MBMS业务的技术实现及相关标准.doc

MBMS业务的技术实现及相关标准 摘要介绍了移动通信网MBMS业务的特点和网络架构，阐述了MBMS系统中的主要功能实体和相关接口以及MBMS广播业务的业务流程，并指出移动通信网MBMS相关的国际、国内标准，分析了MBMS技术的创新点和MBMS业务的应用前景。1 引言为了有效地利用移动通信网络资源，3GPP引入了多媒体广播组播业务（MBMS，Multimedia Broadcast/Multicast Service），在移动通信网络中提供一个数据源向多个用户发送数据的点到多点业务，实现网络资源共享，提高资源利用率，尤其是空口接口资源。MBMS业务不仅能实现纯文本低速率的消息类组播和广播，而且还能实现高速多媒体业务的组播和广播。MBMS业务相比其他数据业务而言，因为具有上行信道，所以可提供更多的互动性，而且不会导致网络性能急剧下降。MBMS业务的典型应用有：手机广告、手机音乐台、手机证券以及应急指挥等。使用MBMS技术，用户还可以在下班回家路上通过手机点播观看相应的视频节目，如足球比赛、天气、杂志以及新闻等。2 MBMS系统架构2.1 GPRS架构通过GERAN和UTRAN接入GPRS来提供MBMS业务的网络架构如图1所示。图1 MBMS系统网络架构示意图（GPRS）图1中，内容提供商提供广播组播内容，经由BM-SC（广播组播业务中心）将传输流转发给3G核心网，并进一步转发给UTRAN，通过Uu口发送给UE。其中，BM-SC是为支持MBMS业务新增加的移动网功能实体，它是内容提供商的入口，用于授权和在移动网中发起MBMS承载业务，并按照预定的时间调度传送MBMS内容。其功能包括：对内容提供商进行鉴权、授权和计费；提供MBMS传输相关参数，如QoS，广播区域，发起和终止MBMS传输资源；从外部数据源接收并传送MBMS内容，安排MBMS会话传送并告知用户，会话重传等；业务声明，包括媒体描述、会话描述如业务标识、地址、传送时间等。在MBMS系统架构中，还包括移动通信网原有功能实体GGSN，SGSN，RNC/BSC和UE，这些功能实体需要增加MBMS相关的功能和过程，主要包括以下内容：（1）UE支持本地激活/去激活MBMS业务；MBMS安全相关功能；接收MBMS业务声明；接收寻呼信息（非MBMS业务）；根据MBMS会话标识决定是否忽略MBMS会话。（2）RNC在预定的广播业务区域传送MBMS数据；支持核心网发起和终止MBMS传送；支持MBMS接收者在RNC间的移动；支持传输MBMS业务声明、寻呼信息，MBMS并发业务（MBMS与短消息业务的并发；MBMS业务与语音并发，语音业务优先）。（3）SGSN对用户进行网络控制；支持MBMS接收者在SGSN间的移动；根据GGSN发送的通知建立或释放Iu，Gn承载。（4）GGSN作为MBMS数据的IP组播业务节点，根据BM-SC的通知请求为广播建立或释放用户面承载；从BM-SC或其它数据源接收IP组播内容，并通过GTP隧道进行路由；消息通知、业务（QoS）协商等。2.2 EPS架构通过E-UTRAN和 UTRAN接入演进分组系统（EPS）来支持MBMS广播业务（即eMBMS）的网络架构如图2所示。图2 MBMS广播业务系统网络架构示意图（EPS）在eMBMS系统中，包括核心网中定义的MBMS逻辑实体和在接入网中定义的动态管理（MCE）功能实体，以及相关的控制面、用户面接口。eMBMS这种完整、独立的逻辑架构，便于对MBMS各部分功能进行灵活部署，有利于MBMS的资源优化和性能提升。图2中，主要包括演进的eBM-SC，MBMS GW，MME，E-UTRAN等功能实体，下面逐一进行介绍。eBM-SC主要具有如下功能：eBM-SC除了可以通过MBMS GW使用MBMS承载来实现用户MBMS业务之外，还可以使用EPS承载来实现用户MBMS业务。当MBMS-GW 与PDN GW 合设并且PDN GW 具有必要的通过Gn接口控制MBMS业务的GGSN功能时，这种架构也支持基于Gn- SGSN承载的MBMS业务。也就是说，演进的BM-SC不但具有BM-SC的功能，还能够在使用MBMS承载（通过SGmb，SGimb接口）和使用单播承载（通过 SGi接口）之间进行选择，这样使得eBM-SC有能力针对业务特性和用户数量来选择合理的承载类型。由于在E-MBMS中提供了增强广播承载类型，因此UE可能使用单播承载向eBM-SC进行注册/注销。此外，eBM-SC还能够通过单播承载向特定用户提供高级别的MBMS业务。MBMS业务在核心网中由MBMSGW负责处理，它由控制面和用户面功能组成，这两部分功能可能实现于不同的网络实体。用户面功能一方面负责中转 eBM-SC与控制面功能之间的信令（通过SGmb和Sm接口），另一方面负责接收来自eBM-SC的MBMS业务数据（通过SGimb接口），并通过 M1接口向接入网传输业务数据。M1接口支持数据帧的同步传输，以IP组播的方式下发数据。控制面功能主要负责接收和处理来自于eBM-SC的MBMS承载业务的会话控制信令（如会话开始、停止）、以及用户面功能所提供的必要信息（如用于MBMS数据传输的IP组播地址），并且通过M3接口与接入网进行信令交互。MME负责提供E-UTRAN 接入时的MBMS控制面功能，UTRAN接入时，由SGSN支持MBMS控制面功能。在一个PLMN中，可以有一个或多个MBMS控制面实体。MME为了与E-UTRAN配合支持MBMS ，需支持如下功能：E-UTRAN接入的MBMS承载会话控制（包括向E-UTRAN可靠地传递会话开始/会话停止）；向组播节点传送会话控制消息；向MBMS GW提供Sm接口（接收MBMS业务控制消息和MBMS数据传输的IP组播地址）。E-UTRAN负责向指定的MBMS业务区域发送MBMS数据。EPS中支持MBMS的E-UTRAN 应有能力接受IP组播分发。3 MBMS广播业务流程广播业务流程由图3所示的几个过程组成：图3 广播业务流程图（1）业务指南（Service Announcement）业务指南过程告知用户获取业务的信息，包括运营商定义的业务和内容提供商定义的业务，内容包括业务的内容，业务激活需要的参数等。业务指南的具体要求参见移动多媒体广播业务 业务指南技术要求。（2）会话开始（Session Start）会话开始过程代表BM-SC已经准备就绪，准备发送数据。会话开始过程与用户业务激活过程相互独立。也就是说，用户可以在会话开始之前或者其后进行业务激活。会话开始过程可以触发数据传输的承载资源的建立。如果一个MBMS用户业务（注：指上次业务，比如一个体育频道）由多条MBMS承载业务来传输，那么会话开始过程就要发给该用户业务的每个承载业务。此时，UE可能需要触发多条相关承载业务才可以完整接收该用户业务。（3）MBMS通知（MBMS Notification）通知UE MBMS数据即将发送。（4）数据传输（Data Transfer）用户面数据的传输。（5）会话结束（Session Stop）BM-SC决定在一段时间内停止数据传送，并释放承载资源。4 MBMS业务相关标准MBMS业务的需求来自运营商，由“3”牵头提出，3GPP于2002年开始研究，成果主要有两大阶段，MBMS和eMBMS，MBMS阶段主要基于GTP协议；eMBMS阶段主要基于IP组播协议，MBMS的R9版本已经于2010年3月冻结。在MBMS阶段，MBMS功能是通过对3G网络的改进而实现的，因此MBMS架构要依附于已有的3G网络架构。主要的改进包括两方面：一方面通过增加新的功能实体广播组播业务中心（BM-SC）来提供和管理MBMS业务；另一方面是在已有的功能实体上（包括GGSN，SGSN，BSC/RNC和UE）增加对MBMS业务的支持功能。在eMBMS阶段，提出了新的完整的逻辑架构，包括在核心网中定义的MBMS逻辑实体（MBMS GW）和在接入网中定义的动态管理（MCE）功能实体，以及相关的控制面、用户面接口。一方面进一步提高了MBMS的业务性能，另一方面适应了新的系统架构演进/长期演进（SAE/LTE）系统，MBMS在逻辑架构、业务模式、传输方式和信道结构等方面进行了较大改进。4.1 国际标准移动通信网MBMS业务相关国际标准在3GPP制定。目前，主要有以下标准：（1）3GPP TS 22.146：多媒体广播/组播业务；阶段1。（2）3GPP TS 22.246：多媒体广播/组播业务（MBMS）用户业务；阶段1。（3）3GPP TS 23.246：多媒体广播/组播业务（MBMS）；架构和功能描述。（4）3GPP TS 29.061： 支持基于分组业务的PLMN和分组数据网络（PDN）之间的互通。（5）3GPP TS 33.246：多媒体广播/组播业务的安全。（6）3GPP TS 26.346：MBMS：协议和编码。（7）3GPP TS 25.346：无线接入网中的MBMS业务介绍。（8）3GPP TS 43.246：GERAN中的多媒体广播/组播业务（MBMS）。（9）3GPP TS 25.446：MBMS同步协议（SYNC）。4.2 国内标准移动通信网MBMS业务相关国内标准主要在中国通信标准化协会（CCSA）制定，目前主要有以下标准：（1）2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网多媒体广播系统（TD-MBMS）总体技术要求（第一阶段）。（2）2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网多媒体广播系统（TD-MBMS）无线接入子系统设备技术要求（第一阶段）。（3）2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网多媒体广播系统（TD-MBMS）无线接入子系统设备测试方法（第一阶段）。（4）2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网多媒体广播系统（TD-MBMS）核心网设备技术要求（第一阶段）。（5）2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网多媒体广播系统（TD-MBMS）核心网设备测试方法（第一阶段）（6）2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网多媒体广播系统（TD-MBMS）终端设备技术要求（第一阶段）。（7）2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网多媒体广播系统（TD-MBMS）终端设备测试方法（第一阶段）。WCDMA系统的MBMS业务相关标准也在制定当中。5 结束语在MBMS技术出现之前，移动通信网上的广播/组播业务采用的是点到点的多次发送，即将数据传送到不同用户，每一个用户使用专用的从GGSN到UE的管道，自GGSN向下为全单播模式，无线接口无优化。采用小区广播（CBS），CBS的特点是即使没有用户，数据也在所有的小区内广播，而且应用于很低的速率。CBC广播是基于消息的，不能承载多媒体内容。这些技术的缺点是资源利用率低、广播能力低、用户管理能力不强、多媒体支持能力弱以及业务成本高，规模效益差。针对以上技术的缺点，MBMS业务有如下创新：每个小区数据只需发送一次，在核心网中优化数据分发，即仅向参与组播业务用户的所在网络节点发送数据