WCDMA R99與cdma2000 1X分組域的比較

2019-11-03 09:23:38

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王景麗

　　摘要 WCDMA和cdma2000對分組數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，接口與協議，漫游、切換、對移動ip的支持以及可否接受外部網絡發起的分組業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 分組域協議切換移動IP

　　1 網絡組成　　

　　1.1系統結構圖　　

　　WCDMA R99系統結構如圖1所示，圖1中標出了分組域中的接口。

圖1 WCDMA R99系統結構圖　　

　　cdma20001X系統結構如圖2所示。

圖2 cdma2000 1X系統結構圖　　

　　從系統結構圖看出：　　

　　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，電路域和分組域的界限清晰。HLR增加了與分組數據業務有關的用戶信息，但PDSN不直接與HLR、VLR話音網絡節點通信。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系統中，由RN(包括MS、Node B、RNC)、SGSN、GGSN、HLR共同完成分組數據業務。核心網分組域的功能實體包括：SGSN、GGSN、HLR。　　

　　GPRS服務支持節點SGSN：為移動終端提供分組業務的節點。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據的發送和接收。　　

　　GPRS網關支持節點GGSN：分組域與外部PDN相連的網關。具有網絡接入控制功能、路由選擇和轉發功能、用戶數據管理功能，并配合SGSN實現移動性管理功能。　　

　　本地位置寄存器HLR：存儲UMTS GPRS用戶數據和路由信息。具有分組用戶數據管理、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共同完成分組數據業務。PCF用于轉發無線子系統和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。　　

　　分組數據業務節點 PSDN：連接無線網絡RN和分組數據網的接入網關。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業務，PDSN在IPCP階段為用戶終端分配一個動態IP地址；對移動IP業務，PDSN則支持外地代理(FA)功能，使用戶可以訪問公共數據網或專有數據網。　　

　　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收到發往MS的數據包后，將通過HA與FA之間的隧道將數據包送往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連接完成分組數據業務。　　

　　2.1 WCDMA　　

　　·主要接口：　　

　　WCDMA的核心網分組域相關接口如系統結構圖圖1所示。　　

　　Iu ps： SGSN與RNC之間的接口，WCDMA R99無線子系統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 協議之上承載GTP的方式進行通信；　　

　　Gi：GPRS與外部分組數據之間的參考點，在Gi 接口上需進行協議封裝/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起對手機的業務請求時，由GGSN 向HLR 請求用戶當前SGSN 地址信息。　　

　　·協議　　

　　UMTS GPRS是一種二層承載業務，采用分組交換技術，實行統計復用，是一套完整的分組數據系統結構。它高效傳輸數據和信令，支持基于標準數據通信協議的應用，可以和IP網、X.25網互聯互通。GSN間通過基于IP協議的GPRS骨干網連接，用戶數據和信令利用GTP進行隧道傳輸。　　

　　UMTS GPRS用戶面板協議如圖3所示。

圖3 UMTS GPRS用戶面板協議棧　　

　　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的分組數據業務完全基于IP，移動終端與網絡間建立IP連接，所有業務通過IP連接完成。其協議模型包括簡單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分別用于傳輸數據和信令，在協議模型中體現為R-P接口。　　

　　·使用簡單IP時的協議參考模型　　

　　終端主機可看作互聯網上的一個服務器，移動臺直接通過PDSN接入Internet，不需要HA。協議結構在PPP之上完全采用了IETF定義的IP協議集。簡單IP協議的參考模型參見圖4。

圖4 簡單IP協議參考模型　　

　　·使用移動IP時的協議參考模型　　

　　當使用MIP時，協議棧分用戶平面和控制平面兩部分。移動IP用戶平面的協議結構如圖5。

圖5 移動IP用戶平面協議參考模型　　

　　整個協議建立在IP技術基礎上。 PDSN和HA具備路由器的功能，PDSN和HA間的協議是標準的IP協議，為了保證安全傳輸，防止泄密，使用了隧道技術。　　

　　移動IP控制平面協議結構中，移動IP的上層控制協議MIP通過UDP封裝進行通信。協議結構中IP、TCP/UDP及上層應用協議為標準的IP協議簇。

　　3 分組域通信　　

　　3.1 路由區與分組區　　

　　WCDMA 和cdma2000分別使用路由區和分組區的概念，可以進行跨越路由區和分組區的切換。　　

　　WCDMA路由區RA：路由區與UMTS GPRS位置有關，包含在位置區內，由一個或多個小區組成，最大可以和位置區一樣大，一個路由區內只能屬于一個SGSN。用戶從一個小區進入另一個小區，如跨越路由區，就會發起路由區更新。　　

　　cdma2000分組區（Packet Zone）　　

　　一個PDSN網絡可劃分為若干個區域，一般分組區的劃分與BSC控制區的劃分一致。當移動臺沒發送/接收分組數據時，如果從一個分組區域移動到另外一個分組區域，應當進行分組數據業務的休眠切換。　　

　　3.2 漫游與切換　　

　　漫游是指移動臺離開它所歸屬的移動業務本地網。WCDMA與cdma2000分組數據用戶均能夠實現漫游。切換是指將一個正在進行的呼叫從一個小區轉移到另一個小區的過程。　　

　　WCDMA既能夠實現同一SGSN下不同路由區之間的切換，也能夠實現跨越SGSN的切換。cdma2000系統可以實現同一PDSN下不同分組區的切換，但能否實現跨越PDSN的切換，與系統是否支持移動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 用戶數據和路由信息；　　

　　利用SGSN與HLR之間的Gr接口，SGSN間的路由區更新時，SGSN 將會更新HLR 中相應的位置信息；當HLR 中數據有變動時，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中的數據傳遞給新的SGSN。　　

　　·cdma2000-1X 　　

　　用戶有兩種接入分組數據網絡方式：簡單IP和移動IP 　　

　　·簡單IP：可實現移動臺作為主叫的分組數據呼叫，但跨PDSN時會中斷正在進行的數據通信。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服務區內有效，不支持跨PDSN的切換。　　

　　·移動IP：提供了IP路由機制，實現移動臺作為主叫或被叫時的分組數據業務通信。通過代理發現機制、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 外部網絡發起的分組數據業務　　

　　移動終端有靜態地址時，具有Gc接口的WCDMA系統和具有移動IP功能的cdma2000系統均可接受網絡發起的數據業務。　　

　　WCDMA系統中，當PDP地址為靜態地址時，在Gc接口的支持下，可以實現由網絡側主動對手機發起的業務。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起的數據業務，可提供非實時性多媒體數據業務，以及多種PUSH業務。　　

　　3.4 對移動IP的支持　　

　　cdma2000分組網絡基于IP技術，可以實現移動IP；WCDMA的分組域采用GPRS體系結構，本身不能實現移動IP。　　

　　移動IP并不是指移動通信系統中的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送給用戶的數據從歸屬的IP網絡轉發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，如果有數據需要發送給用戶，歸屬網絡通過隧道技術將這些數據轉發到用戶當前接入的網絡中。　　

　　cdma2000實現移動IP的原理與基于普通以太網的移動IP在實現原理上基本一致，cdma2000系統中有歸屬代理和外地代理，主要協議均直接引用RFC建議，建立在IP技術基礎上，實現真正的IETF移動IP環境。　　

　　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，但本身不能實現移動IP。當把GGSN看作外地代理，再增加本地代理時，可以實現移動IP。　　

　　3.5 路由方式　　

　　這里的路由方式僅針對移動用戶發起的分組數據業務。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據的雙向傳送。　　

　　當一個本地用戶發起的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訪問外部數據網。　　

　　·當一個漫游用戶發起的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，從而訪問外部數據網。　　

　　·cdma2000采用IP路由機制，雙向傳送數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接入外部數據網。　　

　　采用移動IP時：對于移動臺發送的數據，FA作為一個缺省的路由器，利用反向隧道發往HA或路由到IP網絡。對于發往移動臺的數據，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送到轉交地址（CoA），由轉交地址對應的節點解封裝后轉給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，分組數據業務完全基于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，兩系統均可以接受外部網絡發起的分組數據業務。　　

　　cdma2000系統建立在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據系統結構，本身不支持移動IP。　　

　　總之，WCDMA分組域體系結構與GPRS相同，更穩定成熟；而cdma2000支持移動IP，能充分利用現有的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原理及其網絡優化機械工業出版社

　　
摘自　泰爾網

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