时间：2022-06-12 10:12:06
1移动通信网络架构面临的问题
虽然移动通信网络技术发展比较迅速，但是仍然存在很多问题，尤其是移动互联网和物联网带来的冲击，其中移动通信网络架构需要考虑的问题主要体现在以下几个方面：（1）从网络建设的角度看传统的网络运营进行网络部署时，需要根据业务的峰值容量进行网络资源的配置，而新兴业务的实际网络资源需求难以评估，因此可能造成网络资源过度配置，设备、机房等增多，运营及维护成本、能源消耗等增大，而未获得显著的效益甚至效益减小；再者，在支持某些新业务时，运营商可能需要对现有网络进行升级或者创新改造，由于传统网络中设备都是软硬件紧耦合的，因此在传统移动通信网络中实现困难，运营商需要对整个网络设备进行升级改造，业务部署周期延长，增值服务创新困难；此外，当新业务造成网络资源紧张时，难以对已有网络进行扩容，因为传统的移动通信网络可扩展性差，进行网络扩容时，不仅需要增加软硬件设备，还需要整个系统进行配置更新，例如对不同厂家的设备及其之间接口进行配置，效率很低；最后，由于传统网络中的资源分配大都基于网络设备自身的资源状况和配置策略进行，缺乏全局的统一调度。因此，当网络中的业务流特征发生变化时，由于网络资源不能动态监控并高效分配，可能造成网络节点的资源紧张。（2）从网络运营的角度看未来的接入网必然是存在多模/多制式的异构网络，这种缺乏相互融合协调的异构网络将对网络的运营和维护带来很多困难。首先，多种接入技术的独立建网会带来多张网络的重复覆盖，造成严重的资源浪费，给运营商带来很高的建设成本和运营维护成本；缺乏融合协调机制的多种接入技术共存，容易造成各个网络的业务负载不均衡，各个网络的资源不能得到充分的利用，造成低效的网络资源利用率；由于多种接入技术之间缺乏协调机制，异构接入技术之间的互操作性很差，进行接入技术切换的过程复杂，甚至可能需要用户参与，时延和信令负荷都较大。（3）从网络控制管理的角度看传统的移动通信网络的架构中采用的集中式的控制管理以及数据路由并不能适应网络中业务类型的变化，例如移动互联网业务造成的信令风暴，物联网的发展更是加剧了对传统移动通信网络管理方式的挑战，主要表现为：网络中的终端数量庞大，采用集中式的网络控制和管理等容易造成移动通信网络中的信令拥塞和处理节点的过载；集中路由对于大量接入Internet的业务并不适用。此外，传统移动通信网络中采用了集中式的锚点网关，无法进行路由优化，例如无法本地接入CDN网络，因此容易造成路由的迂回，降低传输效率和网络资源利用率。
2未来移动通信网络架构的发展趋势
通过对LTE网络的现状、网络运营的特点、移动互联网和物联网的发展以及未来网络中业务需求等因素的综合分析，有理由相信，与传统的移动通信网络架构相比，未来的移动通信网络架构将发生巨大的变化。未来的移动通信网络将是一个泛在的网络，包含丰富的业务种类，支持海量的终端接入和多样化的接入方式，采用动态灵活的运营和管理策略。因此，未来移动通信网络的架构也将出现新的变化。（1）软件化的动态网络移动互联网和物联网的兴起，带动了整个信息产业的蓬勃发展和积极创新，从而导致移动通信网络上支持的业务应用种类出现快速的增长或更迭，这对网络运营提出了很高的要求，包括网络规模需容易进行扩容，业务的部署和运营周期需能够缩短，运营及维护的成本需得到评估和控制，而这些要求正是传统移动通信网络架构所面临的短板。与此同时，IT业界也注意到网络设备厂商提供的设备相对封闭，大大减小了创新和功能开发的空间，而随着软硬件技术的发展，网络设备原材料的价格也在快速下降，意识到可以利用这些计算能力来运行一个逻辑的集中式控制平面，这样就可以更加智能地控制和使用网络硬件。而近几年快速发展的云计算和大数据等新兴业务更是要求能够快速、频繁地实时配置网络，并且能够按需调用网络资源。因此，倡导控制和转发分离、控制的逻辑集中以及网络可编程的SDN（Soft-wareDefinedNetworking，软件定义网络）技术开始流行并且迅速被通信业界吸收。2012年11月，AT&T、德国电信、英国电信、中国移动、意大利电信等13个国际主流运营商牵头，联合多家网络运营商、电信设备制造商和IT设备制造商在ETSI共同成立了网络功能虚拟化（NetworkFunctionVirtualisation，NFV）行业规范组（IndustrySpecificationGroup，ISG），其目标是利用IT虚拟化技术改变网络运营商组建网络的方式，将不同类型的网络设备运行于符合业界标准的高容量服务器、交换机和存储设备之上，并且使得整个网络可以根据其负载状态进行虚拟网络功能的动态扩容（如增加该网络功能的虚拟机）或缩容（如关闭该网络功能的虚拟机），实现网络资源的动态控制。为了解决传统网络的动态可扩展性问题，采用SDN和NFV的技术应该是未来移动通信网络架构的不二选择。未来的移动通信网络中可以通过虚拟化技术，将标准的通用服务器/交换机代替专用网络设备，通过SDN技术实现网络资源的集中控制和动态按需分配，从而实现网络功能的软件化，网络部署的动态化，网络资源调度的智能化。（2）多种接入技术的融合与协调由于技术的发展，移动通信网络出现了多种接入技术，目前市场上存在的接入技术既包括GSM、TD-SCDMA、WCDMA、TDDLTE、FDDLTE等3GPP组织定义的接入技术，也包括cdma2000、WiMAX、WLAN等非3GPP接入技术，再加上更高速率的5G接入技术，未来的接入网必然存在多种接入技术和方式，这种异构网络将对网络的运营和维护带来很多问题。实际上，这些问题并不是未来移动通信网络中所独有的问题，在目前的LTE网络同样存在类似的问题，然而目前的网络架构中并没有解决相关的问题，因此在未来的移动通信网络架构中需要设计多种接入技术之间的融合协调机制。针对异构多接入技术融合协调的问题，业界已经开始了相关的技术研究，例如CMCC在3GPPRAN3会议上提出Multi-RATsCoordination的研究项目，希望在LTE网络中实现多RAT间的协调，然而基于现有的LTE网络的架构，难以产生优化的解决方案。因此，下一代移动通信网络应该从架构上解决该问题，使得网络能够根据终端上的业务QoS需求、各接入技术的网络状况、终端的能力、用户的设置以及网络的配置等进行接入技术的选择或切换，实现用户体验的改善、网络资源利用的高效和运维成本的降低。（3）灵活的网络控制与管理机制智能终端和互联网的发展造就了移动通信网络中数据业务的繁荣，移动通信网络逐渐走向全IP化，对于这些新型的业务，采用传统的移动通信网络架构中的单一的、集中式的控制管理以及数据路由，容易造成网络资源利用率的低效。因此，依据网络中支持的业务特点来进行未来移动通信网络架构和管理机制的设计是提高网络资源利用率的有效手段之一，例如可以在未来移动通信网络架构中对其网络功能进行云化和本地化，避免大量物联网终端的接入请求信令造成关键节点的过载；针对大量的Internet接入流量，未来移动通信网络架构可考虑网关锚点的下沉，实现数据平面的扁平化，减少数据传输的跳数，从而提高网络资源的利用效率。由于移动通信网络中的业务种类较多，适用的网络控制与管理的集中也不同。因此，未来移动通信网络架构的设计应当具有灵活性和适应性，有效地支持各种优化的控制与管理机制。
3结束语
移动通信技术的发展关系到国计民生，我国移动通信产业的发展一直相对滞后于发达国家，从1G/2G时代的旁观追随到3G/4G时代的参与竞争，我国一直都没能在移动通信领域占据领先地位。因此，国家非常重视下一代的移动通信网络的研究和发展，期望中国能够领跑未来移动通信技术的发展。由中国政府支持的IMT-2020推进组集合了产学研界的多方技术力量，包括中国移动、中国联通、中国电信三大运营商，华为、中兴、大唐等国内通信设备商，以及国内各大科研院校，共同开展对5G网络架构、组网方式、无线传输、天线与射频等关键技术的研究。5G网络架构的研究由IMT-2020技术组下的网络子组承担，分别从接入网和核心网两个层面进行，目前该子组已经完成了对未来移动通信网络架构的初步探讨，就未来移动通信网络架构涉及的关键技术达成部分共识，提出了未来移动通信网络架构的原始模型，但是更具体的关键技术和更细化的网络架构仍然在进一步的研究之中。
作者：王胡成徐晖单位：无线移动通信国家重点实验室电信科学技术研究院高级工程师
1蜂窝移动通信网络规划和优化的主要内容
1.1基站参数的检查核对。在对蜂窝移动通信网络进行优化配置的过程中，先要采取有效的措施，对基站中的硬件以及软件进行有效的调整，保障硬件的调整符合优化的标准要求，针对基站中的各个硬件实行合理的规划，对天线的方向以及下倾角进行有效的校正处理，调整角度位置，将小区的频率控制在合理的范围内，确定各个参数的频率，保障测试仪能够正常的运行，对出现损坏的信道进行适当的修正处理，保障基站中参考的时钟能够得到有效的校正。
1.2有效控制覆盖。一般来说，基站的覆盖区域就是在该基站的服务指标范围内，在这一范围内，基站可以进行信号的全覆盖，实现区域内的可通话设置。针对基站的覆盖范围进行合理的频率控制，使其覆盖区域内的各项参数可以得到合理的规划，从而保障通话的顺畅性。为了使得基站的覆盖控制效果达到理想化，就需要对基站的天线高度进行有效的提升，将基站天线的发射功率进行适当的提高，这样可以使得基站的覆盖范围相应的扩大，而如果将天线的长度缩短，或者是将天线的发射功率相应的缩减，就会使得基站的覆盖范围相应的缩小。然而，值得注意的是，不能够为了扩大基站的覆盖范围，而盲目的将天线的发射功率进行增大处理，也不能够为了控制基站的覆盖范围，而一味的缩减天线的发射功率，而是要根据基站的实际情况以及区域内所需要的信号强度，来对天线的发射功率进行调整，从而对基站的覆盖范围进行有效的缩减和扩展。在服务区域内，如果要降低接受电平或者是提高接受电平，而不对蜂窝移动通信网络的电波进行有效的改变，就会使得电波出现耗损的情况，这样就会导致，基站范围内的通话质量受到影响，尤其是接近基站的区域，通话的质量会大打折扣，甚至会出现无法通话的情况。所以，在一般情况下，最好不要进行基站功率得到调整，要想调整基站的覆盖率，只需要对天线功率进行调整即可，这样可以有效的避免通话质量的受损。
2统计数据的收集
在蜂窝移动通信网络规划和优化中，统计数据的收集是其中的关键一环，如果不能够收集到全面的统计数据，就会使优化效果大打折扣。在统计数据中，包含的内容主要有下行信号测试数据以及上行测试数据等，针对这些统计数据进行有效的收集，能够在依据该统计数据的基础上，实现对故障设备的定位。在蜂窝移动通信网络规划中，上行信号测试数据以及上行测试数据都对其有着重要的影响作用，这两个数据能够为网络的优化和规划，提供可靠的参考数据，但是值得注意的是，只有两个数据结合，才能够使得网络的规划具有合理性，单独的一项数据并不足以支持网络进行规划，所以两者的结合是网络优化的必要条件。
3统计数据的分析
在清楚的了解蜂窝移动通信网络的情况下，对网络中存在的问题以及原因进行具体的分析时，可采用的方法包括如下几种：首先根据统计的结果，对小区中的通话质量进行控制，对其中蜂窝移动通信网络的信道掉话率以及切换损失率等指标进行改进，在具体情况的基础上，对重点问题进行合理的解决，探究问题出现的原因，从而实现对每个问题的合理解决。其次，通过使用较好的测试工具测量实际数据，得到第1手资料，发现覆盖差的地方，通过罚整小区的天线和建设基站来解决；发现切换不成功时，通过检查和修改小区参数中切换定义来解决。
4降低掉话率
在蜂窝移动通信网络中，当人们使用手机的时候，往往就会出现严重的掉话问题，这一问题也是人们反应最多的问题之一，为了能够有效的保障人们的通话效率，就需要对掉话率进行合理的降低处理，而要做到这一点，就需要对网络的质量进行适当的提升。就移动通信网络来说，掉话率能够反应出一个网络的综合质量指标，在蜂窝移动通信网络中，出现的掉话情况往往与设备性能、参数设置以及网络的覆盖等有着直接的关系。根据不同原因导致的掉话问题的出现，可以采取的解决方法就是利用测试车进行大范围内部的通信信号测试，确保切换通话的质量。同时，针对因为干扰因素导致的掉话问题，可以采取的措施就是利用测试网络来对外部的干扰信号进行隔绝处理，在基站地质的选择上，要尽可能的选择远离强磁力设备的区域，同时要对网络的频率进行有效的规划和调整，严格的依照频率的应用模式进行频率的增加或者是减弱。而就角度问题所引发的掉话问题，在进行解决的时候，可以先利用手机进行试播测验，然后后依据所得的数据来进行故障的定位，从而对故障问题进行有效的解决。在对各种可能造成掉话问题出现的因素进行全面分析和了解的基础上，采取针对性的措施对这些影响因素进行有效的规避，就可以有效的起到降低掉话率的目的。
5提高接通率
2013年11月15日，通用动力C4系统公司宣布，通过移动用户目标系统赤道地区的卫星，该公司的一对AN/PRC-155单兵电台成功实现了语音和数据呼叫。该软件定义电台配有移动用户目标系统波形。无论是从北极还是南极的高纬度地区，连通地球赤道静止卫星都是一个难题，因为这些卫星靠近地平线。由于地球是扁圆的球体，在两极地区它会变平，因此，地球表面某些区域看不到赤道上的卫星。“在几近结冰的温度下，在刺骨的北极寒风里，在地球纬度最高地区，唯有PRC-155单兵电台才能连接移动用户目标系统，安全传送语音和调用数据。”通用动力C4系统公司总裁克里斯•麻兹利这样评价该系统。这次验证展示活动于2013年10月中旬进行，涵盖通用动力公司所描述的多种真实场景，包括在阿拉斯加州安克雷奇和巴罗的固定地点，以及绕整个北极圈飞行的飞机。该公司称，除了5名参加试验的人员进行了电话会议，这种双通道AN/PRC-155电台还完成了多重一对一语音通话和数据调用。在演示中，数据调用速率达到了64kb/s。通用动力公司进行过多次测试活动，将该公司的单兵携带和手持电台连通移动用户目标系统。2013年10月份的这次测试为其最新的一次。而在2013年8月，该公司成功通过AN/PRC-155电台将AN/PRC-154“步”电台与移动用户目标系统的一架航空器连通。之前的4月份，该公司基于2012年2月第一次通信验证展示，通过移动用户目标系统完成了电台对电台的语音和数据测试。2012年的演示只是使用卫星模拟器以及装载移动用户目标系统波形的AN/PRC。
2.哈里斯公司“猎鹰”III
哈里斯公司宣布，该公司的AN/PRC-117G“猎鹰”III多波段单兵电台于2013年12月2日与移动用户目标系统卫星成功连通。接下来，该公司又在北极圈进行测试，将“猎鹰”III电台装在一架货运飞机上从阿拉斯加飞往北极，然后返回。北极圈地区当前使用的是甚高频系统。根据该公司提供的数字，有多达30000台的AN/PRC-117G电台可以升级使用移动用户目标系统波形软件。
3.Alico公司相控阵终端
尽管相控阵天线在雷达应用中很常见，但是在通信领域相对少见。然而，Alico系统公司已经在其宽带分布式孔径移动卫星通信系统终端中植入相控阵天线技术，并于2013年6月公布了技术详情。这种X波段系统显示，4个小型矩形平板式天线安装在M1“艾布拉姆斯”坦克和M2“布雷德利”步兵战车车体顶部四周以及MaxxPro防地雷反伏击车的出入口四周。对宽带移动卫星通信相阵天线而言，这种设计考虑非常周全，因为它并没有在车辆的可视部位增加设备，这样就可避免炮塔或者车辆上的货物阻挡信号，也可防止在非常传统系统的突出部分遮挡信号。这就意味着它能在0°～90°的全半球覆盖，从而实现0°～360°连续的全方位覆盖。借助电子束自动转向功能，该系统实现了自动操作，其电子束可以在100Hz频率上指向并跟踪卫星。也就是说，该系统每秒要计算该卫星的相对位置100次。分布式相阵天线还解决了“钥匙孔”（keynole）以及“常平架自锁”（gimballock）问题。前者是稳定电子机械天线系统的难题。由于俯仰角不到90°，这样在顶点处就会有一片空域无法被天线光束覆盖。后者的问题在于其天线系统俯仰角>90°、<180°，所以当常平架达到其仰角极限时，方位转台必须旋转180°才能继续跟踪，因而不能平滑跟踪经过其顶点的卫星。宽波束可以缓解这个问题，但是高增益天线都是窄波束，必须要有所取舍。在相控阵天线覆盖重复区域，可以通过电子方式轻松解决。由于设计之初就是为了解决移动中的语音、数据以及流视频问题，这种全双向系统可以用于很多卫星通信系统，比如美国的全球宽带卫星通信系统（WGS）和XTAR系统、西班牙卫星系统（SpainSat）以及英国的天网卫星系统（Skynet）。该系统采用115V交流电或28V直流电，功耗700W，重68kg。
4.埃尔比特公司
2013年9月，以色列艾尔比特公司（Elbit）在伦敦国际防务展上展示了基于MSR-2000系列的下一代天线Elsat2000E。该天线采用新型被动波导平面面板技术，能够全面覆盖Ku波段。该公司称Elsat2000E技术性能有了巨大提升，大大超越了采用印刷电路多成分平板技术的Elsat2000。Elsat2000E新型天线直径50cm，重15kg，性能和效率是Elsat2000的两倍。埃尔比特公司称其具有30Mb/s的下行速率和5Mb/s的上行速率。该公司强调该系统有个关键特性，即它有先进的三重跟踪机制，具备100°仰角能力，因而可以提升移动中的跟踪和重新锁定性能。该公司声称该系统的G/T比为7dB/K，而这是信号噪声比方式，是天线能够接收的信号。该比值越大，从背景噪音中提取微弱信号的效果就越好。和Elsat2100相似，2000E也集成了该公司的InterSky4M军用战术卫星通信系统平台，能够在视线内、视线外以及超越地平线模式下，提供“无缝”宽带连接。该系统在机械扫描中结合平板相阵技术，最大限度提升了覆盖角度。它能够达成360°全覆盖，俯仰角度从0°～100°，这是其他系统做不到的。通常情况下，天线系统会采用碟状天线，这是因为其增益很好，但是由于高度原因极易被探测到。
5.Ibetor公司X波段终端
2014年2月28日，西班牙Ibetor公司在华盛顿哥伦比亚特区2014卫星展上推出了新型的X波段Ib-Stom100X终端，其特点就是低矮不易探测。由于该终端高度只有20cm，该天线系统实现空气动力的高效能和自由调整(discretion)，同时还能在极端地形情况下高效可靠连通。Ib-Stom100X专为舰船、飞机和地面车辆设计，加入了Ibetor公司设计的天线控制单元（ACU），包括惯性单元（IMU）、同千赫兹双GPS接收器、三轴陀螺仪、加速计和磁力计。通过这种组合，该系统号称指向精度提高0.3!，能在移动车辆上获取卫星信号并能“瞬时”再次找回。能做到这一点，部分原因是由于该系统使用的软件程序始终让机械扫描天线指向卫星位置，即使信号受到遮挡仍旧如此。其关键参数为瞬间频率500MHz、G/T比7.5dB/K以及波束中心上行速率高达8Mb/s。依据不同配置，其重量从75～85kg不等。根据Ibetor公司的信息，该系统已在西班牙军队服役。
6.Indra公司
西班牙的Indra公司提供了备选方案，它的Sotm解决方案运行在X和Ku波段上，使用低矮天线，并集成惯性导航。通过IP电台和骨干能力，该系统的卫星通信可为旅、营一级的巡逻部队提供服务。该系统经过专门设计，可用于任何车辆，甚至可用于小型船只。另外，其可选方案还包括Ku波段扩展频率（13.75～14.5GHz）、加密、运行时间20min的不间断电源，还可载有发电机，能够提供10h电力供应。
7.吉拉特卫星网络公司
就在Ibetor公司推出低矮天线终端之后，以色列吉拉特卫星网络公司（Gilat）也紧随其后，于2014年3月11日推出了“低矮光线卫星隐形光线（RaySatStealthRay）300X-M”。该系统经过专门设计，可与任何X波段卫星配套使用，可用于全球宽带卫星通信系统（WGS）以及崎岖道路行驶的车辆。它集成了多种动作传感器，可以进行准确跟踪、在最短时间获取信号以及能够“瞬间”再次找回信号。该系统经过设计，可以轻易装到未经改装的车辆上。它包含一个外置天线，长55.6cm、宽49cm、高25cm、重15kg。另外，它还有内置天线控制单元（ACU），重4.5kg。但是，由于它可以和集成MLT-1000调制解调器一起使用，故不必安装天线控制单元。吉拉特公司新产品的G/T比为2dB/K，传输和接收增益分别是23和25dBi，其接收频率为7.25～7.75GHz，传输频率为7.9!8.4GHz。SR300系列还包括用于Ku波段和Ka波段的低矮天线。
8.DRS技术公司X46-V认证
2013年5月，随着DRS技术公司的X46-V终端获得认证，允许用于美国国防部高性能卫星网络，该公司已能提供X-波段，为更多的偏远、分散的军事单位提供接入全球信息网络（GIG）。该认证由美国国防部联合卫星通信工程中心和美国陆军战略司令部颁发，从而允许X46-V用户接入全球宽带卫星通信系统（WGS），其语音、数据和视频传输速率高达6Mb/s。除了美国部队，澳大利亚、加大那、丹麦、卢森堡、荷兰以及新西兰军队都可以使用该系统卫星。另外，由于可以运行K-y以及Ka波段，该系统能为其它商业和军事卫星提供更大灵活性和冗余能力。该公司还于2013年8月27日宣布，其L-3Linkabit可以提供系列移动卫星通信终端，刚刚升级了Alsat永久移动地球站许可证，可以在美国境内以及其它商业航空器上使用其Ku波段终端。该证书允许的终端包括L-3DatronFSS-4180-LP（0.33×0.46m）、FSS-4180-LC小型孔径天线（圆周长0.46m），还包括LinkabitMPM-1000网络中心IP卫星通信调制解调器。美国陆军的“战术级作战人员信息网”（WIN-T）以及美国海军陆战队的“移动网络”中都采用了L-3终端。
9.全球移动网络主动布局系统
Elexis公司宣布，在成功将全球移动网络主动布局系统（Gnomad）集成到“斯特赖克”装甲车辆之后，公司又将这一经受战斗考验的系统扩展到另一美军的重要平台，并在美国乔治亚州本宁堡的美国陆军第7远征作战试验部队完成安装。全球移动网络主动布局系统易于安装，并且不需要对现有车辆进行改造。该系统包括卫星天线、RF组件以及几代模块底盘，使其可以安装在美国军用产品目录内以及商业用等车辆上，比如“悍马”等。该低矮型天线尺寸为45×35×7in（合114.3×88.9×17.78cm），重量不到25kg，可用于商业和军事卫星。由于采用开放式架构，该系统可以和许多视线内电台以及卫星调制解调器共用，并通过解调器实现全双向语音、数据和视频通信。通过和超高频或甚高频电台配合，比如和“单信道地面及机载无线电系统”(Sincgars)以及嵌入式GPS共用，该系统能够在运行图像中直接嵌入跟踪蓝军数据。该系统传送频率为14.0～14.5GHz、接收频率为17.7GHz或11.7～12.75GHz，速率分别高达512kb/s和2Mb/s。在30°仰角、23℃情况下，G/T值最低为8dB/k。
10.罗克韦尔•柯林斯公司
罗克韦尔•柯林斯瑞典通信技术公司的终端和萨博公司的四轴稳定平台结合，从而产生了一种新型的移动卫星通信终端，既可适用崎岖路面也可用于海上。它可以安装到轻型越野车辆和小型船只上，也可以安装在指挥所车辆和中型滨海船只上。这些应用由于速度快、颠簸剧烈、移动幅度大，建立和保持卫星连接非常困难。但是，该系统可以轻易解决这些问题，在高海况下时速高达50节以及崎岖地形下速度超过40km/h，它都能在1s内自动恢复丢失的连接，同时宽带通信速率可达10Mb/s。该系统全重约140kg，在20°仰角、11.0GHz情况下，G/T值为19dB/K。
11.泰利斯公司
2008年全球金融危机爆发，各国都在寻找新的经济增长点，美国总统奥巴马选定新能源和物联网作为本国经济发展重点，总理2009年8月在无锡视察时则提出“感知中国”，并将其写入今年政府工作报告。现物联网(Internet of Things)已被正式列入国家五大新兴战略性产业，也成为业界和学术界的研究热点。
物联网独有特点决定了现有移动通信网络是其最好的承载网络，如能实现物联网和现有移动通信网络的融合，无疑可以大大降低物联网建设成本，加速其应用进程。本文就物联网和移动通信网络的融合作探讨。
2 方兴未艾的物联网
2.1物联网的基本概念
物联网的概念由MIT Auto-ID中心Ashton教授于1999年在研究RFI D时首先提出，2005年国际电信联盟(ITU)的同名报告对其进行了扩充，2008年全球金融危机爆发后，多个国家都提出了自己的物联网发展规划。
业界对物联网尚无统一定义，欧美多称为Inte rnet of Things，日本、韩国称为泛在网，我国称为物联网。从字面简单理解，物联网是指物物相联的互联网，是互联网在现实实物世界的延伸。不妨将物联网定义为：是指采用一定的感知手段对实物世界物品的相关信息进行感知，并利用相应的信息网络传输技术将物品互联成网，实现信息的相互和远距离传输，最终实现实物系统一定程度的自我智能管理、以及人们对物品和过程的智能化感知、定位、监控和管理的一种互联网络。
2.2物联网的基本组成结构
根据上述定义。可以认为物联网的逻辑组成结构如图1。
物联网的组成结构由低到高可分为三个部分：
(1)信息感知和控制
物联网最底层是信息感知和物品控制部分，直接接触各种物品，实际由各种不同的传感器和相应的控制器组成。信息感知部分的功能主要是感知物品的相关信息，并将所感知的信息按照规定格式以有线或无线的形式将信息发送到信息传输网络；控制部分的主要功能是从信息传输网络接受控制信息，以使物品达到人们需要的状态。
(2)信息传输网络
信息传输网络部分处于物联网中间层，其物理组成可以是各种信息传输网络，如局域无线网络，计算机互联网、公用移动通信网络等。信息传输网络部分主要负责将各信息感知和控制节点互联成网，以实现信息的传输管理和信息安全管理，同时为上层信息的应用提供相应的信息资源。
(3)信息应用
该部分处于物联网最高层，由各种应用程序及系统组成，提供对联网物体的定位、监控以及管理功能。由于物联网采集的信息海量，因此必须采用数据挖掘、云计算等技术实现数据信息的管理和应用。信息的应用部分构成了人们和物联网的相互接口，相关人员正是通过该部分查看相关物品信息，对其进行定位或监控。
2.3物联网主要特点
(1)节点数量巨大，地域覆盖广泛
如前述，物联网是将人们需要的物品互联成网，联网目的在于方便对物体的使用和管理，连接对象不仅包括人，也包括物，而现实世界中物品的数量无疑远大于人的数量，分布之广泛也非人所能比。因此，相对于Internet计算机网络，物联网的节点数量巨大、地域覆盖广泛。面对海量的节点数量和分布广泛的地域，采用布设线缆的方式将物联网节点进行互联，无论从成本还是工程量考虑，都是不现实的，因此采用能够近距离或远距离传输信息的无线网络将是物联网的主要联网形式。
(2)对安全性和可靠性要求极高
物联网主要是为了实现对相关物品的远程监控和管理，连接的物品大都具有私有特性，因此相对于计算机互联网的开放性和信息共享，信息专有性和封闭性是其主要特征。专有性必然要求物联网必须具有极高安全性，包括两个方面：一是信息传输安全，即信息在传输过程不会被非法窃取；二是用户接入安全，即只有特定合法用户才能接触到特定物品信息，才能实现对特定物品的控制。否则，必然引起联网物品信息和控制的混乱，进而威胁到联网系统相关的个人、家庭、单位甚至城市、国家的安全。同时，由于物联网连接的大都是行业、城市或者家庭的专有物品网络，用户要求能够及时获取物品的状态信息并能随时实现对物品的控制，这就要求物联网的信息传输必须高度可靠，以保证相关物品系统的安全可靠运行。而只有这一点有保证，物联网业务才能够得到广泛市场应用。
(3)应是可管理、可运营的网络
信息的专有性和极高的安全性、可靠性要求，决定了物联网必须是可以良好管理的网络，以保证信息传输和用户接入的安全可靠。而要实现良好管理，就必须要有专业运营商对物联网进行运营管理，因此，物联网必须是可运营的网络。当然，物联网运营并不意味着要组建全新的运营商，亦可由现有电信运营商负责运营，因为它们对大型公共信息网络已经积累了相对丰富的运营经验。
3 物联网和移动通信网络的融合
3.1物联网和移动通信网络融合的必要性
如前述，由于信息节点数量巨大、地域覆盖广泛，且部分联网的信息节点又具有一定的移动性，无论从建设成本还是从实现技术考虑，无线通信都将是物联网信息传输的主要方式。而物联网的可运营、管理的要求，也需要由专业网络运营商进行运营和管理。
目前，移动通信网络已经覆盖世界大部分国家，网络的数据能力也在不断加强，如现在多数经济发展较快国家已经建成了具有较强数据通信能力的第三代移动通信网络，正在研究并初步试用的第四代移动通信网络将具备更强的数据通信能力，将移动通信网络加以改造后，完全可以作为物联网的承载网络；同时移动通信网络运营商在大规模信息传输网络的方面积累了较为丰富的运营管理经验，非常适合运营物联网。因此，有必要实现物联网和移动通信网络的全面融合，以加快物联网的建设、推动物联网普及应用。
3.2物联网和移动通信网络融合的基本途径
物联网和移动通信网络融合的基本途径是将物联网承载在移动通信网络上，具体是：将物联网的信息感知和控制节点看作移动通信网络的通信终端，将移动通信网络的信息传输网络同时作为物联网的信息传输网络，将物联网的信息应用作为移动通信网络的增值业务，从而将物联网叠加在移动通信网络上，实现物联网和移动通信网络的有机融合。
图2，红色字表示物联网的组成部分，黑色字表示移动通信网络的组成部分。
3.3物联网和移动通信网络融合的具体方式
传统移动通信网络主要是为语音通信设计的，现在的数据通信工程也是在传统的语音通信网络基础上改造而来的，如要实现物联网和移动通信网络的融合，移动通信网络还需要作进一步改造。主要包括：
(1)移动通信终端改造
物联网和移动通信网络融合后，移动通信网络的接入终端应该同时作为物联网的感知和控制节点使用，为此融合后的网络终端必须兼具传统的通信功能和对物品的信息感知和控制功能，这可以通过两种途径实现：一是为传统的通信终端增加信息感知和物品控制能力，使其可以同时作为物联网的信息感知节点使用；二是对传统的传感器和控制器增加移动通信能力，使其可以同时作为移动通信终端功能。
(2)移动通信网络的改造
由于传统的移动通信网络主要是为语音通信设计的，必须增加物联网的信息传输和管理功能，以实现物联网和移动通信网的融合。移动通信网络需要的改造工作包括：由于融合物联网后信息节点数量的急剧增加，必须研究采用新的终端编号识别方式，以增加能够区分管理的终端数量；物联网信息节点和传统的通信终端具有不同的信息发送特点，应研究相应的方法区分物联网信息节点和传统的通信终端，进行分类管理，以提高不同信息传输和管理的效率；应研究采用新的数据传输管理、用户认证管理以及网络安全管理方法，以网络的安全性和可靠性，满足物联网信息传输要求。
(3)面相物联网应用的增值业务开发
物联网中的信息主要是用来实现物品的定位、远程监控和远程控制，这和传统的移动通信网络的信息使用方式有着极大不同。因此，为了实现物联网和移动通信网络的融合，传统的移动通信网络必须能够提供物联网的信息应用能力，这可以通过在移动通信网络中增加相应接口，以将已有的物联网应用纳入到融合后的移动通信网络中；也可利用移动通信网络的增值业务平台开发面向物联网应用的新增值业务，以实现移动通信网络和物联网的融合。
“L+C+W”网络中的3张网络因工作制式、工作频段、设备发射功率及接收灵敏度等诸多不同，其表现出来的覆盖半径、接入带宽、数据传输安全性等各不相同。LTE网络主要使用2.6GHz频段或1.8GHz，EV⁃DO网络工作在800MHz频段，Wi-Fi网络工作在2.4GHz（11b/g/n）或5GHz（11a/n）频段；EVDO网络自由空间传输能力及绕射能力均最强，LTE网络次之，Wi-Fi网络最弱；且LTE网络、EVDO网络BTS或MS发射功率及接收机灵敏度均明显高于Wi-Fi网络AP及其STA，抗干扰能力也远高于Wi-Fi网络。故正常情况下，LTE网络、EVDO网络单扇区的覆盖半径远大于Wi-Fi网络单AP的覆盖半径，但因LTE工作频段远高于EVDO网络，其覆盖半径要略小于EVDO网络。从下行空口速率看，EVDO网络下行空口速率理论值为3.1Mbit/s，小于LTE理论空口速率150Mbit/s，远小于Wi-Fi网络300Mbit/s理论空口速率。三网络覆盖半径及理论空口速率关系如图2所示。这些因素决定了LTE网络、EVDO网络主要解决“面”、“线”连续覆盖问题。LTE网络主要为高移动和高速率数据业务用户提供服务，EVDO网络主要为高移动性、中低数据业务速率数据业务用户提供服务，Wi-Fi网络主要解决“点”覆盖问题，主要为分布集中、数据业务量需求大、移动性较小的数据业务用户提供服务。三者互相补充，可满足不同用户对无线数据业务带宽的需求。
2“L+C+W”网络空口资源调配方法
“L+C+W”网络是否能实现智能、高效融合，与其相关的因素主要有以下3个方面。
a）“L+C+W”三网络覆盖区域的重规划与割接，规划区域大小与统一资源与数据管理服务器处理能力、区域内eNode数量、BTS数量、AP数量及L+C+W用户数量、用户移动性分布均有密切关系，实现区域内三网络统一成为移动通信用户的无线接入媒介。
b）实现用户终端、网络接入设备与网间切换相关的参数统一上报、管理（网内切换的数据保留现网的处理方式）。
c）“L+C+W”网络综合的无线空口资源调度算法，通过该算法使得区域内“L+C+W”网络空口资源、传输资源得到统一调配，提高利用率，是实现“L+C+W”网络智能、高效融合、提升用户感知、增加用户黏性、提升企业运营效益的关键，也是三网融合的核心。鉴于此，下文简要介绍“L+C+W”网络空口资源调度算法。为了方便，本文提到的网络空口无线资源调度算法主要指的是“L+C+W”网络之间的空口资源调度算法。参照图1，执行“L+C+W”网络空口无线资源调度算法的核心设备为统一数据、资源管理服务器（下文简称服务器），算法可以分3个步骤。
a）第一步。移动用户、数据业务、接入网络、带宽需求综合识别，该步骤是实现“L+C+W”网络空口资源灵活调度的基础，具体包括以下5个子步骤。
（a）用户识别：服务器通过深度报文检测（DPI）技术获取用户的IP地址，再结合用户所在区域的IP地址池分配信息库、AAA认证信息等获得用户的服务质量等级，如金牌、银牌、铜牌等。
（b）业务识别：服务器通过DPI技术获得用户正在从事的数据业务类型，如移动支付业务、银行支付业务、网站账号登陆、E-Mail业务、普通Web浏览业务、WAP业务、视频业务、FTP业务、QQ业务、易信、微信等。
（c）网络识别：服务器通过用户数据来源识别该用户所接入的网络类型，即判断用户来自LTE网络、EVDO网络还是Wi-Fi网络。
（d）业务安全等级分析：服务器根据业务识别结果，判断该用户从事数据业务的安全性等级，结合其使用的网络判断是否满足安全性要求。一般来说，安全性高的数据业务通过LTE网络、EVDO网络接入，安全性等级低的数据业务可通过Wi-Fi网络接入。
（e）业务带宽需求分析：服务器根据用户识别、业务识别结果，结合用户服务QoS等级、数据业务类型不同感知等级的带宽要求等因素，判断该用户从事该类数据业务的不同等级带宽要求。用户服务QoS等级越高，感知等级越高的同类数据业务要求的带宽越高。
b）第二步。“L+C+W”网络切换相关的参数上报到服务器。即移动用户及网络接入设备定期或不定期将用户所在位置的“L+C+W”网络测量空口参数、时隙繁忙程度等与空口资源相关的参数上报到统一数据、资源管理服务器。
c）第三步。“L+C+W”网间切换算法，该算法是完成用户空口资源指配的核心，主要遵循以下几方面。
（a）数据安全考虑：根据用户业务识别结果，如果用户使用的是与用户注册、账号登陆、网购、银行查询、转账等相关的业务，建议用户优先使用LTE网络、3G网络接入，即若用户当前使用的是Wi-Fi网络，则需指配到LTE网络或3G网络；若用户使用的是公共资源下载、普通网页浏览等安全级别低的数据业务，则可以优先考虑用户使用Wi-Fi网络。
（b）移动性考虑：根据用户当前业务过程中的切换记录信息或测量到三网络空口信号稳定性等信息，大致判断用户当前的移动性强弱，若用户属于高移动性用户，则建议向该用户优先指配LTE网络或3G网络；若用户所在位置有Wi-Fi网络，且测量到的三网络信号相对稳定、不存在明显的切换记录，则用户不具有明显移动性，则优先考虑用户使用Wi-Fi网络接入。
（c）空口带宽需求：根据用户QoS等级、用户业务最小感知带宽需求分析结果，结合该用户测量到的LTE网络、3G网络、Wi-Fi网络空口无线质量参数（如接收信号强度、信噪比、上下行协商速率等）及其相关接入设备繁忙程度参数（如时隙利用率、数据缓冲区可用空间大小等），判断三网络各自为当前用户提供数据业务的能力。一般来说，接收到的信号越强、信噪比越高、占用的带宽越大，用户与该网络接入设备协商的数据传输速率越高；网络接入设备时隙利用率越低，设备可用数据缓冲区空间越大，则该用户可从该网络获得数据传输时隙越长。综合以上两因素，用户从三网络获得的数据传输能力为协商速率与数据传输时隙的乘积。乘积越大，则可为该用户提供的空口传输能力越大，反之越小。
（d）网络空闲资源调度：网络建设初期，在满足用户业务感知带宽需求后，通常会存在一定数量的闲置资源。统一数据、资源管理服务器通过以上综合分析，在满足数据安全、不掉线的前提下，为每个用户提供满足各类业务感知服务的同时，还需进一步充分利用网络空闲资源，提升同类数据业务感知服务等级，用来提升用户感知，增强用户黏性，实现企业运营效益最大化。
【关键词】移动通信；网络传输安全；通信终端；运营平台
引言
随着移动通信传输网络建设的不断扩大，移动通信网络的覆盖面越来越广，传输网络结构愈加错综复杂，使用人群过多，导致移动通信网络传输过于频繁，不可避免地会产生相应移动通信网络传输安全问题。移动通信网络传输安全问题，直接会影响网络服务质量，从而导致移动通信用户流失、移动通信用户不满等问题。因此，研究和分析移动通信网络传输安全问题，对移动通信企业而言显得至关重要。
1移动通信网络传输安全性存在的问题
1.1非授权访问的信息安全问题
随着信息技术的不断发展，移动通信网络已经在各行各业使用。随着使用范围的不断增加，不可避免会产生相应的安全隐患，这些安全隐患若是不能及时解决，严重影响网络用户的生命财产安全。在现实的网络世界中，计算机软件或网络系统都存在一定的缺陷和漏洞，这些缺陷和漏洞容易导致计算机病毒的传播、木马病毒的植入，从而导致网络用户的个人信息和财产损失。此外，在信息传输的过程中，由于网络本是缺陷因素，容易被相应的不法人员截取或窃听数据，从而导致网络资源的丢失。
1.2通信终端的安全问题
移动设备是接受移动信号的关键设施，然而移动设备也存在一定的安全隐患，移动设备的安全隐患主要体现在是移动设备上，因为移动设备作为一种信息承载的物体，容易遭受损坏损毁、信息泄露、物件丢失等风险，不可避免会给移动通信带来安全隐患。同时，由于手机软件病毒不断增长，直接或者间接影响到通信终端的信息安全。软件病毒是当下威胁手机安全的重要因素，通过在软件中置入相应的病毒，从而破坏手机运行体系，导致手机无法正常工作，从而获取使用者的银行账户、通讯记录等个人信息。
1.3移动网络运营平台安全问题
移动网络运营平台是移动通信安全的基础，然而在现实中由于平台管理的不规范，平台的类型千差万别，用户难以区分运营平台的真伪和优劣。在平台开发过程中，相关的网络运营技术缺乏相应的论证，存在诸多漏洞，而移动网络运营对此缺乏一定的管理以及应急机制，从而导致这些平台出现一系列的问题，进而产生相应的移动通信网络传输安全问题，如通信被窃听、通信双方身份欺骗、通信内容被篡改等。此外，由于通信媒介的不同，信息的传输与转换也可能产生移动通信网络传输安全问题。
1.4网络安装结构不合理问题
在移动通信网络传输的过程中，还存在组网和设备安装不规范的问题，这些问题直接或者间接影响移动通信网络传输安全。在设备和线路安装方面，往往会出现长链型、星型甚至是错综复杂的网络型的结构。这些混乱的网线结构很容易降低信息传播速度，诱发电线短路、火灾等自然灾害。所以，在网络安装结构方面，应该聘请专业人员做好规划工作，避免了通讯网络组网结构的复杂混乱，保证了移动通讯网路传输的安全性。
2移动通信网络传输安全性的相关措施
2.1移动通信网络传输安全的加密措施
移动通信网络传输安全都是相对的，绝对的安全是不存在的，可以通过对移动通信网络整个传输过程加密，实现数据的相对安全传输。传输过程加密，即使被人嗅探，也很难破解出具体的传输内容，从而实现数据的安全传输。要保障移动通信的传输安全，应该注重加密措施。加密措施是保障现代移动通信的传输安全的有效措施。加密措施主要有两种方式：①对称算法；②非对称算法。对称算法作为一种加密手段，主要体现密钥的通用性上，即是在加密和解密中运用相同一种密钥。运用同一种密钥实施加密的方式比较多，主要有IDEA、RC2/RC4、AES、DES等，对称加密方式的加密速度比较快、加密操作相对简单、加密的安全系数比较高，被广泛运用各个行业中，用于保护相应的加密文件。但是，这种加密的方式也存在一定的不足之处，必须要在公共传送系统中使用安全的方法交换密钥，这个问题便是密钥分发问题，而且密钥更换困难，经常使用同一密钥进行数据加密，不注重更换，给黑客提供了过多的机会和时间。与对称算法不同，非对称算法打破以往的局限，不再是采用相同的密匙，而是采用一种不对称的密钥进行加密，具体而言，便是运用公钥进行加密，而后运用私钥进行解密。公钥是可以公开的，任何人都可以获得，数据发送人用公钥将数据加密后再传给数据接收人，接收人用自己的私钥解密。
2.2移动通信网络传输安全的数字证书
要保障移动通信的传输安全，使用数字证书也显得尤为重要。数字证书保护是保护密钥的安全、可靠的有效凭证。在移动通信中，企业应该充分认识数字证书的作用和意义，使得密钥和数字证书鞥能够在移动通信中被充分应用。另外，移动通信网络传输安全方面也可以采用防病毒技术。防病毒技术能够有效地进行病毒查杀、病毒实时监测、新病毒迅速反应、快速方便的升级与系统兼容性等方面，以保证移动设备终处于较好较稳定的工作状态。
2.3合理网络安装结构
根据实际情况，合理规划线路铺设和传输节点，避免出入局同缆。传输线路可以实施SDH的方式加以环路保护，重要的传输线路可以实施网状网的方式加以保护。在选取传输设备时，若是在同一环路上的设备，应该注重设备的厂家和型号的一致性，并对设备进行过压保护，以保证设备能够良好运行。此外，要注重传输设备的工作电压的稳定性，以保证移动通信网络传输安全。
3结语
随着时代的发展，网络通信已经成为人们生活中的重要组成部分。保证移动通信网络传输安全，是移动通信企业的重要责任，也是时展的必然要求。移动通信企业应该根据实际情况，采用移动通信网络传输安全的加密措施、数字证书、合理网络安装结构等措施，解决非授权访问安全问题、网络运营平台安全问题、通信终端的安全问题、网络安装结构不合理问题，从而有效保证移动通信网络传输安全，为移动用户提供更好更安全的网络服务。
参考文献
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关键词：移动通信；网络；应急保障；方案
1移动通信网络应急保障的现状
我国移动通信网络中，各大运营商的应急保障建设，已经进入到了初步成熟的阶段，虽然应急保障方案已经成型，但是仍旧存在技术方面的问题，限制也应急保障方案的发展，在优化方面表现出了需求。应急通信网络的现状，突发事件的应对方面，比较薄弱，而且基站、设备的建设上，缺乏高效的技术支持，导致应急保障方案，存在一定的运行缺陷，降低了其在移动通信网络中的应急能力，在网络应急中形成漏洞。
2移动通信网络应急保障方案的原则
2.1安全原则
安全原则的应用，有利于提高应急保障的安全性，避免破坏移动通信网络的运行状态[1]。应急保障方案优化时，其目的就是维护通信的正常、安全，预防发生风险问题，方案优化的过程中，要深化安全原则，禁止发生通信异常或安全故障。
2.2制度原则
应急保障方案优化时，遵循相关的制度要求，同样以移动通信网络的制度为基础，防止优化方面有违规、违法的操作，促使应急保障方案的优化措施，符合国家及行业的规范标准。
2.3责任原则
应急保障方案的优化工作中，按照责任原则的要求，规范好各级原则，在移动通信网络的应急优化内，统一领导层，合理分配级别责任，发挥应急保障内各级别的责任，落实应急保障，树立应急保障的责任意识，不能破坏应急保护的责任，完善移动通信网络的运行。
2.4快速原则
移动通信网络的作用明显，在应急保障方案优化时，提出快速原则，致力于快速恢复有故障的通信网络，注重应急保障方案启动、运用的效率，在方案优化后，提升应急反应的能力，迅速保护移动通信网络的运行，缩小移动通信网络的事故范围。
2.5预防原则
应急保障方案的优化，实行预防原则，注重应急通信网络的故障预防，促使应急保障方案，具备预防的能力，提前监测移动通信网络的运行状态，采取日常维护的方法，还要设计应急演练，充分体现预防原则在方案优化中的作用。
2.6优质原则
移动通信网络对应急保障方案的优化，有着很大的需求，方案优化时，推行优质原则，确保应急保障时，能够提供最优质的方案[2]。应急保障方案在灾区重建方面，最能体现出优质原则的重要性，其可最大化的恢复移动通信网络，保障运营的稳定性，积极提高灾区移动通信网络的运行水平。
3移动通信网络应急保障方案的优化
3.1管理优化
应急保障方案中的管理优化，是指方案能够根据移动通信网络的运行情况，管理好应急时的资源和人力。在管理优化时，采用应急保障网格化制度，强调优化中的创新因素，确保应急方案启动后，能够合理的分配各项资源[3]。例如：某地区的移动通信网络内，应急保障方案的管理优化中，专门成立了网格化的应急保障队伍，队伍模块下，规划了网络维护中心、工程建设中心、网络优化中心、行政服务中心等多个网格，目的是完善应急保障的环境，管理优化中，规划了响应出发条件，当移动通信网络触发响应条件时，就会启动应急保障方案，管理优化中，提出了工作制度，规范了应急保障方案的运用，利用工作制度、信息流转制度等，严格的指挥应急保障方案的实施，管理优化的作用下，体现应急保障方案的作用，满足移动通信网络的应急需求。
3.2业务优化
移动通信网络的工作量非常大，面临着与日俱增的网络话务量，很容易出现网络业务堵塞、失控的问题，在移动通信网络的业务运行方面，实行应急保障方案的优化，避免在通信业务上发生问题。
3.3技术优化
移动通信网络应急保障方案中的技术优化，是指在现行的技术基础上，引入先进的应急技术，促使应急保障方案，能够高效、灵活的处理移动通信网络中的问题。技术优化中，要充分考虑到地震、台风、雷电等因素，对移动通信网络的影响，重点选择技术优化的点，加固通信网络的建设。例如：应急保障方案的技术优化，采取体系化的建设方法，在方案中，融合技术与体系，找出移动通信网络中的重点系统、设备，做备份处理，及时监督移动通信网络中的突发事件，监控通信渠道，管控流量，或者运用无线集群的方法，完善应急保障方案的技术运行[4]。我国在技术优化方面，可以借鉴国外的应急保障方案内的技术，目的是强化应急保障方案，充分发挥其在移动通信网络中的作用，完善移动通信的运行环境，降低突发事故的破坏力度。
4结束语
应急保障方案的优化，结合移动通信网络的实际情况，在此基础上，完善应急方案的应用，增强应急方案的实践性，全面保护移动通信网络的运行，在移动通信故障下，快速恢复正常的运行方式。应急保障方案，是移动通信网络中不可缺少的部分，优化应急保障，促使其满足移动通信的根本需求。
参考文献
关键词：移动通信网络；安全风险；安全机制；安全技术
中图分类号：TN929.5；TN918 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 22-0000-01
信息安全是数字化通信中需要考虑的关键问题之一，特别是用户数量非常大、应用场景非常广泛的移动通信领域，保障网络的通信安全尤为重要。移动通信网络具有覆盖范围广、传输数据量大，内容私密性高等特点，一旦出现信息泄露，则所造成的损失是难以想象的。为保障移动通信网络的信息安全，就必须采用高安全性和高可靠度的加密技术对所传输的信息进行处理。
一、移动通信网络中的安全问题现状
移动通信网络的普及极大地推动了社会的发展，但是在其应用过程中，多种安全问题也随之出现，特别是现代移动通信技术和智能终端设备的推广与普及更是为网络安全带来了更多的安全隐患。具体来说，移动通信网络中所面临的安全问题主要存在于终端设备、接入网和核心网等三部分。
在终端安全方面，使用智能操作系统的终端数量越来越多，应用也越来越丰富，但是其在提升用户体验的同时，也成为了可被利用的工具，可对无线接入网、核心网设备以及其他终端节点等进行攻击，如针对终端用户信息的窃取和篡改、针对用户通信和网络访问的数据窃听、针对终端操作系统的破坏和修改、针对终端存储数据的破坏等。
在接入网安全方面，移动通信系统的特性决定了用户信息是经由开放的信道进行传输的，所传输的数据非常容易被截取或攻击，无论是在GSM网络中，还是在3G网络中，用户终端接入网络时的认证过程或传输内容都非常容易被外界截获。虽然3G网络在用户认证和数据加密等方面进行了完善和改进，但是新型的，通过欺骗认证获取终端信息的方式也得到了改进，用户仍旧会面临巨大的安全隐患，如非授权数据的非法获取、数据完整性攻击、拒绝服务攻击、相关业务非法访问攻击、主动用户身份捕获攻击、针对性的加密流程破解等。
在核心网安全方面，现有的3G技术均着重对网络接入和加密机制等安全内容进行了定义，但是由于需要保证一定程度的兼容性和过渡性，故3G网络内的核心网面临安全威胁的情况依然存在，特别是未来核心网向全IP网的过渡，更是会将IP网络中存在的安全威胁和漏洞引入到移动通信网络中，如通过冒充窃取或非法访问获得用户数据、篡改用户通信消息、伪装或干扰用户正常通信服务、对非授权业务进行非法访问、利用信令漏洞进行安全攻击、利用IP攻击方式对核心网进行攻击等。
二、移动通信网络安全目标
针对上述问题，在应用相关的安全技术对移动通信网络进行优化时可以从以下几方面目标出发，针对性地建立高安全性和高可靠性的安全防护机制。（1）保证与用户相关的信息不被误用和盗用；（2）保证移动通信网络环境内的资源和业务得到有效保护；（3）保证网络标准化内容中具有一个或多个可广泛应用的高强度加密算法；（4）保证3GPP安全特征、机制和实现能被扩展和加强，确保其具有良好的扩展性和可更新性；（5）保证相关功能的实现具有一定的兼容性。
三、移动通信网络安全关键技术
（一）网络规划
移动通信网络具有区域性、层次性等特点，其在规划过程中就应该做好安全防护措施，特别是在边界区域或衔接位置更应该做好相应的网络保护与整合工作。如使用IP分配技术将移动通信网络按照网络类型、服务区域等分为多个可隔离的区域，这样既能够缓解系统所面临的通信压力，还能够解决网络中存在的安全问题，避免网络安全威胁的进一步扩大。
（二）信息加密
对通信数据进行加密可以有效保护无线信道中传输数据的安全性和可靠性。移动网络的通信链路具有非常高的开放性，不法分子可以非常容易地获取无线信道中传输的数据。若采用高强度的加密算法和通信机制对用户基本信息、网络参数、通信数据等进行加密保护，可以将所传输的数据转化为不可识别的密文信息，即便发生窃听等入侵行为也无法获得真正的传输报文，从而实现信息的安全保护。移动通信中的加密技术主要集中在公钥加密方面。
（三）身份认证和安全协议
利用身份认证可以对接入网络的用户进行身份鉴别，避免非授权用户接入网络，进一步防止其他恶意攻击行为的出现。移动通信中的身份认证和安全协议技术有IMSI认证协议、TMSI认证协议、密钥协商协议等。这些协议不仅能够完成用户身份的验证还能够有效保障数据信息的完整性，做到一次完整信令过程加密，还能够通过双向认证或单向认证等确保通信链路的安全性和信息交换的可靠性。
（四）信息过滤
信息过滤规则和技术可以将移动通信网络内的无用信息、垃圾信息、虚假信息、恶意信息等滤除或屏蔽，提升移动网络的有效载荷，避免上述信息过多的占用系统资源，甚至导致网络拥塞，影响用户通信质量。信息过滤的效果好坏是由信息类型识别结果所决定的，故实际应用中需要根据具体情况设定一套完备的信息过滤规则。
（五）多信道传输
多信道传输技术可以将通信数据分散到多个信道中进行传递，若希望获取完整的数据内容需要同时获得所使用多个信道的数据信息，只截获部分信道数据是无法获得完整的传输内容的。该技术可以大大降低恶意安全攻击行为的成功概率，减少因信息泄露所带来的安全风险。
四、总结
随着现代移动通信网络的应用，网络通信安全得到了广泛的关注，为保证无线通信数据的可靠性和有效性，必须立足无线通信网络的开放性这一特点，选用有效的安全技术和安全规则对网络安全进行完善和补充，保障移动网络用户的使用体验。
参考文献：
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[2]沈立武.3G移动通信系统的网络安全对策分析[J].中国新技术新产品，2013（02）.
【关键词】移动通信网络；数据传输；探究
引言
在无线移动网络的运用中，互联网愈发普遍，令用户愈发关注网络服务体验的品质。而且由于信息技术的迅猛发展，新的Internet服务不断产生，这些运用需网络氛围不仅高速并且稳定。所以，不论在网络用户乃至服务供应商方面均期盼可以获得目前运用或给予的网络性能情况。并且对所有移动通信企业而言，若想获取显著的市场份额，提升本身的核心竞争力，最关键的一环则为掌握实际用户感知的移动网络性能，并且有目标的强化网络性能优化的分析。
1移动通信数据传输技术概述
移动通信技术系统在人们对通信所需的持续变革中，令移动通信系统分成三个方面，并且所有方面均为首次技术创新。①模拟调制技术与FDMA加入方法。这一时期移动通信设施的体积较大，成本较高，功能较为单一，通信效果和保密效果不佳。②数字调控技术和TDMA或CDMA接入方法。这一过程里移动通信技术在首个过程技术的条件中不断创新，达成良好的通信保密性，具有较高的频谱使用率，接口标准正确，具有较大的系统容量，在全球给予推行。③带宽数字通信系统过程，这一过程中的通信业务愈发丰富，通信质量显著提升。移动数据技术持续改革并发展加快人类社会的持续进步。手机和IPAD等移动客户端在持续改革中加速了移动数据传输技术的更替，以此令人类社会获得了显著的发展。比如最初盛行的2G移动网络技术的使用在当时显著符合了人们上网所需，可是在社会的发展中，网络愈发普及，人们需要更为迅速的浏览网络，因此令3G移动网络随之产生，并区分2G移动网络提高了视频功能、网络业务功能、娱乐类业务功能以及资讯功能，令人们对移动网络的所需不断丰富。4G移动通讯技术通过以往的通信技术，并且使用了全新的通信技术，以此实现持续提升无线通信的网络效率与功能。
2数据传输的常见技术
2.14G技术
4G技术则为IMT-Advanced技术，产生于2013年，与3G技术对比而言，令数据传输的速度获得了显著的提升。核心技术则包含智能天线技术、软件无线电、基于IP的核心网等技术。在全球较为盛行的4G技术则包含了LTE-Advancde与802.16m技术。前者备受大多数国家支持，愈发在我国盛行。依照相应数据显示，中国移动在我国的4G网络覆盖率越来越多。通过人们生活角度而言，4G网络已经转变了人们在通信方面的方法，提供更为便捷的通信氛围。4G网络的速度远远超过3G网络，尤其在查看图片时体现的更加明显。对于移动通信系统而言，3G网络大部分将CDMA当成关键技术，4G网络则将分频技术当成核心技术。可以运用4G技术作为提升数字广播的服务，远比3G技术更加受到欢迎，更加受到移动运营商的喜爱。并且通过发展方向而言，4G技术并不会束缚在移动通信当中，从而还会逐渐运用于互联网、广播等不同方面。总之，4G技术的衍生更加有利于社会的发展。
2.2WIFI技术
通过当前WIFI网络的普及状况而言，WIFI的资费较低，通信方式较为简单，愈发被人们所推崇。可是对于4G技术来讲，WIFI技术的范畴比较受限，传输的距离较短。在实际使用中，依然存在一些束缚性，不能令人们进行远距离的数据传输。相较于数据安全来讲，WIFI技术的数据传输不如蓝牙传输安全。在通信品质当中，WIFI技术的数据传输落后于4G技术，可是WIFI技术的最大优势则极为符合办公用户所需，而且可以使用于所有类别的通信设备中，最关键的则为资费较低，符合大部分通信不多的用户。站在发展的角度来看，未来WIFI技术与3G技术的交互使用则会更被注重。假如通过覆盖率、传输速度、基本业务类别、前向拓展等不同角度给予考量，3G和WLAN则能够互为补充，从而需要我国技术人员在研发方面投入更多的精力，从而有效展现出WIFI技术的作用。并且，以我国目前的WIFI技术而言，在应用范畴中，相对于移动通信来讲，诸多办公室人员更青睐使用WIFI技术。只有令人们在生活方面获得满足，有效完成工作，才可以令数据传输技术更加发展，才可以加快社会的进步[1]。
2.3移动通信中的数据传输
对于无线通信系统而言，数据传输十分关键，假若想要达成移动通信的数据传输，则应符合网络支持的IP或TCP协议，通常若想完成数据传输，可透过首发IP数据包完成。对于TCP/IP传输而言，可为人们给予两个协议：①传输控制协议。②用户数据报协议。因为在UDP协议当中，有些在TCP协议内的繁琐过程被忽略，所以，挑选UDP协议较多。从而，不仅降低了时间的耗费，节省了数据流量，还可令突发数据小流量传输想要实现的目的能够达成。可是，其中依旧具有一些欠缺之处。假如在UDP数据包发生错误或服务器缓冲区溢出时，转发服务器，则会令数据丢失，通信双方无法及时知晓，具有较大的遗失信息风险，所以，对于终端或数据中心而言，则应当规划重发机制，特别在通信机制polling的状态下。因为数据中心网中固定IP网址，已经记录到数据终端中。所以，在最快的时间中，数据终端应当对IP数据给予发送，告知SIM卡的IMSI于动态IP中。对有些相应的数据核心而言，将接收到的信息，彻底录入数据库当中，身为联络信息的主要根据，确保数据传输的安全性[2]。
3移动通信数据传输协议
3.1HSDPA
高速下行分数接入HSDPA属于移动通信协议，是3.5G，在WCDMA下行链路中执行分组数据业务。下行链路的数据业务速率因为运用这些关键技术，则为14.4Mbps。HSDPA令3G移动网络的网络时延降低，而且令下行容量的创新显著提升。并且MIMO乃至OFDM等全新技术也可以与其融合，以此给予更大的数据流量。除却高速下载或高速网络游戏的多媒体服务，HSPDA还能够经由固定端接入宽带互联网的移动服务。
3.2UMTS
通用移动通信系统UMTS属于一个健全的3G移动通信技术标准，底层标准使用了WCDMA。UMTS持续健全成为首要空中接口技术的WCDMA，并添加了HSDPA与TD-SCDMA技术。这一支持的传输速率则为1920Kbps，运用一对5MHz信道，上行信道则靠近1900MHz，下行信道靠近2100MHz。UMTS系统的结构与第二代移动通信体系极为贴近，其分组互换系统则会经过GPRS系统演变而来。在UMTS系统中，所有话音呼叫与数据结合均通过核心网络进行处理，外端网络的路由与交换功能也通过核心网络完成。所有与无线具有关联的功能均能够通过无线接入网络解决[3]。
4结束语
总而言之，随着经济的快速发展，移动通信技术也逐步完善，并且也更加有效地渗透到人们的生活当中，从而人们应当对数据传输技术的分析投入更多的力度，从而确保移动通信的稳定与安全。
参考文献
[1]钟雄辉，王明宇.浅析移动互联网的发展趋势与未来[J].中国商贸，2014（13）：204~205.
[2]胡杭杰.浅谈移动互联网的发展趋势[J].无线互联科技，2013（01）：28.
关键词:cdma 移动通信系统
1 引言
目前,世界上关于移动数据通信系统的研究和开发工作正在如火如荼地进行。全球移动数据通信网络运营商已超过50家,各发达国家和各大电信运营商、制造商都开始致力于移动数据通信业务的发展。未来移动数据通信业务将呈现多样化发展的特点。在第二代gsm和cdma网络向第三代网络演进的过程中,目前研发与应用主要集中在使用无线信道进行高速数据传输上,最引人注目的就是数据技术的引入和发展。如gsm网络通过采用gprs技术,数据最高速率可达115kbps,cdma网络演进到cdma20001x阶段时数据速率可达144kbps,而马上开始商用的第三代移动通信系统imt-2000,最高速率可达2mbps,预计以后可达10~20mbps,欧洲正在研发155mbps的未来移动通信系统。2002年12月9日,由中国大唐公司自主研发的符合td-scdma标准的第三代移动通信设备和终端一次性通过了第二阶段52项指标的测试(以数据业务为主)。2003年1月9日,中国联通的cdma20001x网络在上海测试完毕,现已在多个大中城市正式对用户开通。
当前,虽然通用的cdma移动数据通信系统、设备和终端的研究和开发很多,但针对配电自动化、交通监控与信息、银行卡服务、工业数据采集、环境检测等具体应用、独立研发的基于cdma公用移动通信网络的移动数据通信系统还不多见。
以移动数据通信业务的高速发展和联通cdma20001x网络建成为契机,在广泛了解国内外移动数据通信研发和应用现状、深入研究相关数据通信技术的基础上,本文提出了一种"基于cdma网络的移运数据通信系统"。
2 系统特点
(1) 成本低廉、尤其在通信网络的规模比较大时更为明显:
首先是建设投资小,网络建设中省去了大量的组网投资;其次是维护、运行费用低,网络运行过程中只需承担少量的终端维护费用;虽然需要支付一些数据通信使用费,但就目前的资费水平和网络规模估算,单就运行和维护费用一项的节省就足以对其进行补偿。
(2) 网络组建的灵活性和方便性:
由于网络的基础设施已经十分完善,通信系统的组建只需要考虑中心站和布点的问题。在布点时可以充分地享受无线网络带来的地点选择上的自由性和移动通信网络的较全面的覆盖范围。在大部分地区,基本上可以不考虑布点的限制,甚至支持可移动的站点。对于复杂、易变,站点位置经常性变化的网络(城市改造、用户变更等),无线网络布点不受限制这一点更表现出它的优越性。
(3) 地域范围和网络密度的适应性:
目前,cdma移动网的基站在城市中的密度大,而在乡村中则相对较小,正好满足在城市通信终端数量大、密度高而在乡村数量少、密度小的要求。因此,基于CDMA网络的移动数据通信系统在地域范围和网络密度方面没有问题。
(4) 数据业务适应性:
目前的cdma移动网络能支持多种丰富多彩的数据通信业务,因此基于CDMA网络的移动数据通信系统完全能满足各种数据应用对通信的要求。
(5) 系统安全性高:
系统采用了多种措施来提高安全性。首先,终端每一次登录网络之后都要向管理系统发送经过加密的唯一终端标识号,经终端管理系统确认的终端才可以进入系统;其次,终端在进行数据传输时采用空中加密和应用层加密进行两次加密;再次,前置机可以通过ipsec或gre隧道与cdma移动网络建立联系。
3 系统构成
(1) 用户数据设备、数据采集设备或数据集中设备(如银行atm/cdm机、pos机,电力系统中的
ttu、ftu、多功能电能表等)。
(2) 无线数据传输终端(wdt)。
(3) cdma网络。
(4) 前置机(fe)。
(5) 前置机的数据中继设备或中继网络,包括移动专线、有线中继器或internet等。
(6) 终端管理系统。
(7) 用户数据中心的数据处理系统。
(8) 数据库服务器。
整个系统依托于中国联通的cdma网络公用移动通信网络。
4 系统体系结构
图1 基于CDMA网络的移动数据通信系统体系结构
基于CDMA网络的移动数据通信系统主要采用如图1所示一对多的树型体系结构,即一台前置机负责转集和转存分布在一定区域范围内的多台无线数据传输终端传送的来自具体应用数据设备或数据采集设备的数据,所有前置机和终端都由一个终端管理系统负责管理,所有终端和前置机收集来的数据都传送到数据中心由同一个数据处理系统进行处理。
5 系统工作模式
基于CDMA网络的移动数据通信系统支持两种模式的数据传输过程:轮询方式和主动上报方式。轮询方式的可控性较强,用于实时性要求不高的应用。在轮询方式下,用户数据中心的数据处理系统发出数据收集指令,前置机接收并解析数据收集指令,然后通过查找对应的无线数据传输终端的socket,并将数据收集指令转发给相应的终端。终端完成数据收集并将数据通过移动网络发送给前置机,然后由前置机将数据转发给中心数据处理系统。终端管理信息的收集过程与数据传输过程类似。主动上报方式则主要用于满足用户数据信息和终端管理信息传输的实时性要求。在主动上报方式下,数据由终端定时或以事件驱动方式收集数据并将数据通过移动网络发送给前置机,然后由前置机将数据转发给数据处理系统。终端管理信息的收集过程与数据传输过程也类似。
6 系统各部分的功能与特性
(1) 无线数据传输终端(wdt):
①基本功能:主动上行呼叫点到点透明数据传输、被动接受呼叫点到点透明数据传输、支持参数配置模式和数据传输模式选择、主动上行短消息数据、短消息广播数据、电路交换数据(gsm)、分组包交换数据、无线ip网络数据、一直在线、故障自动重启。②扩展功能:前置机开放端口自动搜索、自检与告警输出、远程软件升级与维护、配置键盘和lcd显示器方便用户交互。
(2) 前置机(fe):
①基本功能:解析中心站数据收集指令以收集所辖区域内的无线终端传送来的数据、分析终端管理系统发送来的终端信息收集指令或终端配置指令、通知终端完成信息的收集或参数配置、接收与终端管理系统相关的终端信息、控制前置机与终端之间、前置机与中心站之间的通信过程、负责将用户数据发送至中心站进行处理、将终端信息发送给终端管理系统以实现相关的终端管理功能。
②扩展功能:
主备用前置机自动切换、终端管理系统功能支持。
(3) 终端管理系统(tm)的基本功能:
【关键词】 移动通信；网络体系；结构；安全机制
在信息全球化的大趋势下，基于移动通信的网络体系在技术与商业上均取得了快速的发展，被广泛地应用于世界范围内。基于移动通信的网络体系因能够更为方便、灵活、快速地支持用户移动性，而成为互联网和个人通信发展的大方向。因此，对于基于移动通信的网络体系进行研究，明确其相关内容十分必要，对于全球通信互联的进一步优化有着积极的现实意义。
一、基于移动通信网络体系的结构
随着经济的高速发展和城市规模的逐渐扩大，公共汽车、长途汽车、出租车等公共客运事业得到了迅猛地发展。但是，在公共交通工具上的犯罪案件却时有发生，给社会带来了很大危害，直接危及到城市客运事业的健康发展。 因此，本文提出了一种新型车载报警系统的解决方案。它是以ARM9微处理器作为核心芯片，结合嵌入式Linux操作系统，利用无线移动通信网络GPRS／CDMA和Internet网络进行通信，实现对移动目标的远程图像监控和实时数据传输。此系统充分利用了ARM9微处理器的高速处理能力，对监控图像进行JPEG算法压缩处理，使得在移动网络GPRS／CDMA带宽有限的情况下，能够对远程监控图像实现高质量、实时地传输。基于无线通信的网络体系具有分布式和集中式两种结构形式，自组织通信系统是前者的主要代表，如自愈式雷场系统。而基站移动通信系统则为后者的主要代表，如CDMA、GSM、蜂窝移动通信系统。
（一）分布式体系结构
这一体系结构下又分为平面结构和分层结构两类。其中，平面结构中，其全部节点具有平等地位，且网络简单，省去了结构的维护环节。通常情况下，目的节点与源节点间存在的路径有许多条，而通过对这些路径的利用，便可使得平均负荷得以实现。同时，结构中所有的网络节点具有对等性，整体网络比较健壮，网络规模受限是平面结构所表现出的最大缺陷；分层结构是通过簇和簇成员的划分形成的。每个簇由多个簇成员和一个簇头组成，而这些簇头则组合在一起来组成高层网络。这一结构较为简单，通常不需要对路由进行维护，从而使得网络中承担信息控制的路由数量大大降低。其缺点表现为簇头的选择需通过较为复杂的计算，簇间信息需依靠簇头寻径来实现，且对于较大规模的簇，簇头需承担较大的负担。
（二）集中式体系结构
这一体系结构中存在一个专门节点来负责对蜂窝内或节点覆盖范围内所有传输的控制与协调。如基站扮演专门节点角色过程中，其通过地面来互联有线线路，便可促进网络覆盖范围的进一步扩大。紧凑简单、高效节能是该体系结构的有点，集中化的控制也使得宽带管理和服务质量支持得到简化。而其缺点则为无线网络的展开存在难度，新基站的安装需要系统配置、精确定位及新地面线路的铺设。同时，该结构还表现出较差的抗毁性，基站的实效易造成整个网络的瘫痪。
二、基于移动通信网络体系的目标特性
基于移动通信网络体系的目标特性通常包括以下几方面的内容：第一，能用性。指网络用户能够对网络所提供服务进行充分的使用，即使在网络节点遭受外界攻击时，网络体系依然能够提供给用户优质服务；第二，机密性。指对于未授权的实体或用户进行相关信息的保密；第三，完整性。指传输信息过程中不会发生中断或遭到破坏，这些中断或破坏包括人为干扰、信号衰弱及故意攻击等；第四，认证性。对通信对端进行确认，即需通过通信来保证移动节点同其他通信间的为真正的通信对端；第五，不可否认性。指通信节点不能对其发送出的信息进行否认，从而所有移动节点均认可其之前行为。可以说，基于移动通信网络体系的目标特性既是其应具备的基本特性，也是其应有作用得以有效发挥的重要条件。
三、基于移动通信网络体系的安全机制
（一）消息鉴别
如两网络节点存在共享密钥K（通常为一个），便可通过对带有密钥K消息的散列值hK（h为单向散列函数）的计算，来完成对消息鉴别码的生成与检验。该种机制形式的优点是只需要进行小量的计算，且生产与校验较为简单。但应注意的是，该机制的应用前提是在发送方与验证方间应具有一个共享的密钥，故该机制对在认证广播信息方面并不适用。同时，为保证消息具备可认证性，且任意两个网络节点共享一个密钥，就需要在节点网络中（n个节点），做到n（n-1）2个密钥数量的保持。
（二）数字签名
该机制的基础是公钥密码算法，因属于公钥结构，故所有发送者接收密钥的方式均可对数字签名有效性进行验证，且在接收者与发送者多对一的环境下尤为适用。这一机制要求每个节点只需进行n-1个公钥的保存，故使得存储密钥的空间大大降低。其缺点在于签名与验证需要较大的计算量，且易受到Dos的攻击。
（三）声誉评估
为使网络中来自异常节点的干扰，尤其是针对节点不合作和自私等行为得到更好的解决，需对节点实施声誉评估，来对可信任节点与不可信任节点进行区分，来避免异常行为，鼓励和引导节点操作的正常性，从而达到孤立网络中异常节点的目的。
结语：基于移动通信的网络体系是信息化时代的一个重要标志和关键组成，随着通信技术的不断完善，我们有理由相信，基于移动通信网络体系的应用将进一步优化，从而为全球信息化建设提供有力支持。
参考文献
[1]陈绍华.移动通信网络体系的研究和应用[J].移动通信.2011（18）
[2]倪成凯.移动通信核心网络体系结构的研究[J].通信与信息系统.2010（20）
[3]郭继鸿.第三代与第四代移动通信技术对比分析[J].硅谷.2010（13）
[4]张忠丽.浅谈无线移动通信网络体系结构与安全[J].黑龙江科技信息.2012（1）
关键词：移动通信网络；移动互联网；分流；本地疏导
Abstract： This paper describes offloading technology solutions that can be used in a 3GPP mobile network. These solutions can be used to offload traffic to the Internet close to the access network. They avoid wasted transmission resources between the core network and access network and reduce pressure on the operator during network expansion. This paper provides suggestions for actual network.
Key words： mobile communication network； mobile Internet； offloading； local breakout
无线通信的发展将人们带入一个资源无所不在的信息化时代，用户业务需求在很大程度上影响着移动通信网络的发展。当前，业务已经成为移动通信网络发展的主要驱动力。随着智能终端的普及，原本平行发展的电信业务与互联网业务开始步入融合阶段，电信网络进入了移动互联网时代。
在移动互联网时代中，用户业务越来越多地围绕数据而非语音展开。图1给出了普通终端用户与智能终端用户之间业务应用对比[1]。从图中可以看出，智能终端用户对数据或者互联网业务的使用程度已经远远超过了普通终端用户。对于发达国家市场的无线运营商而言，数据已经成为日益占主导地位的网络流量份额。据统计，在2009年度NTT docomo的数据流量已经达到网络总体流量的90%，沃达丰同期的数据流量也达到了网络总体流量的70%[1]。
当前由手机电视、手机游戏、VoIP、P2P等移动互联网业务所带来的移动数据流量也在不断增长中。据Cisco预测：到2016年，全球移动数据将增至每月10.8 EB，2011—2016年的移动数据年复合增长率为78%[2]。
现有的移动通信网络采用集中化控制与处理方式，业务的传输需要全程穿越核心网与接入网。随着大量移动互联网数据业务汇聚到核心网络，会对数据交换节点与网络传输造成很大压力。为满足数据业务需求而盲目地进行网络扩容与升级，将导致网络运营成本大幅上升，却不一定能够获得预期的收益，而通过网络结构的革新降低建网运维开销、改进网络性能才是解决问题的根本手段。在此需求的推动下，分流技术应运而生，成为第三代合作伙伴项目（3GPP）标准中移动运营商最为关注的课题之一。
分流技术的目的是在接入网侧将数据流量大的、非增值业务就近疏导至Internet网络，避免大量业务数据在核心网与接入网之间传输的资源浪费，有助于提高业务性能，降低移动通信网络面临的扩容压力并控制移动通信网络整体投资成本，能够缓解运营商数据业务带来的“增量不增收”的尴尬局面。
文章对分流技术在3GPP移动通信网络中的应用进行介绍，并通过具体方案分析，提出3GPP移动通信网络的改进模式，使得移动互联网的业务优势及接入优势能够更好的结合。
1 分流技术的应用场景
在3GPP网络中，用户可以通过宏基站或者是家庭基站接入网络，根据无线接入位置的不同可以实现宏蜂窝网络的分流和家庭基站网络的分流。其中家庭基站网络的分流还包括面向Internet网络的数据分流和面向家庭或企业本地IP网络的数据分流，具体有图2和图3所示的3种典型分流应用场景[3-4]。
图2中的场景1描述的是用户通过宏基站接入时的分流，运营商可以通过分流技术将部分业务在靠近用户接入网的地方分流到Internet网络，在此过程中数据流量不经过运营商核心网，能够节省系统的传输资源。分流技术将数据从地理/逻辑上更接近用户的节点路由出去，一方面能够避免数据流量给核心网带来持续压力，一方面由于就近为数据选择路由，可以提高数据的路由效率，还有可能因为避开核心网资源拥塞而提升用户的业务体验。
图3描述了用户通过家庭基站接入的两种分流实现。场景2中，用户通过家庭基站接入访问家庭或者企业本地网络内的IP设备（如打印机、数字多媒体服务器等）。场景3中，用户通过家庭基站接入访问外部Internet网络。通过家庭基站网络的分流技术，用户与家庭网络中其他节点或者Internet服务器间的数据传递可以在本地进行疏导，无需传递到核心网节点。这样可以在核心网资源最大化利用的同时，也能为用户提供更加丰富的本地相关业务，增加用户的“黏”度。
2 分流技术的实现方案
本节基于特定的分流场景提出不同的分流技术实现方案，并通过对方案的分析和研究，概括出方案的特点，为实际应用提供理论参考。
2.1 宏蜂窝网络的分流
2.1.1 网关选择方案
网关选择方案基于网络部署来实现，即在靠近无线接入网侧的位置部署大量的分组网关，运营商则通过为分流业务选择就近的分组网关来卸载流量，图4、图5所示为3G和LTE网络中的分流实现方式[5]。
核心网在归属用户服务器（HSS）中为用户的分流业务所对应的接入点名字（APN）配置分流属性，当用户发起网络连接建立时，核心网根据用户请求的APN属性、本地分流策略、网元能力等决定是否启动数据分流。在决定执行数据分流时，核心网使用用户当前位置信息（如用户所附着的位置区标志、基站标志等）向域名系统（DNS）查询靠近用户侧的本地分组网关，基于S-NAPTR机制来约束用户到网关间的最短用户面路径。
在选择到靠近用户侧的本地分组网关（L-PGW或L-GGSN）后，核心网建立专为分流业务使用的网络连接，用户分流业务数据通过本地分组网关进行疏导，对同时存在的核心网业务没有影响。网关选择方案适用于支持多网络连接的用户终端，对于仅支持单个网络连接的用户终端来说，也可以通过本地网关的路由转发功能实现数据分流，此时的网络连接上应同时承载着分流数据和核心网数据，本地网关将核心网数据路由到运营商自营的核心网网络，本地网关也可将分流数据路由到外部的Internet网络。
由于分流业务的执行与本地分组网关的位置密切相关，所以当用户移动出本地网关的服务范围时，分流业务会因网络希望为分流业务重新指定一个就近的本地分组网关而中断，此时不能保证数据分流的业务连续性。
综上分析，网关选择方案沿用既有的3GPP网络移动管理和会话管理功能即可实现数据分流，仅需要增强基于用户位置的DNS查询机制即可。方案同时适用于3G和LTE网络，通过对本地分组网关功能的扩展即可实现计费、合法监听等业务功能，属于移动通信网络长期演进过程中优先考虑的方案。
2.1.2 Iu-PS接口流量卸载方案
Iu-PS接口流量卸载方案通过在宏基站与核心网之间部署传输分流功能（TOF）网元来实现业务分流，TOF网元监控Iu-PS接口上的信令和数据，根据配置的分流策略决定数据是否要进行流量卸载，网络架构如图6所示[5]。
TOF网元作为一个新定义的网元，可以单独部署或者与无线网络控制器（RNC）、家庭基站网关（HNB GW）合设。TOF向RNC和SGSN提供标准的Iu-PS接口，向外部Internet网络提供标准的Gi接口。TOF支持与计费网关（CG）和合法监听网关（LIG）的标准接口，用于计费和合法监听。
网络配置业务对应APN的分流属性，当用户请求用于分流的网络连接建立时，核心网指示TOF网元对此分流连接对应的无线承载启动分流处理。TOF网元监控Iu接口上传递的非接入层（NAS）和无线接入网络应用部分（RANAP）信令，建立或者删除分流业务的上下文信息，通过深度包检测（DPI）机制对上行数据进行检查，根据配置的分流策略决定是否本地分流。确定需要分流的数据通过网络地址转换（NAT）处理后发送到外部Internet网络，下行数据通过GPRS隧道协议（GTP）协议封装到对应的无线承载中。
此方案支持单个网络连接上的部分业务分流，分流粒度可控，不影响同时进行的核心网业务。由于TOF网元是分流业务的锚点，当用户移动到与TOF网元无连接的宏基站后，分流业务下行数据无法路由至新的宏基站，因此不能保证分流业务的连续性。
Iu-PS接口流量卸载方案本质上依赖于对Iu接口上信令和数据的监控，由于LTE网络升级了对空口信令的加密，TOF网元无法读取S1接口上传递的NAS信令，因此该方案仅适用于3G网络，是解决移动通信网络分流的阶段性解决方案。
2.2 家庭基站网络的分流
家庭基站网络的分流分为面向Internet网络的数据分流和面向家庭或者企业本地网络的数据分流，虽然数据流向不同，但是可以通过相同的网络架构支持分流实现[6]，如图7、图8所示。
为支持家庭基站网络的分流，在家庭基站组成的本地网络中部署本地网关（L-GW），它可以与家庭基站合设或者分设。在3G网络中，L-GW与家庭基站间都使用直接隧道方式进行通信。在LTE网络中，当L-GW分设部署时，L-GW与家庭基站间使用S1-U接口，此时L-GW需要合设S-GW的功能。在实际的企业应用场景中，L-GW中的S-GW也可以单独分离部署，这种场景下L-GW仅具有P-GW的功能。当L-GW合设部署时，L-GW仅具有P-GW功能，采用内部接口与家庭基站通信。
网络通过配置APN的不同属性来区分面向Internet网络的业务分流和面向家庭基站本地网络的业务分流。当用户请求分流业务对应的网络连接建立时，核心网为用户选择部署在家庭基站本地网络内的L-GW支持分流数据的转发。L-GW的选择可以有两种方式，可以在家庭基站上配置L-GW的地址，然后通过Iu或者S1接口转发消息告知核心网，也可以由L-GW通过动态DNS机制配置到运营商的DNS系统中，由核心网通过用户接入位置进行查询。在确定L-GW后，核心网建立家庭基站与L-GW之间的承载级本地分流数据通道。在L-GW分设部署的场景下，采用类似直接隧道（DT）的建立方式建立L-GW与家庭基站间的数据连接。在L-GW合设部署的场景下，核心网在Iu或者S1接口上增加承载绑定信息，完成家庭基站上的无线承载与L-GW上承载的绑定，分流数据可以直接通过承载路由到外部网络。
L-GW作为家庭基站网络分流的网关，通过APN配置可以识别分流业务的不同，为面向Internet网络的分流业务和面向家庭基站本地网络的分流业务提供不同的业务控制策略，可以在家庭基站本地网络范围内支持分流业务连续性。
3 结束语
文章提出的分流解决方案适用于用户数据量激增的3G和LTE移动通信网络，在实现分流的同时不影响其他并行的核心网业务。分布式部署本地网关的分流思想基于移动通信网络的移动性管理和会话管理机制，功能扩展简单，适合不同的部署场景，满足移动通信网络演进的需求。TOF网元通过信令面和控制面的检测实现分流，对已有网关功能无影响，部署简单，分流粒度可控，但仅适用于3G网络，是阶段性的分流技术方案。上述方案都存在与用户位置相关的分流点，因此仅在一定范围内可以支持分流业务连续性。
分流技术能够同时兼顾移动互联网业务需求和用户体验，符合移动网络的发展趋势，是实现网络可持续演进与保证运营商利益增长的必要手段。目前分流技术的研究尚存在不足，对用户业务连续性的支持、分流粒度较为粗放等问题需要进一步的研究和探讨。
参考文献
[1] 摩根士丹利.移动互联网研究报告[R].2009，12.
[2] Cisco. Visual Networking Index： Global Mobile Data Traffic Forecast Update[EB/OL]. http：//， 2011-2016.
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