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，通過可移動(dòng)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(yīng)用更多表現(xiàn)為通過網(wǎng)絡(luò)傳播的各種信息表示方式，而且越來越重視通過網(wǎng)絡(luò)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(gè)典型的多媒體協(xié)議，它可以在一個(gè)主頁內(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)完成對信息的傳輸，特定的多媒體應(yīng)用對傳輸網(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，用戶可以在對方未接入系統(tǒng)時(shí)就向?qū)Ψ桨l(fā)出短消息。短消息的開發(fā)目的是向移動(dòng)用戶提供一種廉價(jià)的尋呼業(yè)務(wù),經(jīng)過擴(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。在GSM系統(tǒng)中，GPRS系統(tǒng)通過占用多個(gè)信道來擴(kuò)展帶寬，WCDMA系統(tǒng)中可以通過不同級別的信道碼來實(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)是針對話音業(yè)務(wù)的，其安全措施不夠完備，WCDMA系統(tǒng)對安全措施進(jìn)行了一些修改，主要措施如下：

    *增加移動(dòng)臺對網(wǎng)絡(luò)的識別功能，防止偽造基站攻擊；

    *增加密鑰長度，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中途引入終端識別號(IMEI)概念，WCDMA系統(tǒng)從一開始就設(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。

    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(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)用安全的問題目前依靠服務(wù)提供商和用戶來解決，真正的解決方案還有待于進(jìn)一步研究。

    3.QoS

    QoS直接影響用戶對網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)的評價(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)用對于承載業(yè)務(wù)的QoS能力十分敏感，比如視頻電話顯然不能使用時(shí)延沒有保證的短消息業(yè)務(wù)來承載。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(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)不同的級別：會話級、交互級、流級、背景級。不同級別各有不同的應(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問題。

    三、多媒體應(yīng)用簡介

    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)媒體間的同步問題以及與現(xiàn)有多媒體網(wǎng)絡(luò)的“無縫”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

    可視電話及多方會議是傳統(tǒng)雙向話音業(yè)務(wù)的延伸，為此ITU－T制定了H.323系列標(biāo)準(zhǔn)來規(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)上提供視頻會議及附加多媒體信息的傳輸，它提供多端點(diǎn)的圖像和話音兩種實(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。



    對于3G系統(tǒng)，可視電話將作為一種基本業(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)的開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)為了保護(hù)運(yùn)營商現(xiàn)有投資，3G系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)可視電話業(yè)務(wù)時(shí)必然要考慮對H.323標(biāo)準(zhǔn)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(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?？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(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(yīng)用時(shí)使用的設(shè)備，用于連接其他類型的終端設(shè)備，比如普通電話,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(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，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(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。

    ITU－T方面也注意到視頻電話業(yè)務(wù)對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)問題，就能夠使兩者結(jié)合起來。

    *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)/固定混合多方會話控制；

    *GSM－WCDMA網(wǎng)間漫游及切換問題。

    筆者個(gè)人認(rèn)為一個(gè)合適的3G視頻電話系統(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)的部分是能夠通過對HLR/VLR/AUC的訪問完成支持漫游的呼叫控制和計(jì)費(fèi)工作，由于移動(dòng)臺切換時(shí)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(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，人們利用它開發(fā)了種類繁多的應(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(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(jìn)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(wù)的穩(wěn)定性有保證，移動(dòng)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(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(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)量話音、高質(zhì)量視頻、語音識別、個(gè)人身份驗(yàn)證等。

    四、未來展望

    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。