GSM核心网络向3G(UMTS)演进的策略及其全IP多媒体网络

0 前言

　　移动通信的发展日新月异,目前各国都在第三代移动通信标准以及技术方面进行研究｡其中较有前途的标准主要有WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA｡WCDMA标准是在现有GSM之上发展而来,本文就基于WCDMA技术的UMTS进行介绍,并重点给出它的核心网络演进方向｡

1 UMTS网络结构简介

　　UMTS的结构由接入网络UTRAN和核心网络组成｡

　　接入网络UTRAN的基本功能模块是节点B和无线网络控制器(RNC)｡节点B大致相当于GSM的BTS｡它的功能包括信道编码后的扩频和调制,以及软切换时的组合和分裂功能｡RNC大致相当于GSM的BSC｡它负责对一些节点B的资源进行控制,并就承载和QoS与核心网络进行协商｡

　　每一个RNC与核心网络的接口为Iu,它负责切换的重新选择与控制,承载控制以及协商｡Iub接口连接每一个节点B和它的RNC,并负责无线网络功能的分配｡Iur接口提供RNC之间的逻辑接口,它用来为与软切换和重定位等特定移动服务｡

2 向UMTS演进的初始网络结构

　　拥有GSM/GPRS网络的网络运营者对于实现UMTS最初结构有两种方案,即集成方案和重叠方案｡

　　集成方案可以看作现在的GSM/GPRS核心网络的升级,它可以重复使用GSM的交换和路由功能｡UTRAN通过Iu接口与这个网络相连｡这个方法可以充分利用现有的操作和管理系统业务传送机制,交换节点和平台;然而将WCDMA接入技术与这个网络相结合所产生的系统容量,及其性能还有待于评估与实验｡

　　采用重叠方案的运营者应当使用不同(重叠)的交换和路由网络支持UMTS无线通信｡这个方案以较低的危险来开发并行独立的UMTS接入,使之与GSM/GPRS相连｡它的优点在于开发者可以不考虑现有的2G网络,重点开发崭新的UMTS｡

3 对演进方案的进一步考虑

　　在UMTS的初始演进方案基础上,应当进一步考虑提高系统核心网络所能支持的业务能力｡这可以从如下两个角度来看:

　　a) 对于核心网络中的电路交换部分,在有线电路交换中,现在一个通用的做法是采用并行处理将纯交换/路由功能与控制机制相分离｡分离出的交换部分和控制部分分别并入媒体网关(MGW)和媒体网关控制(MGCF)部分,它们通过标准接口(如 H.248/Megaco)进行连接｡这样运营者可以提高网络业务的传送和控制能力,这里对于UMTS初始演进结构的核心网络也应采取这种方式｡将分离出来的交换部分并入交换服务器和MGW｡交换服务器包含所有特定的移动呼叫､业务和移动控制,它使用H.248来控制MGW,实现基于电路交换的通信｡这样系统的性能会有进一步的改善｡

　　b) 对于基于分组交换的通信而言,关键的改进点是在改进的GPRS基础上实现实时通信｡它应该能够支持多种QoS,这意味着可以允许传统的流交换,基于IP的通信等不同业务｡此外它应当支持业务的连续传送,并充分考虑移动性的特征｡

　　当然无论对于基于电路交换还是分组交换网络,它的最终目标是实现全IP核心网络｡

4 全IP多媒体网络

　　实现全IP多媒体网络是3G核心网演进的重要目标｡这里SGSN(serving GPRS support node)的功能是提供网络接入和移动性管理｡GGSN(gateway GPRS support node)提供对于IP分组数据网络业务的接入｡CSCF(call session control function)支持和控制多媒体信息内容｡它的具体功能有如下几点:

　　a) 接收呼叫网关:作为一个实体,对收到的呼叫进行路由接续｡

　　b) 呼叫控制:实现呼叫建立和终止,并进行状态管理｡

　　c) 服务数据库:与HLR交互实现用户信息的接收与存储

　　d) 地址处理:执行地址分析､转换､修改和映射功能｡

　　MGCF用来控制媒体网关中媒体信道的状态｡它和CSCF进行通信,实现在传统的网络和3G UMTS网络间呼叫控制协议的实现｡

　　为了满足用户移动性的要求,如用户在本网络和其他网络间的漫游｡这里GSM/GPRS的HLR进一步演化为HSS｡为了满足IP多媒体网络所需的额外用户信息,它包括用户识别､用户安全信息､用户位置信息和用户所需的特定服务等｡基于这些信息,HSS可以支持电路交换､分组交换和IP多媒体控制机制,它可以看作面向IP网络的新一代的HLR｡MRF(multimedia resource function)实现多媒体会议,它负责在多方通话过程中承载业务的控制明显的变化,CSCF分成了三部分,其中S-CSCF(serving CSCF)拥有来自HSS的特定用户的数据,它也可以终止来自移动终端的呼叫,并与应用和业务区域进行交互｡I-CSCF(interrogating CSCF)在移动中断通信建立时对HSS查询已决定适合于特定移动的S-CSCF｡ P-CSCF(proxy CSCF)在终端和S-CSCF间进行信令的连接,另外它也进行承载确认和判定｡其他模块的功能与图4类似｡

　　这里值得提出的是:对于终端和CSCF之间的信令选择有两种方式,即SIP信令和H.323多媒体信令｡选择SIP信令的原因是它与IETF紧密相连,在语音和多媒体应用时具有较大的灵活性｡对于HSS与CSCF之间的信令选择是LDAP和基于IP改进的MAP信令｡对它们的判断仍在3GPP组织中进行讨论｡

作者：石乐  荆雷    来源：邮电设计技术