移动智能网的现状和未来发展

2019-11-03 19:16:31

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供稿：网友

爱立信（中国）有限公司移动核心网络设计郑力

1. 前言

　　移动智能网是一种在移动网中快速、有效、经济、方便的提供新业务的网络体系结构。随着移动通信的迅速发展，用户对于移动业务的多样性要求越来越高，作为可以在移动网中快速提供业务的体系结构，移动智能网越来越受到广大移动通信运营商、标准化组织和电信厂商的关注。从体系结构和核心思想上来说，移动智能网与固定智能网并没有本质上的区别，但是在与外部功能实体的接口和协议上与固定智能网有很大的不同，移动智能网的业务能力在很大程度上是与其应用协议密切相关的。

　　早在1997年，欧洲电信标准化组织ETSI为了解决GSM移动通信网与智能网互连问题，就推出了CAMEL规范。CAMEL的全称是移动网络增强型逻辑的客户化应用（Customized applications for Mobile network Enhanced Logic），CAMEL规范的发展经过了CAMEL1、CAMEL2、CAMEL3到现在的CAMEL4建议草案。

2. 移动智能网的现状

　　基于CAMEL2规范的移动智能网系统在国内已提供了很多业务，如预付费业务（PRepaid Service，PPS）、虚拟专用移动网（Virtual Private Mobile Network，VPMN）等。

　　2.1. GSM移动智能网—CAMEL2

　　2.1.1. CAMEL2网络结构

　　CAMEL2的功能结构与CAMEL1基本相似，只是在CAMEL1的功能结构基础上又增加一些实体和实体之间的接口，另外协议的功能也有所增强。

图 1 CAMEL2的网络功能结构

　　上图为CAMEL2阶段的网络功能结构，在GSM交换网原有实体的基础上，为了实现CAMEL业务引进了三个新的智能网实体：gsmSCF、gsmSSF和gsmSRF。同时，原有实体的功能和通信协议有所增强。GSM原有的实体包括：归属位置寄存器HLR，拜访位置寄存器VLR，移动交换中心MSC与网关移动交换中心GMSC。

　　gsm业务交换功能gsmSSF：

　　gsmSSF作为MSC/VLR与gsmSCF之间的接口，负责将MSC报告的呼叫状态信息进行转化，然后发给gsmSCF，或者接受gsmSCF的指示，进行格式转化，再给MSC。

　　gsm业务控制功能gsmSCF：

　　gsmSCF是实现业务的核心，是一个动态的数据库和事务处理单元，负责执行CAMEL业务逻辑，以执行特定的业务，控制呼叫的接续和计费等，它是移动智能网的中心。

　　gsm特殊资源功能gsmSRF：

　　同CAMEL1的功能结构相比，CAMEL2中增加一个功能实体gsmSRF，主要用于提供各种特定资源，例如提示语音资源和二次收号器，它与MSC，gsmSCF有接口。

　　归属位置寄存器HLR：

　　HLR通常是一个数据库，其中存放着全部归属用户的信息，如用户的有关号码（IMSI和MS ISDN）及用户类别。HLR还存贮着每个归属用户有关的动态数据信息，如用户现在所在的MSC/VLR地址（即位置信息）和分配给用户的补充业务。为了能支持CAMEL业务，HLR中增加了O-CSI、T-CSI及SS-CSI等CSI（CAMEL subscription information，用户签约信息）。

　　拜访位置寄存器VLR和移动交换中心MSC：

　　VLR为拜访位置寄存器，MSC为移动交换中心，因为二者之间的消息流量特别大，因此二者通常在一个物理实体之中。MSC/VLR的主要功能是完成呼叫交换，并控制移动台的位置更新和越区切换过程。其中，MSC主要负责呼叫的建立（包括鉴权程序），呼叫控制和计费等功能；而VLR则主要负责贮存和更新用户数据，这些用户是漫游到该VLR所管辖区中的移动用户。为了支持CAMEL业务，VLR需要能存储CAMEL相关的用户信息，当用户漫游到某个VLR区域时，此VLR将用户的O-CSI和SS-CSI作为部分用户数据存储在数据库中。

　　关口移动交换中心GMSC：

　　GMSC，为关口移动交换中心。为了找到漫游中的移动用户，通常需要向HLR查询该移动用户的所有信息。因此必须在移动通信网的入口处（即与固定网相连点）使用一个关口移动交换中心来提供所有入网呼叫的查询和转接能力。为了能支持CAMEL业务，当处理需要CAMEL支持的业务时，GMSC从HLR接收O/T-CSI信息，并向gsmSSF请求指示。在处理过程中，GMSC监视请求的呼叫状态并通知gsmSSF其状态。

　　2.1.2. CAMEL2支持的业务

　　CAMEL2阶段可提供如下类型的业务：

　　* 虚拟专用移动网

　　* 先进的选路业务

　　* 屏蔽业务（入呼叫，出呼叫）

　　* 预付费业务

　　* 使用限制（Usage limitation）

　　* 基于位置的业务（Location based service）等

3. GPRS移动智能网—CAMEL3

　　目前国内的GPRS（General Packet Radio Service，通用无线分组业务）网络已经建成，用户对于各类智能数据业务的需求也越来越迫切，GPRS移动智能网作为在GPRS网上提供智能数据业务的方式之一，已经成为业务提供者研究开发的热点。

　　在2000年，ETSI又推出了CAMEL3规范，较之CAMLE2规范， CAMEL3规范除了在电路部分有所改变外，其GPRS部分为GPRS移动智能网的实现提供了互联互通的依据，基于CAMEL3协议，在GPRS移动智能网上可以开发出多种多样的智能数据业务。

　　ETSI这样做一方面是为了适应目前日益增长的数据业务的需求，另一方面也是向三代移动通信的架构演进的一种策略。

　　3.1. GPRS移动智能网组网方案

　　结合我国目前GPRS基础网络的构成情况，GPRS移动智能网的网络结构如下图所示：

图2 GPRS移动智能网网络结构

　　SCP：可以控制GPRS网络的业务控制点，是GPRS智能数据业务逻辑的载体和运行环境；

　　SGSN/gprssSP：支持gprsSSF功能的服务GPRS支持节点，提供GPRS智能业务触发，接受SCP控制等功能；

　　SMSC（Short Message Service Center）：短消息中心，在GPRS移动智能网系统中，SCP通过短消息中心实现SRF功能，提供短消息通知等功能；

　　MMSC（Multimedia Message Service Center，）：多媒体信息中心，多媒体信息中心通过和SCP之间的信令交互实现鉴权计费等功能。

　　3.2. CAMEL3关于GPRS互联方面的规定

　　体系结构

图3 分组部分CAMEL功能体系结构图

　　HLR：为需要CAMEL相关支持的客户存储当前签约信息中的GPRS-CSI。HLR通过MAP与SGSN接口，传递GPRS-CSI信息。 SGSN：根据从HLR处收到的GPRS-CSI，SGSN向gprsSSF请求指令。处理过程中，SGSN 监视GPRS事件请求并将这些事件向gprsSSF报告，以便gprsSSF对SGSN中GPRS会话或单独的PDP上下文的执行进行控制。

　　gsmSCF：包含CAMEL业务逻辑的功能实体。通过与gprsSSF的交互实现对SGSN中会话或PDP上下文的控制，从而执行业务。它与gprsSSF之间通过CAP接口。

　　gprsSSF：实现gsmSCF与SGSN之间交互的接口。它与SGSN之间使用内部接口。

　　GPRS移动智能网的功能体系结构与原有基于电话呼叫的移动智能网的体系结构类似，gsmSCF通过与gprsSSF之间的信令交互，利用业务逻辑来控制GPRS的数据传送过程。

　　3.3. GPRS CAMEL业务

　　CAMEL3阶段可提供如下类型的业务：

　　* GPRS预付费业务

　　* GPRS移动虚拟专用网业务

　　* 神州行MMS业务

　　* GPRS上网卡

　　* GPRS 家庭监控

　　* GPRS信息类业务

　　* GPRS位置类业务

　　* GPRS网上银行

4. 移动智能网的未来发展

　　4.1. 移动核心网络演进介绍

　　一般来说，2G、2.5G、3G的划分标准是以接入速率为标准的，但是对于核心网络来说，接入网的结构对其影响不大。在这里，主要介绍是Release2000标准定义的核心网络的演进。Release2000标准又分为Release4和Release5两个阶段，下面将以这两个阶段的体系结构为基础来描述核心网络的演进。

　　4.1.1. Release4核心网络

　　在Release4的规范中，核心网络被划分为两个域：

　　* CS域（Circuit Switch Domain）：提供传统的话音业务，较之Release1999的网络结构，CS域引入了软交换的思想，将呼叫控制和承载连接相分离，将传统的MSC改造成为MSC Server和MGW，在核心网络使用ATM或IP技术。

　　* PS域（Packet Switch Domain）：提供数据业务，引入新的功能实体，如GGSN和SGSN。

　　其体系结构如下图：

图 4 Release4核心网络体系结构

　　在Release4阶段，SCP可以利用CAP接口（CAMEL3）实现对于PS域（GPRS网络）的控制，来提供移动数据增值业务。而对于传统的如CS域的控制SCP还是通过原有的基于CAMEL2的CAP接口，当然也可以基于CAMEL3（CAMEL3对于电路部分的改动不大）。另外HLR也升级到了HSS（Home Subsciber Server，归属用户服务器）。

　　4.1.2. Release5核心网络

　　Release5中引入了新的域IM 子系统，这个域实际上就是一个SIP（session Initiation Protocol，会话初始协议）网络，利用这个网络，可以提供一些新的多媒体业务。这样核心网络被划分为3个域：CS域，PS域，IM子系统。　

　　其体系结构如下图所示：

图 5 Release5核心网络体系结构

　　其中Release4中SCP对于CS域和PS域的控制接口不变，对于IM子系统，SCP通过和CSCF（Call State Control Function，呼叫状态控制功能）的CAP（CAMEL4）接口来控制IM子系统，从而提供一些基于多媒体的增值业务。

　　4.2. 移动网络中的业务

　　移动网络中的业务可以分为3类：

　　1. 网络控制型（连接、寻址、移动性等）

　　2. 实时型（预付费、呼叫重路由、呼叫排队、会议等）

　　3. 应用型（网上浏览、游戏，电子商务等）

　　其中第1、2类业务利用传统交换机或智能网的方式就可以支持，而第3类业务属于新型的业务，无论是交换机还是智能网方式对其都不能很好的支持。因此，在未来的移动网络中引入了OSA（Open Service Architecture）开放业务架构，其核心思想是利用分布式计算的思想，引入中间件，屏蔽底层网络的差异，在业务应用层利用底层网络提供的业务能力特征提供业务，同时允许第三方通过API接入业务应用层来开发业务，使用业务。

　　在移动网络的业务中还有一个很重要的概念就是VHE（Virtual Home Environment，虚拟归属环境），其核心思想就是无论一个移动用户身处何地，使用何种终端，他都可以像在归属网络一样使用自己的各类业务（当然受终端能力的限制）。

　　 4.3. 未来业务提供方式中移动智能网的地位

　　由以上的介绍可以发现，在未来移动增值业务提供的架构中，提供业务的方式是多种多样的，而且智能网在未来移动网中已经作为核心网络的组成部分而存在，而不是像过去只是作为业务提供的叠加网络而存在。因此，在未来的网络体系结构中，智能网是必不可少的组成部分。

　　但是我们必须承认，智能网的体系结构还是过于封闭，目前接入的智能网的外部功能实体越来越多，协议也是各不相同，这样对于智能网的安全性和性能都有很大的影响，同时对于业务开发也带了很大的不便。因此对于一些因特网的多媒体业务和数据业务都无法提供很好的支持。如果要更好的支持数据业务和多媒体业务，智能网的体系结构必须要开放。

　　为适应未来业务的要求，必须对移动智能网进行改进，相关的改进可分为3类：

　　4.3.1. SCP还是业务提供的核心

　　在这种方式下，所有的业务还是通过智能网的方式来提供，但是新的功能实体的接入采用OSA的统一接口（PARLAY），智能网对于话音和数据业务的计费和路由等基本网络增值业务还是通过CAMEL的方式来实现，接口采用CAP。体系结构如下图所示：

图 6 移动智能网改进方案1

　　采用这种方案，要求SCP可以提供以下功能：

　　* 原有对于CAP和INAP的语音和数据增值业务的处理方式不变；

　　* 具备OSA的Framework的功能，可以完成对于新增功能实体的SCFs的鉴权登记，管理上层业务的鉴权；

　　* 与业务生成平台的交互功能。

　　这种结构可以在现有智能网的基础上升级而成，无需添加新的设备，降低了成本，同时原有的SCP的框架还可以使用，开发难度相对较小。但是这种结构是否可以实现还有待进一步的论证。

　　4.3.2.Application Server成为业务提供的核心

　　在这种方式下，所有的业务都通过应用服务器来提供，底层网络包括CSE都作为SCF向上层提供服务。这种方式要求对于底层网络进行较大的改造，一种比较可行的策略是将SCP作为一个PARLAY GW，将原有的PSTN和PLMN的网络能力作为SCFs向上提供服务，原有的智能网的业务也都通过AS来提供。新增的功能实体，比如IM subsystem的CSCF功能直接向AS提供SCF，而无需通过SCP。

　　这种方式的结构如下图所示：

图 7 移动智能网改进方案2

　　在此种方式下，业务都通过应用服务器来提供，更加有利于业务的开发、管理和维护，同时又利用了原有SCP的底层协议接口，升级难度较小。但是由于应用服务器采用了分布式结构，应用了中间件技术，因而执行效率较低，无法满足许多现有智能业务的实时性要求。

　　4.3.3. SCP和AS互为补充

　　在这种方式下，针对不同业务，提供业务的平台也有所不同，如前所述，针对第1、2类业务采用智能网的SCP平台来提供业务，而对于第三类业务或第1、2类和第三类综合的业务，通过AS的方式来提供业务。原因有二：

　　* 1、2类业务对于系统的安全性和实时性要求较高，而AS所采用的PARLAY接口在安全性和实时性方面都比较差；

　　* 第3类业务对于系统的开放性和灵活性要求较高，而智能网所采用的CAP或INAP接口目前尚无法满足这方面的要求。

　　这种方式的结构如下图所示：

图 8 移动智能网改进方案3

　　方案三结合了SCP和应用服务器提供业务的优势，将不同的业务按照其特性分布在不同的实体上提供，可以充分利用底层网络资源，因此至少在短期内，方案三优于其它两种方案。

5. 总结

　　智能网技术发展到今天，从固定智能网到移动智能网、无线智能网，还有今后的宽带智能网，智能网在电信业务网络中已经成为不可替代的重要部分。在将来很长一段时间内，还会随着底层网络的发展而不断提供更多更好的电信新业务。

　　同时我们也必须认识到，智能网要不断地发展，必须要适应基础网络能力和上层应用的要求。随着电信网络逐步向多样化和开放性的方向发展，智能网也必须提供新的开放接口、分层化的业务提供机制，才可以适应新的业务运营机制的要求。这才是智能网技术发展的根本所在。

----《中国通信》