CDMA運營商分組核心網絡基于雙棧技術引入IPv6組網研究

楊威　黃根華　張磊

【摘要】 本文簡要介紹了IPv6雙棧技術的特點，通過分析國內CDMA運營商移動核心網分組域網絡，對引入IPv6雙棧技術在移動分組核心網絡中組網進行了研究，以實現運營商快速平滑地升級網絡，保證未來網絡和業務的可持續發展。

【關鍵詞】 雙棧 IPv6 移動分組域 CDMA

Abstract This paper briefly introduces the characteristics of IPv6 dual stack， through the analysis of packet domain network of the domestic CDMA operators mobile core network， the introduction of IPv6 dual stack in mobile packet core network is researched， in order to quickly and smoothly upgrade network for operator， guarantee the sustainable development of the network and business in the future.

Keywords dual protocol stack， IPv6， mobile packet network， CDMA

一、引言

近幾年，隨著3G的深入推廣，尤其是智能終端的普及，移動互聯網獲得了前所未有的發展，移動互聯網流量和用戶數均呈現爆發式增長。據有關權威部門統計發布，到2013年末，國內互聯網用戶數將達到6.11億，其中移動互聯網用戶數將達到4.61億，這說明移動終端已遠遠超過PC，成為互聯網上使用最多的設備，未來接入移動互聯網的用戶和終端仍將繼續呈現大幅增長的態勢。目前移動互聯網仍然以IPv4為基礎協議，用戶上網采用的仍然是IPv4地址，和固定互聯網業務相比，移動互聯網業務具有端到端和永遠在線的特性，所以移動互聯網將消耗更多的 IP 地址；此外物聯網、傳感網等新型業務的快速發展也將極大地推動對IP 地址的需求，面對日益增長的用戶和終端接入需求，電信運營商將面臨新增用戶業務開放無可用IPv4 地址的困境。

IPv6 作為下一代互聯網協議，是針對IPv4 現在面臨的問題而提出的，IPv6 在地址容量、安全性、網絡管理、移動性以及服務質量等方面有明顯的改進，并且已經在主流設備中獲得了廣泛的支持，在IPv4地址面臨枯竭的背景下，業界各大運營商紛紛嘗試通過建設基于IPv6 技術的下一代互聯網，搶占市場和技術的制高點。CDMA是國內3G網絡的標準制式之一，擁有大量的3G用戶和豐富的業務應用，也同樣面臨地址短缺的窘境，探討在CDMA 分組核心網絡中引入IPv6技術，應對移動互聯網大發展的挑戰，為全面部署IPv6做好準備，從而保證運營商未來網絡和業務的可持續發展有重要意義。

二、CDMA分組核心網絡架構

CDMA分組網絡包括無線接入網絡和分組域核心網絡兩部分，其中無線接入網絡部分有1x 接入和Ev-Do 接入兩種，分組核心網絡主要負責用戶的認證、計費、數據報文轉發等。CDMA運營商分組域核心網絡一般分為骨干和省兩級結構進行建設，骨干網絡包括骨干AAA、CG網關等設備，主要負責全網用戶的國際漫游業務；省級網絡包括PDSN，AAA，AN-AAA，HACCG等設備，主要負責省內用戶的數據業務。CDMA分組核心網可向移動用戶提供基于簡單IP、移動IP的接入業務，省級CDMA分組核心網絡架構如圖1所示：

其中PDSN位于分組交換公共數據網與無線接入網之間，負責管理用戶狀態，轉發用戶數據，并為移動終端分配IP地址；AAA服務器位于分組核心網中，主要完成認證、授權和計費的功能； AN-AAA服務器主要對EV-DO用戶進行鑒權認證，完成EV-DO用戶終端身分合法性的鑒權功能；HACCG即歸屬代理內容計費網關，與PDSN，AAA，BSS等網元配合，實現內容計費和智能計費策略控制等功能。目前CDMA分組核心網絡仍全部采用IPv4互聯網協議進行組網，面對接入用戶和終端數量迅猛增長，地址資源短缺問題日益突顯。

三、IPv6雙棧技術

面對目前由于移動互聯網迅猛發展帶來的困擾，運營商分組網絡向IPv6的過渡和升級已經是發展的必然趨勢和要求，由于IPv4和IPv6協議不兼容，在IPv4 向IPv6 過渡演進時， 網絡/主機/服務器不可能同時升級到IPv6，新老用戶也將長期同時存在，為了保證網絡演進的平滑過渡，用戶使用過程無感知，分組網絡設備必然要同時轉發IPv4 和IPv6 的數據包，要同時承載只支持IPv4的老終端和支持IPv6 的新終端。采用IPv6雙棧技術，能滿足這一需求。

IPv6和IPv4是功能相近的網絡層協議，兩者都基于相同的物理平臺，并且加載于其上的傳輸層協議TCP和UDP也沒有區別，實現IPv6 節點與IPv4 節點互通的最直接的方式是在IPv6節點中加入IPv4 協議棧。雙協議棧技術（DualStack）是在網絡設備上（如一個主機或一個路由器）同時啟用IPv4 和IPv6 協議棧，在現有網絡基礎上同時運行IPv4和IPv6。雙協議棧系統能同時支持IPv4 和IPv6 協議，即擁有IPv4 地址，又擁有IPv6 地址，因而可以收發IPv4 與IPV6 兩種數據報，它能用IPv4 和僅僅支持IPv4 的主機進行通信，用IPv6 和僅僅支持IPv6 的主機進行通信，從而實現了互通。雙協議棧技術是IPv6過渡技術中應用最廣泛的一種過渡技術，同時它也是所有其它過渡技術的基礎。

四、引入IPv6雙棧技術組網方案

在運營商現有CDMA分組核心網絡中部署IPv6技術，尤其要重點考慮的問題是網絡平滑演進，盡可能小的影響現網業務運行。為了工程順利穩妥進行，建議在目前移動分組域核心網基礎上，采用新增、升級的方式，以省為單位，分階段實施，建設支持IPv4/IPv6雙棧用戶接入訪問業務的分組域核心網絡。endprint

第一階段：新增一套支持雙棧的移動分組核心網設備，包括PDSN、HACCG、AAA和CE路由器，新增雙棧設備建議采用與現網同廠家的設備，雙棧設備的容量根據預測的IPv6用戶數配置，建議考慮一定的冗余系數1.2～1.5，以提升設備的容災能力，要求新增的雙棧設備硬件上和現網使用的設備一致，通過升級軟件版本的方式支持IPv6雙棧協議。

新增的移動分組核心網雙棧設備向下連接現網無線網絡，向上通過雙棧CE接入CN2和163骨干網。在現網PDSN上增加配置將IPv6用戶重定向至雙棧PDSN，IPv6用戶通過現網無線網絡首先接入到現網PDSN，然后被重定向至雙棧PDSN上建立PPP連接；在現網AAA上增加對IPv6用戶IMSI號段消息進行轉發的功能配置，IPv6用戶通過雙棧PDSN到新增的AAA服務器上進行認證計費；對現網無線側BSC設備增加配置，增加與雙棧PDSN互通的路由數據；對現網AN-AAA設備增加配置，增加IPv6用戶DO接入認證的配置信息數據。新增的移動分組核心網雙棧設備和現網的單棧設備進行疊加組網，如圖2所示：

第二階段：根據第一階段新增雙棧設備運行情況，逐步對現網移動分組域核心網設備進行軟件版本升級，全面支持IPv4/IPv6雙協議。對現網AAA服務器升級后，將第一階段新增雙棧AAA并入現網升級后的AAA系統，雙棧AAA和升級后AAA共用一套數據庫，統一完成IPv4/IPv6用戶認證、授權和計費。

采用分階段，以省為單位進行建設，能較好地保證用戶的使用體驗，快速在全網推進IPv6技術部署，即使各省建設進度不同步，也不會影響雙棧用戶的漫游使用，下面以雙棧用戶簡單IP接入為例進行說明：（1）雙棧用戶漫出到支持雙棧接入的省份。雙棧用戶漫出到支持雙棧接入的省份，歸屬AAA同時返回IPv4和IPv6授權，由于支持雙棧接入的省份PDSN支持SIPv6用戶接入，可同時分配IPv4和IPv6地址給雙棧用戶訪問業務，雙棧用戶優先使用IPv6方式接入分組域網絡。（2）雙棧用戶漫出到暫不支持雙棧接入的省份。雙棧用戶漫出到暫不支持雙棧接入的省份，歸屬AAA同時返回IPv4和IPv6授權，由于暫不支持雙棧接入的省份PDSN不支持SIPv6用戶接入，PDSN將忽略SIPv6授權屬性，僅給用戶分配IPv4地址訪問業務，用戶最終以IPv4方式接入分組域網絡。雙棧用戶漫出到支持雙棧接入的省份和暫不支持雙棧接入的省份，均能正常接入互聯網，業務使用體驗沒有影響。

五、結束語

向IPv6的過渡和升級已是互聯網發展的必然趨勢，IPv6所能提供的巨大地址空間以及所具有的諸多方面的優勢，未來必將在推進三網融合、移動互聯網、物聯網、云計算、智慧城市建設等方面發揮基礎性的作用。對于運營商而言，越早開始提供IPv6服務，等于越早搶占了網絡和業務發展的戰略高地，意義非常遠大。通過探討在CDMA分組核心網絡中部署IPv6雙棧技術，為運營商快速平滑地升級網絡，建設支持IPv4/IPv6雙棧用戶接入的核心網打下基礎，從而保證運營商未來網絡和業務的可持續發展。

參 考 文 獻

[1] Wireless IP Network Standard：3GPP2 P.S0001-A Version 3.0.0 July 16，2001

[2] Wireless IP Network Standard：3GPP2 P.S0001-B Version 1.0.0 November 9，2002

[3] 移動IPv6關鍵技術，http：//cisco.chinaitlab.comendprint

第一階段：新增一套支持雙棧的移動分組核心網設備，包括PDSN、HACCG、AAA和CE路由器，新增雙棧設備建議采用與現網同廠家的設備，雙棧設備的容量根據預測的IPv6用戶數配置，建議考慮一定的冗余系數1.2～1.5，以提升設備的容災能力，要求新增的雙棧設備硬件上和現網使用的設備一致，通過升級軟件版本的方式支持IPv6雙棧協議。

新增的移動分組核心網雙棧設備向下連接現網無線網絡，向上通過雙棧CE接入CN2和163骨干網。在現網PDSN上增加配置將IPv6用戶重定向至雙棧PDSN，IPv6用戶通過現網無線網絡首先接入到現網PDSN，然后被重定向至雙棧PDSN上建立PPP連接；在現網AAA上增加對IPv6用戶IMSI號段消息進行轉發的功能配置，IPv6用戶通過雙棧PDSN到新增的AAA服務器上進行認證計費；對現網無線側BSC設備增加配置，增加與雙棧PDSN互通的路由數據；對現網AN-AAA設備增加配置，增加IPv6用戶DO接入認證的配置信息數據。新增的移動分組核心網雙棧設備和現網的單棧設備進行疊加組網，如圖2所示：

第二階段：根據第一階段新增雙棧設備運行情況，逐步對現網移動分組域核心網設備進行軟件版本升級，全面支持IPv4/IPv6雙協議。對現網AAA服務器升級后，將第一階段新增雙棧AAA并入現網升級后的AAA系統，雙棧AAA和升級后AAA共用一套數據庫，統一完成IPv4/IPv6用戶認證、授權和計費。

采用分階段，以省為單位進行建設，能較好地保證用戶的使用體驗，快速在全網推進IPv6技術部署，即使各省建設進度不同步，也不會影響雙棧用戶的漫游使用，下面以雙棧用戶簡單IP接入為例進行說明：（1）雙棧用戶漫出到支持雙棧接入的省份。雙棧用戶漫出到支持雙棧接入的省份，歸屬AAA同時返回IPv4和IPv6授權，由于支持雙棧接入的省份PDSN支持SIPv6用戶接入，可同時分配IPv4和IPv6地址給雙棧用戶訪問業務，雙棧用戶優先使用IPv6方式接入分組域網絡。（2）雙棧用戶漫出到暫不支持雙棧接入的省份。雙棧用戶漫出到暫不支持雙棧接入的省份，歸屬AAA同時返回IPv4和IPv6授權，由于暫不支持雙棧接入的省份PDSN不支持SIPv6用戶接入，PDSN將忽略SIPv6授權屬性，僅給用戶分配IPv4地址訪問業務，用戶最終以IPv4方式接入分組域網絡。雙棧用戶漫出到支持雙棧接入的省份和暫不支持雙棧接入的省份，均能正常接入互聯網，業務使用體驗沒有影響。

五、結束語

向IPv6的過渡和升級已是互聯網發展的必然趨勢，IPv6所能提供的巨大地址空間以及所具有的諸多方面的優勢，未來必將在推進三網融合、移動互聯網、物聯網、云計算、智慧城市建設等方面發揮基礎性的作用。對于運營商而言，越早開始提供IPv6服務，等于越早搶占了網絡和業務發展的戰略高地，意義非常遠大。通過探討在CDMA分組核心網絡中部署IPv6雙棧技術，為運營商快速平滑地升級網絡，建設支持IPv4/IPv6雙棧用戶接入的核心網打下基礎，從而保證運營商未來網絡和業務的可持續發展。

參 考 文 獻

[1] Wireless IP Network Standard：3GPP2 P.S0001-A Version 3.0.0 July 16，2001

[2] Wireless IP Network Standard：3GPP2 P.S0001-B Version 1.0.0 November 9，2002

[3] 移動IPv6關鍵技術，http：//cisco.chinaitlab.comendprint

第一階段：新增一套支持雙棧的移動分組核心網設備，包括PDSN、HACCG、AAA和CE路由器，新增雙棧設備建議采用與現網同廠家的設備，雙棧設備的容量根據預測的IPv6用戶數配置，建議考慮一定的冗余系數1.2～1.5，以提升設備的容災能力，要求新增的雙棧設備硬件上和現網使用的設備一致，通過升級軟件版本的方式支持IPv6雙棧協議。

新增的移動分組核心網雙棧設備向下連接現網無線網絡，向上通過雙棧CE接入CN2和163骨干網。在現網PDSN上增加配置將IPv6用戶重定向至雙棧PDSN，IPv6用戶通過現網無線網絡首先接入到現網PDSN，然后被重定向至雙棧PDSN上建立PPP連接；在現網AAA上增加對IPv6用戶IMSI號段消息進行轉發的功能配置，IPv6用戶通過雙棧PDSN到新增的AAA服務器上進行認證計費；對現網無線側BSC設備增加配置，增加與雙棧PDSN互通的路由數據；對現網AN-AAA設備增加配置，增加IPv6用戶DO接入認證的配置信息數據。新增的移動分組核心網雙棧設備和現網的單棧設備進行疊加組網，如圖2所示：

第二階段：根據第一階段新增雙棧設備運行情況，逐步對現網移動分組域核心網設備進行軟件版本升級，全面支持IPv4/IPv6雙協議。對現網AAA服務器升級后，將第一階段新增雙棧AAA并入現網升級后的AAA系統，雙棧AAA和升級后AAA共用一套數據庫，統一完成IPv4/IPv6用戶認證、授權和計費。

采用分階段，以省為單位進行建設，能較好地保證用戶的使用體驗，快速在全網推進IPv6技術部署，即使各省建設進度不同步，也不會影響雙棧用戶的漫游使用，下面以雙棧用戶簡單IP接入為例進行說明：（1）雙棧用戶漫出到支持雙棧接入的省份。雙棧用戶漫出到支持雙棧接入的省份，歸屬AAA同時返回IPv4和IPv6授權，由于支持雙棧接入的省份PDSN支持SIPv6用戶接入，可同時分配IPv4和IPv6地址給雙棧用戶訪問業務，雙棧用戶優先使用IPv6方式接入分組域網絡。（2）雙棧用戶漫出到暫不支持雙棧接入的省份。雙棧用戶漫出到暫不支持雙棧接入的省份，歸屬AAA同時返回IPv4和IPv6授權，由于暫不支持雙棧接入的省份PDSN不支持SIPv6用戶接入，PDSN將忽略SIPv6授權屬性，僅給用戶分配IPv4地址訪問業務，用戶最終以IPv4方式接入分組域網絡。雙棧用戶漫出到支持雙棧接入的省份和暫不支持雙棧接入的省份，均能正常接入互聯網，業務使用體驗沒有影響。

五、結束語

向IPv6的過渡和升級已是互聯網發展的必然趨勢，IPv6所能提供的巨大地址空間以及所具有的諸多方面的優勢，未來必將在推進三網融合、移動互聯網、物聯網、云計算、智慧城市建設等方面發揮基礎性的作用。對于運營商而言，越早開始提供IPv6服務，等于越早搶占了網絡和業務發展的戰略高地，意義非常遠大。通過探討在CDMA分組核心網絡中部署IPv6雙棧技術，為運營商快速平滑地升級網絡，建設支持IPv4/IPv6雙棧用戶接入的核心網打下基礎，從而保證運營商未來網絡和業務的可持續發展。

參 考 文 獻

[1] Wireless IP Network Standard：3GPP2 P.S0001-A Version 3.0.0 July 16，2001

[2] Wireless IP Network Standard：3GPP2 P.S0001-B Version 1.0.0 November 9，2002

[3] 移動IPv6關鍵技術，http：//cisco.chinaitlab.comendprint