LTE核心网关键技术探讨

刘婷婷 刘永毓

【摘要】 本文在LTE核心网的结构、功能进行简要介绍的基础之上，着重对LTE核心网关键技术的进行阐述，从而为在采用较少资源的条件下实现LTE核心网技术提供理论参考。

【关键字】 LTE核心网 关键技术 结构

一、LTE核心网关键技术概述

所谓LTE核心网关键技术，主要是指在使用较少的资源条件下来对LTE核心网功能进行优化的一项技术。近年来，随着我国科技水平地不断提高，LTE技术也不断发展，并且发展越发成熟。LTE核心网关键技术具有频谱利用率较高，成本较低、功耗低等优点，但是其缺陷在于高速传输时的距离不长。因此，在室内或者比较偏远的地区使用LTE核心网关键技术。

二、LTE核心网概况

在LTE核心网中，其主要包括移动性管理设备（MME）、服务网关（S-GW）、PDN网关（P-GW）、归属签约用户服务器（HSS）以及策略和计费控制单元（PCRF）等。在LTE核心网网络架构中，服务网关（S-GW）和PDN网关（P-GW）既可以进行合设，也可以分设。LTE核心网的网络架构如图1所示。

2.1移动性管理设备（MME）概况

移动性管理设备（MME）属于LTE核心网的控制面节点，其主要作用表现为安全、移动性管理和执行会话和承载控制三方面。

2.2服务网关（S-GW）概况

所谓S-GW，其属于用以连接eNodeB的用户面节点。服务网关（S-GW）主要确保在在eNodeB和PGW之间路由和转发LTE用户上下行报文。

2.3分组数据网关（P-GW）概况

P-GW主属于一种用以连接PDN网络的用户面节点。P-GW的主要功能表现在：为LTE核心网到PDN网络的用户面提供参考点SGi。另外，分组数据网关（P-GW）还具有部分的安全功能、QoS功能和控制功能。

2.4策略和计费控制单元（PCRF）概况

策略和计费控制单元（PCRF）的主要作用是提供基于业务数据流的门控、QoS控制以及相关的计费控制等。

2.5归属签约用户服务器（HSS）概况

HSS是一个专门对用户和服务数据进行储存的数据库。归属签约用户服务器（HSS）的作用是保存归属网络中IMS/ EPC用户的签约信息，并且对用户鉴权和位置信息进行管理。

三、LTE核心网关键技术介绍

3.1LTE核心网操作系统轻量化技术介绍

LTE核心网采用开源Linux操作系统主要从系统基础服务（BASE Service）、操作管理维护（OAM）和高可用性服务（HA Service）三个方面进行优化设计。经过LTE核心网操作系统轻量化技术进行优化以后的操作系统，其大小仅仅为原系统的百分之三十左右，同时其运行速度也提升了近三倍。

3.1.1系统基础服务（BASE Service）

系统基础服务（BASE Service）是基于CGL规范并且为满足上层业务应用的需求而进行开发的基础模块。系统基础服务（BASE Service）模块承载起了整个系统的大部分基础服务。系统基础服务（BASE Service）主要有三个部分：一是系统启动（Autoboot）。其能够对内核进行自动加载，从而启动配置。二是脚本配置和平台服务启动。根据系统内的业务流程，对因为系统进程出现异常问题退出以后，可以进行自动进行重启，也可以对一些应用程序进行加载和启动。三是文件系统（FS Management）。LTE核心网操作系统主要采用XFS或者EXT3文件系统。FS Management通过网络文件系统将日志文件保存到远程主机里面，有效地减少系统对存储的要求。对系统基础服务（BASE Service）进行优化的主要是根据LTE核心网中操作系统的实际使用情况删除一些不必要的组件，从而保证LTE核心网能够快速地运行，同时确保LTE核心网操作系统是干净可控的。

3.1.2操作管理维护（OAM）

在OAM模块中，其主要包括配置管理（CM）、性能管理（PM）、告警管理（FM）和北向接口四个部分。首先，CM主要是负责管理配置模型和配置数据，并且执行配置的命令，另外，CM还会与网管系统进行互操作。其次是性能管理（PM）。性能管理（PM）的功能主要为：提供性能模型管理、性能任务管理、性能数据收集上报以及阀值告警等等。三是告警管理（FM）。FM的主要功能表现在告警、生成安全日志和客户日志等，并且具有一定的上报功能。最后是北向接口。操作管理维护（OAM）模块中的北向接口的功能，主要表现为通过SNMP协议来传输网络管理数据，从而达到网管中心NMS/EMS的连接和访问。

3.2网关一体化设计技术介绍

所谓网关一体化设计，就是指将S-GW和P-GW进行深度地融合。当网关一体化系统进行加载时，只需要将一个融合GW网元的模块启动，此时就可以提供独立的S-GW、PDN-GW和融合GW等逻辑网元功能。网关一体化设计的优点主要表现为：可以将不同的逻辑网元对网关一体化系统资源进行管理和会话控制功能以及用户面逻辑处理进行共享，这样就大大地节约了网关一体化系统内存资源，同时最大程度地对软件代码进行重用。网关一体化系统设计具体如图2所示。

（1）网关一体化设计中，在大部分场景下，网关主要功能为提供融合GW功能，其数据流参考图2中的业务流1。

（2）当在网关中进行切换场景时，假若S-GW发生改变，那么其归属地网关便会更改成为P-GW，此时归属地网关数据流可以参考图二中的第二条业务流。另外，当访问地网关提供S-GW角色时，其数据流则参考图二中的第三条业务流。

由此可见，S-GW发生改变而切换场景除外，在网关一体化设计技术下，绝大部分场景下的网关信令仅需进行一次处理即可，这就大大地降低了延时。

3.3快速数据处理与转发技术介绍（Intel CPU+DPDK技术）

LTE核心网操作系统中所采用的快速数据处理与转发技术（Intel CPU+DPDK技术）是针一个轻量级、低功耗以及RTC的运行环境数据套件DPDK，这样就能够提升数据包的处理和转发性能。另外，DPDK还可以对智能和高效的数据包进行处理与转发。

跟传统Linux系统比较，采用快速数据处理与转发技术（Intel CPU+DPDK）技术后，数据包的处理与转发能力比起原系统而言，大概提升了6—10倍。

四、结语

综上所述， LTE核心网关键技术大大地降低了LTE核心网的成本，提升了运行速度，可以应用于政府部门的应急和反恐或者救灾、室内覆盖和企业专网等实践之中。

参 考 文 献

[1] 王少波.LTE核心网关质量提升方案[J].数据通信.2015（03）

[2] 黄桂芹.陕西电信LTE核心网建设探讨[J].电信科技.2012（05）

[3] 王琦.探究分析LTE核心网技术的要点[J].新聚焦.2011（06）