移動核心網(wǎng)交換介紹

移動核心網(wǎng)交換專業(yè)介紹-2-聯(lián)通網(wǎng)絡：GSMWCDMALTE固定電話城域網(wǎng)網(wǎng)絡介紹－3－WCDMA網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)核心網(wǎng)的演變WCDMA與GSM/GPRS的比較業(yè)務流程介紹R4關(guān)鍵技術(shù)介紹提綱－4－WCDMAR99系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)Iu-CSIu-PSGbAHCS域PS域3GCNGMSCMSCMSCInternetPSTN/其他運營商HLRGGSNSGSNGSM無線接入WCDMA無線接入－5－MSC主要功能呼叫處理

呼叫處理、號碼存儲和譯碼、路由選擇回聲抑制、AMR話音編解碼、數(shù)據(jù)傳輸安全保密

鑒權(quán)和加密功能、完整性保護

TMSI的分配VLR數(shù)據(jù)管理

用戶數(shù)據(jù)管理、用戶數(shù)據(jù)檢索位置登記、鑒權(quán)；漫游/切換號碼分配移動性管理

位置更新、切換/漫游登記、IMSI查詢功能計費話單處理

話單采集、話單格式轉(zhuǎn)換話單存儲－6－TMSC1TMSC1STP

HLRTMSC1TMSC1VMSCIW/GMSCVMSCVMSCGMSCTMSC2TMSC2MSC組網(wǎng)應用MSC可以同時承擔VMSC、TMSC、GMSC、短消息互通網(wǎng)關(guān)IW/GMSC以及STP的功能。－7－HLR/AuC主要功能用戶信息業(yè)務信息簽約信息位置信息基本用戶數(shù)據(jù)管理CAMEL業(yè)務管理CAMEL簽約數(shù)據(jù)管理O_CSIT_CSISS_CSI用戶鑒權(quán)數(shù)據(jù)管理鑒權(quán)信息管理位置更新切換路由區(qū)更新等移動性管理－8－R99核心網(wǎng)電路域各接口信令RNSRNSMSCNO.7MSCHLRSMCSCPRANAPRANAPTUP/ISUPMAPCAPMAP－9－R99核心網(wǎng)電路域各接口話音編碼GMSCMSCPSTNTDMRNSAMRG.711G.711MSC需要完成AMR編碼到64K的轉(zhuǎn)換工作－10－分組域網(wǎng)元在移動網(wǎng)絡中的位置RNCNodeBTDM/ATMPSTNIPIu-PSGnGnGpGiCGBillingCenterGaHLRMSCGGSNGMSC移動性管理網(wǎng)絡接入控制用戶數(shù)據(jù)和會話管理計費信息收集路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)路由選擇與轉(zhuǎn)發(fā)封裝和隧道傳輸用戶數(shù)據(jù)和會話管理動態(tài)分配IP地址計費信息收集用戶認證、安全管理Inter-PLMN計費信息收集話單格式轉(zhuǎn)換BSCBTSSGSNGbInternet－11－SGSN主要功能路由選擇轉(zhuǎn)發(fā)支持對PDPPDU的封裝和去封裝功能用戶數(shù)據(jù)管理存儲、修改和刪除當前用戶數(shù)據(jù)并支持HLR插入或刪除用戶數(shù)據(jù)移動性管理附著、分離、位置管理、清除、業(yè)務請求計費話單處理

話單采集、話單格式轉(zhuǎn)換話單存儲GPRS尋呼、Gs聯(lián)合尋呼、RNC無線資源管理無線資源管理－12－

路由選擇與轉(zhuǎn)發(fā)、地址翻譯和映射封裝和隧道傳輸用戶數(shù)據(jù)管理會話管理、互通功能

IP地址管理計費信息收集用戶認證，支持透明/非透明的Internet接入功能GGSN主要功能－13－R99核心網(wǎng)分組域各接口信令SMCGGSNInternetSGSNRNSNO.7HLRMSCGPRSbackboneRANAPMAPMAPGTP-C－14－CG網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖計費中心BSGPRSBoreTCP/IP網(wǎng)絡SGSN/GGSNSGSN/GGSNCGTCP/UDPGTP'協(xié)議FTAM/FTPFTAM/FTPCGOMMServerCGOMMClientCGOMMClient－15－SGSNGGSNBackboneNetworkS-SMT-CDRS-CDRM-CDRS-SMO-CDRG-CDRCG處理的的話單－16－CDR記錄的類型S-CDR——SGSN產(chǎn)生的PDP上下文相關(guān)的計費信息。G-CDR——GGSN產(chǎn)生的PDP上下文相關(guān)的計費信息。M-CDR——SGSN產(chǎn)生的和移動性管理有關(guān)的計費信息。S-SMO-CDR——SGSN產(chǎn)生的發(fā)送短消息的計費信息。S-SMT-CDR——SGSN產(chǎn)生的接收短消息的計費信息。－17－WCDMAR4系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)Iu-CSIu-PSGbAHCS域PS域UMTSCNMSCServerGMGWInternetPSTN/ISDNHLRGGSNSGSNGSM無線接入WCDMA無線接入MGWGMSCServer2GNETR-SGWT-SGW－18－R4網(wǎng)絡特征SCPMSCServer

GMSCServer業(yè)務網(wǎng)絡HLRATM/IPBackboneH.248MGWUTRANH.248PSTN/GSMMGWR4的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)采用NGN的分層架構(gòu)，在控制層、傳送層、接入層實現(xiàn)了分離，是移動和固定NGN融合的起點實現(xiàn)業(yè)務和控制的分離考慮到IP網(wǎng)絡的一些固有問題，TDM技術(shù)成為可選的話音承載方式－19－WCDMAR4網(wǎng)絡的特點WCDMA網(wǎng)絡在向全IP演進的過程中是逐步演進的，首先實現(xiàn)電路域的IP傳輸，然后再考慮實現(xiàn)WCDMA整個網(wǎng)絡的IP傳輸；R4網(wǎng)絡和R99相比，主要的變化在CS域，PS域沒有任何變化；R4CS域基于呼叫控制與承載分離的思想，將MSC分為MGW和MSCServer；R4核心網(wǎng)內(nèi)部的信令采用IP傳輸；為了實現(xiàn)和PSTN以及其它非IP的PLMN之間的信令互通，增加了T-SGW（傳輸信令網(wǎng)關(guān)）和R-MGW（漫游信令網(wǎng)關(guān)）；T-SGW和R-MGW是邏輯的功能實體，在物理上，兩者可能是合一的；R4新增的接口和協(xié)議：Mc：MSCServer～MGW，H.248協(xié)議；Nb：MGW～MGW之間，協(xié)議取決于承載，若采用ATM承載，則采用AAL2承載AMR碼流；若采用IP承載，則采用RTP承載AMR碼流。Nc：MSCServer～MSCServer之間，采用BICC協(xié)議－20－MSCSERVER功能介紹McMcNbNcMSCServerGMSCServerMGWMGWUTRANR99/GSM/PSTN

繼承R99MSC的所有電路域控制面功能，承載面的交換功能由MGW以多種承載方式實現(xiàn)；對外提供純粹的信令接口；集成R99VLR功能，以處理移動用戶業(yè)務及CAMEL相關(guān)數(shù)據(jù)；對電路域基本業(yè)務及補充業(yè)務涉及的MGW中承載終端及媒體流的控制，是通過3G擴展的H.248協(xié)議來實現(xiàn)的；與其他MSCserver間通過BICC信令實現(xiàn)承載無關(guān)的局間呼叫控制；支持MGW及自身的登記及故障恢復操作，并可要求MGW主動上報其終端特性SGWNO.7－21－GMSCSERVER功能介紹McMcNbNcMSCServerGMSCServerMGWMGWUTRANR99/GSM/PSTNSGWNO.7

由GMSC的呼叫控制和移動控制組成，只完成GMSC的信令處理功能。具有查詢位置信息的功能。如MS被呼時，網(wǎng)絡如不能查詢該用戶所屬的HLR，則需要通過GMSCserver查詢，然后將呼叫轉(zhuǎn)接到目前登記的MSCserver中。通過H.248協(xié)議控制MGW中媒體通道的接續(xù)。支持BICC與TUP/ISUP的協(xié)議互通。－22－MGW功能介紹McMcNbNcMSCServerGMSCServerMGWMGWUTRANR99/GSM/PSTNSGWNO.7

是R4核心網(wǎng)承載面的網(wǎng)關(guān)設備，位于CS核心網(wǎng)通往無線接入網(wǎng)（UTRAN/BSS）及傳統(tǒng)固定網(wǎng)（PSTN/ISDN）的邊界處；是Iu、PSTN/PLMN接口的承載通道，以及分組網(wǎng)媒體流（如RTP流）的終結(jié)點

MGW不負責任何移動用戶相關(guān)的業(yè)務邏輯處理。而是通過H.248信令，接受來自(G)MSCserver的控制命令

MGW可以支持媒體轉(zhuǎn)換、承載控制及業(yè)務交換等功能，如GSM/UMTS各類語音編解碼器、回音消除器、IWF、接入網(wǎng)與核心網(wǎng)側(cè)終端媒體流的交換，會議橋、放音收號資源等支持電路域業(yè)務在多種傳輸媒介（基于AAL2/ATM,TDM，或基于RTP/UDP/IP)上的實現(xiàn)，提供必要的承載控制－23－SGW功能介紹

信令網(wǎng)關(guān)SGW在基于TDM的窄帶SS7信令網(wǎng)絡與基于IP的寬帶信令網(wǎng)絡之間，完成MTP3用戶的傳輸層信令協(xié)議棧的雙向轉(zhuǎn)換(SIGTRANM3UA/SCTP/IP<=>SS7MTP3/2/1)。

SGW在物理實現(xiàn)上可與(G)MSCserver或MGW合一McMcNbNcMSCServerGMSCServerMGWMGWUTRANR99/GSM/PSTNSGWNO.7－24－R4核心網(wǎng)信令系統(tǒng)RNSBSS接入側(cè)信令網(wǎng)關(guān)控制信令/承載控制信令BSSAPRANAP承載控制信令BICC/TUP/ISUPH.248H.248ALCAP局間信令MAPMAPCAP移動性管理和業(yè)務MSCserverMGWMSCserverMGWHLRSMCSCP－25－WCDMAR5系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)CS域PS域MSCServerGMGWHSSGGSNSGSNWCDMA無線接入MGWGMSCServerIMS域IMS-MGWSGWMGCFCSCFPSTNInternetNo.7－26－WCDMA各版本以及和2G的比較系統(tǒng)版本無線接入網(wǎng)核心網(wǎng)電路域核心網(wǎng)分組域GSM/GPRS1）FDDTDMA2）數(shù)據(jù)業(yè)務帶寬可達114Kbps1）采用TDM技術(shù)組網(wǎng)1）采用IP技術(shù)組網(wǎng)，2）GSN之間采用GTP協(xié)議3GPPR991）FDDWCDMA（5MHz載頻）2）無線接入網(wǎng)采用ATM技術(shù)3）數(shù)據(jù)業(yè)務帶寬可達2Mbps1）和GSM核心網(wǎng)相同2）AMR編碼，并將編解碼器從無線側(cè)移到核心網(wǎng)絡側(cè).1）和GPRS核心網(wǎng)基本相同3GPPR41）和R99無線接入網(wǎng)基本相同2）增加對TD-SCDMA的支持

1）呼叫控制和承載完全分離2）IP/ATM/TDM多種組網(wǎng)方式3）基于IP/ATM組網(wǎng)時可采用

TrFO節(jié)省傳輸資源1）和R99核心網(wǎng)分組域完全相同3GPPR51）和R99無線接入網(wǎng)基本相同，但采用IP傳輸2）采用HSDPA等新技術(shù)，提高無線接口數(shù)據(jù)業(yè)務速率1）對電路域不作要求，和R99

或R4電路域相同1）在分組域上疊加了IP多媒體子系統(tǒng)IMS2）呼叫控制CSCF和媒體網(wǎng)關(guān)控制MGCF進一步分離－27－WCDMA網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)核心網(wǎng)的演變WCDMA與GSM/GPRS的比較業(yè)務流程介紹R4關(guān)鍵技術(shù)介紹編號計劃

提綱－28－Iu-CSIu-PSUMTSCNGMSCMSCInternetPSTN/其他運營商HLRGGSNSGSNWCDMA無線接入SCP核心網(wǎng)沒有采用分層結(jié)構(gòu)，控制和承載沒有分離。電路域骨干傳輸仍是基于TDM的技術(shù)支持CAMEL3，兼容CAMEL2無線接入網(wǎng)Iu、Iur、Iub接口均引入了ATM技術(shù)WCDMA向NGN的演進—R99階段－29－R99技術(shù)分析優(yōu)勢R99充分考慮了對現(xiàn)有產(chǎn)品的向下兼容。系統(tǒng)采用分組域和電路域分別承載與處理的方式，分別接入PSTN和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)，從根本上保證了技術(shù)在現(xiàn)有網(wǎng)絡上的可操作性。實時業(yè)務的QoS的保證采用TDM技術(shù)組網(wǎng)的成熟性未解決問題R99是網(wǎng)絡發(fā)展的一個過渡結(jié)構(gòu)，為了滿足向下兼容和網(wǎng)絡建設的快捷方便，就形成一些固有的缺陷。沒有從根本上解決網(wǎng)絡后續(xù)發(fā)展的問題，從而在一定程度上會造成新的投資浪費。－30－WCDMA向NGN的演進—R4階段網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)采用NGN的分層架構(gòu)HCS域PS域UMTSCNMSCServerGMGWInternetPSTN/其他運營商HLRGGSNSGSNWCDMA無線接入MGWGMSCServerMGW可分布于不同的本地網(wǎng)，采用分散接入的方式?？杉性谑鞘?，采用集中控制的方式。MSCServer實現(xiàn)呼叫控制、業(yè)務控制、用戶數(shù)據(jù)庫管理等功能；MGW實現(xiàn)UTRAN到ATM/IP，以及PSTN的媒體流轉(zhuǎn)換。－31－R4技術(shù)分析優(yōu)勢在核心網(wǎng)絡上體現(xiàn)了NGN的體系構(gòu)架思想。電路域由TDM中心節(jié)點交換型演進為典型的分組話音分布式體系結(jié)構(gòu)，業(yè)務邏輯與底層承載相分離。網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分層增加了業(yè)務擴展的靈活性，網(wǎng)絡扁平化減少了傳輸過程的瓶頸，從根本上突破了網(wǎng)絡在后續(xù)演進過程中的障礙?？梢韵嘈?，R4的成熟應用將會帶來現(xiàn)有網(wǎng)絡運營的一個飛躍。未解決問題商業(yè)試行的范圍還比較小，運營商和各個廠家還需要一段時間來積累新網(wǎng)絡運營的經(jīng)驗，需要關(guān)注和解決很多新的問題，如在IP網(wǎng)絡上的安全性問題，Qos問題等。－32－R99/R4核心網(wǎng)電路域的區(qū)別RNSRNSRNSSCPHLRMSCMSCTUP/ISUPTDMCAPOverTDMMAPOverTDMRNSRNSHLRSCPMSCServerMSCServerMGWRNSMAPOverTDM/IPCAPOverTDM/IPTUP/ISUP/BICCTDM/ATM/IPTDM/ATM/IPMGWH.248OverATM/IPH.248OverATM/IP－33－WCDMA向NGN的演進—R5階段

SCP未來真正的全IP網(wǎng)絡，實現(xiàn)端到端的IP業(yè)務；呼叫控制、承載控制、媒體網(wǎng)關(guān)的分離以及在IP網(wǎng)絡上的多業(yè)務融合體現(xiàn)了NGN的思想UTRANIM-MGWSIPASOSA/ParlaySGSNGGSNHSSMGCFCSCFH.248MAPIPIPSIPDiameterSIPIPTDMWebserverApp.ServerSIPR5增加了IMS系統(tǒng)，并實現(xiàn)了會話控制實體CSCF和承載控制實體MGCF在物理上的分離MGCF完成媒體網(wǎng)關(guān)的連接控制以及ISUP和IMS呼叫控制協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換等功能CSCF完成IP多媒體業(yè)務的呼叫控制、會話管理等功能IMSPS域ExternalIPNetworkIPR99/GSM/PSTN－34－從R4到R5核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)的演變CS域PS域R4核心網(wǎng)CS域初期的R5核心網(wǎng)PSTNPSTN后期的R5核心網(wǎng)IMS域InternetInternetInternetPSTNMGWSGSNGGSNGMGWHLRGMSCServerMSCServerCS域PS域PS域GGSNSGSNGMGWMGWMSCServerGMSCServerPS域GGSNSGSNIMS域CSCFMGCFHSSIM-MGWCSCFIM-MGWMGCFHSSRNSRNSRNS－35－WCDMA網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)核心網(wǎng)的演變WCDMA與GSM/GPRS的比較業(yè)務流程介紹R4關(guān)鍵技術(shù)介紹編號計劃

提綱－36－WCDMA和GSM接口比較RNS

RNC

RNS

RNC

核心網(wǎng)絡(CN)

NodeB

NodeB

NodeB

NodeB

Iu

Iu

IurIub

Iub

Iub

Iub

UE

Uu

Uu

UEMSBTSBSCMSC/VLROMCSCHLR/AUCEIRMSC/VLRBTSMSPLMNPSTNISDNPSTDNNo.7MAPX.25X.25orNo.7UmAAbis－37－Iu和A/Gb差別接口名稱控制信令/用戶數(shù)據(jù)的傳輸信令承載方式－38－PhysicalLayerMTPSCCPBSSAPMTPSCCPBSSOMAPAGbGMM/SMLLCBSSGPL1bisNetworkServiceL1RRCMACATMRANAPAAL5RelayUuRLCSignallingBearerSCCP

ATMAAL5Iu-PsSCCPSignalingBearerRANAPGMMSM/SMS3G-SGSNRNS2G-SGSNA接口信令模型R99Iu-PS從信令承載方式上的比較...A/Gb/Iu接口控制面的比較－39－WCDMAPS域和GPRS之間移動性管理的差別移動性管理方面

MSMM移動性管理狀態(tài)機遷移圖IDLEGPRSAttachPDUTransmissionREADYTimerExpiredOrForcetoSTANDBYREADYSTANDBYGPRSDETACHGPRSMSMMStatesPSAttachPSSignallingConnectionReleasePSSignallingConnectionEstablishPSDetachDetach,PSAttachReject,RAURejectWCDMAPS域

MSMMStatesPMM-IDLESM-ACTIVEorINACTIVEPMM-CONNECTEDSM-ACTIVEorINACTIVEPMM-DETACHED－40－移動性管理方面SGSN移動性管理狀態(tài)機遷移圖GPRSSGSNMMStatesIDLEGPRSAttachPDUTransmissionREADYSTANDBYCancellocationOrImplicitDetachREADYTimerExpiredOrForcetoSTANDBYOrAbnormalRLCConditionGPRSDETACHOrCancellocationPSAttachPSSignallingConnectionReleasePSSignallingConnectionEstablishPSDetachDetach,PSAttachReject,RAURejectWCDMAPS域

SGSNMMStatesPMM-IDLESM-ACTIVEorINACTIVEPMM-CONNECTEDSM-ACTIVEorINACTIVEPMM-DETACHEDServingRNCrelocationWCDMAPS域和GPRS之間移動性管理的差別－41－

路由區(qū)更新方面GPRS中跨SGSN的重定位示意圖RA1HLR/AuC

oldSGSNGGSNRA2

newSGSNsourceBSCMStargetBSC①①①①②③③③③①③緩存區(qū)發(fā)生在SGSN;在GPRS中,只有硬切換WCDMAPS域和GPRS之間移動性管理的差別－42－RA1HLR/AuC

oldSGSNGGSNRA2

newSGSNsourceSRNCMStargetRNC①①①①①②③③③③①③

路由區(qū)更新方面R99PS域中跨SGSN的重定位示意圖緩存區(qū)發(fā)生在RNS;降低了SGSN的設計復雜性,平衡無線信道容量和處理能力重要的是具有了接口Iur從路由區(qū)更新角度考慮,具有“軟切換”概念WCDMAPS域和GPRS之間移動性管理的差別－43－WCDMA和GSM語音業(yè)務的區(qū)別

編碼方式不一樣

GSM語音編碼方案為REP－LTP（規(guī)則脈沖激勵－長期預測）每語音信道的編碼速率是恒定的13kbpsWCDMA語音編碼方案為AMR（自適應可變速率編碼），可提供8種編碼速率（4.75——12.2kbit/s）。

最重要的是3G可以根據(jù)網(wǎng)絡資源的當前狀況為用戶分配合適的帶寬資源。－44－GSM/GPRS使用三元組3G使用五元組AVGSM/GPRS只有網(wǎng)絡對用戶的接入認證3G實現(xiàn)了網(wǎng)絡和用戶之間的雙向認證3G與2G的安全比較－45－GSM/GPRS加密分別在BTS/SGSN實現(xiàn)3G增加了信令的完整性保護，以及同步消息認證機制3G的加密和完整性保護在RNC中實現(xiàn)3G與2G的安全比較－46－WCDMA網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)核心網(wǎng)的演變WCDMA與GSM/GPRS的比較業(yè)務流程介紹R4關(guān)鍵技術(shù)介紹

提綱－47－R4呼叫流程示例

－－3G用戶呼叫固定用戶UMTSCNMSCServerGMGWPSTN/其他運營商UEMGWGMSCServerNO.7H.248BICCH.248TUPTUP－48－R4呼叫流程示例

－－3G用戶呼叫3G用戶AMSCServerMGWUEMGWMSCServerNO.7UEBHLRHLRH.248H.248BICCMAPMAP－49－分組數(shù)據(jù)業(yè)務流程1PDP上下文激活請求

（NSAPI，type],APN等）2DNS_query(APN)和DNSResponse（IPOfGGSN）3Create_PDP_Req（TypeofPDP,APN）和Res（IPofMS)InternetSGSNDNSGGSNRNSBackbone－50－WCDMA網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)核心網(wǎng)的演變WCDMA與GSM/GPRS的比較業(yè)務流程介紹R4關(guān)鍵技術(shù)介紹

提綱－51－UTRANMGWPSTN本地網(wǎng)2本地網(wǎng)1UTRANPSTNIP骨干網(wǎng)MGWMGWMGWSGWNO.7MSCServer某本地網(wǎng)UTRANPSTNMGWMGWSGWNO.7本地網(wǎng)nMSCServer2MSCServer1IP骨干網(wǎng)BI