LTE下的短信.pdf

1、邮电设计技术/2013/04 收稿日期 ： 2013-02-18 朱 爱 华 1 ， 赵 河 2 ， 朱 斌 1 （1. 中 讯 邮 电 咨 询 设 计 院 有 限 公 司 ， 北 京100048 ； 2. 中 讯 邮 电 咨 询 设 计 院 有 限 公 司 ， 四 川 成 都 610042 ） Zhu Aihua 1 ， Zhao He 2 ， Zhu Bin 1 （1. China InformationTechnology Designing Instant message; LTE; IMS 0 前言 为 了 满 足 未 来 网 络 和 数 据 业 务 的 发 展 需 求 ， 3 GP

2、P 组 织 早 在 2004 年 就 开 始 进 行 LTE 的 相 关 研 究 工 作 ， LTE 在 3 GPP R 8 中 被 定 义 为 新 一 代 无 线 通 信 标 准 。 近 年 来 ， 随 着 LTE 国 际 标 准 、 关 键 技 术 和 产 业 链 的 日 渐 成 熟 ， 国 际 主 流 运 营 商 已 逐 步 开 始 LTE 网 络 的 部 署 和 运营 。 从 网 络 发 展 的 角 度 来 看 ， 移 动 核 心 网 的 电 路 域 和 分 组 域 将 长 期 并 存 ， 而 分 组 域 向 统 一 、 扁 平 的 架 构 演 进 ， 并 逐 步 向 LTE 演 进

3、， 随 着 LTE 网 络 覆 盖 的 逐 步 扩 展 ， 部 分 语 音 和 短 信 业 务 逐 步 迁 移 至 分 组 网 络 ， IMS 将 逐步成为电信核心业务的目标架构 。 LTE 技 术 能 够 提 高 小 区 容 量 和 频 谱 效 率 ， 降 低 网 络 延 迟 ， 满 足 高 速 数 据 速 率 需 求 。 LTE 是 一 个 单 纯 的 分 组 交 换 系 统 ， 只 保 留 了 分 组 交 换 的 功 能 ， 取 消 了 电 路 交 换 的 概 念 ， 不 支 持 传 统 的 电 路 交 换 业 务 ， 其 功 能 定 位 于 能 够 提 供 高 速 的 数 据 业 务

4、， LTE 技 术 本 身 并 不 考 虑 如何提供语音和短信业务 。 由 于 短 信 业 务 在 运 营 商 的 客 户 服 务 、 话 费 查 询 等 方 面 的 不 可 或 缺 性 ， 如 何 实 现 从 2 G/ 3 G 到 LTE 网 络 的 平 滑 演 进 ， 并 考 虑 演 进 后 原 有 短 信 等 业 务 的 继 承 性 问 题 是 运 营 商 在 LTE 引 入 前 就 需 要 重 点 研 究 考 虑 的 工 作 。 1 业务现状及标准情况 短 信 业 务 作 为 一 项 基 本 的 电 信 业 务 ， 主 要 通 过 信 令 通 道 传 输 有 限 长 度 的 文 本 信

5、 息 ， 包 括 点 到 点 短 信 业 务 与 小 区 广 播 短 信 业 务 等 ， 它 有 别 于 语 音 传 输 方 式 ， 能 够 起 到 告 知 、 分 享 、 沟 通 等 类 型 的 信 息 传 递 作 用 。 目 前 ShortMessageSolutionsoverLTEinNetworkEvolution 本期 关注 MonthlyFocus 朱爱华， 赵 河， 朱 斌 网络演进中的LTE 短信解决方案研究 252013/04/DTPT 短 消 息 业 务 在 现 网 上 有 着 很 广 泛 的 应 用 ， 可 用 在 话 费 及积分查询 、 账户查询 、 充值卡充值 、

6、客户服务 、 业务受 理以及增值业务等领域 。 短消息业务系统一方面为广 大用户提供内容丰富 、 功能强大的移动增值服务 ， 开拓 了网络的服务范围 ， 另一方面 ， 运营商可以通过开展此 项业务为其带来可观的经济效益 ， 因此 ， 短信业务不可 或缺 。 虽 然 LTE 部 署 之 后 ， 没 有 专 门 定 义 一 个 新 的 网 络 设 备 来 支 持 现 有 的 短 信 业 务 ， 但 经 过 近 些 年 的 协 议 演 进 及 各 大 标 准 组 织 的 探 讨 ， 目 前 业 界 基 本 达 成 一 致 认 可的 LTE 短信业务提供方式 ， 主要包括以下几种 。 方 式 一 ：

7、SMS over SGs 方 式 实 现 短 信 业 务 。 IMS 是 LTE 支 持 语 音 业 务 的 关 键 技 术 。 IMS 最 早 在 3 GPP R 5 提 出 ， 它 提 供 了 一 个 框 架 来 支 持 基 于 IP 的 业 务 。 但 是 ， 由 于 IMS 的 建 设 大 大 落 后 于 LTE ， 如 何 在 LTE 网 络 部 署 语 音 业 务 成 为 运 营 商 面 临 的 一 大 挑 战 ， 同 时 导 致 一 些 替 代 技 术 方 案 的 出 现 ， 比 如 CSFB （ circiut switched fallback ） ， 实现 LTE 用户的语

8、音业务回到现有 2 G/ 3 G 网 络 。 基 于 CSFB 的 原 理 ， 3 GPP 也 定 义 了 一 个 LTE 短 信 实 现 技 术 ， 即 SMS over SGs ， 其 中 SGs 是 核 心 网 内 部 接 口 的 名 称 。 SMS over SGs 技 术 使 得 运 营 商 得 以 充 分 利 用 在 现 网 短 信 业 务 上 的 投 资 ， 为 LTE 用 户 提 供 短 信 业 务。目前该方案已被 NGMN 定义为短信必选方案 。 方 式 二 ： 基 于 IMS 的 SMS over IP 。 在 GSMA 的 IR. 92 规 范 中 ， 要 求 终 端 和

9、 网 络 能 够 支 持 SMS over IP 的 能 力 。 此 外 ， 当 SMS over SGs 的 业 务 需 要 支 持 的 时 候 ， 终 端 和 网 络 也 需 要 符 合 TS 23 . 272 、 TS 23 . 221 以 及 TS 24. 301 的规范要求 。 从 长 远 来 看 ， 基 于 IMS 技 术 为 LTE 用 户 提 供 语 音 和 短 信 业 务 是 发 展 的 方 向 。 2010 年 1 月 ， GSMA 宣 布 发 起 一 个 VoLTE 产 业 联 盟 ， 目 前 已 经 完 成 了 LTE 提 供 基 于 IMS 的 最 优 语 音 和 短

10、 信 业 务 的 标 准 定 义 ， 包 括 漫 游和互通性规范 。 方 式 三 ： 基 于 IMS 的 即 时 消 息 。 OMA 、 3 GPP 对 即 时 消 息 都 做 了 定 义 ， OMA 主 要 关 注 业 务 需 求 方 面 ， 3 GPP 主 要 关 注 业 务 实 现 和 网 络 架 构 层 面 。 3 GPP TS 24. 247 定 义 了 基 于 IMS 的 即 时 消 息 业 务 实 现 ， 利 用 SIP 协议实现即时消息 ， 充分利用了 IMS 的业务能力 。 2 LTE 短信业务实现方案 2 . 1 SMS over SGs 方案 CSFB 技 术 中 ， 在

11、 LTE 和 2 G/ 3 G 的 双 覆 盖 区 域 ， 对 语 音 业 务 ， LTE/EPC 网 络 能 触 发 终 端 从 LTE 接 入 回 退 到 2 G/ 3 G 网络接入并进行 CS 业务。 对短消息业务， UE 不 需 要 回 退 到 CS 网 络 ， 在 LTE 下 即 可 收 发 短 消 息 （ 见 图 1 ） 。 SMS 支 持 功 能 是 基 于 在 MME 和 MSC 服 务 器 之 间 SGs 接 口 的 无 连 接 传 输 特 性 和 UE 与 MME 之 间 的 NAS 信 令 传 输 ， 即 对 于 SMS 业 务 不 执 行 CSFB 功 能 。 SMS

12、over SGs 将 继 续 利 用 UE/MS 与 MSC 之 间 的 短 消 息 协 议 实体， 在 SGs 接口上实现 SMS 传输过程 。 该 方 案 下 ， 要 求 LTE 在 网 络 附 着 过 程 中 ， 执 行 联 合 位 置 更 新 ， 其 余 短 信 流 程 和 2 G/ 3 G 电 路 域 短 信 基 本 相 同 。 2 . 2 SMS over IP 方案 当 运 营 商 已 部 署 IMS 网 络 ， 根 据 终 端 的 能 力 ， LTE 接 入 网 络 下 的 短 信 业 务 可 利 用 SMS over IP 技 术 方 案 实 现 ， 此 时 需 要 建 设

13、IP-SM-GW 以 完 成 传 统 电 路 域 短 信 与 IMS 架 构 下 SMS over IP 业 务 的 互 通 。 IP-SM-GW 在网络中的位置如图 2 所示 。 基 于 该 架 构 实 现 SMS over IP ， 要 求 终 端 注 册 时 ， S-CSCF 执 行 第 三 方 注 册 到 IP-SM-GW ， 该 方 案 满 足 了 LTE 终 端 在 LTE 附 着 时 通 过 LTE/EPC 网 络 发 送 和 接 收 传 统 短 信 的 要 求 ， 但 对 网 络 和 终 端 也 提 出 了 要 求 。 要 求 LTE 终 端 必 须 支 持 收 发 基 于 I

14、P 的 短 信 ， LTE 用 户 必 须 注 册 成 为 IMS 用 户 ， 网 络 中 必 须 部 署 IP-SM-GW 功 能， 实现 SMS over IP 和传统电路域短信业务的互通 。 2 . 3 基于 IMS 的即时消息 即 时 消 息 （ IM ） 业 务 ， 允 许 用 户 几 乎 实 时 地 将 内 容 发送给其他用户 ， 即时消息的内容通常是文本消息 ， 但 也 可 以 是 HTML 网 页 、 图 片 ， 也 可 以 包 含 歌 曲 、 视 频 文 件或者其他文件 。 即 时 消 息 有 2 种 操 作 模 式 ， 一 种 是 寻 呼 模 式 ， 另 一 种 是 会 话

15、 模 式 ， 2 种 模 式 有 着 不 同 的 要 求 和 限 制 ， 因 而 它们的实现方式也不同 。 图1 SMS over SGs 架构 E-UTRAN MSC Server Gb LTE-Uu UTRAN Uu SGSN Iu-cs GERAN Um UE Gs MME Iu-ps S1-MME SGs S3 A 本 期关注 MonthlyFocus 朱爱华 ， 赵 河 ， 朱 斌 网络演进中的LTE 短信解决方案研究 26邮电设计技术/2013/04 寻 呼 模 式 的 即 时 消 息 是 一 个 独 立 的 消 息 ， 一 般 采 用 SIP Message 的 方 式 ， 它

16、与 移 动 网 络 中 的 短 消 息 业 务 比较类似 。 会 话 模 式 的 即 时 消 息 作 为 现 有 会 话 的 一 部 分 发 送 ， 会 话 是 有 明 确 的 起 始 点 和 结 束 点 的 。 SIP 控 制 和 管 理 会 话 的 原 语 通 常 是 Invite 、 Cancel 、 Bye 等 ， 在 SIP 实 现 中 ， 即 时 消 息 会 话 是 一 个 由 Invite 开 始 ， 由 Bye 结 束 的会话 。 基于会话的即时消息流程如图 3 所示 。 基 于 会 话 的 即 时 消 息 实 现 流 程 ， 首 先 是 Invite 会 话 建 立 的 普

17、通 流 程 ， 从 而 建 立 一 个 消 息 会 话 ， Invite 消 息 中 带 有 发 送 端 可 接 收 消 息 的 最 大 字 节 数 ， 响 应 消 息 将 携 带 接 收 端 能 接 收 消 息 的 最 大 字 节 数 ， 当 MSRP 通 道 建 立 后 ， 即 时 消 息 的 内 容 被 封 装 在 MSRP SEND 消 息 体 中 发 送 给 接 收 方 客 户 端 。 当 最 后 一 个 MSRP SEND 发送并确认时 ， IM 客户端应发送 SIP BYE 请求 。 寻 呼 模 式 不 需 要 建 立 会 话 ， 而 是 采 用 基 于 Message 方 法

18、的 方 式 ， 消 息 直 接 在 Message 请 求 中 携 带 ， 该 方 法 采 用 了 一 种 类 似 动 态 路 由 的 方 式 ， 实 现 起 来 更 为 简 单 有效 。 寻呼模式的即时消息发送流程如图 4 所示 。 终 端 发 送 Message 请 求 ， 携 带 消 息 体 ， 接 收 端 接 收 到 消 息 后 ， 向 接 收 端 发 送 确 认 消 息 。 消 息 请 求 会 携 带 消息大小限制等信息 ， 如果消息大小超出限制 ， 将会拒 绝接收 。 相 比 而 言 ， 采 用 寻 呼 模 式 ， 直 接 采 用 SIP Message 方 法 ， 实 现 较 为

19、 简 单 直 接 ， 适 合 点 到 点 即 时 消 息 的 传 送 ； 基 于 会 话 的 实 现 方 式 较 为 复 杂 ， 但 功 能 较 为 强 大 ， 容 易 扩 展 和 与 其 他 SIP 业 务 相 结 合 ， 可 开 发 多 种 增 值 业务 。 3 LTE 短信业务部署策略 LTE 网 络 发 展 初 期 ， 尚 未 部 署 IMS 网 络 ， LTE 应 用 主 要 面 向 数 据 卡 、 上 网 本 等 用 户 。 此 时 对 短 信 业 务 的 需 求 集 中 在 数 据 卡 / 终 端 配 置 信 息 需 要 通 过 短 信 推 送 下 来 ， 某 些 增 值 业 务

20、 也 需 要 通 过 短 信 的 方 式 激 活 或 去 激 活 ， 通 过 短 信 告 知 LTE 数 据 卡 用 户 流 量 使 用 情 况 ， 接 IMS Core 1 IMS Core 2 AS# 2 MSRP 200 OK UE 2 AS# 1 UE 1 INVITE 会话建立流程 SIP BYE 流程 MSRP SEND MSRP 200 OK MSRP SEND MSRP SEND Originating Network MSRP 200 OK Terminating Network S-CSCF 1 200 OK UE 2 UE 1 Message AS 1 S-CSCF 2

21、Message AS 2 Message Message 202 Accepted 202 Accepted Message Message Message 202 Accepted 202 Accepted Message Message 200 OK 图4 寻呼模式的即时消息流程 图3 基于会话的即时消息流程 图2 SMS over IP 架构 IP-SM-GW CGF/CDF Sh OCS SME Gm SC Mw HSS Ro E/Gd Cx ISC C Rf J SMS-GMSC/ SMS- IWMSC IMS Core S-CSCF P-CSCF UE 本期 关注 MonthlyF

22、ocus 朱爱华， 赵 河， 朱 斌 网络演进中的LTE 短信解决方案研究 272013/04/DTPT 收 漫 游 通 知 信 息 等 。 此 时 ， 只 需 升 级 一 个 或 几 个 MSCs ， 就 可 以 支 持 SMS over SGs ， 由 现 网 电 路 域 短 信 中 心提供短信业务 。 LTE 发 展 中 远 期 ， IMS 网 络 已 部 署 ， 随 着 终 端 功 能 的 不 断 强 大 ， 支 持 SMS over IP 、 即 时 消 息 的 终 端 不 断 增 多 ， 此 时 ， 应 部 署 IP-SM-GW 功 能 实 体 实 现 基 于 IP 的 短 信 业

23、 务 ， 同 时 部 署 IM 服 务 器 或 RCS 业 务 服 务 器 ， 实 现基于 IMS 的即时消息业务 。 4 结束语 短 信 业 务 由 于 不 可 或 缺 性 ， 在 LTE 建 网 初 期 就 需 要 支 持 ， LTE 的 短 信 解 决 方 案 需 要 结 合 语 音 解 决 方 案 同 步 进 行 ， 本 文 分 析 了 不 同 网 络 演 进 阶 段 对 应 的 不 同 短 信 业 务 的 解 决 方 案 ， 并 对 关 键 技 术 的 实 现 进 行 了 对 比 和 分 析 ， 最 后 对 短 信 业 务 的 发 展 进 行 了 研 究 并 提 出 了部署建议 。

24、参考文献 ： 1 3 GPP TS 23 . 272 Circuit Switched （ CS ） fallback in Evolved Packet Sys tem （ EPS ） ； Stage 2 S/OL . 2012 - 12- 27 . http:/ topic_ 1256795 .html. 2 3GPP TS 24 . 341 Technical Specification Group Core Network and Ter minals ； Support of SMS over IP networks ； Stage 3 （ Release 11 ） S/ OL .

25、2012- 12- 27 . http:/ 24341-a 00 -support- of-sms-over-ip-networks-stage- 3-doc-d 279032028 . 3 3GPP TS 23. 204 Support of Short Message Service （ SMS ） over generic 3GPP Internet Protocol （ IP ） access ； Stage 2 S/OL . 2012 - 12- 27 . http:/ 373708883 .html. 4 3GPP TS 24. 247 Messaging service usin

26、g the IP Multimedia （ IM ） Core Network ； Stage 3 S/OL . 2012- 12- 27 . http:/www. 3 gpp.org/ftp/Spe cs/html-info/ 24247 .htm. 作者简介 ： 朱 爱 华 ， 工 程 师 ， 硕 士 ， 主 要 从 事 移 动 通 信 核 心 网 络 新 技 术 跟 踪 研 究 工 作 ； 赵 河 ， 毕 业 于 重 庆 邮 电 学 院 ， 中 讯 邮 电 咨 询 设 计 院 成 都 分 公 司 副 总 工 程 师 ， 本 科 ， 主 要 从 事 IP 网 络 和 移 动 通 信 核 心

27、 网 咨 询 设 计 工 作 ； 朱 斌 ， 工 程 师 ， 硕 士 ， 主 要 从 事 核 心 网 络 新 技 术 跟 踪 研 究 及测试工作 。 近 日 ， 科 华 恒 盛 与 中 国 石 油 天 然 气 管 道 通 信 电 力 工 程 总 公 司 （ CPC ） 在 山 西 煤 层 气 管 道 工 程 项 目 上 达 成 合 作 。 据 悉 ， 此 次 合 作 中 ， 科 华 恒 盛 共 为 项 目 方 提 供 FR-UK 系 列 UPS 产 品 及 解 决 方 案 （ 包 括 配 套 电 池 、 蓄 电 池 柜 、 电 池 监 控 仪 、 配 电 柜 等 ） 10 余 套 ， 针 对

28、煤 层 气 复 杂 、 危 险 、 多 变 的 地 下 环 境 ， 因 地 制 宜 ， 按 需 定 制 ， 实 现 了 煤 层 气 环 境 中 通 信 干 线 网 安 全 和 网 络 运 维 的 管 理 ， 为 煤 层 气 的 地 下 采 掘 提 供 了 可 靠 的 后 勤 基 础 电 力 保 障 。 在 山 西 煤 层 气 二 期 管 道 工 程 项 目 中 ， 鉴 于 复 杂 的 地 下 环 境 ， 尤 其 是 在 地 下 作 业 过 程 中 常 见 的 地 下 水 泄 露 、 瓦 斯 泄 露 等 事 故 均 会 给 地 下 照 明 、 通 信 系 统 、 地 下 管 道 通 信 运 维

29、等 造 成 严 重 破 坏 ， 并 给 地 下 施 工 人 员 带 来 极 大 的 危 险 。 因 此 ， 地 下 煤 层 气 在 开 发 过 程 中 对 安 全 有 着 很 高 的 要 求 ， 保 证 通 信 系 统 畅 通 、 电 力 供 应 稳 定 ， 一 旦 遭 遇 突 发 事 件 ， 后 备 电 力 能 否 持 续 、 稳 定 供 应 ， 将 成 为 整 个 地 下 作 业 的 “ 生命线” 。 针 对 上 述 情 况 ， 科 华 恒 盛 协 同 设 计 方 技 术 人 员 ， 根 据 项 目 中 煤 层 气 管 道 工 程 的 网 络 通 信 特 点 ， 电 力 环 境 ， 以 多

30、 台 FR-UK 系 列 UPS 并 联 ， 配 合 蓄 电 池 、 电 池 监 控 仪 、 配 电 柜 、 modbus 转 接 卡 等 ， 搭 建 一 个 小 型 数 据 中 心 解 决 方 案 。 借 助 FR-UK 系 列 UPS 本 身 固 有 的 双 回 路 冗 余 设 计 ， 彻 底 消 除 从 输 入 端 到 设 备 输 出 端 的 “ 单 点 故 障 ” 。 利 用 手 动 维 护 旁 路 设 计 ， 保 证 了 在 维 修 时 可 以 对 负 载 进 行 不 间 断 供 电 。 智 能 监 控 集 中 管 理 通 过 某 一 节 点 ， 及 时 、 准 确 、 全 面 了

31、解 各 网 点 的 运 行 情 况 ， 极 大 地 提 高 了 系 统 可 靠 性 和 可 维护性 。 （ 曹军苗 ） 科华恒盛与 CPC 保障山西煤层气管道建设 R&S 近 日 将 参 加 了 2013 年 中 国 电 子 展 。 在 本 次 展 会 上 ， R&S 公 司 与 深 圳 航 天 星 通 讯 技 术 公 司 联 合 参 展 ， 面 向 无 线 通 信 、 航 空 航 天 、 消 费 类 电 子 、 信 息 技 术 、 听 产 业 、 家 电 、 汽 车 电 子 、 医 疗 电 子 、 照 明 、 安 防 监 控 、 智 能 交 通 、 机 械 工 程 / 工 业 控 制 、 电

32、 力 电 子 等 行 业 的 用 户 ， 全 面 展 示 了 R&S 公 司 在 电 子 产 品 设 计 与 生 产 领 域 的 测 试 解 决 方 案 及 相 关 产 品 。 展 示 的 测 试 方 案 包 括 外 场 测 试 方 案 、 信 号 分 析 方 案 、 EMI 预 认 证 测 试 方 案 、 信 号 产 生 方 案 、 电 磁 兼 容 、 电 磁 干 扰 诊 断 测 试 方 案 、 功 率 测 量 解 决 方 案 、 电 路 板 级 EMI 诊 断 调 试 方 案 、 低 成 本 嵌 入 式 设 计 测 试 解 决 方 案 、 音 频 分 析 方 案 、 矢 量 网 络 分 析 方 案 等 ， 展 示 的 产 品 包 括 频 谱 和 信 号 分 析 仪 FSH 4 / 8 、 FSC 、 FSL ， 信 号 源 SMB 100 A 、 SMC 100 A ， EMI 预 认 证 接 收 机 ESL 、 功 率 计 NRP 、 NRT ， 示 波 器 RTO 、 RTM 、 HMO ， 音 频 分 析 仪 UPP ， 矢 量 网 络 分 析 仪 ZVH 、 ZVL 等。 （ 马玲 ） R&S 全方位打造电子设计与生产的测试解决方案与平台 本 期关注 MonthlyFocus 朱爱华 ， 赵 河 ， 朱 斌 网络演进中的LTE 短信解决方案研究 28