《電子技術(shù)應(yīng)用》
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CDMA邁進(jìn)LTE橋梁-eHRPD
摘要: 在國際上,面對Sprint部署WiMAX的壓力,素來被稱為CDMA陣營風(fēng)向標(biāo)的Verizon誓言加速LTE的商用步伐,隨著終端的成熟,LTE大有全球蔓延之勢。
關(guān)鍵詞: LTE CDMA eHRPD WiMAX
Abstract:
Key words :

       在國際上,面對Sprint部署WiMAX的壓力,素來被稱為CDMA陣營風(fēng)向標(biāo)的Verizon誓言加速LTE的商用步伐,隨著終端的成熟,LTE大有全球蔓延之勢。

  在向著4G邁進(jìn)的途中,如何保護(hù)原有3G網(wǎng)絡(luò)的投資是運(yùn)營商最為關(guān)心的。對于CDMA運(yùn)營商來說,eHRPD(演進(jìn)的高速分組網(wǎng)絡(luò))的出現(xiàn)和應(yīng)用,將為CDMA向LTE邁進(jìn)提供一個平滑演進(jìn)策略。

  網(wǎng)絡(luò)升級首要著眼用戶體驗(yàn)

  當(dāng)前用戶體驗(yàn)已成為全球電信運(yùn)營商持續(xù)發(fā)展與差異化競爭的標(biāo)桿指標(biāo),中國電信也早在幾年前就定位為綜合信息服務(wù)提供商。過去兩三年,無論是芯片企業(yè)還是終端制造企業(yè)都在提升用戶體驗(yàn)上下了很大力氣,iPhone之所以流行,與其良好的用戶體驗(yàn)分不開,這是不爭的事實(shí)。

  用戶體驗(yàn)的內(nèi)容很廣很深,是一個值得長期探索的課題,誰能創(chuàng)造良好的用戶體驗(yàn),誰就能贏得用戶。從運(yùn)營商的角度而言,網(wǎng)絡(luò)升級換代首先著眼的就是用戶體驗(yàn),其次是資源利舊,當(dāng)然還考慮網(wǎng)絡(luò)投資、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等方面。

  在當(dāng)前定位為智能管道的運(yùn)營商中,用戶體驗(yàn)主要體現(xiàn)開機(jī)搜網(wǎng)時間、接入時延、切換時延等方面,這些時延越小越好。同時還有網(wǎng)絡(luò)覆蓋、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性等等。本文涉及到網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中的用戶體驗(yàn),即不同網(wǎng)絡(luò)間的互操作問題,因此本文重點(diǎn)講述的是跟切換相關(guān)的內(nèi)容。

  切換不僅是個功能,更是一個橋梁,能將運(yùn)營商的新舊網(wǎng)絡(luò)連起來,組成一個共同的資源,實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分擔(dān)、雙層廣闊的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、雙倍的甚至更多倍的網(wǎng)絡(luò)容量,既實(shí)現(xiàn)了用戶業(yè)務(wù)的連續(xù)性,提升了用戶體驗(yàn),也實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營商資源利用率的最大化。這是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中運(yùn)營商必須考慮的問題。

  本文解析的eHRPD即是將CDMA網(wǎng)絡(luò)與LTE聯(lián)系在一起的紐帶,實(shí)現(xiàn)了CDMA網(wǎng)絡(luò)與LTE網(wǎng)絡(luò)的無線資源共享、核心資源共用,呈現(xiàn)給用戶的是一張整體的網(wǎng)絡(luò),而不是零碎的兩張無關(guān)的網(wǎng)。之所以eHRPD的作用如此重要,中國的用戶從早期聯(lián)通同時運(yùn)營GSM與CDMA時就深有體會,聯(lián)通當(dāng)時擁有全國甚至全球最先進(jìn)的CDMA網(wǎng)絡(luò),但競爭不過中國移動,當(dāng)然里面的因素很多,但很重要的一點(diǎn)是這兩張網(wǎng)是無關(guān)的。因此,當(dāng)CDMA移交給中國電信時,我們不得不重新審視這個問題,而且希望將其有效地解決。

  eHRPD網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

  提到移動網(wǎng)絡(luò)的融合,不得不提到EPS。EPS(EvoLEDPacketSystem)是3GPP為了適應(yīng)寬帶無線接入高速發(fā)展而提出的新一代移動網(wǎng)絡(luò),由LTE系列標(biāo)準(zhǔn)和核心網(wǎng)EPC(EvolvedPacketCore)系列標(biāo)準(zhǔn)共同組成。同時它是一個多接入的網(wǎng)絡(luò),能能接入當(dāng)前所有無線接入技術(shù),如cdma2000,Wi-Fi,WiAMX等。

  隨著LTE大一統(tǒng)趨勢的確定,EPS也成為目前可預(yù)見的未來移動網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的方向,EPS采用扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),在核心網(wǎng)絡(luò)側(cè)簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和消息,業(yè)務(wù)層設(shè)計無線用戶數(shù)據(jù)環(huán)回時延小于10ms,控制層喚醒時延小于100ms。全I(xiàn)P架構(gòu)、靈活的資源配置、SON技術(shù)等,賦予了EPS強(qiáng)大的成本優(yōu)勢;支持多種接入技術(shù)使得EPS為整個移動產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和網(wǎng)絡(luò)融合提供一個新的平臺。因此,EPS規(guī)范從制定之初,就得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注,并逐漸得到了各移動運(yùn)營商的青睞。

  eHRPD(演進(jìn)的高速分組網(wǎng)絡(luò))是對原HRPD,即EVDO網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)和增強(qiáng)。因此從CDMAEV-DO到eHRPD是需要對相關(guān)網(wǎng)元進(jìn)行升級,如 AN/PCF升級至eAN/ePCF,PDSN升級為HSGW(HRPDServingGateway),即HRPD服務(wù)網(wǎng)關(guān)。當(dāng)然從這里可以看出,對于 BTS,eHRPD與HRPD沒有差異,也就是說eHRPD改善了網(wǎng)絡(luò)融合方式,使資源能合理利用但是沒有改善無線側(cè)的能力,這點(diǎn)非常關(guān)鍵。

  eHRPD網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)共分為三種:非漫游的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),漫游時HomeRouted場景和LocalBreakout場景。

  eHRPD新功能增強(qiáng)CDMA演進(jìn)能力

  ●多PDN功能

  PDN(PacketDataNetwork)分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的概念首先是在EPS中提出,指提供UE和PLMN分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的IP連接,即PDN連接服務(wù)。

  有PDN必然存在多PDN,這個主要是隨著業(yè)務(wù)種類的豐富而產(chǎn)生的,UE同時建立多個PDN連接的需求越來越強(qiáng)烈,如一邊上公網(wǎng)瀏覽新聞,同時處理 OA公文。但是HRPD不支持多PDN連接,給今后的業(yè)務(wù)運(yùn)營帶來極大不便。eHRPD接入EPC后新增多PDN連接的功能,多PDN功能是eHRPD相對HRPD功能增強(qiáng)的顯著特點(diǎn)之一。

  要支持多PDN連接,UE及其它網(wǎng)元必須增加相應(yīng)功能。首先,由于每個PDN連接都會給用戶分配IP地址,因此為了支持多PDN,UE必須支持多IP 地址。其次,在建立PDN連接時,由UE分配PDNID,來表示某個PDN連接。UE和HSGW之間PPP協(xié)商過程中,由于加入了PDNID來標(biāo)識不同的 PDN連接。因此UE和HSGW必須支持VSNCP協(xié)議。當(dāng)然HSGW與PGW還是采用APN來標(biāo)識,即PDN-ID與APN有一一對應(yīng)關(guān)系。

●EAP-AKA鑒權(quán)

  eHRPD接入3GPPEPC網(wǎng)絡(luò)時,使用的是EAP-AKA鑒權(quán),而不是HRPD階段的CHAP或PAP鑒權(quán)。相對于以前的鑒權(quán)方式,EAP-AKA鑒權(quán)主要帶來了兩個優(yōu)點(diǎn):

  一是采用更完善的認(rèn)證機(jī)制,具有更高的安全性;

  二是該機(jī)制具有雙向鑒權(quán)的能力,網(wǎng)絡(luò)側(cè)在對終端進(jìn)行鑒權(quán)的同時,終端也能鑒權(quán)網(wǎng)絡(luò)。

  新的鑒權(quán)機(jī)制完全不同于以前的方式。

  ●承載管理

  eHRPD接入EPC網(wǎng)絡(luò)與EPC/LTE網(wǎng)絡(luò)一樣,都有承載的概念,但二者是有區(qū)別的。eHRPD接入EPC時,UE和eAN間為無線承載,在 eAN與HSGW間仍然使用HRPD的承載概念,如主A10連接、輔A10連接,HSGW到P-GW之間為PMIP隧道。UE通過eHRPD接入EPC的某個PDN連接服務(wù)由無線承載、HSGW到eAN之間的A10連接及HSGW和PDNGW之間的IP連接串聯(lián)組成。

  UE通過LTE的E-UTRAN接入EPC的到某個PDN連接服務(wù)提供有以下兩種情況:當(dāng)EPC網(wǎng)絡(luò)S5/S8接口基于GTP協(xié)議時,服務(wù)由一條 EPS承載提供,一個EPS承載串聯(lián)了一個無線承載、一個S1承載和一個S5/S8承載;當(dāng)S5/S8接口基于PMIP協(xié)議時,服務(wù)由一條EPS承載串接一條S-GW到PDNGW之間的PMIP隧道提供,其中EPS承載串聯(lián)了一個無線承載和一個S1承載。

  從上面的描述來看,EPS有自己的特色,但是CDMA為了加入EPC,不僅要兼顧自身特點(diǎn),同時要考慮對方的現(xiàn)狀,做出最小協(xié)議上的改動是必然的。總之一切的改動即為了能接入到今后的大一統(tǒng)核心網(wǎng)EPC。

  eHRPD相對HRPD而言,在具體的承載類型上,增加了SO(serviceoption)67,SO72。原有的HRPD網(wǎng)絡(luò)只支持SO59、SO64兩種。因此eHRPD不僅是承載的鏈路建立存在差異,而且類型更加豐富。

  ●網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起QoS支持

  HRPD網(wǎng)絡(luò)下,網(wǎng)絡(luò)側(cè)是不支持發(fā)起QoS的,只是終端能發(fā)起QoS的請求,網(wǎng)絡(luò)根據(jù)終端用戶的簽約情況來確定是否允許終端用戶的QoS請求。但是終端支持QoS對終端客戶端有一定的要求,提升了終端的復(fù)雜度,特別是在業(yè)務(wù)日新月異的發(fā)展豐富的過程中,終端的簡單化成為發(fā)展的必然,否則阻礙了業(yè)務(wù)的發(fā)展。

  網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起QoS的功能即能很好地實(shí)現(xiàn)運(yùn)營商控制業(yè)務(wù)的QoS能力,簡化了終端的操作,有利于運(yùn)營商的應(yīng)用及QoS的管理,因此eHRPD系統(tǒng)中增加了網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起QoS的功能。該功能還可以與PCC相結(jié)合,為運(yùn)營商提供更靈活的QoS管控手段。

  ●網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議VSNCP

  eHRPD的PPP協(xié)商中使用VSCNP(VendorSpecificNetworkControlProtocol),即設(shè)備商定義的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議代替HRPD的IPCP協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議,可以支持更多的參數(shù)協(xié)商及多PDN接入。

  VSNCP協(xié)商的參數(shù)包括:PDN類型、PDN地址、PCO(ProtocolConfigurationOptions,協(xié)議配置選項)、地址分配原因、APN與IPv4缺省路由等。為了簡化VSNCP的協(xié)商消息流程,eHRPD的VSNCP協(xié)商不使用VSNCPConfigurationNAK消息,當(dāng)HSGW或UE要對收到的VSNCPConfigurationRequest消息中的參數(shù)修改時,將直接把修改值放在 VSNCPConfigurationAck消息中返回。

  eHRPD與HRPD的關(guān)系

  前面提到eHRPD的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),eHRPD如何接入EPC等,那么eHRPD跟HRPD是什么關(guān)系呢?

  從技術(shù)的本質(zhì)上看,eHRPD改變的是核心網(wǎng)的部分功能和特性,對HRPD的無線側(cè)功能沒有任何改動,因此eHRPD部分仍然沿用HRPDBTS,因此HRPD下的業(yè)務(wù)功能eHRPD必然支持。即eHRPD能向下兼容HRPD的功能,HRPD的終端用戶設(shè)備能在eHRPD網(wǎng)絡(luò)下使用。

  但是需要注意,eHRPD與HRPD是采用不同的核心網(wǎng),HRPD的核心網(wǎng)的中心節(jié)點(diǎn)是 PDSN(PacketDataServingNode),eHRPD的核心節(jié)點(diǎn)是HSGW,它可由PDSN軟件升級。兩個不同的核心網(wǎng),意味著不同的 IP地址,對外沒有交集,HRPD的終端用戶業(yè)務(wù)由PDSN路由進(jìn)城域網(wǎng),而eHRPD的終端用戶業(yè)務(wù)由HSGW-PGW路由出局。

  縱上所述,eHRPD與HRPD的關(guān)系總結(jié)如下:

  1.eHRPD在帶寬與性能上沒有提高,無線空口完全一樣;

  2.eHRPD后向兼容eHRPD的終端用戶及業(yè)務(wù);

  3.eHRPD與HRPD的核心網(wǎng)完全不同;

  4.引入eHRPD的主要目的是為了實(shí)現(xiàn)與熱點(diǎn)覆蓋的LTE網(wǎng)絡(luò)的互操作,提供業(yè)務(wù)上的連續(xù)性,因?yàn)長TE部署初期一定是熱點(diǎn)的,局部覆蓋;

  5.其次eHRPD還能帶來一系列新特性,如多PDN支持、承載復(fù)用、網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起QoS等。

  明確了引入eHRPD的目的,以及與HRPD的關(guān)系,那運(yùn)營商如何引入eHRPD,何時引入eHRPD呢?

  其實(shí)何時引入主要是產(chǎn)品的成熟度以及部署LTE的時間??傮w而言,如果促要升級現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)支持eHRPD,則需要運(yùn)營商實(shí)施全網(wǎng)升級,否則會導(dǎo)致eHRPD終端到了HRPD網(wǎng)絡(luò)下不能使用、直接斷網(wǎng)的情形出現(xiàn)。

  eHRPD的國際商用概況

  目前,美國運(yùn)營商Verizon是推動LTE商用、推動eHRPD商用最早最強(qiáng)有力的運(yùn)營商。Verizon的LTE網(wǎng)絡(luò)在2010年12月5日正式投入商用,是全球最大的商用LTE網(wǎng)絡(luò),目前已有38個城市開通LTE并將HPRD網(wǎng)絡(luò)升級為eHRPD。

  2011年6月16日,Verizon正式啟動在美國新增19個LTE商用城市的服務(wù)計劃。這也意味著部署LTE的美國大城市達(dá)到74個,同時計劃年底完成全國170個城市的覆蓋。所有部署LTE的城市同步升級HRPD網(wǎng)絡(luò)至eHRPD,保證LTE用戶的業(yè)務(wù)連續(xù)性。目前通過LTE/eHRPD的數(shù)據(jù)卡終端(LGVL600和PentechUML290)提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),HTCThunderbolt(具有LTE/eHRPD/1x功能)支持語音和數(shù)據(jù)并發(fā)業(yè)務(wù)。

  Verizon一定程度上是CDMA產(chǎn)業(yè)的風(fēng)向標(biāo),eHRPD的商用大潮已經(jīng)涌起,相信不久就會刮到中國,業(yè)界正拭目以待。

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