作者：張健

    摘要：基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)中網(wǎng)絡(luò)共享的最新研究進(jìn)展，文章介紹了3GWCDMA網(wǎng)絡(luò)共享的4種解決方案：站點(diǎn)共享、公共共享網(wǎng)絡(luò)、地理分割網(wǎng)絡(luò)共享、無(wú)線接入網(wǎng)共享，對(duì)Release5中的Iu-Flex功能、Release5中連接模式下的UTRAN共享機(jī)制和Release6中的網(wǎng)絡(luò)共享支持增強(qiáng)機(jī)制等網(wǎng)絡(luò)共享的要害技術(shù)進(jìn)行了分析。

    要害詞：寬帶碼分多址；網(wǎng)絡(luò)共享；解決方案；要害技術(shù)

    Abstract:Basedonthelatest research achievements of 3GPP standards on Network Sharing, this paper introdUCes 4 solutions of Network Sharing in 3G WCDMA networks. They are site sharing, common shared networks, geographically split network sharing and UMTS Terrestrial Radio access Network (UTRAN) sharing. Key network sharing technologies such as Iu-Flex and UTRAN sharing in connected mode of Release5 and enhanced UTRAN sharing of Release6 are then analyzed.

    KeyWords:WCDMA;networksharing; solution; key technologies

    3G寬帶碼分多址(WCDMA)中的網(wǎng)絡(luò)共享技術(shù)是答應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商之間共享WCDMA一部分網(wǎng)元的技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商之間可以利用各自的優(yōu)勢(shì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享合作建設(shè)/運(yùn)營(yíng)WCDMA網(wǎng)絡(luò)，從而降低初期建網(wǎng)投資，以更快的速度進(jìn)入市場(chǎng)，提供3G服務(wù)，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果表明，網(wǎng)絡(luò)共享在覆蓋擴(kuò)展階段大概可以為運(yùn)營(yíng)商節(jié)約20%～40%的成本[1]，因此該項(xiàng)技術(shù)受到國(guó)際上主要運(yùn)營(yíng)商與設(shè)備供給商的廣泛關(guān)注。

    最初的3GPP規(guī)范沒(méi)有考慮過(guò)兩個(gè)或更多獨(dú)立運(yùn)營(yíng)商共享部分或全部網(wǎng)絡(luò)的可能性，在Release99與Release4中，用戶設(shè)備(UE)能夠切換到其他可選公眾陸地移動(dòng)網(wǎng)(PLMN)的特性可以認(rèn)為是對(duì)網(wǎng)絡(luò)共享的一種有限支持。Release5中，引入了Iu-Flex的概念和連接模式下共享通用移動(dòng)通信系統(tǒng)地面無(wú)線接入網(wǎng)(UTRAN)的特性。到Release6時(shí)，提出了4種網(wǎng)絡(luò)共享的解決方案，并重點(diǎn)研究了對(duì)UTRAN共享支持方面的功能增強(qiáng)。2004年12月在希臘雅典召開(kāi)的3GPP技術(shù)規(guī)范組無(wú)線接入網(wǎng)(TSGRAN)第26次會(huì)議上確定網(wǎng)絡(luò)共享課題的研究工作完成[2]，標(biāo)志著網(wǎng)絡(luò)共享在技術(shù)上基本成熟。

    1  網(wǎng)絡(luò)共享的4種解決方案

    網(wǎng)絡(luò)共享主要有4種解決方案：站點(diǎn)共享、公共共享網(wǎng)絡(luò)(共享無(wú)線接入網(wǎng)和部分核心網(wǎng))、地理分割網(wǎng)絡(luò)共享、無(wú)線接入網(wǎng)共享(即共享UTRAN)[1,3]，具體采用哪一種方案取決于市場(chǎng)情況、流量預(yù)期以及許可狀況。共享的網(wǎng)元可以被一個(gè)運(yùn)營(yíng)商擁有，或多個(gè)運(yùn)營(yíng)商共同擁有，或者獨(dú)立的第三方所擁有。

    站點(diǎn)共享包括運(yùn)營(yíng)商之間共享站址、天線放置塔、天線、電源設(shè)備、傳輸設(shè)備，一個(gè)站點(diǎn)可以被兩個(gè)GSM運(yùn)營(yíng)商，或兩個(gè)WCDMA運(yùn)營(yíng)商，或一個(gè)GSM運(yùn)營(yíng)商與一個(gè)WCDMA運(yùn)營(yíng)商所共享。站點(diǎn)共享可在站點(diǎn)的獲取、土建工程、站點(diǎn)年租費(fèi)、站點(diǎn)運(yùn)行費(fèi)等方面節(jié)約成本。站點(diǎn)共享適用于人口密集區(qū)域以及農(nóng)村地區(qū)。

    公共共享網(wǎng)絡(luò)方案中，多個(gè)運(yùn)營(yíng)商共同建設(shè)與運(yùn)營(yíng)一個(gè)公共的3G網(wǎng)絡(luò)，包括無(wú)線接入網(wǎng)與部分核心網(wǎng)。該方案有利于提高頻譜效率，各共享的運(yùn)營(yíng)商可以配置同一個(gè)頻點(diǎn)以提供初始覆蓋。在網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)期有限的大面積區(qū)域使用該方案非常節(jié)約成本，該方案也答應(yīng)不具有3G許可的運(yùn)營(yíng)商與具有3G許可的運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)共享。

    地理分割網(wǎng)絡(luò)共享方案中，每個(gè)運(yùn)營(yíng)商擁有各自獨(dú)立的3G網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)營(yíng)商覆蓋不同的地理區(qū)域，通過(guò)答應(yīng)用戶進(jìn)行國(guó)內(nèi)漫游來(lái)擴(kuò)展3G服務(wù)的覆蓋范圍。共享區(qū)域的通信流量集中到各個(gè)獨(dú)立運(yùn)營(yíng)商的頻點(diǎn)內(nèi)，從而提高了效率。在農(nóng)村，地理分割網(wǎng)絡(luò)共享可以作為擴(kuò)展覆蓋區(qū)的長(zhǎng)期配置方案，每個(gè)運(yùn)營(yíng)商仍然維持各自的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)相互漫游協(xié)議或單方漫游協(xié)議，覆蓋區(qū)大的運(yùn)營(yíng)商可以為覆蓋區(qū)有限的運(yùn)營(yíng)商提供額外的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

    無(wú)線接入網(wǎng)共享方案中，運(yùn)營(yíng)商共享無(wú)線接入網(wǎng)(RAN)，包括無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)與基站。如圖1所示，一個(gè)物理的RNC被分為兩個(gè)或更多邏輯的RNC，分別屬于不同的運(yùn)營(yíng)商，每個(gè)邏輯RNC有自己的公眾陸地移動(dòng)網(wǎng)(PLMN)網(wǎng)碼、載波、頻點(diǎn)，RNC在物理上被共享但在邏輯上是分離的。共享RAN在RNC軟件中引入，擴(kuò)展了頻點(diǎn)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量。無(wú)線接入網(wǎng)共享方案被典型應(yīng)用于人口密集區(qū)域以實(shí)現(xiàn)3G許可所要求的區(qū)域覆蓋狀況，或者用于解決3G許可要求之外的共同區(qū)域覆蓋情況，每個(gè)運(yùn)營(yíng)商均可以為各自的覆蓋區(qū)連接共享的RAN。

    2  網(wǎng)絡(luò)共享的要害技術(shù)

    2.1Release5中的Iu-Flex功能

    Release5引入了Iu-Flex功能，即RNC支持一個(gè)RAN節(jié)點(diǎn)到多個(gè)CN節(jié)點(diǎn)的域內(nèi)連接路由功能，答應(yīng)RAN節(jié)點(diǎn)把信息在相應(yīng)的電路交換(CS)域或分組交換(PS)域路由到不同的CN節(jié)點(diǎn)，從而使多個(gè)MSC或SGSN之間進(jìn)行負(fù)荷分擔(dān)以進(jìn)一步提高硬件的使用效率。圖2的區(qū)域池(PoolArea)集中了一個(gè)或多個(gè)MSC或SGSN服務(wù)區(qū)，UE可能在此區(qū)域中漫游而不需改變服務(wù)CN節(jié)點(diǎn)。一個(gè)區(qū)域池可以服務(wù)于幾個(gè)并行的CN節(jié)點(diǎn)，區(qū)域池對(duì)CS域和PS域可以獨(dú)立配置。從RAN的角度看，區(qū)域池包括一組并行CN節(jié)點(diǎn)所服務(wù)的一個(gè)或多個(gè)RNC所有的位置區(qū)/路由區(qū)(LA/RA)，這組CN節(jié)點(diǎn)可能還服務(wù)于該區(qū)域池之外的LA/RA，也可能服務(wù)于其他的區(qū)域池。這組CN節(jié)點(diǎn)也可以是相應(yīng)的MSC池或SGSN池，一個(gè)區(qū)域池中多個(gè)CN節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷均衡，而且它們所提供的服務(wù)范圍與單個(gè)CN節(jié)點(diǎn)提供的服務(wù)區(qū)相比擴(kuò)大了許多，這樣可以減少CN間節(jié)點(diǎn)更新、切換和重定位，降低歸屬位置寄存器(HLR)更新流量。

    Iu-Flex的基本工作過(guò)程如下：

    服務(wù)SGSN的建立。當(dāng)UE執(zhí)行GPRS附著(Attach)時(shí)，RNC選擇合適的SGSN。SGSN把其標(biāo)識(shí)——網(wǎng)絡(luò)資源標(biāo)識(shí)(NRI)編碼到分組臨時(shí)移動(dòng)用戶標(biāo)識(shí)(P-TMSI)中。使UE、RNC、服務(wù)SGSN都知道國(guó)際移動(dòng)用戶標(biāo)識(shí)號(hào)與網(wǎng)絡(luò)資源標(biāo)識(shí)(IMSI-NRI)的映射關(guān)系。RNC、SGSN可以相應(yīng)地路由分組包。

    記錄服務(wù)SGSN。當(dāng)UE在分組域移動(dòng)治理-連接(PMM-connected)模式時(shí)，RNC保持IMSI-NRI映射。當(dāng)UE進(jìn)入分組域移動(dòng)治理-空閑(PMM-idle)模式時(shí)，RNC刪除UE的數(shù)據(jù)(沒(méi)有來(lái)自于或到UE的分組包需要路由)。當(dāng)UE重新進(jìn)入PMM-connected模式時(shí)，把其服務(wù)SGSN的NRI提供給RNC。

    2.2Release5中連接模式下的UTRAN共享機(jī)制

    Release99與Release4中，CN和UTRAN都提供了當(dāng)UE在空閑模式時(shí)對(duì)當(dāng)前PLMN和其他PLMN的位置區(qū)的接入限制機(jī)制。該機(jī)制可用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享，基于漫游協(xié)議可以對(duì)不同的UE施加不同的接入限制。但UE在連接模式時(shí)卻沒(méi)有提供一致的接入限制機(jī)制。Release5中共享網(wǎng)絡(luò)區(qū)(SNA)概念的提出解決了連接模式下UTRAN共享問(wèn)題[4]。SNA-Id為SNA的標(biāo)識(shí)，用于標(biāo)識(shí)包含有一個(gè)或多個(gè)位置區(qū)(LA)的區(qū)域。這樣的區(qū)域稱為SNA，賦予連接模式下的UE對(duì)共享網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)權(quán)限。SNA-Id由公眾陸地移動(dòng)網(wǎng)的標(biāo)識(shí)(PLMN-Id)與共享網(wǎng)絡(luò)區(qū)域碼(SNAC)組成。SNA-Id=PLMN-IdSNAC，SNAC由運(yùn)營(yíng)商定義。

    共享網(wǎng)絡(luò)接入控制功能答應(yīng)CN請(qǐng)求UTRAN應(yīng)用UE來(lái)指定接入控制到UTRAN的位置區(qū)和鄰近網(wǎng)絡(luò)的LA。共享網(wǎng)絡(luò)接入控制功能基于整個(gè)PLMN或者SNA。一個(gè)SNA對(duì)應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)位置區(qū)。一個(gè)或多個(gè)位置區(qū)屬于一個(gè)獨(dú)立的PLMN，UE接入可以在該獨(dú)立的PLMN中被控制。為了對(duì)UTRAN或鄰接系統(tǒng)進(jìn)行共享網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)控制，UTRAN需要知道相關(guān)的LA是否屬于一個(gè)(或多個(gè))SNA。假如對(duì)一個(gè)特定UE的接入需要限制，CN會(huì)提供SNA接入信息給該UE。SNA接入信息指示UE答應(yīng)接入哪些PLMN和/或哪些SNA?；贚A是否屬于PLMN或者SNA，UTRAN決定是否答應(yīng)UE接入某LA。假如不答應(yīng)接入，UTRAN會(huì)請(qǐng)求CN釋放存在的資源，通過(guò)Iu接口發(fā)起釋放請(qǐng)求過(guò)程(原因?yàn)楣蚕砭W(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)限制)或者通過(guò)請(qǐng)求重定位(原因也為共享網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)限制)。

    2.3Release6中的網(wǎng)絡(luò)共享支持增強(qiáng)機(jī)制

    Release6的UTRAN共享機(jī)制答應(yīng)不同的運(yùn)營(yíng)商共享RAN網(wǎng)元，而且可以共享無(wú)線資源。運(yùn)營(yíng)商既可以擁有專有的RAN，也可以沒(méi)有。

    RAN共享主要有兩種參考模型[5,6]：一，除共享RAN外，MSC和SGSN也被共享，這種配置方式稱為網(wǎng)關(guān)核心網(wǎng)(GWCN)配置，如圖3所示；二，僅有RAN被共享，這種配置方式稱為多運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)(MOCN)配置，如圖4所示。

    網(wǎng)絡(luò)共享是運(yùn)營(yíng)商之間的協(xié)議，對(duì)于用戶而言是透明的。這意味著Release6中支持網(wǎng)絡(luò)共享的UE(SupportingUE)需要區(qū)分共享RAN的不同的核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商，而且可以像對(duì)待非共享網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)營(yíng)商那樣對(duì)待他們。網(wǎng)絡(luò)共享中系統(tǒng)消息廣播應(yīng)該包含共享RAN中的每個(gè)小區(qū)信息，包含共享RAN的每個(gè)核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商信息。SupportingUE對(duì)系統(tǒng)消息廣播進(jìn)行解碼以確定共享網(wǎng)絡(luò)中各核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商。

    Release6中不支持網(wǎng)絡(luò)共享的UE(Non-supportingUE)忽略系統(tǒng)消息廣播中網(wǎng)絡(luò)共享的相關(guān)信息。當(dāng)UE初始接入共享網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將要選擇一個(gè)可用的CN運(yùn)營(yíng)商為其服務(wù)。在MOCN配置方式中，RAN把UE到共享RAN的初始接入路由到某個(gè)可用的CN節(jié)點(diǎn)。到共享網(wǎng)絡(luò)的初始接入完成后，只要被選定的CN運(yùn)營(yíng)商能夠?yàn)樵揢E提供服務(wù)，則該UE并不切換到其他可用的CN運(yùn)營(yíng)商。在常規(guī)網(wǎng)絡(luò)中，總是同一個(gè)CN運(yùn)營(yíng)商為UE提供CS域和PS域服務(wù)。在共享網(wǎng)絡(luò)中，SupportingUE在CS域和PS域注冊(cè)的行為與常規(guī)網(wǎng)絡(luò)中的行為相同。UE使用用戶識(shí)別模塊/通用簽約用戶識(shí)別模塊(SIM/USIM)中儲(chǔ)存的信息，向該UE去附著(Detach)的核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行附著(Attach)操作。對(duì)于共享網(wǎng)絡(luò)中的SupportingUE，SIM/USIM中儲(chǔ)存的信息指示為它所Detach的核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商，該信息使Supporting UE可以Attach到它所Detach的核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商。對(duì)于共享網(wǎng)絡(luò)中的Non-supporting UE，SIM/USIM中儲(chǔ)存的信息指示為常規(guī)公眾陸地移動(dòng)網(wǎng)(Common PLMN)。Supporting UE顯示它所注冊(cè)的PLMN-Id的名字。在共享網(wǎng)絡(luò)中，為被選定的核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的PLMN-Id。使用共享拜訪位置寄存器/服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)(VLR/SGSN)不應(yīng)導(dǎo)致服務(wù)限制，例如漫游限制。

    HLR從VLR/SGSN號(hào)碼中導(dǎo)出用戶是漫游到歸屬公眾陸地移動(dòng)網(wǎng)(H-PLMN)還是訪問(wèn)公眾陸地移動(dòng)網(wǎng)(V-PLMN)，GWCN配置中共享VLR/SGSN將從各自所支持的H-PLMN分配到一個(gè)專門的號(hào)碼。例如共享VLR/SGSN有多個(gè)號(hào)碼，和HLR進(jìn)行信令交互時(shí)使用用戶的核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商所分配的VLR/SGSN號(hào)碼。

    SupportingUE選擇核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商并為網(wǎng)絡(luò)提供該運(yùn)營(yíng)商的PLMN-Id供路由之用。在共享網(wǎng)絡(luò)中的可用核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商信息，將由RNC通過(guò)系統(tǒng)消息廣播發(fā)送。假如系統(tǒng)消息用專用信令發(fā)送到SupportingUE，RNC能夠指示已經(jīng)與該UE建立信令連接的核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的PLMN-Id(假如信令中包含PLMN-Id)。對(duì)于Non-supportingUE，RNC能夠指示Common PLMN的PLMN-Id(假如信令中包含PLMN-Id)。當(dāng)傳輸初始層3信令時(shí)，RNC能夠?yàn)镾upporting UE向CN指示選定的核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商。選定的核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商被UE在無(wú)線資源控制(RRC)信令中指示或隱含在已經(jīng)存在的信令連接中。對(duì)于Non-supporting UE，RNC無(wú)法向CN指示選定的核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商。當(dāng)UE第一次訪問(wèn)MSC時(shí)，例如，當(dāng)該UE沒(méi)有VLR條目時(shí)，MSC校驗(yàn)該UE是否屬于共享MSC的其中某一個(gè)運(yùn)營(yíng)商，或者他們的漫游伙伴。在MOCN配置方式中，MSC可能無(wú)法為該UE提供服務(wù)，該UE必須重定向到另一個(gè)核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的MSC。最終服務(wù)于該UE的MSC/VLR為該UE分配一個(gè)NRI，以答應(yīng)RAN路由該UE對(duì)服務(wù)MSC/VLR的訪問(wèn)。當(dāng)UE第一次訪問(wèn)SGSN時(shí)，例如，當(dāng)UE對(duì)于SGSN為未知時(shí)，SGSN校驗(yàn)該UE是否屬于共享SGSN的其中某一個(gè)運(yùn)營(yíng)商，或者他們的漫游伙伴。為了這個(gè)目的，SGSN從另一個(gè)SGSN或從UE導(dǎo)出IMSI信息。SGSN確定一個(gè)核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商，除非老的SGSN或UE已經(jīng)指示了一個(gè)核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商，SGSN也儲(chǔ)存核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的標(biāo)識(shí)。在MOCN配置方式中，SGSN可能無(wú)法為該UE提供服務(wù)。該UE必須重定向到另一個(gè)核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的SGSN。最終服務(wù)于該UE的SGSN為該UE分配一個(gè)NRI，以答應(yīng)RAN路由該UE對(duì)服務(wù)SGSN的訪問(wèn)。

    3  結(jié)束語(yǔ)

    網(wǎng)絡(luò)共享現(xiàn)在正受到運(yùn)營(yíng)商與設(shè)備供給商的廣泛關(guān)注，文章基于目前3GPP在網(wǎng)絡(luò)共享方面最新研究成果，對(duì)網(wǎng)絡(luò)共享主要的實(shí)現(xiàn)方式與要害技術(shù)進(jìn)行了分析與總結(jié)。2004年12月，Release6網(wǎng)絡(luò)共享研究課題“UTRAN中網(wǎng)絡(luò)共享支持增強(qiáng)”已經(jīng)基本完成，并得到3GPP相關(guān)工作組的確認(rèn)，有待寫(xiě)入相應(yīng)的協(xié)議。

    4  參考文獻(xiàn)

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    作者簡(jiǎn)介：

    張健，畢業(yè)于華東師范大學(xué)計(jì)算機(jī)系，碩士。現(xiàn)為中興通訊股份有限公司移動(dòng)事業(yè)部系統(tǒng)工程師，主要從事第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中WCDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器的研究與開(kāi)發(fā)工作。