作者:胡錚 張平    摘要：B3G時代的未來移動通信系統將是一個以用戶為中心，提供個性化業務體驗的開放融合的信息基礎設施，因此面向B3G的業務模型及業務架構的研究對未來移動通信網絡建設具有基礎性指導作用。

    要害詞：后3G；業務模型；業務架構；業務支撐技術案

    Abstract:ThefutureBeyond3G(B3G) mobile communication system is envisioned as a user-centric, open and convergent information infrastrUCture capable of providing individualized services. Therefore, it is extremely important to develop relevant service models and architectures for B3G services. Based on the evolution trend and service features of B3G, a three-dimension service model is proposed, including dimensions of service supporting scope, service capability definition and adaptive feature element. Accordingly, a hierarchical service architecture for B3G is introduced. The enabling technologies for B3G service provision based on the architecture are discussed, such as Virtual Home Environment (VHE), service support environment, service openness, distributed computing, intelligent technology and profile. The enhanced VHE architecture, based on the research in respects of function distribution, service capability granularity, intelligent elements and architecture, is believed to be the dominant architecture in B3G.

    KeyWords:B3G;servicemodel; service architecture; service enabling technology

    基金項目：國家“863”計劃項目(2004AA119030)

    自20世紀90年代以來，移動通信獲得了巨大的成功，不斷地改變著人們的生活方式和生產方式。從1G到3G，移動通信之所以獲得如此迅猛發展，一是因為業務滿足了用戶的需求，二是因為業務架構滿足了產業價值鏈的需求。需求驅動的發展觀決定了業務成為通信網絡系統成敗的要害。因此，建設后3G(B3G)時代的未來移動通信系統需要非常重視業務的研究。

    1.B3G系統的演進和未來業務特征

    伴隨著更新的接入和傳輸技術的使用，網絡系統的傳輸帶寬和服務質量大幅提高，成本則大幅降低，為高速高質量多媒體業務的繁榮創造了條件。系統將面對豐富的異構網絡和平臺，如通用移動通信系統(UMTS)、數字視頻廣播(DVB)、公共交換電話網(PSTN)、Internet，以及廣泛部署在用戶生活、工作空間的身體域網(BAN)、個人域網(PAN)、家庭網(HAN)、車域網(VAN)等智能終端網絡。這些網絡擁有各自的平臺和業務資源，并在ip的基礎上形成一個融合互補的無所不在的移動通信業務環境，為用戶提供個性化的業務體驗。B3G時代的商業模型將擁有更豐富的內部關聯，其價值鏈條將引入更靈活的角色和環節，從而提供廣闊的市場空間。移動通信系統的演進將構建一個包括網絡提供商、接入提供商、業務提供商、軟件開發商、內容提供商甚至用戶本身在內的靈活、良性互動的業務環境。該業務環境具有以下特點：一是新奇的業務提供方式，如對等方式(P2P)；二是用戶將體驗更豐富多彩、更智能的個性化業務；三是集成更多的創新力量(第三方軟件商、用戶)來快速開發業務應用；四是業務將以更高效的、更易接受的方式運營和部署。

    B3G業務特征可以根據其演進趨勢從兩個角度進行分析而得到。一是以用戶為中心，在業務提供上注重用戶業務體驗的增強；二是面向市場，在業務運營、開發、部署上要滿足構建具有創新性和增值空間的價值鏈的需求。

    B3G時代的業務特征為：

    (1)多媒體化的直觀特征。對通信感官體驗的追求使多媒體成為主流的信息表示和交互方式，而高傳輸帶寬和質量鋪平了道路，B3G系統中多媒體業務將大量涌現。

    (2)個性化、環境感知和適配性的智能化特征[1]。普適(Ubiquitous)的業務提供方式，以用戶為中心，主動感知上下文及用戶偏好，智能適配業務行為，提供更自然的交互方式，從而使用戶的注重力更集中到任務本身，增強用戶的業務體驗。

    (3)帶來豐富的創新資源的開放性特征。作為Internet在業務多樣性和創新性上的成功經驗，開放分層的架構思想將為B3G業務提供帶來豐富的創新資源，也為異構系統提供了融合的契機。開放性特征主要體現在通過標準接口開放網絡的能力，從而答應第三方利用開放的網絡能力和資源靈活快速地開發和部署業務。

    (4)B3G系統必然面對一個異構的網絡環境，不同無線技術和接入網絡將以互補的方式共存[2]。不論是為了在異構環境下保持個性化業務的一致提供，還是為了高效利用異構網絡資源進行業務開放部署，B3G系統不僅在網絡層面上要實現互通，而且在業務和應用層面上也要實現無縫的融合。增強用戶體驗和面向市場產業的需求在“無縫融合”這一點上獲得了統一。

    2.B3G業務模型及架構

    2.1業務參考模型

    以統一的業務模型為參考設計B3G融合業務架構，以支持個性化業務生成和部署，這是B3G業務研究的基礎問題。B3G系統建設的指導原則是在現有技術架構的基礎上演進而不是革命，即保持良好的延續性和兼容性，在業務模型和業務架構的設計上亦無例外。

    現有的移動通信業務模型主要體現在UMTS的OSA/Parlay架構上[3]。OSA/Parlay使用通用對象請求代理體系結構(CORBA)和Web服務的分布式技術，將運營網絡業務能力通過網關抽象開放給外部應用。然而，該模型主要依靠靜態的網絡基礎設施，提供有限標準的線性的業務能力抽象。為了支持異構融合，支持邊緣終端網絡的動態業務能力抽象，以及支持更靈活個性化的業務生成和部署，業務模型將擴展成如圖1所示的三維模型。該模型分解為業務支撐范圍、業務能力定義和適配特征元素3個“正交”的維度。

    業務模型在業務支撐環境維度將所有B3G相關設備的業務資源都列入能力抽象的范圍，可擴展地支持靜態業務能力(運營網絡業務功能)和動態業務能力(終端系統、終端網絡、應用服務器端系統的業務功能)?？蓴U展的開放業務能力屏蔽了網絡和平臺異構性，將業務資源整合到一個框架中，實現了業務支撐層的融合。

    模型在業務能力定義維度以分層的方式劃分和定義業務能力。不同層業務能力具有不同的業務抽象粒度，粒度隨著層次增高而增大。最低層業務能力抽象粒度最小，提供如命令調用、事件通知等基本功能，但通用性最強，適合所有可用業務。上層業務能力可由下層業務能力組合或繼續形成，隨著業務能力層次增高，其通用性減弱而定制性增強。在這個結構下，簡單業務和復雜個性化業務可以靈活地生成和部署。繼續機制的運用為業務能力定義提供了兼容性框架，跨異構平臺的業務融合通過不同層業務能力互操作及繼續得以實現。即使應用沒有配置更符合其需求的高層業務能力，它仍能通過繼續關系使用高層次的業務能力[4]。

    應用執行環境是高層端到端應用運行的位置，對開放業務能力的具體調度和協同工作進行治理和協調。它是一種或若干種語言的解釋器/解析器，如java字節碼、超文本鏈接標記語言/可擴展超文本鏈接標記語言/可擴展標記語言(Html/XHTML/xml)等。應用邏輯與執行環境具有松耦合的架構，從而使應用的生成能以設備無關的方式進行。

    個性化、環境感知、適配性特征體現在業務提供架構的各個層次面。模型引入適配性特征元素對其進行支持。適配性特征元素包括分布式應用體系、環境監視和事件通知、數據信息治理、上下文模型構建、語義匹配，它們并不是實體，在業務架構中分布于不同業務層和不同的網絡位置，依靠交互協同實現功能。適配性特征元素可看作是構建業務平臺和開發業務能力使其具備個性化、可適配的特征的一系列工具集，世界無線研究論壇(WWRF)第二工作組將這些工具集定義為通用業務元素[5]。

    分布式應用框架提供中間件技術實現業務能力的抽象和開放應用編程接口(API)，以及在異構動態環境中業務的發現、互操作、替換和自動(重)配置。環境監視和事件通知負責監測業務運行環境的上下文，并在環境改變并滿足某種觸發條件時進行事件通告以支持業務行為的適配。數據信息治理提供一致、可靠的分布式數據庫平臺，負責業務相關信息(如用戶信息、用戶定制、設備能力、應用需求等)的操作和治理。個性化適配業務的提供需要不同的上下文模型的支持，包括網絡情況、用戶偏好、環境等，需要提供上下文模型構建的工具集。模型的異構性導致建模方式的多樣化。適配業務的提供需要系統匹配個人偏好、網絡和終端能力、應用需求，匹配需要使用語義技術來規范各種信息的表示和定義，支持基于語義的決策和適配。

    2.2業務架構

    B3G的業務架構秉承業務應用與承載網絡分離的設計思想，根據業務模型進行構建。如圖2所示，業務架構自底向上主要分為3層：網絡基礎設施層、業務提供層和應用層。

    網絡基礎設施面向各種類型的接入網、核心運營網、公共電話網、衛星通信系統、無線局域網、終端或終端網絡，這些異構子系統在IP網絡連接上互通，提供業務資源。網絡基礎設施還包括控制和治理子層，如IP多媒體子系統(IMS)[6]。網絡基礎設施層的最上層是業務支撐子層，它提供開放API使業務提供層接入異構的網絡基礎設施的業務資源。業務支撐子層的中間件平臺是異構共存的。

    業務提供層部屬在網絡基礎設施之上，設置了業務引擎和業務特征，還設置了業務提供、平臺治理及配置功能。業務引擎分為基本業務引擎和適配業務引擎。基本業務引擎子系統處于業務模型的較低層，它提供與網絡和平臺相關的基本業務功能，如服務質量(QoS)控制、開放業務架構(OSA)網關功能、終端控制等?；緲I務引擎實現主要有兩種方式：封裝開放API(如OSA/Parlay)的業務功能、重新封裝業務能力(如終端控制)。適配業務引擎子系統支持個性化業務生成和提供。適配業務引擎主要通過集成、擴展基本業務引擎或網絡支撐子層開放的業務能力實現。適配業務引擎具有更高層的業務能力粒度，提供個性化、QoS協商、信息提取、環境建模、業務適配等功能[7]。業務引擎的開發和集成采用業務參考模型作為指導。業務特征子系統在業務引擎及網絡業務能力的開放接口的支持下提供業務實施的一系列功能，如視頻會議、文件傳輸、多媒體通話等，具備高層業務能力的屬性。業務特征可以集成適配決策的控制功能，以向上層應用提供自適應的業務。業務提供層提供中間業務，或提供給用邏輯執行環境，通過開放式API以便運營商和第三方可以更加快速地生成和部署個性化業務。另外，業務提供層還包括業務提供代理、業務資源庫、用戶信息庫、配置治理和計費治理等平臺子系統。子系統與執行環境、業務特征、業務引擎交互，提供業務配置、業務提供、業務運行控制、數據治理、用戶治理、服務提供商治理、鑒權、計費等業務治理支撐功能。業務提供層功能基于分布式的體系結構，既支持中心化的業務架構，又支持對等的無中心架構。

    應用層在業務提供層之上，基于開放接口或執行環境生成和部署應用邏輯。應用邏輯協同調用業務資源實現高層端到端應用以提供業務體驗。多層多粒度的抽象模型既支持復雜可適配應用的提供，又支持簡單應用的提供。應用邏輯可由腳本化描述語言實現，支持與平臺無關的松耦合架構思想。

    3.B3G業務支撐技術

    3.1虛擬歸屬環境

    針對異構環境下的個性化業務提供，第三代合作伙伴計劃(3GPP)提出了虛擬歸屬環境(VHE)[8]。VHE具有面向網絡和終端的異構性特點，其核心思想體現在跨越不同網絡和終端的個性化業務的可攜帶性，具體是指在VHE環境中，無論用戶處于何種網絡，使用何種終端，身處何地，用戶始終能獲得相同的個性化特征、用戶化接口和服務，用戶可享受的具體配置僅受限于網絡和終端的能力。VHE的業務提供方法包含了對開放融合、個性化適配的業務特征需求的支持，在B3G時代，VHE將成為業務提供的要害技術。

    VHE尚處于研究和規范階段，目前只對其概念和業務支撐體系進行了描述。VHE定義開放工具集業務引擎，通過開放業務架構提供平臺，支持業務個性化適配及移動性。VHE的工具集包括開放業務架構(OSA)、移動網絡增強定制應用邏輯(CAMEL)，用戶識別模塊應用工具箱(SAT)和移動臺應用執行環境(MExE)。VHE的開放分層業務架構、適配平臺疊加的設計思想、中間件平臺技術、基于代理的實現技術及通用用戶輪廓(GUP)技術，對B3G個性化適配業務系統建設起到基礎支撐作用。

    3.2業務支撐環境——IMS

    IP多媒體子系統(IMS)針對3G系統的實時多媒體業務提供，定義了一個全IP的覆蓋業務支撐子系統，并在R6版本中進行了完善。IMS對控制層功能做了進一步的劃分，將呼叫會話控制功能(CSCF)和媒體網關控制功能(MGCF)分開，從而使網絡結構更加靈活開放；另外，IMS的基本協議是基于因特網工程任務組(IETF)的，增加了支持移動性的擴展，包括會話啟動協議(SIP)、Diameter、通用開放策略服務協議(COPS)等。IMS作為移動與固定網絡融合核心控制的演進趨勢已經得到標準化的支持。IMS支持VHE的開放業務架構，定義了基于IMS業務控制(ISC)接口的SIP服務器、OSA/Parlay和CAMEL業務提供方式，形成一個靈活的業務支撐環境。

    3.3業務能力開放支撐技術

    業務能力開放的實現主要通過向業務層提供屏蔽各種下層網絡細節的標準化協議和可編程應用程序接口(API)。開放式API將網絡能力封裝成各類業務控制功能(SCF)，向業務層提供。運營商和第三方應用能通過開放式API使用網絡功能，生成和部署靈活的應用。目前主流的開放式API技術包括OSA/Parlay、Parlay X、JAIN等。

    開放業務架構(OSA)是移動通信業務開放的重要舉措，其API是同Parlay組織聯合定義，接口包括IDL、Java和WSDL的類型，抽象了網絡的各種功能。OSA提供框架API完成網絡功能API的治理，所有接口都由OSA網關提供給應用服務器上的應用。

    Parlay API由Parlay組織定義，和OSA相比，覆蓋范圍有所擴展，但在API規范上與OSA是一致的。因此，常將兩者合稱為OSA/Parlay或者Parlay/OSA。

    Parlay X擴展了OSA/Parlay的規范，具有更高的抽象程度以及更好的易用性，它主要基于Web服務技術，通過Parlay X網關提供抽象接口。

    集成網絡的Java API(JAIN)是基于Java語言的API接口，大致可分為兩類的API，分別是協議API與業務API。協議API是為多種網絡信令協議提供對應的API，如事務處理應用部分(TCAP)、綜合業務數字網用戶部分(ISUP)、智能網應用協議(INAP)、SIP等；業務API的應用目標與OSA/Parlay類似，支持多種異質網絡環境下開放綜合應用，目前已經和Parlay/OSA API聯合定義，可以看作Parlay API的Java版本。

    在B3G的融合環境下，終端網絡、自組織網絡都將納入提供業務開放API的范疇。而這些業務能力相對網絡側的業務能力，具有動態性和靈活性，不輕易規范。所以，除了通過Java或Jini[9]、開放服務網關聯盟(OSGI)[10]等對能力進行分級抽象，還需要基于中間件平臺框架支持開放能力的即插即用、互通、跨域協同、甚至基于語義的發現和協同。

    3.4分布式計算架構及技術

    Internet在電信系統的發展尤其是業務提供方面正產生越來越大的影響，以分布式計算架構為主的平臺技術必將成為未來移動業務的支撐技術之一。業務能力開放API與CORBA、Web服務的結合可以看作是一個開始。終端的環境化和分布化將引入更多的分布式平臺提供互操作和融合的功能特性，如OGSI、Jini、通用即插即用(UPnP)、JXTA等。業務的統一部署和分布式協同將促進面向服務架構[11]的主流化。Web服務、P2P網絡甚至網格系統都有可能對B3G業務提供、部署進行支撐。分布式計算架構和技術將推進網絡、終端、業務的融合，提高業務體系的性能和提供更有吸引力的個性化業務。

    3.5智能技術

    隨著業務的發展，更多智能處理將被引入到業務應用中，以支持個性化、普適化、環境感知等特征。智能處理技術將成為未來移動通信系統業務提供的亮點。這些技術將覆蓋人工智能的諸多領域，包括機器學習、識別感知、數據融合、知識表示、語義邏輯、本體論、決策等。來源于人工智能研究領域的智能代理技術將結合這些智能技術在個性化業務提供、適配的實現上廣泛地使用。這些技術目前大都處于研究階段，僅在語義、本體論方面有系統應用或標準化的階段性成果，如語義網絡(Semantic Web)、資源描述框架(RDF)、Web本體語言(OWL)等。隨著技術的成熟及它們的綜合運用，未來移動業務的智能化、個性化和適配性將得到大幅提升。

    3.6輪廓數據技術

    在B3G時代，業務個性化、環境感知乃至業務的適配，需要足夠的數據信息的支持，它們包括用戶信息、用戶偏好定制、終端信息、網絡信息、環境上下文等。輪廓(Profile)數據技術主要涵蓋以下方面的研究：規范機器可識別和理解的表達方式，提供輪廓數據在異構環境下按需分布和一致性治理操作的平臺，支持環境上下文等元數據的融合、理解、匹配、建模等，這些都是智能化業務提供必須解決的重要課題。

    在輪廓數據表示上，語義和本體論技術將得到廣泛應用。統一建模語言(UML)或者XML可以為輪廓數據中不同的信息集定義語義，而本體論(Ontology)面向更動態變化的結構?，F有的技術如Semantic Web、OWL、RDF等都將對輪廓數據表示的規范提供良好的參照。輪廓數據在異構環境下的分布式治理操作平臺的研究目前主要面向用戶輪廓數據，而且尚處于研究階段，如通用用戶輪廓數據(GUP)、個人業務環境等，旨在提供用戶信息、用戶定制的統一治理和訪問的機制，以支持不同場合下用戶個性化業務環境的構建。

    4.結束語

    隨著移動通信技術的發展，人們對個性化智能業務的需求越來越迫切。未來通信系統構想了一個無所不在提供普適服務的無線世界，開放融合、以用戶為中心將成為其主要特征。在探索未來移動通信業務架構的諸多研究中，VHE得到了業界的廣泛認可，其設計思想對B3G業務架構起到了良好的借鑒作用，但在功能分布、能力開放粒度、智能元素支持等方面尚未定義清楚，需要深入研究，形成一個支持異構業務資源融合互通、個性化特征快速開發、業務應用靈活生成的業務模型。在業務模型指導下，業務架構將包容各異的業務資源，提供不同抽象層次的業務引擎，部署智能的功能組件，形成可適配的業務提供框架，并自頂而下地促進支撐技術的發展，從而加快移動通信系統演進的步伐。

    5.參考文獻

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    [8]3GPPTR22.121 V5.3.1. Virtual Home Environment (VHE) [S]. 2002.

    [9]JiniOrg- Th e Community Resource for Jini Technology [EB/OL]. [2006-2-7]. www.jini.org/.

    [10]DobrevP,Famolari D, Kurzke C,et al. Device and Service Discovery in Home Networks with OSGi [J]. IEEE Communications Magazine, 2002,40(8): 86-92.

    [11]NikooM.Service-Oriented Architecture, Where do We Stand? [EB/OL]. [2006-2-7]. http://consulting.dthomas.co.uk/software_architecture_consulting/articles_resources.htm.

    作者簡介：

    胡錚，北京郵電大學無線新技術研究所在讀博士生。主要研究方向為未來移動通信網絡業務、分布式終端業務環境、移動泛在業務環境。張平，北京郵電大學教授，博士生導師，無線新技術研究所所長。現為《北京郵電大學學報》編委會副主任、北京郵電大學學術委員會委員、中國C3G總體組專家成員、國家“863”未來移動通信FuTURE計劃項目總體組成員、中國信息產業部第三代移動通信技術實驗專家組成員、國際無線研究論壇(WWRF)副主席。(張翀編輯)