WCDMA核心网技术与演进

1、WCDMA核心网发展域技术演进核心网发展域技术演进构建构建2G/3G统一的移动核心网统一的移动核心网主 讲：谢玉生E-mail：日 期：2011年4月2 WCDMAWCDMA发展概述发展概述 WCDMAWCDMA分组域分组域 WCDAWCDA核心网演进核心网演进 WCDMA与传统与传统GSM比较比较33G3G发展的原动力发展的原动力n市场驱动市场驱动提供多媒体业务用户更多更高速率业务需求n技术驱动技术驱动4更高频谱效率的要求4各大网络兼容性要求4全球统一频段、统一标准，全球无缝覆盖,全球漫游需求4未来网络的发展电路趋向IP化n基于IP技术的一体化核心网逐渐取代基于TDM技术的核心网。发展发展目

2、标目标5未来的网络是统一的网络：NGNSCP业务管理层业务管理层App Server网络控制层网络控制层核心交换层核心交换层边缘接入层边缘接入层SoftswitchSoftswitchTGSGAG3G/2GAccessWAGWAGIPIP骨干网骨干网EnterpriseASP6NGN与TDM网络的比较TDM网络NGN网络网络结构业务/控制/承载合一，网络不灵活，业务提供复杂业务/控制/承载分离，各个层次可以独立演进网络传送对每个建立的连接采用独占资源方式，资源利用效率低采用包交换作为传送技术，资源利用效率高业务提供每提供一个新业务，需要升级所有网元，升级工作量非常巨大采用开放的API接口，方便

3、提供给各种新业务业务接入能力只能提供窄带业务，数据业务提供不灵活可以提供各种宽窄带业务，实时非实时业务网络组网接口种类繁多，网络层次多，组网复杂接口种类少，可以实现平面组网维护管理由于网络复杂，网络管理必然复杂，维护费用非常高，由于网络简单，因此网络管理简化，维护费用低。73GPP 3GPP 标准标准q Release 99 (R3)Release 99 (R3) 2000年3月正式发布 3GPP TS AB.XYZ v3.n.mq Release 4 (R4)Release 4 (R4) 2001年3月正式发布 3GPP TS AB.XYZ v4.n.mq Release 5 (R5)Rel

4、ease 5 (R5) 2002年3月正式发布 3GPP TS AB.XYZ v5.n.mq Release 6 (R6)Release 6 (R6) 正在制订中q 每次每次 3GPP 3GPP 全会全会 (3 (3 个月个月) )后都会对规范后都会对规范进行更正或补充进行更正或补充21 series Requirements specifications 22 series Service aspects 23 series Technical realization 24 series Signalling protocols 25 series UTRA aspects 26 serie

5、s Codecs 27 series Data 28 series Reserved for future use 29 series Signalling protocols (NSS) 30 series Programme management 31 series UIM (User Identity Module) 32 series Operation and Maintenance 33 series Security aspects 34 series Test specifications 35 series Algorithms 8WCDMAWCDMA向全向全IPIP的演进的

6、演进MSCGMSCCSGGSNSGSNPSRNSRNSBSSBSSRNSRNSBSSBSSRNSRNSBSSBSSMGWMGWCSGGSNSGSNPS MSC MSC serverserver GMSC GMSC serverserverBilling ServerOMCSCPHLRMMSCGMLCMGWCSGGSNSGSNPS MSC MSC serverserverBilling ServerSCPHSSGMLCMMSCOMC MGCFMGCF CSCFCSCFIMS GMSC GMSC serverserverR99R99R4R4R5R5核心网基于演进的GSM和GPRS网络电路域控制和承

7、载分离核心网和无线接入网均采用IP传输WCDMAWCDMA向全向全IPIP的演进符合下一代网络的发展趋势的演进符合下一代网络的发展趋势Billing ServerOMCSCPHLRMMSCGMLCMGW9 WCDMAWCDMA发展概述发展概述 WCDMAWCDMA分组域分组域 WCDAWCDA核心网演进核心网演进 WCDMA与传统与传统GSM比较比较10RNCNode BTDM/ATMPSTNIPIu-PSGnGnGpGiCGBilling CenterGaHLRMSCGGSNGMSC4移动性管理4网络接入控制4用户数据和会话管理4计费信息收集4路由选择和转发4路由选择与转发4封装和隧道传输4

8、用户数据和会话管理4动态分配IP地址4计费信息收集4用户认证、安全管理Inter-PLMN4计费信息收集4话单格式转换BSCBTSSGSNGbInternet分组域网元在移动网络中的位置分组域网元在移动网络中的位置11R99核心网分组域各接口信令核心网分组域各接口信令SMCGGSNSGSNRNSNO.7HLRMSCGPRS backboneRANAPMAPMAPGTP-C12SGSN主要功能主要功能路由选择转发4支持对PDP PDU的封装和去封装功能用户数据管理4存储、修改和删除当前用户数据并支持HLR插入或删除用户数据移动性管理4附着、分离、位置管理、清除、业务请求计费话单处理4 话单采集、

9、话单格式转换4 话单存储4GPRS寻呼、Gs联合寻呼、RNC无线资源管理无线资源管理13GGSN主要功能主要功能n 路由选择与转发、地址翻译和映射n 封装和隧道传输n 用户数据管理n 会话管理、互通功能n IP地址管理n 计费信息收集14 WCDMAWCDMA发展概述发展概述 WCDMAWCDMA分组域分组域 WCDAWCDA核心网演进核心网演进 WCDMA与传统与传统GSM比较比较15WCDMA协议版本的演进协议版本的演进R4R5R99n继承2G（GSM和GPRS）所有的业务和功能；n核心网分CS电路域和PS分组域；n接入网引入WCDMA UTRAN；n核心网和接入网之间的Iu接口基于ATM

10、。n继承WCDMA R99所有的业务和功能；n电路域结构的变化：控制和承载相分离，MSC可以用合一或MSC SERVER、MGW分离结构实现；组网形成类似NGN的四层结构；n电路域引入分组话音，支持多种传输技术：TDM，ATM，IP。n继承WCDMA R4所有的业务和功能；n核心网增加IM（IP多媒体域）；nRAN向IP方向发展；n增强的IP QoS能力，支持端到端的IP多媒体业务。200020012002规范完成时间16R99网络结构网络结构GSM /GPRS BSSBTSBSCNodeBRNCPCU UTRAN SCPSMSSCEPSTNISDNInternet,IntranetMSC/V

11、LRGMSCHLR/AUCSGSNCGBGGGSNGPRS骨干网/Other PLMNSS7173G CN核心网没有采用分层结构，控制和承载没有分离。电路域骨干传输仍是基于TDM的技术支持CAMEL3，兼容CAMEL2无线接入网Iu、Iur、Iub接口均引入了ATM技术WCDMAWCDMA向向NGNNGN的演进的演进R99R99阶段阶段18R99核心网络特色及技术核心网络特色及技术n核心网络分为CS域和PS域。CS域以原有的GSM网络为基础，PS域以原有的GPRS网络为基础；nCS域：用于向用户提供电路型业务，组网方式包括TDM组网、ATM组网、IP组网。网络实体包括MSC/VLR、GMSC等

12、交换实体以及用于与其它网络互通的IWF实体等；nPS域：用于向用户提供分组型业务，组网方式为IP组网。网络实体包括SGSN、GGSN、CG以及与其它PLMN互连的BG等网络实体。 19R99核心网电路域各接口信令核心网电路域各接口信令RNSRNSMSCNO.7MSCHLRSMCSCPRANAPRANAPTUP/ISUPMAPCAPMAP20R99核心网电路域各接口话音编码核心网电路域各接口话音编码GMSCMSCPSTNTDMRNSAMRG.711G.711MSC需要完成AMR编码到64K的转换工作21R99技术分析优势优势q R99充分考虑了对现有产品的向下兼容。q 系统采用分组域和电路域分别

13、承载与处理的方式，分别接入PSTN和公用数据网，从根本上保证了技术在现有网络上的可操作性。q 实时业务的QoS的保证q 采用TDM技术组网的成熟性未解决问题未解决问题q R99是网络发展的一个过渡结构，为了满足向下兼容和网络建设的快捷方便，就形成一些固有的缺陷。q 没有从根本上解决网络后续发展的问题，从而在一定程度上会造成新的投资浪费。22WCDMA R4系统基本结构系统基本结构23WCDMA R4WCDMA R4系统基本结构系统基本结构网络结构采用NGN的分层架构HCS域PS域3G CNMGW可分布于不同的本地网，采用分散接入的方式。可集中在省会城市，采用集中控制的方式。MSC Server

14、实现呼叫控制、业务控制、用户数据库管理等功能；MGW实现UTRAN到ATM/IP，以及PSTN的媒体流转换。24R4网络特征SCPMSC Server GMSC Server业务网络HLR ATM/IP BackboneH.248MGWUTRANH.248PSTN/GSMMGWqR4的网络结构采用NGN的分层架构，在控制层、传送层、接入层实现了分离，是移动和固定NGN融合的起点q实现业务和控制的分离q考虑到IP网络的一些固有问题，TDM技术成为可选的话音承载方式25WCDMA R4WCDMA R4网络的特点网络的特点qWCDMA网络在向全IP演进的过程中是逐步演进的，首先实现电路域的IP传输，

15、然后再考虑实现WCDMA整个网络的IP传输；qR4网络和R99相比，主要的变化在CS域，PS域没有任何变化；qR4 CS域基于呼叫控制与承载分离的思想，将MSC分为MGW和MSC Server；qR4核心网内部的信令采用IP传输；为了实现和PSTN以及其它非IP的PLMN之间的信令互通，增加了T-SGW（传输信令网关）和R-MGW（漫游信令网关）；T-SGW和R-MGW是逻辑的功能实体，在物理上，两者可能是合一的；qR4新增的接口和协议：Mc：MSC ServerMGW，H.248协议；Nb：MGWMGW之间，协议取决于承载， 若采用ATM承载，则采用AAL2承载AMR码流； 若采用IP承载，

16、则采用RTP承载AMR码流。Nc：MSC ServerMSC Server之间，采用BICC协议26MSC SERVER功能介绍功能介绍McMcNbNcMSC ServerMGWMGWUTRANR99/GSM/ PSTNSGWNO.7l 继承R99 MSC的所有电路域控制面功 能，承载面的交换功能由MGW以多种承载方式实现；l 对外提供纯粹的信令接口；l 集成R99 VLR功能，以处理移动用户业务及CAMEL相关数据；l 对电路域基本业务及补充业务涉及的MGW中承载终端及媒体流的控制，是通过3G扩展的H.248协议来实现的；l 与其他MSC server间通过BICC信令实现承载无关的局间呼叫

17、控制；l 支持MGW及自身的登记及故障恢复操作，并可要求MGW主动上报其终端特性GMSC Server27GMSC SERVER功能介绍功能介绍McMcNbNcMSC ServerGMSC ServerMGWMGWUTRANR99/GSM/ PSTNSGWNO.7l由GMSC的呼叫控制和移动控制组成，只完成GMSC的信令处理功能。l 具有查询位置信息的功能。如MS被呼时，网络如不能查询该用户所属的HLR，则需要通过GMSC server查询，然后将呼叫转接到目前登记的MSC server中。l 通过H.248协议控制MGW中媒体通道的接续。l 支持BICC与TUP/ISUP的协议互通。28MG

18、W 功能介绍功能介绍McMcNbNcMSC ServerGMSC ServerMGWMGWUTRANSGWNO.7l 是R4核心网承载面的网关设备，位于CS核心网通往无线接入网（UTRAN/BSS）及传统固定网（PSTN/ISDN）的边界处；是Iu、PSTN/PLMN接口的承载通道，以及分组网媒体流（如RTP流）的终结点l MGW不负责任何移动用户相关的业务逻辑处理。而是通过H.248信令，接受来自(G)MSC server的控制命令l MGW可以支持媒体转换、承载控制及业务交换等功能，如GSM/UMTS各类语音编解码器、回音消除器、IWF、接入网与核心网侧终端媒体流的交换，会议桥、放音收号资

19、源等l 支持电路域业务在多种传输媒介（基于AAL2/ATM, TDM，或基于RTP/UDP/IP)上的实现，提供必要的承载控制R99/GSM/ PSTN29SGW 功能介绍功能介绍l 信令网关SGW在基于TDM的窄带SS7信令网络与基于IP的宽带信令网络之间，完成MTP3用户的传输层信令协议栈的双向转换 (SIGTRAN M3UA /SCTP/IP SS7 MTP3/2/1)。l SGW在物理实现上可与(G)MSC server或MGW合一McMcNbNcMSC ServerGMSC ServerMGWMGWUTRANR99/GSM/ PSTNSGWNO.730nSG：完成信令转换工作，即完成

20、SS7的传送层MTP与SIGTRAN 的传送层SCTP/IP之间的转换。PCM时隙IP包SGTDM承载IP承载信令消息SG 功能介绍功能介绍31MGWMcMcNbNcMSC ServerMGWGMSC ServerRTPAAL2语 音 帧UDP/IPATMPCM H.248SCTPUDPMTP3B IPSSCF/SSCOP/AAL5R4核心网络接口协议核心网络接口协议32R4核心网络接口协议（续）核心网络接口协议（续）接口名连接实体信令与协议主要功能McMSC ServerMGWH.248完成媒体网关控制NcMSC ServerMSC ServerBICC完成局间的呼叫控制NbMGWMGWRT

21、P/AAL2完成承载方式的控制和用户信息（语音、数据、图象、多媒体）的传送33R4核心网信令接口核心网信令接口RNS接入侧信令网关控制信令/承载控制信令局间信令移动性管理和业务HLRSMCSCPNo.7信令网局间信令n R4核心网信令接口：uMSC Server之间局间信令：BICC；uMSC Server与MGW之间控制信令：H.248;uMSC Server与接入侧间信令：RANAP。u移动性管理和业务：MAP/CAP；uMSC Server与传统TDM网络局间信令：TUP/ISUP；34R4技术分析优优 势势q 在核心网络上体现了NGN的体系构架思想。q 电路域由TDM中心节点交换型演进

22、为典型的分组话音分布式体系结构，业务逻辑与底层承载相分离。q 网络结构分层增加了业务扩展的灵活性，网络扁平化减少了传输过程的瓶颈，从根本上突破了网络在后续演进过程中的障碍。q 可以相信，R4的成熟应用将会带来现有网络运营的一个飞跃。 未解决问题未解决问题q 需要关注和解决很多新的问题，如在IP网络上的安全性问题，Qos问题等。35R99/R4核心网电路域的区别RNSRNSRNSSCPHLRMSCMSCTUP/ISUPTDMCAP Over TDMMAP Over TDMRNSRNSHLRSCPMSC ServerMSC ServerMGWRNSMAP Over TDM/IPCAP Over T

23、DM/IPTUP/ISUP/BICCTDM/ATM/IPTDM/ATM/IPMGWH.248 Over ATM/IPH.248 Over ATM/IP36WCDMAWCDMA向向NGNNGN的演进的演进R5R5阶段阶段 SCP未来真正的全IP网络，实现端到端的IP业务；呼叫控制、承载控制、媒体网关的分离以及在IP网络上的多业务融合体现了NGN的思想UTRANIM-MGWSIP ASOSA/ ParlaySGSNGGSNHSSMGCFCSCFH.248H.248MAPMAPIPIPSIPSIPDiameterDiameterSIPSIPIPTDMWeb serverApp. ServerSIPS

24、IPR5增加了IMS系统，并实现了会话控制实体CSCF和承载控制实体MGCF在物理上的分离MGCF完成媒体网关的连接控制以及ISUP和IMS呼叫控制协议之间的转换等功能CSCF完成IP多媒体业务的呼叫控制、会话管理等功能IMSPS域External IP NetworkIPR99/GSM/ PSTN37从R4到R5核心网结构的演变CS域PS域R4核心网CS域初期的R5核心网PSTNPSTN后期的R5核心网IMS域PSTNMGWSGSNGGSNGMGWHLRGMSC ServerMSC ServerCS域PS域PS域GGSNSGSNGMGWMGWMSC ServerGMSC ServerPS域G

25、GSNSGSNIMS域CSCFMGCFHSSIM-MGWCSCFIM-MGWMGCFHSSRNSRNSRNS电路域、分组域合一38CS域的演进发展域的演进发展n目前核心网正在经历TDM向软交换设备的演进过程；n软交换设备语音承载IP化是2G软交换设备具备升级到3G设备的基础，将是下一阶段演进的方向。MSCMSC ServerMGWMSC ServerMGWMSC ServerMGWMSC Server/MGCFMGW/IM-MGWGSMR4R5TDM-软交换，控制承载分离TDM-IP，增加IP接口GSM-R4，增加ATM接口R4-R5，软件升级39MSC演进路标演进路标n移动端局移动端局MSC

26、设备设备现网现网移动端局移动端局支持支持3G业务业务支持支持SIGTRAN支持支持IMS3G建设时具备的功能建设时具备的功能后期根据需求逐步具备的功能后期根据需求逐步具备的功能n3G相关功能接口及协议n2G/3G无线双接入nMGW支持A接口和Iu-CS接口nMGW间（Nb口）媒体IP承载nA/Iu Flex容灾备份机制n配合全网信令IP化，MSC SERVER/MGW支持IP承载信令，具备IP接口n支持与IMS互通的MGCF功能和IMS MGW功能40HLR演进路标演进路标nHLR设备设备现网现网HLR支持支持3G业务业务支持支持SIGTRANHSS3G建设时具备的功能建设时具备的功能后期根据

27、需求逐步具备的功能后期根据需求逐步具备的功能n2G目标网版本升级已经支持n配合全网信令IP化n支持IMS业务41 WCDMAWCDMA发展概述发展概述 WCDMAWCDMA分组域分组域 WCDAWCDA核心网演进核心网演进 WCDMA与传统与传统GSM比较比较42WCDMAWCDMA各版本以及和各版本以及和2G2G的比较的比较系统版本无线接入网核心网电路域核心网分组域GSM/GPRS1）FDD TDMA2）数据业务带宽可达 114Kbps1）采用TDM技术组网1）采用IP技术组网，2）GSN之间采用GTP协议3GPP R99 1）FDD WCDMA（5MHz载频）2）无线接入网采用ATM技术3）数据业务带宽可达 2Mbps1）和GS