3G分组域以及业务层的互联互通

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0、前言
　　3G系统技术标准已在世界范围内得到了大规模的商用，这源于其所能提供的高速数据传输速率。以WCDMA为例，其可以提供高速移动情况下114Mbps、中速移动情况下384Mbps和室内环境中2Mbps的数据传输速率。这就为通过手机和数据卡快速接入互连网以获取无线互联网接入业务提供了有力的技术支撑。同时也为包括多媒体等在内的各种业务的开发、开放提供了有力的基础支撑。在我国，未来3G发展的前景预期是不同的运营商将运营不同的3G技术体系标准。这就为我们提出了3G分组域与外部分组域网、不同3G技术体系标准分组域以及3G业务层面上互联互通问题。本文以宽带CDMA即WCDMA技术体系标准为例，给出相应的解决问题的办法。
1、WCDMA分组域的互联互通
　　1.1　与外部分组域网的互联互通
　　●WCDMA与因特网的互联互通
　　对于用户来说，WCDMA系统相比GSM带来的最大优势之一是提供高速接入互联网的能力。WCDMA通过核心网分组域的GGSN节点与Internet互连，所有访问Internet网络的数据包被GGSN就近路由到各运营商所属的互联网上，进而访问全球的Internet网络，这不需要与各个Internet运营商单独互连。对于WAP包，则需要经过WAP网关翻译HTTP和WAP协议，再转发到Internet上。
　　●与VPN的互联互通
　　为支持WCDMA分组域用户接入私有网，WCDMA系统需要支持与私有网的互联互通，并且根据用户需要提供一定的安全性保障。私有网和GGSN之间互连的方式包括通过公网设置隧道（如GRE，MPLS，L2TP等）互连和设置ISDN、DDN、ADSL或以太网专线相连两种。实际应用时采取何种连接方式视客户的需求而定。由于私有网的用户大部分集中在省内，因此建议省级GGSN与私有网直接互联，可以减少路由迂回。对于已经在固网上开展的VPN业务，可以继续使用原有的鉴权和地址分配方式，Radius Server和DHCP Server放置在企业侧，相应的GGSN需要支持DHCP Relay和Radius Client功能；对于不希望购买鉴权和地址分配设备的私有网，可以租用运营商的GGSN侧设备，并且可以远程管理。以上提到的VPN隧道协议需要静态配置到GGSN和私有网路由器上，当用户漫游时，数据包必须被转发回归属GGSN才能接入VPN，这增加了路由迂回。新兴的Mobile IP协议可以灵活地支持WCDMA网分组域用户通过拜访地的GGSN接入私有网。为实现此功能，拜访地GGSN需要支持Mobile IP的FA（Foreign Agent）功能，私有网的边缘路由器需要支持HA（Home Agent）功能。UE在激活分组域上下文后，通过上层的Mobile IP协议通知GGSN/FA自己的归属网HA的信息和用户在私有网内的信息，GGSN/FA与HA动态建立隧道，承载分组域数据包，因此UE可以在任何地点灵活的接入私有网。
　　1.2　WCDMA分组域之间的互联互通
　　为支持WCDMA分组域跨网漫游，WCDMA网络之间需要分组域互连。漫游方式的不同决定了互连点的不同。WCDMA分组域跨网漫游有两种方式：核心网分组域的漫游和IMS域的漫游。采用哪种漫游方式与用户使用的接入点（APN）有关。
　　●核心网分组域的漫游
　　当用户使用归属地的APN接入拜访地的WCDMA时，拜访地的SGSN将用户数据包路由回归属地的GGSN，然后接入外部的分组域网络。此漫游方式的互连点为SGSN与GGSN。
　　使用这种方式会增加数据包的路由迂回，增加网络的负载，并且不利于对QoS要求较高的实时性业务的开展。有一种折中的解决方案是漫游用户设置APN配置为拜访地的APN，这样可减少路由迂回。但对于普通用户，更改手机配置并不是容易的事。由于计费帐单由拜访地运营商单独提供，归属地运营商没有相应的对帐单，因此对于归属地运营商不公平。业务层面不知道用户的漫游信息，因此归属地运营商只能收取数据承载漫游费，无法收取业务漫游费。由于归属地的承载网不能控制拜访地接入网的QoS分配，因此此解决方案不是最理想的。
　　●IMS域的漫游
　　为解决分组域漫游带来的上述问题，在WCDMA R5阶段引入了IMS域，所有支持IMS架构的运营商使用支持统一的APN，当使用此APN接入拜访地的WCDMA网络时，拜访地的SGSN和GGSN将分组域的包路由到拜访地的IMS域中的P-CSCF，P-CSCF根据用户的域名将会话信令包路由回归属地的IMS域中。在会话建立成功后，数据包通过拜访地的GGSN直接路由到Internet或其他WCDMA/CDMA2000网络的GGSN/PDSN，不会增加对QoS敏感的数据包的路由迂回。此方式下，用户不需要更改任何配置即可使用归属网的分组域业务。由于归属网和拜访网同时产生会话话单，因此可以对业务漫游计费，并且计费相对公平。由于归属地的IMS网络可以将上层业务的QoS需求通知拜访地的IMS网络，拜访地的IMS网络可以控制接入网的QoS分配，因此在跨网漫游时也可以保证业务的QoS。
　　●分组域的互联方式
　　分组域的互联方式有两种，一对一互联互通和经过转接网络互联互通。
　　一对一互联互通意味着每个运营商需要分别与多个运营商签署对等的互联互通协议，与多个运营商互相配置对方的网络信息。这种方式是传统的PSTN网络互连方式，缺点是需要签署多份互联协议，边界网关（BG）需要配置的信息太多。经过转接网络的互联可以解决上述问题。运营商只需要与转接网络运营商签署互联互通协议，然后由转接网络运营商将各运营商的网络互连。转接网络运营商不作具体的业务，只负责网络汇接。这样运营商只需签署一份互联协议，边界网关只需配置转接网络的信息，大大降低了互联互通的复杂性。比如IETF管理下的GPRS漫游交换网（GRX）就是这种转接网络。GPRS运营商的核心网分组域GGSN和SGSN的Gp接口需要通过BG与GRX网络相连，组网情况被配置到GRX网络中，比如GRX的DNS中配置运营商的APN配置信息。BG与GRX网络通过配置VPN保证网络的安全。
2、WCDMA业务层的互联互通
　　WCDMA业务的互联互通一般在业务层上发生，为研究业务的跨网开放问题，笔者仅对MMS和IMPS业务的互联互通问题进行研究，至于其它需要互联互通的业务如SMS、POC等不在此多述，因为这些业务互联互通的基本原理都大同小异。当然也有不需要互联互通的业务，如WAP、监控等。
　　2.1　多媒体消息系统的互联互通
　　多媒体消息业务（Multi-media Message Service）提供了一种非实时基于存储转发机制的多媒体通信方式。它可使多媒体消息在手机、PC/PDA以及email客户端等多种通信终端之间实现互发互收。收发的信息类型包括：文本、图片、音频、email及视频。多媒体消息业务实现了移动用户之间、移动用户和应用之间内容丰富的信息传递，用户也可通过多媒体消息中心查询或预定信息。多媒体消息作为一种位于IP网络层的增值应用业务，它可连接各种载体（例如：GPRS、CSD及HSCSD等），因此，也是面向3G网络的。多媒体消息业务的实现必须由MMSC、WAP GW和HLR等网元配合完成。此外，多媒体消息业务要使用短消息中心（SMSC）来发送多媒体消息的通知给用户终端。
　　多媒体消息中心（MMSC）是整个多媒体消息系统的核心，它主要负责存储并处理进出MMSC的消息，完成在网络上发送由文本、声音、图片及其他媒体格式组成的多媒体消息。多媒体消息中心内部主要分为MMS Relay和MMS Server，互通的功能主要由MMS Relay完成。MMS Relay负责在不同的消息系统之间进行消息传送，它在服务器和用户代理之间提供一个综合的功能，根据不同的网络综合不同的服务器类型。根据需要，MMS Relay和MMS Server可以合设也可以单独设置。
　　在多媒体消息业务系统中，MM4接口是多个多媒体消息业务中心之间互联互通的保证。3GPP多媒体消息规范本身对于互联互通就已经定义了MM4接口（在各个多媒体消息业务中心中实现），因此，只要各运营商在3G多媒体消息业务网中遵循3GPP规范设置多媒体消息业务中心，则不必设置多媒体消息网关就能实现多媒体消息的互通。但由于现有移动运营商的多媒体消息系统均未采用3GPP的规范设置，中国移动的“彩信”采用基于3GPP规范但进行修改的非标准形式，而中国联通的“彩e”则是基于电子邮件形式，故在与这些运营商的多媒体消息系统互通时，视其采用的多媒体消息系统结构的不同，可通过多媒体消息网关实现运营商之间的多媒体消息的互通。具体的多媒体消息互通网络结构图见图1。

图1　多媒体消息互联互通结构

　　在此方案中，当运营商A与其他运营商的标准MMS系统互通时，可以将运营商A的MMSC和运营商B的标准MMS系统直接连接，此时互联点位于运营商A的MMSC和其他运营商标准MMS系统之间。当与运营商B的非标准MMS系统互通时，则需要通过设置MMS网关来进行协议转换，此时互联点位于运营商A的MMS网关和运营商B的非标准MMS系统之间。
　　●即时通信（IMPS）消息系统的互联互通
　　3G系统支持的新业务非常多，本文将以即时通信消息（IMPS）的互通为例，简要论述一下3G新业务的互联互通。
　　IMPS业务是由Instant Message（IM）业务和Presence业务组成的。IMPS业务是由Instant Message（IM）业务和Presence业务组成的。Instant Message（IM）业务，即可在一系列的参与者间实时的交换各种媒体内容信息，并且可以实时知道参与者的出现（Presence）信息，从而选择适当的方式进行交流。它具有便利、快捷、直接的特点，非常适合朋友之间、组织内部以及企业和客户之间的交流。
　　Presence业务，就是使得参与实体（人或者应用）通过网络实时发布和修改自己的个性化信息，比如：位置、心情、连通性（外出就餐、开会）等，同时参与实体可以通过订阅、授权等方式控制存在信息的发布范围。Presence业务可以通过E-mail、SMS、IM等方式通知用户状态信息。
　　即时消息业务系统包括即时消息中心IMPSC（Instant Message & Presence Service Centre）、用户数据管理系统、外部增值应用系统等。
　　IMPSC：即时消息中心，由即时消息接入点IMPS SAP、即时消息调度中心IMPS Server、话单及报表管理系统、维测系统及网管系统、客户服务系统及用户业务WEB自助功能等组成。
　　IMPS GW：即时消息网关，通过IMPS网关与远端非Wireless Village协议（已并入OMA的IMPS协议）的IMPSC互通，使不同IMPS系统的用户之间可互通即时消息。
　　当IMPSC都采用Wireless Village（无线村）协议时，可通过IMPSC直接互通，如IMPSC之间采用的协议不同，则可通过IMPS网关实现互通。
　　如各运营商遵循OMA规范设置IMPS消息业务中心，则不必设置IMPS消息网关就能实现运营商间的IMPS消息互通。而在与采用非OMA规范设置IMPS系统的运营商互通时，视其采用的IMPS消息系统结构的不同，可通过IMPS消息网关进行协议转换，实现运营商之间的IMPS消息的互通。
　　IMPS业务互联互通方案结构如图2所示。

图2　IMPS业务互联互通结构

　　在此方案中，当运营商A采用OMA标准的IMPS系统时，当与其他运营商的标准IMPS系统互通时，可以通过IMPSC直接连接，此时互联点位于运营商A的IMPSC和其他运营商标准IMPS系统之间。当与其他运营商的非标准IMPS系统互通时，则需要通过设置IMPS网关来进行协议转换，此时互联点位于运营商A的IMPS网关和其他运营商非标准IMPS系统之间。
3、结论
　　随着3G牌照有望在今年发放，第三代移动通信系统在我国将进入快速发展期。相应的分组域以及业务层的互联互通将对运营商3G网络建设的成败起到关键的作用，多媒体消息的互通显得尤为紧迫。运营商应根据自身的发展情况，尽早实现运营商内部以及和其他运营商间的分组域以及业务层的互联互通，从而促进我国3G移动通信业的健康发展。