UMA固定移动网络融合解决方案

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1、引言
通信技术发展到今天，有线通信和无线通信都表现出各自的优越和不足。随着人们对多媒体传输需求的猛增，多媒体数据业务越丰富，对无线网络的局限和对便携式设备的限制就越大，这急需一种解决办法。目前，有线通信主要采用双绞线、同轴电缆等连接手段，提供从几kb/s到几Gb/s的传输速率，这种几乎无上限的传输能力能够开展从窄带到超宽带的各类型业务，但恰恰也是这根“线”使有线通信失去了很好的自由度。无线通信虽然突破了“线”的束缚，但是受到频率资源、传输能力的严重限制，纯粹的“无线”无法满足业务发展的需求。因此，有线通信和无线通信的相互补充、整合能够很好地适应和满足通信市场的发展需要。
“有线”、“无线”技术的优势互补，为固网与移动网的融合(FMC，Fixed-mobil Convergence)提供了动力。在目前频谱资源有限的情况下，免费的ISM(Industrial Scientific Medical)频段无疑很具诱惑力，但是，采用ISM频段技术重新布网又不太现实;而使用ISM频段技术与现有蜂窝网络融合，既可提供新的移动服务或增强原有移动服务，又可整合已有资源，实现网络资源共享，因此，顺应市场对业务融合的强烈要求，利用现有网络实现FMC应用的非授权移动接入(UMA， Unlicensed Mobile Access)的解决方案应运而生。
2、UMA技术简介
UMA是一种使用ISM频段的，由英国电信等电信运营商起草的新GSM无线接入方式。UMA借助ISM频段相关技术将移动终端接入 GSM/GPRS核心网，进而使用各项GSM/GPRS服务。UMA网络能够与现有无线接入网络(GERAN，GSM EDGE Radio Access Network)共存，互不影响，还能够通过信息交互，实现移动终端在两种网络间的漫游切换。
2.1　UMA技术原理
通过非授权网络(蓝牙或WiFi)，UMA技术可从传统蜂窝网络或本地GSM和GPRS移动服务的手机自动切换到UMA接入点，使手机无中断地检测到速度最快、最经济的网络，从而使手机用户可以最灵活的方式获得先进的手机服务。手机离开UMA接入点的覆盖范围后，则无缝切换回蜂窝网络。图1为 UMA网络拓扑结构：

图1　UMA网络拓扑结构

在UMA体系结构中，原有的蜂窝网络并没有进行调整，只是在网络中引入一个新的网络组件——UMA控制器(UNC)。UNC的作用相当于 GSM/GPRS原有接入网中的基站控制器(BSC)，负责UMA网络的无线资源管理以及链路管理，此外UNC还通过IP网络与移动终端(MS)建立端到端的连接，并与MSC/GPRS交换信息。
2.2　UMA网络体系结构
UMA网络体系结构如图2所示[1]：

图2　UMA网络体系结构

UNC通过A接口或Gb接口与MSC或SGSN连接，保证MS与MSC之间移动性管理(MM)的信息透明传输(或MS与SGSN之间逻辑链路控制层的信息透明传输)。另外，UNC通过Wm接口与AAA代理服务器连接，完成用户认证。在UNC与终端间，UMA定义了新的Up接口，用于UNC与终端间的通信。GSM的MM及其上层消息仍在终端和MSC之间透明传输，这使得UMA用户可以获得原有的GSM/GPRS业务。
3、UMA技术优势
UMA技术已经非常成熟，完全可以满足目前的用户需求，也符合运营商在当前FMC市场中的竞争策略。正是基于技术优势，且满足了固移运营商的需求，因而UMA技术得到了手机和基础设施领域所有主要厂商的支持。
3.1　技术优势
(1)在体系结构上，UMA技术只是在网络中引入了UMA控制器，没有更改原有的蜂窝网络，这使得运营商可以综合利用现有蜂窝网络及本地无线网络(WLAN)扩展服务领域，降低用户资费，吸引客户使投资利益最大化;使从传统蜂窝网络获得GSM和GPRS移动服务的双模手机可以自动切换到UMA接入点，从而可以无中断地检测到速度最快、成本最经济的网络[2]。
(2)不影响原有业务。它能使原有业务在融合的网络中与原有网络中保持一致，较易被用户接受，可以更好地吸引原网络客户使用融合网络。
(3)在目前频谱资源有限的情况下，UMA使用免费的ISM频段，拉开了移动终端大规模利用“最后一公里带宽”接GSM/GPRS核心网的序幕，使运营商向移动用户提供话音推送、VoIP、视频服务等高带宽业务成为可能。
(4)UMA作为一种固定——移动一体化解决方案，满足了家庭及企业用户对通信便利性及高效性的需求，即通过一台终端、一个号码、一张账单实现传统的固定-移动业务。尤其是对企业用户，在有UMA覆盖的办公室范围内，移动通信费用可以大幅度降低，并且不需支付高额的漫游费用，这可降低企业的通信费 用支出，缩减成本。
3.2　固网运营商技术需求
目前，固网运营商面临着“增量不增收”的问题，无论是语音业务还是数据业务的推广都面临困难，急需引入新技术来扩展业务领域，寻找新的利润增长点。固网运营商希望通过UMA解决方案开发出更有吸引力的业务，吸引更多用户，防止用户的流失。
(1)对于固网运营商而言，由于UMA采用的是免费的无须申请的ISM频段，因此在没有移动牌照的情况下，它可以被固网运营商采用并藉其介入移动市场，且利用现有资源架构UMA网络，成本相对低廉。
(2)当3G牌照正式发放后，固网运营商将发展为全业务运营商，会在原有的大量宽带接入用户基础上推广UMA，这将为其带来更多宽带接入业务及IPTV等高流量的增值业务。因此，UMA带来的附加效益是不可估量的。
(3)目前，家庭和企业信息化服务日趋显示出较大的发展空间。家庭和企业在固网用户中占很大比例，固网运营商在推广网络融合业务时，可以充分利用这一点，扩展领域，寻找利润增长点。
3.3　移动网络运营商的技术需求
对移动运营商来讲，虽然业务状况良好，但移动市场已趋于饱和，也出现了业务APRU(Average Monthly Revenue Per Unit)值下滑的状况，移动运营商需要扩充领域，因而对UMA技术充满了期待[3]，具体表现在以下4方面：
(1)移动运营商希望通过较低的成本提高蜂窝网络覆盖范围及系统容量，UMA技术使其避免了在频谱资源、基站设备等方面的大量投资。
(2)移动运营商将UMA网络与现有GERAN同时使用，可使得部分用户通过UMA网络接入GSM/GPRS核心网使用各项GSM/GPRS服务，能够缓解GERAN的压力。并且，UMA容易在室内实施，可用来解决室内覆盖问题。
(3)3G时代到来后，移动运营商要面对电信、网通等固网运营商的强烈冲击，因此必须积极拓宽服务领域，利用UMA技术，更好地应对FMC。
(4)目前，IP多媒体子系统(IMS，IP Media Subsystem)体系架构是目前公认的网络融合发展方向。将来可以支持所有IMS业务的UMA是实现IMS的过渡方案，是运营商向用户提供FMC业务的第一步，而应用UMA解决方案向用户提供多样的、低价服务的运营商将会在未来IMS大战上取得有利地位。
4、UMA技术展望
UMA解决方案使服务提供商只需一个移动设备、一个用户界面、一套系统，便可同时处理语音和数据的公共网络服务，以及将蜂窝网络和无线局域网(Wi-Fi和蓝牙)合并成一套无线网络来提供服务。UMA解决方案还可以融合蜂窝网络和任何基于IP的无线接入网络，例如IEEE 802.16(WiMAX)、IEEE 802.20移动宽带无线接入(MBWA)和超宽带(UWB)网络。
但是，这种网络的融合只是一种合并，而非真正意义上的融合。在网络结构上，它还存在两条独立的链路：UMA链路和传统蜂窝网络的链路;在链路上，还存在两种独立的接入点：UMA的AP和蜂窝网的BS;网络控制器也是两套独立的设备：UNC和BSC。
真正的固定移动融合应该是网络各层面、终端、支撑系统的整合和融合，可为用户提供无缝的融合业务体验和服务能力，以及可使电信运营商进行客户群细分基础上的产品和业务整合工作。
4.1　网络融合
真正的固网和移动网络融合发生在网络的各个层面，包括业务层、控制层、传送层、接入层等多个层面的融合，如图3所示：

图3　UMA带来真正网络融合的架构

从标准、设备以及应用现状看，传送层的融合，即一些基于IP承载网络的和业务层面的融合方案在技术上已经成熟，因此融合可能最先发生在这些层面;有些接入层的融合方案比较成熟，也有一些商用案例;控制层的融合，即基于IMS的网络融合，由于在标准、设备、应用等方面都尚未成熟，许多问题还在探讨中，因此控制层的融合作为未来发展的目标，其实现将会比其他层面晚。
4.2　终端的融合
目前，智能终端正在逐渐产业化和市场化，从单纯的可以提供一定范围内的无线接入的蓝牙手机、蓝牙网关以及WiFi终端，扩展到了智能PDA、 WiFi/GSM、Bluetooth/GSM双模终端等，许多终端开始采用开放的操作平台，可以让用户自由下载开放的应用程序并进行装载。采用多模终端后，用户可以根据自己的意愿选择接入合适的网络：固定或移动网络，而网络本身也可以智能地根据用户的接入方式作出最佳的指令动作。
4.3　业务和服务的融合
业务融合主要由固网和移动网两者业务层面的融合来实现，与运营商的业务网络密切相关。业务绑定是目前最容易实施的业务融合手段，也体现了FMC 的基本特点。更深层次的业务融合则是通过独立的核心网络(呼叫会话控制)和接入网络，为不同接 入类型的用户提供业务应用。基于业务整合的应用包括一个号码、VPN、语音信箱、统一消息、会议和流媒体。服务的融合则不仅依靠网络融合来实现，还需要依靠固网和移动网络的运营支撑系统的融合来实现。
固定移动网络融合虽然是大势所趋，但在政策、技术、业务以及具体市场操作等方面都会面临不少挑战。就算技术问题得到解决，政策监管和系统整合也是不可避免的难题。
5、结束语
自从2005年9月3GPP正式接纳UMA的技术以来，UMA标准化进程发展迅速。为了更好地促进UMA终端设备性能的发展，WiFi联盟、 IMS论坛等组织也在积极进行UMA终端的互操作性能测试。UMA技术在给众多设备厂商带来新利润增长点的同时，也给WLAN运营商、移动运营商、内容提供商创造了新的发展机会。2008年，基于UMA的解决方案将会在全球更大范围内投入使用。
2008年，无线新技术将继续体现移动化、宽带化、多媒体化的发展趋势，各种无线新技术的标准化、产业化将进一步推动业务和应用融合。其中，融合型技术和应用将成为2008年关注的焦点和竞争重点。
参考文献
[1]　UMA User Perspective(Stage 1)R 1.0.0[Z].UMA Consortium，2004-09-01.
[2]　UMA Architecture(Stage 2)R1.0.3[Z].UMA Consortium.2005-01-28.
[3]　郭正非，须德，韩升.UMA方式实现固网与蜂窝网络融合的研究[J].计算机技术与发展，2006(3)：226-228.
[4]　赵婷，王文磊，赵成林，等.UMA为固定移动业务融合加速[J].现代电信科技.2006 (6)：112-115.