WCDMA R4与NGN的特点及其关系探讨

　　追溯到UMTS标准发展初期的R99阶段，WCDMA与NGN基本上是在固定和移动两个通信技术领域的各自独立分支发展，该阶段主要解决无线接入层从2G时分多址到宽带CDMA码分多址空中接口技术的规范化，核心网相对GSM没有大的变化， 但从R4阶段开始，NGN与3G技术终于走到了一起： NGN的承载与控制分离软交换机制、统一的IP/ATM分组业务承载及其所带来的众多优势与挑战，都被引入到了3G核心网中。从而为建设一个具备更高投资收益率的3G网络提供了基础。

　　那么，WCDMA R4与NGN的关系到底是怎样的？它们的差异和共同点如何？NGN的建设对WCDMA R4的建设具有怎样的参考价值？它们将以何种状态共存，这些问题对于未来的移动、固定综合运营商，尤其是已积累了一定NGN规模试验网经验并计划开展3G业务的运营商来说，是被关注最多的一个基础问题。本文的目的即在于对该问题给出分析解答。

　　WCDMA R4与NGN的异同点比较

　　WCDMA R4网络与NGN网络异同点，可以从总体网络架构、基础传输网络、设备网元功能、可商用/可运营关键技术等多个方面进行比较。

　　一、总体网络架构

　　WCDMA R4与NGN网络均采用了相似的承载与控制分离的分层体系架构：即原有承载、控制合一的交换机分离为专门负责用户面的媒体处理与交换功能的媒体网关，以及专门负责控制面呼叫处理及业务提供的软交换设备，并且媒体网关之间、软交换之间，以及软交换与媒体网关之间的媒体与控制流的承载均由传统的TDM专线交换演化为基于分组转发的宽带包交换网络(IP/ATM)。软交换与媒体网关之间不再是话音媒体流，而是基于H.248的控制消息。

　　二、基础传输网络

　　无论是WCDMA R4的移动实时呼叫与非实时数据业务，或者NGN的固定实时呼叫与非实时数据业务，以及相关的控制信令流，均统一采用基于分组统计复用及包/信元转发的宽带IP/ATM承载。因此WCDMA R4与NGN对于基础传输网络设施，包括路由器、交换机以及底层的SDH/DWDM传输设备及传输链路，其需求均是相同的。

　　三、设备网元功能

　　除基础传输设备及IP/ATM路由、交换设备以外，WCDMA R4与NGN网络除与移动、固定用户业务流程无关的网元设备可以共享以外，其他网元设备基本在功能、业务流程方面的较大差异性。

　　相同点

　　WCDMA R4与NGN中业务独立的设备网元包括：通过H.248控制的特殊媒体资源(MRS)以及负责宽窄带信令互通的信令网关(SG)功能；

　　MRS主要用于软交换在普通呼叫及智能呼叫流程中对分组网中对集中放音、收号、会议等媒体资源的支持。由于H.248资源控制协议对媒体网关承载及媒体操作的抽象化封装，使得对MRS设备资源调用可以作到对上层的业务逻辑完全透明，因此使得其可以完全独立于移动WCDMA R4或固网NGN不同的业务流程。但如果同一MRS设备如需同时接受WCDMA R4及NGN软交换的业务控制，则要求MRS支持虚拟媒体网关(VMG)的功能。

　　SG主要用于各类应用层信令(包括MAP、INAP/CAP等)在SIGTRAN承载与基于TDM MTP1/2承载之间的互通转换，由于无论是WCDMA R4与NGN公用的中继协议ISUP、TUP，还是WCDMA R4特有的MAP、CAP以及NGN特有的INAP，它们所基于的底层传输协议栈是相同的，因此对SG的互通功能需求完全相同。

　　差异点

　　移动WCDMA R4与固网NGN在设备网元方面的差异性体现在以下几个方面：

　　1) 网络设备构件差异性

　　- WCDMA R4网络划分为接入网及核心网两个部分，接入网由WCDMA基站NodeB及基站控制器RNC构成，核心网部分除原移动交换机MSC分离为控制面软交换MSC server及承载面媒体网关MGW设备外，其他核心网及业务应用层网元设备均继承自移动WCDMA R99，包括SGSN/GGSN、HLR、移动SCP、SMSC等；

　　- NGN网络也可划分接入网及核心网两个部分：接入网由从C5交换机分离出来的固定电话远/近端接入部分的接入网关AG/IAD组成，而核心网则由固网相当于C5/C4交换机控制部分的软交换及与他网互通的中继网关构成，其他业务应用层网元设备如固网SCP等均直接继承自PSTN。

　　2)软交换设备的差异性：

　　WCDMA R4与NGN软交换的差别主要体现在业务特性集及交互协议方面：

　　- WCDMA R4软交换(MSC server)继承了3G 端局MSC及关口局MSC所有的业务控制层的业务处理及信令接口功能，与UTRAN移动接入网及其他PSTN/PLMN网络进行控制面流程交互实现3G用户的接入及与其他运营商或传统网络的互通，并在业务流程中根据需要调用经过移动扩展的H.248协议控制移动接入或中继媒体网关完成媒体流的汇聚、映射及交换；

　　- NGN软交换则继承传统C4固定端局及C5长途局交换机的所有业务处理及信令接口功能，并通过MGCP/H.248协议控制固定接入网关或中继网关完成媒体流的汇聚、映射及交换，实现与PSTN用户及其他运营商或传统网络的互通；

　　- WCDMA R4软交换采用RANAP/BSSAP协议接入移动用户， BICC作为软交换局间中继控制；而NGN软交换则采用H.248/MGCP/IUA/V5UA接入固定用户，H.323/SIP/SIP-T/BICC作为软交换间的中继控制 。

　　- WCDMA R4软交换具备NGN软交换没有的移动性管理及呼叫管理(CM/MM)特性

　　3)移动、固定接入及中继的差异性：

　　- 移动接入媒体网关与UTRAN接入网进行复杂的控制面交互(Q.AAL2/IuUP)，将UTRAN业务流转换为IP/ATM核心网业务流，并转接来自UTRAN的非接入层信令(如层3呼叫控制)到MSC server或转发从MSC server到UTRAN的控制命令，固定接入媒体网关则直接或通过AN接入传统POTS或ISDN用户，转换模拟或数字线信号为IP/ATM核心网业务流，将用户呼叫进程事件转换为H.248/MGCP或IUA消息上报或做反向转换；由于UTRAN容量的原因，移动接入网关容量一般大于AG/IAD。

　　- 移动与固定接入媒体网关在对数据、传真业务的处理方式完全不同。

　　- 尽管移动中继媒体网关与固定中继媒体网关都承担VoIP/VoATM与传统电路交换网之间的承载类型、语音编解码模式转换及回声抑止的控制，但移动与固网采用的编解码算法(移动采用AMR/EFR，而固网采用G.723/G.729)，以及对回声抑止功能参数的需求均不同，并且移动中继媒体网关还涉及复杂的用户面及TrFO功能的处理。

　　- 基于上述差异，软交换与媒体网关间的媒体控制协议在WCDMA R4与NGN中也存在较大差别，移动媒体控制协议是在固网H.248协议基础上做了大量扩展，包括ITU-T的CBC资源控制模型Q.1950扩展，以及3GPP的TS 29.232 UMTS域特有扩展。

　　四、WCDMA R4与NGN可商用、可运营等关键问题的比较

　　WCDMA R4与NGN网络在在可商用、可运营的关键问题的异同主要可以从承载网QoS、网络安全性等几方面展开比较。

　　承载网QoS问题

　　在采用IP承载组网选择的情况下，由于非实时业务的突发特性会对WCDMA R4及NGN的实时业务的服务质量和稳定性造成很大的冲击和影响，而网络的实时业务本身也可能引发IP网络局部的拥塞过载。因此端到端QoS的问题的解决是WCDMA R4和 NGN网络商用都必须面临的首要课题。

　　总体来说WCDMA R4的QoS问题相对NGN更易解决，因为WCDMA R4仅面临着与NGN相同的承载核心骨干层QoS问题，而其接入层则不存在接入层QoS问题，相反NGN网络解决QoS问题的难点恰恰在于承载网接入层。具体分析如下：

　　- 承载网接入层QoS：

　　由于WCDMA R4与NGN在接入网根本技术体制上的巨大差异，决定了其在QoS保证能力方面有着天然的不同。

　　- 无论3G的语音或数据应用，均需要通过UTRAN接入网承载接入R4的IP承载骨干网，该接入网子系统主要包括无线空中接口及基于ATM承载的Iub/Iu接口部分。而按照3G标准业务流程要求，根据移动用户在带外业务控制请求中所指定的、以及在HLR中签约的业务类型信息，核心网为每一个当前事务分配一个无线接入承载RAB(其参数从业务需求映射而来)到RNC，RNC统筹考虑当前资源状态，对移动用户进行适当的接入控制和资源预留，如果资源申请成功，则在当前事务存活期间，该RAB最终将唯一对应一个WCDMA专用物理业务通道，以及一个面向连接的AAL2链路(电路域)或GTP隧道(分组域)，另外UTRAN接入网还提供了灵活的RAB参数协商机制，能够在呼叫过程中根据信道质量及负载状况智能地提供无线资源可管理的QoS 。由此可见，尽管WCDMA R4的接入网需要同时支撑移动用户的实时电路域实时语音通讯及分组域不同优先级业务，但由于RNC、NodeB、MGW及SGSN等接入网相关实体所共同基于的ATM的高速转发及区分QoS类别处理的能力，完善的基于每事务的QoS协商保证机制，使得WCDMA R4的UTRAN接入网在资源配置足够的情况下，几乎不需要引入额外的机制便可提供很好的QoS保障。

　　- 相对WCDMA R4新建接入网而言， NGN网络中固定话音或数据用户接入IP核心网络的层次更复杂、可选接入方式更多，同时也不具备象3G UTRAN接入网那样成熟的QoS协商控制机制，最终导致其QoS的保障实施相对WCDMA R4接入网更为困难。通常对于一个普通NGN用户而言，需要依次经过城域网接入层、城域网汇聚层才能接入IP城域网骨干层，并最终接入国家IP骨干网：在城域网接入层，一般可以有LAN+FTTB、xDSL、HFC、LMDS/MMDS等多种接入选择方式， 不同的接入方式对应不同的QoS策略。目前所有的IP城域网接入汇聚层设备需要进行全面的配置调整或功能升级才能支持NGN业务的QoS需求，其工程量、风险和技术复杂度就可想而知。相对应而言，对于WCDMA R4用户而言，UTRAN接入网已完成了相当于城域网接入层及汇聚层的功能，因此其控制及业务流可以绕过BAS设备直接接入IP城域网骨干层，并且由于UTRAN接入网肯定要新建，因此不存在对现有接入网的任何影响。

　　承载网核心骨干层QoS：

　　NGN网络的核心设备软交换及中继网关等与底层终端用户及接入网关不同，可以直接接入到城域网核心骨干层，而WCDMA R4的所有核心网网元也均可直接接入城域网骨干层，而WCDMA R4的无线接入网侧的网关可以类比为NGN的汇聚业务网关BAS；

　　因此NGN及WCDMA R4对IP核心骨干网，包括其基础IP传输网络尤其是IP路由器、L2交换设备所必须具备的QoS能力有着相似的需求，其综合QoS解决方案的经验也可以相互借鉴，在WCDMA R4与NGN核心承载网公用的情况下，其QoS工程也可以统一规划。

　　具体来说，WCDMA R4及NGN均可采用DiffServ+MPLS以及适当的过量配置策略实现多业务共享承载的IP网QoS保证，此时要求边缘路由器或BAS设备具备将层2 VLAN标识映射为DiffServ IP业务级别DSCP的能力，或者3G-R4/NGN业务网元自身支持DiffServ等级的标识(对业务网元设备提出了更高的要求)。同时各级路由器都具备按照预定义的DiffServ PHB进行基于业务优先级聚合的QoS控制：包括流分类、流量测量、流量监管、流量整形、拥塞管理(队列机制，按DiffServ优先级算法进行IP包队列调度的能力)、拥塞避免(随机早期检测)。对于支持MPLS的LER/LSR，要求进一步支持DSCP与MPLS VPN Lable的映射，并在未来逐步引入DiffServ over MPLS及基于动态业务感知和策略服务器控制(COPS)的全网流量工程，从而不断优化IP承载网的资源配置。

　　网络安全性

　　NGN的软交换需要采用非标准的认证机制以确认接入网关(AG/IAD)的身份有效性，其对NGN用户的认证实际就隐含在对AG/IAD设备的认证过程中，而WCDMA R4则由HLR、MSC server、UTRAN及终端UE的配合，提供了完备而强大的标准的双向鉴权加密机制来确保接入用户的身份可靠性、数据完整性及业务私密性。至于MSC server对接入MGW的合法性认证，则可以通过WCDMA R4核心设备间SCTP连接所具备的加强连接建立认证以及H.248协议加密能力得到支持。

　　在开放的公共IP承载网中，WCDMA R4与NGN均可考虑通过核心设备端到端IPSec或外挂路由器间的隧道IPSec方式提供网络层的身份认证及信息完整性保护，同时均可考虑引入层2及层3 VPN(VLAN及IP VPN)实现WCDMA R4及NGN实时业务与其他非实时业务的逻辑隔离以更彻底地杜绝网络安全隐患。

　　但对于NGN企业用户而言，由于其IAD/PC在企业网边界涉及应用层业务的NAT以及防火墙的ALG穿透，加大了端到端的IP Sec及VPN安全性保护实现难度，并且需要引入专门的代理设备来完成控制面信令的承载地址信息转换，以及承载面动态地址的映射与过滤。WCDMA R4核心网由于所有核心设备均可直接采用公网IP地址，网元间的通讯没有NAT设备的介入，因而也不存在NGN的ALG传透所带来的安全性问题。

　　五、NGN与WCDMA R4在组大网制式方面的比较

　　承载网组网

　　在采用IP及ATM SVC方式作为承载网的情况下，当WCDMA R4及NGN远地用户之间，以及WCDMA R4及NGN用户与传统PSTN/PLMN用户的承载面语音及数据业务流均在媒体网关之间(分别对应接入媒体网关之间，以及接入媒体网关与网关媒体网关之间)直接基于目的MGW的IP地址或ATM地址进行端到端的平面式寻址和路由，其寻址转接过程完全取决于公共IP/ATM网的承载网的内部拓扑结构，呼叫控制层完全不需要关心。

　　因此就承载网组网制式而言，WCDMA R4与NGN基本上完全相同。

　　信令网组网

　　相比承载网组网而言，WCDMA R4与NGN的信令网首先在信令承载模式上有不同要求，NGN软交换间信令一般均采用宽带IP承载，而WCDMA R4则可选择采用宽带IP或仍然沿用已有的分级 TDM SS7信令网作为其承载，因为信令面的窄带承载并不防碍用户承载面媒体网关间的宽带承载使用和端到端寻址。

　　在均采用宽带IP作为信令控制面承载的前提下，WCDMA R4与NGN的信令网组网方面还是存在一定差别的。固定NGN网络中一般采用SIP或H.323作为局间信令，而对应与远地软交换之间的信令一般选择平面式的寻址，该寻址方式的最大特点即是呼叫始发节点的局间呼叫信令可以通过特定的机制一步直接定位到呼叫目的节点，整个呼叫仅涉及到网内两个服务端局软交换之间的直接交互，地址解析的过程与呼叫过程完全独立。NGN网络地址解析的方式包括传统H.323 VoIP网络中常用的网守GK模式，软交换若本地无法完成地址解析则通过RAS协议向所属GK查询远端目的软交换的地址，GK一般按网络规模分级，上级GK维护下级GK的入口地址，这样GK之间通过RAS进行分级汇接查询，总能确保网络中任一端局软交换总能寻址定位到另一端局软交换，并与该软交换进行直接的信令交互。上述平面寻址方式中GK实际上承担了分级路由服务器的角色，当然NGN路由服务器还可以采用其他协议或制式，如分级的ENUM服务器或DNS服务器方式(将E.164转换为URI或IP地址)，此时路由服务器间采用DNS查询协议分级搜索。软交换对路由服务器的访问查询协议没有明确规定，可以为H.323 RAS、LDAP或者DNS查询等。至于路由服务器的路由信息建立和更新，可以通过传统的人工维护方式(如GK)，也可采用TRIP等先进的动态电话路由机制实现自动的路由更新。

　　与NGN的呼叫信令面组网不同，WCDMA R4的信令网需要考虑呼叫独立的移动信令网(MAP/CAP)，以及呼叫信令网(BICC)两种完全不同的情况:

　　- 对于呼叫独立的信令网，所有MAP/CAP均传输在基于M3UA/SCTP/IP链路的SIGTRAN承载上，由于SCTP是用来在IP中模拟类似SS7网络中的MTP2静态链路，而M3UA必须基于信令点DPC来寻址，这些都决定了其关联配置必须采用静态模式，对于大规模的3G IP信令网仍然需要分级式设置STP，只不过这些STP仅对外提供SCTP链路而非MTP2链路。MAP/CAP等漫游信令的GT翻译在均在这些STP上执行。

　　- 对于呼叫信令网而言，在基于SCTP连接承载的BICC信令的情况下，局间寻址是基于本局对号码及相临局路由的分析结果，同时由于SCTP连接的静态配置特征及不适合于每呼叫的频繁拆建，决定了不可能在端局软交换间直接建立SCTP的两两关联，因此当网络达到一定规模后，也必然需要专门的汇接局TMSC server来进行BICC呼叫的汇接处理，只不过不同于传统TDM网络汇接局的情况是，该TMSC server并不需要负责控制任何承载面媒体网关的资源控制，仅需负责呼叫地址的分析及控制信令流的转接即可。由于SIP-T未被3GPP选做R4 的局间必选控制协议，因此基于IP承载的R4的控制面大网的STP及TMSC server一般会采用分级汇接的方式来构建。

　　综上所述，我们对WCDMA R4与固网NGN的关系可以得出如下的分析结论：

　　- WCDMA R4与固定NGN的基本网络架构是一致的，其骨干网络IP路由及传输网部分是可以合一共享。但同时WCDMA R4与固定NGN的接入网及端局核心网设备实体功能及接口并不相同，在物理上一般不存在设备融合的必要性。

　　- 在可商用可运营的关键问题方面，WCDMA R4接入网部分拥有比固定NGN接入网更加完善和成熟的网络安全和QoS管理机制，并且不存在NGN接入网中可能遇到的IPv4地址资源短缺和NAT穿越问题，因而总体而言WCDMA R4比固定NGN更接近规模商用和运营的要求。

　　- 承载网组网制式方面，WCDMA R4与NGN基本上完全相同；在均采用宽带IP作为信令控制面承载的前提下，信令承载模式上有不同要求，WCDMA R4与NGN的信令网组网方面还是存在一定差别的。

　　可以看到要实现WCDMA R4与NGN真正意义上的融合是较为困难的，因此在R5中通过引入IMS网络从而可以考虑实现固网和移动网络完全的融合。

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（编辑：ASP站长网）