPv6 作为下一代互联网协议，是针对IPv4 现在面临的问题而提出的，IPv6 在地址容量、安全性、网络管理、移动性以及服务质量等方面有明显的改进，并且已经在主流设备中获得了广泛的支持，在IPv4地址面临枯竭的背景下，业界各大运营商纷纷尝试通过建设基于IPv6 技术的下一代互联网，抢占市场和技术的制高点。CDMA是国内3G网络的标准制式之一，拥有大量的3G用户和丰富的业务应用，也同样面临地址短缺的窘境，探讨在CDMA 分组核心网络中引入IPv6技术，应对移动互联网大发展的挑战，为全面部署IPv6做好准备，从而保证运营商未来网络和业务的可持续发展有重要意义。

二、CDMA分组核心网络架构

CDMA分组网络包括无线接入网络和分组域核心网络两部分，其中无线接入网络部分有1x 接入和Ev-Do 接入两种，分组核心网络主要负责用户的认证、计费、数据报文转发等。CDMA运营商分组域核心网络一般分为骨干和省两级结构进行建设，骨干网络包括骨干AAA、CG网关等设备，主要负责全网用户的国际漫游业务；省级网络包括PDSN，AAA，AN-AAA，HACCG等设备，主要负责省内用户的数据业务。CDMA分组核心网可向移动用户提供基于简单IP、移动IP的接入业务，省级CDMA分组核心网络架构如图1所示：

其中PDSN位于分组交换公共数据网与无线接入网之间，负责管理用户状态，转发用户数据，并为移动终端分配IP地址；AAA服务器位于分组核心网中，主要完成认证、授权和计费的功能； AN-AAA服务器主要对EV-DO用户进行鉴权认证，完成EV-DO用户终端身分合法性的鉴权功能；HACCG即归属代理内容计费网关，与PDSN，AAA，BSS等网元配合，实现内容计费和智能计费策略控制等功能。目前CDMA分组核心网络仍全部采用IPv4互联网协议进行组网，面对接入用户和终端数量迅猛增长，地址资源短缺问题日益突显。

三、IPv6双栈技术

面对目前由于移动互联网迅猛发展带来的困扰，运营商分组网络向IPv6的过渡和升级已经是发展的必然趋势和要求，由于IPv4和IPv6协议不兼容，在IPv4 向IPv6 过渡演进时， 网络/主机/服务器不可能同时升级到IPv6，新老用户也将长期同时存在，为了保证网络演进的平滑过渡，用户使用过程无感知，分组网络设备必然要同时转发IPv4 和IPv6 的数据包，要同时承载只支持IPv4的老终端和支持IPv6 的新终端。采用IPv6双栈技术，能满足这一需求。

IPv6和IPv4是功能相近的网络层协议，两者都基于相同的物理平台，并且加载于其上的传输层协议TCP和UDP也没有区别，实现IPv6 节点与IPv4 节点互通的最直接的方式是在IPv6节点中加入IPv4 协议栈。双协议栈技术（DualStack）是在网络设备上（如一个主机或一个路由器）同时启用IPv4 和IPv6 协议栈，在现有网络基础上同时运行IPv4和IPv6。双协议栈系统能同时支持IPv4 和IPv6 协议，即拥有IPv4 地址，又拥有IPv6 地址，因而可以收发IPv4 与IPV6 两种数据报，它能用IPv4 和仅仅支持IPv4 的主机进行通信，用IPv6 和仅仅支持IPv6 的主机进行通信，从而实现了互通。双协议栈技术是IPv6过渡技术中应用最广泛的一种过渡技术，同时它也是所有其它过渡技术的基础。

四、引入IPv6双栈技术组网方案

在运营商现有CDMA分组核心网络中部署IPv6技术，尤其要重点考虑的问题是网络平滑演进，尽可能小的影响现网业务运行。为了工程顺利稳妥进行，建议在目前移动分组域核心网基础上，采用新增、升级的方式，以省为单位，分阶段实施，建设支持IPv4/IPv6双栈用户接入访问业务的分组域核心网络。endprint

第一阶段：新增一套支持双栈的移动分组核心网设备，包括PDSN、HACCG、AAA和CE路由器，新增双栈设备建议采用与现网同厂家的设备，双栈设备的容量根据预测的IPv6用户数配置，建议考虑一定的冗余系数1.2～1.5，以提升设备的容灾能力，要求新增的双栈设备硬件上和现网使用的设备一致，通过升级软件版本的方式支持IPv6双栈协议。

新增的移动分组核心网双栈设备向下连接现网无线网络，向上通过双栈CE接入CN2和163骨干网。在现网PDSN上增加配置将IPv6用户重定向至双栈PDSN，IPv6用户通过现网无线网络首先接入到现网PDSN，然后被重定向至双栈PDSN上建立PPP连接；在现网AAA上增加对IPv6用户IMSI号段消息进行转发的功能配置，IPv6用户通过双栈PDSN到新增的AAA服务器上进行认证计费；对现网无线侧BSC设备增加配置，增加与双栈PDSN互通的路由数据；对现网AN-AAA设备增加配置，增加IPv6用户DO接入认证的配置信息数据。新增的移动分组核心网双栈设备和现网的单栈设备进行叠加组网，如图2所示：

第二阶段：根据第一阶段新增双栈设备运行情况，逐步对现网移动分组域核心网设备进行软件版本升级，全面支持IPv4/IPv6双协议。对现网AAA服务器升级后，将第一阶段新增双栈AAA并入现网升级后的AAA系统，双栈AAA和升级后AAA共用一套数据库，统一完成IPv4/IPv6用户认证、授权和计费。

采用分阶段，以省为单位进行建设，能较好地保证用户的使用体验，快速在全网推进IPv6技术部署，即使各省建设进度不同步，也不会影响双栈用户的漫游使用，下面以双栈用户简单IP接入为例进行说明：（1）双栈用户漫出到支持双栈接入的省份。双栈用户漫出到支持双栈接入的省份，归属AAA同时返回IPv4和IPv6授权，由于支持双栈接入的省份PDSN支持SIPv6用户接入，可同时分配IPv4和IPv6地址给双栈用户访问业务，双栈用户优先使用IPv6方式接入分组域网络。（2）双栈用户漫出到暂不支持双栈接入的省份。双栈用户漫出到暂不支持双栈接入的省份，归属AAA同时返回IPv4和IPv6授权，由于暂不支持双栈接入的省份PDSN不支持SIPv6用户接入，PDSN将忽略SIPv6授权属性，仅给用户分配IPv4地址访问业务，用户最终以IPv4方式接入分组域网络。双栈用户漫出到支持双栈接入的省份和暂不支持双栈接入的省份，均能正常接入互联网，业务使用体验没有影响。

五、结束语

向IPv6的过渡和升级已是互联网发展的必然趋势，IPv6所能提供的巨大地址空间以及所具有的诸多方面的优势，未来必将在推进三网融合、移动互联网、物联网、云计算、智慧城市建设等方面发挥基础性的作用。对于运营商而言，越早开始提供IPv6服务，等于越早抢占了网络和业务发展的战略高地，意义非常远大。通过探讨在CDMA分组核心网络中部署IPv6双栈技术，为运营商快速平滑地升级网络，建设支持IPv4/IPv6双栈用户接入的核心网打下基础，从而保证运营商未来网络和业务的可持续发展。

参 考 文 献

[1] Wireless IP Network Standard：3GPP2 P.S0001-A Version 3.0.0 July 16，2001

[2] Wireless IP Network Standard：3GPP2 P.S0001-B Version 1.0.0 November 9，2002

[3] 移动IPv6关键技术，http：//cisco.chinaitlab.comendprint

第一阶段：新增一套支持双栈的移动分组核心网设备，包括PDSN、HACCG、AAA和CE路由器，新增双栈设备建议采用与现网同厂家的设备，双栈设备的容量根据预测的IPv6用户数配置，建议考虑一定的冗余系数1.2～1.5，以提升设备的容灾能力，要求新增的双栈设备硬件上和现网使用的设备一致，通过升级软件版本的方式支持IPv6双栈协议。

新增的移动分组核心网双栈设备向下连接现网无线网络，向上通过双栈CE接入CN2和163骨干网。在现网PDSN上增加配置将IPv6用户重定向至双栈PDSN，IPv6用户通过现网无线网络首先接入到现网PDSN，然后被重定向至双栈PDSN上建立PPP连接；在现网AAA上增加对IPv6用户IMSI号段消息进行转发的功能配置，IPv6用户通过双栈PDSN到新增的AAA服务器上进行认证计费；对现网无线侧BSC设备增加配置，增加与双栈PDSN互通的路由数据；对现网AN-AAA设备增加配置，增加IPv6用户DO接入认证的配置信息数据。新增的移动分组核心网双栈设备和现网的单栈设备进行叠加组网，如图2所示：

第二阶段：根据第一阶段新增双栈设备运行情况，逐步对现网移动分组域核心网设备进行软件版本升级，全面支持IPv4/IPv6双协议。对现网AAA服务器升级后，将第一阶段新增双栈AAA并入现网升级后的AAA系统，双栈AAA和升级后AAA共用一套数据库，统一完成IPv4/IPv6用户认证、授权和计费。

采用分阶段，以省为单位进行建设，能较好地保证用户的使用体验，快速在全网推进IPv6技术部署，即使各省建设进度不同步，也不会影响双栈用户的漫游使用，下面以双栈用户简单IP接入为例进行说明：（1）双栈用户漫出到支持双栈接入的省份。双栈用户漫出到支持双栈接入的省份，归属AAA同时返回IPv4和IPv6授权，由于支持双栈接入的省份PDSN支持SIPv6用户接入，可同时分配IPv4和IPv6地址给双栈用户访问业务，双栈用户优先使用IPv6方式接入分组域网络。（2）双栈用户漫出到暂不支持双栈接入的省份。双栈用户漫出到暂不支持双栈接入的省份，归属AAA同时返回IPv4和IPv6授权，由于暂不支持双栈接入的省份PDSN不支持SIPv6用户接入，PDSN将忽略SIPv6授权属性，仅给用户分配IPv4地址访问业务，用户最终以IPv4方式接入分组域网络。双栈用户漫出到支持双栈接入的省份和暂不支持双栈接入的省份，均能正常接入互联网，业务使用体验没有影响。

五、结束语

向IPv6的过渡和升级已是互联网发展的必然趋势，IPv6所能提供的巨大地址空间以及所具有的诸多方面的优势，未来必将在推进三网融合、移动互联网、物联网、云计算、智慧城市建设等方面发挥基础性的作用。对于运营商而言，越早开始提供IPv6服务，等于越早抢占了网络和业务发展的战略高地，意义非常远大。通过探讨在CDMA分组核心网络中部署IPv6双栈技术，为运营商快速平滑地升级网络，建设支持IPv4/IPv6双栈用户接入的核心网打下基础，从而保证运营商未来网络和业务的可持续发展。

参 考 文 献

[1] Wireless IP Network Standard：3GPP2 P.S0001-A Version 3.0.0 July 16，2001

[2] Wireless IP Network Standard：3GPP2 P.S0001-B Version 1.0.0 November 9，2002

[3] 移动IPv6关键技术，http：//cisco.chinaitlab.comendprint

第一阶段：新增一套支持双栈的移动分组核心网设备，包括PDSN、HACCG、AAA和CE路由器，新增双栈设备建议采用与现网同厂家的设备，双栈设备的容量根据预测的IPv6用户数配置，建议考虑一定的冗余系数1.2～1.5，以提升设备的容灾能力，要求新增的双栈设备硬件上和现网使用的设备一致，通过升级软件版本的方式支持IPv6双栈协议。

新增的移动分组核心网双栈设备向下连接现网无线网络，向上通过双栈CE接入CN2和163骨干网。在现网PDSN上增加配置将IPv6用户重定向至双栈PDSN，IPv6用户通过现网无线网络首先接入到现网PDSN，然后被重定向至双栈PDSN上建立PPP连接；在现网AAA上增加对IPv6用户IMSI号段消息进行转发的功能配置，IPv6用户通过双栈PDSN到新增的AAA服务器上进行认证计费；对现网无线侧BSC设备增加配置，增加与双栈PDSN互通的路由数据；对现网AN-AAA设备增加配置，增加IPv6用户DO接入认证的配置信息数据。新增的移动分组核心网双栈设备和现网的单栈设备进行叠加组网，如图2所示：

第二阶段：根据第一阶段新增双栈设备运行情况，逐步对现网移动分组域核心网设备进行软件版本升级，全面支持IPv4/IPv6双协议。对现网AAA服务器升级后，将第一阶段新增双栈AAA并入现网升级后的AAA系统，双栈AAA和升级后AAA共用一套数据库，统一完成IPv4/IPv6用户认证、授权和计费。

采用分阶段，以省为单位进行建设，能较好地保证用户的使用体验，快速在全网推进IPv6技术部署，即使各省建设进度不同步，也不会影响双栈用户的漫游使用，下面以双栈用户简单IP接入为例进行说明：（1）双栈用户漫出到支持双栈接入的省份。双栈用户漫出到支持双栈接入的省份，归属AAA同时返回IPv4和IPv6授权，由于支持双栈接入的省份PDSN支持SIPv6用户接入，可同时分配IPv4和IPv6地址给双栈用户访问业务，双栈用户优先使用IPv6方式接入分组域网络。（2）双栈用户漫出到暂不支持双栈接入的省份。双栈用户漫出到暂不支持双栈接入的省份，归属AAA同时返回IPv4和IPv6授权，由于暂不支持双栈接入的省份PDSN不支持SIPv6用户接入，PDSN将忽略SIPv6授权属性，仅给用户分配IPv4地址访问业务，用户最终以IPv4方式接入分组域网络。双栈用户漫出到支持双栈接入的省份和暂不支持双栈接入的省份，均能正常接入互联网，业务使用体验没有影响。

五、结束语

向IPv6的过渡和升级已是互联网发展的必然趋势，IPv6所能提供的巨大地址空间以及所具有的诸多方面的优势，未来必将在推进三网融合、移动互联网、物联网、云计算、智慧城市建设等方面发挥基础性的作用。对于运营商而言，越早开始提供IPv6服务，等于越早抢占了网络和业务发展的战略高地，意义非常远大。通过探讨在CDMA分组核心网络中部署IPv6双栈技术，为运营商快速平滑地升级网络，建设支持IPv4/IPv6双栈用户接入的核心网打下基础，从而保证运营商未来网络和业务的可持续发展。

参 考 文 献

[1] Wireless IP Network Standard：3GPP2 P.S0001-A Version 3.0.0 July 16，2001

[2] Wireless IP Network Standard：3GPP2 P.S0001-B Version 1.0.0 November 9，2002

[3] 移动IPv6关键技术，http：//cisco.chinaitlab.comendprint