1 引言
UMTS(Universal Mobile Tele communications System)系統(tǒng)是無(wú)線技術(shù)采用WCDMA的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng),其標(biāo)準(zhǔn)化工作由3GPP(3rd Generation Partnership Project)組織完成,到目前為止已經(jīng)推出四個(gè)版本,即R99、R4、R5和R6。3GPP所規(guī)定的UMTS系統(tǒng),從R4版本開(kāi)始,在核心網(wǎng)最大的變化是在電路域引入了軟交換的概念,將控制和承載分開(kāi),原來(lái)的MSC變?yōu)镸SC服務(wù)器和媒體網(wǎng)關(guān)MGW(Media GateWay),話(huà)音通過(guò)MGW由分組域來(lái)傳送。
軟交換作為下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN,Next Generation Network)的核心技術(shù),為下一代網(wǎng)絡(luò)提供具有實(shí)時(shí)性要求的業(yè)務(wù)的呼叫控制和連接控制功能,是下一代網(wǎng)絡(luò)呼叫與控制的核心。移動(dòng)軟交換是軟交換技術(shù)發(fā)展的新方向。
移動(dòng)軟交換是軟交換技術(shù)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用,也是軟交換技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。而作為移動(dòng)的主要業(yè)務(wù)之一的短消息業(yè)務(wù),鑒于其為運(yùn)營(yíng)商和開(kāi)發(fā)商所帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)利益以及為消費(fèi)者帶來(lái)的方便,也成為了移動(dòng)軟交換的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中必需支持的一項(xiàng)業(yè)務(wù)。下面將以短消息業(yè)務(wù)為例具體闡述移動(dòng)軟交換對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的支持。
2 短消息實(shí)現(xiàn)原理
2.1 業(yè)務(wù)定義
短消息分為兩類(lèi):小區(qū)廣播短消息(CBS)和點(diǎn)到點(diǎn)短消息(SMS)。通常提到的短消息業(yè)務(wù)主要是指點(diǎn)到點(diǎn)短消息,本文此后的敘述中如非特別聲明,都特指點(diǎn)到點(diǎn)短消息。
短消息是GSM/UMTS中不要求建立端-端業(yè)務(wù)路徑的業(yè)務(wù)。即使移動(dòng)臺(tái)已處于完全電路通信情況下仍可進(jìn)行短消息傳輸。通常短消息通信僅限于一個(gè)消息,換言之,一個(gè)消息的傳輸就構(gòu)成了一次通信。因此,業(yè)務(wù)是非對(duì)稱(chēng)的,一般認(rèn)為移動(dòng)起始短消息傳輸(SM-MO)與移動(dòng)終接短消息(SM-MT)傳輸是兩回事。這并不阻礙實(shí)時(shí)對(duì)話(huà),但系統(tǒng)認(rèn)為不同的消息彼此獨(dú)立,消息的傳輸總是由處于GSM/UMTS外部的業(yè)務(wù)中心(SC)進(jìn)行中繼。消息有目的地或起源地,但只與用戶(hù)和SC有關(guān),而與其他GSM/UMTS基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)關(guān)。
SMS通過(guò)SC,在GSM/UMTS MS與SME間提供傳送短消息的手段。SC在MS與SME間負(fù)責(zé)消息傳送的互操作與中繼的功能。
2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
短消息業(yè)務(wù)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中,主要涉及無(wú)線接入部分、MSC內(nèi)部和核心網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間三部分的協(xié)議。鏈路1包括無(wú)線空中接口和Iu接口(GSM中為A接口),其中Iu接口使用RANAP協(xié)議;鏈路2和3屬于移動(dòng)核心網(wǎng),使用的是MAP協(xié)議。鏈路4是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與短消息中心SC的接口,具體使用哪種協(xié)議由運(yùn)營(yíng)商決定。
2.3 協(xié)議體系
(1)RANAP
短消息由RNC通過(guò)RANAP協(xié)議透?jìng)鞯組SC Server(軟交換實(shí)體)。RANAP是Iu的信令協(xié)議,包含了所有為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層規(guī)定的控制信息。RANAP的功能通過(guò)各種RANAP基本進(jìn)程(EP)來(lái)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)RANAP功能可能要求運(yùn)行一到多個(gè)EP,每個(gè)EP或者包含請(qǐng)求應(yīng)答消息對(duì)(1類(lèi)EP),或者只包含請(qǐng)求消息(2類(lèi)EP),或者包含一個(gè)請(qǐng)求消息和一到多個(gè)應(yīng)答消息(3類(lèi)EP)。短消息PDU(Protocol Data Unit)通過(guò)RANAP的UE-CN信令從RNC透?jìng)鞯組SC。
(2) MAP
移動(dòng)應(yīng)用部分(MAP)協(xié)議是專(zhuān)為移動(dòng)通信要求而設(shè)計(jì)的協(xié)議。MAP在TCAP之上,都對(duì)應(yīng)于OSI參考模型的第七層,是七號(hào)信令的應(yīng)用層協(xié)議。MAP只使用SCCP無(wú)連接方式。該協(xié)議用于MSC、HLR、VLR及EIR各接點(diǎn)之間的通信:位置登記;位置刪除;取消登記;用戶(hù)業(yè)務(wù)的處理、管理和檢索;用戶(hù)參數(shù)的管理(即HLR和VLR的更新);切換;保密鑒權(quán)數(shù)據(jù)的傳輸?shù)鹊取?
MAP是TCAP的一個(gè)用戶(hù),采用交換協(xié)議數(shù)據(jù)和會(huì)話(huà)方式,處理MSC、HLR和VLR等不同實(shí)體間的同等層的通信。MAP包含的一系列的功能塊稱(chēng)為應(yīng)用上下文單元,用于兩節(jié)點(diǎn)同等層間的通信。有時(shí)一個(gè)系統(tǒng)同時(shí)和幾個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生聯(lián)系,切換就是一個(gè)例子。用MAP協(xié)議,一個(gè)實(shí)體可以同時(shí)和幾個(gè)實(shí)體通信。
對(duì)于短消息業(yè)務(wù)的支持也MAP的功能之一。通過(guò)MAP消息,短消息可以在伺服MSC和IWMSC/GMSC之間相互傳送。
(3)MSC Server內(nèi)部的協(xié)議結(jié)構(gòu)
由于MSC server是由軟交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)的,故短消息業(yè)務(wù)在MSC中的協(xié)議體系,也就是在軟交換實(shí)體中的協(xié)議體系。與3GPP 24011規(guī)范相對(duì)應(yīng),軟交換內(nèi)部短消息協(xié)議體系分為三層:SM-TP、SM-RP和SM-CP。SM-TP層消息作為T(mén)PDU被封裝在SM-RP層消息的用戶(hù)數(shù)據(jù)中,SM-RP層消息作為RPDU又被封裝在SM-CP層消息的用戶(hù)數(shù)據(jù)中,最后SM-CP層消息作為CPDU使用底層的承載信令如RANAP信令在不同實(shí)體間傳輸。在核心網(wǎng)絡(luò)上,由于SM-RP層和SM-CP層的消息已被MSC處理,故只剩下SM-TP層的消息使用MAP作為承載信令在核心網(wǎng)絡(luò)上傳輸。
SM-TP是短消息傳輸層協(xié)議。該層消息參數(shù)包括有效周期、業(yè)務(wù)中心時(shí)間戳、協(xié)議標(biāo)識(shí)、目的手機(jī)用戶(hù)地址等等,是需要MS和SMC來(lái)處理的。所以對(duì)于MSC server來(lái)說(shuō)是透明傳送,不需要關(guān)心的。可以說(shuō)MSC server的任務(wù)就是將TPDU正確傳送到SMC或MS
SM-RP是短消息中繼層協(xié)議。該層消息參數(shù)最主要的就是用戶(hù)數(shù)據(jù)和目的短信中心地址。根據(jù)該層的消息參數(shù),可以生成相應(yīng)的MAP消息,進(jìn)行核心網(wǎng)上短消息的路由。相關(guān)消息如下表:
SM-CP是短消息控制層協(xié)議。該層消息的主要功能是對(duì)無(wú)線接口上短消息流程進(jìn)行控制,保證短消息在無(wú)線接口上正確傳送。
3 短消息在軟交換中的實(shí)現(xiàn)方案
3.1 軟交換的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
軟交換系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖,包括協(xié)議處理子系統(tǒng)(Protocol Process)、呼叫控制子系統(tǒng)(Call Control)、呼叫服務(wù)子系統(tǒng)(Call Service)、VLR子系統(tǒng),業(yè)務(wù)適配子系統(tǒng)(Service Adaptation)和OAM子系統(tǒng)。其中協(xié)議處理子系統(tǒng)中的ML3代表移動(dòng)第三層信令的處理模塊,包括2G的BSSAP和3G的RANAP協(xié)議的適配部分。
協(xié)議處理子系統(tǒng)通過(guò)協(xié)議棧與遠(yuǎn)端通信實(shí)體進(jìn)行通信(包括信令交互和媒體交互),向上層模塊如呼叫控制、呼叫服務(wù)屏蔽協(xié)議差異并維持在線用戶(hù)的狀態(tài)。系統(tǒng)中針對(duì)不同的用戶(hù)接入類(lèi)型,如移動(dòng)、ISUP、多媒體等均分別存在對(duì)應(yīng)的子模塊。呼叫控制與系統(tǒng)中各協(xié)議處理子模塊進(jìn)行通信,完成信令控制任務(wù),同時(shí)與呼叫服務(wù)通信,獲取號(hào)碼分析結(jié)果、路由信息等服務(wù)。呼叫服務(wù)與系統(tǒng)中各協(xié)議處理子模塊進(jìn)行通信,完成資源管理、位置管理、用戶(hù)信息管理等任務(wù),并提供號(hào)碼分析、路由信息等服務(wù)。VLR是與移動(dòng)關(guān)聯(lián)的用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù),并對(duì)短消息的傳輸提供RP層的控制功能。業(yè)務(wù)適配是軟交換對(duì)外的業(yè)務(wù)接口,為應(yīng)用服務(wù)器和智能網(wǎng)提供業(yè)務(wù)接入功能。
3.2 短消息在軟交換中所涉及的模塊
由于MSC中對(duì)于短消息的協(xié)議處理分為SM-CP和SM-RP兩個(gè)層次,所以結(jié)合我們的軟交換設(shè)計(jì)方案,我們將短消息的業(yè)務(wù)處理也分為兩個(gè)部分:ML3中處理SM-CP層消息,VLR中處理SM-RP層消息。這其中VLR的角色與傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的VLR有很大不同。在傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中,VLR只是MSC為了處理所轄區(qū)域中MS的來(lái)話(huà)去話(huà)呼叫、所需檢索信息的數(shù)據(jù)庫(kù),存儲(chǔ)與呼叫處理有關(guān)的一些數(shù)據(jù)。而在軟交換實(shí)現(xiàn)中,VLR除了擔(dān)負(fù)上述功能外,由于VLR具有用戶(hù)的數(shù)據(jù),為避免過(guò)多的內(nèi)部通信流程,我們將移動(dòng)通信中的鑒權(quán)、位置更新、尋呼,和短消息等呼叫無(wú)關(guān)業(yè)務(wù)過(guò)程的控制賦予VLR。所以此時(shí)VLR已成為一個(gè)呼叫無(wú)關(guān)業(yè)務(wù)過(guò)程的控制實(shí)體。
SM是ML3中的短消息協(xié)議處理模塊,實(shí)現(xiàn)短消息控制實(shí)體(SMC)的功能。在MO業(yè)務(wù)方式時(shí),負(fù)責(zé)處理SM-CP層消息,并從中解碼SM-RP層參數(shù),形成SM-RP層消息發(fā)送給VLR。在MT業(yè)務(wù)時(shí)負(fù)責(zé)將從VLR收到的SM-RP層消息編碼成RPDU,形成SM-CP層消息發(fā)送給底層協(xié)議棧。在短消息業(yè)務(wù)過(guò)程結(jié)束后,它還要通知MM(移動(dòng)性管理)釋放無(wú)線接口的連接。Alert過(guò)程的狀態(tài)圖與MO是一樣的。
VLR完成短消息中繼實(shí)體(SMR)的功能:SM-RP消息與MAP消息的交互。根據(jù)收到的SM-RP層消息,構(gòu)造相應(yīng)的與MAP狀態(tài)機(jī)的中間消息,進(jìn)行MAP過(guò)程,反方向則根據(jù)收到的MAP中間消息,構(gòu)造相應(yīng)的SM-RP層消息,進(jìn)行短消息中繼。實(shí)際上VLR起到了短消息業(yè)務(wù)過(guò)程在無(wú)線接入部分協(xié)議(RANAP或BSSAP)與核心網(wǎng)協(xié)議(MAP)之間的橋梁作用,使得SM與MAP狀態(tài)機(jī)協(xié)調(diào)配合,共同完成短消息的傳送。
MAP子模塊通過(guò)MAP協(xié)議消息完成短消息業(yè)務(wù)在核心網(wǎng)絡(luò)上的發(fā)送與接受。MO方式時(shí),MAP子模塊啟動(dòng)應(yīng)用上下文名為shortMsgMO-RelayContext的MAP對(duì)話(huà),向IWMSC發(fā)送短消息;Alert過(guò)程時(shí),MAP子模塊啟動(dòng)應(yīng)用上下文名為mwdMngtContext的MAP對(duì)話(huà),向HLR發(fā)送用戶(hù)準(zhǔn)備好消息;MT方式時(shí),MAP子模塊接受應(yīng)用上下文名為shortMsgMT-RelayContext的MAP對(duì)話(huà),從GMSC接收短消息。以上過(guò)程都是3GPP 29002規(guī)范中定義的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程,本文就不再贅述。
3.3 業(yè)務(wù)流程
(1)SM-MO過(guò)程
該業(yè)務(wù)過(guò)程由一條連接管理消息CM-SERVICE-REQUEST觸發(fā)[5],然后建立MM連接;在MM連接建立后,由MS發(fā)往網(wǎng)絡(luò)側(cè)的CP-DATA消息開(kāi)始短消息業(yè)務(wù)過(guò)程。在收到經(jīng)過(guò)SC返回的確認(rèn)消息后,短消息業(yè)務(wù)過(guò)程結(jié)束,釋放MM連接。
(2)SM-MT過(guò)程
MT方式由從GMSC收到的MAP-MT-FORWARD-SHORT-MESSAGE觸發(fā),然后VLR會(huì)發(fā)出PAGING消息尋呼MS,建立MM連接;在MM連接建立后,開(kāi)始短消息業(yè)務(wù)過(guò)程,向MS發(fā)送短消息;在收到MS返回的確認(rèn)后,釋放MM連接。
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