移动通信与互联网的融合技术

1 前言

　　互联网是一个高速数据网络集，通过采用网际互联协议(IP)在网络层进行互联，解决了异质网络的互通互联问题，实现了资源共享需求，自1994年产生后，即在随后的商业化应用中获得巨大成功，同时直接导致了计算机网、电信网、电视网三网的融合和信息产业结构的改组。因这种IP网能够将应用和基础设施分开，开辟了如电子商务等基于Web的新数据应用。随着高性能路由器和DWDM技术的发展，以及QoS相关问题的解决，宽带IP技术逐步成熟。从话音到视频，从传统数据业务到基于Web的新数据通信业务，都可以在IP网上进行，出现了 Everything on IP的局面，宽带IP网将取代B－ISDN网，提供多媒体综合业务。

　　另一方面，移动通信技术因具有移动性、自由性、不受时间与地点限制等特性，正深刻改变着人们的生活和思维方式。移动通信从第1代模拟式发展到第2代数字式以后，也开始了向提供综合业务的第3代移动通信系统(3G)演化。如何将移动通信技术与互联网技术相结合，实现不受信息源和用户访问位置限制的同时，以统一的标准向用户提供无处不在的个性化信息网络服务，是目前的一个研究热点，在军事和商用领域都有着极大的应用前景。

　　2 移动通信的发展与互联网

　　第1代模拟移动通信系统始于80年代，到90年代出现了第2代数字移动通信系统(2G)。第2代移动通信系统包括GSM、IS95等多个标准，由于其话音清晰、漫游性能优良、管理更加方便，加之移动电话本身的小型化更加易于便携等特点，使网络规模及用户数量快速增长。由于话务密度的不断增长，第2代移动通信有限的频率资源已接近枯竭，移动通信的进一步发展迫切需求新的频段，以及能够更加有效利用频谱的无线通信技术。

　　另一方面，第1代模拟移动通信系统与第2代数字移动通信系统的核心业务是语音业务，相应的核心网是基于电路交换的网络，由TDM线路承载着绝大部分的语音与低速率、以电路型为主的数据业务。随着网络容量需求的不断增加，TDM技术的高成本、设备的复杂性以及管理的不灵活性日益明显，而且，TDM网络无法满足高速的基于分组的语音、数据和多媒体业务的要求。以GPRS为代表的2.5G能够提供无线数据应用，其实现方法是在现有的基于电路交换的网络旁增加一个平行的分组网络。分立的线路交换语音网和分组交换数据网因技术不同，业务分离，各自的运营和网管系统因此也是分立的，运营商不得不同时支持两个网络，产生了运维成本高和网络效率低等一系列问题。2.5G只是在原有无线技术和通信平台上的改进，其业务速率的提高以及提供业务的灵活性等方面都受到很大限制，不能从根本上改变第2代无线通信系统以话音业务和低速电路数据业务为主的局面。Internet业务对通信产生了巨大影响，也同样深刻影响着移动通信领域，移动互联网、移动多媒体等将成为移动业务发展的方向，多种多样的数据业务要求有一个高数据速率和高带宽的平台。

　　更高比特数据业务和更好的频谱利用率需求推动了第3代移动通信系统的发展。国际电信联盟(ITU)在1996年将第3代网络称为IMT-2000，在欧洲称为通用移动通信系统(UMTS)，即俗称的第3代移动系统。第3代移动系统的目标是要建立一个全球移动通信标准，打破第2代移动通信系统国家和区域的界限，在全球统一使用共同的频段和一致性的标准，真正实现全球“无缝”漫游，成为全球范围内覆盖和使用的系统。在业务方面，UMTS要求能够提供比第2代系统更多、更新，包括分组数据和多媒体在内的语音和数据业务；能够按需提供带宽，支持各种不同数据吞吐量、不同速率的业务；能够从第2代系统平滑演进；能够与不同网络之间实现互通；能够向用户提供大覆盖、“无缝”漫游和业务一致性等等。

　　互联网是建立在IP协议基础上的全球性虚拟网络，因用户不用关心特性各异的内部网络和路由等细节而共享全球资源，获得了商业化的巨大成功而得到迅速普及。移动通信实现资源与信息的共享，以互联网技术进行网络大融合是无可争议的必然趋势。IP组网具有各种网络硬件广泛适应所必需的灵活性，易实现即插即拔，既适合于高速分组数据的传输，又适合于低速分组数据的传输；既可使用无线电通信的无线网络，也可使用导线、光缆通信的有线网络，同时VoIP使分组交换也可以传送实时业务。目前几大公用网络，如基于SS7的PSTN、基于ATM的ISDN、结构复杂的PLMN等，发展趋势都是和互联骨干网Internet相融合，无线接入网也必然将融入互联网构成移动互联网。

　　移动互联网将充分发挥固定互联网的优势，把锁定在一个个固定站点中的信息释放到时空中去，每一个活动的个体都成了移动的网络节点，随时随地获取所需信息。基于移动互联网平台开展各种业务，在个性化、实用化，以及时间和位置的高度灵活性上体现优势，这些独具魅力的特征将引发巨大的市场。移动互联网业务将创造一种全新的个性化服务理念和商业运作模式，对于不同用户群体和个人的不同爱好和需求，为他们量身定制出多种差异化的信息，并通过不受时空、地域限制的渠道，随时随地传送给用户。终端用户可以自由自在地控制所享受服务的内容、时间和方式等。移动通信技术本身具有的安全和保密性能与互联网上的电子签名、认证等安全协议相结合，为用户提供服务的安全性保证。移动互联网可以在最大程度上实现社会资源更自由、更大范围的调配和更快速、更便捷的流通，从而影响和改变着财富增长的速度和分配的方式。这种变化所释放出来的巨大能量必将影响未来信息社会人们数字化生活中方方面面的需求，进而滚雪球般地创造出越来越多的机会和财富。

　　3 第3代移动通信与互联网的融合过程

　　第3代移动通信以码分多址(CDMA)技术为核心，主要技术体制分为WCDMA、TD-SCDMA和cdma 2000，其中WCDMA和cdma 2000采用频分双工(FDD)的工作方式，TD-SCDMA采用时分双工(TDD)工作方式。WCDMA、TD-SCDMA的开发和维护规范由3GPP负责，cdma 2000的开发和维护规范由3GPP2负责。本文以WCDMA系统为例描述移动通信系统与互联网的融合过程。

　　WCDMA是在GSM基础上向3G演进的，UMTS是采用WCDMA空中接口的第3代移动通信系统。从功能上，UMTS陆地无线接入网络(UTRAN)可分为无线接入网(RAN)和核心网络(CN)两部分。其中，RAN用于处理所有与无线有关的功能，而CN处理UMTS系统内所有话音呼叫和数据连接与外部网络的交换与路由。RAN 、CN与用户设备(UE)一起构成整个UMTS系统，即UMTS系统在移动用户接入公共电话网之前，通常采用CN、RAN、UE这3级组网方式。RAN包含一个或几个无线网络子系统(RNS)，一个RNS由一个无线网络控制器(RNC)和一个或多个Node B(节点B)组成。RNC负责分配和控制与之相连或相关的Node B的无线资源。Node B完成和用户设备间空中接口和与无线网络控制器接口间的数据流转换，同时也参与一部分无线资源管理。UTRAN结构如图1所示。

图1 UTRAN的结构图

　　无线接入网络UTRAN需要发展成为全IP网络--IP-UTRAN，用IP技术实现网络间互联。但IP-UTRAN的实现不仅仅与RAN的发展有关，也与整个IP网络的进展有关。同时UTRAN的演进也必须考虑第2代移动通信系统已经拥有庞大基础网络和众多用户的现实情况，必然是一个分阶段、逐步递进的过程。

　　3GPP标准的制订与3G的演进过程相对应，分为3GPP R99标准、R4和R5这3个标准，其中R4和R5标准合称为R00。目前3GPP R99和R4标准已经确定，R5标准正在完善之中。

　　3GPP R99标准是在2.5代移动通信系统基础上向IP-UTRAN过渡的阶段。该阶段需考虑与第2代系统的互联和兼容，以实现两大系统并存时的综合利用，同时需注意3G业务的平滑演进。过渡阶段的主要目标是提高传输速率，提高频谱效率，提供一般的多媒体业务。3GPP R99标准以ATM技术为基础构建网络，采用ATM交换机构成核心交换和传输网络，类似移动的B－ISDN概念，通过路由器可接入因特网。UTRAN和UE相对GSM采用全新的协议构成，其设计基于WCDMA无线技术，即引入了一个新的无线接入系统，在无线接口使用新的频段和新的传输技术，而CN侧则新增第3代语音/数据一体化平台??UMSC(相当于原MSC/VLR、SGSN功能)，构建叠加3G网络，在网络基础设施方面充分利用现有GSM的HLR/AUC/EIR以及GMSC、GGSN等，并沿用移动信令网。

　　R4规范是一个中间过渡阶段，在R4规范中，无线接入网部分不会引进新的功能实体，RNC和Node B实体的功能划分也不发生改变。R4版本在无线网络层上，主要支持RTT增强特性和优化无线资源管理；在传输网络层，仍采用ATM技术。R4版本注重了CS域的分组化和网元的分立化，目的是便于各网元的独立演进和简化网络，提高效率，增强可扩展性。

　　R99、R4标准对应的第3代移动通信系统结构见图2，其中：STP为信令转接点；HLR/AUC是管理移动用户的数据中心和PLMN的鉴权中心；EIR是设备标识寄存器；SC是短消息服务中心；HLR/AUC/EIR/SC都通过移动信令网SS7实现其功能；NMS为网络管理系统，用于对所有实体进行远程维护；GMSC为网关MSC，疏通固定用户到移动用户的通信业务；UMSC为语音/数据一体化平台，可从GPRS 的SGSN设备升级而来，支持GSM的A、Gb接口和3G的IuCS、IuPS接口。

图2 3G的过渡阶段UTRAN系统结构图

　　在R5标准对应的IP-UTRAN实现阶段，传统意义的移动网将仅局限在无线接入网侧(3G RAN、GSM BSS)，而核心网与IP网合一，它是一个基于分组交换的全IP网络，语音、数据、多媒体信息都是在同一IP承载网络上进行传输，同一IP承载网络可以提供实时业务，也可以提供非实时业务。在全IP网络中，由IP网络来承载数据与信令，全IP网络将由基于IP的信令替代传统的No.7信令。在IP网络之上构建逻辑独立的信令处理服务器处理控制信令(相当于MSC/SGSN的信令处理功能)，业务应用服务器处理业务，从而实现业务/控制/交换的逻辑分离。R5标准制订工作也在加紧进行，但目前只提出了一个未来IP化网络的框架，许多细节尚待明确。IP-UTRAN的最终实现需要进行以下几个方面的研究：

　　(1)IP-UTRAN中网络结构的演进

• 各节点直接挂到IP网络上；
  
• 各节点功能的重新分配；
  
• 作为局域接入网，IP-UTRAN怎样接入骨干网。

　　(2)IP-UTRAN空中接口解决方案

• 本地移动性解决方案的研究；
  
• 寻址结构；
  
• 无线接口的连接是否可作为本地的链路连接，而不是网络连接；
  
• 高速分组数据向低速分组数据的转换。

　　(3)有线传输部分需要解决的问题

• IP over ATM的研究；
  
• IP QoS的研究；
  
• IP传输实时业务的研究。
  

　　(4)IP-UTRAN中控制部分的研究

　　不同的业务有不同的呼叫控制，是否可以将它们整合为一，如PSTN、VoIP、ISDN、PLMN中的呼叫控制。

　　(5)IP-UTRAN中安全性的研究

　　(6)IP-UTRAN中维护管理和计费业务研究

　　由于网络结构与网络寻址的变化，管理及计费问题也是研究的一个方面。随着各项相关技术的成熟，在IP上实现语音、数据的统一传输，移动网最终将和互联网融为一体，如图3所示。

图3 全IP网络结构图

　　4 结束语

　　移动通信和互联网作为迈向信息社会的两个重要标志，分别对应着对大量信息资源的有效访问和随处漫游的个人通信，二者相融合将产生新的移动互联网，使人类真正进入信息化社会和数字化经济生活时代。同时我们也必须认识到，移动通信和互联网的融合过程才刚刚开始，还有很多问题有待解决，并且市场新的需求还会带来新的问题，这些问题的彻底解决需要继续进行第4、第5代移动通信技术的研究。国内厂商要抓住机会，在移动互联网市场上取得成功，就必须正视问题，进一步加大研发力量，进一步提高设备的技术含量，提高市场竞争力。

　　参考文献

1 吴更石,杨平.第三代移动通信技术的现状和展望.电信科学,2001,17(4):28?31
2 孙立新,尤肖虎,张萍.第三代移动通信技术.北京：人民邮电出版社,2000
3 3GPP TS 25.401.UTRAN Overall Description
4 3GPP TR 25.933.IP Transport in UTRAN Work Task Technical Report

[摘要] 文章介绍了移动通信的发展及其与互联网的关系，并以WCDMA为例，讨论了第3代移动通信与互联网融合的演进过程。

[关键词] WCDMA；互联网；演进

[Abstract] The paper briefly reviews the development courses of mobile communications, analyzes the relation between mobile communication and the Internet, and discusses the convergence process of mobile communication and the Internet with the example of WCDMA.

[Keywords] WCDMA; Internet; Evolution