PLMN網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1、概述概述PLMNPLMN和和IMSIMS的的架構(gòu)和配置架構(gòu)和配置An overview of the PLMN and IMS architecture and configuration什么是什么是PLMNPLMNPLMN全稱是Public Land Mobile Network（公共陸地移動網(wǎng)絡(luò)），由政府或它所批準(zhǔn)的經(jīng)營者，為公眾提供陸地移動通信業(yè)務(wù)目的而建立和經(jīng)營的網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)必須與公眾交換電話網(wǎng)（PSTN）互連，形成整個地區(qū)或國家規(guī)模的通信網(wǎng)。PLMN = MCC + MNC，例如中國移動的PLMN為46000、46002，中國聯(lián)通的PLMN為46001，中國電信的PLMN為46003

2、。PLMN是一個無線通訊系統(tǒng)，趨向于面向陸地上的乘坐交通工具移動或步行移動的用戶。由于移動和便攜的因特網(wǎng)用戶也越來越普及。一個理想的PLMN系統(tǒng)提供給移動和便攜用戶和固定網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)?shù)姆?wù)，這在地形比較復(fù)雜的區(qū)域是一個特殊的挑戰(zhàn)，因為基站會難以被找到和維持。在都市的環(huán)境中有很多的障礙，像是建筑物，和各種射頻都能引起雜音和干擾的輻射。大多數(shù)的PLMN系統(tǒng)今天使用數(shù)字技術(shù)而不是過去的模擬技術(shù)。這一個過渡已經(jīng)改善了通信質(zhì)量和可靠度，但是還沒有達到完美的地步。PLMNPLMN的發(fā)展的發(fā)展第一代模擬蜂窩第一代（1G）移動通信系統(tǒng)20世紀(jì)70年代誕生的模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)，1G系統(tǒng)采用模擬信號傳輸方式實現(xiàn)語音

3、業(yè)務(wù) ， 使 用 頻 分 多 址FDMA接入技術(shù)劃分信道。第一代移動通信標(biāo)準(zhǔn)包括AMPS、NMT-450/900、TACS等。第一代（第一代（1G1G）第二代GSM/CDMA第二代（2G）移動通信系統(tǒng)始于20世紀(jì)90年代 ，是由數(shù)字無線電技術(shù)組成的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)，提供更高的網(wǎng)絡(luò)容量，改善了話音質(zhì)量和保密性，并為用戶提供無縫的國際漫游。第二代數(shù)字無線標(biāo)準(zhǔn)包括GSM、D-AMPS。PDC（日本數(shù)字蜂窩系統(tǒng)）和IS-95CDMA等，均仍然是窄帶系統(tǒng)。第二代（第二代（2G2G）第三代TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000第三代移動通信系統(tǒng)即IMT-2000（International M

4、obile Telecommunications-2000），在第二代移動通信技術(shù)基礎(chǔ)上進一步演進的以寬帶CDMA技術(shù)為主,并能同時提供話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的移動通信系統(tǒng)。目前3G存在三種標(biāo)準(zhǔn)：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA。第三代（第三代（3G3G）第四代TDD-LTE/FDD-LTE第四代移動通信系統(tǒng)可稱為寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對稱的超過2Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。其關(guān)鍵技術(shù)是正交頻分復(fù)用（O F D M ）、智能天線、多入多出天線（M I M O ）、軟件無線電等技術(shù)。第四代移動通信標(biāo)準(zhǔn)比第三代標(biāo)準(zhǔn)具有更多的功能。目前3G存在三種標(biāo)準(zhǔn)：TDD-LTE、FDD-LTE。第四代（

5、第四代（4G4G）典型典型PLMNPLMN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)人MTBTSMSCEIRHLR/AUCVLRMSCSmUmACDBFEBSCAbisPSTNGSM系統(tǒng)架構(gòu)典型典型PLMNPLMN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)GSM/GPRS系統(tǒng)架構(gòu)典型典型PLMNPLMN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)3G系統(tǒng)架構(gòu)典型典型PLMNPLMN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)UTRAN架構(gòu) Note 1: Interface outside the scope of 3GPP/GSM UE IuBC BSS Abis BSC BTS BTS RNS Iub RNC Node B Node B CN Note 1 CBC 通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變化其實就是保持

6、AN不變，升級CN.一個顯著的變化就是業(yè)務(wù)和控制平臺的分離，即將MSC拆分為MSC server和Media Gateway（MGW），將GMSC同樣的拆分成GMSC server和一個Media gateway.另外新增了IMS（IP multimedia subsystem）CSCS域（域（CS DomainCS Domain） CS域（Circuit Switched Domain）：指核心網(wǎng)中為用戶業(yè)務(wù)提供電路交換類型連接的所有網(wǎng)元實體，以及所有支持相關(guān)信令的網(wǎng)元實體。電路交換型連接在連接建立時分配專用網(wǎng)絡(luò)資源，在連接釋放時釋放專用資源。CS域特有實體：l MSC（Mobile-ser

7、vices Switching Centre，移動服務(wù)交換中心）l GMSC（Gateway MSC，網(wǎng)關(guān)MSC）l VLR（Visitor Location Register，訪問者位置寄存器）CSCS域（域（CS DomainCS Domain） MSC是第二代移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)元之一，是在電話和數(shù)據(jù)系統(tǒng)之間提供呼叫轉(zhuǎn)換服務(wù)和呼叫控制的地方。MSC 轉(zhuǎn)換所有的在移動電話和 PSTN 和其他移動電話之間的呼叫。 MSC是移動網(wǎng)絡(luò)完成呼叫連接、過區(qū)切換控制、無線信道管理等功能的設(shè)備，同時也是移動網(wǎng)與公用電話交換網(wǎng)（PSTN）、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）等固定網(wǎng)的接口。MSC從系統(tǒng)內(nèi)的三個數(shù)據(jù)

8、庫，即歸屬位置寄存器（HLR）、訪問者位置寄存器（VLR）和鑒權(quán)中心（AUC）中獲取用戶位置登記和呼叫請求所需的全部數(shù)據(jù)。另外，MSC也根據(jù)最新獲取的信息請求更新數(shù)據(jù)庫的部分數(shù)據(jù)。作為GSM網(wǎng)絡(luò)的核心，MSC還支持位置登記、越區(qū)切換、自動漫游等具有移動特征的功能及其它網(wǎng)絡(luò)功能。CSCS域（域（CS DomainCS Domain） 但在3GPP R4以后，MSC實體被拆分為MSC Server和MGW兩個新的功能實體。MSC Server的主要職責(zé)是鏈接管理。它負責(zé)所有的呼叫控制信令，例如呼叫建立、呼叫轉(zhuǎn)移、位置更新、路由、切換、計費、話務(wù)統(tǒng)計等。同時負責(zé)“指 揮”MGW。MSC-Server

9、負責(zé)CS域中主叫和被叫的呼叫，響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)用戶層信令（3GPP TS 24.008），通過Nc接口傳輸呼叫控制信令，通過Mc接口控制MGW。MGW（Media Gateway，媒體網(wǎng)關(guān)）同時負責(zé)來自電路交換網(wǎng)絡(luò)的TDM承載和來自多媒體流網(wǎng)絡(luò)的IP或ATM承載，例如話務(wù)交換、回音控制、鈴音的廣播等。它通過Mc接口接受來自MSC-Server的控制信令，通過Iu和Nb接口傳輸控制承載。自此實現(xiàn)了呼叫控制和業(yè)務(wù)承載的分離。R4網(wǎng)絡(luò)采用這種呼叫控制和承載控制相分離的方式向全IP的核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)邁出了重要一步。CSCS域（域（CS DomainCS Domain）GMSC具有從HLR查詢得到被叫MS當(dāng)前的漫游號

10、碼，并根據(jù)此信息選擇路由。GMSC 可以是任意的MSC，也可以單獨設(shè)置。單獨設(shè)置時，不處理 MS的呼叫，因此不需設(shè)VLR，不與BSC 相連。當(dāng)固定電話用戶撥打GSM網(wǎng)用戶時，根據(jù)就近入網(wǎng)的原則，該呼叫將被接續(xù)至最近的移動網(wǎng)。由于移動電話用戶漫游的特殊性，網(wǎng)絡(luò)必須先查詢用戶歸屬的HLR以獲得該用戶當(dāng)前的位置信息，才能繼續(xù)進行接續(xù)。向HLR查詢用戶當(dāng)前的位置并獲得包含路由信息的漫游號碼的功能稱為“InterrogationHLR”，由Gateway MSC（簡稱GMSC）完成。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小時，各MSC與PSTN直聯(lián)，該項功能由MSC完成。隨著網(wǎng)絡(luò)的逐步擴容，MSC數(shù)目的增加，若仍采用各MSC與P

11、STN直聯(lián)的方式，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會存在諸多弊病。由此可見，GSM網(wǎng)的多局制使得GSM網(wǎng)原有與PSTN之間的組網(wǎng)方式，已不再繼續(xù)適用。因此為維護網(wǎng)絡(luò)界面的清晰，保障網(wǎng)間結(jié)算的準(zhǔn)確便捷，需要在移動網(wǎng)與其他網(wǎng)之間設(shè)置獨立的GMSC，以實現(xiàn)本地移動網(wǎng)與其他網(wǎng)間的話務(wù)、信令轉(zhuǎn)接。CSCS域（域（CS DomainCS Domain）VLR是服務(wù)于其控制區(qū)域內(nèi)移動用戶的，存儲著進入其控制區(qū)域內(nèi)已登記的移動用戶相關(guān)信息，為已登記的移動用戶提供建立呼叫接續(xù)的必要條件。VLR從該移動用戶的歸屬用戶位置寄存（HLR）處獲取并存儲必要的數(shù)據(jù)。一旦移動用戶離開該VLR的控制區(qū)域，則重新在另一個VLR登記，原VLR將取消臨時

12、記錄的該移動用戶數(shù)據(jù)。因此，VLR可看作為一個動態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫。在某一MSC區(qū)域內(nèi)漫游的移動用戶受控于負責(zé)該區(qū)域的拜訪位置寄存器，當(dāng)某移動臺出現(xiàn)在某一位置區(qū)內(nèi)，VLR將啟動位置更新程序，VLR包含在它管轄區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的移動用戶的數(shù)據(jù)。CSCS域（域（CS DomainCS Domain）VLR中主要包括以下信息單元l IMSI（International Mobile Subscriber Identity，國際移動用戶身份）l MSISDN（Mobile Station International ISDN number，移動臺國際ISDN碼）l MSRN（Mobile Station Roam

13、ing Number，移動臺漫游碼）l TMSI（Temporary Mobile Station Identity，臨時移動臺身份）l LMSI（Local Mobile Station Identity，本地移動臺身份）l 移動臺登記所在的位置區(qū)l 移動臺最后的已知位置區(qū)和最初位置區(qū)PSPS域（域（PS DomainPS Domain）PS域（Packet Switched Domain）：是完成數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)部分，分為SGSN和GGSN，一個是業(yè)務(wù)處理部分，一個是控制部分.PS域特有實體：l SGSN（Serving GPRS Support Node，GPRS服務(wù)支持節(jié)點）l GGSN（Ga

14、teway GPRS Support Node，GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點）PSPS域（域（PS DomainPS Domain）SGSN是核心網(wǎng)分組域設(shè)備重要組成部分，功能類似于CS域的MSC/VLR。它可以為多個RNC提供類似于MSC/VLR功能。主要完成分組數(shù)據(jù)包的路由轉(zhuǎn)發(fā)、移動性管理、會話管理、邏輯鏈路管理、鑒權(quán)和加密、話單產(chǎn)生和輸出等功能。SGSN即GPRS服務(wù)支持節(jié)點，它通過Gb接口提供與無線分組控制器BSC的連接，進行移動數(shù)據(jù)的管理，如用戶身份識別，加密，壓縮等功能；通過Gr接口與HLR相連，進行用戶數(shù)據(jù)庫的訪問及接入控制；它還通過Gn接口與GGSN相連，提供IP數(shù)據(jù)包到無線單元之間的

15、傳輸通路和協(xié)議變換等功能；SGSN還可以提供與MSC的Gs接口連接以及與SMSC之間的Gd接口連接，用以支持數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和電路業(yè)務(wù)的協(xié)同工作和短信收發(fā)等功能。PSPS域（域（PS DomainPS Domain）GGSN主要是起網(wǎng)關(guān)作用，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文獻中，把GGSN稱為GPRS路由器。GGSN可以把GSM網(wǎng)中的GPRS分組數(shù)據(jù)包進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠端的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。GGSN的主要功能有：1. 通過Gi接口與外部IP分組網(wǎng)絡(luò)連接。2. GPRS會話管理，建立與外部網(wǎng)絡(luò)的通信。3. 通過Gn接口與SGSN連接。4

16、. 輸出與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)使用相關(guān)的計費信息。IMSIMS概述概述IP Multimedia Subsystem（IMS）即IP多媒體子系統(tǒng)，本質(zhì)上說是一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該項技術(shù)植根于移動領(lǐng)域，最初在3GPP R5為移動網(wǎng)絡(luò)定義的，而在NGN的框架下，IMS應(yīng)同時支持固定接入和移動接入。涵蓋IMS增強特性的3GPP R6已經(jīng)基本凍結(jié)，這標(biāo)志著IMS技術(shù)已經(jīng)走向成熟。順應(yīng)網(wǎng)絡(luò)IP化的趨勢，IMS系統(tǒng)采用SIP協(xié)議進行端到端的呼叫控制。但 IMS 遠不止是一個SIP協(xié)議，它是一個融合了數(shù)據(jù)、語音、圖像、消息、基于Web的技術(shù)和移動網(wǎng)絡(luò)的體系。同時，IMS還允許運營商提供統(tǒng)一的開放接口，允許第三方供應(yīng)商使用

17、這些接口為用戶提供服務(wù)，從而使整個電信網(wǎng)成為一個更加開放的系統(tǒng)，而且更加適用于與Internet應(yīng)用的兼容性。因此，IMS能把Internet和無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展結(jié)合起來，使得不論是移動網(wǎng)還是固定網(wǎng)均在向基于IP的網(wǎng)絡(luò)演進。IMSIMS概述概述IMS功能實體：l CSCF（Call Session Control Function，呼叫會話控制功能）l MGCF（Media Gateway Control Function，媒體網(wǎng)關(guān)控制功能）l IMS-MGW（IP Multimedia Subsystem - Media Gateway Function，IMS媒體網(wǎng)關(guān)）l MRFC（Mul

18、timedia Resource Function Controller，多媒體資源功能控制器）l MRFP（Multimedia Resource Function Processor，多媒體資源功能處理器）l SLF（Subscription Locator Function，簽約用戶位置功能）l BGCF（Breakout Gateway Control Function，出口網(wǎng)關(guān)控制功能）IMSIMS實體實體CSCF是整個IMS網(wǎng)絡(luò)的核心。主要負責(zé)處理多媒體呼叫會話過程中的信令控制。它管理IMS網(wǎng)絡(luò)的用戶鑒權(quán)、IMS承載面QoS、與其它網(wǎng)絡(luò)實體配合進行SIP會話的控制，以及業(yè)務(wù)協(xié)商和資

19、源分配等。CSCF根據(jù)功能分為P-CSCF（Proxy CSCF，代理CSCF ），S-CSCF（Serving CSCF，服務(wù)CSCF），I-CSCF（Interrogating CSCF，查詢CSCF），本質(zhì)上它們都是SIP服務(wù)器，處理SIP信令。P-CSCF是IMS拜訪網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一入口點。所有發(fā)起于IMS終端和終止于IMS終端的會話消息都要通過P-CSCF。P-CSCF作為一個SIP Proxy，負責(zé)與接入網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的用戶鑒權(quán)與IPSec管理，網(wǎng)絡(luò)防攻擊與安全保護，為節(jié)約無線網(wǎng)絡(luò)資源進行SIP信令壓縮與解壓，用戶的漫游控制，通過PDF（Policy Decision Function）進行承

20、載面的NAT與QoS等功能等。IMSIMS實體實體S-CSCF在IMS網(wǎng)絡(luò)會話控制中處于核心地位，它接受來自拜訪網(wǎng)絡(luò)通過P-CSCF轉(zhuǎn)發(fā)來的注冊請求，與HSS配合進行用戶鑒權(quán)。并從HSS處下載用戶簽約的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。S-CSCF對于用戶主叫及被叫側(cè)進行路由管理，根據(jù)用戶簽約的初始過濾規(guī)則（iFC：Initial Filter Criteria），進行SIP AS觸發(fā)，實現(xiàn)豐富的IMS業(yè)務(wù)功能。I-CSCF是IMS歸屬網(wǎng)絡(luò)的入口點。在注冊過程中，I-CSCF通過查詢HSS，為用戶選擇一個S-CSCF。在呼叫過程中，去往IMS網(wǎng)絡(luò)的呼叫首先路由到I-CSCF，由I-CSCF從HSS獲取用戶所注冊的S-

21、CSCF地址，將消息路由到S-CSCF。IMSIMS實體實體MGCF是IMS的一個組成部分，與呼叫會話控制功能（CSCF）通信和控制媒體信道在一個 IMS-MGW 中的連接。它在 ISDN 部分（ISUP）和 IMS 呼機控制協(xié)議之間執(zhí)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。IMS-MGW在MGCF控制下完成資源控制，通過回波消除器和碼轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)媒體轉(zhuǎn)換和幀協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，將媒體從一個形式轉(zhuǎn)換到另一個形式，即它終結(jié)來之電話交換網(wǎng)的承載信道和來自分組網(wǎng)的媒體流，并執(zhí)行這些終結(jié)之間的轉(zhuǎn)換。IMSIMS實體實體MRFC（Multimedia Resource Function Controller，多媒體資源功能控制器）和MRFP（Multimedia Resource Function Processor，多媒體資源功能處理器）是3G核心網(wǎng)中實現(xiàn)多方呼叫和多媒體業(yè)務(wù)提供和控制的邏輯功能實體。在核心網(wǎng)分層模型中，MRFP是處于接入層的邏輯功能實