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GPRS及3G業務提供中的關鍵技術

2019-11-03 09:38:12
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供稿:網友

□ 北京郵電大學 胡曉娟 楊放春

    未來3G的終端可以實現更高質量的語音通話業務,而且還可以實現多種其他功能。運營商面臨的最大問題是如何構建面向終端用戶、具有開放性和擴展性的業務平臺,在各個網絡發展階段如何平滑地將各種業務快速引入到自己的網絡中。
    一、開放業務體系結構OSA
    3G移動網絡的一個目標是和互聯網、固定網等多種網絡融合,其網絡結構將是一種分層的模型,即包括承載層、控制層和業務層,實現承載與控制分離、控制與業務分離的目標。OSA(Open Service Architecture)是3GPP組織提出的用于快速部署業務的開放業務平臺。OSA著眼于為移動通信用戶提供業務,希望將業務部署和承載網絡分離開來,成為獨立部分以便第三方業務提供商有機會參與競爭,有利于多廠商互通和快速地部署新業務。OSA實現方式是采用一種開放的、標準的、統一的網絡應用編程接口API(application PRogram Interface),為第三方廠家提供業務加載手段。
    3GPP提出的OSA是一種非常靈活的提供新業務的體系結構。OSA向業務提供商提供了標準的API,通過這些API,業務應用程序可以方便地利用承載網絡的業務能力,如呼叫控制能力、用戶信息查詢能力等,而又不必了解承載網信令細節。OSA的API中,承載網絡的業務能力被抽象成一組業務能力特征SCF(Service Capability Features ),這些SCF由業務能力服務器SCS (Service Capability Servers )提供和支持。OSA的目標是提供一種可擴展的結構,它有能力隨時添加代表承載網絡業務能力的SCF(Service Capability Features )或者說業務能力服務器SCS。當移動通訊網絡向3G演進時,利用OSA的架構來提供業務,可以最大限度地避免網絡的演進對原有業務和新業務的沖擊和影響。
    1.OSA的結構
    OSA體系結構分為三部分。
    * 業務層(Application):業務層的業務應用程序可以是第三方開發的業務,也可以是網絡運營者自己提供的業務,如VPN業務、多方會議業務、基于定位的業務等。這些業務可以在一個或多個應用服務器(Application Server)上實現。
    * 框架部分(Framework):框架為業務層提供一些基本運作機制,使業務應用程序可以利用承載網絡的業務能力。框架部分典型的運作機制為鑒權和發現機制。業務應用程序使用下層承載網絡前,必須與框架部分進行鑒權,之后才可以由框架部分提供的發現機制幫助業務應用程序找到適合SCS中的業務能力特征SCF的業務服務器。OSA的業務能力特征SCF及框架提供的運行機制都是用接口API定義的。
    * 業務能力服務器SCS:SCS向業務應用程序提供承載網的服務能力特征SCF,這些SCF是下層網絡能力的抽象定義,如呼叫控制、用戶定位等都被抽象成SCF。相同的SCF有可能由不同的SCS提供,如呼叫控制SCF可以由CAMEL的SCS提供,也可以由MExE(Mobile Station Application Execation Environment)的SCS提供。SCS是邏輯的概念,可以分布在不同的物理節點上,如用戶定位SCF、呼叫控制SCF等可以在一個物理節點實現,也可以分布在不同的物理節點中實現。SCS是承載網絡實體及上層業務之間的粘合劑。
    2.OSA的API
    OSA的API參考JAIN、PARLAY的理念,保持與它們的一致性。
    OSA的API不依賴于業務提供方的解決方法,不依賴于業務的編程語言,不依賴于業務運行的操作系統,也不依賴于業務實現的位置。為了使業務提供方能快速提供新業務,開放業務接口是必須的。
    與OSA的組成結構相對應,OSA的API也分成框架接口、業務能力服務器SCS接口及框架和SCS之間的內部接口這幾部分。在實現這些API接口后,OSA向業務層可以提供統一的接口,同時支持下層承載網的具體協議。
    3.OSA的基本運作機制
    在用戶通過OSA平臺使用業務層業務,或業務層業務通過OSA使用承載網絡的業務能力前,OSA中首先要運行一些機制,確保網絡運營的安全性,同時可以管理訪問OSA的業務應用或客戶。這些機制有的只被應用一次,如創建OSA和業務應用程序之間的業務合約,而有的可以被應用多次。
    業務應用程序和OSA框架間的基本機制有五方面。
    * 鑒權機制:業務應用Application的提供商首先應該和OSA平臺提供方有一個書面的業務協議,這樣才能得到框架Framework鑒權接口信息。在業務部署時,業務應用程序和框架必須相互鑒權,OSA的鑒權模式是端到端的。只有在鑒權后業務應用程序才能使用其它的業務能力特征SCF。
    * 授權機制:授權不同于鑒權,授權是用于確定鑒權后的業務應用程序都有那些權限。業務應用程序鑒權后就可以被授權,有權力使用某些下層承載網絡能力。
    * 發現機制:在鑒權后業務應用程序可以訪問框架的發現機制接口,得到關于各個業務能力服務器SCS的信息。 發現機制接口在鑒權后隨時可以被使用。
    * 制定服務規約:在業務應用程序和業務能力服務器SCS交互前,還要在線制定一些它們之間的服務規約。
    * 安全機制:框架還提供接入控制功能,對調用OSA API方法的業務應用程序的數據做接入檢查。
    OSA框架和業務能力服務器SCS間的基本機制為注冊機制。業務能力服務器SCS要將它支持的業務能力特征SCF向框架注冊。這樣框架才可以向業務層提供發現機制。在更新和添加SCS時,都要用到注冊機制。
    業務應用和業務能力服務器SCS間的基本機制為喚醒機制。如果一個用戶已經訂購了某個業務,那么當SCS收到該用戶與該業務相關的消息時,就該喚醒對應的業務應用程序。
    移動網絡的運營商可以提供的業務主要有基于Internet的業務、駐留在終端的業務及電信網的增值業務。3G標準中,不再定義標準的業務,而是定義了標準的業務生成的工具,如MExE、CAMEL、SAT等。提到GSM網中的智能增值業務,就不能不提到CAMEL,OSA對CSE的支持可以最大程度地在OSA平臺中支持CAMEL原有的業務,并有利于網絡演進后利用CAMEL部署新業務。SAT、MExE這些工具包主要適用于駐留在手機中的業務。WAP主要用于為手機用戶提供Internet相關的服務。WAP、SAT、MExE被稱為三大無線協議。
    二、CAMEL
    1997年,ETSI提出了CAMEL,用來解決GSM移動通信網與智能網互聯的問題,現階段在GSM網中的智能業務都首選用CAMEL實現。CAMEL在不斷演化,在向3G的演進過程中,CAMEL將一直在智能業務提供方面起到非常關鍵的作用。
    1.CAMEL標準
    CAMEL標準分三部分定義,3GPP的規范22.078對CAMEL業務的實現機制進行了整體描述,3GPP規范29.078對CAMEL應用協議CAP進行了定義。
    CAMEL標準的制定都參照了ITU-T的智能網能力集CS,是智能網思想在移動領域的應用。圖1是比較成熟的CAMEL第二階段的結構圖,其中MSC,GMSC,VLR,HLR是原移動網的功能節點,gsmSSF,gsmSCF,gsmSRF是新增的移動智能網的功能節點。
    CAMEL標準主要定義了CAMEL的體系結構、CAMEL的檢測點、CAMEL的客戶簽約數據、CAMEL的基本呼叫狀態模型、CAMEL的處理過程、CAMEL信息流的定義等。CAMEL的檢測點用于發起CAMEL業務及控制CAMEL業務流程,當呼叫過程中遇到CAMEL的檢測點且滿足CAMEL業務觸發條件時,可以暫時掛起呼叫過程,請求業務控制功能點gsmSCF的指示。CAMEL的客戶簽約數據存在HLR功能節點中,包括gsmSCF地址、業務鍵、檢測點觸發條件、CAMEL處理能力等信息。MSC接收到呼叫時,會首先向HLR查詢用戶是否有CAMEL的簽約信息。如果符合發起CAMEL業務的條件,則掛起呼叫過程,通過gsmSSF向gsmSCF請求指示,完成用戶定購的CAMEL業務。
    2.CAMEL對GPRS及3G的支持
    CAMEL標準是分階段的,目前有CAMEL1階段、CAMEL2階段、CAMEL3階段和CAMEL4階段,其中CAMEL3和CAMEL4階段還在完善中。我國當前的移動智能網主要參考CAMEL2階段標準。
    CAMEL1在GSM網絡上增加了gsmSCF、gsmSSF功能實體;定義了gsmSCF、gsmSSF之間的CAP接口以及gsmSCF與HLR之間、HLR與VLR之間、HLR與GMSC之間的MAP接口;定義了7條CAP操作。CAMEL2增加了gsmSRF功能實體,添加了gsmSCF、gsmSRF之間的CAP接口以及gsmSCF與MSC之間的MAP接口;添加了相應的CAP操作。
    CAMEL3開始支持GPRS會話及PDP(Packet Data Protocol)
    格式的上下文應用,可以控制HLR中客戶數據,可以支持網絡信令負荷的控制,支持撥入業務,可以處理移動事件和控制電路交換方式和包交換方式的移動發端短消息業務。CAMEL3可應用于如下過程:電路交換的基本移動業務過程,通過MSC或通過GPRS 的SGSN(Serving GPRS Support Node)進行的移動發端短消息業務過程,GPRS會話及PDP上下文過程。其中與GPRS的互聯是CAMEL3階段引入的重要內容。通過與GPRS的互聯,可以將CAMEL業務的應用范圍擴展到數據業務,從而豐富CAMEL的業務能力。圖2是CAMEL3階段定義的為GPRS提供智能業務的結構圖。
    HLR用于存儲客戶的簽約信息GPRS-CSI。HLR支持SGSN隨時查詢簽約信息。
    GPRS中的功能節點SGSN從HLR處收到GPRS-CSI,觸發CAMEL業務。SGSN向gprssSF請求指令,以實現gprsSSF對SGSN中GPRS會話和PDP上下文進行控制。gprsSSF和gsmSCF通過CAP協議通信,實現GPRS用戶申請的CAMEL智能業務。
    3GPP的技術規范中提出:在GPRS的另一個功能節點GGSN(Gateway GPRS Support Node)與數據網的Gi接口中配置H.323 網守或Sip代理服務器,可以使數據網中的控制信令傳人GPRS網中,實現移動終端VoIP或移動終端的多媒體呼叫。CAMEL3也可以在上述模型中提供智能業務,只需要增強H.323 網守或SIP代理服務器的功能,使之可以和HLR交互,獲取移動用戶的CAMEL簽約信息,即實現被稱作IPSSF的功能就可以使CAMEL3提供移動終端在VoIP或多媒體呼叫中的智能業務。
    CAMEL4支持電路交換中移動用戶之間最佳路由選擇,支持在已存在的呼叫中添加新的通話方,具有創建與現存呼叫無關的新呼叫的能力,增強了CSE對用戶撥入業務的控制能力,添加了CSE對IP多媒體會話的控制能力。
    移動通訊網絡在很長一段時間內將是2G、2.5G和3G共存的局面,在3GPP提出的全IP化移動通訊核心網絡中,包括2G的鏈路子系統CS、2.5G的分組子系統和提供多媒體服務的IP多媒體子系統。CAMEL4中對第三代移動通訊核心網中IP多媒體子系統的會話過程添加了控制能力,從而可以為以后的多媒體呼叫提供增值智能業務。CAMEL4還在起草階段,有許多細節還在制定中。
    CAMEL各階段的演進主要是添加便于提供業務的功能實體,添加功能實體間的標準接口及所支持的CAP操作。功能實體的增加、接口的增強及操作的豐富必然會增加所支持業務的種類。
    三、移動終端應用執行環境MExE技術
    未來3G的終端將是多功能的終端,3GPP制定的移動終端應用執行環境技術MExE,有助于移動終端對計算和娛樂業務的支持。MExE使不同的移動終端可以在存儲、顯示和計算能力的范圍內,實現對來自MExE業務環境的數據、Applet和應用程序的支持,享受MExE業務。網絡運營商或業務提供商可以利用MExE標準的API和工具箱實現標準的MExE業務。未來的3G終端也因此具有更多的智能功能。
    四、SIM應用工具包SAT技術
    SIM應用工具包是基于客戶機/服務器的模式工作的。在SIM應用工具包規范中,短消息服務SMS是一個關鍵。網絡運營商或業務提供商可以隨時在SAT服務器中發送內嵌于短信息中的程序,改變移動終端中的SIM信息,并且終端可以通過無線方式下載新的服務,比較方便和靈活。
    SIM卡中存有個人化的信息,對于那些安全級別要求較高的服務如電子商務、銀行業務等具有重要作用,可用于與安全相關的身份認證。
    SIM應用工具包被許多移動終端制造商如Nokia、Siemens、Alcatel和Motorola、EriCSSon等集成到手機中,許多網絡運營商也都支持SIM應用工具包。
    五、WAP技術
    WAP協議可以使移動用戶接入Internet,而手機終端只需內置一個微型瀏覽器。WAP的網絡結構包括終端、WAP網關和WAP服務器。WAP網關負責將終端的請求轉換成HTTP協議,向WAP服務器提出服務申請,并將WAP服務器中的信息處理后回傳給手機終端。WAP協議可應用于如GSM、GPRS、CDMA等多種網絡。WAP也有其局限性,諸如終端耗電量大、終端顯示屏較小、終端輸入不便等缺點,不過可以使移動用戶實時獲得Internet中的信息,Internet網絡運營商也希望擴展自己的用戶群,WAP協議在移動通信中還是有很高的應用價值的。
    六、移動網絡中提供業務的發展趨勢
    IPv6、移動IP等技術為移動網絡和Internet網的融合提供了條件,移動通訊網絡的核心網絡正在向全IP的方向發展。在提供業務方面,有一個思想是很重要的,即從承載層和控制層中分離出業務層,并定義面向業務層的標準的API,這些API抽象了承載網絡的業務能力。業務層的應用程序為移動用戶提供附加的業務和控制邏輯,這和下一代網絡分層構建的思想及智能網中承載與控制分離,控制與業務分離的概念是一致的。

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