CN113438622A - 虚拟运营商车载核心网组网方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种虚拟运营商车载核心网组网方法，LBO漫游方式及核心网、语音、短消息互联方式均为3GPP标准中可选的方案，本发明除了结合车厢覆盖场景综合上述方案外，创新性地设计了基于位置的云化MANO编排调度动态寻址的方法。将铁路覆盖划分为若干区域，设计了在区域切换时核心网与公共网元重新编排组合动态地保持移动通信服务连续性的方法。是一种全新的互联网技术与通信技术的结合，可有效地解决人群密集的移动场景通信要求，与体育场馆、演唱会等固定密集场景一样，是一种重要的通信业务场景，需要采用特定的技术手段才能最终满足终端用户大容量、高带宽、高速移动的业务需求。

Description

虚拟运营商车载核心网组网方法
技术领域
本发明涉及5G移动通信领域，具体是一种虚拟运营商车载核心网组网方法。
背景技术
通常虚拟运营商是在公众运营商网络基础上，提供特定套餐业务服务，销售特定SIM卡号段。为此需要建设相应的运营支撑系统，并与公网运营商的运营支撑系统对接，且虚拟运营商强烈地依赖某家特定公网运营商，虚拟运营商本质上是从事通信服务外包的角色。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种虚拟运营商车载核心网组网方法，可有效地解决人群密集的移动场景通信要求，与体育场馆、演唱会等固定密集场景一样，是一种重要的通信业务场景，需要采用特定的技术手段才能最终满足终端用户大容量、高带宽、高速移动的业务需求。
本发明包括LBO漫游方式、业务互联方式以及基于位置的云化MANO编排调度动态寻址的方法。
所述的LBO漫游方式为申请专用的PLMN号，与每家公网运营商达成漫游协议，商定漫游计费结算方式，由用户自主通过OTA的方式解除在原归属运营商中的漫游限制，手机在车厢专网入网注册时，由vSEPP向hSEPP转发信令，完成鉴权及策略协商，双方通过SEPP隐藏各自的网络拓扑。
所述的业务互联方式包括核心网互联、语音业务互联和短消息互联。
所述的基于位置的云化MANO编排调度动态寻址的方法采用混合云的方式，在公有云上建立虚机部署，虚机以私有云平台进行管理，其中编排调度MANO系统中专门建立列车车次与当前位置的数据库，位置信息作为车地互通SDN链路的输入参数，当列车行驶到不同的铁路局范围下时，车载网元就会接入不同的公用网元，MANO系统编排根据列车位置，动态调整车地链路的VPN通道与IP地址，并且在路局切换时同步更新当前车载用户的会话数据记录。
进一步改进，所述的SEPP漫游网关在全国统一设置一处或在省际核心网边界设立多处网关。
进一步改进，所述的核心网互联中，车载核心网采用轻量化LTE/5G融合网元，并且各个车厢的车载核心网，统一由一个私有云平台进行管理；车载核心网网元包括UPF/GW-U合一网元，AMF/MME合一网元，SMF/GW-C合一网元及IMS网元、MEC本地应用平台，虚拟运营商地面核心网公用网元包括SMSF、NSSF、CHF、NRF、PCF/PCRF合一网元、SEPP及NEF、RADIUS。
进一步改进，所述的语音互联中，IBCF实现IMS信令互通，TrGW实现IMS媒体互通；专网在铁路局级设置IBCF/TrGW与每运营商省级的IBCF/TrGW互联；车载IMS与地面IMS完成VONR的语音互通，对于NSA模式的按EPS fallback方式回落为LTE模式；IMS鉴权HSS由公网运营商5GC UDM合设。
进一步改进，所述的短消息互联中，采用SMS over NAS方式，专网在铁路局及设置统一的SMSF及STP实现与公网省际消息中心的互通。
进一步改进，列车越区切换时，将全国列车运营区域划分为若干个虚拟运营覆盖区域，全国建立一个地理位置信息库，跟踪车载CPE的当前所属区域，当行驶中区域切换时，核心网云平台控制车载核心网缓存当前业务数据，与地面公共网元重新编排建立连接，保持有限的业务连续性。
本发明有益效果在于：
1、本方案虚拟运营商不出售SIM卡资源，建设除鉴权网元外的整个网络，提供移动通信业务，并且业务场所位于高速移动的车厢特定场合的一种组网方式。虚拟运营商不需要建设后台运营支撑系统，且服务对象不局限于特定的运营商用户，而是针对特定移动场景——列车车厢，为全体移动通信用户提供LTE/5G通信覆盖，克服高速移动时多普勒效应及车体穿透损耗的高质量移动通信服务，从组织运营和组网技术手段上都是一种创新。
2、该组网方式是针对密集人群整体移动场景下，乘客长时间处理一个相对封闭的环境下有强烈的移动通信业务需求，是公共陆地移动通信网络的重要补充，是将公网运营商在铁路沿线的无线覆盖资源集中共享共建，网络融合，避免多家运营商重复建设重复投资。
附图说明
图1为本发明逻辑组网方式示意图。
图2为异网号LBO漫游方式示意图。
图3为SIM卡鉴权选择流程示意图。
图4为网元动态寻址组网流程示意图。
图5为公专网核心网互联示意图。
图6为公专网VONR语音互联示意图。
图7为公专网短消息互联方案示意图。
图8为列车越区切换业务流程示意图。
图9为NSA组网方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明整体逻辑组网如图1所示，包括LBO漫游方式、业务互联方式以及基于位置的云化MANO编排调度动态寻址的方法。
所述的LBO漫游方式如图2所示，申请专用的PLMN号，与每家公网运营商达成漫游协议，商定漫游计费结算方式，由用户自主通过OTA的方式解除在原归属运营商中的漫游限制，手机在车厢专网入网注册时，由vSEPP向hSEPP转发信令，完成鉴权及策略协商，双方通过SEPP隐藏各自的网络拓扑。
其中，SIM卡号段识别鉴权UDM归属地的流程如图3所示。
所述的基于位置的云化MANO编排调度动态寻址的方法采用混合云的方式，网元动态寻址组网流程示意图如图4所示，在公有云上建立虚机部署，虚机以私有云平台进行管理，其中编排调度MANO系统中专门建立列车车次与当前位置的数据库，位置信息作为车地互通SDN链路的输入参数，当列车行驶到不同的铁路局范围下时，车载网元就会接入不同的公用网元，MANO系统编排根据列车位置，动态调整车地链路的VPN通道与IP地址，并且在路局切换时同步更新当前车载用户的会话数据记录。
所述的业务互联方式包括核心网互联、语音业务互联和短消息互联。
1、核心网互联方案。
核心网互联如图5所示，车载核心网采用轻量化LTE/5G融合网元，并且各个车厢的车载核心网，统一由一个私有云平台进行管理。
车载核心网网元包括UPF/GW-U合一网元，AMF/MME合一网元，SMF/GW-C合一网元及IMS网元、MEC本地应用平台。
虚拟运营商地面核心网公用网元包括SMSF、NSSF(可选)、CHF、NRF、PCF/PCRF合一网元、SEPP及NEF、RADIUS（可选）。
专网不设UDM/AUSF网元，鉴权及用户数据全按异网漫游方式由公网归属运营商核心网相关网元完成，公网与专网之间设立安全边际网关代理SEPP，专网统一的vSEPP与各公网运营商的hSEPP分别对接，对接点设为专网铁路局点与公网邻近的省际核心网之间。
2、语音互联方案。
语音互联如图6所示，IBCF实现IMS信令互通，TrGW实现IMS媒体互通；
专网在铁路局级设置IBCF/TrGW与每运营商省级的IBCF/TrGW互联；
车载IMS与地面IMS完成VONR的语音互通，对于NSA模式的按EPS fallback方式回落为LTE模式；
IMS鉴权HSS由公网运营商5GC UDM合设。
3、短消息互联方案。
公专网短消息互联方案如图7所示，采用SMS over NAS方式，专网在铁路局及设置统一的SMSF及STP实现与公网省际消息中心的互通;
可实现车载专网与公网的2G SMSC、3G及LTE的IP-SM-GW、5G SMSF消息互通；
因协议标准的演进，暂时只实现短消息的互通；将来升级STP版本可实现RCS消息的互通，对于5G富媒体群聊消息，由创建群组的用户手工选择将群聊焦点转移至各运营商或虚拟运营商专网的SMSF。
越区切换流程如图8所示。
将全国列车运营区域划分为若干个虚拟运营覆盖区域，全国建立一个地理位置信息库，跟踪车载CPE的当前所属区域，当行驶中区域切换时，核心网云平台控制车载核心网缓存当前业务数据，与地面公共网元重新编排建立连接，保持有限的业务连续性。越区切换流程。
NSA组网方式如图9所示。
区别于公网常见的OPTIN3系组网方式，本方案虚拟运营商为给乘客提供兼容于LTE与5G的移动通信服务，因原来没有LTE核心网，所以LTE与5G共用核心网选择OPTION4方式，以NR作为主节点，所有LTE的信令与业务数据均通过NR转发至5GC，该NSA组网所用LTE基站要示是增强型兼容5GC版本的。
缩略语
gNB 5G基站
NG-eNB next gernation E-UTRAN Node B 下一代演进型基站
AMF Authentication Management Field 鉴权管理实体
IMS IP Multimedia Subsystem IP媒体子系统
UDM Unified Data Manager 统一数据管理平台
PCF policy control function 策略控制功能
PCRF Policy and Charging Rules Function 策略与计费规则功能
AUSF Authentication Server Function 鉴权服务功能
SEPP Security Edge Protection Proxy 安全边界保护代理
SMSF Short Message Service Function 短消息服务功能
UPF User Plane Function 用户面功能
SMF Session Management function 会话管理功能
AMF Access and Mobility Management Function 接入与移动性管理功能
NRF Network Repository Function网络仓储功能
CHF Charging Function 计费功能
MANO management and orchestration管理与编排
5GC 5G CORE 5G核心网
RADIUS Remote Authentication Dial-In User Server远程认证拨号用户服务
NEF Network Exposure Function 网络开放功能
NSSF Network Slice Selection Function网络切片选择功能
LBO Local break out 本地疏导
PLMN Public Land Mobile Network公共陆地移动网络
HSS Home Subscriber Server归属用户服务器
DNS Domain Name System域名系统
OTA Over-the-Air 空中下载
VPN Virtual Private Network 虚拟私有网络
LTE Long Term Evolution长期演进
MEC Mobile/Multi-access Edge Computing 移动/多接入边缘计算
SIM Subscriber Identity Module用户识别模块
ENUM E. 164 Number to Uniform Resource Identifier Mapping 电话号码统一资源标识映射
BGCF Breakout Gateway Control Function 出口网关控制功能
IBCF Interconnect Border Control Function互联边界控制功能
TrGW Transition Gateway过渡网关
P-CSCF Proxy-Call Session Control FuncTIon代理呼叫会话控制功能
I-CSCF Interrogating - Call Session Control Function询问-呼叫会话控制功能
S-CSCF Serving - Call Session Control Function服务-呼叫会话控制功能
STP Signaling Transfer Point 信息传输节点
SMSC Short Message Service Center 短消息中心
IP-SM-GW IP-Short-Message-Gateway IP短消息网关
VONR voice over new radio新空口语音方案
NAS non-access-stratum 非接入层
MVNO Mobile Virtual Network Operator移动虚拟运营商
RCS Rich Communication Services富媒体通信服务
NSA Non-standalone 非独立组网方式。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种虚拟运营商车载核心网组网方法，其特征在于：包括LBO漫游方式、业务互联方式以及基于位置的云化MANO编排调度动态寻址的方法；
所述的LBO漫游方式为申请专用的PLMN号，与每家公网运营商达成漫游协议，商定漫游计费结算方式，由用户自主通过OTA的方式解除在原归属运营商中的漫游限制，手机在车厢专网入网注册时，由vSEPP向hSEPP转发信令，完成鉴权及策略协商，双方通过SEPP隐藏各自的网络拓扑；
所述的业务互联方式包括核心网互联、语音业务互联和短消息互联；
所述的基于位置的云化MANO编排调度动态寻址的方法采用混合云的方式，在公有云上建立虚机部署，虚机以私有云平台进行管理，其中编排调度MANO系统中专门建立列车车次与当前位置的数据库，位置信息作为车地互通SDN链路的输入参数，当列车行驶到不同的铁路局范围下时，车载网元就会接入不同的公用网元，MANO系统编排根据列车位置，动态调整车地链路的VPN通道与IP地址，并且在路局切换时同步更新当前车载用户的会话数据记录。
2.根据权利要求1所述的虚拟运营商车载核心网组网方法，其特征在于：所述的SEPP漫游网关在全国统一设置一处或在省际核心网边界设立多处网关。
3.根据权利要求1所述的虚拟运营商车载核心网组网方法，其特征在于：所述的核心网互联中，车载核心网采用轻量化LTE/5G融合网元，并且各个车厢的车载核心网，统一由一个私有云平台进行管理；车载核心网网元包括UPF/GW-U合一网元，AMF/MME合一网元，SMF/GW-C合一网元及IMS网元、MEC本地应用平台，虚拟运营商地面核心网公用网元包括SMSF、NSSF、CHF、NRF、PCF/PCRF合一网元、SEPP及NEF、RADIUS。
4.根据权利要求1所述的虚拟运营商车载核心网组网方法，其特征在于：所述的语音互联中，IBCF实现IMS信令互通，TrGW实现IMS媒体互通；专网在铁路局级设置IBCF/TrGW与每运营商省级的IBCF/TrGW互联；车载IMS与地面IMS完成VONR的语音互通，对于NSA模式的按EPS fallback方式回落为LTE模式；IMS鉴权HSS由公网运营商5GC UDM合设。
5.根据权利要求1所述的虚拟运营商车载核心网组网方法，其特征在于：所述的短消息互联中，采用SMS over NAS方式，专网在铁路局及设置统一的SMSF及STP实现与公网省际消息中心的互通。
6.根据权利要求1所述的虚拟运营商车载核心网组网方法，其特征在于：列车越区切换时，将全国列车运营区域划分为若干个虚拟运营覆盖区域，全国建立一个地理位置信息库，跟踪车载CPE的当前所属区域，当行驶中区域切换时，核心网云平台控制车载核心网缓存当前业务数据，与地面公共网元重新编排建立连接，保持有限的业务连续性。
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