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技术
2008/12/2 13:45

Femtocell技术可满足分散型网络的多媒体流量需求

C114中国通信网  Deepak Kataria

数据网络在刚开始占据主导地位时即拥有一些共同的基本特征,如:完全基于有线连接(而非无线连接),并且假定所有信令功能均由网络内核 SS7 执行。这些网络认为终端用户设备不具备智能化,而且任何所需的网络智能都由内核来提供。在大多数定义中,这种网络均端结于局端(或根据某些比较极端的定义,这种网络的另一端连接于客户家庭中的防护盒 (protector box) 或企业客户端)。我们假定绝大部分通过该网络传输的数据都是在固定设备之间以极低的速度进行共享型的事务处理。

事时变迁,几十年足以使网络发生了重大变革,如今的网络与早期网络相比不可同日而语(以目前的标准而言,早期网络实在是太简单了)。事实上,上述早期网络的各种特点都已不复存在了。尽管有线线路基础设施仍在数据网络中发挥核心作用,而且今后还将保持这一作用,但接入方式已日益向移动技术转移,从而无线技术日益突显优势。信号传输此前完全是 SS7 的任务,并由网络内核代替“非智能化的哑设备”来执行,而此类任务现在越来越多地开始在网络边缘完成(事实上就是在用户的移动设备上完成),而且通常都基于SIP,而非依赖于 SS7。网络不再局限于局端之内,也不再受制于家庭中的某个设备,而是深入扩展到客户的家庭或办公环境中,满足更高性能的数据传输以及更精细粒度的服务质量要求。所传输数据的情况如何?越来越多的数据传输都与丰富的环境因素相关联,多媒体数据的不断增多需要高宽带做后盾,而且数据传输往往是双向的,更多地需要在移动设备之间相互传输数据。

上述技术发展自然要顺应技术前进的潮流,有些会对服务供应商提出严峻的挑战,但所有发展都是必需的。技术发展的根本驱动力是本文讨论的重点,这种趋势是不可阻挡的,是在客户需求性质使然的情况下完全可以预见的。

过去,网络服务由网络内核提供,定制网络服务非常困难,而且成本高昂。因为根据不同客户的需求创建定制内容必然会大大超出大多数运营商预算条件允许的范畴,因此基本只能实现“大众化定制”,即提供一些基于内核的特性,让客户从中进行选择。

随着时间的推移,现代网络技术不断发展和完善,网络设计人员开始意识到这种网络架构的集中特性不利于创造收入。知识产权(IP)成为设计过程中需要考虑的重要问题,随之而来的则是网络的“功能逆变”。以前,内容通常都是完全驻留于客户设备上,而现在,内容则开始向网络转移,存储在托管服务器上。SS7信令功能则开始以 SIP 客户端的形式从网络向最终用户的设备上扩展。网络化的内容使用户不再依赖于某一特定类型的设备(或任何设备),而基于设备的信令功能则使用户能选择网络及相关的内容、设备、接入模式以及付费偏好。此外,人们也已经清楚地认识到,如果能成功实现以下三大转变的话,就能获得低成本的服务定制:首先,所有定制仅在网络边缘进行;其次,所有定制只通过软件完成;最后,客户必须能够自己配置定制服务。

上述转变正不仅在有序地进行,而且还受到了传统电信运营商与非传统服务供应商的欢迎,包括 Google、Apple、Yahoo 以及 AOL 等。随着低成本多媒体设备的广泛普及和移动功能的不断发展以及宽带无线连接的强劲增长,网络已经成功实现了宽带多媒体双向移动化的转变。

上述转变对于内容和网络供应商都有着至关重要的影响。对于内容供应商而言,上述转变带来了尚未开发的全新市场。对于网络供应商而言,这一转变将有助于改进已现扁平状或已呈下降趋势的收入曲线,能通过获得全新的商机提高自身在市场中的地位,向个人客户推出定制化程度更高的服务。不过,为了实现上述目标,供应商必须建立起尽可能贴近客户的服务监控机制,目前这就意味着需要在家庭或小型企业环境下建立服务监控机制。随着无线网络接入方式日益普及,我们还应创建一种服务供应商可管理的楼宇内部无线接入点:不是 Wi-Fi 热点(Wi-Fi 本身不具备移动性),而是作为现有移动网络功能扩展的接入点,从而有助于用户在家庭或小型办公环境下高效工作。

当然,上述技术演进还会带来一系列挑战。多年来,无线产业一直在寻找低成本的楼宇内部无线解决方案,但由于工程设计与经济性方面的难题,直到目前为止,这一无线连接的难题仍没有得到有效的解决。

在当今网络中,楼宇内部的覆盖范围通常被视为现有蜂窝网络的扩展,其传播模式与覆盖方案的设计旨在确保楼宇内部实现统计意义上的成功无线连接率。但是,传统的蜂窝技术并不能实现 100% 的楼宇覆盖率,而且楼宇内部覆盖的成本非常高昂。

人们对室内覆盖解决方案的兴趣不断增长,从而推动了毫微微蜂窝基站femtocell)这种低成本连接解决方案在室内环境下的应用推广,而且这种低成本技术还具有经济性部署的优势。不过,截至目前,这种解决方案的具体经济性还比较复杂。因为这种技术主要面向家庭市场,因而要具体证明其经济性与可管理性还非常困难。

不过,我们也有好消息。第二代与第三代无线领域中半导体产品技术的不断发展有助于我们推出经济性较好的、易于管理的 femtocell 解决方案。尽管这种技术不见得一定能成功赢得市场,但其吸引力确实有增无减。

成功的关键

移动运营商的主要目标就是吸引客户,避免客户流失,尽可能保持客户的忠实度,防止客户选择其他的电信运营商。只要 femtocell 技术的制造商能够满足一些关键的技术要求,femtocell 解决方案的推出就必将有效提高移动运营商的业绩。首先,由于服务主要面向家庭用户,因此femtocell 解决方案的价格应在一般家庭可以承受的范围内。第二,由于 femtocell 概念作为移动运营商网络的功能扩展推出,因此必须确保其可扩展性是透明的,并能无缝与现有网络(尽可能减少上门服务,最多不超过一次)集成,而且还要降低电信公司的配置成本,并避免同类设备之间的RF干扰因素。

成本管理

本领域中的硅芯片供应商也面临着巨大商机。Femtocell 技术之于无线产业,就好像机顶盒之于有线电视产业,也就是说,它是实现楼宇内部网络覆盖成本最昂贵的组件。为了实现低成本目标,必须对 femtocell 的设计进行严格管理,这种观念显然早已是设计人员所非常熟悉的了。

可扩展性与传统技术集成

当今网络依赖于集中化的运营支持系统(OSS)、计费/业务支持系统(BSS)和运营、管理、维护与配置(OAM&P)系统来执行大型网络低成本运行所需的后台功能。上述大部分系统均基于集中、层级化的智能网络模型来设计的,而不适用于分布式的对等网络环境,不能与创建和使用内容的智能设备密切协作。

因此,集成 femtocell 模式有着其自身独特的挑战。在传统的3G网络中,无线电网络控制器(即负责控制所有B节点的3G网络设备)与基站收发器(B节点)在专用的高速设施上通信,使用的是 Iu-b协议。不过需要说明的是,出于成本控制原因,femtocell 设计方案通常采用 IP 连接(通常指因特网)来接入网络,而不是使用通常部署在基站和远程节点之间的专用设施上,这就会对服务供应商带来网络设计方面的挑战(同时也会带来潜在的工程设计挑战),即:如何以低成本设计、构建和运营分布式对等网络?显然,这一理念与传统的网络设计考虑大不相同。首先,假定新的理念要部署成千上万个femtocell节点。现有的后台系统必须经过修改才能接受和集成具有全面功能的上述节点(否则就会在最高层出现问题)。其次,由于 femtocells位于客户端,因此在设计管理进程时必须考虑到设备可用性的最差情况。与传统的基站不同,femtocells不一定能获得不间断电源的保障,也不一定能得到局端质量级的维护,因此在设备维护方面必须考虑到上述问题。最后,还必须考虑到安全问题,以确保 femtocells 能够在获得网络接入权限之前得到正确认证,从而避免潜在的网络入侵。

考虑到潜在的市场规模以及由此而产生的规模经济问题,我们应确保接口的标准化,这样才能促进第三方制造商的加入,并推进开放式开发环境的快速发展。

符合相关标准

尽管 femtocells 的部署完全符合技术市场要求,但仍可能在无意中对网络性能产生影响。若 femtocells 没有自己专用的频谱来避免干扰问题,那么RF工程师就必须解决传播模式设计的难题,做好复杂的频谱管理工作,以避免性能受到严重影响。我们不妨设想一下从 3G 网络至 femtocell 之间简单的网络呼叫切换问题:Femtocell 标准限制了 femtocell 可扫描的站点数量,不能超过 16 个,但这可能成为一种严重的局限性问题。如果码分多址(CDMA)系统与 femtocell 系统工作在相同的频谱中,那么两个系统的功率差异就会导致相互干扰。若是相同的楼宇中有不同的用户,那么相邻的 femtocells 之间彼此干扰的问题会更加突出。

当然,上述问题的解决方案已经在研发之中,包括针对 femtocell 系统采用专用频谱以及严格控制 femtocell 的功率等。在传统的运营环境(标准的 3G 网络)下,频率部署是经过严格界定的,可避免上述问题。之所以频率部署可行,是因为要管理的站点相对较少。但是,在femtocell 环境中,远程节点的数量很容易就达成千上万之多,这种做法就不可行了。

femtocell 设备制造商在意识到干扰现象等相关问题后,已在系统间进行了大量研究工作,并提出了多种可行的解决方案,而这最终必将成为全球 femtocell 设计和管理标准的一部分。

不同的部署模型

目前,femtocell 部署和集成有三种基本模型:第一种是采用基于 IP 的 Iu-b 接口 (3GPP Rel.5);第二种是基于 SIP(Iu/A 接口)的方法;而第三种则通过名为非授权移动接入 (UMA) 技术来使用非授权频谱。此外还有第四种方法,就是考虑使用新兴的 IMS 标准 (IMS VCC),这种办法我们也会简单谈到。

就采用 Iu-b 的模型而言,femtocells 完全集成于无线运营商的网络,就像网络中其他任何远程节点一样。Iu-b 协议承担诸多职责,其中包括管理公用通道、公用资源和无线链路,进行配置管理(含单元配置管理),处理和控制检测,TDD 同步和故障报告等。在 Iu-b 配置中,移动设备通过节点 B 链接访问规模更大网络及其服务,而 femtocells 则作为传统的基站处理。

就基于 IP 的接入和传输网络支持信号传输功能而言,SIP 发挥核心作用,而 SIP 在 femtocell 部署中也会发挥重要作用。嵌入在 femtocell 中的 SIP 客户端可利用 SIP 与支持 SIP 的移动交换中心 (MSC) 进行通信。MSC 可执行 IP SIP 网络和传统移动网络之间的运营转换。

许多人认为 UMA 技术可能是 femtocell 部署在逻辑上最成立的方式。考虑到全 IP 网络的持续发展,这种技术显然有其优势。目前称作通用接入网络 (GAN) 的 UMA 模式提供了通过宽带访问 GSMGPRS 核心网络服务的备用方式。为了支持这种技术,有关标准定义了一种全新的网络元素(UMA 网络控制器,简称 UNC)和相关协议,以确保信号的安全传输以及 IP 上用户信息流量的安全性。UNC 通过现有的 3GPP 接口(包括上述有关接口)接入核心网络。这种方式的基本优势是什么呢?基本优势就在于,它可为移动核心网络提供了一种标准化、可扩展的 IP 接口,来支持基于 femtocell 服务的核心网络集成。

语音通话持续性 (VCC) 标准是一种目前正通过 3GPP 部署而得以推广的标准。将支持 VCC 功能的 3GPP R7 提供一种网络设计,可对 IMS 网络进一步扩展,进而包括蜂窝式网络连接,能够满足非常重要的网络切换要求。根据设计,它能确保蜂窝式网络和其他任何支持VoIP的网络之间的无缝持续性通话。VCC 是一种出色的全面性标准,可确保 GSM、UMTS 和 CDMA 蜂窝式网络以及任何支持 IP 功能的无线连接之间的互用性。IMS VCC 还可在不同网络上使用统一的电话号码或SIP 识别信息,并具有功能上的多种优势,包括满足各种市场领域的要求,同时提供增强型 IMS 多媒体服务(如更出色的服务个性化和控制等)。此外,可在电路交换网络和 IMS 网络之间实现无缝切换;并能从任何 IP 设备访问服务。

IMS VCC 的诱人之处是显而易见的。IMS 或类似于 IMS 的技术显然是 IP 网络未来发展的方向之所在。作为一种能够确保现有网络元素之间实现无缝连接的访问解决方案,新兴的 IMS 架构和femtocell 明显是一种颇具前瞻性眼光的解决方案,今后随着 IMS 的日益普及,还会更加具有吸引力。

Femtocell 的部署潜力所体现的潜在市场价值也颇值得一提。基于 Femtocell的接入技术(如 IP 的大规模广泛部署)的发展不是会不会发生,而只是时间早晚问题。随着服务点从网络核心向网络远端边缘转变,潜在商机的深度和广度也将变得更加明显。只要后台系统能不断发展并支持这种相当特殊架构的独特要求,而且服务供应商能够采取适当的数据收集机制来确保满足客户对服务的要求,那么 femtocell 这种连接模式可能会带来巨大收益。因此,制造商不仅要努力实现 femtocell 产品的最佳设计,同时还要让服务供应商客户认识到 femtocell 部署的潜在商机,这一点是至关重要的。

那么未来究竟会如何呢?标准会不断发展,服务供应商会不断探索部署商机,制造商也会随之做出相应的反应。不过,最重要的是,客户需求将继续推进大量不同设备上接收的移动内容的发展,而单一的语音服务终将被大量不同类型的移动数据所取代。

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