（计算机科学与技术专业论文）ip化彩铃系统中媒体服务器的研究与实现.pdf

摘要 随着移动3 g 牌照的发放，移动运营商也开始大规模建设r 4 网络。在r 4 网 络中，核心网采用软交换技术，控制与承载分离。m s cs e r v e r 之间通过口网相连， 采用b i c c 协议通信。m g w 之间的话务不再经过汇接，直接通过底层口专用承 载网进行疏通，采用r t p r t c p u d p i p 协议栈通信。目前中国移动2 g 彩铃组网 均采用主叫交换机触发方式，交换机与彩铃平台直连或通过汇接局连接，信令与 话路共用。在3 gr 4 网络中，彩铃组网方案仍采用基于主叫交换机触发方式，但 将信令与话路分离。 本文在对3 g 网络和基于口承载的彩铃业务进行分析的基础上，提出了实现 i p 化彩铃系统中媒体服务器模块的系统方案，并给出了具体的设计与实现。媒体 服务器是彩铃系统的核心模块之一，主要完成播放彩铃的功能。本文讨论的内容 主要包括： ( 1 ) 对3 gr 4 网络以及m 承载语音业务进行了深入的学习和讨论，着重分析 了如何在r 4 网络上实现彩铃业务。 ( 2 ) 介绍了基于m 承载的彩铃业务的流程以及媒体服务器在彩铃系统中的功 能，并提出了如何在彩铃系统中实现媒体服务器模块。 ( 3 ) 给出了l p 化彩铃系统中媒体服务器的总体设计以及各个任务模块的设计 与实现。讨论了r 4 网络中彩铃业务的运行模式，根据i p 化彩铃业务的特点，建 立了彩铃系统中媒体服务器部分的整体框架，设计了与系统其它程序模块之间的 功能接口。详细讨论了i p 化彩铃系统的具体流程和媒体服务器部分的具体实现， 并介绍了媒体服务器模块的程序结构。 ( 4 ) 设计并实现了一套消息路由机制，保证了媒体服务器部分与系统其它各个 程序模块之间消息的正确可靠传递，详细介绍了与m s cs e r v e r 间的消息接口和与 对端m g w 问的消息接口。 本系统在中国移动通信研究院测试完毕后，现已在河南移动试验网中投入试 运行。 关键词：媒体服务器；p r b t ；彩铃；3 g ；r 4 网络：i p 承载 分类号：t n 9 2 9 a b s t r a c t w i t ht h ep u b l i c a t i o no fl i c e n s e sf o rm o b i l e3 gm o b i l eo p e r a t o r sa r eb u i l d i n ga l a r g e - s c a l er 4n e t w o r k i nt h er 4n e t w o r k , c o r en e t w o r ku s e ds o f ts w i t c ht e c h n o l o g y , s e p a r a t e dt h ec o n t r o la n db e a r e r m s cs e r v e ra c c e s s e sa n o t h e rm s cs e r v e rt h r o u g h b i c cs i g n a l i n g , m g wa c c e s s e sa n o t h e rm g w t h r o u g ht d m a t m i ea tp r e s e n t ， c h i n am o b i l e2 gp r b tn e t w o r ku s e dt h ew a yo fc a l l e rs w i t c ht r i g g e r ，p r b tp l a t f o r m c o n n e c t ss w i t c hd i r e c t l yo rt h r o u g hat a n d e mb o a r d ，s i g n a l i n gs h a r et h er o a d 、) i ，i mt h e d a t a i nt h e3 gr 4n e t w o r k , i ta l s ou s e dt h ew a yo fc a l l e rs w i t c ht r i g g e r , b u ti ft h ed a t a s e p a r a t e df r o ms i g n a l i n g t h i st h e s i sa n a l y s e st h eb a c k g r o u n di nw h i c ht h e3 gn e t w o r ka n dt h ei p - b a s e dp r b t s e r v i c e , a n do nt h eb a s i sg i v e st h er e a l i z a t i o no fm e d i as e r v e rm o d u l ei ni p - b a s e dp r b t s y s t e m , a n dg i v e nt h es p e c i f i cd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n m e d i as e r v e ri so n eo f t h e c o r em o d u l e si np r b ts y s t e m ，t h ec o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) i n d e p t hs t u d ya n dd i s c u s s i o no ft h e r 4n e t w o r ka n dv o i pv o i c es e r v i c e ， e s p e c i a l l yc o n c e r n i n gh o w t or e a l i z et h ep r b ts e r v i c ei nr 4n e t w o r k ( 2 ) i n t r o d u c i n gt h ei p - b a s e dp r b ts e r v i c ea sw e l l 鹤t h ef u n c t i o no f m e d i as e r v e ri n p r b ta n dp u t t i n gf o r w a r dh o wt or e a l i z em e d i as e r v e rm o d u l eo fp r b ts y s t e m ( 3 ) g i v i n gt h ed e s i g no fi p - b a s e dm e d i as e r v e ri np r b ts y s t e ma n dt h ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o no fv a r i o u st a s km o d u l e s d i s c u s s i n gt h eo p e r a t i o n a lm o d eo fp r b t i n r 4n e t w o r k s ，a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fi p b a s e dp r b ts e r v i c e ，e s t a b l i s h i n gt h e o v e r a l lf r a m e w o r ko fm e d i as e r v e rp a r ti np r b ts y s t e ma n dd e s i g n i n gt h ef u n c t i o n a l i n t e r f a c eb e t w e e nt h em e d i as e r v e rp a r ta n dt h eo t h e rm o d u l e s d i s c u s s i n gt h es p e c i f i c p r o c e s so ft h ei p b a s e dp r b ts y s t e ma n dt h ei m p l e m e n t a t i o no fm e d i as e r v e ri nd e t a i l ， 勰w e l la st h ep r o c e d u r es t r u c t u r eo fm e d i as e r v e rm o d u l e ( 4 ) d e s i g na n di m p l e m e n tas e to fr o u t em e c h a n i s mt oe n s u r ec r e d i b i l i t yp a s s i n g b e t w e e nm e d i as e r v e rp a r ta n do t h e rm o d u l e s ，i n t r o d u c i n gt h em e s s a g ei n t e r f a c et o m s cs e r v e ra n dt oa n o t h e rm g w t h i ss y s t e mw i l lb r i n gh u g ep r o f i t sf o rr 4o p e r a t o r s ，b u ta l s og e n e r a t et r e m e n d o u s s o c i a lb e n e f i t s t h i se s s a yr e f e r st ot h es t u d y i n go fp r b ts y s t e mi nr 4n e t w o r k ，t h e r e s e a r c ho f m e d i as e r v e r , t h ed e s i g na n di m p l e m e n t i o no f m u l t i - t h r e a dp r o g r a m i r e y w o r d s ：m e d i as e r v e r ；3 g ：p r b t ；r 4 ；口 c i a s s n o ：t n 9 2 9 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：式祭 签字日期： 。7 年6 月侈日 6 1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：试叛 签字日期：20 0 7 年月 日 导师签名：4 笔屯争 rt 一u 签字r 期：妒f r 年6 月7 日 致谢 本论文是在我的导师范辉副教授的悉心指导下完成的。范辉教授严谨的治学 态度、科学的工作方法、忘我的工作作风给我留下了深刻的印象，为我在工作、 学习和生活等方面树立了榜样，使我终身受益。在此衷心感谢两年来范辉老师对 我的关心和指导。 另外北京凯华网联技术有限公司的刘志军工程师、李观华工程师和李力伟工 程师对我的科研工作和论文创作都提出了许多宝贵的意见，在此对他们表示诚挚 的谢意，本文的顺利完成与他们的耐心指导和帮助是密不可分的。 在实验室工作及撰写论文期间，党晓杰、刘炼、李海雁等同学对我论文中的 媒体服务器的研究工作给予了热情帮助，在此向他们以及曾经给予我关心和帮助 的老师、同学和朋友表达我的感激之情。 最后感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业， 感谢他们在我成长过程中付出的汗水和辛劳。 1 1彩铃业务 1 1 1 彩铃业务简介 1 绪论 p r b t ( p e r s o n a lr i n g , b a c kt o n e ，个性化回铃音) 即彩铃业务是面向移动通信终 端用户的一项电信增值业务，也被称为个性化回铃音替换业务，属于一种被叫业 务。业务的内容是当主叫拨打定制了彩铃业务的被叫用户时，听到的不再是“嘟 嘟嘟的单音，而是被叫定制的一段铃音。彩铃于2 0 0 2 年诞生于韩国，随后迅速 蔓延到全世界的多个国家，发展极其迅速。考虑到业务推广方面的需要，现在国 内将此项业务统称为彩铃业务。 伴随着我国移动通信市场的高速发展，国内的电信运营已经由以前的中国移 动独家经营变成了多个运营商同时共存，随着3 g 运营牌照的下发，电信市场的竞 争将会越来越激烈，各个运营商为了提高自身的竞争力，培养更多的用户，也正 积极的投入到各种新的电信业务的开发上来。同时，当今的社会是一个强调个性 化的社会，用户总是希望任何的服务都能带有自己的特点，这就为各种新的电信 业务的发展提供了最好的土壤。于是，p r b t 业务也就应运而生了。 p r b t 业务的提出和实现适应了市场需求，促进了移动通信业务的发展。对电 信运营商而言，提高了自身的竞争力，有利于在激烈的竞争中抢占用户市场；同 时对最终用户而言，p r b t 业务体现了当今社会个性化需求的一面，丰富了用户的 生活。并且围绕着彩铃业务，将会出现一大批制作和提供回铃音资源的网站和公 司，繁荣国内的电信市场【l 】。 1 1 2 彩铃业务的应用现状 p r b t 业务是一项新型的电信增值业务。韩国在2 0 0 2 年4 月首次在移动通信 网上开始尝试推出该项增值业务。此业务一经推出后，市场反应火爆，受到广大 移动用户的青睐，用户数量高速增长。 此项业务在韩国的发展引起了全世界的关注，许多运营公司和设备制造公司 到韩国参观了解情况，并且制订了各自对此项业务的开发和研究计划。国内于2 0 0 2 年底开始研究和开发p r b t 业务；2 0 0 3 年4 月，开始在全国多个省移动公司推出 试验局进行现网测试；2 0 0 3 年6 月后，开始了面向全国的正式商用推广。到目前 为止，基本上全国每个省的中国移动公司、联通公司都建立了自己的p r b t 业务 平台，面向普通用户开通，正式投入商用。时至今日，彩铃业务已经成为一项极 其重要的增值业务。 1 2 媒体服务器 1 2 1 媒体服务器简介 媒体服务器是n g n 应用层中提供多媒体资源功能的关键设备，它在软交换和 应用服务器的控制下，为来自电路交换或分组交换的各种类型的多媒体业务提供 分组化的高级媒体处理服务。媒体服务器的关键作用在于它能够提供处理语音或 媒体流的灵活性，作为专门处理媒体信息的设备，它集成了实现n g n 多媒体业务 的各种基本功能，如语音识别，语音存储，d t m f 音信号检测，会议桥接，文本 语音转换等。它可以方便地对这些功能进行组合，为业务提供支持。媒体服务器 应具备以下基本功能： 1 资源功能 媒体服务器可以提供多种媒体资源，包括语音、图像、视频、文本。在语音 方面，媒体服务器支持d t m f 信号的采集与解码、信号音的产生与发送、录音通 知的发送、语音电话会议、自动语音合成、自动语音识别、文本转语音、录音等 功能。其他媒体方面，媒体服务器应支持传真信号的编解码、多种视频( 图像) 格式 的编解码、音频视频的集成和同步等。 2 通信功能 媒体服务器具有与网络中的软交换设备、应用服务器、媒体网关、多媒体终 端、网管中心等实体的接口，通过这些接口发送或接收相关消息，检查消息格式， 进行协议转换处理。媒体服务器采用s i p h 2 4 8 m g c p 等通信协议与控制设备进行 通信。 3 维护和管理功能 媒体服务器提供适合于n g n 要求的操作维护和网管能力。 1 2 2 媒体服务器的应用现状 媒体服务器作为n g n 的一个关键设备，在下一代网络的网络建设和业务提供 2 方面有着不可或缺的作用。下一代网络是分布式的网络，是基于分组交换的网络， 是开放协议和开放架构的网络，这是大前提。所以下一代网络的功能部件应该主 要以分布式服务器的方式提供业务。下一代网络的业务，一方面应该是对现有电 信业务的增强，更多的还是基于n g n 所提供新型网络结构创造的有利条件，提供 更多的、更优质的新型增值业务。 有人将多媒体特性、开放性、个性化、虚拟业务特性、业务的智能化列为n g n 业务的五大特点，其中又以多媒体特性为最基本、最明显的特性。而媒体服务器 正是以提供丰富多媒体服务为宗旨的设备。众多的增值业务和网络服务都将在媒 体服务器的参与和协助下实现。媒体服务器在各种n g n 多媒体业务中都可以发挥 很好的作用： 1 在多媒体会议类业务中的应用 多媒体会议类业务支持多点间相互通信，业务实例有：i p 电话会议、多媒体 视频电话会议、点对多点的远程多媒体教学业务等。媒体服务器具有功能强大的 语音处理能力，包括多方接入、会议桥接、混音、状态控制等功能，可以很好的 满足这类业务需求。 2 在交互语音应答i v r 中的应用 i v r 是自动语音服务系统，有很多应用场合。它可以充当企业服务窗口，通 过这个服务，用户在使用多种企业所提供服务时，就可以实现“自我服务 ，不需 依赖于服务人员。对企业来说，可以提供形式和内容都更加丰富的服务，同时降 低成本。媒体服务器用分组语音技术，实现这个功能，具有更广泛的适用性。 i v r 还可以作为呼叫中心，目前几乎所有的大型企业在客户服务方面都建立 了规模庞大的呼叫中心，通过r 系统，对呼入客户进行引导、分类，一方面使客 户可以方便、快速地找到能提供自己服务的位置，另一方面大大提高了企业客户 服务的质量和效率，并节省了不必要的人工。通过媒体服务器，不但可以通过p s t n 电话、i p 电话接人到呼叫中心，也可以利用因特网上的w e b 主页，接人呼叫，为 客户提供更加丰富、方便的服务。 i v r 也可以作为一种增值业务类型，它提供给用户一种获得信息服务和交流 的方式，用户可以通过拨打电话，接人i v r 系统，得到诸如天气预报、交通信息、 体育赛况等信息，还可以选择游戏节目，聊天室，评书，歌曲等各种服务项目。 基于i p 的媒体服务器，可以非常灵活，有效地提供这种业务模式，并开发出更加 丰富多彩的业务。 3 在i p 传真中的应用 传真是有悠久历史的电信服务，在社会各部门，尤其是商业环境中有着非常 重要的应用价值，但是基于p s t n 的传真业务，费用昂贵，对于很多企业来说， 3 是一笔非常可观的开支。但是在n g n 环境下，基于媒体服务器，实现传真，用户 不但可以继续用传统的方式使用传真，而且还可以像e m a i l 一样，用“存储、转 发 的方式，实现传真，带给用户更多的选择。同时，可以节省大笔的费用。基 于媒体服务器实现口传真，需要用到t 3 8 、t 3 7 等协议，同时为了和传统p s t n 传真互通，还需要支持t 3 0 协议。 4 在统一消息业务( u m s ) 中的应用 n g n 统一消息业务( u m s ，u n i f i e dm e s s a g es e r v i c e ) ，可以将语音、传真、寻 呼、移动短消息、电子邮件和多媒体数据等所有信息统一进行存储管理，使得用 户可以随时随地通过电话、传真、手机、呼机、电脑、掌上电脑等任何一种通信 设备发送与接收信息，同时，通过灵活、智能的信息管理方式，还可以使提供的 信息服务更加个性化和智能化。这里，进行统一存储管理，提供个性化、多媒体 的服务，都需要借助媒体服务器来实现。 5 在流媒体服务中的应用 流媒体服务是视频点播( v o d ) 等业务的技术基础，通过它，人们就可以借助因 特网看直播，欣赏最新的优美音乐。流媒体服务器完全可以结合到媒体服务器中， 由媒体服务器来提供这项服务，结合媒体服务器的其他功能，可以为用户提供更 多服务选择。 6 在存在业务( p r e s e n c e ) 和即时消息业务( i n s t a n tm e s s a g e ) 中的应用 存在业务中，用户可以订阅其他用户应用的“在线通知，当某用户在线状 态改变时，订阅其“在线通知 的用户可以及时得到通知。即时消息业务可以提 供用户短消息聊天、视频聊天、文件与语音邮件传送等各种通信方式。通过媒体 服务器，把多种媒体信息更好的结合在一起，可以使这两种业务的实现更加丰富 多彩【2 1 。 1 3 论文完成的主要工作和组织结构 1 3 1 论文完成的主要工作 论文完成的主要工作如下： 1 在了解r 4 网络和软交换i p 承载语音业务的基础上，分析了基于i p 承载的 彩铃业务，提出并解决了如何实现i p 化彩铃系统中的媒体服务器模块。 2 讨论了基于p 的彩铃业务的运行模式，根据i p 化彩铃业务的特点，建立 了口化彩铃系统中媒体服务器模块的整体框架，设计了与系统其它程序模块之间 的功能接口，并给出了i p 化彩铃系统中媒体服务器的具体实现，详细讨论了彩铃 4 系统的具体流程，介绍了媒体服务器模块的程序结构。 3 设计并实现了一套消息路由机制，保证了媒体服务器部分与系统其它各个 程序模块之间消息的正确可靠传递。 1 3 2 论文的组织结构 论文的组织结构如下： 第一章，绪论，介绍媒体服务器和彩铃业务的概念以及国内外的应用现状， 对论文工作的目的、意义以及论文完成的主要工作进行了阐述。 第二章，介绍g s m 移动通信网的基本结构以及g s m 核心网a l li f 化。 第三章，介绍了3 g 网络的发展和基本情况，并对r 4 网络的结构及规划进行 了较为详细的介绍。 第四章，分析了软交换i p 承载语音业务，并介绍了g s m 网络上的彩铃业务， 给出了r 4 网络上彩铃业务的组网方案和m 承载下的呼叫处理流程。 第五章，介绍了媒体服务器在i p 化彩铃系统中的位置，设计了媒体服务器与 m s cs e r v e r 等其他模块的接口，并给出了i p 化彩铃中媒体服务器的总体设计和处 理流程。 第六章，给出了m 化彩铃中媒体服务器的各个功能模块的设计，并详细介绍 了信令服务器和媒体播放器的程序实现。 在论文的最后，对系统的整体运行情况做出必要的检验和总结，提出系统有 待于迸一步解决的问题以及系统发展的方向。 5 2g s m 移动通信网 g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) ，全球移动通信系统，是当前 应用最为广泛的移动电话标准。g s m 系统是欧洲国家为了创造一个统一的、完整 的泛欧蜂窝移动通信系统，联合欧洲二十多个国家的电信运营部门、研究所和生 产厂家组成的标准化委员会设计的。从1 9 8 2 年标准的提出，到1 9 9 2 年芬兰的o y r a d i o l i n j a a b 成为第一个商业运营的g s m 网络，g s m 从理论上提出到实际的应用 经历了一个很长的过程。g s m 目前由3 g p p 组织负责制定和维护。 g s m 较它之前的标准最大的不同是它的信令和语音通道都是数字式的，因此 g s m 被看做是第二代( 2 g ) 移动电话系统。尽管g s m 发展目标最初是定位在欧洲 范围的，但由于它的开发性设计，使得各个通信设备制造商生产的g s m 设备具有 良好的相互兼容性，不仅同一运营商的网络可以使用多个厂商的设备共同组网， 遵循g s m 标准的不同运营商的网络也可以互联互通。g s m 系统的这些优点使得 其从1 9 9 0 年起，开始向欧洲以外的其他国家和地区扩展，发展速度十分迅速。并 且g s m 标准的广泛使用使得在移动电话运营商之间签署“漫游协定后，用户的 国际漫游变得很平常。到目前为止，全球有超过1 0 亿人使用g s m 电话，使g s m 成为主导的移动电话系统，占到全球市场的7 0 【3 1 。 2 1g s m 移动通信网简介 g s m 系统是一种蜂窝小区系统，也就是说移动电话要连接到它能搜索到的最 近的蜂窝小区。g s m 系统的主要特点有三个：无线频率复用，越区自动切换，信 道分配和小区分裂。从用户的观点出发，g s m 的主要优势在于提供更高的数字语 音质量和替代呼叫的低成本的新选择( 比如短消息) 。从网络运营商的角度来看，其 优势是能够部署来自不同厂商的设备，因为g s m 作为开放标准，可以提供更容易 的互操作性。而且标准允许网络运营商提供漫游服务，用户就可以在全球使用他 们的移动电话了【钔。 g s m 是一个复杂的通信系统，一般分为三个相对独立的部分，即移动终端子 系统( m s ) ，基站子系统( a s s ) 和网络子系统( n s s ) ，其系统结构如图2 1 所示： 6 无线接口u m a 接口 图2 1g s m 系统结构图 f i g u r e2 1 a r c h i t e c t u r eo ft h eg s mn e t w o r k 2 1 1 移动终端子系统 移动终端子系统是g s m 网络中用户使用的设备，也是用户和网络连接的唯一 设备。它主要包括以下基本功能：以无线方式接入g s m 移动网络，完成各种控制 功能；支持各种基本业务和补充业务；间断接收和间断发送；语音编码和解码； 适配用户数据和无限信道的速率：提示呼叫过程。移动终端子系统主要由两部分 组成：移动台( m s ) 和客户识别卡( s i m ) 。 移动台是一个适配于网络的机器，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、 信息的调制和解调、信息发射和接收。 s i m 卡类似于我们现在所用的i c 卡，也称作智能卡，存有认证客户身份所需 的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网 路。s i m 卡还存储与网络和客户有关的管理数据，只有插入s i m 后移动台才能接 入进网。 2 1 2 基站子系统 基站子系统b s s 通过无线接口直接与移动台相连，负责完成无线发送接收和 无线资源管理，与网络子系统( n s s ) 中的移动交换中心( m s c ) 相连，由m s c 进行控 7 制，实现移动用户与n s s 之间的通信。它由基站收发信台( b t s ) 和基站控制器( b s c ) 组成。每个蜂窝小区由几个b t s 控制，b t s 通过无线接口与移动台相连。几个b t s 可由一个b s c 管理。 b s c ：具有对一个或多个b t s 进行控制的功能，它主要负责无线网络资源的 管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是一个很强的业务控制点。 b t s ：无线接口设备，它完全由b s c 控制，主要负责无线传输，完成无线与 有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。 2 1 3 网络子系统 网络子系统( n s s ) 主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所 需的数据库功能。 网络子系统( n s s ) 由六个主要组成单元：移动业务交换中心( m s c ) 、访问用户 位置寄存器( v l r ) 、归属用户位置寄存器( h l r ) 、鉴权中心( a u c ) 、移动设备识别 器( e i r ) 和操作维护中心( o m c ) 。 m s c 是g s m 系统的核心，它控制一个或多个b s s ，是对位于它所覆盖区域 中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用 通信网之间的接口。它可完成网络接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可 完成b s s 、m s c 之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。另外，为 了建立至移动台的呼叫路由，每个m s c 还应能完成入口m s c ( g m s c ) 的功能，即 查询位置信息的功能。 v l r 可视为一个动态用户数据库，它存储着进入其控制区内已登记的移动用 户( 统称为拜访用户) 来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所处位置 区域的识别，向客户提供的服务等参数，并从h l r 处获取必要的数据为已登记的 移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。 h l r 是g s m 的中央数据库，存储遮盖h l r 控制区内的所有移动用户注册信 息的相关数据，每个移动用户都应在其归属位置寄存器( h l r ) 注册登记，用户的信 息主要分为两类：一是用户相关的属性参数，这一类参数中包含了用户的自身属 性以及用户与网络运营商的各种业务签约信息；二是有关用户目前所处位置的信 息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如m s c 、v l r 地址等。当移动台位置改变 时，h l r 相应进行更新，并且向m s c 提供移动台当前所在的m s c 地区的信息( 动 态数据) ，使被叫用户能够被立即找到。 a u c 是g s m 系统的安全中心，用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保 密所需鉴权、加密的三参数( 随机号码r a n d ，符合响应s r e s ，密钥k c ) 。它采取 了一系列措施对用户鉴权、对无线接口上的话音、数据信号信息加密。 e i r 也是一个数据库，存储有关移动台设备参数，如移动设备的国际移动设备 识别码( i m e d ，完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，防止非法移动台的使 用，保证注册用户的安全。 o m c 的主要任务是对g s m 系统进行集中管理和监控。通过它实现对g s m 网 内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功斛5 1 。 2 2g s m 核心网a l li p 化 2 2 1a l li p 的市场驱动力 对成熟市场而言，固网向移动转网的用户数增长势头仍很强劲，各种不限时 的通话套餐也促使网络流量不断增加。因此，运营商需要持续扩大网络容量，这 种扩容需求构成了网络转型的强大驱动力。此外，通过3 g 网络提供更丰富的数据 业务以及使用先进设备降低投资成本，也是不可忽视的驱动因素。 对新兴市场而言，绝大多数收入增长来自低a r p u 值用户。因此，运营商迫 切需要降低成本，并通过高性价比、差异化的业务，防止a r p u 值因竞争而不断 下滑。 向a l li p 网络转型能够很好地满足运营商的需求。2 0 0 8 年，中国电信业最流 行的一句话就是“a l li p + m o b i l e = f u t u r e 。中国移动总裁王建宙表示：“用现在确 保未来，用未来管理现在 ，可见a l li p 是实现“确保未来 的最佳途径。其 实，向a l li p 方向演进也已经成为国内外主流运营商的共识。 a l li p 有四大的优势：核心网d 化能够奠定无线网络的基础，承载网i p 化 能够实现多种承载方式的归一，接入网p 化能够实现宽带的低成本传输，业务网 i p 化能够使业务更丰富、更灵活。 a l li p 也面临四大的挑战：设备要更新，网络要演进，业务要变化，人员要 提升。 2 2 2g s m 网络a l li p 的三部曲 中国移动确立了g s m 网络a l li p 化的网络转型战略，以提升网络的服务能 力，优化整网架构，奠定未来向3 g 、i m s 平滑演进的基础。该转型战略分三步走： 第一步，引入控制和承载分离的软交换架构，核心网实现口化。 9 第二步，p 专用承载网向下延伸，实现承载m 化，用p 统一目前五花八门的 承载方式，将目前使用最多的t d m 承载与i p 承载对比一下，可以明显地看出承 载口化的优势，如表2 1 所示。 表2 1t d m 承载和i p 承载的比较 t a b l e2 1t h ec o m p a r i s o no f t d ma n di pl o a db e a r i n g 序号特性t d m 承载i p 承载 1 组网结构话路分层组网话路扁平化组网 采用多种编码方式 和p 统计复用能 2 资源利用率 固定的6 4 k b p s 力。节省带宽( 如 a m r l 2 2 k 带宽只 需4 5 2 k b p s ) 主要满足窄带实时服务于宽窄带实时 3业务能力 业务和非实时业务 至少占用两次编解可利用t r f o 节省 4 语音编码资源 码资源语音编码资源 不能向后续m s c便于向后续m s c 5 可持续发展能力 p o o l 和i m s 演迸p o o l 和i m s 演进 第三步，实现无线接入网络m 化，中国移动逐步推进a 接口、a b i s 接口的i p 化，从而迈向a l l i p 。 一般来说，无线网2 g 基站需要2 个e 1 ，r 9 9 版本的3 g 基站需要4 个e l ， h s p a 阶段的基站需要2 0 个e 1 。h s p a + 阶段的基站需要4 0 个e l ，会占据一个 1 5 5 m b p s 的s d h 环。基站的数据吞吐量成几何级别增长，i pb s s r a n 自然成为 当务之急。核心网p s 域本来就是基于i p 的，所以核心网c s 域的a l li p 化成为 关注的焦点。 r 9 9 版本的3 g 核心网与g s m 核心网相比从网络结构到信令基本没有什么变 化，沿用了传统的n o 7 信令及信令网。 r 4 版本的3 g 核心网引入了分布式的网络架构，同时信令也从传统的基于 t d m 的承载方式开始向i p 承载演进，而高层使用的仍是n o 7 信令应用部分。 r 5 版本在r 4 的基础上引入了i p 多媒体子系统( i m s ) 域，i m s 域将采用全新 的基于s i p 的会话方式，信令寻址采用全新的d n s + e n u m 方式，而c s 域与p s 域本身没有过多变化【6 】。 l o 3 13 g 网络发展 33 g 移动通信网 第一代移动通信系统( 1 0 ) r i 现在上个世纪7 0 年代中期。它的原理是模拟调制 技术，主要提供语音服务。它的标准主要包括a m p s 0 匕美蜂窝系统) 、n m t ( 北欧 移动电话) 和t a c s ( 全向通信系统) 。它的缺点就在于保密性差，如果想偷听，只需 要把收音机调节至对应的频点，就可以收到通话内容了。 第二代移动通信系统( 2 g ) 出现在上个世纪8 0 年代中期。它的原理是数字调制 技术，除了语音服务以外，还支持短消息，提供了更高的网络容量，得以改善语 音质量和保密性，并且引入了无缝漫游。除了常见的g s m 和c d m a o n e ( i s 9 5 ，就 是传统意义上与g s m 相对的c d m a ) 之外，还有i d e n ( 由美国的s p r i n tn e x t e l l 运 营) 、i s 1 3 6 ( d a m p s ) 、p d c ( p c r s o n a ld i # t a lc e l l u l a r ，仅在日本普及) 。但由于其 技术的局限性，第二代移动通信系统存在着话音质量仍不理想、数据传输率低、 频谱利用率不高等问题。 随着全球经济的发展、信息化社会的到来，通信设备移动性和个人化的要求 以及i n t c r n c t 的异军突起，有限的频谱资源与人口不断增长的矛盾、第二代技术体 制与非话音业务快速增长的矛盾同益突起，人们对第三代移动通信的需求愈来愈 烈。 第三代移动通信( 3 g ) 是国际电联( i t u ) 于1 9 8 5 年提出，频率规划在2 g h z ，当 时被命名为f p l m t s ( 未来公用陆地移动通信系统) 。1 9 9 6 年，1 1 u 根据一些国家的 建议，将f p l m t s 更名为i m t - 2 0 0 0 。同时，3 g 标准的制定机构也是i t u ( i n t e m a t i o n a l t e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n 、国际电信联盟) 。 但是i m t - 2 0 0 0 也就是“国际移动通信2 0 0 0 也包含更多的内容，它分为 c d m a 和t d m a 两大类共五种技术，其中前三者是最为重要的技术。 1 i m t - d s ( 直接扩频c d m a ) ，即w c d m a 。它是在一个宽达5 m 的频带内直 接对信号进行扩频； 2 i m t - m c ( 多载波c d m a ) ，即c d m a 2 0 0 0 。这是美国提出的技术，由多个 1 2 5 m 的窄带直接扩频系统组成的一个宽带系统； 3 i m t - t c ( 时分双工c d m a ) 目前包括t d s c d m a 和u t r at d d ，其中 t d o s c d m a 是我国提出的技术。 不过，2 0 0 7 年1 0 月1 9 日，l t u 批准移动w i m a x 作为第6 个i m t - 2 0 0 0 标准， 也是第4 个重要标准，称为“i m t - 2 0 0 0o f d m a t d dw m a n ”。 每一个国家都有自己的法律，这样才能保证正常有序的运行。而3 g 标准也有 各自的管理和标准制定机构，为w c d m a 和t d s c d m a 的标准化论坛是3 g p p 第三代合作伙伴计划( 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ) ，成立于1 9 9 8 年1 2 月的标 准化机构。目前其成员包括欧洲的e t s i 、日本的a r i b 和t t c 、中国的c c s a 、 韩国的1 r a 和北美的a t i s 。 与此同时，c d m a 2 0 0 0 的规范论坛是3 g p p 2 ( 第三代合作伙伴计划2 ) ，该组织 是于1 9 9 9 年1 月成立，由美国t 1 a 、日本的a r i b 、日本的t t c 、韩国的t t a 四 个标准化组织发起，主要是制订以a n s i 4 1 核心网为基础，c d m a 2 0 0 0 为无线接 口的第三代技术规耐丌。 3 23 g 网络概述 3 g 规范是由国际电信联盟( i t u ) 所制定的i m t - 2 0 0 0 规范的最终发展结果。目 前3 g 存在四种标准：c d m a 2 0 0 0 ，w c d m a ，t d s c d m a ，w i m a x 。在3 g 的 众多标准之中，c d m a 这个字眼曝光率最高，c d m a 是c o d ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ( 码分多址) 的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。c d m a 系统以其 频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软 容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。下面简单介绍一下我国采用的三种 3 g 标准： 1 t d s c d m a t d s c d m a ，时分同步码分多址存取( 英文：t i m ed i v i s i o n s y n c h r o n o u sc o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，缩写为：t d s c d m a ) ，t d s c d m a 相对于另外两个3 g 标准c d m a 2 0 0 0 和w c d m a ，它的起步较晚。该标准是我国制定的3 g 标准。1 9 9 8 年6 月底，中国原邮电部电信科学技术研究院( 现大唐电信科技股份有限公司) 向 i t u 提出了该标准。2 0 0 0 年5 月，国际电联正式公布了第三代移动通信标准，我 国提交的t d s c d m a 已正式成为i t u 第三代移动通信标准i m t2 0 0 0 建议的一个 组成部分。t d 实际上有t d s c d m a 和t d h s d p a 之分，t d s c d m a 能提供话 音业务、视频电话业务和最高下行速率为3 8 4 k b p s 的数据业务，而t d h s d p a 是 一种数据业务增强技术，类似于e d g e ，目前最高能提供2 8 m b p s 的下行速率。 2 c d m 【a 2 0 0 0lxe v - d o 在2 0 世纪9 0 年代后期，随着无线接入到因特网( i n t e r a c t ) 需求的增长，对无 线分组数据业务的需求也随之增长。以无线局域网为代表的无线接入技术虽然能 提供较高的带宽，但是在安全性、计费和覆盖等方面的局限性，限制了它们的广 1 2 泛应用。蜂窝移动通信网络可以提供广域的覆盖，具有良好的计费体系和安全架 构，如果结合新的高速无线接入技术，在提供无线因特网业务方面将具有美好的 应用前景。同时考虑到与以a d s l 为代表的有线数据网络竞争的需要，要求这种 新的蜂窝网络至少能提供与a d s l 相比拟的数据带宽。鉴于此，高通公司从1 9 9 6 年开始开发了h d r ( h i g hd a t ar a t e ) 技术，2 0 0 0 年形成l xe v - d o 标准，2 0 0 2 年l x e v - d o 产品进入商用阶段。c d m a 2 0 0 0l xe v - d o 中的“e v 意思是“e v o l u t i o n ， 也表示标准的发展，d o 的意思为d a t ao n l y ( 后来为了能够更好地表达此技术的含 义，把d a t ao n l y 改为d a t ao p t i m i z e d ，表示e v - d o 技术是对c d m a 2 0 0 01x 网络 在提供数据业务方面的一个有效的增强手段) ，i xe v - d o 于2 0 0 1 年被i t u r 接受 为3 g 技术标准之一。 3 w c d m a w c d m a 全名是w i d e b a n d c d m a ，中文译名为“宽带分码多工存取”，w c d m a 是3 g 时代的移动