1.前言

    物聯網是通信業“十二五”規劃的重要內容，是經濟發展的重要增長點。隨著物聯網的發展，大量終端集中地接人網絡并同時發送數據到物聯網應用平臺，會對移動通信核心網造成巨大的沖擊。物聯網的發展對核心網的演進提出了新的要求，本文將就此進行研究。

   2.核心網的演進階段

    隨著物聯網的發展，核心網的演進可以分為三個階段：

    階段：通過現有核心網承載物聯網業務。不用構建物聯網平臺，將物聯網業務直接連接到GGSN，組網簡潔，節約成本。其缺點是可靠性不強，占用現網資源，并且當物聯網發展到一定規模時網絡容量受限制。該階段出現于物網發展的初期階段，此時業務量不足、需求少，如圖1。
 

圖1 物聯網直接連接組網

    階段2：構建物聯網平臺，并且物聯網平臺與核心網采用內部接口，運營商提供物聯網業務。該階段保證了服務質量(QoS)，并且能充分利用現有的核心網資源，有利于目前多種網絡的融合，適應于物聯網中期的發展需求，如圖2。
 

圖2 物聯網間接連接組網

    階段3：采用混合組網形式，物聯網服務商提供接口。運營商除了提供自己的物聯網業務外，還可以兼容其他物聯網服務提供商的業務，同時核心網支持其他物聯網業務提供商的接口。該階段適應于物聯網發展的成熟階段，如圖3。

圖3 物聯網混合組網

    目前物聯網的發展處于階段2，可以有兩種發展策略，一種是新建物聯網的核網，另一種是改造現有核心網來實現物聯網業務�，F將兩種策略進行對比，如表1所示：
 

表1 新建和改造核心網策略的對比

    物聯網發展的初期，考慮到物聯網業務量較小，核心網以實現業務功能為目標，通過現網改造也不會對現網設備造成容量的沖擊。物聯網發展到中后期，對網絡容量和質量要求高，現有核心網將難以滿足業務增長的需求，建議在此期間適時新建核心網網絡。

   3.物聯網的演進方式

    從目前物聯網的業務要求來看，物聯網終端沒有必要新建接人網絡，通過引人新技術并與現有通信網絡融合來實現接人是優選方案。

    3.1引入新技術

    (1)引人分布式HLR

    現有網絡HLR主要采用集中式的結構，從容量和擴展方面均很難滿足物聯網的存儲需求。分布式HLR則把實現信令接人和業務處理功能的前端設備(FE)和實現用戶數據庫存儲功能的后端設備(BE)分開部署，具有用戶容量靈活、分層架構清晰、設備可用性和可靠性高、擴展靈活等點。

    (2)引人3G Direct Tunnel技術

    3G Direct Tunnel(DT)通過將控制和承載分離，在RNC和GGSN之間建立直連用戶面隧道，用戶面流量繞過SGSN直接在RNC和GGSN進行傳輸，可以降低SGSN的用戶面流量壓力。3G DT技術應用后，控制面信令仍然由SGSN完成，同時由SGSN決定何時建立直連隧道以及對隧道進行更新等操作。SG向RAN提供GGSN的TEID和用戶面地址，向GGSN提供RAN的TEID和用戶面地址，從實現RNC和GGSN的用戶面互通。3G DT技術的應用，使得GGSN和SGSN可以分別主要致力于流量管理和信令管理，充分利用網絡資源，提高網絡效率，滿足物聯網流量規模龐大的需求。

    3.2物聯網與現有網絡融合

    (1)2G/3G網絡和物聯網融合組網

    物聯網要求和2G/3G網絡相融合。移動的各種增值業務以及互聯網的各種業務都可以在3G網絡上實現，3G網絡是物聯網的合適載體。由于物聯網只承載在PS域中，BSC通過Gb口接至SGSN，連接至物聯網。由于BSC和GGSN沒有直接通信的通道，BSC的信號需要通過SGSN轉接。物聯網對2G的CS域核心網沒有影響。2G/3G網絡和物聯網的融合見圖4。

圖4 2G/3G網絡和物聯網的融合組網

    融合的關鍵在于引入新型硬件架構的大容量GGSN設備，在提供傳統數據接人功能的同時，還需要提高設備性能、引入安全控制能力、支持QoS協商及業務分析能力;而為了滿足物聯網廣泛的業務需求，GGSN還應具備與第三方網絡及ASP的互聯功能等。專用M2M設備可直接接人GGSN，避免經與其他業務網元協商后再接入的方式，簡化接人流程，減少業務延遲；并平滑升級支持IPv6，具備完善的負荷緩沖和控制機制，滿足海量M2M終端的接人需求。同時要對HSS有改造需求，HSS應具備注冊物聯網用戶信息，包括時間信息、地址信、管理信息等，并具備可以激活物聯網設備的SIM卡功能等。

    (2)IMS網絡和物聯網融合組網

    IP多媒體系統(IMS)是3GPP定義的3G核心網向全IP網絡演進的網絡架構，是在分組域之上疊加的由業務控制設備、用戶數據庫、網絡互通設備等組成的通信系統，用以提供IP多媒體業務。

    IMS支持開放的網絡架構及靈活的業務提供能力，為實現業務創新提供了更好的基礎。IMS架構提供了一個抽象的、無冗余的、安全的、開放的、可擴展能力強的業務平臺，確保物聯網新業務應用的快速開發定制及新業務網絡重復建設代價的最小化。對于豐富多樣的物聯網行業應用而言，IMS系統采用標準的開放接口，能夠有效提高產品兼容能力，促進物聯網產業發展;同時能夠快速提供各種物聯網業務應用，更利于業務融合，實現開放的業務提供模式。此外，IMS體系由于終端與核心側采用基于IP承載的SIP協議，IP技術與承載媒體無關的特性使得IMS體系可以支持各類接入方式，IMS體系架構可以支持移動性管理并且具有一定的服務質量(QoS)保障機制。IMS這些特點使其對物聯網能較好地兼容。物聯網與IMS的融合采用以下三個步驟(見圖5)：
 

圖5 IMS和物聯網的融合

    控制融合：用現有的IMS網絡接人M2M網絡，作為M2M控制網實現對M2M業務的控制。

    業務融合：M2M應用作為IMS應用的一部分為IMS用戶及應用提供更豐富信息，IMS用戶及應用擴展至更多場景。

    完全融合：將M2M應用和IMS應用合并，用相同的應用服務器處理，并借助現有的IP承載網實現IMS網絡和物聯網的融合。

    IMS網絡和物聯網直接提供接口，用于業務信息和控制信息的傳輸，物聯網可以通過2種方式接人GGSN。物聯網和GGSN有直接接口，而且物聯網也可以通過IMS網絡和GGSN相連接，如圖6。

圖6 IMS與物聯網融合的組網

    上述網絡架構實現了移動網絡、IMS網絡及物聯網的互通，物聯網借助移動網絡HSS設備鑒權用戶信息，借助IMS網絡承載部分業務，實現了資源有效利用。

   4.結束語

    本文就物聯網的發展進行了研究，給出了物聯網與移動通信核心網融合的網絡構架。隨著標準的完善，有些問題可以進一步探討：

    (1)隨著物聯網的發展，會有第三方提供商接人，安全性如何保證?和現有網絡互通安全性如何保證?

    (2)物聯網和IMS網絡有相通性，本文只是初步的探討，還有待進一步研究。如哪些業務是專屬IMS的業務，哪些業務更適合用物聯網作為載體，用IMS網絡作為物聯網的承載體是否可行，都值得進一步探討。

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本文標題：物聯網與移動核心網融合的網絡架構研究

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