专注SIP通讯产品与方案

3G移动核心网标准的进展

        相对于固定网络而言,第三代移动网络的标准化工作非常完善,因此对千移动运营商来说,移动网络演进的路线比较明确,无非是技术标准版本的选择。在第三代移动网络的发展中,软交换技术和IP技术得到充分体现。然而,软交换技术在移动网络中的应用不是只能从3G网络开始,事实上在3G即将到来之前,软交换技术已经逐渐在2G网络中崭露头角。
3G移动核心网标准的进展
        3G网络主要有3个标准,它们是3GPP制定的WCDMA(UMTS)标准、3GPP2制定的CDMA2000标准以及我国推出的TD-SCDMA标准。3G移动核心网标准主要是由3GPP和3GPP2发布。
1. 3GPP标准的进展
        3GPP推出的标准分为不同版本。自1999年3GPP为其3G系统完成R99之后,已经陆续推出了R4、R5和R6,目前正在研究和制定当中的是R7。由千受当时市场需求和技术成熟度的影响,每个版本推出的内容和技术有所不同,这造成各自面向的业务、形成的网络架构不尽相同。了解它们之间的差异性,有助千对移动网络演进趋势的研究,也有助于对这些版本在3G网络中的应用有一个正确的判断。
(1)R99
        下图所示是R99网络体系结构的示意图。R99在移动网络无线接口方面是一次革命,引入了新的频率、新的无线技术,但在核心网络方面则基本保持了2.5G的GPRS引入后的网络架构。在3GPPR99环境下,电路交换(CS,CircuitSwitch)域的点到点连接(如话音呼叫)都是通过No.7信令建立,而在分组交换CPS,PacketSwitch)域,基千GTP协议的分组信令只能建立从终端到GGSN为止的分组数据承载,用于网页浏览、内容下载等非点到点类型业务。如果某个分组呼叫的目的地是网内的另外一个移动终端,GGSN会自动终止该连接。因此,从R!J!)的网络结构中可以看出R99属千承载与控制还未分离的传统网络,不具备全业务支持能力。
 R99网络体系结构示意图
        虽然R99要求核心网使用集成式MSC,但一些供应商巳开始提供适合R99的MSC分解模型(媒体网关+MSC服务器)方案来代替在R99网中使用传统的以ATM为基础的电路交换MSC的方案。
        R99提供的服务与2G十网络中提供的服务基本是相同的,但如果采用软交换模式,R99将可以提供更多的新服务。使用了R99后,由于提高了终端用户的数据带宽,目前在2.5G网络中没法提供或不经济的服务都可以提供了。由于宽带传送,用户可以获得功能更加强大的无线电子邮件服务,而不像现在的2G网络那样只能获得有限的、短小的信息。与此同时,语音传送仍将占据着网络中大部分的传送任务。
(2)R4
        R4基本功能在2001年3月确定,核心网络PS域的网络结构和R99保持一致,CS域则基于NGN构架。R4核心网具有控制集中、接入分散、业务架构开放的特点,具备了全业务支持能力。R4对核心网中的电路域进行改造,支持ATM/IP/TDM多种承载方式,并第一次在3G标准中引入了软交换技术,其主要特征是实现了承载与控制的分离,将传统移动交换机分解为媒体网关和MSC服务器(MSCServer)两部分。从RNC开始将控制流与信息流分开,信息流经过媒体网关进入承载网,控制流送往MSC服务器,进人控制层,如图15.12所示。媒体网关提供从分组核心网到传统电路交换网的语音承载转换。MSC服务器通过标准的控制接口媒体网关控制协议(Megaco)一—来控制媒体网关。MSC服务器和媒体网关的组合可以取代R99中的MSC。除了语音分组交换和处理,MSC服务器提供的其他服务与R99相同。
R4网络体系结构不意图
(3)R5
        R5基本功能冻结千2002年3月,部分功能冻结于2002年6月。除了核心网的变化外,R5规范中最重要的两个技术亮点就是IMS和HSDPACHigh-SpeedDownlinkPacketAccess,高速下行数据分组接入)。R5核心网仍保留CS域用千语音和电路型数据业务,其网络结构和R4保持一致。
R5网络体系结构示意图
        上图是RS网络体系结构示意图。RS核心网采用全IP承载网络。根据提供业务功能的不同,核心网可分为电路域、分组域和多媒体子域,分别处理语音、数据和IP多媒体业务。其中,CS域和IMS域是按照控制和承载分离原则进行构造的。CS域中媒体网关作为承载层设备,主要完成媒体流转换和承载通道的适配;MSC服务器作为控制层设备,主要完成呼叫控制和移动控制功能。IMS域中MGCF和MGW是实现多媒体子域与PSTN/ISDN以及PLMN互通的功能实体,MGCF完成媒体网关控制功能。3GPP规定MGW和MSC服务器之间以及MGCF和MGW之间的接口协议采用H.248协议。根据移动网络的需求,3GPP还对H.248协议进行了扩展。
        从IMS的角度来看,R5定义了IMS基本架构和功能,指出IMS应独立千接入方式;选用基于IETFRFC3261扩展的SIP作为应用协议;并定义了IMS网元之间的基本信令流程,并在认证与鉴权、计费、安全、QoS等方面进行了基本定义。到R5阶段核心网的改造基本完成,控制层、承载层与业务层完全分开,在这种架构上许多新的业务和功能很容易引人,同时能保证电信级的服务质量。
(4) R6、R7
        3GPPR5在核心网中提出了全IP的网络架构,并引入了IP多媒体子系统。到了3GPPR6阶段,网络架构方面已没有太大的变化,主要是增加了一些新的功能特性,以及对已有功能特性的增强,如更改计费架构、增强空中接口、多输入输出天线、增强MMS能力、定义WLAN-UMTS互通网络共享以及PoC业务等。R6千2004年12月冻结。IMSR6主要功能有:
增强了互通性的定义,包括IPv4与1Pv6互通、SIP互通、编解码方式、IMS与PSTN互通、IMS与移动CS域互通,支持SIP/ISUP互通和CS漫游情况等;
定义了通过其他接入技术使用IMS核心模块的方法,并对WLAN接入IMS系统的场景进行了详细定义;
IMS组管理;
定义了状态呈现业务(Presence汃即时消息、IMS会议、IMS组管理、即按即说(PoC,PushtotalkoverCellular)等业务的具体信令流程和业务管理、计费;
在QoS、计费等方面有所增强,支持基于IP流的计费。可以看到,R6阶段提供了与各种现有网络的互通,支持新业务的需求,在计费和QoS功能上的增强使得IMS对用户和业务的控制功能更加完善。IMSR7庄在制定过程中,目前提出的新功能有:
通过电路域承载提供IMS语音;
通过分组域提供紧急服务;
对DSL和Cablemodem接入方式进行定义;
提供基千WLAN的IMS语音与GSM网络的CS域互通功能。
(5) 3GPP版本的分析比较
        研究3GPP不同版本的核心网架构,不难发现从语音业务的提供来看,R99主要是无线接口的革命,在网络架构上同ZG相比没有任何变化,只是在业务上提供了除语音外的数据业务。因此,R99同2G网络相比只是业务上的变化,而网络架构是一样的,这有利千网络演进。
在R4网络中,对电路域进行了改造,引入软交换技术,原来的MSC变成了MSC服务器和媒体网关,互相之间通过分组域的数据网相连,原来的电路交换网消失了,但提供的语音业务还是同电路域提供的一样。因此,R4同R99相比,在核心网络架构上有了较大的变化,而提供的业务却没有大的变化。也就是说,对千最终用户而言,感受不到从R99网络到R4网络变化带来的益处。
        R5网络也称为早期的IMS,在结构上同R4网络没有太大的差别。只是在这个阶段,已能在分组域下为数据用户提供一些多媒体业务,如即时通信、即按即说、视频电话等。在R5网络中,终端用户的手机同R99、R4相比,应该没有太大的区别,即在语音通信时,无线部分仍采用电路方式,而使        用数据业务时,采用GPRS方式。因此,R5同R4相比在核心网络架构上没有大的变化,只是在提供的业务上有变化。到了R6网络,由于此时包括无线传输部分均采用基于IP的传输技术了,因此终端用户的手机将有较大改变。R6及以后的网络同R5相比,除了提供的业务有变化外,网络架构也将围绕IMS来构造。随着最终用户体验和感受到IMS业务带来的益处,一旦R6网络部署,可能会引起用户从已有网络向新一代网络的大量迁移。
        有这么多的版本,并不意味着每个运营商必须经过R99、R4、R5、R6、R7等阶段,各个运营商可以根据自己网络情况选择不同的组合和演进路线。特别是无线接入部分与核心网部分,虽然有信令、协议方面的关联,但相对较独立,经过改造可实现在2G时代引入
R4核心网概念,在3G时代跳过R99核心网直接上R4,也可在R99后跳过R4直接用R5改造分组域,使其能承载话音业务……这就需要运营商深入研究哪些版本的网络要建设,哪些版本的网络可以跳过,以免造成不必要的损失。实际上各国运营商的选择也是不尽相同,但都有各自考虑的理由。
2.3GPP2标准进展
3GPP2负责制定CDMA2000的相关标准。3GPP2定义的从现有CDMA网络向全IP网络演进的过程,共分为4个阶段。
阶段0:是向全IP网络演进的起点。此时网络是基千传统电路交换的TIA/EIA-41网络,也支持初始的分组交换技术,但不支持分组数据会话的切换。
阶段1:是向全IP网络演进过程中的第一代增强型核心网。网络结构没有太多的变化,主要是业务功能有所增强。支持分组数据会话的切换,及电路语音呼叫和分组交换会话的并发。接入网和分组网络信令和承载开始分离,信令用IP进行传输。
阶段2:是向全IP网络演进的第一步。信令和承载开始独立演变并采用IP进行传输。这个阶段引入了LMSD(LegacyMSDomain,传统移动台域),以便在基千IP的核心网中提供对传统终端的支持。另外引入了IMS的一些实体,新的业务和功能由IP核心网提供给使用新终端的用户。
阶段3:是全IP网络的最终目标。空中接口将IP化,LMSD将逐渐消失,最终由MMDCIP多媒体域)完全取代。