【摘? 要】為了實現4G/5G互操作，5G核心網的用戶簽約數據庫UDM和策略數據庫PCF必須分別與4G核心網的HSS和PCRF融合建設，基于5G的組網需求和2G/3G/4G的網絡部署經驗，梳理了幾種可行的數據庫組網方案，分析了5G網絡的數據庫組網需要從用戶不換卡不換號的開通需求、數據庫融合、4G數據遷移、網絡路由等多個方面來考慮技術方案，從而保證4G用戶升級為5G用戶的業務體驗。

【關鍵詞】不換卡不換號;數據遷移;網絡路由

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.01.010? ? ? ? 中圖分類號：TN919.8

文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-1010（2020）01-0054-04

引用格式：李文苡. 5G數據庫組網方案[J]. 移動通信， 2020，44（1）： 54-57.

0? ?引言

5G時代提供增強的移動寬帶業務，為了盡快為用戶提供服務，優化用戶體驗，同時考慮保護4G網絡剛剛完成建設的投資，如何建設5G網絡的數據庫對移動運營商來說是一個比較大的難題。

對于用戶來說，能夠不換卡不換號，只換個手機就可以從4G升級使用5G業務，應該是最佳體驗。從用戶角度來說，涉及到兩個關鍵問題：1）4G用戶的數據如何從4G網絡遷移到5G網絡;2）4G用戶的5G業務開通如何實現對用戶最為方便。另外，從網絡角度來說，還需要考慮：1）4G和5G的建設成本;2）IT系統的改造成本。本文接下來將探討分析下有哪些方案可以解決這些問題，以及相關解決方案的優缺點。

1? ?5G數據庫組網

1.1? 組網需求

5G網絡可以支持以下類型的卡接入：

（1）4G卡：5G網絡定義的AKA鑒權方式和4G網絡基本類似，可以基于4G的鑒權向量進行鑒權，因此可以在滿足4G用戶不換卡、不換號的情況下，通過更換5G終端即接入5G網絡進行5G業務的需求。5G終端負責將4G卡的IMSI號碼轉換成未加密的SUCI號碼進行5G注冊。數據庫組網需考慮4G號碼的割接或數據遷移，以及相同號段下部分號碼路由到4G、部分號碼路由到5G的網絡路由問題。

（2）5G卡：5G網絡定義了一種新的用戶號碼方式——SUCI，對原有的IMSI號碼進行加密。新卡可以做成SUCI加密卡，如果用戶（比如政企客戶）需要此類卡，需辦理換卡手續。新卡可以使用新號段，通過號段分析直接區分路由到5G數據庫中。

由此可以看出，如果要解決用戶不換卡不換號的問題，在5G網絡架構中需涉及以下網元的部署，如圖1[1]所示：

（1）終端：5G終端負責將4G卡的IMSI號碼轉換成未加密的SUCI進行5G網絡注冊;

（2）AUSF負責SUCI鑒權，鑒權成功后返回用戶的IMSI號碼;

（3）UDM/HSS負責存儲用戶4G/5G簽約數據;

（4）PCF/PCRF負責存儲用戶4G/5G策略數據。

而其中，終端和AUSF都與4G網絡無關，所以UDM/HSS和PCF/PCRF的組網方案就成為解決不換卡不換號以及網絡路由問題的主要因素。

1.2? 組網方案

為了保證用戶使用業務的連續性，5G網絡需要支持4G/5G互操作，5GC的UDM和PCF必須是融合的節點，為UDM/UDR/EPS HSS/IMS HSS（EPC HSS和IMS HSS以下簡稱HSS，該網元簡稱UDM/HSS）和PCF/PCRF。

UDM/HSS和PCF/PCRF（以下簡稱數據庫）以新建為前提，有兩種方案：割接和遷移。

（1）組網方案一：新建割接

數據庫組網如圖2所示：

該方案新建虛擬化融合數據庫，并割接原EPC HSS BE和PCRF SPR中的數據到新建的UDR中，各類FE新建虛擬化設備。新建的數據庫可以引入新廠家設備，方案支持全網用戶默認簽約和單用戶簽約，用戶不換卡不換號。

該方案對現網的改造要求如下：

1）現網DRA的路由接口從原HSS和PCRF改為到新數據庫;

2）IT系統服務開通接口從原HSS和PCRF改為到新數據庫。

該方案主要是數據庫之間的數據拷貝，可以一次性或分批割接，新庫數據可以離線完成倒換，因此方案的主要優點就是對IT系統要求較小，只需升級支持5G數據，并將原有網絡接口割接到新數據庫即可，網絡路由簡單。

該方案最大的缺點在于對現網影響較大、風險較大，因此其實施難點也主要為需研究成熟、穩定的數據庫割接方案，并保證割接后的數據一致性。同時，該方案投資大，特別是浪費了前期對4G的投資。

（2）組網方案二：新建遷移

新建遷移方案與方案一的不同在于不是全網用戶默認簽約，而是針對單用戶簽約，用戶簽約5G后用戶數據遷移到新庫中，EPC中不再保留原有數據。視市場策略決定用戶不換卡，或者換卡換新號段。

根據數據庫組網對IT系統的影響分析，如果對IT系統影響小，新建數據庫和現網數據庫最好是同廠家，異廠家則對IT系統改造要求較高，因此該方案分同廠家和異廠家來分析對現網和IT系統的影響。

1）同廠家

同廠家數據庫組網如圖3所示：

該方案中，現網HSS BE、SPR和新數據庫UDR之間開私有接口。

如果用戶不換卡不換號，5G多模終端從4G空口附著和建立承載時，查詢網元通過DRA尋址到舊庫（EPC HSS FE或PCRF FE）中查詢數據，如果該用戶已遷移到新庫，由私有接口轉發查詢消息到新庫，并原路返回查詢結果。

如果用戶換卡，5G可以使用新的IMSI號段，DRA增加新號段的數據分析，直接尋址到新庫中查詢。

該方案對現網的改造要求有：

◆HSS、PCRF升級支持私有接口進行數據遷移和數據查詢;

◆DRA增加新號段（如有）的路由分析和到新庫的接口;

◆IT系統配合廠家協同完成數據遷移（IT系統可以仍然保留原有接口，或者部署新的受理網關，廠家通過私有接口完成數據遷移，具體實施方案視廠家的內部實現方式制定）。

該方案的實施難點在數據遷移方面，遷移方案私有定制，依賴廠家實現，運營商無法統一評判標準。

2）異廠家

異廠家數據庫組網如圖4所示。

由于現網數據庫和新建數據庫是異廠家，后端數據存儲的接口不易打開，因此業務受理和數據遷移主要依賴IT系統完成。

如果用戶不換卡不換號，5G多模終端從4G空口附著和建立承載時，查詢網元通過DRA尋址到舊庫（EPC HSS FE或PCRF FE）中查詢數據，如果該用戶已遷移到新庫，可以在舊庫的FE和新庫的FE之間開轉發接口（可選，需制定新的標準）或通過DRA錯誤碼重路由方式進行網絡路由尋址，轉發消息到新庫。

如果用戶換卡，5G可以使用新的IMSI號段，DRA增加新號段的數據分析，直接尋址到新庫中查詢。

該方案對現網的改造要求有：

◆HSS、PCRF升級支持轉發接口進行數據查詢（可選）;

◆DRA增加到新庫的接口，升級或配置支持錯誤碼重路由方式，增加新號段的路由分析（如有）;

◆IT改造實現數據遷移，增加與新舊用戶數據庫的接口，增加4G轉5G簽約流程（如查詢單用戶在舊庫中的所有數據，寫入新庫，刪除舊庫數據等），支持異廠家之間模板和指令轉換等。

該方案的實施難點在數據遷移方面，主要是對IT系統改造要求較大，且用戶開戶等待時間較長。

1.3? 方案實現

（1）HSS proxy轉發信令方式

HSS proxy轉發信令方式可以是UDM/HSS組網方案中網絡路由的一種方式，要求EPC HSS和UDM/HSS之間新增HSS proxy接口，該接口采用Diameter協議，用于轉發EPC的S6a消息和IMS的Cx、Sh消息，如圖5所示。

具體流程如下：

1）MME/I-CSCF/S-CSCF/AS消息路由到DRA[2]。

2）DRA根據目的地信息將消息發送到傳統HSS[2]。

3）～4）如果用戶在HSS中未開戶，HSS則通過HSS proxy接口將消息經過DRA轉發給5G UDM/HSS網元。

5）～6）UDM/HSS將HSS proxy消息等同于S6a/Cx/Sh消息處理完畢后，經過DRA給傳統HSS返回響應消息。

7）～8）傳統HSS將響應消息返回給請求端。

MME/CSCF/AS獲得UDM/HSS主機名后，后續可以和UDM/HSS直接交互消息。

（2）DRA錯誤碼重定向方式

DRA錯誤碼重定向方式可以是UDM/HSS組網方案中網絡路由的一種方式，要求DRA根據EPC HSS返回的錯誤碼，把Diameter消息重路由到UDM/HSS，實現流程如圖6所示。

具體流程如下：

1）MME/I-CSCF/S-CSCF/AS消息路由到DRA[2]。

2）DRA根據目的地信息將消息發送到傳統HSS[2]。

3）如果用戶在HSS中未開戶，HSS則返回錯誤碼。

4）DRA根據預配置信息，把原Diameter請求路由到對應的UDM/HSS。

5）UDM/HSS返回Diameter應答消息。

6）DRA將應答消息轉發回請求方。

MME/CSCF/AS獲得UDM/HSS主機名后，后續可以和UDM/HSS直接交互消息。

2? ?結束語

移動網內的數據庫關系到全網用戶的靜態數據和動態數據保存，關系重大，可靠性和安全性要求都非常高，而且數據庫與IT系統關系密切。本文提到的IT系統改造就涉及到CRM系統、碼號系統、計費系統、服開系統、激活系統等多個系統（不同運營商的組織架構不同，涉及的系統名字可能不一樣，但是工作內容類似），工作量大、流程復雜，因此運營商考慮數據庫的組網時，必須非常謹慎，需要全面衡量。

從2018年底3GPP R15標準凍結以來，中國的5G SA網絡研發和建設處于全球領先水平，這既是機遇也是挑戰，因為全球沒有案例、沒有經驗可借鑒。本文基于5G的組網需求和2G/3G/4G的網絡部署經驗，梳理了幾種可行的數據庫組網方案，如何使用這些方案需要根據運營商的市場策略、同/異廠家組網、IT改造難易進行選擇。當然，從技術層面來說，還可以有更多的方案。

參考文獻：

[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.

作者簡介

李文苡（orcid.org/0000-0003-1182-9458）：高級工程師，畢業于南京郵電學院計算機系，現任職于中國電信股份有限公司智能網絡與終端研究院，主要研究方向為各種制式的移動核心網技術和組網。