LTE国际漫游的关键问题研究

LTE国际漫游的关键问题研究

文章首先介绍了LTE核心网的组网架构，通过对比现有2/3G PS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。

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2/3G PS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。

【摘要】

【关键词】

LTE S6a接口 S8接口国际漫游分离组网

收稿日期：2012-03-01图1 2/3G PS域国际漫游业务流程责任编辑：周锦宜　zhoujinyi@

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M A P过程：通过万众的S G S N，结合I S T P （International STP），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I S T P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ISP roaming和PLMN roaming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P L M N roaming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

T D-L T E的核心网架构称为S A E（S y s t e m Architecture Evolution）。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G r有很大的不同：首先是其底层的传输模式，由原来的T D M 演化为I P模式；其次是N A S层，由原来的M A P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G p/G n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PLMN roaming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（International DRA）是国际间D R A设备，负责转发国际D R A信令。D R A（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N A T（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-D R A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2/3G PS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