基于NFV构建4G移动通信实验系统关键技术研究

发布时间：2020-10-13 00:02

　　 4G移动通信系统包括全IP结构的分组核心网(Evolved Packet Core,EPC)与无线接入网。随着核心网不断演进,4G网络只定义了全IP结构的分组域而不再包括电路域,在2G、3G中基于电路域的语音及短信业务在4G中将基于IP多媒体子系统(IP Multimedia Subsystem,IMS)的分组架构承载,通信流程及协议与传统方式存在较大不同。尽管3GPP(3rd Generation Partnership Project)制定了移动通信网络的标准规范,但由于运营商核心网是相对封闭的,并且在网络部署及通信业务流程上存在差异,无法直接开展技术研究、通信业务测试以及实现定制化通信业务,因此需要研究构建4G移动通信实验系统并开展技术研究。本文基于网络功能虚拟化(Network Functions Virtualization,NFV)技术设计构建4G移动通信实验系统架构,通过解耦无线接入网、核心网以及IMS核心网等主要通信网元功能并单独部署在x86通用服务器上,并按照3GPP标准规范连接各网元进行组网,实现了VoLTE(Voice over LTE)语音/视频通话、基于IMS的短信以及4G上网业务功能等。同时基于可扩展的深度包检测(Deep Packet Inspection,DPI)技术设计实现了4G主要通信协议监测分析功能,用于信令监测分析、异常信令监测、信令流程故障排查等。主要研究内容和创新点如下:1.研究了移动核心网架构、网元功能、协议组成及主要信令流程。通过3GPP标准规范分析了4G核心网架构及主要通信网元功能、漫游互通网络架构、核心网用户面及控制面主要协议以及用户附着、服务请求、寻呼、切换、承载建立等信令流程。2.研究了IMS网络架构、网元功能以及VoLTE会话过程。分析了IMS核心网组成、呼叫会话控制网元功能、Vo LTE核心控制协议,对VoLTE注册、通话、注销等端到端的基本会话过程和场景进行分析研究。3.基于NFV技术设计构建4G移动通信系统。通过NFV技术将传统的集中4G核心架构转换为分布式架构,利用虚拟化技术将4G网元功能虚拟化,并且在网元设备软硬件解耦的基础上对EPC核心网和IMS核心网的主要通信网元进行解耦,使其独立出来并部署在单独的服务器或虚拟机上。通过构建4G实验系统实现用户上网、Vo LTE语音及视频、短信等通信业务,并利用两套实验系统设计实现了不同运营商间的漫游互通功能。4.基于可扩展的深度包检测技术设计实现4G网络协议监测分析系统。通过可扩展的DPI技术构建协议筛选模块,筛选出S1AP、GTPv2-C、Diameter以及SIP协议,并通过多种检测技术结合和数据流信息检测结果缓存技术对检测过程进行优化。根据协议筛选模块结果,调用相应的协议解析模块完成数据解析,并将解析后的结果按照信令通信流程进行还原和呈现,实现信令监测及故障排查等功能。
【学位单位】：战略支援部队信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.53
【部分图文】：

虚拟化,核心网

是影响 NFV 技术在 4G 移动通信业务首先 NFV 将 4G 系统内主要网元转换为虚拟功能能逻辑；其次 NFV 由于是基于软件部署方式，网元设备，但是其灵活、可拓展的特点使其可以需要在业务层面考虑虚拟网元之间的容灾，因为通信网元没有太大区别，但是由于传统网元是直构下的4G通信系统是部署在虚拟化平台或者部管理、虚拟数据管理、虚拟控制管理以及虚拟机研究利用 OpenEPC 在虚拟化平台上构建 4G 核部分业务的性能优化。文中采用一种基于业务逻ndover)、寻呼(Paging)、服务请求(Service Request的业务逻辑创建 Fat-proxy，利用 Fat-proxy 充当件的信令消息流量占总流量的 50%，通过重组业移到 Fat-proxy，使 vEPC 只处理其他业务，从而降于 Fat-proxy 的虚拟化核心网结构如图 3 所示。

基于NFV构建4G移动通信实验系统关键技术研究