移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)

2019-11-03 09:33:46

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供稿：網(wǎng)友

愛立信(中國(guó))有限公司李明 1、概述

　　經(jīng)過近十年的發(fā)展,中國(guó)已建成世界上最大的GSM網(wǎng)絡(luò)。到2001年底,移動(dòng)電話用戶已超過一億三千萬(wàn)。　　移動(dòng)電話快速走進(jìn)千家萬(wàn)戶的同時(shí),以英特網(wǎng)（Internet）業(yè)務(wù)為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在近幾年也越來越成為人們生活的一部分。移動(dòng)英特網(wǎng)(Mobile Internet) 應(yīng)運(yùn)而生。

　　由于GSM系統(tǒng)在空中接口速率上的限制,人們開始把目光轉(zhuǎn)向第三代移動(dòng)通信系統(tǒng),也就是我們常說的3G。引入3G系統(tǒng),就是為了提高移動(dòng)通信的頻譜利用率,提供更高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸速率,滿足移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)的要求。3G為移動(dòng)英特網(wǎng)提供了很好的解決方案。作為3G主導(dǎo)技術(shù)的WCDMA,不僅可以支持很高的用戶數(shù)據(jù)速率,還可以提供極好的話音質(zhì)量。除了輕松的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)之外,還可為終端用戶提供一系列更先進(jìn)的業(yè)務(wù),例如多媒體業(yè)務(wù),視頻業(yè)務(wù),移動(dòng)定位業(yè)務(wù)等等,為用戶帶來全新體驗(yàn)。為了實(shí)現(xiàn)并支持這些新功能,WCDMA網(wǎng)絡(luò)把重點(diǎn)放在寬帶,效率,靈活性和ip技術(shù)上。隨著近來信息產(chǎn)業(yè)部3G試驗(yàn)的開展,有關(guān)移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)從2G向3G演進(jìn)的討論和交流也逐漸升溫。

　　不少人認(rèn)為,移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)從GSM(2G)到WCDMA(3G)的演進(jìn),意味著現(xiàn)有的GSM核心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的演進(jìn),或者說再利用。這種看法是片面的。移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn),著重是網(wǎng)絡(luò)本身的演進(jìn),通過構(gòu)建一個(gè)無(wú)縫的GSM/WCDMA網(wǎng)絡(luò),來保證移動(dòng)終端的各種業(yè)務(wù),平滑地過渡到3G。

　　我們首先從3GPP標(biāo)準(zhǔn)的角度,來看一下未來的移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其節(jié)點(diǎn)的發(fā)展情況。

2、3GPP標(biāo)準(zhǔn)化情況

　　3GPP (3rd Generation Partnership PRoject) 的主要成員保括歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織ETSI, 日本的ARIB 和TTC, 韓國(guó)的TTA, 美國(guó)的T1, 以及中國(guó)的CWTS等。其目標(biāo)就是制定第三代移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)。

　　到目前為止,3GPP R99和3GPP R4版本已分別在2000年3月和2001年3月完成。 3GPP R5版本也將在今年六月定稿。

2.1 3GPP R99的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及節(jié)點(diǎn)

　　從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的角度來看,3GPP R99最主要的工作是引入了WCDMA無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)（UTRAN）,通過Iu接口與核心網(wǎng)絡(luò)相連。同GSM核心網(wǎng)相比,3GPP R99的核心網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)及接口幾乎是相同的。當(dāng)然,這些節(jié)點(diǎn)在功能上是有區(qū)別的。

　　從功能上看,3GPP R99主要涵蓋了以下內(nèi)容。

★引入了全新的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)UTRAN

★自適應(yīng)多速率語(yǔ)音編碼(AMR)

★開放的業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)(OSA)

★GSM/WCDMA系統(tǒng)間漫游和切換

★基于GPRS的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

★支持所有GSM中定義的補(bǔ)充業(yè)務(wù)

　　電路交換域(CS domain)仍然是傳統(tǒng)的基于TDM的傳輸網(wǎng)絡(luò)。對(duì)核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（MSC, GSN等）來說,除了基于ATM的Iu接口外,主要是功能上的增強(qiáng)。其中GSM/WCDMA系統(tǒng)間漫游和切換,基于GPRS的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),支持所有GSM中定義的補(bǔ)充業(yè)務(wù),這些功能更側(cè)重于與GSM系統(tǒng)的延續(xù)性和互通性,充分保證了移動(dòng)終端業(yè)務(wù)的平滑和連續(xù)。

　　由于核心網(wǎng)骨干（Backbone）傳輸技術(shù)不變,原有的GSM核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)(MSC,GSN等)通過軟件升級(jí)和必要的硬件改動(dòng),是可以滿足3GPP R99功能要求的。

2.2 3GPP R4的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及節(jié)點(diǎn)

　　在3GPP R99引入WCDMA無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)(UTRAN)以后,3GPP R4的工作重點(diǎn)便集中到了核心網(wǎng)絡(luò)對(duì)分組技術(shù)（ATM/IP）的支持上。其目的是使電路交換域和分組交換域承載在一個(gè)公共的分組骨干網(wǎng)上。

3GPP R4版本主要包含以下內(nèi)容。

★引入了MSC服務(wù)器（MSC server）和媒介網(wǎng)關(guān)（MGW）,在電路交換域中把呼叫控制和承載分離,也就是我們常說的分層結(jié)構(gòu)

★電路域支持基于ATM/IP的分組傳輸技術(shù),包括語(yǔ)音,信令等

★Streaming級(jí)別的分組業(yè)務(wù)

　　分組技術(shù)的引入造成核心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生很大的變化。由于GSM系統(tǒng)中的MSC節(jié)點(diǎn)是一個(gè)TDM交換設(shè)備,很難應(yīng)用到這樣一個(gè)基于ATM/IP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。這樣,一個(gè)嶄新的節(jié)點(diǎn)---媒介網(wǎng)關(guān)（MGW）出現(xiàn)在3GPP R4的網(wǎng)絡(luò)中。它位于網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)據(jù)層的邊緣,除了完成ATM/IP層的交換和傳輸外,在接入側(cè)負(fù)責(zé)完成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入的功能,在另一端,它是通向外部PSTN網(wǎng)絡(luò)的接口。媒介網(wǎng)關(guān)通過H.248協(xié)議遠(yuǎn)端受MSC服務(wù)器控制。

　　這種分層網(wǎng)絡(luò)具有許多優(yōu)勢(shì)。

★它是一種開放的通用網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),能夠滿足電信領(lǐng)域當(dāng)前和未來的快速發(fā)展

★靈活性,適應(yīng)話務(wù)流量增長(zhǎng)以及通信模式的變化,和各種話務(wù)流量的混合

★各層之間相互獨(dú)立,每層都有單獨(dú)發(fā)展的空間,比如不同領(lǐng)域的新技術(shù)可體現(xiàn)在不同層上

★靈活的傳輸選擇。允許部署多種不同的傳輸技術(shù)(包括現(xiàn)有技術(shù)和新興技術(shù)）,而且不會(huì)對(duì)控制層、業(yè)務(wù)層或　　應(yīng)用層產(chǎn)生影響

★為多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)提供通用傳輸,如多種業(yè)務(wù)（話音、數(shù)據(jù)、運(yùn)維）可以共享同一傳輸網(wǎng)絡(luò)

★優(yōu)化分配資源。使網(wǎng)絡(luò)資源得到更有效地使用

由于ATM/IP骨干的介入,新的基于分組交換平臺(tái)的節(jié)點(diǎn)---媒介網(wǎng)關(guān)將被引入到核心網(wǎng)絡(luò)中來。作為控制節(jié)點(diǎn)的MSC服務(wù)器,它的功能與原來MSC節(jié)點(diǎn)的控制功能類似,通過對(duì)原有節(jié)點(diǎn)的改造,可以實(shí)現(xiàn)MSC服務(wù)器功能。

2.3 3GPP R5的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及節(jié)點(diǎn)

　　3GPP R5的工作集中在業(yè)務(wù)側(cè)---基于IP的多媒體業(yè)務(wù)域 (IMS)。在傳統(tǒng)的電路交換域（CS domain）和分組交換域（PS domain）, 其架構(gòu)保持不變。

對(duì)于IP多媒體域（IMS）, 這里不作介紹。

2.4 小結(jié)

　　通過對(duì)3GPP R99以及3GPP R4網(wǎng)絡(luò)的分析我們可以看出,對(duì)于3GPP R99的核心網(wǎng)絡(luò),由于其骨干傳輸技術(shù)(TDM)與GSM相比沒有變化,所以對(duì)現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)的演進(jìn)和再利用是完全可能的；而對(duì)于3GPP R4的網(wǎng)絡(luò),由于引入了ATM/IP分組技術(shù),核心網(wǎng)絡(luò)分成用戶數(shù)據(jù)層,控制層和應(yīng)用層,基于分組平臺(tái)的新節(jié)點(diǎn)（媒介網(wǎng)關(guān)）的引入成為必然,而原有的MSC節(jié)點(diǎn)中的控制功能將由MSC服務(wù)器來完成。

下面我們來看一下網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的方式。

3、網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的方式

　　在WCDMA系統(tǒng)建設(shè)的初期,一般有以下兩種方案。

★節(jié)點(diǎn)演進(jìn)方案

　　通過對(duì)現(xiàn)有GSM節(jié)點(diǎn)的改造,使之同時(shí)支持GSM和WCDMA核心網(wǎng)功能

★網(wǎng)絡(luò)迭加方案

　　在原有GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,新建一套獨(dú)立的WCDMA核心網(wǎng)絡(luò) 這兩種方案都可以采用公用的GSM/WCDMA HLR節(jié)點(diǎn)。這樣,原有的GSM終端用戶可以不更換MSISDN號(hào)碼即可享用3G的各種業(yè)務(wù)。

3.1 節(jié)點(diǎn)演進(jìn)方案

　　節(jié)點(diǎn)演進(jìn)方案更適用于3GPP R99的網(wǎng)絡(luò)。這是因?yàn)?GPP R99的核心網(wǎng)絡(luò)沿用了GSM系統(tǒng)中的TDM傳輸技術(shù)。通過前面的介紹我們知道,只要對(duì)MSC和GSN節(jié)點(diǎn)加以改造,就能夠使它們同時(shí)支持GSM/WCDMA功能。

　　節(jié)點(diǎn)演進(jìn)方案的主要優(yōu)點(diǎn)是原有設(shè)備的充分再利用。但它的缺點(diǎn)和局限性也非常突出。

★要求現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)有足夠的富裕容量。新增的3G話務(wù)必然帶來控制信令以及交換容量的開銷

★升級(jí)過程可能會(huì)造成對(duì)原有GSM話務(wù)的干擾

★由于2G和3G的話務(wù)承載在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)平臺(tái)上,造成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃復(fù)雜

★適用于保持TDM傳輸技術(shù)的3GPP R99網(wǎng)絡(luò)

3.2 網(wǎng)絡(luò)迭加方案

　　到目前為止,大多數(shù)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商還是選擇了迭加方案,即新建一套獨(dú)立的WCDMA核心網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)迭加方案的主要優(yōu)點(diǎn)包括

★避免了對(duì)現(xiàn)有2G話務(wù)的影響

★充分保障了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性

★易于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和實(shí)施

★由于是新建網(wǎng)絡(luò),其容量不受原有網(wǎng)絡(luò)的限制

　　值得一提的是,表面上看,雖然是新建了一套WCDMA核心網(wǎng)絡(luò),但新建的核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)仍然支持GSM的A接口。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商來說,在新建WCDMA核心網(wǎng)絡(luò)的投資,實(shí)際上可同時(shí)處理GSM和WCDNMA的話務(wù)流量。從網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的角度來說,這是非常有意義的。

　　網(wǎng)絡(luò)迭加方案不僅適用于3GPP R99的網(wǎng)絡(luò),也同樣適用于3GPP R4的分層結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

　　節(jié)點(diǎn)演進(jìn)方案和網(wǎng)絡(luò)迭加方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商來說,未來GSM和WCDMA用戶的發(fā)展預(yù)測(cè),終端用戶的話務(wù)模型,現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)狀況以及投資計(jì)劃等等,都會(huì)影響到方案的選擇。

4、GSM/WCDMA間的漫游和切換---業(yè)務(wù)的平滑和無(wú)縫

　　不論是演進(jìn)方案,還是迭加方案,對(duì)移動(dòng)終端用戶來說都不是最重要的。構(gòu)建一個(gè)無(wú)縫的GSM/WCDMA網(wǎng)絡(luò),保證移動(dòng)終端業(yè)務(wù)在兩個(gè)系統(tǒng)之間的平滑和連續(xù),這才是網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的根本目的。

　　系統(tǒng)提供了足夠的能力來支持這樣一個(gè)無(wú)縫的網(wǎng)絡(luò)。下面我們就來看一下GSM/WCDMA系統(tǒng)間的漫游和切換。

4.1漫游

　　在WCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)期間,必將存在2G和3G系統(tǒng)同時(shí)覆蓋的重疊區(qū)域,同時(shí)也存在僅可以提供GSM900或GSM1800支持的區(qū)域。擁有3G業(yè)務(wù)的用戶會(huì)希望在沒有3G覆蓋,但有GSM覆蓋的區(qū)域仍然能夠保持基本的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。正緣于此,WCDMA和GSM間的漫游是非常必要的。

　　目前GSM中移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商之間的漫游規(guī)則也同樣適用于WCDMA系統(tǒng)。GSM/WCDMA雙模終端將能夠登記在任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上。當(dāng)移動(dòng)終端進(jìn)行小區(qū)重選的時(shí)候,會(huì)首先選擇運(yùn)營(yíng)商,而不是哪種接入技術(shù)。當(dāng)雙模終端離開WCDMA覆蓋而進(jìn)入GSM覆蓋范圍時(shí),會(huì)嘗試登記在GSM網(wǎng)絡(luò)上。

4.2 切換

　　系統(tǒng)間的切換是3G的標(biāo)準(zhǔn)功能。在正常情況下,這種切換是雙向的,即不論是從WCDMA到GSM,還是從GSM到WCDMA,也不論移動(dòng)終端最開始發(fā)起呼叫是在那個(gè)系統(tǒng)中。系統(tǒng)間的切換可以是由于WCDMA或GSM缺乏覆蓋,系統(tǒng)擁塞,或者是系統(tǒng)間負(fù)荷分擔(dān)設(shè)置。

　　移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商之間必須進(jìn)行合作并協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)之間所需的參數(shù)和程序,特別是需要在所有有關(guān)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)間調(diào)整預(yù)配置表,以保證切換功能的正確實(shí)施。

　　大多數(shù)廠家的WCDMA設(shè)備也同樣從一開始就支持GSM/WCDMA系統(tǒng)間的切換功能。漫游和切換這兩項(xiàng)功能為移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商在3G建設(shè)期間,當(dāng)覆蓋有限的情況下,使原有的GSM網(wǎng)絡(luò)得到充分的利用,也使網(wǎng)絡(luò)能夠平滑地引入3G業(yè)務(wù),并能保證非常好的業(yè)務(wù)連續(xù)性。

5、結(jié)論

　　通過前面的介紹我們可以看出,在核心網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的過程當(dāng)中,盡管為了支持分組骨干技術(shù),分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將引入到核心網(wǎng)絡(luò)中來,但這并不會(huì)對(duì)核心網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)造成影響。不論是節(jié)點(diǎn)演進(jìn)方案,還是網(wǎng)絡(luò)迭加方案,系統(tǒng)都提供了足夠的能力,使現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)得到最大化的利用,通過構(gòu)建一個(gè)無(wú)縫的GSM/WCDMA網(wǎng)絡(luò),保證了移動(dòng)終端業(yè)務(wù)的延續(xù)性和平滑,這才是GSM/WCDMA核心網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的根本所在。

摘自《網(wǎng)絡(luò)通信世界》

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