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摘要 WCDMA和cdma2000對分組數(shù)據通信的支持各具特點。本文對WCDMA R99、cdma2000 1X的分組域從網絡結構，接口與協(xié)議，漫游、切換、對移動IP的支持以及可否接受外部網絡發(fā)起的分組業(yè)務等方面進行了闡述，并分析、比較了他們之間的不同點與特性。
關鍵詞 WCDMA R99 cdma2000 1X 分組域 協(xié)議 切換 移動IP
1 網絡組成
1.1系統(tǒng)結構圖
WCDMA R99系統(tǒng)結構如圖1所示，圖1中標出了分組域中的接口。
圖1 WCDMA R99系統(tǒng)結構圖
cdma20001X系統(tǒng)結構如圖2所示。
圖2 cdma2000 1X系統(tǒng)結構圖
從系統(tǒng)結構圖看出：
WCDMA R99在核心網側分為電路域和分組域，WCDMA的分組域采用與GPRS相同的體系結構。從分組域與電路域的關系看，MSC與SGSN之間通過Gs接口連接，可以配合完成對MS 的移動性管理功能，SGSN 還接收從MSC 來的電路型尋呼信息并下發(fā)到MS。電路域與分組域共用HLR。SGSN與SMS間存在Gd接口，已進行GPRS附著的用戶可在GPRS信道上接收和發(fā)送短消息。
cdma2000 1X的電路域和分組域之間只在BSC有接口，其它地方沒有任何關聯(lián)，電路域和分組域的界限清晰。HLR增加了與分組數(shù)據業(yè)務有關的用戶信息，但PDSN不直接與HLR、VLR話音網絡節(jié)點通信。PDSN與SMS間沒有接口。
下文中提到的WCDMA指WCDMA R99，cdma2000指cdma2000 1X版本。
1.2 分組域主要實體
1.2.1 WCDMA
在WCDMA R99系統(tǒng)中，由RN(包括MS、Node B、RNC)、SGSN、GGSN、HLR共同完成分組數(shù)據業(yè)務。核心網分組域的功能實體包括：SGSN、GGSN、HLR。
GPRS服務支持節(jié)點SGSN：為移動終端提供分組業(yè)務的節(jié)點。承擔分組域的移動性管理、安全性和接入控制功能，在移動臺和GGSN之間完成移動分組數(shù)據的發(fā)送和接收。
GPRS網關支持節(jié)點GGSN：分組域與外部PDN相連的網關。具有網絡接入控制功能、路由選擇和轉發(fā)功能、用戶數(shù)據管理功能，并配合SGSN實現(xiàn)移動性管理功能。
本地位置寄存器HLR：存儲UMTS GPRS用戶數(shù)據和路由信息。具有分組用戶數(shù)據管理、用戶位置信息管理及用戶鑒權功能。
1.2.2 cdma2000
在cdma2000-1X網絡中，由RN（包括MS、BTS、BSC/PCF）、PDSN、AAA、HA、FA共同完成分組數(shù)據業(yè)務。PCF用于轉發(fā)無線子系統(tǒng)和PDSN之間的消息。核心網分組域的功能實體包括PDSN /FA、HA、RADIUS服務器等。
分組數(shù)據業(yè)務節(jié)點PSDN：連接無線網絡RN和分組數(shù)據網的接入網關。為用戶終端建立和終止PPP連接，提供簡單IP和移動IP服務。對簡單IP業(yè)務，PDSN在IPCP階段為用戶終端分配一個動態(tài)IP地址；對移動IP業(yè)務，PDSN則支持外地代理(FA)功能，使用戶可以訪問公共數(shù)據網或專有數(shù)據網。
外地代理FA：當采用移動IP方式時，PDSN作為移動臺的外地代理，相當于移動臺訪問網絡的一個路由器，為移動臺提供IP轉交地址和IP選路服務。
本地代理HA：是MS在本地網中的路由器，負責維護MS的當前位置信息，建立MS的IP地址和MS轉發(fā)地址的關系。當MS離開注冊網絡時，需要向HA登記，當HA收到發(fā)往MS的數(shù)據包后，將通過HA與FA之間的隧道將數(shù)據包送往MS，完成移動IP功能。
RADIUS(AAA)服務器：通過IP與PDSN通信，完成關于PPP和移動IP連接的認證，授權和計費功能。
2 接口和協(xié)議
WCDMA分組域的整體構架與GPRS核心網絡保持一致，采用分組交換技術，在無線網絡接口、網絡協(xié)議方面進行了更新。
cdma2000移動終端通過與網絡間建立IP連接完成分組數(shù)據業(yè)務。
2.1 WCDMA
·主要接口：
WCDMA的核心網分組域相關接口如系統(tǒng)結構圖圖1所示。
Iu ps： SGSN與RNC之間的接口，WCDMA R99無線子系統(tǒng)與核心網分組域之間采用基于ATM的傳輸；
Gn：同一PLMN網絡中兩個GSN之間的接口，支持用戶數(shù)據和信令傳輸，支持移動性管理，在基于IP的骨干網中，該接口采用在TCP/UDP 協(xié)議之上承載GTP的方式進行通信；
Gi：GPRS與外部分組數(shù)據之間的參考點，在Gi 接口上需進行協(xié)議封裝/解封裝、地址轉換、用戶接入時的鑒權和認證等操作；
Gr：SGSN與HLR之間的接口，為SGSN提供了接入HLR并獲得用戶管理數(shù)據和位置信息的接口；
Gc：GGSN與HLR間的接口。主要用于網絡側主動發(fā)起對手機的業(yè)務請求時，由GGSN 向HLR 請求用戶當前SGSN 地址信息。
·協(xié)議
UMTS GPRS是一種二層承載業(yè)務，采用分組交換技術，實行統(tǒng)計復用，是一套完整的分組數(shù)據系統(tǒng)結構。它高效傳輸數(shù)據和信令，支持基于標準數(shù)據通信協(xié)議的應用，可以和IP網、X.25網互聯(lián)互通。GSN間通過基于IP協(xié)議的GPRS骨干網連接，用戶數(shù)據和信令利用GTP進行隧道傳輸。
UMTS GPRS用戶面板協(xié)議如圖3所示。
圖3 UMTS GPRS用戶面板協(xié)議棧
UMTS GPRS RNS－SGSN的控制面板采用ATM SS7傳送，SGSN－GGSN的控制面板采用GTP-C傳送。
此外，SGSN與HLR、EIR、短消息中心/短消息網關之間，SGSN與MSC/VLR之間采用SS7進行傳送。
2.2 cdma2000
cdma2000 1X的分組數(shù)據業(yè)務完全基于IP，移動終端與網絡間建立IP連接，所有業(yè)務通過IP連接完成。其協(xié)議模型包括簡單IP（SIP）和移動IP（MIP）兩種。當使用SIP時，網絡中包括PDSN、AAA服務器（RADIUS）。當使用MIP時，網絡中將增加HA、并且PDSN具有FA的功能。
·A接口
與分組域有關的A接口為A10/A11接口，提供PCF和PDSN之間的連接，是無線接入網和分組核心網之間的開放接口。A10和A11分別用于傳輸數(shù)據和信令，在協(xié)議模型中體現(xiàn)為R-P接口。
·使用簡單IP時的協(xié)議參考模型
終端主機可看作互聯(lián)網上的一個服務器，移動臺直接通過PDSN接入Internet，不需要HA。協(xié)議結構在PPP之上完全采用了IETF定義的IP協(xié)議集。簡單IP協(xié)議的參考模型參見圖4。
圖4 簡單IP協(xié)議參考模型
·使用移動IP時的協(xié)議參考模型
當使用MIP時，協(xié)議棧分用戶平面和控制平面兩部分。移動IP用戶平面的協(xié)議結構如圖5。
圖5 移動IP用戶平面協(xié)議參考模型
整個協(xié)議建立在IP技術基礎上。 PDSN和HA具備路由器的功能，PDSN和HA間的協(xié)議是標準的IP協(xié)議，為了保證安全傳輸，防止泄密，使用了隧道技術。
移動IP控制平面協(xié)議結構中，移動IP的上層控制協(xié)議MIP通過UDP封裝進行通信。協(xié)議結構中IP、TCP/UDP及上層應用協(xié)議為標準的IP協(xié)議簇。
3 分組域通信
3.1 路由區(qū)與分組區(qū)
WCDMA 和cdma2000分別使用路由區(qū)和分組區(qū)的概念，可以進行跨越路由區(qū)和分組區(qū)的切換。
WCDMA路由區(qū)RA：路由區(qū)與UMTS GPRS位置有關，包含在位置區(qū)內，由一個或多個小區(qū)組成，最大可以和位置區(qū)一樣大，一個路由區(qū)內只能屬于一個SGSN。用戶從一個小區(qū)進入另一個小區(qū)，如跨越路由區(qū)，就會發(fā)起路由區(qū)更新。
cdma2000分組區(qū)（Packet Zone）
一個PDSN網絡可劃分為若干個區(qū)域，一般分組區(qū)的劃分與BSC控制區(qū)的劃分一致。當移動臺沒發(fā)送/接收分組數(shù)據時，如果從一個分組區(qū)域移動到另外一個分組區(qū)域，應當進行分組數(shù)據業(yè)務的休眠切換。
3.2 漫游與切換
漫游是指移動臺離開它所歸屬的移動業(yè)務本地網。WCDMA與cdma2000分組數(shù)據用戶均能夠實現(xiàn)漫游。切換是指將一個正在進行的呼叫從一個小區(qū)轉移到另一個小區(qū)的過程。
WCDMA既能夠實現(xiàn)同一SGSN下不同路由區(qū)之間的切換，也能夠實現(xiàn)跨越SGSN的切換。cdma2000系統(tǒng)可以實現(xiàn)同一PDSN下不同分組區(qū)的切換，但能否實現(xiàn)跨越PDSN的切換，與系統(tǒng)是否支持移動IP有關。下面具體闡述。
·WCDMA
MS在PDP連接過程中，從一個SGSN范圍移動到另一個SGSN范圍時，可進行切換。這是由于SGSN具有移動性管理功能；
HLR能夠保存GPRS 用戶數(shù)據和路由信息；
利用SGSN與HLR之間的Gr接口，SGSN間的路由區(qū)更新時，SGSN 將會更新HLR 中相應的位置信息；當HLR 中數(shù)據有變動時，也會通知SGSN，SGSN會進行相關的處理。
通過新舊SGSN之間的Gn接口建立的連接可以將緩存在舊SGSN中的數(shù)據傳遞給新的SGSN。
·cdma2000-1X
用戶有兩種接入分組數(shù)據網絡方式：簡單IP和移動IP
·簡單IP：可實現(xiàn)移動臺作為主叫的分組數(shù)據呼叫，但跨PDSN時會中斷正在進行的數(shù)據通信。MS的IP地址僅具有鏈路層的移動性，即移動用戶的IP地址僅在PDSN服務區(qū)內有效，不支持跨PDSN的切換。
·移動IP：提供了IP路由機制，實現(xiàn)移動臺作為主叫或被叫時的分組數(shù)據業(yè)務通信。通過代理發(fā)現(xiàn)機制、移動注冊機制和PDSN/FA與HA間的隧道連接，支持跨PDSN的切換。
3.3 外部網絡發(fā)起的分組數(shù)據業(yè)務
移動終端有靜態(tài)地址時，具有Gc接口的WCDMA系統(tǒng)和具有移動IP功能的cdma2000系統(tǒng)均可接受網絡發(fā)起的數(shù)據業(yè)務。
WCDMA系統(tǒng)中，當PDP地址為靜態(tài)地址時，在Gc接口的支持下，可以實現(xiàn)由網絡側主動對手機發(fā)起的業(yè)務。此時GGSN 需要通過Gc接口向HLR 請求用戶當前SGSN 地址信息，為該PDP地址建立PDP上下文。
cdma2000系統(tǒng)中配置了HA和FA，用戶使用固定IP地址時，用戶可作為被叫接受外部網絡發(fā)起的數(shù)據業(yè)務，可提供非實時性多媒體數(shù)據業(yè)務，以及多種PUSH業(yè)務。
3.4 對移動IP的支持
cdma2000分組網絡基于IP技術，可以實現(xiàn)移動IP；WCDMA的分組域采用GPRS體系結構，本身不能實現(xiàn)移動IP。
移動IP并不是指移動通信系統(tǒng)中的IP技術，而是指主機可以移動，可以在不同的地點接入互聯(lián)網，其中包括通過移動通信網接入，也包括通過固定網或局域網接入。移動IP的關鍵技術在于如何安全高效地將發(fā)送給用戶的數(shù)據從歸屬的IP網絡轉發(fā)到用戶當前接入的網絡。當主機從一個新的接入點接入IP網絡以后，它將向歸屬網絡進行登記。在完成登記操作以后，如果有數(shù)據需要發(fā)送給用戶，歸屬網絡通過隧道技術將這些數(shù)據轉發(fā)到用戶當前接入的網絡中。
cdma2000實現(xiàn)移動IP的原理與基于普通以太網的移動IP在實現(xiàn)原理上基本一致，cdma2000系統(tǒng)中有歸屬代理和外地代理，主要協(xié)議均直接引用RFC建議，建立在IP技術基礎上，實現(xiàn)真正的IETF移動IP環(huán)境。
WCDMA的分組域移動性管理是基于GPRS，而不是基于IP，雖然可以支持移動用戶的漫游與切換，但本身不能實現(xiàn)移動IP。當把GGSN看作外地代理，再增加本地代理時，可以實現(xiàn)移動IP。
3.5 路由方式
這里的路由方式僅針對移動用戶發(fā)起的分組數(shù)據業(yè)務。WCDMA采用APN經DNS解析得到GGSN地址的方式，cdma2000采用IP路由機制。
·WCDMA
WCDMA中，分組會話開始之前需要進行PDP上下文的激活，建立起MS與GGSN之間的路由。在該路由上可以進行數(shù)據的雙向傳送。
當一個本地用戶發(fā)起的PDP對話的APN經DNS解析后的GGSN地址在本地網內時，路由從移動用戶所附著的SGSN經過最短路徑到該GGSN。
當一個漫游用戶發(fā)起的PDP對話，其APN經DNS解析后的GGSN為該漫游地的GGSN時，則移動用戶從所附著的SGSN經過漫游地的GGSN訪問外部數(shù)據網。
·當一個漫游用戶發(fā)起的PDP對話，其APN經DNS解析后的GGSN為歸屬地的GGSN時，則移動用戶所從附著的SGSN通過GPRS骨干網，到達歸屬地GGSN，從而訪問外部數(shù)據網。
·cdma2000采用IP路由機制，雙向傳送數(shù)據可以采用不同的路由。
采用簡單IP時：不論移動臺在本地還是漫游，移動臺接入分組網由歸屬AAA進行認證；由當前所在地PDSN分配IP地址，經過該PDSN接入外部數(shù)據網。
采用移動IP時：對于移動臺發(fā)送的數(shù)據，F(xiàn)A作為一個缺省的路由器，利用反向隧道發(fā)往HA或路由到IP網絡。對于發(fā)往移動臺的數(shù)據，如果移動臺漫游到了外地，并且在HA進行了移動IP注冊，HA將負責把攔截到的報文隧道封裝并發(fā)送到轉交地址（CoA），由轉交地址對應的節(jié)點解封裝后轉給MS。
4 總結
經過上述比較，我們可以看到WCDMA R99和cdma2000 1X在移動分組數(shù)據通信方面有如下不同：
從網絡結構看，cdma2000 1X的電路域與分組域有明顯的界線；WCDMA R99電路域與分組域之間有接口并共用網元。
從接口與協(xié)議看， WCDMA R99接口眾多，分組域體系結構與GPRS相同，采用分組交換技術，控制平面采用SS7；cdma20001X接口簡單，移動終端與網絡間建立IP連接，分組數(shù)據業(yè)務完全基于IP技術。
從分組域通信而言：
WCDMA移動臺可以在SGSN之間進行切換；cdma2000系統(tǒng)只在支持移動IP時可以進行PDSN之間的切換。
一定條件下，兩系統(tǒng)均可以接受外部網絡發(fā)起的分組數(shù)據業(yè)務。
cdma2000系統(tǒng)建立在IP技術基礎上，支持移動IP，可以充分利用IP技術已經取得的成果；而WCDMA有一套完整的分組數(shù)據系統(tǒng)結構，本身不支持移動IP。
總之，WCDMA分組域體系結構與GPRS相同，更穩(wěn)定成熟；而cdma2000支持移動IP，能充分利用現(xiàn)有的IP網絡資源。在考慮兩種技術時，可根據其特點加以選擇。
參考文獻：
1、 第三代移動通信網絡 人民郵電出版社
2、 GPRS原理及其網絡優(yōu)化 機械工業(yè)出版社
摘自 泰爾網
