LTE国际漫游的关键问题研究

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本文摘自《移动通信》期刊2012年09期。【作者】 黄耀军； 李铁峰； 汤娟娟； 黄翠琳； 杨波；

【机构】 中国移动通信集团广东有限公司深圳分公司； 中国移动通信集团广东有限公司；

【摘要】 文章首先介绍了LTE核心网的组网架构,通过对比现有2/3GPS的组网和流程,分析LTE实现国际漫游的若干关键问题,继而提出S6a分离组网、国际漫游PGW集中部署等实现方案,以达到LTE快速开通国际漫游的目的,为4G商用扩大化提供参考。

【关键词】 LTE； S6a接口； S8接口； 国际漫游； 分离组网；

作者简介：黄耀军：高级工程师，硕士，现任中国移动通信集团广东有限公司深圳分公司核心网工程主管，负责TD、LTE等通信网络建设，研究方向为核心网IP化及优化，发表论文多篇。

李铁峰：高级工程师，硕士，现任中国移动通信集团广东有限公司深圳分公司科技管理项目经理，研究方向为增值系统开发及优化，发表论文多篇。

汤娟娟：高级工程师，硕士，现任中国移动通信集团广东有限公司深圳分公司核心网工程室经理，研究方向为移动核心网、数据网管理，发表论文多篇。

目前，公众对宽带网络的需求越来越高，工信部于2012年初下发《关于实施宽带普及提速工程的意见》，旨在全力推进网络宽带化的进程。而TD-LTE作为4G制式的一种，正成为移动宽带解决方案，并迅速为业界所关注。目前TD-LTE在国内正在进行扩大试点工作，且在杭州、深圳开展试商用；另外，LTE(含TDD、FDD)的网络建设在全球正迅速开展，北美、香港、西欧等10多个地区已经建网并商用该业务。与此同时，LTE的国际漫游需求也愈发凸显出来。本文从组网结构、流程入手，针对如何快速实现LTE的国际漫游，并精确控制国际间流量，提出解决方案。

1 现有2/3GPS国际漫游过程及模式

从3GPP的演进角度看，LTE和现有的2/3G网（如GPRS网络）在组网、业务流程等方面比较类似。在传统的PS架构中，其国际漫游方案如图1所示。

下面将以中国移动和香港万众两家运营商为例，分析PS国际漫游流程。

1.1漫游登记过程

如图1所示，当中移动用户漫游外出到香港万众时，首先是用户开机登记的过程，此时信令流程为MAP过程：通过万众的SGSN，结合ISTP(InternationalSTP)，从国内HLR中获取用户数据，进而在漫游地SGSN设备中，完成用户数据获取及插入过程。
在以上过程中，显然ISTP互联起到非常重要的作用，其主要完成国际运营商之间的信息交互。以中移动为例，其在广州、上海、北京均有ISTP设备和香港、北美等运营商的ISTP直接互联，其他国际运营商或直接和中移动ISTP直连，或租用已有ISTP。目前这种网络架构已经非常成熟。

1.2业务激活过程

用户完成登记之后，当需要发起业务时，终端发出Active PDP Context Request消息，此时通过GN/GP接口，漫游地SGSN和漫游地GGSN或归属地GGSN之间构建GTP隧道。目前国内GTP隧道通过承载网直连；国际GTP隧道是通过GRX(GPRS Roaming eXchange，GPRS国际漫游转接商）构建互联。以中移动为例，其在北京、广州各有一个BG(Border Gateway，边界网关）和GRX互联。

1.3国际漫游类型

根据GSMA规范，国际漫游分为ISProaming和PLMNroaming两种：

(1)ISP roaming:由拜访地的SGSN和GGSN接续，客户使用拜访地的业务。

(2)PLMN roaming:由拜访地的SGSN和归属地的GGSN接续，客户使用归属地的GGSN。目前，国际上绝大部分运营商（含中移动）均采用PLMNroaming方式。

2 LTE核心网的架构及国际漫游问题分析

2.1国际漫游相关的接口和协议

TD-LTE的核心网架构称为SAE(SystemArchitectureEvolution)。在SAE中，涉及国际漫游流程的关键接口包括S6a、S8接口：

(1)S6a是HSS和MME之间的接口，其协议分层为Diameter/SCTP/IP;其目的是获取用户数据，完成登记及TAU过程（含鉴权、承载、APN等信息）；其功能类似2/3G的Gr接口，但在NAS协议、底层承载模式上有所不同。

(2)S8接口是SGW和PGW之间的接口，其协议分层为GTP/UDP/IP;其目的是传输用户业务数据；其功能类似之前的Gp/Gn接口，两者在NAS、底层传输模式上都相同。

2.2国际漫游存在的问题

在LTE国际漫游中，首先要解决的是S6a接口的互通问题，其次是S8接口互通及流量精确控制问题。

(1)S6a接口互通

从协议分层上看，S6a接口和之前的Gr有很大的不同：首先是其底层的传输模式，由原来的TDM演化为IP模式；其次是NAS层，由原来的MAP变为Diameter。另外，由于S6a接口的重要性，目前很多运营商（包括中移动、香港万众）都是将S6a承载在私用网络上，进行保护和拓扑隐藏。由于私网不能互通，因此S6a接口就成为LTE国际漫游首先要解决的问题。

(2)S8接口互通及流量控制

S8接口协议和之前的Gp/Gn类似，理论上S8接口的互联可以采用之前传统的互联模式。由于采用PLMNroaming方式，业务存在迂回，在2/3G模式下，用户上网的速度并不高，因此对网络影响不大；而在LTE模式下，用户平均下行速度理论上可达50~100Mbps，远远高于传统的2/3G，这样一来，迂回问题就变得非常重要。

3 S6a接口的组网方案

根据私网互通的常见解决思路，及3GPP、GSMA的建议，S6a接口的互通方案主要有三个，如图2所示。

3.1利用I-DRA进行互通

这种方案是3GPP建议的标准化解决方案。DRA是Diameter协议互通的转换设备，其作用类似于STP(信令转接点）；I-DRA(InternationalDRA)是国际间DRA设备，负责转发国际DRA信令。DRA(含I-DRA)可以新建或由原STP升级而成。这种方式的优点是组网结构清晰、易于扩展。

但由于I-DRA部署及互联的复杂性，目前尚未规模实施。此外，现有的STP设备比较老旧，部分无法升级支持DRA功能，并且还需要将之前的TDM承载模式替换为IP模式。因此，I-DRA的建设将是一个长期的过程，滞后于目前高速发展的LTE网络，对4G用户的国际漫游会产生影响。

3.2利用NAT进行漫游

LTE核心网SAE是一个纯IP网络，从TCP/IP角度出发，私网之间的互通可以通过NAT(地址转换）技术实现；将其转换为公网地址，便能在公网实现互通。

但是，利用NAT会带来新的问题，普通NAT设备只能做IP层的转换，无法做Diameter内层信息转换。比如针对用户登记时的信令ULR(Update Location Request)消息，其协议中的origin-host、origin-realm、dest-host、dest-realm等字段和寻址是密切相关的，但普通NAT设备无法进行处理。这样一来，可能会造成互通失败。这个问题类似于互联网上IPSec协议穿越NAT的问题，需要部署高级NAT设备（如高端防火墙等），才能实现深层次的地址转换。

3.3 S6a接口分离

考虑到目前LTE建设进度快于DRA建设进度，本文提出将S6a接口分离为S6a-n(n代表native，国内漫游）、S6a-i(i代表international，国际漫游）两个接口。S6a-n和目前一样，承载于各运营商的私有网络之上，负责国内漫游业务；S6a-i接口则负责国际漫游业务，同时将其和S8接口融合，采用公网地址，利用现有的GRX运营体系，迅速构建LTE国际漫游环境。

这种方式可以解决I-DRA建设滞后的问题，充分利用现有网络，快速创造LTE国际漫游条件，促进LTE的业务发展。

4 S8接口的组网方案

从实际业务体验出发，大多数国际漫游用户都是普通的上网业务，这些业务在漫游地即可直接出口(如目前的Wi-Fi等接入手段），没有必要通过互联网回到归属地。同时，考虑到LTE流量较大，如果仍采用PLMN roaming模式，将会出现较大的国际间流量，对骨干网产生较大冲击。因此，针对LTE业务，应首推ISP roaming模式（就近入网），需要完善国际漫游协议和集中化部署国际漫游PGW。

4.1 完善国际漫游协议

在2/3GPS漫游中，开通互通的国际运营商之间需要交换互通信息，包括GN网段、APN信息等，这些信息对于PLMN roaming模式是足够的；但是采用ISP roaming时，尤其对于LTE这种需要QoS控制的网络来讲，还应交换如下信息：针对每个APN是否采用ISP roaming、QoS信息等。

如果运营商愿意采用ISP roaming模式，则其它开通国际漫游协议的运营商，需要在其DNS、PGW上制作数据，将用户发起的国际漫游话务，由漫游地PGW疏通。这样业务流不存在迂回问题，延时较小，且对国际出口带宽影响不大。

4.2集中化部署国际漫游PGW

根据ISP roaming的特点，需要在漫游地PGW上制作APN数据，但国际漫游运营商很多，这样将造成每个PGW的漫游数据较为复杂，不利于网络运维。比如目前中国移动已和100多家运营商签订漫游协议，如采用ISP roaming方式，则需要在每个PGW上制作上百个他网运营商的APN数据，网络复杂且维护量大。为降低维护成本，同时有效控制国际漫游话务，建议集中部署国际漫游PGW，如图3所示。

如图3，PGW可分为三类，国内PGW主要负责国内漫游业务及国内专用业务；热点区PGW主要负责国际漫游（来访用户，ISP roaming)的通用业务；国际漫游的专用业务仍通过归属地PGW(来访用户，PLMN roaming)。

为了精确控制流量及减轻运维压力，国际漫游PGW可集中部署。例如对于中国移动来讲，可以在国际漫游热点如北京、上海等城市，集中设立1〜2个国际漫游PGW，专门用于其他运营商来访中国的国际漫游业务，在PGW上制作各个国际漫游的APN数据；全国其他PGW可无需制作这些数据。这样一方面能简化网络复杂度，减轻运营压力；另一方面可通过PCC，专门针对国际漫游PGW进行业务和流量控制，较好地控制国际漫游业务。

5 总结

LTE是移动通信发展的一个重要里程碑，也是宽带化的重要解决手段。为解决目前LTE国际漫游中的问题，本文针对S6a、S8接口，分别提出S6a接口分离、集中化部署国际漫游PGW的组网方案，可快速实现LTE国际漫游，推动LTE网络顺利发展。