UMTS网络的发展趋势

自90年代移动通信进入高速发展阶段以来，全球移动用户数每20个月翻一番，每天约有25万人成为新的用户。中国移动用户也呈现飞速发展的势头。2001年7月，中国移动用户数达到1.2亿，中国因此超过美国成为世界最大的移动通信市场。与此同时，互联网也在飞速发展，并已成为现代人生活的一部分。新技术的驱动力是推动信息通信系统演进的重要因素。计算机网、电信网、电视网等加快融合为一体，宽带IP技术成为三网融合的支持和结合点，这些都加速推动着话音和数据业务的融合，促进移动多媒体业务的应用。

　　1 3GPP网络侧标准的主要进展情况

　　UMTS(全球移动通信系统)是基于原泛欧GSM移动通信系统之上发展起来的第3代移动通信系统。UMTS主要的标准化工作目前集中在3GPP(第3代伙伴计划)中进行。3GPP的标准推进过程分为R99、R4和R5版本，而且会在后续的工作中继续出台R6、R7等后续版本。R99是在2000年3月冻结的，R4在1年后的2001年3月出现第一个稳定版本，R5将会在2002年3月面世。

　　从网络结构来说，不同的版本各有其特点：

　　(1)R99基本与2.5代GPRS的结构相同，整体分为电路域和分组域。电路域包括MSC(移动交换中心)、GMSC(关口移动交换中心)等设备；分组域由SGSN(服务GPRS支持节点)和GGSN(关口GPRS支持节点)两部分组成。HLR(归属位置寄存器)作为公共设施，存储移动用户的业务和位置等数据。

　　(2)R4主要在电路域中将原MSC分离为MGW(媒体关口局)和MSC服务器，实现了承载和控制的分离。

　　(3)R5在分组域的基础上增加了IMS(多媒体子系统)，以加强在分组域承载的多媒体业务(如Voice over IP等)的控制，如图1所示。R5结构分为电路域(与R4相同，即传统话音代理域)、分组域和与分组域配合的多媒体子系统。

图1 R5结构示意图

　　图1中，传统话音代理域可支持现有话音电路交换的GSM/UMTS业务，只是交换节点的传送采用IP或ATM。采用分组传送仍然能够完成传统的话音业务，只是采用有效的宽带交换。从总体来说，UTRAN(UMTS无线接入网络)与UMTS核心网的分组域一起作为Internet的接入部分。IP多媒体子系统中存在基于SIP协议的呼叫状态控制功能(CSCF)，它作为多媒体业务服务器，可以控制实现实时多媒体业务(包括话音业务)，并通过MGCF(媒体网关控制功能)以及MGW，实现与传统PSTN/ISDN的互通。MRF(媒体资源功能)受控于CSCF进行录音通知等信息的播送。

　　2 UMTS网络发展趋势

　　用户的需求、激烈的竞争和技术的发展将促使下一代核心网络向着宽带化、智能化和分组化的方向发展，多网融合成为网络发展的趋势，并已经明显地形成开放的网络体系、控制与承载分离、网络的智能化和个性化等特点。

　　2.1 开放的网络体系构架

　　在移动网络向第3代移动通信发展的今天，多种网络呈现出一体化的趋势，即移动、固定和IP等网络一体化，在网络体系架构上逐步形成了业务应用、核心网、接入网以及终端用户的网络体系架构。下一代网络(NGN)仍在探讨过程中，由于采用了全IP网络结构，提出了新的概念，接入网和核心网的界限也在讨论。

　　传统网络的发展逐步形成了以下特点：采用开放的网络体系构架，将传统交换机的功能模块分离成独立的网络部件。各个部件可以按相应的功能划分，各自独立发展。部件间的协议接口基于相应的标准。部件化使得原有电信网络逐步走向开放，运营商可以根据业务需要自由组合各部分的功能产品，进而组建网络。部件间协议接口的标准化可以实现各种异构网间的互通。

　　IP网络的整体结构如图2所示。其核心网络分为网络业务、网络控制、宽带交换以及边缘接入这4个域。
为了适应多业务应用和网络管理，核心网采用基于业务需要的系列服务器来实现网络业务和网络控制。为了实现多种业务网的一体化、智能化，实现分布式结构，核心网定义了多种服务器：在网络业务层面有负责核心网络管理的服务器、网络计费的服务器；在网络控制层面有支持业务生成的业务应用服务器、处理各类呼叫的呼叫服务器等。

图2 IP网络的整体结构

　　为实现宽带数据业务，在核心网络部分将逐渐采用IP交换。由于因特网业务的迅猛发展以及宽带IP技术日渐成熟，核心网络将基于IP交换，在传输层可采用IP over DWDM、IP over SDH、IP over ATM等多种方式。

　　基于不同的接入技术，核心网采用网关(GW)设备完成边缘接入。考虑到网络接入和互通的服务器不同，第3代移动网络应能够支持多种网络的接入，服务不同的用户(包括固定用户和移动用户)，因此核心网还需要通过不同的接入服务器接入用户侧业务。对于不同核心网之间的互通则通过多种网关来进行。

　　2.2 控制与承载的分离

　　分离的目标是使业务真正独立于网络，以灵活有效地实现业务的控制和提供。用户和运营商可以自行配置和定义自己的业务特征，不必关心承载业务的网络形式及终端类型。这使得业务和应用的提供有较大的灵活性，不同的网络实体能发挥最大的效应。

　　R4标准最为突出的网络结构的改变就是在核心网络的电路域实现了承载和控制的分离，引入了软交换的概念，参见图3(分组域仍然沿用原R99中SGSN、GGSN接入外部网络的结构，分组域的承载和分离目前尚在讨论)。

图3 3GPP R4/R5电路域的网络结构

　　UMTS无线接入网(UTRAN)通过Iu接口接入到核心网络。在核心网中原有拜访MSC分离为MGW和MSC服务器，GMSC分离为MGW和GMSC服务器。对于HLR设备、CAMEL相关设备和接口仍没有改变。

　　MSC 服务器主要包括呼叫控制和移动性管理控制功能，其中也包括原VLR功能，以存储移动用户的业务和位置数据。MSC 服务器作为网络与移动终端之间的接口，将完成无线接口高层信令与Nc接口的转换，同时通过Mc接口实施对MGW的控制功能。

　　GMSC 服务器与MSC 服务器的功能基本相似。由于它处于移动网络与外部网络关口的位置，需要完成Nc接口信令与外部网络信令之间的转换处理。

　　媒体网关(MGW)包括承载终端和媒体操纵设备(例如码型变换器、回声消除器等设备)。它能够执行媒体转换和帧协议转换。同时，作为信令配合设备，它应终结从GMSC 服务器传送来的信令，在与承载相关信令部分应终结Iu接口和Nb接口传送过来的信令。

　　MSC 服务器与MGW之间的Mc接口以H.248协议为基础，并增加了3GPP定义的一些扩展。基于网络间呼叫控制协议在Nc接口上传送，可采用ITU-T 定义的BICC等协议。Nb接口传送承载控制信令和业务数据，可采用基于ATM、IP或STM的AAL2/Q.AAL2、STM/none、RTP/H.245等方式。

　　2.3 网络的智能化和个性化

　　目前网络的业务应用是与具体的核心网络紧密联系的。一个业务的生成需要特定的网络协议，采用固定的业务生成环境，这往往需要对核心网中的多个实体进行修改，并引入新的终端设备。而下一代网络需要快速的业务发展和部署，实现多领域的业务互通，实现对多媒体业务的控制。因此，网络的智能化和个性化是发展的必然趋势。

　　未来业务生成可采用多种开放、可编程平台。该种方式不仅限于现有的智能网方式，而且实现业务应用与核心网分离。该方式包括：

• 建立商业化的标准软件平台(例如采用通用Java语言)；
  
• 在底层设计混合的媒体业务；
  
• 在业务设计时采用灵活的方式，可采用独立的、委托服务器或分布式服务器环境(可采用网络设施中设备或终端设备来实现)。

　　正如图4所示，作为传统的GSM电信业务，由规范开始定义一系列的电信业务、承载业务和补充业务，这些业务需要随后定义系统特征来实现。这一切都是花费很多的人力在设备和接口协议规范中明确规定的，所有GSM运营商都是这样。

图4 VHE的多种实现方式

　　当采用基于多种业务特征组合方式实现的虚拟归属环境(VHE)时，在GSM和UMTS系统中利用其基本的承载业务，采用多种机制进行。图4中还仅仅举例说明了几个比较成熟的机制，如CAMEL方式(即其智能网方式)、MExE(移动台执行环境)和SAT(SIM卡应用工具)等。但随着全IP网络的引入，实现VHE的手段也越来越灵活。作为业务第3方来提供业务，业务接入的安全性和业务生成的便利性将会决定该方式是否能够在市场上占有一席之地。以下列举了一些业务创建体系：

　　(1) 开放业务体系(OSA)方式：为网络运营者和第3方应用定义了一个开放的标准化接口(即OSA接口)。OSA在网络业务和业务能力之间提供一个纽带。用此种方式提供的业务独立于底层网络技术。业务为OSA的顶层，通过OSA与SCS(业务能力服务器)相连。SCS将OSA接口映射到底层规定的电信协议(例如MAP、CAP、H.323、SIP等)，因此对于业务来说是看不到网络的复杂性的。OSA的方式目前有两种方式正在探讨：CAMEL业务环境(CSE)之上建立OSA应用协议接口(API)；直接在SIP server上建立OSA API。

　　(2) CAMEL方式：引入全IP网络结构后，需要通过“软SSF”完成SIP协议状态和CAP基本呼叫状态模型之间的转换。

　　(3)网络集成的Java API(JAIN)Parlay方式：与Parlay组织起草的API比较类似，JAIN集团也为不同网络实施桌面和服务器业务定义了Java标准，以实现第3方在定义的接口下生成业务。

　　(4) SIP Server编程方式：IETF提出了多种SIP业务编程的方式，如呼叫程序语言(CPL)、SIP公共关口接口(CGI)、Java增强型的SIP等。

　　3 结束语

　　本文重点介绍了3GPP全IP的进展情况，但实际上无论是在3GPP还是在3GPP2，移动通信的总体网络构架都在向全IP网络发展，但是在功能实体设置和所使用的呼叫控制、移动性管理协议等方面，仍然存在着很大的差异。

　　ITU-T和运营者融合组织(OHG)都在积极地推进区域性标准化组织的融合工作，希望在全IP网络阶段能够最大程度地实现融合和统一，以便运营商在网络漫游和业务互通等方面降低成本，最终让利于移动用户。我们盼望着在技术和经济上在世界范围内能够取得更大的融合。

[摘要] 文章在重点介绍3GPP中UMTS网络标准进展的同时，探讨了全球移动通信网络向开放的网络体系架构、控制和承载分离、网络智能化和个性化等方向发展的趋势，最后指出全IP阶段网络融合工作的重要性。

[关键词] 全IP网络；软交换；智能化

[Abstract] Emphasis of the paper is put on the introduction to the advances of standards for UMTS network. The development trends of UMTS network to open architectures, separation of control and bearer, intelligentization and customization tiare discussed. Lastly the importance of network convergence for the All-IP network is pointed out.

[Keywords] All-IP network; Softswitching; Intelligentization