WCDMA與GTM組播和廣播業(yè)務技術介紹

WCDMA/GSM 組播和廣播業(yè)務技術簡介 組播和廣播是一種從一個數(shù)據源向多個目標傳送數(shù)據報文的技術。在傳統(tǒng)移動網絡中，小區(qū)廣播業(yè)務 (CBS： Cell Broadcast Service)允許低比特率數(shù)據通過小區(qū)共享廣播信道向所有用戶發(fā)送，屬于消息類業(yè)務。 現(xiàn)在，人們對移動通信的需求已不再滿足于電話和消息業(yè)務，隨著 Internet 的迅猛發(fā)展，大量多媒體業(yè)務涌現(xiàn)出來，其中一些應用業(yè)務要求多個用戶能同時接收相同數(shù)據，如視頻點播、電視廣播、視頻會議、網上教育、互動游戲等。這些移動多媒體業(yè)務與一般的數(shù)據相比，具有數(shù) 據量大、持續(xù)時間長、時延敏感等特點。目前的IP 組播技術只適用于有線 IP 網絡，不適用于移動網絡，因為移動網絡具有特定的網絡結構、功能實體和無線接口，這些都與有線 IP 網絡不同。 為了有效地利用移動網絡資源， WCDMA/GSM 全球標準化組織 3GPP 提出了組播和廣播業(yè)務 (MBMS： Multimedia Broadcast/Multicast Service)，在移動網絡中提供一個數(shù)據源向多個用戶發(fā)送數(shù)據的點到多點業(yè)務，實現(xiàn)網絡資源共享，提高網絡資源的利用率，尤其是空口接口資源。 3GPP 定義的 MBMS 不僅能實現(xiàn)純 文本低速率的消息類組播和廣播，而且還能實現(xiàn)高速多媒體業(yè)務的組播和廣播，這無疑順應了未來移動數(shù)據發(fā)展的趨勢。 WCDMA/GSM 網絡中組播和廣播業(yè)務的實現(xiàn) 組播和廣播業(yè)務 MBMS 基于 WCDMA/GSM 分組網，通過增加一些新的功能實體，如廣播組播業(yè)務中心 BM-SC，對已有的分組域功能實體如 SGSN、 GGSN、 RNC 和 UE 等增加 MBMS 功能，并定義了新的邏輯共享信道來實現(xiàn)空口資源共享。 MBMS 的網絡參考模型如圖 1 所示，其中的虛線為可選擇的接口，可根據運營商的業(yè)務需要決定是否支持。 MBMS 承載業(yè)務的邊緣為 Gmb、 Gi 參考點，即廣播組播業(yè)務中心 BM-SC 與 GGSN 之間的接口，Gmb 接口提供控制面功能， Gi 接口為用戶面承載功能。這里唯一新增的接口是 Gmb 接口，其它都是 WCDMA/GSM 網絡已經存在的接口。 圖 1 WCDMA/GSM 網絡中組播和廣播業(yè)務網絡框架 廣播組播業(yè)務中心 BM-SC 為新增的移動網功能實體，它是內容提供者的入口，用于授權和在移動網中發(fā)起 MBMS 承載業(yè)務，并按照預定時間計劃傳送 MBMS 內容。其功能包括： 對第三方內容提供商鑒權、授權和計費 ； 提供 MBMS 傳輸相關參數(shù)，如 QoS、組播廣播區(qū)域，發(fā)起和終止 MBMS 傳輸資源 ； 從外部數(shù)據源接收并傳送 MBMS 內容，安排 MBMS 會話傳送并告知用戶，會話重傳等 ； 業(yè)務聲明，包括媒體描述、會話描述如組播業(yè)務標識、地址、傳送時間等。 對已有的 WCDMA/GSM 分組網功能實體 GGSN、 SGSN、 RNC/BSC 和 UE，也需要增加MBMS 相關功能和過程，其中針對 MBMS 新增如下功能： UE 支持激活 /去激活 MBMS 業(yè)務 ；MBMS 安全相關功能，如對內容進行加密和一致性保護 ；接收 MBMS 業(yè)務聲明、尋呼信息或支持同步業(yè)務 ；根據 MBMS 會話標識決定是否忽略 MBMS 會話。 RAN/BSC 在預定的組播或廣播業(yè)務區(qū)域傳送 MBMS 數(shù)據，組播模式下 RAN 根據小區(qū)中當前服務用戶數(shù)目和可用無線資源選擇合適的無線承載，即選擇共享信道或專有信道 ；支持核心網發(fā)起和終止 MBMS 傳送 ；支持 MBMS 接收者在 RNC 間的移動，這可能會引起一些數(shù)據的丟失 ；支持傳輸 MBMS 業(yè)務聲明、尋呼信息、 MBMS 并行業(yè)務，如接收 MBMS 視頻內容同時進行語音呼叫和消息業(yè)務。 SGSN 對用戶進行網絡控制 ；支持 MBMS 接收者在 SGSN 間的移動 ；組播業(yè)務計費，包括后付費和預付費用戶 ；根據 GGSN 發(fā)送的通知建立或釋放 Iu、 Gn 承載。 GGSN 作為 MBMS 數(shù)據的 IP 組播業(yè)務節(jié)點，根據 BM-SC 的通知請求為廣播或組播傳送建立或釋放用戶面承載 ；從 BM-SC 或其它數(shù)據源接收 IP 組播內容，并通過 GTP 隧道路由 ；以及消息通知、計費數(shù)據 手機、業(yè)務 (QoS)協(xié)商。 CAMEL 業(yè)務環(huán)境 CSE 與 SGSN 間的接口利用 CAMEL 為預付費用戶提供 MBMS業(yè)務 ；小區(qū)廣播中心 CBC 可用于向用戶發(fā)布 MBMS 業(yè)務聲明 ；組播廣播業(yè)務中心 BM-SC 通過開放業(yè)務環(huán)境 OSA(Open Service Architecture)與第三方進行交互。 MBMS 包括組播模式和廣播模式。組播模式需要用戶簽約相應組播組，進行業(yè)務激活，并產生相應的計費信息。由于組播和廣播模式在業(yè)務需求上存在不同，導致其業(yè)務流程也不同，具體參見圖 2、圖 3。 圖 2 MBMS 組播模式業(yè)務流程 圖 3 MBMS 廣播模式業(yè)務流程 MBMS 業(yè)務聲明機制可使用戶得到 MBMS 業(yè)務的相關信息，如地理范圍、 IP 組播地址、業(yè)務開始時間等。運營商可考慮采用多種方式來實現(xiàn)業(yè)務聲明，如通過小區(qū)廣播、 MBMS廣播模式、 MBMS 組播模式、 PUSH 機制 (WAP、 SMS、 MMS)、 URL(HTTP、 FTP)。用戶加入或退出某個組播組，可通過 IGMP(Internet Group Management Protocol)協(xié)議或 MLD(Multicast Listener Discovery)協(xié)議來實現(xiàn)。 UE 和 GGSN 必須支持 IGMP(IPv4)/MLD(IPv6)協(xié)議，通過已建立的 UE 與 GGSN 間的承載通道， UE 向 GGSN 發(fā)送 IGMP/MLD 的 Join、 Leave 消息。在用戶加入后， CN、 RAN 節(jié)點都將保存該用戶多播業(yè)務的 MBMS 內容 (MBMS Context)。 會話的開始、結束是由廣播組播業(yè)務中心 BM-SC 發(fā)起的，觸發(fā)由 MBMS數(shù)據傳送建立或釋放相應的網絡資源，包括 GTP 用戶面、 Iu 接口和空中承載。該過程與用戶加入或退出某個組播組過程完全獨立。 MBMS 通知是指網絡側通知 UE 將傳送 MBMS 數(shù)據。 MBMS 承載內容 (MBMS Bearer Context)包括所有的 MBMS 承載相關信息，在 MBMS 數(shù)據傳送階段建立，保存在 SGSN、 GGSN 和 RNC 中。 由于 MBMS 業(yè)務的數(shù)據流量較大、持續(xù)時間較長，為了節(jié)省空口資源， WCDMA 網絡提出了一種新的邏輯共享信道， RNC 根據一定的規(guī)則決定 MBMS 數(shù)據通過共享信道或專有信道下發(fā)給 UE，具體采用何種規(guī)則則由運營商自行決定。例如， RNC 可根據每個小區(qū)中加入組播的用戶數(shù)目大于某閥值時使用共享信道。 目前的移動網絡不支持多播和廣播能力，因此必須為 WCDMA/GSM 定義一系列 MBMS 業(yè)務流程： MBMS 多播業(yè)務激活流程 (MBMS Multicast Service Activation Procedure)； MBMS 會話開始流程 (MBMS Session Start Procedure)； MBMS 登記流程 (MBMS Registration Procedure)； MBMS 會話結束流程 (MBMS Session Stop Procedure)； MBMS 去登記流程 (MBMS De-Registration Procedure)； MBMS 多播業(yè)務去 激活流程 (MBMS Multicast Service De-activation Procedure)； Iu 承載釋放流程 (Iu Bearer Plane Release Procedure)； RAN 資源建立 (RAN Resource Setup)； SGSN 間 RA 更新過程流程 (Inter SGSN Routing Area Update Procedure)； SGSN 間 SRNA 遷移流程 (Inter SGSN Serving RNS Relocation Procedure)； MBMS 廣播業(yè)務激活 (MBMS Broadcast Service Activation)； MBMS 廣播業(yè)務去激活 (MBMS Broadcast Service De-activation)； MBMS 廣播會話開始流程 (MBMS Broadcast Session Start Procedure)。 為實現(xiàn)上述流程，需要在 WCDMA/GSM 分組網的已有接口上，包括 SGSN 與 GGSN之間的 Gn/Gp 接口， SGSN 與 RNC 之間的 Iu 接口， RNC 之間的 Iur 接口，定義 MBMS業(yè)務相關的消息和參數(shù)，同時還需要新定義 BM-SC 與 GGSN 之間的控制接口協(xié)議。 在業(yè)務質量方面，移動網絡需要對 MBMS QoS 進行控制。與其它點到點數(shù)據業(yè)務不同，MBMS 僅僅支持 Background、 Streaming 兩種業(yè)務類型， Background 適于消息和下載類應用， Streaming 適于流應用，同時 MBMS 還需要支持較高的 SDU 錯誤率。 MBMS 數(shù)據分發(fā)的路徑，包括多個 RNC 和 SGSN，所有的路徑均使用相同的 QoS。對于 MBMS，移動網不需要進行 QoS 協(xié)商機制，這就意味著可能會有一些 MBMS 業(yè)務路徑因 QoS 需求不能滿足而導致路徑下的用戶業(yè)務失敗。從嚴格意義上說， MBMS 是一種網絡技術，基于 MBMS 技術可實現(xiàn)許多應用。表 1 是一些基于 MBMS 的具體業(yè)務應用的典型數(shù)據比特率。 表 1 MBMS 應用的典型媒體類型和數(shù)據速率 MBMS 媒體的編解碼和格 式，包括音頻、視頻、圖片、文本等多種媒體類型， 3GPP將定義媒體編解碼和格式的最小集合，來實現(xiàn)業(yè)務的互通。 MBMS 媒體編解碼和格式的最小集合將與分組流業(yè)務和多媒體消息業(yè)務的媒體編解碼和格式保持一致。在 MBMS 安全方面， UE 和 BM-SC 之間可對組播和廣播內容進行加密和完整性保護， BM-SC 必須能對每個組播和廣播內容提供者進行鑒權和授權。 MBMS 與其它業(yè)務之間存在著一定的相互作用，當用戶需要將通過 MBMS 接收的內容進行存儲并轉發(fā)給其它用戶時，需要考慮數(shù)據權限管理 (DRM： Digital Right Management)的限制和相應的計費能力。當與用戶信息相互作用時， MBMS 用戶業(yè)務將使用通用用戶信息 GUP(Generic User Profile)機制。 目前， 3GPP 對 MBMS 的標準化工作正在進行之中，預計可在 2004 年 3 月份完成，屬于 R6 業(yè)務特性。其中， MBMS 的業(yè)務需求、結構和功能描述已經完成，接入網和核心網的各個接口協(xié)議和消息流程正在制訂中。 MBMS 的業(yè)務流程比較復雜，涉及到很多網絡實體，包括 UE、