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摘要 WCDMA和cdma2000對(duì)分組數(shù)據(jù)通信的支持各具特點(diǎn)。本文對(duì)WCDMA R99、cdma2000 1X的分組域從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，接口與協(xié)議，漫游、切換、對(duì)移動(dòng)IP的支持以及可否接受外部網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的分組業(yè)務(wù)等方面進(jìn)行了闡述，并分析、比較了他們之間的不同點(diǎn)與特性。
關(guān)鍵詞 WCDMA R99 cdma2000 1X 分組域 協(xié)議 切換 移動(dòng)IP
1 網(wǎng)絡(luò)組成
1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
WCDMA R99系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1中標(biāo)出了分組域中的接口。
圖1 WCDMA R99系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
cdma20001X系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 cdma2000 1X系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖看出：
WCDMA R99在核心網(wǎng)側(cè)分為電路域和分組域，WCDMA的分組域采用與GPRS相同的體系結(jié)構(gòu)。從分組域與電路域的關(guān)系看，MSC與SGSN之間通過Gs接口連接，可以配合完成對(duì)MS 的移動(dòng)性管理功能，SGSN 還接收從MSC 來的電路型尋呼信息并下發(fā)到MS。電路域與分組域共用HLR。SGSN與SMS間存在Gd接口，已進(jìn)行GPRS附著的用戶可在GPRS信道上接收和發(fā)送短消息。
cdma2000 1X的電路域和分組域之間只在BSC有接口，其它地方?jīng)]有任何關(guān)聯(lián)，電路域和分組域的界限清晰。HLR增加了與分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有關(guān)的用戶信息，但PDSN不直接與HLR、VLR話音網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信。PDSN與SMS間沒有接口。
下文中提到的WCDMA指WCDMA R99，cdma2000指cdma2000 1X版本。
1.2 分組域主要實(shí)體
1.2.1 WCDMA
在WCDMA R99系統(tǒng)中，由RN(包括MS、Node B、RNC)、SGSN、GGSN、HLR共同完成分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。核心網(wǎng)分組域的功能實(shí)體包括：SGSN、GGSN、HLR。
GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)SGSN：為移動(dòng)終端提供分組業(yè)務(wù)的節(jié)點(diǎn)。承擔(dān)分組域的移動(dòng)性管理、安全性和接入控制功能，在移動(dòng)臺(tái)和GGSN之間完成移動(dòng)分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。
GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN：分組域與外部PDN相連的網(wǎng)關(guān)。具有網(wǎng)絡(luò)接入控制功能、路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)功能、用戶數(shù)據(jù)管理功能，并配合SGSN實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性管理功能。
本地位置寄存器HLR：存儲(chǔ)UMTS GPRS用戶數(shù)據(jù)和路由信息。具有分組用戶數(shù)據(jù)管理、用戶位置信息管理及用戶鑒權(quán)功能。
1.2.2 cdma2000
在cdma2000-1X網(wǎng)絡(luò)中，由RN（包括MS、BTS、BSC/PCF）、PDSN、AAA、HA、FA共同完成分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。PCF用于轉(zhuǎn)發(fā)無線子系統(tǒng)和PDSN之間的消息。核心網(wǎng)分組域的功能實(shí)體包括PDSN /FA、HA、RADIUS服務(wù)器等。
分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)PSDN：連接無線網(wǎng)絡(luò)RN和分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的接入網(wǎng)關(guān)。為用戶終端建立和終止PPP連接，提供簡(jiǎn)單IP和移動(dòng)IP服務(wù)。對(duì)簡(jiǎn)單IP業(yè)務(wù)，PDSN在IPCP階段為用戶終端分配一個(gè)動(dòng)態(tài)IP地址；對(duì)移動(dòng)IP業(yè)務(wù)，PDSN則支持外地代理(FA)功能，使用戶可以訪問公共數(shù)據(jù)網(wǎng)或?qū)Ｓ袛?shù)據(jù)網(wǎng)。
外地代理FA：當(dāng)采用移動(dòng)IP方式時(shí)，PDSN作為移動(dòng)臺(tái)的外地代理，相當(dāng)于移動(dòng)臺(tái)訪問網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)路由器，為移動(dòng)臺(tái)提供IP轉(zhuǎn)交地址和IP選路服務(wù)。
本地代理HA：是MS在本地網(wǎng)中的路由器，負(fù)責(zé)維護(hù)MS的當(dāng)前位置信息，建立MS的IP地址和MS轉(zhuǎn)發(fā)地址的關(guān)系。當(dāng)MS離開注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要向HA登記，當(dāng)HA收到發(fā)往MS的數(shù)據(jù)包后，將通過HA與FA之間的隧道將數(shù)據(jù)包送往MS，完成移動(dòng)IP功能。
RADIUS(AAA)服務(wù)器：通過IP與PDSN通信，完成關(guān)于PPP和移動(dòng)IP連接的認(rèn)證，授權(quán)和計(jì)費(fèi)功能。
2 接口和協(xié)議
WCDMA分組域的整體構(gòu)架與GPRS核心網(wǎng)絡(luò)保持一致，采用分組交換技術(shù)，在無線網(wǎng)絡(luò)接口、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方面進(jìn)行了更新。
cdma2000移動(dòng)終端通過與網(wǎng)絡(luò)間建立IP連接完成分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
2.1 WCDMA
·主要接口：
WCDMA的核心網(wǎng)分組域相關(guān)接口如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖1所示。
Iu ps： SGSN與RNC之間的接口，WCDMA R99無線子系統(tǒng)與核心網(wǎng)分組域之間采用基于ATM的傳輸；
Gn：同一PLMN網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)GSN之間的接口，支持用戶數(shù)據(jù)和信令傳輸，支持移動(dòng)性管理，在基于IP的骨干網(wǎng)中，該接口采用在TCP/UDP 協(xié)議之上承載GTP的方式進(jìn)行通信；
Gi：GPRS與外部分組數(shù)據(jù)之間的參考點(diǎn)，在Gi 接口上需進(jìn)行協(xié)議封裝/解封裝、地址轉(zhuǎn)換、用戶接入時(shí)的鑒權(quán)和認(rèn)證等操作；
Gr：SGSN與HLR之間的接口，為SGSN提供了接入HLR并獲得用戶管理數(shù)據(jù)和位置信息的接口；
Gc：GGSN與HLR間的接口。主要用于網(wǎng)絡(luò)側(cè)主動(dòng)發(fā)起對(duì)手機(jī)的業(yè)務(wù)請(qǐng)求時(shí)，由GGSN 向HLR 請(qǐng)求用戶當(dāng)前SGSN 地址信息。
·協(xié)議
UMTS GPRS是一種二層承載業(yè)務(wù)，采用分組交換技術(shù)，實(shí)行統(tǒng)計(jì)復(fù)用，是一套完整的分組數(shù)據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它高效傳輸數(shù)據(jù)和信令，支持基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信協(xié)議的應(yīng)用，可以和IP網(wǎng)、X.25網(wǎng)互聯(lián)互通。GSN間通過基于IP協(xié)議的GPRS骨干網(wǎng)連接，用戶數(shù)據(jù)和信令利用GTP進(jìn)行隧道傳輸。
UMTS GPRS用戶面板協(xié)議如圖3所示。
圖3 UMTS GPRS用戶面板協(xié)議棧
UMTS GPRS RNS－SGSN的控制面板采用ATM SS7傳送，SGSN－GGSN的控制面板采用GTP-C傳送。
此外，SGSN與HLR、EIR、短消息中心/短消息網(wǎng)關(guān)之間，SGSN與MSC/VLR之間采用SS7進(jìn)行傳送。
2.2 cdma2000
cdma2000 1X的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)完全基于IP，移動(dòng)終端與網(wǎng)絡(luò)間建立IP連接，所有業(yè)務(wù)通過IP連接完成。其協(xié)議模型包括簡(jiǎn)單IP（SIP）和移動(dòng)IP（MIP）兩種。當(dāng)使用SIP時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中包括PDSN、AAA服務(wù)器（RADIUS）。當(dāng)使用MIP時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中將增加HA、并且PDSN具有FA的功能。
·A接口
與分組域有關(guān)的A接口為A10/A11接口，提供PCF和PDSN之間的連接，是無線接入網(wǎng)和分組核心網(wǎng)之間的開放接口。A10和A11分別用于傳輸數(shù)據(jù)和信令，在協(xié)議模型中體現(xiàn)為R-P接口。
·使用簡(jiǎn)單IP時(shí)的協(xié)議參考模型
終端主機(jī)可看作互聯(lián)網(wǎng)上的一個(gè)服務(wù)器，移動(dòng)臺(tái)直接通過PDSN接入Internet，不需要HA。協(xié)議結(jié)構(gòu)在PPP之上完全采用了IETF定義的IP協(xié)議集。簡(jiǎn)單IP協(xié)議的參考模型參見圖4。
圖4 簡(jiǎn)單IP協(xié)議參考模型
·使用移動(dòng)IP時(shí)的協(xié)議參考模型
當(dāng)使用MIP時(shí)，協(xié)議棧分用戶平面和控制平面兩部分。移動(dòng)IP用戶平面的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖5。
圖5 移動(dòng)IP用戶平面協(xié)議參考模型
整個(gè)協(xié)議建立在IP技術(shù)基礎(chǔ)上。 PDSN和HA具備路由器的功能，PDSN和HA間的協(xié)議是標(biāo)準(zhǔn)的IP協(xié)議，為了保證安全傳輸，防止泄密，使用了隧道技術(shù)。
移動(dòng)IP控制平面協(xié)議結(jié)構(gòu)中，移動(dòng)IP的上層控制協(xié)議MIP通過UDP封裝進(jìn)行通信。協(xié)議結(jié)構(gòu)中IP、TCP/UDP及上層應(yīng)用協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)的IP協(xié)議簇。
3 分組域通信
3.1 路由區(qū)與分組區(qū)
WCDMA 和cdma2000分別使用路由區(qū)和分組區(qū)的概念，可以進(jìn)行跨越路由區(qū)和分組區(qū)的切換。
WCDMA路由區(qū)RA：路由區(qū)與UMTS GPRS位置有關(guān)，包含在位置區(qū)內(nèi)，由一個(gè)或多個(gè)小區(qū)組成，最大可以和位置區(qū)一樣大，一個(gè)路由區(qū)內(nèi)只能屬于一個(gè)SGSN。用戶從一個(gè)小區(qū)進(jìn)入另一個(gè)小區(qū)，如跨越路由區(qū)，就會(huì)發(fā)起路由區(qū)更新。
cdma2000分組區(qū)（Packet Zone）
一個(gè)PDSN網(wǎng)絡(luò)可劃分為若干個(gè)區(qū)域，一般分組區(qū)的劃分與BSC控制區(qū)的劃分一致。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)沒發(fā)送/接收分組數(shù)據(jù)時(shí)，如果從一個(gè)分組區(qū)域移動(dòng)到另外一個(gè)分組區(qū)域，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的休眠切換。
3.2 漫游與切換
漫游是指移動(dòng)臺(tái)離開它所歸屬的移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)。WCDMA與cdma2000分組數(shù)據(jù)用戶均能夠?qū)崿F(xiàn)漫游。切換是指將一個(gè)正在進(jìn)行的呼叫從一個(gè)小區(qū)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)小區(qū)的過程。
WCDMA既能夠?qū)崿F(xiàn)同一SGSN下不同路由區(qū)之間的切換，也能夠?qū)崿F(xiàn)跨越SGSN的切換。cdma2000系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)同一PDSN下不同分組區(qū)的切換，但能否實(shí)現(xiàn)跨越PDSN的切換，與系統(tǒng)是否支持移動(dòng)IP有關(guān)。下面具體闡述。
·WCDMA
MS在PDP連接過程中，從一個(gè)SGSN范圍移動(dòng)到另一個(gè)SGSN范圍時(shí)，可進(jìn)行切換。這是由于SGSN具有移動(dòng)性管理功能；
HLR能夠保存GPRS 用戶數(shù)據(jù)和路由信息；
利用SGSN與HLR之間的Gr接口，SGSN間的路由區(qū)更新時(shí)，SGSN 將會(huì)更新HLR 中相應(yīng)的位置信息；當(dāng)HLR 中數(shù)據(jù)有變動(dòng)時(shí)，也會(huì)通知SGSN，SGSN會(huì)進(jìn)行相關(guān)的處理。
通過新舊SGSN之間的Gn接口建立的連接可以將緩存在舊SGSN中的數(shù)據(jù)傳遞給新的SGSN。
·cdma2000-1X
用戶有兩種接入分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)方式：簡(jiǎn)單IP和移動(dòng)IP
·簡(jiǎn)單IP：可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)作為主叫的分組數(shù)據(jù)呼叫，但跨PDSN時(shí)會(huì)中斷正在進(jìn)行的數(shù)據(jù)通信。MS的IP地址僅具有鏈路層的移動(dòng)性，即移動(dòng)用戶的IP地址僅在PDSN服務(wù)區(qū)內(nèi)有效，不支持跨PDSN的切換。
·移動(dòng)IP：提供了IP路由機(jī)制，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)作為主叫或被叫時(shí)的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通信。通過代理發(fā)現(xiàn)機(jī)制、移動(dòng)注冊(cè)機(jī)制和PDSN/FA與HA間的隧道連接，支持跨PDSN的切換。
3.3 外部網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)
移動(dòng)終端有靜態(tài)地址時(shí)，具有Gc接口的WCDMA系統(tǒng)和具有移動(dòng)IP功能的cdma2000系統(tǒng)均可接受網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
WCDMA系統(tǒng)中，當(dāng)PDP地址為靜態(tài)地址時(shí)，在Gc接口的支持下，可以實(shí)現(xiàn)由網(wǎng)絡(luò)側(cè)主動(dòng)對(duì)手機(jī)發(fā)起的業(yè)務(wù)。此時(shí)GGSN 需要通過Gc接口向HLR 請(qǐng)求用戶當(dāng)前SGSN 地址信息，為該P(yáng)DP地址建立PDP上下文。
cdma2000系統(tǒng)中配置了HA和FA，用戶使用固定IP地址時(shí)，用戶可作為被叫接受外部網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可提供非實(shí)時(shí)性多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以及多種PUSH業(yè)務(wù)。
3.4 對(duì)移動(dòng)IP的支持
cdma2000分組網(wǎng)絡(luò)基于IP技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)IP；WCDMA的分組域采用GPRS體系結(jié)構(gòu)，本身不能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)IP。
移動(dòng)IP并不是指移動(dòng)通信系統(tǒng)中的IP技術(shù)，而是指主機(jī)可以移動(dòng)，可以在不同的地點(diǎn)接入互聯(lián)網(wǎng)，其中包括通過移動(dòng)通信網(wǎng)接入，也包括通過固定網(wǎng)或局域網(wǎng)接入。移動(dòng)IP的關(guān)鍵技術(shù)在于如何安全高效地將發(fā)送給用戶的數(shù)據(jù)從歸屬的IP網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到用戶當(dāng)前接入的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)主機(jī)從一個(gè)新的接入點(diǎn)接入IP網(wǎng)絡(luò)以后，它將向歸屬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行登記。在完成登記操作以后，如果有數(shù)據(jù)需要發(fā)送給用戶，歸屬網(wǎng)絡(luò)通過隧道技術(shù)將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到用戶當(dāng)前接入的網(wǎng)絡(luò)中。
cdma2000實(shí)現(xiàn)移動(dòng)IP的原理與基于普通以太網(wǎng)的移動(dòng)IP在實(shí)現(xiàn)原理上基本一致，cdma2000系統(tǒng)中有歸屬代理和外地代理，主要協(xié)議均直接引用RFC建議，建立在IP技術(shù)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)真正的IETF移動(dòng)IP環(huán)境。
WCDMA的分組域移動(dòng)性管理是基于GPRS，而不是基于IP，雖然可以支持移動(dòng)用戶的漫游與切換，但本身不能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)IP。當(dāng)把GGSN看作外地代理，再增加本地代理時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)IP。
3.5 路由方式
這里的路由方式僅針對(duì)移動(dòng)用戶發(fā)起的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。WCDMA采用APN經(jīng)DNS解析得到GGSN地址的方式，cdma2000采用IP路由機(jī)制。
·WCDMA
WCDMA中，分組會(huì)話開始之前需要進(jìn)行PDP上下文的激活，建立起MS與GGSN之間的路由。在該路由上可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳送。
當(dāng)一個(gè)本地用戶發(fā)起的PDP對(duì)話的APN經(jīng)DNS解析后的GGSN地址在本地網(wǎng)內(nèi)時(shí)，路由從移動(dòng)用戶所附著的SGSN經(jīng)過最短路徑到該GGSN。
當(dāng)一個(gè)漫游用戶發(fā)起的PDP對(duì)話，其APN經(jīng)DNS解析后的GGSN為該漫游地的GGSN時(shí)，則移動(dòng)用戶從所附著的SGSN經(jīng)過漫游地的GGSN訪問外部數(shù)據(jù)網(wǎng)。
·當(dāng)一個(gè)漫游用戶發(fā)起的PDP對(duì)話，其APN經(jīng)DNS解析后的GGSN為歸屬地的GGSN時(shí)，則移動(dòng)用戶所從附著的SGSN通過GPRS骨干網(wǎng)，到達(dá)歸屬地GGSN，從而訪問外部數(shù)據(jù)網(wǎng)。
·cdma2000采用IP路由機(jī)制，雙向傳送數(shù)據(jù)可以采用不同的路由。
采用簡(jiǎn)單IP時(shí)：不論移動(dòng)臺(tái)在本地還是漫游，移動(dòng)臺(tái)接入分組網(wǎng)由歸屬AAA進(jìn)行認(rèn)證；由當(dāng)前所在地PDSN分配IP地址，經(jīng)過該P(yáng)DSN接入外部數(shù)據(jù)網(wǎng)。
采用移動(dòng)IP時(shí)：對(duì)于移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的數(shù)據(jù)，F(xiàn)A作為一個(gè)缺省的路由器，利用反向隧道發(fā)往HA或路由到IP網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于發(fā)往移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)，如果移動(dòng)臺(tái)漫游到了外地，并且在HA進(jìn)行了移動(dòng)IP注冊(cè)，HA將負(fù)責(zé)把攔截到的報(bào)文隧道封裝并發(fā)送到轉(zhuǎn)交地址（CoA），由轉(zhuǎn)交地址對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)解封裝后轉(zhuǎn)給MS。
4 總結(jié)
經(jīng)過上述比較，我們可以看到WCDMA R99和cdma2000 1X在移動(dòng)分組數(shù)據(jù)通信方面有如下不同：
從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)看，cdma2000 1X的電路域與分組域有明顯的界線；WCDMA R99電路域與分組域之間有接口并共用網(wǎng)元。
從接口與協(xié)議看， WCDMA R99接口眾多，分組域體系結(jié)構(gòu)與GPRS相同，采用分組交換技術(shù)，控制平面采用SS7；cdma20001X接口簡(jiǎn)單，移動(dòng)終端與網(wǎng)絡(luò)間建立IP連接，分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)完全基于IP技術(shù)。
從分組域通信而言：
WCDMA移動(dòng)臺(tái)可以在SGSN之間進(jìn)行切換；cdma2000系統(tǒng)只在支持移動(dòng)IP時(shí)可以進(jìn)行PDSN之間的切換。
一定條件下，兩系統(tǒng)均可以接受外部網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
cdma2000系統(tǒng)建立在IP技術(shù)基礎(chǔ)上，支持移動(dòng)IP，可以充分利用IP技術(shù)已經(jīng)取得的成果；而WCDMA有一套完整的分組數(shù)據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，本身不支持移動(dòng)IP。
總之，WCDMA分組域體系結(jié)構(gòu)與GPRS相同，更穩(wěn)定成熟；而cdma2000支持移動(dòng)IP，能充分利用現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)資源。在考慮兩種技術(shù)時(shí)，可根據(jù)其特點(diǎn)加以選擇。
參考文獻(xiàn)：
1、 第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò) 人民郵電出版社
2、 GPRS原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化 機(jī)械工業(yè)出版社
摘自 泰爾網(wǎng)
