移动IP电话技术

１ 引言

    当前国内外正加紧研究和开发第三代移动通信系统（ＩＭＴ－２０００），ＩＴＵ和各地区性标准化组织在积极制订相关技术标准。该系统的目标不只是第二代移动通信系统的简单延伸，而是要成为包容有线和无线、固定和移动网络，支持话音、数据和多媒体通信应用的一个全球性通信基础结构。目前无线接口的射频传输技术（ＲＴＴ）已形成以Ｗ－ＣＤＭＡ和ＣＤＭＡ２０００为代表的两大主流技术，网络技术和信令协议也正在加速研究之中，各国都在抓紧开发技术和产品。由于ＩＰ已经在数据领域取得巨大的成功，并已稳步进入电信市场，因此ＩＰ自然成为ＩＭＴ－２０００选用的极其重要的网络技术。它要求基于ＩＰ技术的网络不但能支持固定ＩＰ电话终端的接入，也能支持移动ＩＰ电话和未来移动ＩＰ多媒体终端的全球无缝接入。正是基于这样的考虑，３ＧＰＰ正在研究支持移动应用的全ＩＰ网络结构，Ｉ-ＴＵ－Ｔ ＳＧ１６已开始研究Ｈ．３２３系统的移动性技术，准备制订Ｈ．３２３附件Ｈ：Ｈ．３２３的用户和业务移动性建议。

    本文着重介绍Ｈ．３２３系统在移动ＩＰ电话技术方向的研究动态。

２ ＩＰ电话移动性技术要求

    至今为止，Ｈ．３２３只考虑固定终端和用户以及固定的业务提供者，Ｈ．３２３移动性则要求支持固定有线网和固定／移动无线网的综合以及公众网和专用网的综合。新的Ｈ．３２３系统将考虑Ｈ．３２３移动手机终端、固定Ｈ．３２３终端的ＩＰ移动性以及与现有移动通信系统的互通，实现Ｈ．３２３终端的漫游和切换。

    Ｈ．３２３移动性建议主要考虑的是网络技术，其核心问题是如何解决移动情况下的终端地址解析。其研究目标是：

    定义Ｈ．３２３移动性的功能要求；

    确定支持移动性是否需要定义新的Ｈ．３２３消息或信息单元；

    研究Ｈ．３２３移动网络和非Ｈ．３２３网络（如ＰＳＴＮ、ＰＬＭＮ）的互通。

    Ｈ．３２３移动性包括终端移动性和个人移动性，如有需要还应能支持业务移动性。在移动过程中，用户标识保持其唯一不变性。按移动范围划分，Ｈ．３２３移动性可分为管理区内（Ｉｎｔｒａ－ｚｏｎｅ）移动和管理区间（Ｉｎｔｅｒ－ｚｏｎｅ）移动二大类。前者指的是Ｈ．３２３终端在同一网闸管理范围内由一个子网移至另一子网，此时由网闸管理终端网络地址的改变；后者指的是Ｈ．３２３终端由原藉管理区移至另一网闸管理的访问管理区，为了跟踪终端的当前位置，需要利用网闸间通信完成位置更新。

    在无连接ＩＰ网络上提供移动ＩＰ电话服务的关键是移动性管理，包括Ｈ．３２３／Ｈ．２２５．０的登记、呼叫建立、漫游和切换操作，其实现机制仍然是基于网闸登记和Ｑ．９３１呼叫控制，前者的控制信息由ＲＡＳ信道传送，后者的控制信息由呼叫信令信道传送。所不同的是，在网闸中需设置位置登记器，记录移动Ｈ．３２３终端的动态位置信息，并需增设无线接入功能单元支持移动终端的接入。除此以外，还需考虑移动通信中特有的认证和安全性问题。

３ Ｈ．３２３移动ＩＰ网络

３．１ 网络结构

     Ｈ．３２３移动ＩＰ网络（ＭＩＰＮ）的一般结构由四大部分组成：Ｈ．３２３移动终端、Ｈ．３２３无线接入单元、网关和网闸。

     Ｈ．３２３移动终端的基本功能和一般移动终端类似，但应支持Ｈ．３２３协议。它包含用户识别模块（ＳＩＭ），可插入任何终端，提供个人移动性。

     和通常移动终端类似，Ｈ．３２３移动终端（ＭＴ）也由国际移动设备标识（ＩＭＥＩ）识别，移动用户则由国际移动用户标识（ＩＭＳＩ）识别，二者互相独立。ＳＩＭ中存有ＩＭＳＩ、认证密钥和一些必要的用户信息。

     Ｈ．３２３移动终端支持常用的语音压缩编码，还支持多种数据应用协议，包括短消息业务。其物理层则顺从ＩＭＴ－２０００选用的无线技术。

     需要指出的是，为了支持Ｈ．３２３固定终端的漫游，如便携式计算机在不同地点的自由接入，固定终端也需要有一个类似ＩＭＳＩ的与地理位置无关的用户标识。

      无线接入单元（ＷＡＵ）由无线收发信机（ＷＴＳ）和无线基站控制器（ＷＳＣ）二部分组成，二者通过标准ＩＰ接口通信。

      ＷＴＳ处理无线链路协议，要求可靠、耐用、良好的可携带性和合理的价格。ＷＳＣ管理无线资源，处理无线信道建立、跳频和切换。

      网关单元包括媒体网关（ＭＧＷ）和媒体网关控制器（ＭＧＣ），用于和固定网络（如ＰＳＴＮ、ＩＳＤＮ、ＭＳＣ）的互通连接，互通承载控制信令采用７号信令。此结构和现有固定Ｈ．３２３网络类似，所不同的是，移动Ｈ．３２３网络还装备有无线媒体网关（ＷＭＧ），可以接入第二代非Ｈ．３２３移动终端（如ＧＳＭ、ＣＤＭＡ手机）。因此，现有移动终端可由二种方式接入Ｈ．３２３移动ＩＰ网络。一是由现有移动网络，经ＭＳＣ和ＭＧＷ适配后接入，二是经由ＷＭＧ直接接入。具体实现时，ＭＧＷ和ＷＭＧ可在同一物理实体中，均由ＭＧＣ控制。

     ＭＩＰＮ包含二类网闸（ＧＫ）：移动服务器网闸（ＭＳＧＫ）和访问网闸。ＭＳＧＫ带有原藉管理区登记器（ＨＺＲ），存储在其管辖网络申请登记的用户的所有管理信息以及用户的当前位置。这里的用户位置指的就是其目前访问网闸的信令地址，Ｈ．３２３系统据此进行选路。从逻辑上说，每个Ｈ．３２３移动ＩＰ网络对应一个ＨＺＲ，实现时可为分布式数据库。

    访问网闸带有访问管理区登记器（ＶＺＲ），存储当前正在它控制的地理区域内的用户的部分管理信息。这些信息取自访问用户的ＭＳ-ＧＫ／ＨＺＲ，为呼叫控制和完成登记业务所必需的基本信息。网闸只包含用户信息，并不包含移动终端的信息，终端信息由管理区登记器保存。

    和一般移动系统一样，Ｈ．３２３移动ＩＰ网络也装备有设备标识登记器（ＥＩＲ）和认证中心（ＡＵＣ）。

３．２ 网络功能

    Ｈ．３２３移动ＩＰ网络支持６类业务：语音和音频业务、视频和数据业务、话带数据业务、三类传真业务、移动特定业务（如定位服务、短消息业务、寻呼业务等）以及Ｈ．４５０补充业务。这些业务都应在全球漫游和无缝切换的基础上向固定用户和移动用户提供。为此，网络必须具有无线资源管理、移动性管理（ＭＭ）和连接管理（ＣＭ）三大功能。

    无线资源管理中和移动性相关的一项特定功能就是切换功能。切换可以由ＭＴ、ＷＡＵ或ＧＫ发起。ＭＴ在空闲时隙时间扫描邻接小区的广播控制信道，最多可扫描邻接１６个小区。根据接收信号强度确定６个最佳切换候选目标小区，并将此信息通告ＷＡＵ和ＧＫ，通告信息至少一秒钟传送一次。由ＷＡＵ或ＧＫ启动的切换可基于性能质量或基于维护管理原因的资源重分配，后者的目的是平衡网络负荷，使信道资源得到更充分的利用。

    切换功能包括无线信道质量估计、ＱｏＳ结算、资源重分配、宏分集控制、切换执行和切换完成处理。在多媒体移动通信情况下，切换功能更为复杂，可涉及多个信道同时切换的问题。

    移动性管理最重要的功能就是位置更新，它使系统能随时知道开机移动终端的当前位置，保证入呼叫的完成。

    位置更新过程和其后的呼叫选路要用到网闸和两个位置登记器：ＨＺＲ和ＶＺＲ。当移动终端在新的位置区开机，或移入新的位置区或另一个运营商网络时，就自动向网络登记，告之其当前位置。

    在通常情况下，用户向新的ＧＫ／ＶＺＲ发送位置更新网闸请求（ＧＲＱ）和登记请求（ＲＲＱ）消息，ＧＫ／ＶＺＲ记录位置区信息，然后向用户所属的ＭＳＧＫ／ＨＺＲ发送定位信息，即新的ＶＺＲ的ＩＰ地址。如果该用户有权使用指定的业务，ＨＺＲ向新的ＧＫ／ＶＺＲ发送呼叫控制必须的部分用户信息，并向原来所在的ＧＫ／ＶＺＲ发送消息，删除在该ＧＫ中存储的原有的登记信息。

和位置更新相关的一个过程是ＩＭＳＩ联接（Ａｔｔａｃｈ）和分离（Ｄｅｔａｃｈ）过程。分离过程使ＧＫ和ＷＡＵ知道该移动终端不可达，在入呼叫到来时无需为之分配信道和发送寻呼消息。该过程通过Ｈ．２２５．０ ＲＡＳ的去登记请求（ＵＲＱ）消息或分离请求（ＯＲＱ）消息实现。联接过程和位置更新过程类似，告诉系统该终端又恢复可达，可通过ＲＲＱ消息实现。激活联接／分离过程可由运营商根据每个小区的情况作出决定。移动终端开机和关机时可执行这两个过程。

４ Ｈ．３２３自动漫游过程

   自动漫游包括用户登记、用户数据下载、漫游用户入呼叫选路等诸过程。这里漫游用户既包括移动终端，也包括迁移位置的固定终端，如至异地重新接入ＩＰ网络的Ｈ．３２３电话终端或ＰＣ机。

    用户登记包括下列各种情况：终端开机登记、终端关机登记、定时登记、基于距离的登记、基于管理区的登记、参数改变后登记、基站命令登记、移动终端发起呼叫或回送寻呼响应时的隐含登记。

    Ｈ．３２３移动终端在访问管理区的登记过程。移动终端刚开机或进入新的管理区后，通过发送ＧＲＱ消息搜寻当前的ＧＫ。

    在收到ＧＫ应答消息后，通过ＲＲＱ消息进行登记，告之其ＩＭＳＩ、加密密钥和加密模式。接受登记的访问ＧＫ通过ＲＲＱ消息向该终端的原藉网闸ＭＳＧＫ进行位置更新，也就是告之终端当前所在的ＷＡＵ标识和ＶＺＲ标识。最后由ＭＳＧＫ向终端原来所在的访问ＧＫ发送ＵＲＱ消息撤销原有登记信息，后者经ＤＲＱ消息告之原来所在的ＷＡＵ，该终端已和它分离，完成整个登记过程。

    至访问Ｈ．３２３移动终端的入呼叫信令过程为ＰＳＴＮ用户呼叫Ｈ．３２３移动终端，因此首先需经过网关（ＧＷ），其地位相当于ＧＳＭ系统中的网关移动交换中心（ＧＭＳＣ）。ＧＷ向其所属网闸发送地址解析请求，该网闸向移动终端的ＭＳＧＫ发送定位请求（ＬＲＱ）消息，询问移动终端的当前位置，后者回送在终端登记过程中存储的当前访问ＶＺＲ和ＷＡＵ地址。据此，网关所属网闸呼叫选路至该终端当前所在的管理区网闸。由此过程可见，就移动性管理功能而言，ＭＳＧＫ／ＨＺＲ相当于ＧＳＭ系统中的ＨＬＲ，访问ＧＫ／ＶＺＲ相当于ＶＬＲ。

５ Ｈ．３２３切换过程

    Ｈ．３２３移动ＩＰ网络需要考虑４类切换情况：同一蜂窝小区内不同信道间的切换；同一ＷＡＵ控制下的不同蜂窝小区间的切换；同一ＧＫ所属不同ＷＡＵ控制下的蜂窝小区间的切换；不同ＧＫ控制下的蜂窝小区间切换。

    前二类称为内部切换，只涉及一个ＷＡＵ。为了节省信令带宽，该类切换由ＷＡＵ全权管理，仅在切换完成后将结果通知ＧＫ。

    后二类称为外部切换，由ＧＫ控制。如果涉及二个ＧＫ，则原先所在ＧＫ称为主控ＧＫ，新的ＧＫ称为中继ＧＫ。其基本原则是，呼叫控制功能仍然由主控ＧＫ负责。

    在Ｈ．３２３移动终端分属不同ＧＫ的二个ＷＡＵ之间的切换信令过程中，切换由移动终端ＴＭ发起，ＷＡＵ根据ＭＴ的测量数据确定切换目标小区。为了加快切换速度，减少信道切换引起的呼叫瞬断时间，切换信道的建立采用Ｈ．２２５快速连接呼叫建立机制，即在Ｈ．２２５．０呼叫建立消息中包含Ｈ．２４５的打开逻辑信道命令，使呼叫控制和媒体控制过程同时完成。

６ 结语

    移动ＩＰ电话系统的关键网络技术是确定合理的网络结构和解决移动终端或个人的地址解析问题。Ｉ-ＴＵ－Ｔ已提出基于Ｈ．３２３的移动ＩＰ网络结构的初步构想。其移动性管理和切换过程主要利用ＲＡＳ协议实现。根据分析，ＲＡＳ信令过程无需改变，但是相关消息需要增加新的参数。这些ＲＡＳ消息包括：ＧＲＱ／ＧＣＦ／ＧＲＪ、ＵＲＱ／ＵＣＦ／ＵＲＪ、ＤＲＱ／ＤＣＦ／ＤＲＪ、ＲＲＱ／ＲＣＦ／ＲＲＪ和ＡＲＱ／ＡＣＦ／ＡＲＪ。

    移动ＩＰ电话系统是一个正在研究中的课题，其网络结构和协议过程尚未最后定型，尤其是和非Ｈ．３２３系统的互通尚待进一步研究。本文介绍的主要是ＩＴＵ－Ｔ ＳＧ１６关于该课题的最近研究动态，在和ＩＭＴ－２０００及智能网研究组织进一步协调后，将会形成更为完善的网络结构和最终的协议标准。

（收稿日期：２０００－０２－０１）

[摘要] 本文根据ITU－T的最新研究动态，介绍了IP电话移动性技术要求，以及基于H.323的移动IP网络结构和协议功能，并给出了漫游和切换信令过程。

[关键词] 移动IP 移动性管理 地址解析 切换

[Abstract] Based on the latest study progress of ITU－T,the paper gives an introduction to the technical requirements of IP telephony mobility as well as the architecture and protocol functions of H.323－based mobile IP networks.Signalling procedures of roaming and handover are also provided.

[Keywords] Mobile IP Mobility management Address resolution Switching