基于WCDMA的移動(dòng)多媒體解決方案

   
     

    受互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)迅速發(fā)展的影響，第三代移動(dòng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)特別強(qiáng)調(diào)了數(shù)據(jù)承載能力的提高和對(duì)多媒體業(yè)務(wù)的支持，這就為各種多媒體應(yīng)用移植到移動(dòng)系統(tǒng)中或者根據(jù)移動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)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(yīng)用在剛出現(xiàn)時(shí)主要是單機(jī)使用，通過(guò)可移動(dòng)存儲(chǔ)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(yīng)用更多表現(xiàn)為通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳播的各種信息表示方式，而且越來(lái)越重視通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供對(duì)信息的快速檢索和獲取超大容量存儲(chǔ)。其中HTTP協(xié)議就是一個(gè)典型的多媒體協(xié)議，它可以在一個(gè)主頁(yè)內(nèi)集成文本、靜態(tài)圖像、動(dòng)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(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)的遷移，產(chǎn)生了很多新的應(yīng)用，并改變了一些行業(yè)的經(jīng)營(yíng)模式。最顯著的例子是視頻點(diǎn)播應(yīng)用，它正在并將徹底改變廣播電視產(chǎn)業(yè)的運(yùn)營(yíng)模式。

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

    任何多媒體應(yīng)用都需要數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)完成對(duì)信息的傳輸，特定的多媒體應(yīng)用對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)有不同的要求，但主要還是基于兩個(gè)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(wù)有短消息、CS域承載、PS域承載3種形式。

    短消息業(yè)務(wù)是從GSM系統(tǒng)繼承下來(lái)的一種異步、低速率的信息傳遞業(yè)務(wù)，分為廣播短消息和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)。短消息的一個(gè)顯著特點(diǎn)是不基于呼叫，用戶(hù)可以在對(duì)方未接入系統(tǒng)時(shí)就向?qū)Ψ桨l(fā)出短消息。短消息的開(kāi)發(fā)目的是向移動(dòng)用戶(hù)提供一種廉價(jià)的尋呼業(yè)務(wù),經(jīng)過(guò)擴(kuò)展帶寬后，也可以支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)。由于其特有的異步性質(zhì)，短消息業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)用有相當(dāng)大的限制。

    CS域承載業(yè)務(wù)是從GSM系統(tǒng)單信道數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)繼承下來(lái)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(wù)最大特點(diǎn)是基于電路交換，時(shí)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(huà)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(wù)，方便地實(shí)現(xiàn)目前在ISDN網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用。

    PS域承載業(yè)務(wù)是從GPRS系統(tǒng)擴(kuò)展而來(lái)。在GSM系統(tǒng)中，GPRS系統(tǒng)通過(guò)占用多個(gè)信道來(lái)擴(kuò)展帶寬，WCDMA系統(tǒng)中可以通過(guò)不同級(jí)別的信道碼來(lái)實(shí)現(xiàn)不同傳輸速率的數(shù)據(jù)傳輸，也可以同時(shí)占用多個(gè)信道，但在CN側(cè)仍采用SGSN和GGSN完成服務(wù)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(dòng)下，以后的發(fā)展將不斷強(qiáng)調(diào)PS域的作用，CS域和短消息將被逐步替代，形成一個(gè)全I(xiàn)P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(jī)制，但由于原有的2G系統(tǒng)是針對(duì)話(huà)音業(yè)務(wù)的，其安全措施不夠完備，WCDMA系統(tǒng)對(duì)安全措施進(jìn)行了一些修改，主要措施如下：

    *增加移動(dòng)臺(tái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別功能，防止偽造基站攻擊；

    *增加密鑰長(zhǎng)度，以便實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)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(rèn)證機(jī)制，保障核心網(wǎng)的安全性；

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

    *不像GSM中途引入終端識(shí)別號(hào)(IMEI)概念，WCDMA系統(tǒng)從一開(kāi)始就設(shè)計(jì)了完整的IMEI機(jī)制；

    *鑒權(quán)算法是非固定的，只給出選擇上的指導(dǎo)意見(jiàn)。

    當(dāng)跨網(wǎng)絡(luò)漫游時(shí)，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(luò)時(shí)不能避免偽造基站的攻擊。

    從用戶(hù)角度來(lái)說(shuō)，經(jīng)以上改造后的WCDMA系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)承載層向應(yīng)用提供了可靠的安全機(jī)制。但由于3G系統(tǒng)要在應(yīng)用級(jí)支持各種業(yè)務(wù)，特別是要支持MExE(移動(dòng)運(yùn)行環(huán)境)和JAVA虛擬機(jī)，目前互聯(lián)網(wǎng)上所有的安全風(fēng)險(xiǎn)都將在3G系統(tǒng)上出現(xiàn)。應(yīng)用安全的問(wèn)題目前依靠服務(wù)提供商和用戶(hù)來(lái)解決，真正的解決方案還有待于進(jìn)一步研究。

    3.QoS

    QoS直接影響用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)的評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)QoS目標(biāo)的關(guān)鍵在于承載業(yè)務(wù)所能提供的QoS能力。很多應(yīng)用對(duì)于承載業(yè)務(wù)的QoS能力十分敏感，比如視頻電話(huà)顯然不能使用時(shí)延沒(méi)有保證的短消息業(yè)務(wù)來(lái)承載。WCDMA的服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)性能要求基本源于ITU－TE800的要求，用于保證對(duì)應(yīng)用的服務(wù)支持能力、服務(wù)可操作性能、服務(wù)可訪問(wèn)程度、服務(wù)保持程度、服務(wù)完整程度和服務(wù)安全性能。

    由于傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)類(lèi)型不同，對(duì)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(biāo)：端到端延時(shí)、延時(shí)變化范圍、錯(cuò)誤率。根據(jù)不同應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率和時(shí)延的要求，QoS分為4個(gè)不同的級(jí)別：會(huì)話(huà)級(jí)、交互級(jí)、流級(jí)、背景級(jí)。不同級(jí)別各有不同的應(yīng)用。

    WCDMA提供的3種承載業(yè)務(wù)各有不同的QoS能力。由于短消息業(yè)務(wù)不建立呼叫的特點(diǎn)，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(duì)于外接的電路交換數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)也能提供QoS接口轉(zhuǎn)換機(jī)制，保證數(shù)據(jù)承載服務(wù)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(luò)，因此能保證QoS質(zhì)量。但PS域在以IP協(xié)議和外部互連時(shí)，IPv4將無(wú)法保證QoS，在IPv6得到廣泛應(yīng)用后，才能根本解決分組域的QoS問(wèn)題。

    三、多媒體應(yīng)用簡(jiǎn)介

    多媒體應(yīng)用在移動(dòng)系統(tǒng)中的實(shí)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(gè)媒體間的同步問(wèn)題以及與現(xiàn)有多媒體網(wǎng)絡(luò)的“無(wú)縫”互聯(lián)。以下以H.323和IP應(yīng)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(huà)及多方會(huì)議是傳統(tǒng)雙向話(huà)音業(yè)務(wù)的延伸，為此ITU－T制定了H.323系列標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范多媒體應(yīng)用在基于分組包的公共網(wǎng)絡(luò)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(huì)議及附加多媒體信息的傳輸，它提供多端點(diǎn)的圖像和話(huà)音兩種實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)及其他非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，且對(duì)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)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(bào)信道。



    對(duì)于3G系統(tǒng)，可視電話(huà)將作為一種基本業(yè)務(wù)。由于H.323標(biāo)準(zhǔn)已廣泛應(yīng)用于視訊領(lǐng)域，考慮到新標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)為了保護(hù)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有投資，3G系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)可視電話(huà)業(yè)務(wù)時(shí)必然要考慮對(duì)H.323標(biāo)準(zhǔn)的繼承性和互連互通性。

    （1）H.323協(xié)議簡(jiǎn)介

    H.323協(xié)議組所規(guī)定的多媒體通信網(wǎng)在電信級(jí)應(yīng)用時(shí)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(shè)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(gè)終端完成H.323通信，而不借助任何電信網(wǎng)絡(luò)。

    在電信級(jí)應(yīng)用時(shí)，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(shí)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。可選的功能包括：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(hù)、帶寬保留和目錄服務(wù)。

    MCU包括MC和MP兩部分：MC用于控制多方會(huì)話(huà)，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(yīng)用時(shí)使用的設(shè)備，用于連接其他類(lèi)型的終端設(shè)備，比如普通電話(huà),在H.323網(wǎng)絡(luò)中被當(dāng)作一個(gè)或多個(gè)符合H.323協(xié)議的終端。

    符合H.323協(xié)議的終端要滿(mǎn)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(guò)數(shù)據(jù)通道支持各種非實(shí)時(shí)應(yīng)用；支持H.245控制協(xié)議；支持H.225.0規(guī)定的RAS(注冊(cè)，訪問(wèn)，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(luò)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(huà)業(yè)務(wù)的視頻編解碼必選項(xiàng)，并確定使用PS域承載H.323業(yè)務(wù)，但并未就如何實(shí)現(xiàn)3G系統(tǒng)的視頻電話(huà)業(yè)務(wù)作出最后決定，具體的實(shí)施方案仍在研究中。目前的研究主要是對(duì)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I(xiàn)P概念的深入，前一種方案更符合發(fā)展趨勢(shì)。

    ITU－T方面也注意到視頻電話(huà)業(yè)務(wù)對(duì)3G系統(tǒng)的重要性，正在著手制定關(guān)于移動(dòng)性的H.323附件。其提出的方案是將移動(dòng)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(dòng)性管理，其方式和GSM十分相似。

    兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織進(jìn)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(gè)問(wèn)題，就能夠使兩者結(jié)合起來(lái)。

    *H.323地址翻譯；

    *鑒權(quán)/計(jì)費(fèi)方式；

    *QoS控制和帶寬預(yù)留協(xié)議；

    *移動(dòng)/固定混合多方會(huì)話(huà)控制；

    *GSM－WCDMA網(wǎng)間漫游及切換問(wèn)題。

    筆者個(gè)人認(rèn)為一個(gè)合適的3G視頻電話(huà)系統(tǒng)解決方案是將GGSN的功能進(jìn)行擴(kuò)充，每個(gè)GGSN將是一個(gè)H.323的GK。比普通GK增強(qiáng)的部分是能夠通過(guò)對(duì)HLR/VLR/AUC的訪問(wèn)完成支持漫游的呼叫控制和計(jì)費(fèi)工作，由于移動(dòng)臺(tái)切換時(shí)GGSN保持不變，因此切換將不會(huì)對(duì)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(shí)現(xiàn)，只將3G系統(tǒng)作為一個(gè)分組數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

    2．IP應(yīng)用

    IP協(xié)議向各種應(yīng)用提供了一個(gè)通用的數(shù)據(jù)傳送平臺(tái)，人們利用它開(kāi)發(fā)了種類(lèi)繁多的應(yīng)用。3G系統(tǒng)增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸能力的目的就是為了在移動(dòng)系統(tǒng)上支持這些應(yīng)用。在基于IP的多媒體應(yīng)用中，3G系統(tǒng)可以看作一個(gè)接入服務(wù)系統(tǒng)，只完成終端(手機(jī))在Intranet/Internet上的注冊(cè)和動(dòng)態(tài)IP分配，由應(yīng)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(kuò)展IP地址的范圍、解決IP系統(tǒng)沒(méi)有QoS保障的問(wèn)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(shí)代，為了在低速率的數(shù)據(jù)通道上實(shí)現(xiàn)瀏覽，WAP論壇開(kāi)發(fā)出WAP協(xié)議。WAP是一種輕量級(jí)的協(xié)議，并為在無(wú)線環(huán)境使用進(jìn)行了優(yōu)化。從3G的角度來(lái)看，傳輸帶寬已基本不再是問(wèn)題，而且PS域數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性有保證，移動(dòng)臺(tái)也向著高性能CPU、大存儲(chǔ)器、大尺寸彩色顯示的方向發(fā)展，WAP協(xié)議需要解決的問(wèn)題已基本不存在。未來(lái)的3G系統(tǒng)對(duì)瀏覽的實(shí)現(xiàn)方式將只限于提供IP業(yè)務(wù)，不再具體規(guī)定應(yīng)用協(xié)議。當(dāng)然出于對(duì)WAP協(xié)議的繼承并解決網(wǎng)間漫游問(wèn)題，還將繼續(xù)支持WAP協(xié)議。

    IP上的其他應(yīng)用也將在3G中繼續(xù)保持，包含的領(lǐng)域有電子商務(wù)、信息檢索、在線游戲，使用的技術(shù)包括虛擬現(xiàn)實(shí)、3D重建、高質(zhì)量話(huà)音、高質(zhì)量視頻、語(yǔ)音識(shí)別、個(gè)人身份驗(yàn)證等。

    四、未來(lái)展望

    目前的WCDMA標(biāo)準(zhǔn)制定工作集中于支持現(xiàn)有的多媒體應(yīng)用，但是3G系統(tǒng)有著固定系統(tǒng)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，那就是通信的個(gè)人性和隨時(shí)在線性?？梢灶A(yù)料，在3G系統(tǒng)投入商用以后，將會(huì)有更多適用于移動(dòng)系統(tǒng)的多媒體應(yīng)用出現(xiàn)，并將隨著網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)終端的發(fā)展不斷變化。