5G数据库组网方案

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　　【摘  要】为了实现4G/5G互操作，5G核心网的用户签约数据库UDM和策略数据库PCF必须分别与4G核心网的HSS和PCRF融合建设，基于5G的组网需求和2G/3G/4G的网络部署经验，梳理了几种可行的数据库组网方案，分析了5G网络的数据库组网需要从用户不换卡不换号的开通需求、数据库融合、4G数据迁移、网络路由等多个方面来考虑技术方案，从而保证4G用户升级为5G用户的业务体验。
　　【关键词】不换卡不换号;数据迁移;网络路由
　　doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.01.010        中图分类号：TN919.8
　　文献标志码：A        文章编号：1006-1010（2020）01-0054-04
　　引用格式：李文苡. 5G数据库组网方案[J]. 移动通信， 2020，44（1）： 54-57.
　　0   引言
　　5G时代提供增强的移动宽带业务，为了尽快为用户提供服务，优化用户体验，同时考虑保护4G网络刚刚完成建设的投资，如何建设5G网络的数据库对移动运营商来说是一个比较大的难题。
　　对于用户来说，能够不换卡不换号，只换个手机就可以从4G升级使用5G业务，应该是最佳体验。从用户角度来说，涉及到两个关键问题：1）4G用户的数据如何从4G网络迁移到5G网络;2）4G用户的5G业务开通如何实现对用户最为方便。另外，从网络角度来说，还需要考虑：1）4G和5G的建设成本;2）IT系统的改造成本。本文接下来将探讨分析下有哪些方案可以解决这些问题，以及相关解决方案的优缺点。
　　1   5G数据库组网
　　1.1  组网需求
　　5G网络可以支持以下类型的卡接入：
　　（1）4G卡：5G网络定义的AKA鉴权方式和4G网络基本类似，可以基于4G的鉴权向量进行鉴权，因此可以在满足4G用户不换卡、不换号的情况下，通过更换5G终端即接入5G网络进行5G业务的需求。5G终端负责将4G卡的IMSI号码转换成未加密的SUCI号码进行5G注册。数据库组网需考虑4G号码的割接或数据迁移，以及相同号段下部分号码路由到4G、部分号码路由到5G的网络路由问题。
　　（2）5G卡：5G網络定义了一种新的用户号码方式——SUCI，对原有的IMSI号码进行加密。新卡可以做成SUCI加密卡，如果用户（比如政企客户）需要此类卡，需办理换卡手续。新卡可以使用新号段，通过号段分析直接区分路由到5G数据库中。
　　由此可以看出，如果要解决用户不换卡不换号的问题，在5G网络架构中需涉及以下网元的部署，如图1[1]所示：
　　（1）终端：5G终端负责将4G卡的IMSI号码转换成未加密的SUCI进行5G网络注册;
　　（2）AUSF负责SUCI鉴权，鉴权成功后返回用户的IMSI号码;
　　（3）UDM/HSS负责存储用户4G/5G签约数据;
　　（4）PCF/PCRF负责存储用户4G/5G策略数据。
　　而其中，终端和AUSF都与4G网络无关，所以UDM/HSS和PCF/PCRF的组网方案就成为解决不换卡不换号以及网络路由问题的主要因素。
　　1.2  组网方案
　　为了保证用户使用业务的连续性，5G网络需要支持4G/5G互操作，5GC的UDM和PCF必须是融合的节点，为UDM/UDR/EPS HSS/IMS HSS（EPC HSS和IMS HSS以下简称HSS，该网元简称UDM/HSS）和PCF/PCRF。
　　UDM/HSS和PCF/PCRF（以下简称数据库）以新建为前提，有两种方案：割接和迁移。
　　（1）组网方案一：新建割接
　　数据库组网如图2所示：
　　该方案新建虚拟化融合数据库，并割接原EPC HSS BE和PCRF SPR中的数据到新建的UDR中，各类FE新建虚拟化设备。新建的数据库可以引入新厂家设备，方案支持全网用户默认签约和单用户签约，用户不换卡不换号。
　　该方案对现网的改造要求如下：
　　1）现网DRA的路由接口从原HSS和PCRF改为到新数据库;
　　2）IT系统服务开通接口从原HSS和PCRF改为到新数据库。
　　该方案主要是数据库之间的数据拷贝，可以一次性或分批割接，新库数据可以离线完成倒换，因此方案的主要优点就是对IT系统要求较小，只需升级支持5G数据，并将原有网络接口割接到新数据库即可，网络路由简单。
　　该方案最大的缺点在于对现网影响较大、风险较大，因此其实施难点也主要为需研究成熟、稳定的数据库割接方案，并保证割接后的数据一致性。同时，该方案投资大，特别是浪费了前期对4G的投资。
　　（2）组网方案二：新建迁移
　　新建迁移方案与方案一的不同在于不是全网用户默认签约，而是针对单用户签约，用户签约5G后用户数据迁移到新库中，EPC中不再保留原有数据。视市场策略决定用户不换卡，或者换卡换新号段。
　　根据数据库组网对IT系统的影响分析，如果对IT系统影响小，新建数据库和现网数据库最好是同厂家，异厂家则对IT系统改造要求较高，因此该方案分同厂家和异厂家来分析对现网和IT系统的影响。
　　1）同厂家
　　同厂家数据库组网如图3所示：
　　该方案中，现网HSS BE、SPR和新数据库UDR之间开私有接口。
　　如果用户不换卡不换号，5G多模终端从4G空口附着和建立承载时，查询网元通过DRA寻址到旧库（EPC HSS FE或PCRF FE）中查询数据，如果该用户已迁移到新库，由私有接口转发查询消息到新库，并原路返回查询结果。 　　如果用户换卡，5G可以使用新的IMSI号段，DRA增加新号段的数据分析，直接寻址到新库中查询。
　　该方案对现网的改造要求有：
　　◆HSS、PCRF升级支持私有接口进行数据迁移和数据查询;
　　◆DRA增加新号段（如有）的路由分析和到新库的接口;
　　◆IT系统配合厂家协同完成数据迁移（IT系统可以仍然保留原有接口，或者部署新的受理网关，厂家通过私有接口完成数据迁移，具体实施方案视厂家的内部实现方式制定）。
　　该方案的实施难点在数据迁移方面，迁移方案私有定制，依赖厂家实现，运营商无法统一评判标准。
　　2）异厂家
　　异厂家数据库组网如图4所示。
　　由于现网数据库和新建数据库是异厂家，后端数据存储的接口不易打开，因此业务受理和数据迁移主要依赖IT系统完成。
　　如果用户不换卡不换号，5G多模终端从4G空口附着和建立承载时，查询网元通过DRA寻址到旧库（EPC HSS FE或PCRF FE）中查询数据，如果该用户已迁移到新库，可以在旧库的FE和新库的FE之间开转发接口（可选，需制定新的标准）或通过DRA错误码重路由方式进行网络路由寻址，转发消息到新库。
　　如果用户换卡，5G可以使用新的IMSI号段，DRA增加新号段的数据分析，直接寻址到新库中查询。
　　该方案对现网的改造要求有：
　　◆HSS、PCRF升级支持转发接口进行数据查询（可选）;
　　◆DRA增加到新库的接口，升级或配置支持错误码重路由方式，增加新号段的路由分析（如有）;
　　◆IT改造实现数据迁移，增加与新旧用户数据库的接口，增加4G转5G签约流程（如查询单用户在旧库中的所有数据，写入新库，删除旧库数据等），支持异厂家之间模板和指令转换等。
　　该方案的实施难点在数据迁移方面，主要是对IT系统改造要求较大，且用户开户等待时间较长。
　　1.3  方案实现
　　（1）HSS proxy转发信令方式
　　HSS proxy转发信令方式可以是UDM/HSS组网方案中网络路由的一种方式，要求EPC HSS和UDM/HSS之间新增HSS proxy接口，该接口采用Diameter协议，用于转发EPC的S6a消息和IMS的Cx、Sh消息，如图5所示。
　　具体流程如下：
　　1）MME/I-CSCF/S-CSCF/AS消息路由到DRA[2]。
　　2）DRA根據目的地信息将消息发送到传统HSS[2]。
　　3）～4）如果用户在HSS中未开户，HSS则通过HSS proxy接口将消息经过DRA转发给5G UDM/HSS网元。
　　5）～6）UDM/HSS将HSS proxy消息等同于S6a/Cx/Sh消息处理完毕后，经过DRA给传统HSS返回响应消息。
　　7）～8）传统HSS将响应消息返回给请求端。
　　MME/CSCF/AS获得UDM/HSS主机名后，后续可以和UDM/HSS直接交互消息。
　　（2）DRA错误码重定向方式
　　DRA错误码重定向方式可以是UDM/HSS组网方案中网络路由的一种方式，要求DRA根据EPC HSS返回的错误码，把Diameter消息重路由到UDM/HSS，实现流程如图6所示。
　　具体流程如下：
　　1）MME/I-CSCF/S-CSCF/AS消息路由到DRA[2]。
　　2）DRA根据目的地信息将消息发送到传统HSS[2]。
　　3）如果用户在HSS中未开户，HSS则返回错误码。
　　4）DRA根据预配置信息，把原Diameter请求路由到对应的UDM/HSS。
　　5）UDM/HSS返回Diameter应答消息。
　　6）DRA将应答消息转发回请求方。
　　MME/CSCF/AS获得UDM/HSS主机名后，后续可以和UDM/HSS直接交互消息。
　　2   结束语
　　移动网内的数据库关系到全网用户的静态数据和动态数据保存，关系重大，可靠性和安全性要求都非常高，而且数据库与IT系统关系密切。本文提到的IT系统改造就涉及到CRM系统、码号系统、计费系统、服开系统、激活系统等多个系统（不同运营商的组织架构不同，涉及的系统名字可能不一样，但是工作内容类似），工作量大、流程复杂，因此运营商考虑数据库的组网时，必须非常谨慎，需要全面衡量。
　　从2018年底3GPP R15标准冻结以来，中国的5G SA网络研发和建设处于全球领先水平，这既是机遇也是挑战，因为全球没有案例、没有经验可借鉴。本文基于5G的组网需求和2G/3G/4G的网络部署经验，梳理了几种可行的数据库组网方案，如何使用这些方案需要根据运营商的市场策略、同/异厂家组网、IT改造难易进行选择。当然，从技术层面来说，还可以有更多的方案。
　　参考文献：
　　[1]    3GPP. 3GPP TS 23.501： System Architecture for the 5G System; Stage 2 （Release 15）[S]. 2019.
　　[2]    3GPP. 3GPP TS 23.401： Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network; （E-UTRAN） access （Release 15）[S]. 2019.
　　作者简介
　　李文苡（orcid.org/0000-0003-1182-9458）：高级工程师，毕业于南京邮电学院计算机系，现任职于中国电信股份有限公司智能网络与终端研究院，主要研究方向为各种制式的移动核心网技术和组网。
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