为了更好地支持移动宽带业务，保证移动网络未来的长远发展，3GPP正在制定下一代移动核心网的相关标准：SAE。SAE以IP为基础，以分组交换为核心，将为运营商提供更有竞争力的移动核心网解决方案。


SAE的提出

　　人类社会正迅速走向信息化。从话音到视频，从固定到移动，从窄带到宽带……信息无处不在。通信网、互联网的应用与普及极大地推动了人类社会信息化的进程，信息的迅速膨胀成了当今社会的基本特征之一，而宽带化、移动化成为信息化时代人们的普遍追求。

　　在网络向宽带化、移动化变革的过程中，各种移动宽带技术层出不穷。为了确保在未来移动宽带的竞争中占据优势，3GPP分别在移动接入网和移动核心网提出了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。

　　SAE以IP为基础，以分组交换为核心，在移动宽带化时代，将为运营商提供更有竞争力的移动核心网解决方案。其基本驱动力在于：加强对宽带业务的支持，提升用户体验；优化网络架构，降低运营成本；提升网络的安全性、可靠性及可维护性，增强运营能力。


SAE的基本架构

　　3GPP定义的SAE基本架构中包含如下实体：MME（Mobility Management Entity，移动管理实体）、服务网关（Serving Gateway）、公共数据网关（PDN Gateway）、HSS（Home Subscriber Server）及PCRF（Policy and Charging Rules Function）等，如图1所示。各部分的功能概述如下：

　　MME是SAE的控制核心。它主要负责用户接入控制、业务承载控制、寻呼、切换控制等控制信令的处理。

　　业务网关作为本地基站间切换时的锚定点，主要负责以下功能：在基站和公共数据网关之间传输数据信息；为下行数据包提供缓存；基于用户的计费等。

　　公共数据网关作为数据承载的锚定点，提供以下功能：包转发、包解析、合法监听、基于业务的计费、业务的QoS控制，以及负责和非3GPP网络间的互联等。

　　HSS用于存储用户签约信息的数据库。存储的信息包括：用户标识信息、用户安全控制信息、用户位置信息、用户策略控制信息等。

　　PCRF主要负责策略控制和计费控制。根据用户使用的业务信息和用户签约的策略信息进行决策，确定用户业务使用和计费的策略，并下发给网关中的策略执行实体。


SAE能带来什么

　　SAE采取多种措施，对现有的移动核心网进行改进，以达到提升用户体验、降低运营成本、增强运营能力的目的。

　　提升用户体验

　　终端用户的感受是业务发展的根本驱动力。SAE在设计之初就尽可能地采用优化措施，以提高用户的使用感受。

　　永远在线。只有做到了永远在线，你才能真正地在网络中拥有一个持久的、属于自己的标识，别人才能随时找到你，业务才能做到无处不在。因此，永远在线是业务发展的一个基本条件。SAE为了支持永远在线，为用户缺省建立了一个承载通道。这样，网络侧发起的业务可以更快地为用户建立连接，而不需要像现在的数据网，要先发起呼叫，再建立承载通道，最后才能建立业务通道。

　　QoS保证。相对2G/3G PS系统，SAE简化了QoS参数定义，减少了网元之间QoS参数传递的数量。同时，对QoS协商机制也进行了优化，不允许进行多次QoS的协商，从而可提高信令交互的效率，降低业务建立的时延，提高端到端QoS保证。另外，SAE还提出了AMBR（Aggregate Maximum Bit Rate）的概念，使得运营商可以控制用户的所有非保证带宽类业务的最大带宽，而不是像以前只控制单个业务的最大带宽。

　　随意沟通。人们希望跨越一切限制，随时、随地、以任何方式进行沟通。但现实环境里每个人所处的位置不同，拥有的通信资源也有差别，这些都造成不同的人会以不同的接入方式接入网络，比如，从原有的电路交换的通信网络到分组交换的数据网络，从3GPP用户到非3GPP用户，从手机到固定终端等。为了能够保证用户的无障碍沟通，SAE充分考虑了各种接入网络之间的互操作性，设计了各种开放的接口，以便各种接入方式的互通。

　　漫游优化。SAE对漫游（如国际漫游）情况下的路由方式进行了优化，提供了一种可由运营商控制的路由优化机制。基于运营商提供的策略，漫游用户的数据可以直接从漫游地网关接入外部数据网络，而不再需要回到归属地。这种方式提升了数据传输的效率，降低了业务时延，还为用户节省了费用。

　　降低运营成本

　　用户感受的提升，会促进网络流量的增加，从而增加运营商的收入。但从网络发展的规律来，网络流量的增加，并不会给运营商带来同比例的收益。这时，还必须采取有效的手段来降低成本，这包括初次建网成本和日常维护成本。而SAE发展的基本驱动力就是为运营商提供一个低成本、高吞吐能力的移动核心网络。

• 端到端ALL IP组网，提高网络性能，降低运营成本
  
  一个端到端ALL IP网络优势在于：第一，IP网具有高转发能力。随着IP技术的迅猛发展，IP转发能力已轻易达到Tb/s，或数十Tb/s，IP组网为将来吞吐能力的不断扩大打下了基础。第二，IP网络的自身建设成本低。对于新建网络来说，建设IP网络成本大大低于相同容量的TDM网络和ATM网络。第三，一个端到端的 IP网络有利于不同层次的网络共享。不论是基站到核心网，还是Internet到核心网，或是核心网内部各种设备之间，都可以共享这张统一的IP网；所有业务可在一张IP网上开展，从而可降低运营成本。第四，一个ALL IP的网络，可以减少不同协议间进行转换的功能实体，避免了对这些协议转换实体的投资。
• 采用扁平化网络结构，减少网络层次
  
  在原来的3GPP网络中，数据传输需要经过基站（Node B）、基站控制器（RNC）、SGSN、GGSN才能到达业务网络，如图2所示。而在SAE架构中，去掉了基站控制器节点，将其功能分配到核心网和基站上处理。数据传输从原来经过四个节点（Node B、RNC、SGSN、GGSN）降到了只经过两个节点（E-Node B、网关）。这种架构不但避免了对中间节点的投资，而且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。
• 控制平面和用户平面完全分离，增加组网灵活性
  
  在SAE架构中，将控制平面和用户平面进行了分离，由MME负责控制平面的处理。在这种架构下，运营商可以更加灵活地根据用户数和业务量的发展情况，来选择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。而用户平面设备可以通过适当的合并和归一化来减少网络层次，提升网络性能。通过将用户平面设备下移至网络边缘，可节省回程传输资源，降低运维成本。
• 充分考虑与现有网络的兼容，保护运营商的投资
  
  罗马不是一日建成的。在引入下一代移动网络的时候，现有的移动网络还将在很长一段时间内存在。因此，SAE考虑到了如何和现有网络的兼容。这些兼容性考虑包括：和现在的2G/3G的PS网络的互操作；和现有CS网络的互操作；以及和现有网络的运营支撑设备如HLR、计费网关等的互操作等。这使得运营商可以以SAE为基础，建立一个面向未来的、演进的统一移动分组网络。

增强运营能力

　　分组交换是SAE的内核，在此内核上，可以提供对各种业务的高带宽的承载。但并不是只有高带宽的转发内核就可以了，要更好地提供业务，还需要电信级的运营控制能力，其基本特征就是安全、可靠、可维护。SAE为了增强运营能力，增加了很多措施。

• 提高安全性
  
  在不同层次上对安全提出了更高的要求。在用户层，首先要对用户进行更加可靠的鉴权，才能接入网络。在承载层，SAE对接入网和核心网的回程链路进行IPSec加密。接入网络的用户信令会实施进一步的加密，以保证用户信息的安全传递。
• 提高可靠性
  
  为了增强网络的可靠性，防止某个网元故障造成的用户服务中断，SAE采用Pool的方式对核心网络的设备进行冗余备份。所谓PooL是指同类型的设备组成一个集合，互为备份，共享资源。Pool中的任何一个设备故障，其提供的服务都能被Pool中的其他设备所代替。
• 实现自组织
  
  在网络更加扁平化后，由于核心网要直接管理大量的基站，导致对网元的管理变得更加困难。为了提高运营效率，SAE提出了网络自组织的概念。自组织包括网络的自配置、自检测、自愈合。通过运营商预先设置的规则，网络节点能够自动的加入到运维体系之中，并且按照预期提供业务。

　　综上所述，以分组交换为核心的SAE，必将推动移动宽带业务的蓬勃发展，成为移动核心网发展的一个新里程碑。

图1 SAE基本架构