WCDMA與GTM組播和廣播業(yè)務(wù)技術(shù)介紹

WCDMA/GSM 組播和廣播業(yè)務(wù)技術(shù)簡(jiǎn)介 組播和廣播是一種從一個(gè)數(shù)據(jù)源向多個(gè)目標(biāo)傳送數(shù)據(jù)報(bào)文的技術(shù)。在傳統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，小區(qū)廣播業(yè)務(wù) (CBS： Cell Broadcast Service)允許低比特率數(shù)據(jù)通過(guò)小區(qū)共享廣播信道向所有用戶發(fā)送，屬于消息類(lèi)業(yè)務(wù)。 現(xiàn)在，人們對(duì)移動(dòng)通信的需求已不再滿足于電話和消息業(yè)務(wù)，隨著 Internet 的迅猛發(fā)展，大量多媒體業(yè)務(wù)涌現(xiàn)出來(lái)，其中一些應(yīng)用業(yè)務(wù)要求多個(gè)用戶能同時(shí)接收相同數(shù)據(jù)，如視頻點(diǎn)播、電視廣播、視頻會(huì)議、網(wǎng)上教育、互動(dòng)游戲等。這些移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)與一般的數(shù)據(jù)相比，具有數(shù) 據(jù)量大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、時(shí)延敏感等特點(diǎn)。目前的IP 組播技術(shù)只適用于有線 IP 網(wǎng)絡(luò)，不適用于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)橐苿?dòng)網(wǎng)絡(luò)具有特定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、功能實(shí)體和無(wú)線接口，這些都與有線 IP 網(wǎng)絡(luò)不同。 為了有效地利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)資源， WCDMA/GSM 全球標(biāo)準(zhǔn)化組織 3GPP 提出了組播和廣播業(yè)務(wù) (MBMS： Multimedia Broadcast/Multicast Service)，在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中提供一個(gè)數(shù)據(jù)源向多個(gè)用戶發(fā)送數(shù)據(jù)的點(diǎn)到多點(diǎn)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，尤其是空口接口資源。 3GPP 定義的 MBMS 不僅能實(shí)現(xiàn)純 文本低速率的消息類(lèi)組播和廣播，而且還能實(shí)現(xiàn)高速多媒體業(yè)務(wù)的組播和廣播，這無(wú)疑順應(yīng)了未來(lái)移動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)展的趨勢(shì)。 WCDMA/GSM 網(wǎng)絡(luò)中組播和廣播業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn) 組播和廣播業(yè)務(wù) MBMS 基于 WCDMA/GSM 分組網(wǎng)，通過(guò)增加一些新的功能實(shí)體，如廣播組播業(yè)務(wù)中心 BM-SC，對(duì)已有的分組域功能實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)空口資源共享。 MBMS 的網(wǎng)絡(luò)參考模型如圖 1 所示，其中的虛線為可選擇的接口，可根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的業(yè)務(wù)需要決定是否支持。 MBMS 承載業(yè)務(wù)的邊緣為 Gmb、 Gi 參考點(diǎn)，即廣播組播業(yè)務(wù)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(wǎng)絡(luò)已經(jīng)存在的接口。 圖 1 WCDMA/GSM 網(wǎng)絡(luò)中組播和廣播業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)框架 廣播組播業(yè)務(wù)中心 BM-SC 為新增的移動(dòng)網(wǎng)功能實(shí)體，它是內(nèi)容提供者的入口，用于授權(quán)和在移動(dòng)網(wǎng)中發(fā)起 MBMS 承載業(yè)務(wù)，并按照預(yù)定時(shí)間計(jì)劃傳送 MBMS 內(nèi)容。其功能包括： 對(duì)第三方內(nèi)容提供商鑒權(quán)、授權(quán)和計(jì)費(fèi) ； 提供 MBMS 傳輸相關(guān)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(jù)源接收并傳送 MBMS 內(nèi)容，安排 MBMS 會(huì)話傳送并告知用戶，會(huì)話重傳等 ； 業(yè)務(wù)聲明，包括媒體描述、會(huì)話描述如組播業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)、地址、傳送時(shí)間等。 對(duì)已有的 WCDMA/GSM 分組網(wǎng)功能實(shí)體 GGSN、 SGSN、 RNC/BSC 和 UE，也需要增加MBMS 相關(guān)功能和過(guò)程，其中針對(duì) MBMS 新增如下功能： UE 支持激活 /去激活 MBMS 業(yè)務(wù) ；MBMS 安全相關(guān)功能，如對(duì)內(nèi)容進(jìn)行加密和一致性保護(hù) ；接收 MBMS 業(yè)務(wù)聲明、尋呼信息或支持同步業(yè)務(wù) ；根據(jù) MBMS 會(huì)話標(biāo)識(shí)決定是否忽略 MBMS 會(huì)話。 RAN/BSC 在預(yù)定的組播或廣播業(yè)務(wù)區(qū)域傳送 MBMS 數(shù)據(jù)，組播模式下 RAN 根據(jù)小區(qū)中當(dāng)前服務(wù)用戶數(shù)目和可用無(wú)線資源選擇合適的無(wú)線承載，即選擇共享信道或?qū)Ｓ行诺?；支持核心網(wǎng)發(fā)起和終止 MBMS 傳送 ；支持 MBMS 接收者在 RNC 間的移動(dòng)，這可能會(huì)引起一些數(shù)據(jù)的丟失 ；支持傳輸 MBMS 業(yè)務(wù)聲明、尋呼信息、 MBMS 并行業(yè)務(wù)，如接收 MBMS 視頻內(nèi)容同時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音呼叫和消息業(yè)務(wù)。 SGSN 對(duì)用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制 ；支持 MBMS 接收者在 SGSN 間的移動(dòng) ；組播業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)，包括后付費(fèi)和預(yù)付費(fèi)用戶 ；根據(jù) GGSN 發(fā)送的通知建立或釋放 Iu、 Gn 承載。 GGSN 作為 MBMS 數(shù)據(jù)的 IP 組播業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，根據(jù) BM-SC 的通知請(qǐng)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(jù)源接收 IP 組播內(nèi)容，并通過(guò) GTP 隧道路由 ；以及消息通知、計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù) 手機(jī)、業(yè)務(wù) (QoS)協(xié)商。 CAMEL 業(yè)務(wù)環(huán)境 CSE 與 SGSN 間的接口利用 CAMEL 為預(yù)付費(fèi)用戶提供 MBMS業(yè)務(wù) ；小區(qū)廣播中心 CBC 可用于向用戶發(fā)布 MBMS 業(yè)務(wù)聲明 ；組播廣播業(yè)務(wù)中心 BM-SC 通過(guò)開(kāi)放業(yè)務(wù)環(huán)境 OSA(Open Service Architecture)與第三方進(jìn)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(yīng)組播組，進(jìn)行業(yè)務(wù)激活，并產(chǎn)生相應(yīng)的計(jì)費(fèi)信息。由于組播和廣播模式在業(yè)務(wù)需求上存在不同，導(dǎo)致其業(yè)務(wù)流程也不同，具體參見(jiàn)圖 2、圖 3。 圖 2 MBMS 組播模式業(yè)務(wù)流程 圖 3 MBMS 廣播模式業(yè)務(wù)流程 MBMS 業(yè)務(wù)聲明機(jī)制可使用戶得到 MBMS 業(yè)務(wù)的相關(guān)信息，如地理范圍、 IP 組播地址、業(yè)務(wù)開(kāi)始時(shí)間等。運(yùn)營(yíng)商可考慮采用多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)聲明，如通過(guò)小區(qū)廣播、 MBMS廣播模式、 MBMS 組播模式、 PUSH 機(jī)制 (WAP、 SMS、 MMS)、 URL(HTTP、 FTP)。用戶加入或退出某個(gè)組播組，可通過(guò) IGMP(Internet Group Management Protocol)協(xié)議或 MLD(Multicast Listener Discovery)協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)。 UE 和 GGSN 必須支持 IGMP(IPv4)/MLD(IPv6)協(xié)議，通過(guò)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(diǎn)都將保存該用戶多播業(yè)務(wù)的 MBMS 內(nèi)容 (MBMS Context)。 會(huì)話的開(kāi)始、結(jié)束是由廣播組播業(yè)務(wù)中心 BM-SC 發(fā)起的，觸發(fā)由 MBMS數(shù)據(jù)傳送建立或釋放相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源，包括 GTP 用戶面、 Iu 接口和空中承載。該過(guò)程與用戶加入或退出某個(gè)組播組過(guò)程完全獨(dú)立。 MBMS 通知是指網(wǎng)絡(luò)側(cè)通知 UE 將傳送 MBMS 數(shù)據(jù)。 MBMS 承載內(nèi)容 (MBMS Bearer Context)包括所有的 MBMS 承載相關(guān)信息，在 MBMS 數(shù)據(jù)傳送階段建立，保存在 SGSN、 GGSN 和 RNC 中。 由于 MBMS 業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)流量較大、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，為了節(jié)省空口資源， WCDMA 網(wǎng)絡(luò)提出了一種新的邏輯共享信道， RNC 根據(jù)一定的規(guī)則決定 MBMS 數(shù)據(jù)通過(guò)共享信道或?qū)Ｓ行诺老掳l(fā)給 UE，具體采用何種規(guī)則則由運(yùn)營(yíng)商自行決定。例如， RNC 可根據(jù)每個(gè)小區(qū)中加入組播的用戶數(shù)目大于某閥值時(shí)使用共享信道。 目前的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)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(wù)流程： MBMS 多播業(yè)務(wù)激活流程 (MBMS Multicast Service Activation Procedure)； MBMS 會(huì)話開(kāi)始流程 (MBMS Session Start Procedure)； MBMS 登記流程 (MBMS Registration Procedure)； MBMS 會(huì)話結(jié)束流程 (MBMS Session Stop Procedure)； MBMS 去登記流程 (MBMS De-Registration Procedure)； MBMS 多播業(yè)務(wù)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(guò)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(wù)激活 (MBMS Broadcast Service Activation)； MBMS 廣播業(yè)務(wù)去激活 (MBMS Broadcast Service De-activation)； MBMS 廣播會(huì)話開(kāi)始流程 (MBMS Broadcast Session Start Procedure)。 為實(shí)現(xiàn)上述流程，需要在 WCDMA/GSM 分組網(wǎng)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(wù)相關(guān)的消息和參數(shù)，同時(shí)還需要新定義 BM-SC 與 GGSN 之間的控制接口協(xié)議。 在業(yè)務(wù)質(zhì)量方面，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需要對(duì) MBMS QoS 進(jìn)行控制。與其它點(diǎn)到點(diǎn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不同，MBMS 僅僅支持 Background、 Streaming 兩種業(yè)務(wù)類(lèi)型， Background 適于消息和下載類(lèi)應(yīng)用， Streaming 適于流應(yīng)用，同時(shí) MBMS 還需要支持較高的 SDU 錯(cuò)誤率。 MBMS 數(shù)據(jù)分發(fā)的路徑，包括多個(gè) RNC 和 SGSN，所有的路徑均使用相同的 QoS。對(duì)于 MBMS，移動(dòng)網(wǎng)不需要進(jìn)行 QoS 協(xié)商機(jī)制，這就意味著可能會(huì)有一些 MBMS 業(yè)務(wù)路徑因 QoS 需求不能滿足而導(dǎo)致路徑下的用戶業(yè)務(wù)失敗。從嚴(yán)格意義上說(shuō)， MBMS 是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，基于 MBMS 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)許多應(yīng)用。表 1 是一些基于 MBMS 的具體業(yè)務(wù)應(yīng)用的典型數(shù)據(jù)比特率。 表 1 MBMS 應(yīng)用的典型媒體類(lèi)型和數(shù)據(jù)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(lèi)型， 3GPP將定義媒體編解碼和格式的最小集合，來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)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(wù)和多媒體消息業(yè)務(wù)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(duì)組播和廣播內(nèi)容進(jìn)行加密和完整性保護(hù)， BM-SC 必須能對(duì)每個(gè)組播和廣播內(nèi)容提供者進(jìn)行鑒權(quán)和授權(quán)。 MBMS 與其它業(yè)務(wù)之間存在著一定的相互作用，當(dāng)用戶需要將通過(guò) MBMS 接收的內(nèi)容進(jìn)行存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)給其它用戶時(shí)，需要考慮數(shù)據(jù)權(quán)限管理 (DRM： Digital Right Management)的限制和相應(yīng)的計(jì)費(fèi)能力。當(dāng)與用戶信息相互作用時(shí)， MBMS 用戶業(yè)務(wù)將使用通用用戶信息 GUP(Generic User Profile)機(jī)制。 目前， 3GPP 對(duì) MBMS 的標(biāo)準(zhǔn)化工作正在進(jìn)行之中，預(yù)計(jì)可在 2004 年 3 月份完成，屬于 R6 業(yè)務(wù)特性。其中， MBMS 的業(yè)務(wù)需求、結(jié)構(gòu)和功能描述已經(jīng)完成，接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的各個(gè)接口協(xié)議和消息流程正在制訂中。 MBMS 的業(yè)務(wù)流程比較復(fù)雜，涉及到很多網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，包括 UE、