1、物聯網及移動核心網融合網絡架構探究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，大量終端集中地接入 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1：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。該階段出現于物聯網發 展的初期階段，此時業務量不足、

2、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：階段3：釆用混合組網形式，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。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心網，另一種是改造現有核心網來實 現物聯網業務。現將兩種策略進行對比，

3、如表1所示: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 建接入網絡，通過引入新技術并與現有通信網絡融合來實現 接入是優選方案。3.1引入新技術（1）引入分布式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 接入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

4、（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、擴展靈活等特點。(2)引入 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。3gdt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。 sgsn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，從而實現rnc和ggsn的用戶面 互通。3g d

5、t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o2g/3g網絡和物聯網的融合見圖4o融合的關鍵在于引入新型硬件架構的大容量g

6、gsn設備, 在提供傳統數據接入功能的同時，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設備可直接接入ggsn,避免經 與其他業務網元協商后再接入的方式，簡化接入流程，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終端的接入需求。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、 地址信息、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3gp

7、p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，im

8、s 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)：控制融合：用現有的ims網絡接入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

9、。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種方式接入ggsno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。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入，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

10、，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。參考文獻：1 中國移動通信集團.中國移動物聯網白皮書z. 2011.2 3gpp ts 22.368 3rd generation partnership project； technical specification group services and system aspects； service requirements for machine-type communications (mtc)； stage 1 (release 10) s 2011._3 3gpp tr 23.888 3rd gen