關于第三代移動通信引入全IP網(wǎng)路結構的問題
王樹甲
最近，世界著名第二代（
事實上，
一、 對移動通信全IP結構的要求
1-1基本目標與概念
全IP結構是一種基于分組數(shù)據(jù)技術和因特網(wǎng)協(xié)議技術的網(wǎng)絡結構，其主要目標是，使
各移動通信運營商能夠采用IP技術同時傳送各種實時和非實時的
全IP網(wǎng)絡應提供基于具有公用核心網(wǎng)（CN）的擴充無線接入網(wǎng)（ERAN）和UMTS地面無線接入網(wǎng)（UTRAN）的無線移動接入業(yè)務，而且，都應基于通用分組無線業(yè)務（GPRS）的演進。在這種前后關系中，擴充的GPRS（E-GPRS）無線接入網(wǎng)是一種支持GSM演進的增強數(shù)據(jù)（EDGE）業(yè)務的200kHz GSM方式的網(wǎng)絡，并向支持實時分組業(yè)務演進。雖然EDGE不在3GPP范圍之內，但就這兩種接入技術來說，它們對全IP網(wǎng)結構的CN網(wǎng)的要求是共同的。所以，這種網(wǎng)絡的特性主要表現(xiàn)為：
· 采用基于GPRS的演進策略；
· 具有包括UTRAN和ERAN在內的多種無線接入類型的共同網(wǎng)元；
· 利用IP協(xié)議的分組傳送方式；
· 能夠使用各種IP客戶終端；
· 支持話音、數(shù)據(jù)、實時多媒體業(yè)務以及具有相同網(wǎng)元的業(yè)務。
該技術報告還包括以IP技術方法支持各種電路交換（CS）業(yè)務的問題，指出這種方法的優(yōu)點在于：
· 利用IP技術能夠提供無縫業(yè)務而不管接入方式如何，例如，不管用戶經(jīng)由傳統(tǒng)電話、有線、無線、HIPERLAN 2等不同方式接入方式，都能享有共同的特性；
· 具有與IP發(fā)展的最佳協(xié)同作用，從而降低成本；
· 是同時傳送話音、數(shù)據(jù)和實時多媒體業(yè)務的有效解決方案；
· 支持各種業(yè)務的高層控制；
· 通過IP實現(xiàn)綜合而低成本的操作管理（OA&M）系統(tǒng)；
· 由于支持IP客戶終端而具有各種因特網(wǎng)應用的優(yōu)點；
· 采用分組傳送方式而有效地降低各種業(yè)務成本。
1-2業(yè)務能力
通過業(yè)務能力特性（SCFs）為各種應用提供的業(yè)務能力（SC）；各業(yè)務能力特性則是由
一種或多種網(wǎng)絡功能提供的，如圖1-1所示；應能夠由運營商為其特定的業(yè)務能力不斷引入
SCFs；須由各種應用為接入SCFs引入標準接口，即所謂應用接口，而這種接口須在應用與SCFs之間提供一種可控的、安全的、可計費的關系；應用接口必須依照用戶的預訂申報數(shù)
圖注： CSCF：呼叫狀態(tài)控制功能 HSS：歸屬用戶服務器 SGSN：服務GPRS支持節(jié)點 SCFx：各業(yè)務控制功能（IN）和各業(yè)務能力特性（VHE/OSA） VHE：虛歸屬環(huán)境 OSA：開放業(yè)務節(jié)構
圖（1-1）業(yè)務能力特性與業(yè)務能力的關系
圖（1-1）業(yè)務能力特性與業(yè)務能力的關系
據(jù)（Profile）提供SCFs；各種應用可以位于服務器和/或移動終端，但只能通過各SCFs接入各業(yè)務能力；各種應用經(jīng)由SCFs既能利用移動網(wǎng)絡功能所提供的能力，又能利用IT系統(tǒng)所提供的各功能。
1-3 編號方案
編號方案標準應允許以單一標識號碼（如MSISDN）選路移動終接通信業(yè)務的移動用戶的終端設備，但不排除不同業(yè)務和能力（如數(shù)據(jù)、傳真、短消息）正在使用的多地址號碼。取決于終端能力、業(yè)務負荷和覆蓋狀況，網(wǎng)絡將經(jīng)由可用的資源選路到所呼叫的終端。當各網(wǎng)絡演進到全IP結構后，將需要基于單一標識號碼的選路能力，以保持業(yè)務的透明性。
1-4 無線方式
在全IP結構中支持業(yè)務和信令的無線電資源利用應得到優(yōu)化；在CN網(wǎng)與無線接入網(wǎng)（RAN）之間應區(qū)分與無線有關和非有關的功能特性；在RAN中應區(qū)分用戶平面協(xié)議棧和控制平面協(xié)議棧；對于同一空中鏈路上的多種不同類型的業(yè)務量，應提供上行和下行鏈路上的快速接入和快速資源分配的規(guī)程；對于諸如信頭壓縮、信頭拆卸一類的實時應用，應提供端到端IP傳送的優(yōu)化；為支持實時應用，網(wǎng)絡控制的切換過程應有很短的中斷；RAN中的各協(xié)議棧應支持具有不同QoS要求的各種業(yè)務；RAN網(wǎng)所采用的QoS機制與分組CN網(wǎng)所采用的QoS機制應具有互工作/互操作特性；對于空中鏈路上的多種不同類型的業(yè)務量，RAN網(wǎng)應具有承載區(qū)分能力，以實現(xiàn)最大的頻譜利用率；對于諸如語音業(yè)務一類的應用應優(yōu)化編/譯碼和交織特性；應支持每IP地址的具有不同QoS的多種數(shù)據(jù)流；應采用諸如統(tǒng)計復用一類的技術，使頻譜效率最高；ERAN應支持GPRS和EGPRS業(yè)務。
二、全IP PLMN的結構
2-1 參考結構
全IP PLMN的參考結構提供兩種選擇，選擇1的目標允許運營商采用全IP方式的結構傳送
選擇1的參考結構及其各組成部分如圖（1-1）所示，它提供靈活性和可擴充性的機制，支持全球漫游，并與諸如PLMNs、PDNs及其它多媒體VOIP網(wǎng)絡一類的外部網(wǎng)絡有互工作性。參照圖（1-1），端到端的結構由下列部分組成：
1） 無線網(wǎng)絡
無線網(wǎng)絡部分包括與移動用戶、無線空中鏈路和無線接入網(wǎng)有關的設備,RAN支持
UTRA和EDGE技術。允許運營商使用其它接入網(wǎng)絡，如ERAN和HIPERLAN 2。ERAN定義為包括支持200kHz EDGE調制方式和實時分組業(yè)務的GSM BSS的RAN。ERAN與CN之間的參考點標為Iu_ps’， 表示該參考點是Iu，而預期的實施方法類似于Iu_ps。
2） GPRS網(wǎng)絡
GPRS網(wǎng)絡部分具有GPRS支持節(jié)點（GSNs），它為移動終端（MTs）提供移動性管理
（MM）和分組數(shù)據(jù)協(xié)議（PDP）激活業(yè)務，如同是在R99 GPRS分組交換域網(wǎng)絡。GPRS網(wǎng)絡的HLR功能由歸屬用戶服務器（HSS）提供。
3） 呼叫控制
呼叫控制部分是最為嚴格的功能。呼叫狀態(tài)控制功能（CSCF）、媒介網(wǎng)關控制功能
（MGCF）、漫游信令網(wǎng)關（R-SGW）、媒介網(wǎng)關（MGW）、傳送信令網(wǎng)關（T-SGW）和媒
介資源功能（MRF）都包含傳送各種實時移動/無線業(yè)務的呼叫控制和信令功能。呼叫狀態(tài)控制功能（CSCF）類似于H.323關守（GK）或會晤初始化協(xié)議（SIP）服務器，一直有意保持其結構的一般化，而不是基于諸如H.323或SIP一類具體的呼叫控制機制。用戶數(shù)據(jù)文檔（Profiles）由歸屬用戶服務器保存維護。送至多媒體IP網(wǎng)絡的信令僅經(jīng)由CSCF接口，而承載直接與網(wǎng)關GPRS支持節(jié)點（GGSN）接口。媒介資源功能（MRF）提供媒介混合、復用及其它處理和產生功能，對于承載媒介與各承載部分接口，對于信令與CSCF接口。
圖1-1參考結構選擇1
4）至外部網(wǎng)絡的網(wǎng)關
全IP網(wǎng)絡與其它PLMNs、PDNs、VOIP、傳統(tǒng)
5）業(yè)務結構
網(wǎng)絡的業(yè)務結構部分可以描述為外部實體，并在第7節(jié)詳細介紹。非標準業(yè)務經(jīng)由至應用業(yè)務層的各接口提供，HSS、SGSN和CSCF與應用和業(yè)務部分相接口。
用戶設備（UE）與呼叫狀態(tài)控制功能間的Gm（圖中未示出）接口含有用戶至網(wǎng)絡的多媒體信令，它在無線、Iu、Gn和Gi各接口上傳送。
業(yè)務GPRS支持節(jié)點（SGSN）和網(wǎng)關GPRS支持節(jié)點（GGSN）與UMTS R99 23.002中所定義的功能單元相同。
全IP網(wǎng)絡中全IP MSs的移動性管理基于選路區(qū)標識（RAId），而全IP網(wǎng)絡中有電路交換能力的MSs的移動性管理基于RAId和位置區(qū)標識（LAId）。關于全IP網(wǎng)與
通過采用在MS登記過程中SGSN所分配的單一臨時標識碼（P-TMSI），MS的IMSI可以受到保護。該P-TMSI能夠在隨后的每次登記或選路區(qū)更新時重新分配，這有賴于全IP網(wǎng)與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)之間的漫游狀況。
接入網(wǎng)絡節(jié)點（WNNs：GPRS支持節(jié)點GSNs和無線網(wǎng)絡控制器RNC）不知道UE與
CSCF之間的多媒體信令，它們甚至不知道給定UE是否給CSCF發(fā)送多媒體信令。
由于不同的分組數(shù)據(jù)協(xié)議（PDPs）對QoS有不同的要求，因此不同的PDPs應傳送多媒
體信令和用戶數(shù)據(jù)流，然而接入網(wǎng)節(jié)點GSNs和 RNC并不知道給定PDP傳送或不傳送多
媒體信令。
工作體系結構的方法：IP網(wǎng)絡主采用通用IP技術支各種業(yè)務，包括持由H.323/會唔啟動協(xié)議SIP或ISDN用戶部分（ISUP）控制的多媒體業(yè)務和語音業(yè)務；網(wǎng)絡結構基于GPRS的演進，以適用于同時傳送實時和非實時業(yè)務的IP分組技術為基礎；為了支持R99電路交換（CS）域的各種業(yè)務，可以使用R99 CS域的呼叫控制（CC）機制，這并不防礙運營商采用其它機制來傳送各種CS域業(yè)務，諸如H.323、SIP或由R99 CS域演化形式的CC機制；
R00終端為IP方式，并通過IP實現(xiàn)綜合業(yè)務；網(wǎng)絡結構應支持個人移動性和語音和據(jù)業(yè)務在移動網(wǎng)與固定網(wǎng)之間的互工作性；與當今網(wǎng)絡相比，應保持或改進業(yè)務質量和網(wǎng)絡可靠性；應增強各全IP接口及其相應的網(wǎng)絡接口，以支持各種實時多媒體業(yè)務；網(wǎng)絡結構應使業(yè)務控制與呼叫/連接控制分離，用IP傳送替代SS7傳送，并且獨立于L1和L2的網(wǎng)絡傳送層；不論業(yè)務類別、基于ISUP或IP，IP應能傳送所有信令和數(shù)據(jù)。
圖2-2所示的參考結構選擇2允許運營商由R99 UMTS過渡到R00全IP網(wǎng)絡，它的一個主要目的是為了支持R99電路交換終端，使R99電路交換（CS）域業(yè)務和分組交換（PS）域業(yè)務能夠獨立地發(fā)展。
結構選擇2允許由結構選擇1支持的所有業(yè)務，與結構選擇1共用承載級傳送和控制，并應容納各種正在實施的傳送機制，例如，實時/用戶報/因特網(wǎng)協(xié)議（RTP/UDP/IP），？（AAL2/ATM）或？（STM）
參考結構選擇2包含參考結構選擇1的基于SGSN/GGSN/CSCF的各種業(yè)務，因此，
選擇2中增加了與R99 CS域有關的兩種控制單元，即移動交換中心（MSC）服務器和網(wǎng)關移動交換中心（GMSC）服務器。
選擇2得益于R99的Iu接口方式，因為用戶數(shù)據(jù)傳送與控制分離，所以允許UMTS地面無線接入網(wǎng)（UTRAN）經(jīng)由與MSC服務器分離的媒介網(wǎng)關（MGW）接入核心網(wǎng)。在UTRAN與MSC服務器之間利用Iu的控制部分，即無線接入網(wǎng)接入?yún)f(xié)議（RANAP）。
通過使各服務器終接移動應用部分（MAP）和用戶網(wǎng)信令（呼叫控制CC和移動性管理MM），可以達到R99 UMTS CS域的業(yè)務和網(wǎng)絡遷移演化的要求。
圖2-2參考結構選擇2
Iu是UTRAN與全IP核心網(wǎng)之間的參考點，在UTRAN與SGSN間，Iu基于IP方式；在UTRAN與MGW間，Iu（Iu-cs）可以基于不同的傳送方式。
在歸屬用戶服務器與MSC服務器和GMSC服務器之間運行MAP。
在將GGSN和GGSN+MGW分別視為至IP網(wǎng)和PSTN/傳統(tǒng)網(wǎng)的邊界的情況下，需要弄清如何確定MGW和怎樣保證至該MGW的最可選路由的問題。在呼叫發(fā)生時，CSCF需要確定適合該呼叫的MGW。例如，需要確定該呼叫是到PSTN，去到哪個PSTN網(wǎng)絡，還是經(jīng)由IP網(wǎng)絡的語音電話呼叫。這種確定只有當CSCF（還可能由SCF）分析呼叫建立信令之后才有可能作出。這一分析可以改變被叫方的號碼，例如將被叫方地址由相應于一個IP終端的地址修改為相應于一個外部PSTN終端的地址。只有這時才能確定最佳的MGW，而且這一確定不可能在SGSN作出確定之前完成。在經(jīng)由H.225信令將該MGW地址送回UE后，該UE便能激活指向適當網(wǎng)絡的支持用戶平面業(yè)務的一個PDP過程，所謂適當?shù)木W(wǎng)絡是指最能使用戶用來抵達該MGW的網(wǎng)絡。當加裝MRF后的最優(yōu)選路的一些問題，直至達成有關什么是網(wǎng)絡的邊界的協(xié)議之后才能夠確定。
