[科普中国]-通用移动通信业务

定义

目前，关于第三代移动通信系统（3G）的研究开发工作正在全球范围加速进行。3G 的最基本特征是实现全球范围内的无缝漫游，具有支持多媒体业务(特别是 INTERNETY业务）的能力，覆盖从话音到分组数据的所有业务，其目标是支持多种业务。

对于这样一个全球范围内提供综合业务支持的移动通信系统，其业务质量(QoS)保证体系的研究是非常关键的问题。欧洲电信标准学会(ETSI)提出的通用移动通信系统(UMTS)，是目前全球几个最具有代表性的 3G 方案之一。

通用移动通信业务，英文缩写为UMTS。UMTS蜂窝通信技术是一种新的GSM数据通信技术，它在移动用户和数据网络之间提供一种连接，为移动用户提供高速无线数据接入服务，是以蜂窝移动通信为组网方式的移动无线数据通信技术。欧洲电信标准协会（ETSI）负责 UMTS的标准化工作，并与国际电联负责的第三代移动通信系统IMT-2000 标准化工作协调一致。1

UMTS是根据市场的需要而制定的第三代移动通信系统标准，它既支持现有的业务也提供新的业务，包括多媒体和移动用户以2 Mbit/s的速率接入Intemet。UMTS的网络结构支持多种第二代和第三代空中接口标准。2

UMTS的 QoS 结构和要求QoS要求QoS指在网络连接中由业务所决定的性能度量，如带宽、时延或连接中传送数据所允许的消息丢失率。一般来说，终端用户只关心他们可见的业务质量，从终端用户角度来看，他们有如下要求：

（1）只关心可感知的QoS；

（2）独立于网络的内部设计；

（3）要考虑业务的所有方面，能够在业务接入点进行客观的测量；

（4）用户定义/控制的参数要尽量少；

（5）从应用需求上导出或定义的 QoS 属性必须简单；

（6）QoS 属性必须支持所使用的所有应用，一些应用在两个方向上是非对称的；

（7）QoS 的定义满足未来的需要；

（8）必须能够提供端到端的 QoS。

对 QoS 的一般要求有：

（1）QoS 参数不应受到一个或几个外部 QoS 控制机制的限制，但 QoS 应能够通过使用UMTS 规定的控制机制来提供不同级别的 QoS；

（2）所有的参数及所有的参数组必须有明确的意义；

（3）QoS 机制必须允许有效地使用无线容量，允许核心网和接入网独立地进化，允许 UMTS 网进化。

QoS 是用一组参数来定义的，这些参数必须满足下列准则：

（1）QoS 控制机制应在 MS 和 3G 网关节点间对等的基础上提供 QoS 参数控制，能够和现在的 QoS 方法进行有效的交互工作；

（2）QoS 机制应提供应用需求和 UMTS 业务间的映射；

（3）QoS 应能够通过使用 UMTS 规定的控制机制来提供不同级别的 QoS；

（4）QoS 必须紧密地链接，它的基本特性是每个地址多个 QoS 流；

（5）UMTS 应提供有限的 QoS 定义；

（6） QoS引起的开销和额外的复杂性应尽量低，网络传输和存储的状态信息的数量也应尽量少；

（7）QoS 应支持有效的资源利用；

（8）QoS 参数需要支持非对称承载业务；

（9）应用应能指名数据传输的 QoS 值；

（10）QoS 的作用应是动态的，即在活动的进程期间可以修改 QoS 参数；

（11）参数的数量应尽量少（增加参数的数量，也增加了系统的复杂性）；

（12）系统应满足用户的QoS 要求，包括在核心网内改变 SGSN。

QoS结构一般认为网络业务是端对端的，即从一个终端设备（TE）到另一个 TE。对于网络提供给用户的端到端业务，可以有一定的质量要求。

用户决定对提供的 QoS是否满意。为了实现一定的网络 QoS，必须从业务的起点到业务的终点建立具有明确意义的属性和功能的承载业务。一个承载业务包括能够提供协议的 QoS 所有方面，这些方面包含在控制信令、用户平面传输和 QoS 管理功能之中。UMTS 分层结构模型如右图所示，每层的承载业务利用下层提供的业务来提供自己的业务。

从一个 TE 到另一个 TE 的业务经过网络的不同的承载业务。一个 TE 通过使用移动终端（MT）连接到 UMTS网络。应用级的端到端业务使用下层网络的承载业务，它利用 TE/MT 本地承载业务、UMTS 承载业务和外地承载业务来实现。它的 QoS 由 UMTS 承载业务来实现。

如前所述，UMTS 承载业务提供了 UMTS 的 QoS。UMTS 承载业务由无线接入承载业务和核心网承载业务两部分组成，两种业务都反映了在各自蜂窝网络拓扑上实现UMTS 承载业务的最优方法。蜂窝网络拓扑考虑移动性和移动用户的信息等。

无线接入承载业务在 MT 和 CN Iu 边缘节点间提供信令和用户数据的保密传输，这种传输保证协商的 UMTS 承载业务的 QoS 或对信令保证缺省的 QoS。此业务基于无线接口的特性，对正在移动的 MT 也保持其 QoS。如果支持不对称的差错保护，它将由下层无线承载业务来提供。在此情况下，无线接入承载业务传输的用户数据单元（SDU，service data unit）的净荷必须符合根据实际数据的长度和每个长度统计的净荷比特定义的 SDU 格式。

SDU 净荷的每个比特属于一个定义的子流。在无线接入承载业务建立时，实际的 SDU 净荷格式和每个子流所需的可靠性通过信令使用标准的属性传送到 UTRAN。 在release’99 中，无线接入承载的不规则差错保护只能用于编译器集成的核心网中的业务。这意味着 UMTS 承载业务不能使用特征 SDU 格式信息来定义子流，因此，要对SDU 的净荷比特进行相同的保护。

UMTS 核心网的核心网承载业务利用 CN 路由器将UMTS CN Iu 边缘节点和外部网络联结起来。此业务的作用是有效地控制和利用骨干网来提供协商的 UMTS 承载业务。UMTS 分组核心网将支持有不同 QoS 要求的各种骨干网承载业务。无线接入承载业务通过无线承载业务和Iu承载业务来实现。无线承载业务的作用是覆盖无线接口传输的所有方面。

为了支持不对称的差错保护，UTRAN 和 MT 必须具有将用户的数据流打包 / 重组成无线承载业务的不同子流的功能。无线承载业务根据子流要求的可靠性处理用户数据流中属于此子流的部分。Iu承载业务和物理承载业务一起提供 UTRAN 和 CN 间的传输。对分组业务，Iu 承载业务将提供不同 QoS 要求的承载业务。核心网承载业务利用通用的骨干网业务。骨干网业务包括层1和层2的功能，根据运营者的要求来选择以满足核心网承载业务的 QoS 要求。

分类根据 QoS 特征，UMTS 将接入系统的业务分为 4 类，即会话类(conversation class）、 流类 (streamingclass)、交互类(interactive class)和后台类（background class）。

区分 4 类业务的主要依据是不同业务对时延的敏感程度。 会话类业务对时延最敏感，后台类业务对时延的敏感性最低；会话类业务和流类业务主要用于承载实时业务流，其中会话类业务用于传送类似于时延的敏感性要弱于会话类业务，例如视频和音频点播业务，交互类业务和背景类业务主要用于传统的 INTERNET 业务和其他商务数据业务。

由于他们对时延的要求较低，可以通过信道编码纠错和重传机制提高数据的可靠性，交互类业务要求维持基本的请求—应答模式，如 WWW 浏览，而后台类业务没有交互要求，可用于收发E-mail和下载数据。交互式应用的响应通过另外的交互式或后台式应用来保证。

交互式业务比后台式业务的优先级高，因此，只有交互式应用不需要这些传输资源时后台式应用才能使用它们。这点在无线环境中非常重要，因为和固定网相比，无线网的带宽资源很缺乏。

组成用户终端设备用户终端设备UE包括两个部分：移动设备(Mobile Equipment，ME)和通用用户识别模块(Universal Subscriber Identity Module，USIM)。

USIM卡是SIM卡的升级，是第三代移动通信手机卡。与SIM卡不同，USIM卡并不是只能做单纯的认证功能，事实证明它正在逐步向移动商务平台、乃至最后的多应用平台过渡。在手机上实现电子钱包、电子信用卡、电子票据等其他应用已不再是难事。这一特点使USIM卡成为了不同行业跨领域合作、相互渗透经营的媒介。

除能够支持多应用外，USIM卡还在安全性方面对算法进行了升级，并增加了卡对网络的认证功能。这种双向认证可以有效防止黑客对卡片的攻击。同时，USIM卡的电话簿功能更为强大，不仅存人电话号码数量增加，并且针对每个电话用户还可以选择是否录入其他信息，如电子邮件、别名、其他号码等。

通用陆地无线接入网络通用陆地无线接入网络(UTRAN)由一个或几个无线网络子系统(Radio NetworkSubsystem，RNS)构成。一个无线网络子系统是由一个无线网络控制器(Radio NetworkController，RNC)和一个或多个节点B(Node B)组成。

①节点B：节点B是WCDMA系统的基站。节点B的主要功能是完成基带信号和射频信号的相互转换，如信道编码/解码、扩频/解扩、调制/解调等。

②无线网络控制器(RNC)：无线网络控制器(RNC)主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无线资源管理控制等功能。

通用陆地无线接入网络(UTRAN)的主要功能为：用户数据传输；系统接入控制，包含接人允许控制(允许或拒绝新的用户接入、新的无线接入承载或新的无线连接)、拥塞控制(当系统接近满载或已经超载时，用来监视、检测和处理阻塞情况，该功能尽量平滑地使系统返回到稳定的状态)和系统信息广播等功能；无线信道的加密和解密；移动性管理功能，如切换管理、寻呼功能、UE定位功能等；无线资源的管理和控制功能，包括对无线资源的配置、无线环境的测量、信息流的合并/分离、连接的建立与释放、功率控制、信道的编解码、初始随机接人的检测和处理等；广播和多播功能；跟踪功能，如跟踪用户设备(UE)的位置及其行为相关的各种事件；流量报告等。

核心网(CN)核心网CN负责与其他网络的连接和对用户终端设备的通信和管理。核心网从逻辑上分为电路(域和分组域，主要由移动业务交换中心/访问用户位置寄存器、网关移动交换中心、服务GPRS支持节点、网关GPRS支持节点、归属位置寄存器、操作维护中心等组成。

①移动业务交换中心/访问用户位置寄存器：MSC/VLR是wCDMA核心网电路域的功能节点。MSC/VLR的主要功能是提供电路域的呼叫控制、移动性管理、鉴权和加密等功能。

②网关移动交换中心：网关移动交换中心是电路域与外部网络间的网关节点，是可选功能节点。网关移动交换中心的主要功能是充当移动网和固定网之间的移动关口局，完成PSTN用户呼叫移动用户的呼入路由功能，承担路由分析、网间接续、网间结算等重要功能。

③服务GPRS支持节点：服务GPRS支持节点是分组域功能节点。SGSN的主要功能是提供分组域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等功能。SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并在用户终端设备和网关GPRS支持节点之间完成移动分组数据的发送和接收。

④网关GPRS支持节点：网关GPRS支持节点是分组域功能节点，提供数据分组在WCDMA移动网和外部数据网之间的路由和封装。GGSN的主要功能是提供用户终端设备接入外部分组网络的接口，从外部网来看，GGSN就好像是可寻址WCDMA移动网中所有用户的IP路由器，需要同外部网交换路由信息。

⑤归属位置寄存器：归属位置寄存器HLR是电路域和分组域共有的功能节点。归属位置寄存器的主要功能是提供用户的签约信息存放空间，并提供新业务支持、增强的鉴权等功能。

⑥操作维护中心：操作维护中心OMC的主要功能实体包括设备管理系统和网络管理系统。设备管理系统完成对各独立网元的维护和管理，包括性能管理、配置管理、故障管理、计费管理和安全管理等功能；网络管理系统能够实现对全网所有相关网元的统一维护和管理，实现综合集中的网络业务功能。3