简介
SAE考虑对全IP网络的影响：支持不同接入系统（现有的和将来的），基于运营商策略、用户喜好和接入网条件组合的接入选择；怎样实现基本系统性能的改善，如通信时延，通信质量，建立时间；怎么维持整个系统协商的QoS，特别是域间和不同网络之间，从网络链路到基站的QoS等。SAE支持不同接入系统之间的移动性，包括业务连续性：I-WLAN和3GPPPS域的业务连续性；怎样支持多种接入技术和终端在不同接入技术的移动性；当在不同的接入技术之间移动时，怎样维持和支持同样的接入控制能力，保密和计费等。网络架构涉及端到端的系统方面、核心网和不同的接入系统。
1 引言
早期2G系统主要为电路交换应用设计，主要支持语音业务和低速率数据业务，无法满足各种宽带业务的需求。随着因特网的出现，2G系统逐步向分组数据系统演进，在演进的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）网络中，所有通信流都被认为是分组数据，其优点是能够兼容和简化网络结构。随着各种应用向分组数据应用发展，核心网从电路域向分组核心网演进。与此同时，信息化时代人们对宽带化、移动化的要求越来越高，为了确保在未来移动宽带的竞争中占据优势，3GPP提出了LTE（Long Term Evolution，长期演进）和SAE（System Architecture Evolution，系统架构演进）方案，并制定了相关的标准。LTE专门用于无线接口的演进，SAE主要用于研究核心网络结构的演进。
2 SAE核心网演进方案
SAE采用扁平化的网络结构，减少了网络层次。在SAE架构中，去掉了基站控制器节点而将其功能分配到核心网和基站上处理。这种架构避免了对中间节点的投资，减少了数据传输的路径，降低了传输时延，为吞吐能力的提升奠定了基础。SAE架构的控制平面和用户平面完全分离，增加了组网灵活性。运营商可以根据用户数和业务量的发展情况，来更加灵活地选择是扩展控制平面还是扩展用户平面，从而提高网络资源的利用率，降低建设成本。
SAE架构充分考虑与现有网络的兼容，保护运营商的投资，这些兼容性包括与现有2G/3G的PS网络的互操作、与现有CS网络的互操作以及与现有网络的运营支撑设备（如HLR、计费网关等）的互操作等。目前移动通信网络从2G/3G向LTE网络演进后，核心网需要同时接入2G、3G和LTE无线网络。LTE/SAE构架中网元接口和功能较3G核心网分组域有较大的变化，在保证现有2G/3G核心网分组域有效应用的前提下，现有网络向SAE架构演进主要有现网升级演进方案、混合组网方案及独立组网方案三种。
2.1 现网升级演进方案
SAE是现有核心网分组域的演进方向，也是未来核心网的演进架构，因此，利用现有网元升级支持SAE架构是SAE组网方案之一。由于SAE是一个全IP化的网络，现有核心网分组域的IP化是分组域向SAE演进的必要条件。目前中国移动核心网分组域IP化已经在进行当中。
在现有网元中，可以升级支持SAE的网元为SGSN和GGSN，其中SGSN可升级为SAE的移动管理实体MME，GGSN可升级支持S-GW和P-GW的功能。这种演进方法的优点是保护运营商对2G/3G核心网投资，实现现有系统的平滑升级；形成统一的核心网分组域，可以提高用户切换感受；而且对计费网管影响较小。其缺点是设备接口较多，技术的复杂造成管理复杂，同时升级改造对现网会有影响。
SAE同软交换类似，采用控制和承载分离的架构。因此，如果采用现网升级改造的方式建设SAE网络，需要在在PS域首先引入“控制和承载分离”的技术，即Direct Tunnel（简称DT）技术。DT是3GPP R7新引入的功能，通过将核心网中的用户面和信令面分离，用户数据不再由SGSN进行转发，而是通过RNC和GGSN之间建立的单GTP隧道进行传输。当网络中数据量迅速增长而用户量较为稳定时，运营商无需同时对SGSN和GGSN进行大规模扩容，而只需根据需求扩容GGSN，从而为运营商节省投资。
现网升级演进方案的架构如图1所示：
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图1 现网升级演进方案示意图
2.2 混合组网演进方案
利用现有网元升级支持SAE，SAE网络中的网元全部利用现有资源；而在某些情况下，现网网元存在不支持SAE功能的情况，此时就需要采用现有部分网元和新建部分网元混合组网的方式来实现SAE组网。在混合组网演进方案中，将SGSN升级支持MME功能，而GGSN保持原有2G/3G接入，新建SAE的S-GW及P-GW网元支持LTE接入。这种方案的优点是在保留原有GGSN的基础上，根据用户需求灵活配置S-GW及P-GW，平衡了技术和成本。其缺点是SGSN需要制定选择GGSN或SAE S-GW及P-GW的策略，需要增加新的策略。混合组网演进方案的架构如图2所示：
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图2 混合组网演进方案示意图
2.3 独立组网演进方案
独立组网演进方案是指不升级现有SGSN和GGSN，保持其原有的2G/3G接入，新建MME和S-GW/P-GW设备支持LTE接入。这种方案的优点是引入全新的SAE设备，能提供更高的性能，能更快速部署SAE网络，同时对现有2G/3G系统影响较小。其缺点是新增网元造成网络成本增加，同时多系统造成2G/3G和LTE系统间切换的复杂性。独立组网方案的架构如图3所示：
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图3 独立组网演进方案示意图
3 SAE演进方案建议
在SAE引入初期，组网经验少，终端发展成熟度低，如采用现网升级演进方案或混合组网演进方案，对现网影响较大。因此，初期SAE网络应独立于现有网络，尽量不对现网造成影响。在SAE引入中期，组网经验逐渐丰富，SAE网络运行趋于稳定，可逐步将现网SGSN及GGSN融合入SAE网络当中，有利于网络管理及优化。在SAE引入后期，SAE承载业务逐渐增多，用户增长迅速，此时应将现有分组域网元全部融合于SAE当中，同时对组网结构进行优化。
现有核心网分组域向SAE架构的演进，需结合各地LTE业务发展情况及现网分组域设备对SAE升级的支持情况来决定，在SAE引入前期的分组域扩容工程中，应优先选择能够支持向SAE演进的SGSN及GGSN设备。具体演进步骤及各阶段网元设置如下：
第一步：SAE引入初期，在试点采用新建网元的方式独立组网，集中设置在试点城市，不对现有2G/3G核心网造成影响。
（1）MME以省为单位集中设置，且采用大容量MME网元节点设置方式，并引入MME POOL保证网络的安全可靠性。
（2）S-GW及P-GW建议采用合设的方式。从厂家支持情况考虑，大部分厂家均支持S-GW及P-GW合设；从投资情况考虑，S-GW及P-GW合设可以节省投资。
（3）HSS的设置，可以采取两种方案，一是新建独立的HSS，二是升级现网HLR设备作为HLR/HSS。其中第一种方案对现网影响较小，但需新建网元，未能充分利用现网资源；第二种方案对现网改造的工作量较大。由于HLR中存储用户数据的安全可靠性要求较高，第二种方案的实施存在较大的风险，因此在建设初期，建议选择独立建设HSS的方式。
第二步：SAE引入中期，基于试点验证后已有的组网经验，各地根据本地网元实际情况选择独立组网和混合组网方式。在不对现网造成较大影响的情况下，优选混合组网的方式，对现网SGSN及GGSN升级支持SAE。
（1）优先选择升级2G/3G SGSN支持MME功能的方式。从网元功能上看，MME完成的功能仅是SGSN的一个子集，只负责处理信令面。采用升级2G/3G SGSN支持MME功能的方式，除了能提高LTE与2G/3G网间切换成功率，还能充分利用现有资源，提高设备利用率；当2G/3G与LTE的业务模型比例发生变化时，能够更好地利用设备资源。当现网设备不具备升级支持MME功能时，采用新建MME方式。
（2）随着业务量的增长，根据实际情况，考虑设置独立的S-GW和P-GW疏通业务，可以通过DNS和MME的数据配置实现此种组网。
第三步：SAE引入后期，在组网经验非常丰富的情况下，SAE的建设采用与现网全面融合的方式，选择具备条件的SGSN、GGSN进行升级。
（1）应以提高LTE与2G/3G互操作效果为目的，采用融合组网方式。
（2）根据业务需求，对现网2G/3G SGSN进行改造，使其具备MME功能；或采用新建2G/3G SGSN/MME逐步替换不支持改造的2G/3G SGSN。
（3）根据业务需求，对现网2G/3G GGSN进行改造，使其具备SAE-GW功能；或采用新建SAE-GW/2G/3G GGSN逐步替换不支持改造的2G/3G GGSN。
4 结论
LTE/SAE作为后3G技术，具有其他技术所没有的诸多优点。作为IMS网络架构的接入层，SAE能够支持多种接入方式，如Wi-Fi、WiMAX等，同时SAE还支持多种计费方式及鉴权方式。通过部署LTE/SAE，移动运营商在全业务运营时代将更加具有竞争力。
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