基于WCDMA的移動多媒體解決方案

   
     

    受互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務迅速發(fā)展的影響，第三代移動系統(tǒng)在設計時特別強調(diào)了數(shù)據(jù)承載能力的提高和對多媒體業(yè)務的支持，這就為各種多媒體應用移植到移動系統(tǒng)中或者根據(jù)移動系統(tǒng)的特點發(fā)展出新的多媒體系統(tǒng)提供了可能。本文為方便討論，以WCDMA系統(tǒng)為例，其中的某些描述并不適合其他制式的3G系統(tǒng)。

    一、多媒體

    多媒體應用在剛出現(xiàn)時主要是單機使用，通過可移動存儲介質(zhì)傳播。由于互聯(lián)網(wǎng)的廣泛普及，現(xiàn)代的多媒體應用更多表現(xiàn)為通過網(wǎng)絡傳播的各種信息表示方式，而且越來越重視通過網(wǎng)絡提供對信息的快速檢索和獲取超大容量存儲。其中HTTP協(xié)議就是一個典型的多媒體協(xié)議，它可以在一個主頁內(nèi)集成文本、靜態(tài)圖像、動態(tài)圖像、音頻等多種表現(xiàn)方式，而且支持快速的信息檢索，能快速地切換到相關(guān)信息上去。

    多媒體應用向網(wǎng)絡的遷移，產(chǎn)生了很多新的應用，并改變了一些行業(yè)的經(jīng)營模式。最顯著的例子是視頻點播應用，它正在并將徹底改變廣播電視產(chǎn)業(yè)的運營模式。

    二、WCDMA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)承載業(yè)務

    任何多媒體應用都需要數(shù)據(jù)承載業(yè)務完成對信息的傳輸，特定的多媒體應用對傳輸網(wǎng)絡有不同的要求，但主要還是基于兩個方面：安全性和QoS能力。

    1.承載方式

    WCDMA系統(tǒng)數(shù)據(jù)承載業(yè)務有短消息、CS域承載、PS域承載3種形式。

    短消息業(yè)務是從GSM系統(tǒng)繼承下來的一種異步、低速率的信息傳遞業(yè)務，分為廣播短消息和點對點短消息業(yè)務。短消息的一個顯著特點是不基于呼叫，用戶可以在對方未接入系統(tǒng)時就向?qū)Ψ桨l(fā)出短消息。短消息的開發(fā)目的是向移動用戶提供一種廉價的尋呼業(yè)務,經(jīng)過擴展帶寬后，也可以支持數(shù)據(jù)業(yè)務。由于其特有的異步性質(zhì)，短消息業(yè)務對應用有相當大的限制。

    CS域承載業(yè)務是從GSM系統(tǒng)單信道數(shù)據(jù)業(yè)務繼承下來的，分為透明承載和非透明承載兩種，速率受信道速率限制，一般在10kbit/s以下。該業(yè)務最大特點是基于電路交換，時延低、有QoS保障。在3G系統(tǒng)中，由于信道帶寬拓展支持一次呼叫提供多條話音信道以及電路域交換向ISDN方向發(fā)展，因此有可能提供高速率的電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務，方便地實現(xiàn)目前在ISDN網(wǎng)絡上的應用。

    PS域承載業(yè)務是從GPRS系統(tǒng)擴展而來。在GSM系統(tǒng)中，GPRS系統(tǒng)通過占用多個信道來擴展帶寬，WCDMA系統(tǒng)中可以通過不同級別的信道碼來實現(xiàn)不同傳輸速率的數(shù)據(jù)傳輸，也可以同時占用多個信道，但在CN側(cè)仍采用SGSN和GGSN完成服務接入和與其他分組交換網(wǎng)的互連互通。

    在AllOverIP的思想驅(qū)動下，以后的發(fā)展將不斷強調(diào)PS域的作用，CS域和短消息將被逐步替代，形成一個全IP的通信網(wǎng)。

    2．安全性

    在安全性方面，WCDMA系統(tǒng)繼承了GSM系統(tǒng)的安全機制，但由于原有的2G系統(tǒng)是針對話音業(yè)務的，其安全措施不夠完備，WCDMA系統(tǒng)對安全措施進行了一些修改，主要措施如下：

    *增加移動臺對網(wǎng)絡的識別功能，防止偽造基站攻擊；

    *增加密鑰長度，以便實現(xiàn)更強的加密算法，保證數(shù)據(jù)完整性；

    *提供網(wǎng)內(nèi)和網(wǎng)間的安全認證機制，保障核心網(wǎng)的安全性；

    *安全保證機制位于交換部分而不像GSM那樣位于基站部分，以保護交換網(wǎng)到基站部分的線路；

    *不像GSM中途引入終端識別號(IMEI)概念，WCDMA系統(tǒng)從一開始就設計了完整的IMEI機制；

    *鑒權(quán)算法是非固定的，只給出選擇上的指導意見。

    當跨網(wǎng)絡漫游時，比如GSM和WCDMA間的漫游，只支持智能卡的安全能力，這就意味著GSM智能卡漫游到WCDMA網(wǎng)絡時不能避免偽造基站的攻擊。

    從用戶角度來說，經(jīng)以上改造后的WCDMA系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)承載層向應用提供了可靠的安全機制。但由于3G系統(tǒng)要在應用級支持各種業(yè)務，特別是要支持MExE(移動運行環(huán)境)和JAVA虛擬機，目前互聯(lián)網(wǎng)上所有的安全風險都將在3G系統(tǒng)上出現(xiàn)。應用安全的問題目前依靠服務提供商和用戶來解決，真正的解決方案還有待于進一步研究。

    3.QoS

    QoS直接影響用戶對網(wǎng)絡及服務的評價，實現(xiàn)QoS目標的關(guān)鍵在于承載業(yè)務所能提供的QoS能力。很多應用對于承載業(yè)務的QoS能力十分敏感，比如視頻電話顯然不能使用時延沒有保證的短消息業(yè)務來承載。WCDMA的服務質(zhì)量和網(wǎng)絡性能要求基本源于ITU－TE800的要求，用于保證對應用的服務支持能力、服務可操作性能、服務可訪問程度、服務保持程度、服務完整程度和服務安全性能。

    由于傳輸?shù)臉I(yè)務類型不同，對傳輸質(zhì)量的要求也不同。WCDMA系統(tǒng)主要考慮以下幾種QoS指標：端到端延時、延時變化范圍、錯誤率。根據(jù)不同應用對數(shù)據(jù)錯誤率和時延的要求，QoS分為4個不同的級別：會話級、交互級、流級、背景級。不同級別各有不同的應用。

    WCDMA提供的3種承載業(yè)務各有不同的QoS能力。由于短消息業(yè)務不建立呼叫的特點，它不能提供任何程度的QoS能力。CS域承載是電路交換方式，在UMTS內(nèi)部能提供可靠的QoS能力，對于外接的電路交換數(shù)據(jù)網(wǎng)絡也能提供QoS接口轉(zhuǎn)換機制，保證數(shù)據(jù)承載服務的QoS。PS域承載是分組交換方式，在UMTS內(nèi)部底層使用的是可保證QoS的ATM網(wǎng)絡，因此能保證QoS質(zhì)量。但PS域在以IP協(xié)議和外部互連時，IPv4將無法保證QoS，在IPv6得到廣泛應用后，才能根本解決分組域的QoS問題。

    三、多媒體應用簡介

    多媒體應用在移動系統(tǒng)中的實現(xiàn)需要克服以下困難：選擇合適的輸入編碼和傳輸編碼方式、多個媒體間的同步問題以及與現(xiàn)有多媒體網(wǎng)絡的“無縫”互聯(lián)。以下以H.323和IP應用為例描述WCDMA系統(tǒng)在這幾方面所做的工作。

    1．ITU－TH.323協(xié)議

    可視電話及多方會議是傳統(tǒng)雙向話音業(yè)務的延伸，為此ITU－T制定了H.323系列標準來規(guī)范多媒體應用在基于分組包的公共網(wǎng)絡上的傳輸。H.323協(xié)議定義的初始目的是在固定式的局域網(wǎng)或?qū)拵V域網(wǎng)上提供視頻會議及附加多媒體信息的傳輸，它提供多端點的圖像和話音兩種實時業(yè)務及其他非實時數(shù)據(jù)業(yè)務，且對數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡只要求提供面向連接的可靠信道和面向非連接的數(shù)據(jù)報信道。



    對于3G系統(tǒng)，可視電話將作為一種基本業(yè)務。由于H.323標準已廣泛應用于視訊領(lǐng)域，考慮到新標準的開發(fā)風險，同時為了保護運營商現(xiàn)有投資，3G系統(tǒng)在實現(xiàn)可視電話業(yè)務時必然要考慮對H.323標準的繼承性和互連互通性。

    （1）H.323協(xié)議簡介

    H.323協(xié)議組所規(guī)定的多媒體通信網(wǎng)在電信級應用時的結(jié)構(gòu)如圖1所示。為了使H.323系統(tǒng)可以不使用特定的電信設備，關(guān)守(GateKeeper)和MCU在H.323網(wǎng)中是可選的，其功能可以下移到終端中去，直接用多個終端完成H.323通信，而不借助任何電信網(wǎng)絡。

    在電信級應用時，核心部分由關(guān)守和MCU組成，其中關(guān)守有以下作用：地址翻譯(H.323別名到實際通信網(wǎng)地址的翻譯)、接納鑒權(quán)和帶寬要求鑒權(quán)、帶寬控制、域控制?？蛇x的功能包括：呼叫控制信令、呼叫鑒權(quán)、帶寬管理、呼叫管理。正在研究的功能包括：關(guān)守操作維護、帶寬保留和目錄服務。

    MCU包括MC和MP兩部分：MC用于控制多方會話，MP用于處理多方的音頻和視頻流，并根據(jù)MC的指令將合適的數(shù)據(jù)流傳輸給各終端。網(wǎng)關(guān)也是電信應用時使用的設備，用于連接其他類型的終端設備，比如普通電話,在H.323網(wǎng)絡中被當作一個或多個符合H.323協(xié)議的終端。

    符合H.323協(xié)議的終端要滿足以下條件：支持H.261及H.263所規(guī)定的視頻流格式，特別是QCIF和CIF格式、支持G.711和其他音頻格式；通過數(shù)據(jù)通道支持各種非實時應用；支持H.245控制協(xié)議；支持H.225.0規(guī)定的RAS(注冊，訪問，狀態(tài))、呼叫信令和邏輯信道管理協(xié)議。

    （2）H.323協(xié)議和WCDMA網(wǎng)絡的結(jié)合

    WCDMA系統(tǒng)已經(jīng)確定將H.263視頻編解碼協(xié)議作為視頻電話業(yè)務的視頻編解碼必選項，并確定使用PS域承載H.323業(yè)務，但并未就如何實現(xiàn)3G系統(tǒng)的視頻電話業(yè)務作出最后決定，具體的實施方案仍在研究中。目前的研究主要是對比利用PS域承載H.323和利用CS域承載H.324兩種方案。隨著全IP概念的深入，前一種方案更符合發(fā)展趨勢。

    ITU－T方面也注意到視頻電話業(yè)務對3G系統(tǒng)的重要性，正在著手制定關(guān)于移動性的H.323附件。其提出的方案是將移動系統(tǒng)看作透明的數(shù)據(jù)通道，并在H.323系統(tǒng)內(nèi)部完成移動性管理，其方式和GSM十分相似。

    兩個標準組織進行的工作目前還未統(tǒng)一，且存在各種可能性。只要能解決以下幾個問題，就能夠使兩者結(jié)合起來。

    *H.323地址翻譯；

    *鑒權(quán)/計費方式；

    *QoS控制和帶寬預留協(xié)議；

    *移動/固定混合多方會話控制；

    *GSM－WCDMA網(wǎng)間漫游及切換問題。

    筆者個人認為一個合適的3G視頻電話系統(tǒng)解決方案是將GGSN的功能進行擴充，每個GGSN將是一個H.323的GK。比普通GK增強的部分是能夠通過對HLR/VLR/AUC的訪問完成支持漫游的呼叫控制和計費工作，由于移動臺切換時GGSN保持不變，因此切換將不會對通信產(chǎn)生影響。H.323協(xié)議的其他部分完全在3G系統(tǒng)上層實現(xiàn)，只將3G系統(tǒng)作為一個分組數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡。

    2．IP應用

    IP協(xié)議向各種應用提供了一個通用的數(shù)據(jù)傳送平臺，人們利用它開發(fā)了種類繁多的應用。3G系統(tǒng)增強數(shù)據(jù)傳輸能力的目的就是為了在移動系統(tǒng)上支持這些應用。在基于IP的多媒體應用中，3G系統(tǒng)可以看作一個接入服務系統(tǒng)，只完成終端(手機)在Intranet/Internet上的注冊和動態(tài)IP分配，由應用決定傳輸能力的使用方式。

    目前IP結(jié)構(gòu)的發(fā)展主要是由IPv6概念引出的，目的是擴展IP地址的范圍、解決IP系統(tǒng)沒有QoS保障的問題。3G系統(tǒng)普遍支持多種形式的QoS方式，只要做一些QoS適配工作就能轉(zhuǎn)換到IPv6方式。

    作為互聯(lián)網(wǎng)最具吸引力的功能，3G系統(tǒng)顯然需要支持WWW瀏覽。在2G時代，為了在低速率的數(shù)據(jù)通道上實現(xiàn)瀏覽，WAP論壇開發(fā)出WAP協(xié)議。WAP是一種輕量級的協(xié)議，并為在無線環(huán)境使用進行了優(yōu)化。從3G的角度來看，傳輸帶寬已基本不再是問題，而且PS域數(shù)據(jù)承載業(yè)務的穩(wěn)定性有保證，移動臺也向著高性能CPU、大存儲器、大尺寸彩色顯示的方向發(fā)展，WAP協(xié)議需要解決的問題已基本不存在。未來的3G系統(tǒng)對瀏覽的實現(xiàn)方式將只限于提供IP業(yè)務，不再具體規(guī)定應用協(xié)議。當然出于對WAP協(xié)議的繼承并解決網(wǎng)間漫游問題，還將繼續(xù)支持WAP協(xié)議。

    IP上的其他應用也將在3G中繼續(xù)保持，包含的領(lǐng)域有電子商務、信息檢索、在線游戲，使用的技術(shù)包括虛擬現(xiàn)實、3D重建、高質(zhì)量話音、高質(zhì)量視頻、語音識別、個人身份驗證等。

    四、未來展望

    目前的WCDMA標準制定工作集中于支持現(xiàn)有的多媒體應用，但是3G系統(tǒng)有著固定系統(tǒng)所無法實現(xiàn)的特點，那就是通信的個人性和隨時在線性?？梢灶A料，在3G系統(tǒng)投入商用以后，將會有更多適用于移動系統(tǒng)的多媒體應用出現(xiàn)，并將隨著網(wǎng)絡和移動終端的發(fā)展不斷變化。