应急通信：下一代网络面临的又一挑战

之所以将支持应急通信称为下一代网络面临的挑战,有两方面的原因:第一,应急通信对于下一代网络来说是不可或缺的;第二,下一代网络在支持应急通信方面还存在一些需要解决的问题。

下一代网络支持应急通信的必要性

　　 应急通信提供的服务主要有两类,一类是面向政府或负责减灾救助的机构,而另一类是面向公众。面向政府或专业机构的服务主要是在出现灾害或其它紧急情况下,为这些部门和机构提供高优先级、有保障的应急通信；而面向公众的服务主要就是为公众提供紧急呼叫服务。

　　 下一代网络首先是一个公众通信网。传统的应急通信主要是在专用应急网络上发生的,比如卫星通信网、数字/模拟集群网等。但是,为政府和专业机构在公众通信网上提供应急通信越来越受到重视,因为公众通信网的覆盖范围和规模是专用通信网所无法比拟的。特别是对于即将进入公众通信网的下一代网络来说,这一点就更为重要。在下一代网络上提供应急通信,对下一代网络提出了许多要求,这些要求在ITU-T建议书Y.1271中有详细描述。在这些要求中,最重要的要求之一就是网络必须具备优先级处理能力,因为在紧急情况下,必须保障应急通信流能够获得比普通呼叫更高的优先级,甚至可能需要抢占其它呼叫的承载资源。

　　 如果说在下一代网络上为政府和专业机构提供应急通信还可以算是锦上添花的话,那么下一代网络对紧急呼叫的支持则是下一代网络成熟和部署的一个必要条件。为用户提供紧急呼叫是公众通信网一个必备的功能,不具备此功能的网络是根本无法大规模部署的。在以IMS为核心的3G PS域以及固定NGN网络中提供紧急呼叫服务,主要涉及紧急呼叫认证鉴权以及紧急呼叫定位等问题。

下一代网络支持应急通信面临的挑战

　　 如上所述,下一代网络对应急通信的全面支持还面临着一些需要解决的问题,包括呼叫优先级处理、紧急呼叫认证鉴权、就近接入以及紧急呼叫定位等问题。

　　 1.呼叫优先处理问题

　　 为应对紧急情况而产生的呼叫,应该被优先处理。表面上看,这是一个很浅显的道理,但现实情况是,在公众电信网上实现这一点却并不简单。

　　 传统的电信网都是按照平等服务的原则设计的,接入到交换机的电话线并没有优先级的区分:谁先接入,谁就获得通信资源。为了保障特殊用户的使用,要么保证网络任何时候都是轻载的,要么为特殊用户配置单独的通信资源。但是补救的措施并非没有:在传统电路交换网中,如果在呼叫发起阶段能够在呼叫信令中加入一个优先级的标志,并且要求在呼叫建立过程中经过的所有设备都能识别此标志,就能为其优先分配电路资源,保证呼叫优先接通。

　　 下一代电信网络是一个控制与承载分离的网络,承载网络将会采用基于IP的分组交换网,这就导致下一代网络解决呼叫优先处理问题要比传统电路交换网更复杂一些:即使在呼叫的控制信令中增加优先级标志保证信令交互被优先处理,还要设法实现端到端的承载资源保障。

　　 对于通过控制层面与承载层面交互来保障QoS的问题,在下一代网络的设计过程中是有所考虑的。在3GPP网络中定义了策略决策功能(PDF:Policy Decision Function)功能模块,而在TISPAN NGN架构下定义了业务策略决策功能(SPDF:Service Policy Decision Function)功能模块,它们的功能相似,在用户发起呼叫时,根据用户申请的资源、网络现有资源以及资源的分配策略,决定是否为这个呼叫分配、以及分配多少承载资源。特别是在TISPAN的NGN架构下,还定义了边界网关功能(BGF:Border Gateway Function)功能模块,以实现复杂网络环境下的端到端QoS保证。

　　 上述的这些功能模块,使得更高等级的用户(比如应急通信用户)能够获得更多承载资源和更好的QoS,但是对于呼叫优先级处理来说,做到这一点还是不够的,因为优先级处理还有一个要求,就是在资源严重匮乏时,具有优先级的呼叫能够优先甚至以抢占的方式获得资源。这一点在现有下一代网络构架中还是很难做到的,一个折衷的办法是将应急通信用户定义为一类高等级用户,并在网络中预留出一部分资源,只向这些用户开放。

　　 2.紧急呼叫的认证鉴权问题

　　 紧急呼叫往往是在特殊和不可预计的情况下发生的,这个时候用户的终端可能处于一种非正常状态:比如用户正处于欠费停机状态,或者移动用户身处异地但并没有开通漫游,甚至在用户的3G终端中根本就没有装入USIM卡。在这些情况下,只要用户终端与网络是匹配的,具备实现通话的能力,就应该允许紧急呼叫被接通。为了解决上述问题,就必须在下一代网络中,针对紧急呼叫提供特别的认证和鉴权机制,包括提供紧急注册流程以及在注册鉴权未通过的情况下允许发起匿名的紧急呼叫。紧急注册流程和IMS的正常注册流程相似,但是需要做以下的修改:

　　 ·用户终端应该在注册请求消息中加入紧急注册的指示；

　　 ·用户的归属地网络应该忽略此用户的漫游限制；

　　 ·不为紧急注册的用户提供除紧急呼叫外的其它主叫或者被叫业务。

　　 终端发起紧急注册流程有一个前提,就是终端必须识别用户正在发起一个紧急呼叫,这可以通过在终端中定义一个特定按键,或者由终端识别用户拨打的号码是紧急号码来实现。

　　 当用户终端发起一个紧急呼叫之前并没有向IMS注册或者注册没有成功时,呼叫请求将以匿名呼叫的形式发起,并且应该在呼叫中指示这是一个紧急呼叫。如果网络允许以匿名的方式发起紧急呼叫,那么此呼叫就会被转发到IMS中专门处理紧急呼叫的功能实体E CSCF,由E-CSCF实现后续的呼叫处理,将呼叫路由到紧急呼叫处理中心。

　　 紧急注册流程和匿名紧急呼叫是解决紧急呼叫特殊状态下认证鉴权问题的有效手段,但是在网络部署中还会遇到许多实际的问题:比如,世界各地的紧急号码都是不同的,某些国家的紧急号码在其它国家可能只是一个普通的号码前缀。那么,如何让终端能够确定用户是在漫游状态下拨打当地的紧急号码,进而发起紧急注册或者匿名呼叫请求就是一个问题;再比如,如果用户是匿名呼叫,紧急呼叫处理中心如何能够回拨给这个用户也是一个问题,毕竟在处理紧急情况时,回拨用户了解更多情况也是非常必要的。以上所述都是在下一代网络中支持应急通信、提供紧急呼叫业务所面临的一个方面的挑战。

　　 3.紧急呼叫的定位问题

　　 为了在紧急情况下更好的为公众提供救助服务,对紧急呼叫进行定位是网络支持应急通信的一个很重要的功能。在某些国家,甚至已经要求通信网络必须具备对紧急呼叫进行定位的能力。

　　 不同的网络,定位紧急呼叫的方法不同,实现的难度也不同。传统的固定网络是最容易实现的,因为任何固定终端安装的位置都是确定的,紧急呼叫处理中心只需要获得一张电话号码与安装地理位置之间的对照表,并要求所有呼叫都携带主叫号码信息,就能够实现紧急呼叫定位。

　　 但是到了下一代网络,情况就没有这么简单了。在下一代网络中,对于固定终端反而最难于实现呼叫定位,这与下一代网络是一个IP网络有关。在IP网中,终端获得的是一个IP地址,而IP地址本身与地理位置之间没有必然关系。这既给下一代网络带来了巨大的便利性,也在呼叫定位问题上带来了不小的麻烦。针对固定NGN网络的呼叫定位问题,下一代网络的研究者也提出了一些解决办法,例如通过扩展DHCP协议,在为终端设备分配IP地址的时候,将终端的接入信息,比如是从哪个设备的哪个端口接入的,传送到处理终端位置的网络功能实体上,而功能实体上维护一张接入端口与地理位置的映射表,由此获得固定NGN终端的位置信息。在用户发起紧急呼叫时,定位信息通过主动推送或被动查询的方式到达应急呼叫处理中心。这套机制存在的主要问题是难以解决NAT问题,并且要求网络上的设备必须支持这种DHCP的扩展。

　　 对于3G终端,其定位是基于被称为位置服务(LCS：Location Services)的业务构架来实现的,主要的定位技术是蜂窝定位,在终端具备能力的情况下也可以结合GPS定位。LCS是一个客户端/服务器架构,为所有与定位相关的业务提供终端定位信息,紧急呼叫的定位是作为LCS业务构架下的一个业务应用。移动定位的主要问题就是很难做到精确定位,特别是在某些偏远地区,一个基站的覆盖半径往往达到数公里,在这么大的范围内定位基本失去了意义,而在这些地方发生的紧急情况又恰恰最需要定位。新的技术有可能通过终端信号的强度、方向等信息实现比较精确的定位,但是要真正的将这些技术运用到现有网络中,可能还需要大量的研究。

　　 紧急呼叫的定位,同样为下一代网络支持应急通信带来了多方面的挑战。

结论

　　 与下一代网络面临的其它挑战一样,对应急通信的支持也是在下一代网络研究中必须重视的一个领域,必须为应急通信中存在的这些问题找到比较好的解决方法。只有战胜了这些挑战,以IMS为核心的下一代网络才能真正走向成熟。