ＵＭＴＳ網絡的發展趨勢

摘要：

文章在重點介紹3GPP中UMTS網絡標準進展的同時，探討了全球移動通信網絡向開放的網絡體系架構、控制和承載分離、網絡智能化和個性化等方向發展的趨勢，最后指出全IP階段網絡融合工作的重要性。

關鍵詞：

全IP網絡；軟交換；智能化

ABSTRACT:

Emphasisofthepaperisputontheintroductiontotheadvancesofstandardsfor

UMTSnetwork.ThedevelopmenttrendsofUMTSnetworktoopenarchitectures，

separationofcontrolandbearer，intelligentizationandcustomizationtiare

discussed.LastlytheimportanceofnetworkconvergencefortheAll-IPnetworkis

pointedout.

KEYWORDS:

All-IPnetwork;Softswitching;Intelligentization

自90年代移動通信進入高速發展階段以來，全球移動用戶數每20個月翻一番，每天約有25萬人成為新的用戶。中國移動用戶也呈現飛速發展的勢頭。2001年7月，中國移動用戶數達到1.2億，中國因此超過美國成為世界最大的移動通信市場。與此同時，互聯網也在飛速發展，并已成為現代人生活的一部分。新技術的驅動力是推動信息通信系統演進的重要因素。計算機網、電信網、電視網等加快融合為一體，寬帶IP技術成為三網融合的支持和結合點，這些都加速推動著話音和數據業務的融合，促進移動多媒體業務的應用。

13GPP網絡側標準的主要進展情況

UMTS(全球移動通信系統)是基于原泛歐GSM移動通信系統之上發展起來的第3代移動通信系統。UMTS主要的標準化工作目前集中在3GPP(第3代伙伴計劃)中進行。3GPP的標準推進過程分為R99、R4和R5版本，而且會在后續的工作中繼續出臺R6、R7等后續版本。R99是在2000年3月凍結的，R4在1年后的2001年3月出現第一個穩定版本，R5將會在2002年3月面世。

從網絡結構來說，不同的版本各有其特點：

(1)R99基本與2.5代GPRS的結構相同，整體分為電路域和分組域。電路域包括MSC(移動交換中心)、GMSC(關口移動交換中心)等設備；分組域由SGSN(服務GPRS支持節點)和GGSN(關口GPRS支持節點)兩部分組成。HLR(歸屬位置寄存器)作為公共設施，存儲移動用戶的業務和位置等數據。

(2)R4主要在電路域中將原MSC分離為MGW(媒體關口局)和MSC服務器，實現了承載和控制的分離。

(3)R5在分組域的基礎上增加了IMS(多媒體子系統)，以加強在分組域承載的多媒體業務(如VoiceoverIP等)的控制，如圖1所示。R5結構分為電路域(與R4相同，即傳統話音代理域)、分組域和與分組域配合的多媒體子系統。

圖1中，傳統話音代理域可支持現有話音電路交換的GSM/UMTS業務，只是交換節點的傳送采用IP或ATM。采用分組傳送仍然能夠完成傳統的話音業務，只是采用有效的寬帶交換。從總體來說，UTRAN(UMTS無線接入網絡)與UMTS核心網的分組域一起作為Internet的接入部分。IP多媒體子系統中存在基于SIP協議的呼叫狀態控制功能(CSCF)，它作為多媒體業務服務器，可以控制實現實時多媒體業務(包括話音業務)，并通過MGCF(媒體網關控制功能)以及MGW，實現與傳統PSTN/ISDN的互通。MRF(媒體資源功能)受控于CSCF進行錄音通知等信息的播送。

2UMTS網絡發展趨勢

用戶的需求、激烈的競爭和技術的發展將促使下一代核心網絡向著寬帶化、智能化和分組化的方向發展，多網融合成為網絡發展的趨勢，并已經明顯地形成開放的網絡體系、控制與承載分離、網絡的智能化和個性化等特點。

2.1開放的網絡體系構架

在移動網絡向第3代移動通信發展的今天，多種網絡呈現出一體化的趨勢，即移動、固定和IP等網絡一體化，在網絡體系架構上逐步形成了業務應用、核心網、接入網以及終端用戶的網絡體系架構。下一代網絡(NGN)仍在探討過程中，由于采用了全IP網絡結構，提出了新的概念，接入網和核心網的界限也在討論。

傳統網絡的發展逐步形成了以下特點：采用開放的網絡體系構架，將傳統交換機的功能模塊分離成獨立的網絡部件。各個部件可以按相應的功能劃分，各自獨立發展。部件間的協議接口基于相應的標準。部件化使得原有電信網絡逐步走向開放，運營商可以根據業務需要自由組合各部分的功能產品，進而組建網絡。部件間協議接口的標準化可以實現各種異構網間的互通。

IP網絡的整體結構如圖2所示。其核心網絡分為網絡業務、網絡控制、寬帶交換以及邊緣接入這4個域。

為了適應多業務應用和網絡管理，核心網采用基于業務需要的系列服務器來實現網絡業務和網絡控制。為了實現多種業務網的一體化、智能化，實現分布式結構，核心網定義了多種服務器：在網絡業務層面有負責核心網絡管理的服務器、網絡計費的服務器；在網絡控制層面有支持業務生成的業務應用服務器、處理各類呼叫的呼叫服務器等。

為實現寬帶數據業務，在核心網絡部分將逐漸采用IP交換。由于因特網業務的迅猛發展以及寬帶IP技術日漸成熟，核心網絡將基于IP交換，在傳輸層可采用IPoverDWDM、IPoverSDH、IPoverATM等多種方式。

基于不同的接入技術，核心網采用網關(GW)設備完成邊緣接入。考慮到網絡接入和互通的服務器不同，第3代移動網絡應能夠支持多種網絡的接入，服務不同的用戶(包括固定用戶和移動用戶)，因此核心網還需要通過不同的接入服務器接入用戶側業務。對于不同核心網之間的互通則通過多種網關來進行。

2.2控制與承載的分離

分離的目標是使業務真正獨立于網絡，以靈活有效地實現業務的控制和提供。用戶和運營商可以自行配置和定義自己的業務特征，不必關心承載業務的網絡形式及終端類型。這使得業務和應用的提供有較大的靈活性，不同的網絡實體能發揮最大的效應。

R4標準最為突出的網絡結構的改變就是在核心網絡的電路域實現了承載和控制的分離，引入了軟交換的概念，參見圖3(分組域仍然沿用原R99中SGSN、GGSN接入外部網絡的結構，分組域的承載和分離目前尚在討論)。

UMTS無線接入網(UTRAN)通過Iu接口接入到核心網絡。在核心網中原有拜訪MSC分離為MGW和MSC服務器，GMSC分離為MGW和GMSC服務器。對于HLR設備、CAMEL相關設備和接口仍沒有改變。

MSC服務器主要包括呼叫控制和移動性管理控制功能，其中也包括原VLR功能，以存儲移動用戶的業務和位置數據。MSC服務器作為網絡與移動終端之間的接口，將完成無線接口高層信令與Nc接口的轉換，同時通過Mc接口實施對MGW的控制功能。

GMSC服務器與MSC服務器的功能基本相似。由于它處于移動網絡與外部網絡關口的位置，需要完成Nc接口信令與外部網絡信令之間的轉換處理。

媒體網關(MGW)包括承載終端和媒體操縱設備(例如碼型變換器、回聲消除器等設備)。它能夠執行媒體轉換和幀協議轉換。同時，作為信令配合設備，它應終結從GMSC服務器傳送來的信令，在與承載相關信令部分應終結Iu接口和Nb接口傳送過來的信令。

MSC服務器與MGW之間的Mc接口以H.248協議為基礎，并增加了3GPP定義的一些擴展。基于網絡間呼叫控制協議在Nc接口上傳送，可采用ITU-T定義的BICC等協議。Nb接口傳送承載控制信令和業務數據，可采用基于ATM、IP或STM的AAL2/Q.AAL2、STM/none、RTP/H.245等方式。

2.3網絡的智能化和個性化

目前網絡的業務應用是與具體的核心網絡緊密聯系的。一個業務的生成需要特定的網絡協議，采用固定的業務生成環境，這往往需要對核心網中的多個實體進行修改，并引入新的終端設備。而下一代網絡需要快速的業務發展和部署，實現多領域的業務互通，實現對多媒體業務的控制。因此，網絡的智能化和個性化是發展的必然趨勢。

未來業務生成可采用多種開放、可編程平臺。該種方式不僅限于現有的智能網方式，而且實現業務應用與核心網分離。該方式包括：

●建立商業化的標準軟件平臺(例如采用通用Java語言)；

●在底層設計混合的媒體業務；

●在業務設計時采用靈活的方式，可采用獨立的、委托服務器或分布式服務器環境(可采用網絡設施中設備或終端設備來實現)。

正如圖4所示，作為傳統的GSM電信業務，由規范開始定義一系列的電信業務、承載業務和補充業務，這些業務需要隨后定義系統特征來實現。這一切都是花費很多的人力在設備和接口協議規范中明確規定的，所有GSM運營商都是這樣。

當采用基于多種業務特征組合方式實現的虛擬歸屬環境(VHE)時，在GSM和UMTS系統中利用其基本的承載業務，采用多種機制進行。圖4中還僅僅舉例說明了幾個比較成熟的機制，如CAMEL方式(即其智能網方式)、MExE(移動臺執行環境)和SAT(SIM卡應用工具)等。但隨著全IP網絡的引入，實現VHE的手段也越來越靈活。作為業務第3方來提供業務，業務接入的安全性和業務生成的便利性將會決定該方式是否能夠在市場上占有一席之地。以下列舉了一些業務創建體系：

(1)開放業務體系(OSA)方式：為網絡運營者和第3方應用定義了一個開放的標準化接口(即OSA接口)。OSA在網絡業務和業務能力之間提供一個紐帶。用此種方式提供的業務獨立于底層網絡技術。業務為OSA的頂層，通過OSA與SCS(業務能力服務器)相連。SCS將OSA接口映射到底層規定的電信協議(例如MAP、CAP、H.323、SIP等)，因此對于業務來說是看不到網絡的復雜性的。OSA的方式目前有兩種方式正在探討：CAMEL業務環境(CSE)之上建立OSA應用協議接口(API)；直接在SIPserver上建立OSAAPI。

(2)CAMEL方式：引入全IP網絡結構后，需要通過“軟SSF”完成SIP協議狀態和CAP基本呼叫狀態模型之間的轉換。

(3)網絡集成的JavaAPI(JAIN)Parlay方式：與Parlay組織起草的API比較類似，JAIN集團也為不同網絡實施桌面和服務器業務定義了Java標準，以實現第3方在定義的接口下生成業務。

(4)SIPServer編程方式：IETF提出了多種SIP業務編程的方式，如呼叫程序語言(CPL)、SIP公共關口接口(CGI)、Java增強型的SIP等。

3結束語

本文重點介紹了3GPP全IP的進展情況，但實際上無論是在3GPP還是在3GPP2，移動通信的總體網絡構架都在向全IP網絡發展，但是在功能實體設置和所使用的呼叫控制、移動性管理協議等方面，仍然存在著很大的差異。

ITU-T和運營者融合組織(OHG)都在積極地推進區域性標準化組織的融合工作，希望在全IP網絡階段能夠最大程度地實現融合和統一，以便運營商在網絡漫游和業務互通等方面降低成本，最終讓利于移動用戶。我們盼望著在技術和經濟上在世界范圍內能夠取得更大的融合。

(收稿日期：2001-11-26)

作者簡介

王志勤，信息產業部電信研究院第二事業部通信技術體制與標準研究所副所長，高級工程師，中國無線通信標準研究組(CWTS)之GSM工作組組長，《數字蜂窩移動通信系統》標準系列的主要制定人。1992年畢業于北京郵電大學無線通信專業。現主要從事移動通信標準、體制和技術發展策略的研究。