WCDMA核心網(wǎng)的演進(jìn)

　　WCDMA版本介紹

　　3GPP組織自從1998年12月成立以后，一直致力于WCDMA技術(shù)規(guī)范的制定和完善。

　　R99版本主要繼承了前期ETSI標(biāo)準(zhǔn)化組織在WCDMA規(guī)范上的研究成果，在2000年3月功能框架凍結(jié)。R99主要特征包括：（1）核心網(wǎng)在邏輯上分為CS（電路域）和PS（分組域），保持了與2G（GSM/GPRS）核心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的兼容性。（2）核心網(wǎng)和接入網(wǎng)之間的Iu接口基于ATM，其中CS業(yè)務(wù)基于ATM AAL2承載，分組業(yè)務(wù)基于ATM AAL5承載。（3）電路域只支持TDM傳輸技術(shù)。（4）分組域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與GPRS基本一致，包括SGSN、GGSN、BG、CG等功能實(shí)體。（5）可以在一體化的物理實(shí)體UMSC中，實(shí)現(xiàn)CS MSC和PS SGSN的所有功能，簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

　　R4版本于2001年3月完成功能框架的凍結(jié)。其主要功能特征包括：（1）繼承了R99功能。（2）與R99一致，核心網(wǎng)在邏輯上分CS和PS。（3）核心網(wǎng)和接入網(wǎng)之間的Iu接口基于ATM和IP技術(shù)。（4）電路域可以基于TDM、ATM、IP多種傳輸技術(shù)。（5）電路域結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，由MSC Server、GMSC Server和MGW構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的分層化，即控制和承載相分離。（6）電路域NNI側(cè)信令采用ITU新定義的BICC信令，實(shí)現(xiàn)控制與承載的無關(guān)性。（7）分組域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與R99一致，包括SGSN、GGSN、BG、CG等功能實(shí)體。（8）增加了業(yè)務(wù)功能，包括寬帶AMR語音、GTT業(yè)務(wù)、增強(qiáng)的LCS業(yè)務(wù)、增強(qiáng)的MExE功能、視頻媒體流業(yè)務(wù)等。

　　R5版本于2002年3月完成功能框架的凍結(jié)。R5版本的主要功能特征包括：（1）繼承了R4所有的業(yè)務(wù)和功能。（2）核心網(wǎng)除保留了原有的CS和PS外，還增加了IP多媒體域，實(shí)現(xiàn)實(shí)時IP多媒體業(yè)務(wù)。（3）RAN向IP方向發(fā)展，核心網(wǎng)和接入網(wǎng)之間的Iu接口基于ATM或IP。（4）新增IP多媒體域的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)端到端的IP語音業(yè)務(wù)。（5）增強(qiáng)了IP QoS。（6）增強(qiáng)了業(yè)務(wù)，如OSA、PUSH Service。

　　R6版本功能于2004年12月確定。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，R6沒有太大的變更，主要是增加了一些新的功能特性，以及對已有功能特性的增強(qiáng)�？紤]到版本凍結(jié)時間，一些功能有可能推遲，成為后續(xù)R7版本的工作任務(wù)。R6推出以下功能：（1）引入HSDPA（屬于R5中的內(nèi)容），用于對下行分組域的數(shù)據(jù)速率增強(qiáng)。在R6中，致力于HSUPA標(biāo)準(zhǔn)的制定，HSUPA主要用于對上行分組域數(shù)據(jù)速率的增強(qiáng)。（2）多媒體廣播和多播業(yè)務(wù)（MBMS）。網(wǎng)絡(luò)需要增加廣播和多播中心功能實(shí)體，另外，對用戶終端、接入網(wǎng)以及核心網(wǎng)均有新的需求，需要對空中信道、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)接口信令進(jìn)行修改。（3）增強(qiáng)空中接口，支持不同頻率的UMTS系統(tǒng)，包括UMTS850、UMTS800、UMTS1.7/2.1GHz，增強(qiáng)了不同頻率和不同系統(tǒng)間的測量。（4）定位業(yè)務(wù)增強(qiáng)，支持IMS公共標(biāo)識，伽利略衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用于定位業(yè)務(wù)研究、UE定位增強(qiáng)、開放式移動定位服務(wù)中心（服務(wù)無線電網(wǎng)絡(luò)控制器接口）。（5）增強(qiáng)RAN。從UTRAN到GERAN（GSM/EDGE無線接入網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)輔助的小區(qū)改變，需要對網(wǎng)絡(luò)的影響、天線傾角的遠(yuǎn)端控制、RAB支持增強(qiáng)、Iu-b/Iu-r接口無線資源管理進(jìn)行優(yōu)化。（6）IMS第二階段。這是在R5 IMS第一階段基礎(chǔ)上提供的新特性，包括IMS本地業(yè)務(wù)/Mm接口（UE與外部IP多媒體網(wǎng)之間的互通）、IMS與CS互通、Mn接口（IM-MG與MGCF之間）增強(qiáng)、Mp接口（MRFC與MRFP之間）協(xié)議定義、R6監(jiān)聽的需求和網(wǎng)絡(luò)框架、PDF與P-CSCF之間的Gq接口策略控制、基于IPv4與基于IPv6的IMS互通和演進(jìn)、Cx和Sh接口增強(qiáng)、IMS群組管理、IMS附加SIP能力、IMS會議業(yè)務(wù)、IMS消息業(yè)務(wù)。（7）基于不同IP連接網(wǎng)的IMS互通，包括3GPP IMS用戶與3GPP2 IMS、固網(wǎng)IMS等用戶之間的互通。（8）Push業(yè)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)主動向用戶Push內(nèi)容，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和用戶的能力推出多種實(shí)現(xiàn)方案。（9）在線。實(shí)時了解用戶的狀態(tài)和可及性等信息。（10）增強(qiáng)安全。包括基于IP傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)域安全、應(yīng)用IPSec等安全技術(shù)。（11）WLAN-UMTS互通，通過WLAN接入的用戶可與UMTS用戶一樣使用移動網(wǎng)業(yè)務(wù)，其間需要經(jīng)過多個互通層面，包括統(tǒng)一鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)、利用移動網(wǎng)提供的PS和IMS業(yè)務(wù)、不同接入方式切換時業(yè)務(wù)不中斷。（12）優(yōu)先業(yè)務(wù)。指導(dǎo)電路域優(yōu)先業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)，分組域和IMS優(yōu)先業(yè)務(wù)將來考慮。（13）網(wǎng)絡(luò)共享。多個移動運(yùn)營商有各自獨(dú)立的核心網(wǎng)或業(yè)務(wù)網(wǎng)，但共享接入網(wǎng)。（14）增強(qiáng)QoS，提供端到端QoS動態(tài)策略控制增強(qiáng)。（15）計(jì)費(fèi)管理。包括對WLAN計(jì)費(fèi)、基于IP流的承載計(jì)費(fèi)和在線計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等的管理。（16）PoC（無線一鍵通）。UMTS移動網(wǎng)為PTT業(yè)務(wù)提供承載能力，PTT業(yè)務(wù)應(yīng)用層規(guī)范由OMA制定。

　　R7版本主要繼續(xù)R6未完成的標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)務(wù)（如MIMO技術(shù)，包括多種MIMO實(shí)現(xiàn)技術(shù)等）制定工作，將考慮支持通過CS域承載IMS話音、通過PS/IMS域提供緊急服務(wù)、提供基于WLAN的IMS話音與GSM網(wǎng)絡(luò)的電路域的互通、提供xDSL和Cable Modem等固定接入方式。同時，引入OFDM，完善HSDPA和HSUPA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前，R7標(biāo)準(zhǔn)正在制定中。

　　隨著用戶對多業(yè)務(wù)需求的不斷提高，WCDMA標(biāo)準(zhǔn)在不同的版本中引入很多新業(yè)務(wù)，使業(yè)務(wù)向多樣化、個性化方向發(fā)展，代表性的有虛擬歸屬環(huán)境概念、引入基于IP的多媒體業(yè)務(wù)及其他形式多樣的補(bǔ)充業(yè)務(wù)等。

　　WCDMA系統(tǒng)的整體演進(jìn)方向?yàn)�，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向全I(xiàn)P化發(fā)展；業(yè)務(wù)向多樣化、多媒體化和個性化方向發(fā)展；無線接口向高速傳輸分組數(shù)據(jù)發(fā)展；小區(qū)結(jié)構(gòu)向多層次、多制式、重復(fù)覆蓋方向發(fā)展；用戶終端向支持多制式、多頻段方向發(fā)展。

　　R99向R4演進(jìn)

　　同R99相比，R4的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，特別是在核心網(wǎng)電路域的結(jié)構(gòu)上，發(fā)生了很大的變化。

　　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)差異

　　R99電路域主要設(shè)備MSC/VLR和RNC之間用ATM相連接，設(shè)備之間通過ATM信令來交互，媒體流使用AAL2承載的AMR編碼。MSC和GMSC、GMSC和PSTN以及MSC和傳統(tǒng)的2GBSS等設(shè)備之間相聯(lián)均使用TDM，設(shè)備之間通過TDM承載的窄帶NO.7信令交互，媒體流使用G.711格式的PCM編碼。

　　R4電路域采用控制和承載相分離的技術(shù)，設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)實(shí)體上分為MSC Server和MGW，在MSC Server和MGW之間通過H.248協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)關(guān)控制；在MSC Server/GMSC Server之間增加了BICC協(xié)議來控制局間的媒體流。

　　承載網(wǎng)差異

　　在R99組網(wǎng)中，GMSC和MSC之間或者M(jìn)SC之間只能是TDM承載，從RNC上來的媒體流到了MSC以后進(jìn)行編解碼操作轉(zhuǎn)換成G.711的PCM編碼。在R4組網(wǎng)中，GMSC與MGW之間和MSC與MGW之間的承載方式除了原有的TDM方式以外，還新增加了IP承載和ATM承載兩種方式。

　　媒體流在IP上的分組復(fù)用極大節(jié)約了傳送帶寬，具體說來，IP分組復(fù)用可以帶來以下幾個好處：（1）減少語音編解碼的次數(shù)，提高了語音服務(wù)質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)帶寬高效利用，節(jié)省了建網(wǎng)成本。（2）網(wǎng)絡(luò)配置、擴(kuò)容和維護(hù)簡單，可大幅降低運(yùn)營成本。（3）骨干網(wǎng)、數(shù)據(jù)專網(wǎng)和城域網(wǎng)可以共享，減少建設(shè)投入。（4）實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)融合，提供綜合業(yè)務(wù)。

　　信令網(wǎng)差異

　　R99電路域的信令網(wǎng)除了和RNC交互是ATM信令以外，與其他實(shí)體如PSTN/GMSC/HLR/SCP等的交互都是承載在TDM上的窄帶NO.7信令。而R4電路域的信令網(wǎng)除了繼續(xù)支持傳統(tǒng)的承載于TDM上的NO.7信令以外，還支持承載在IP上的NO.7信令。傳統(tǒng)的窄帶NO.7信令在SG（信令網(wǎng)關(guān)，可以內(nèi)置在MSC Server或者M(jìn)GW上）設(shè)備上匯聚后接入MSC Server設(shè)備，解決了原有窄帶NO.7信令傳輸造成的帶寬資源浪費(fèi)（特別是長途傳輸）問題以及信令傳輸帶寬不足的問題。窄帶NO.7信令目前普遍使用的是64k，2M也在逐步運(yùn)用，而承載于IP上的NO.7信令只需一個接口（如FE口）接入到MSC Server設(shè)備就可以把帶寬提高到100M，使信令傳送技術(shù)有了一個質(zhì)的提高。在IP上承載的NO.7信令在R4中主要采用SIGTRAN協(xié)議。該協(xié)議基本成熟。

　　業(yè)務(wù)和功能差異

　　R99和R4在功能上的差別比較小，主要是引入了TrFO功能。由于話音編碼器對話音編碼是有損壓縮，每經(jīng)過一次編解碼會降低話音質(zhì)量，因此，減少語音編解碼次數(shù)可以改善語音質(zhì)量，同時還可以減少話音的傳輸時延，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功率。TrFO和TFO（在R99被引入，用于減少語音編解碼次數(shù)）的區(qū)別在于，TrFO采用了帶外檢測機(jī)制，TFO采用了帶內(nèi)檢測機(jī)制。TFO仍然需要用TC來進(jìn)行語音編碼檢測，仍然需要分配64k帶寬的通道；而TrFO則視信令協(xié)商結(jié)果分配帶寬，如協(xié)商成功不需要TC資源，這大大節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源。

　　相對R99，R4在業(yè)務(wù)上對MMS、LCS等也進(jìn)一步完善和明確了規(guī)范。

　　設(shè)備差異

　　3G業(yè)務(wù)的個性化、多樣化及其3G開放的業(yè)務(wù)平臺將產(chǎn)生越來越多的業(yè)務(wù)，這對設(shè)備的高處理能力提出了要求。R4核心網(wǎng)絡(luò)的分組化，使信令傳輸和內(nèi)部交換帶寬得到了質(zhì)的提高；控制和承載分離以及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件化，使得各業(yè)務(wù)實(shí)體分工明確且可各自按不同的技術(shù)方向發(fā)展。R4的分離式建設(shè)和組網(wǎng)使得設(shè)備越來越集中設(shè)置，這對大容量的設(shè)備提出了要求。因此，相對R99，R4電路域設(shè)備一般具有更高的集成度、更大的容量和更強(qiáng)的處理能力。但是，R4協(xié)議還在完善之中，設(shè)備的成熟度不及R99。

　　R99向R4演進(jìn)方式分析

　　R99的電路域向R4演進(jìn)，可以采用以下方式：（1）升級R99 MSC/GMSC為R4 MGW，通過新增MSC Server和GMSC Server實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的演進(jìn)，通過軟件升級實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能的演進(jìn)。（2）升級R99 MSC/GMSC為R4 MGW＋MSC Server和R4 MGW＋GMSC Server，(G）MSC Server和MGW間通過標(biāo)準(zhǔn)的H.248協(xié)議實(shí)現(xiàn)媒體資源的分配過程。（3）升級R99 MSC/GMSC為R4 MSC Server和GMSC Server，通過新增MGW設(shè)備，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的升級。

　　R99分組域向R4演進(jìn)，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上保持不變，通過軟件協(xié)議的升級支持R4功能。

　　R4向R5演進(jìn)

　　R5的一個顯著特點(diǎn)就是在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，引入了IMS（IP多媒體子域）域。IMS域與原先的PS/CS域之間的關(guān)系為疊加關(guān)系。

　　IMS域主要用來控制用戶的業(yè)務(wù)，用戶可以使用PS/CS域的各種接入技術(shù)接入IMS域�；�于IMS域開發(fā)的新業(yè)務(wù)將與用戶所采用的接入技術(shù)無關(guān)。也就是說，無論用戶采用何種技術(shù)，對于業(yè)務(wù)開發(fā)商來說，只要開發(fā)一次業(yè)務(wù)即可。

　　IMS域采用SIP協(xié)議作為基本會話協(xié)議。SIP是統(tǒng)一語音/數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)會話的模型，將使IMS域?qū)τ诙嗝襟w業(yè)務(wù)的支持更加靈活和簡單。

　　IMS域也提供豐富的業(yè)務(wù)開發(fā)接口，在基于可信賴的條件下，運(yùn)營商甚至可以開放會話消息給業(yè)務(wù)提供商，這將使業(yè)務(wù)更加開放和靈活。

　　IMS域網(wǎng)絡(luò)實(shí)體

　　IMS域邏輯框，其中Go接口與GGSN互連，Mb接口用于外部網(wǎng)絡(luò)訪問IMS域。新增的功能邏輯實(shí)體包括BGCF、CSCF、MGCF、IM-MGW、MRFC、MRFP、HSS、SLF。其中一些邏輯實(shí)體可由R4功能實(shí)體進(jìn)行演進(jìn)，另一些邏輯實(shí)體必須新增。具體策略如下：

　　第一，CSCF為IMS域業(yè)務(wù)處理中心，考慮到CSCF同R4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的任何功能實(shí)體都有較大差異，同時考慮到盡可能不影響現(xiàn)有的R4網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，因此，建議新增CSCF功能實(shí)體。CSCF可分為P/I/S共3種類型邏輯實(shí)體，其中P-CSCF主要處理用戶接入IMS域；I-CSCF用于不同運(yùn)營商之間的互通；S-CSCF用于用戶的業(yè)務(wù)處理。在實(shí)際組網(wǎng)時，可根據(jù)系統(tǒng)容量和用戶分布，確定實(shí)際配置方案。即3種類型邏輯實(shí)體可以組合構(gòu)成實(shí)際的設(shè)備類型。

　　第二，BGCF用于IMS域選擇與CS域互通的MGCF，功能較為簡單，在組網(wǎng)初期，可考慮與I-CSCF功能合并。

　　第三，MGCF用于與CS域互通，可由R4 MSC Server軟件升級而至。IM-MGW可由R4 CS-MGW升級。

　　第四，MRFC/MRFP為IMS域的多媒體資源共享功能設(shè)備，目前定義的主要功能為放音、收號、會議3種。從功能上來說，MRF同MGW有部分類似。兩者的最大差異在于，MGW主要提供基本業(yè)務(wù)，MRF提供增值業(yè)務(wù)。因此，MGW提供TDM接口，考慮與PSTN互連。MRF提供分組接口，考慮復(fù)雜的媒體數(shù)據(jù)處理功能。在初期，由于相關(guān)增值業(yè)務(wù)需求不多，可考慮MRFC/MRFP直接與R5的MGCF/IM-MGW共享同一設(shè)備。隨著增值業(yè)務(wù)需求的增長（如需要多媒體提示音等），可考慮新增MRFC/MRFP設(shè)備。

　　第五，HSS為IMS域用戶數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，同HLR不同的是，除原先的用戶數(shù)據(jù)存儲外，還要存儲用戶的Profile信息，甚至包括用戶的業(yè)務(wù)邏輯�？紤]到用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有很大的修改，為穩(wěn)妥起見，初期建議先新增HSS設(shè)備，用于保存新增的IMS域用戶數(shù)據(jù)。等到條件成熟時，再對原有的HLR進(jìn)行升級。HLR在升級過程中需要新增Diameter、XML協(xié)議，同時需要對原有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。

　　第六，SLF主要用于HSS的數(shù)據(jù)查詢，即定位用戶所處的HSS位置。在初期，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為簡單，可對R4 PS域原有的DNS設(shè)備進(jìn)行升級，以支持該功能。

　　其他網(wǎng)絡(luò)實(shí)體

　　在R5網(wǎng)絡(luò)中，由于SIP協(xié)議的底層承載都基于IP，不存在不同承載模式的轉(zhuǎn)換，因此，網(wǎng)絡(luò)不再單獨(dú)存在SGW用于不同承載模式的SIP協(xié)議轉(zhuǎn)換，只存在SIP與其他協(xié)議互通的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體MGCF。

　　在R5階段，用戶的QoS策略將通過Go接口的COPS協(xié)議，下發(fā)給GGSN的PEF（策略執(zhí)行機(jī)構(gòu)）執(zhí)行。因此，GGSN設(shè)備也需要升級。需要新增PEF功能，同時支持COPS協(xié)議。GGSN軟件也要進(jìn)行相應(yīng)的升級，比如，將用于承載IMS信令的PDP Context同通常的PDP Context相區(qū)分等。

　　考慮到GGSN作為IMS域一個接入點(diǎn)的同時，需要兼顧已有的IPv4網(wǎng)絡(luò)，因此，GGSN需要提供IPv4/IPv6雙棧支持。

　　IMS域信令路由尋址基于SIP URL格式，而傳統(tǒng)的路由尋址方式主要基于E.164格式，因此，在IMS域中需要增加ENUM設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)E.164格式與SIP URL格式的轉(zhuǎn)換。初期可考慮同DNS合并設(shè)置。后期隨著用戶量的增大，可考慮另設(shè)一ENUM設(shè)備。

　　在R5階段，IMS域采用IPv6地址�？紤]到實(shí)際應(yīng)用中有可能在骨干網(wǎng)還采用IPv4地址，因此需要對消息體中包含的內(nèi)容做地址轉(zhuǎn)換，這需要在IMS域邊緣接點(diǎn)處，新增一個SIP協(xié)議的IWF設(shè)備 （該實(shí)體還包括SIP協(xié)議的轉(zhuǎn)換功能）。

　　DNS由于要進(jìn)行IPv4/IPv6地址翻譯，因此設(shè)備需升級，根據(jù)用戶所處IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)，給出不同格式的IP地址。

　　R5業(yè)務(wù)

　　R5業(yè)務(wù)提供方式分為3種：基于原先智能網(wǎng)架構(gòu)；基于OSA接口；直接基于SIP消息。對于原先基于OSA/智能網(wǎng)架構(gòu)的應(yīng)用服務(wù)器，由IMS網(wǎng)絡(luò)的IM-SSF及OSA SCS做相應(yīng)的適配，原設(shè)備無須做任何修改可直接采用。

　　考慮到業(yè)務(wù)開放的需要，IMS域提供了基于SIP消息的接口。因此，運(yùn)營商在基于可信賴的基礎(chǔ)上，可直接由第三方開發(fā)業(yè)務(wù)，進(jìn)行業(yè)務(wù)控制。由于該接口直接開放SIP消息，因此很容易實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的開放。


----《現(xiàn)代通信》