3G核心网络的IP承载网络解决方案传统的通信技术已经在朝着IP方向发展了。而今IP也成为了移动通信网络的发展趋势。第三代（3G）无线通信网络将采用以IP为核心的骨干网来传送基于IP的数据和语音新业务。这个新的开放式的网络结构可以使网络运营商通过IP的应用和服务迅速获取新的收益。 1. 概述在传统的语音网络中，所有的智能成分均集中在同一个网络里，而在基于IP的新型网络中，建立一个核心网的目的就在于把大范围的主机托管业务连在用户接入网络上。现在，运营商面临着3G带来的一系列新的挑战，其中最重要的就是语音、数据和多媒体业务的融合。 健壮而高效的3G核心网络结构有利于推动无线网络的增值服务和功能的增加。因此部署3G网络时，核心网的建设是很关键的部分。运营商必须扩大其业务范围，才能保持竞争优势。3G无线通信没有单一的“杀手锏”，过去无线网上无法实现的功能，而现在可以利用IP核心网络实现众多应用的组合，客户通过访问这类服务的简易性和灵活性来评价移动运营商。 3G体系中，Cisco的IP核心网络的基本结构相对于网络业务关系紧密，但这种结构与当前使用的接入技术是相独立的。它采用IP是为了在网络内部结合客户/服务器技术进行网络的控制和传输。因而使移动用户感觉置身于早已熟悉的Internet环境里。 无论是3GPP还是3GPP2，它们所定义的核心网络最终必将是全分布式的、全IP多媒体网络体系结构。无论采用何种无线网络技术，它们的技术演进方向将是：在移动终端信息交流的源与目的之间，话音和数据自始至终都是以同一种方式进行处理的，而IP则是这个统一化的技术平台。 3G核心网络的解决方案应该在充分考虑网络系统安全的基础上，具备标签交换（MPLS）、流量工程（TE）、服务质量（QoS）以及虚拟专用网（VPN）的功能，并可以满足运营级安全性和高可用性要求，本文将就上述几个方面对3G核心建设进行介绍。 2. 标签交换（MPLS）3G核心网比传统Internet承载了更多业务和移动用户，因此更需要高效、安全的数据传输。 MPLS技术的全称是多协议标签交换技术，是在Cisco公司所提出来的Tag Switching技术基础上发展起来的，属于第三层交换技术。它引入了基于标签的机制，把选路和转发分开，由标签来规定一个分组通过网络的路径，数据传输通过标签交换路径（LSP）完成。 多协议标签交换（MPLS）的出现标志着建立可升级的虚拟专用网将成为市场的主流，IP网络中的服务质量保证与流量工程成为现实。这一技术的成熟进一步确立了Cisco在这一领域的领先优势。对于服务提供商，通过在核心网络中部署MPLS可以将所有的网络流量集中到统一的核心网络平台并在核心网络上通过各种技术手段（如，MPLS 流量工程、快速重路由等）保障并优化3G网络的传输。不仅如此，此举还可以帮助运营商达到降低成本保护投资的目的。
图表 1 MPLS工作流程 如图所示，MPLS网络由核心部分的标签交换路由器（LSR）和边缘部分的标签边缘路由器（LER）组成。LSR可以看作是ATM交换机与传统路由器的结合，由控制单元和交换单元组成；LER的作用是分析IP包头，决定相应的传送级别和标签交换路径（LSP）。由于MPLS技术隔绝了标签分发机制与数据流的关系，因此，它的实现并不依赖于特定的数据链路层协议，可支持多种的物理和链路层技术（IP/ATM、以太网、PPP、帧中继、光传输等）。 3. 流量工程（TE）在3G核心网络中，由于汇聚了语音、数据多媒体等众多业务，随着业务模型的变化，核心网络的流量模型也变得比以前更加复杂。运营商需要通过一些技术手段来均衡整体核心网络的流量和利用率。MPLS的一个主要应用是业务量设计、流量工程。流量工程的根本作用在于安排数据流如何通过网络，避免不均匀地使用网络而导致拥塞。而现在的动态路由协议在复杂的网络环境中通常会导致不均匀的流量分布，因为它们总是选择最短路径转发包。结果，在两个节点之间最短路径上的路由器和链路可能发生了拥塞，而沿较长路径的路由器和链路却是空闲的，升级改造目前的路由协议来达到流量工程又不是很现实的做法。而用MPLS流量工程，预定义路径在网内各路由器之间建立，每一路径可以对所需带宽有要求。 流量工程能够结合IGP计算得到的最短路径将业务流转移到网络中可能的、无拥塞的物理路径上去，通过控制IP包在网络中所经过的路径，避免业务流向已经拥塞的节点，实现网络资源的合理利用。 MPLS流量工程能够为3G核心网络传输提供基础：
4. 虚拟专用网VPN目前VPN被一致认可为网络运营商的核心应用。网络运营商经常面临的挑战是商业用户需要将他们建立的网络通过VPN扩展到分支机构或外部用户网。不仅如此，在3G网络中又出现了很多多媒体业务以及这些业务要求的特殊网络处理，包括私密性、服务质量以及“any-to-any”的连通性。网络运营商的VPN业务必须具备高度的可扩展性，高性价比并可适应广泛的用户需求。 运营商可以将不同类型的数据流通过VPN进行分离，这一方面有利于对不同业务QoS的保障，同时运营商可以将3G网络中不同的逻辑接口（如Gn、Ga等）划入不同的VPN，以简化管理。 另外，在3G核心网环境中存在种类繁多的数据类型，例如：网络管理数据、7号信令数据、认证数据、漫游数据等等，当然还包括最重要的语音和多媒体数据。运营商还可以根据不同的数据类型将其划入不同的VPN，以便后期对其进行不同的QoS处理以及安全管理等。下图描绘了使用MPLS VPN的3G运营商如何将其核心网络中的不同数据以及接口进行分类传输：
图表 2 在核心网络实现MPLS VPN 5. 服务质量（QoS）3G网络整体结构中要实现端到端的QoS保障。话音或数据在两个用户终端之间传输需要建立和管理不同的QoS。QoS具体包括：服务可用性（接通、掉话等）、时延、时延抖动、流量、丢包率、误码率及信噪比等。由于语音和多媒体的引入，3G网络对QoS的要求将大大提高。在运营过程中，由于2.5G网络对于QoS在定义的过于简单，实际应用价值极为有限。这几年因特网迅猛发展，因为缺乏QoS机制而难以实现一些有高附加值前景的业务。3GPP和3GPP2充分意识到这一点，首次提出了有前瞻性的不同业务的QoS要求。于移动运营商而言，服务质量和业务领先是战略重点，无质量保证的业务难以保证用户满意度，也就谈不上商业价值。
图表 3 全方位的端到端QoS保障 3G作为一个面向未来的网络业务，基于分组平台可以同时提供语音、数据、多媒体等综合业务的系统，成为各大运营商以及设备提供商关注的焦点。在影响3G运营模式和运营收益的各种关键因素中，QoS特别是核心网的QoS无疑是非常重要的一项。第三代移动通讯的宗旨之一就是实现“端到端”的通讯，那么3G核心网必须有能力保证端到端的服务质量保证，这是指一种服务质量保证体系，3G核心网的设计者要从多个方面进行综合考虑，包括上面谈到的IntServ、DiffServ与MPLS结合；基于每一跳的队列与丢弃控制；MPLS流量工程与快速重路由并用实现毫秒级的链路自愈等。 6. 网络系统安全与高可用性（Security & HA）网络在不断改变着我们工作、生活、娱乐和学习的方式。在这些变化当中，有的已在我们的生活中变为现实（电子商务、实时信息访问、电子化学习、更多的通信手段等），而有的尚待我们去开发。伴随着互联网的空前发展，个人数据、重要的企业资源以及政府机密等信息变得非常容易被获取。黑客们通过不同类型的攻击威胁着这些机构，而且这种威胁日益明显。固定线路的网络可以通过物理隔离的方法在一定程度上保障网络安全，而3G作为一种移动性很强的无线通信技术希望实现完全物理隔离难上加难。 首先最重要的是，网络安全是一个体系，而不是设备的堆砌。它必须能够从各个层面防止大多数攻击，使其无法成功地影响重要网络资源。成功通过第一道防线或是来自于网络内部的攻击，必须能得以准确发现并快速地将其对网络其余部分的影响减至最小。此外，在安全的同时，网络还必须能持续提供用户所期望的关键服务。适当的网络安全性和出色的网络功能可同时实现。Cisco网络安全体系并非一种设计网络的创新方式，而是使网络安全的一个发展蓝图。 3G核心网络作为语音、数据、多媒体信息的承载平台，必须具有很高的可用性。在高度可用的网络中，网络及其应用无论在运行还是接入方面都是无中断的。随着越来越多的企业使用网络来开展业务，网络日益成为关键业务工具。网络故障停机会导致惨重损失。在3G网络中，语音传输的中断所造成的损失更难以估量的。运营商设计高可用性网络可以防止经济损失、保证工作效率、降低被动的支持成本、提高客户满意度/忠诚度。 7. 总结Cisco的3G核心网络解决方案针对不同无线网络技术以及它们发展的不同阶段，提出同一面向未来网络演进的全IP网络架构，可提供的3G的网络组件包括3G系统的呼叫控制部分，媒体网关MGW，信令网关SGW、无线分组网关设备以及IP核心交换传输网络。这种核心网络方案在充分考虑网络系统安全的基础上，具备标签交换MPLS，服务质量QoS，流量管理TM，流量工程TE以及虚拟专用网VPN的功能，以便在同一网络平台上为3G网络的不同业务子网（如语音、数据、多媒体、信令子网等等）、不同的服务质量要求的应用提供相应的服务质量级别。同时，在网元级、网络级分别实现控制界面、数据界面的不间断转发（SSO/NSF）机制，以充分保证核心IP网络的高可靠、可用性要求。 |
