GSM核心網(wǎng)絡(luò)向3G(UMTS)演進的策略及其全IP多媒體網(wǎng)絡(luò)

0 前言

　　移動通信的發(fā)展日新月異,目前各國都在第三代移動通信標準以及技術(shù)方面進行研究｡其中較有前途的標準主要有WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA｡WCDMA標準是在現(xiàn)有GSM之上發(fā)展而來,本文就基于WCDMA技術(shù)的UMTS進行介紹,并重點給出它的核心網(wǎng)絡(luò)演進方向｡

1 UMTS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡介

　　UMTS的結(jié)構(gòu)由接入網(wǎng)絡(luò)UTRAN和核心網(wǎng)絡(luò)組成｡

　　接入網(wǎng)絡(luò)UTRAN的基本功能模塊是節(jié)點B和無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)｡節(jié)點B大致相當于GSM的BTS｡它的功能包括信道編碼后的擴頻和調(diào)制,以及軟切換時的組合和分裂功能｡RNC大致相當于GSM的BSC｡它負責對一些節(jié)點B的資源進行控制,并就承載和QoS與核心網(wǎng)絡(luò)進行協(xié)商｡

　　每一個RNC與核心網(wǎng)絡(luò)的接口為Iu,它負責切換的重新選擇與控制,承載控制以及協(xié)商｡Iub接口連接每一個節(jié)點B和它的RNC,并負責無線網(wǎng)絡(luò)功能的分配｡Iur接口提供RNC之間的邏輯接口,它用來為與軟切換和重定位等特定移動服務｡

2 向UMTS演進的初始網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　擁有GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)運營者對于實現(xiàn)UMTS最初結(jié)構(gòu)有兩種方案,即集成方案和重疊方案｡

　　集成方案可以看作現(xiàn)在的GSM/GPRS核心網(wǎng)絡(luò)的升級,它可以重復使用GSM的交換和路由功能｡UTRAN通過Iu接口與這個網(wǎng)絡(luò)相連｡這個方法可以充分利用現(xiàn)有的操作和管理系統(tǒng)業(yè)務傳送機制,交換節(jié)點和平臺;然而將WCDMA接入技術(shù)與這個網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合所產(chǎn)生的系統(tǒng)容量,及其性能還有待于評估與實驗｡

　　采用重疊方案的運營者應當使用不同(重疊)的交換和路由網(wǎng)絡(luò)支持UMTS無線通信｡這個方案以較低的危險來開發(fā)并行獨立的UMTS接入,使之與GSM/GPRS相連｡它的優(yōu)點在于開發(fā)者可以不考慮現(xiàn)有的2G網(wǎng)絡(luò),重點開發(fā)嶄新的UMTS｡

3 對演進方案的進一步考慮

　　在UMTS的初始演進方案基礎(chǔ)上,應當進一步考慮提高系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)所能支持的業(yè)務能力｡這可以從如下兩個角度來看:

　　a) 對于核心網(wǎng)絡(luò)中的電路交換部分,在有線電路交換中,現(xiàn)在一個通用的做法是采用并行處理將純交換/路由功能與控制機制相分離｡分離出的交換部分和控制部分分別并入媒體網(wǎng)關(guān)(MGW)和媒體網(wǎng)關(guān)控制(MGCF)部分,它們通過標準接口(如 H.248/Megaco)進行連接｡這樣運營者可以提高網(wǎng)絡(luò)業(yè)務的傳送和控制能力,這里對于UMTS初始演進結(jié)構(gòu)的核心網(wǎng)絡(luò)也應采取這種方式｡將分離出來的交換部分并入交換服務器和MGW｡交換服務器包含所有特定的移動呼叫､業(yè)務和移動控制,它使用H.248來控制MGW,實現(xiàn)基于電路交換的通信｡這樣系統(tǒng)的性能會有進一步的改善｡

　　b) 對于基于分組交換的通信而言,關(guān)鍵的改進點是在改進的GPRS基礎(chǔ)上實現(xiàn)實時通信｡它應該能夠支持多種QoS,這意味著可以允許傳統(tǒng)的流交換,基于IP的通信等不同業(yè)務｡此外它應當支持業(yè)務的連續(xù)傳送,并充分考慮移動性的特征｡

　　當然無論對于基于電路交換還是分組交換網(wǎng)絡(luò),它的最終目標是實現(xiàn)全IP核心網(wǎng)絡(luò)｡

4 全IP多媒體網(wǎng)絡(luò)

　　實現(xiàn)全IP多媒體網(wǎng)絡(luò)是3G核心網(wǎng)演進的重要目標｡這里SGSN(serving GPRS support node)的功能是提供網(wǎng)絡(luò)接入和移動性管理｡GGSN(gateway GPRS support node)提供對于IP分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務的接入｡CSCF(call session control function)支持和控制多媒體信息內(nèi)容｡它的具體功能有如下幾點:

　　a) 接收呼叫網(wǎng)關(guān):作為一個實體,對收到的呼叫進行路由接續(xù)｡

　　b) 呼叫控制:實現(xiàn)呼叫建立和終止,并進行狀態(tài)管理｡

　　c) 服務數(shù)據(jù)庫:與HLR交互實現(xiàn)用戶信息的接收與存儲

　　d) 地址處理:執(zhí)行地址分析､轉(zhuǎn)換､修改和映射功能｡

　　MGCF用來控制媒體網(wǎng)關(guān)中媒體信道的狀態(tài)｡它和CSCF進行通信,實現(xiàn)在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和3G UMTS網(wǎng)絡(luò)間呼叫控制協(xié)議的實現(xiàn)｡

　　為了滿足用戶移動性的要求,如用戶在本網(wǎng)絡(luò)和其他網(wǎng)絡(luò)間的漫游｡這里GSM/GPRS的HLR進一步演化為HSS｡為了滿足IP多媒體網(wǎng)絡(luò)所需的額外用戶信息,它包括用戶識別､用戶安全信息､用戶位置信息和用戶所需的特定服務等｡基于這些信息,HSS可以支持電路交換､分組交換和IP多媒體控制機制,它可以看作面向IP網(wǎng)絡(luò)的新一代的HLR｡MRF(multimedia resource function)實現(xiàn)多媒體會議,它負責在多方通話過程中承載業(yè)務的控制明顯的變化,CSCF分成了三部分,其中S-CSCF(serving CSCF)擁有來自HSS的特定用戶的數(shù)據(jù),它也可以終止來自移動終端的呼叫,并與應用和業(yè)務區(qū)域進行交互｡I-CSCF(interrogating CSCF)在移動中斷通信建立時對HSS查詢已決定適合于特定移動的S-CSCF｡ P-CSCF(proxy CSCF)在終端和S-CSCF間進行信令的連接,另外它也進行承載確認和判定｡其他模塊的功能與圖4類似｡

　　這里值得提出的是:對于終端和CSCF之間的信令選擇有兩種方式,即SIP信令和H.323多媒體信令｡選擇SIP信令的原因是它與IETF緊密相連,在語音和多媒體應用時具有較大的靈活性｡對于HSS與CSCF之間的信令選擇是LDAP和基于IP改進的MAP信令｡對它們的判斷仍在3GPP組織中進行討論｡