第1讲2、3G电路域剖析

1、2/3G 核心网电路域嵇 夏2015年8月目录2/3G2/3G电路域组网电路域组网1网络基础网络基础23业务流程业务流程4发展和演进趋势发展和演进趋势网络发展3GPP3GPP22G2.5G2.75G3G3.5G3.75G3.9GGPRSEDGEeEDGEHSDPAR5HSUPAR6MBMS4GMBMSCDMA 20001X EV-DOWi-FiWIMAXHSDPAHSPA+R7 FDD/TDD4GGSMTD-SCDMAWCDMAR99CDMAIS95CDMA2000 1xLTEEV-DORev. AEV-DORev. BHSUPAIEEE网络发展标准GSMGPRSEDGE3GHSDPAWima

2、xLTE+SAE名称全球移动通信系统（2G）通用分组无线服务（2.5G）增强型数据速率GSM演进技术2.75GWCDMATD-SCDMACDMA2000高速下行分组接入（3.5G）全球微波互联技术（802.16）接入网长期演进+核心网系统架构演进国外提出 时间20世纪80年代中期1993年欧洲提出概念1997年爱立信提出概念2001年日本最早使用2004年3月GSM大会提出2005年7月2004年12月国内推出时间1994年12月2002年5月17日2007年2008年末2009年-2014固定环境速率9.6kb/s115Kb/s240Kb/s2Mb/s10Mb/s70Mb/s100Mb/s步

3、行用户速率384kb/s车载用户速率144kb/s核心网整体架构电路域电路域MGWMSC SERVERGMGW2G/TD RAN2/3G分组分组域域SGSNGGSNSBCIM-MGW其它其它IMS网元网元HSSMGCFSBCASCM-IMSE-UTRANMMES-GWEPC P-GWSAE-GW其它数据其它数据业务网业务网HLRGMSC SERVERHSSinternet(CMNet)集团客户、家庭用户集团客户、家庭用户S1-MMES1-US6aS11S5/S8SGiGrGnGnPCRF电路域版本演进MSC/VLRMSC/VLRGMSGMSCCBTSBTSBSC Node BNode BSGS

4、NSGSNGGSNGGSNTDM backboneTDM backboneIPIPbackbonebackboneA AGbGbHLRHLRPSTNPSTNMGWMGWGMGWGMGWNode BNode BRNCRNC Node BNode BSGSNSGSNGGSNGGSNIPIPbackbonebackboneIu-CSIu-CSIu-PSIu-PSHLRHLRPSTNPSTNGMSC ServerGMSC ServerMSC ServerMSC ServerMGWMGWMGWMGWNode BNode BRNCRNC Node BNode BSGSNSGSNGGSNGGSNIPIPba

5、ckbonebackboneIu-CSIu-CSIu-PSIu-PSHSSHSSPSTNPSTNMSC Server/ MGCFMSC Server/ MGCFMSC ServerMSC ServerCSCFCSCFMRFMRFIMSIMSGSM/GSM/3GPP R993GPP R993GPP R43GPP R43GPP3GPPR5/R6/R7R5/R6/R7RNCRNCIu-CSIu-CSIu-PSIu-PSHLR提供用户数据管理、移动性管理、支持呼叫相关处理、鉴权中心等功能MSC Server提供BSS/UTRAN的接入，负责完成CS域的移动性管理、安全性管理、切换处理、信令处理、呼叫处

6、理、用户业务数据管理（VLR功能）等控制功能MGW是PSTN/PLMN的传输终结点，负责完成媒体转换、承载控制、数字信号编解码、回声抑制、会议桥接等功能GMSC Server充当移动关口局，与PSTN、NGN、ISDN或其他PLMN网络进行信令互通，承担路由分析、网间接续、网间结算等功能。目录2/3G2/3G电路域组网电路域组网1网络基础网络基础23业务流程业务流程4发展和演进趋势发展和演进趋势电路域组网UTRANSS7PSTN/ISDNBSSSIGTRANSCPSMSSCEHLRAPP ServerH.248BICCVMSC ServerIP(ATM) BackboneMGW MGW AMR

7、/RTP(AAL2)GMSC ServerH.248RANAPGSM/R99 PLMNIP NetworkTDMAAL2TDMTDMIPBSSAPMAP/CAPNcMcIu CS UPIu CS CPNbISUP网元功能/MGWMGW：Media Gateway，媒体网关l用户承载面功能:网关交换设备，位于3G 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接口、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

8、端媒体流的交换，会议桥、放音收号资源等。l资源受控功能：接受来自 MSC Server及 GMSC Server的资源控制命令。 l支持电路域业务在多种传输媒介：基于AAL2/ATM、TDM、RTP/UDP/IP上的业务承载，提供必要的承载控制，对承载媒体流的控制。MGW MSC ServerH.248MSC ServerH.248BICCMGW 网元功能/MSC呼叫控制和处理功能：软交换设备为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能；移动性管理功能：位置更新、切换、附着；协议处理功能：呼叫控制协议、媒体控制协议、业务应用协议以及维护管理协议处理；SSP功能：识别智能呼叫并上报业务控制功能，由S

9、CF控制呼叫，保证软交换网络内的用户继续享用现有智能业务；操作维护功能：用户使用、配置、管理、监视软交换设备运行的功能集合；计费功能：采集计费信息，并负责将采集到的信息送往计费中心。MGW MSC ServerH.248MSC ServerH.248BICCMGW 网元功能/HLR、VLRp HLR是归属位置寄存器p VLR是拜访位置寄存器网元功能/EIREquipment Identity Register，设备标识寄存器p 白名单（准许使用的）p 灰名单（出现故障需监视的）p 黑名单（失窃不准使用）GSM网络接口MSBTSEIRBSCMSCVLRMSCVLRHLR/AUCUmAAbisFC

10、BGDEA A接口：接口：核心网与无线网的接口，传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等，接口协议为BSSAPE E接口：接口：交换机之间的接口，采用MAP协议，用于切换过程中交换有关切换信息以启动和完成切换 B B接口：接口：内部接口，用于移动业务交换中心（MSC）向访问用户位置寄存器（VLR）询问有关移动台（MS）当前位置信息或者通知访问用户位置寄存器（VLR）有关移动台（MS）的位置更新信息等GG接口：接口：用于向分配临时移动用户识别码（TMSI）的访问用户位置寄存器（VLR）询问此移动用户的国际移动用户识别码（IMSI）的信息D D接口：接口：用于交换有关移动台位置和

11、用户管理的信息，为移动用户提供的主要服务是保证移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫CC接口：接口：用于传递路由选择和管理信息 F F接口：接口：用于交换相关的国际移动设备识别码管理信息，国内较少使用 接口汇总接接口口相相关关实实体体接接口口功功能能Iu-CS 接口MSCRNC用户侧信令的接入及语音通道承载的建立B 接口MSC-VLR用户的移动性管理、位置更新和补充业务的激活等功能。此接口为内部接口，标准不规范。C 接口MSC-HLR获取用户的 MSRN 和与智能业务相关的用户状态、用户位置等信息。 （29.002、23.078）D 接口VLR-HLR获取用户的 MSRN 和与智能业务相关的用户

12、状态、用户位置等信息。 （29.002、23.078）E 接口MSC-MSC用于两个 MSC 之间的切换过程。同时，若一个MSC 兼作 SC，当向一个用户发送或接受短消息时，也需在此接口传送信息。 （29.002）F 接口MSC-EIR用于 EIR 验证用户的 IMEI 状态信息G 接口VLR-VLR当用户从一个 VLR 移动至另一个 VLR 时，用于交换用户的 IMSI 和鉴权参数信息。 （29.002）3G电路域接口MGWMGWGMGWGMGWNodeBNodeBRNCRNC Iu-csIu-csHLRHLRPSTNPSTNGMSC ServerGMSC ServerMSC ServerM

13、SC ServerBTSBTSCNCNC/DC/DNcNcMcMcMcMcBSCBSCA ANbNbNb接口：分为NbCP和NbUP，即控制面和媒体面，承载控制接口和承载业务接口Mc接口：媒体网关控制接口，MSC Server控制MGW的资源等。NcNc接口：接口：呼叫控制接口，与具体承载相独立接口协议接口协议全TDM承载移动网络典型结构VMSCA A省省B B省省LSTP1/2HSTP1/2HSTP1/2TMSC1-1/2HLRHLRLSTP1/2TMSC1-1/2GMSCTMSC2-1/2TMSC2-1/2GMSCVMSCVMSCVMSC信令TDM语音引入软交换后移动网络典型架构MGWVM

14、SCTMGWTMSS/CMNGMSSMSS信令TDM语音GMGWTMGWTMSS/CMNMSSGMSSMGWVMSCGMGWMGW本地网1本地网2LSTPHSTPHSTPTMSC1TMSC2HLRHLR他网他网LSTPIP承载网TMSC1TMSC2IP语音端局组网方式MGWMGWVMSCTMGWTMSS/CMNGMSS信令TDM语音GMGWTMGWTMSS/CMNGMSSVMSCGMGWMSSMSSMSSMSSMGWMGWMGWMGW本地网1本地网2LSTPHSTPHSTPTMSC1TMSC2HLRHLRSCPSCP他网他网LSTPIP承载网TMSC1TMSC2IP语音通常将通常将MSC Se

15、rver MSC Server 集中放置在省会城市，集中放置在省会城市，MGWMGW与与BSC/RNCBSC/RNC放置在各本地网内放置在各本地网内大本地组网大本地组网MSS本地网1本地网2MGW1MGW2基本组网基本组网MSS本地网1MGW1MGW2MSS本地网1MGW1多网关组网多网关组网本地网1本地网2MSS1MSS2 MSS3MGW1MGW2MGW3IP 承载网MSC Pool共同服务于一组BSC/RNC。组成MSC Pool的MSC和软交换与接入网全互连 。引入NNSF功能节点，实现负荷的均衡。MSC PoolMSC Pool双归属双归属一个MGW归属于两个MSS。正常运行情况下，M

16、GW只注册到主用MSS上，而当该MSS发生故障时，MGW可注册到另一个备用MSS上，继续在此MSS的管理下提供业务。双归属有四种组网方案：“11备份”、“11互助”、“N1备份”、“N1互助” 。主用MSS2主用MSS1MGW2MGW1容灾MSS关口局组网方式MGWVMSCTMGWTMSS/CMNGMSSMSS信令TDM语音GMGWTMGWTMSS/CMNMSSGMSSMGWVMSCGMGWMGW本地网1本地网2LSTPHSTPHSTPTMSC1TMSC2HLRHLRSCPSCP他网他网LSTPIP承载网TMSC1TMSC2IP语音关口局组网形态关口局组网形态GMSCTDMTDM关口局关口局G

17、MSSGMGW软交换软交换关口局关口局GMGWIP承载网IPIP化软交换化软交换关口局关口局GMSSHLR网络结构MGWVMSCTMGWTMSS/CMNGMSSMSS信令TDM语音GMGWTMGWTMSS/CMNMSSGMSSMGWVMSCGMGWMGW本地网1本地网2LSTPHSTPHSTPTMSC1TMSC2HLRHLRSCPSCP他网他网LSTPIP承载网TMSC1TMSC2IP语音HLRHLR组网形态组网形态HLR基本组网基本组网VMSCSTPN+1N+1容灾容灾容灾容灾HLRHLRHLRnVMSCSTPIP承载网分布式分布式HLRHLRFEFEBEBEVMSCSTPNo7 信令网信令

18、是通信设备（包括用户终端、交换设备等）之间传递的除用户信息以外的控制信号。信令网是独立于电话网的一个支撑网，我国No7信令网由三级结构组成l 高级信令转接点HSTPl 低级信令转接点LSTPl 信令点SPNo7 信令网接口AHSTPHSTPHSTPHSTPHSTPHSTPSPLSTPLSTPSPSPLSTPLSTPLSTPLSTPSPSPSPBABDACBDACDFEClA链路：SP与所属STP间的信令链路称为接入链路。lB链路：同级STP间的信令链路（如两对LSTP）称为桥接链路。lC链路：每一对STP（如一对LSTP）间的信令链路，称为跨接链路。 它正常情况下不传送信令，只是在其它信令链路

19、都故障时才传送信令。lD链路：LSTP与HSTP间的上下级之间的链路称为对角线链路 。lE链路：连接不同地域的SP和STP的扩展链路。lF链路：SP与SP之间的直连链路。广东移动7号信令网目录2/3G2/3G电路域组网电路域组网1网络基础网络基础23业务流程业务流程4发展和演进趋势发展和演进趋势MSISDN/IMSI/TMSIMSISDN：CC+NDC+SN（国家码+国内目的码+用户号码）如139XXXXXXXX等IMSI：International Mobile Subscriber Identification Number 国际移动用户识别码，15位TMSI： Temporary Mob

20、ile Subscriber Identity，临时识别码普通位置更新流程1.以TMSI为标识，发位置更新请求2.向原VLR取IMSI和鉴权数据3.鉴权4.发送位置更新请求5.存储VLR号码6.取消原VLR的位置信息7.插入用户数据8.位置更新完成MS新MSC/VLR请求（TMSI）（2）请求IMSI和鉴权参数（4）位置更新请求（8）位置更新响应（8）位置更新接受请求请求处理处理证实证实原MSC/VLRHLR（2）IMSI和鉴权参数（6）删除位置消息和确认（7）插入用户数据和确认（5）存储VLR号码（3）鉴权移动用户呼叫移动用户1.移动台完成了信道请求，业务请求，鉴权请求，信道指配等步骤以后，

21、发MSISDN.2.MSCa向HLR/AUC要MSRN，HLR/AUC向VLRb转发该消息3.VLRb 提供MSRN并回送至MSCa4.MSCa与MSCb建立了连接5.MSCb向BSSb发出寻呼请求并找到MSb.BSSMSC/VLRa发MSISDN请求MSRN建立信令连接寻呼BSSMSC/VLRbHLRMSMS请求MSRN返回MSRN返回MSRN呼叫建立取路由取路由建连建连通话通话主叫方主叫方被叫方被叫方PSTN用户呼移动用户流程1.主叫固定用户发起呼叫，发IAM2.网关GMSC向被叫所在的HLR/AUC请求MSRN号，HLR到被叫所在的VLR请求MSRN.3.VLR回送GMSC漫游号 MSR

22、N4.GMSC与被叫所在的MSC建立连接.5.MSC向BSS发寻呼请求，找到被叫移动台.6.被叫移动台通过BSS向MSC发寻呼响应.7.MSC连接证实（CON-CONF）8.MSC完成被叫MS的鉴权、加密、呼叫建立等过程.9.MSC向主叫PSTN呼叫响应发回地址全消息（ACM）和应答消息（ANC）.GMSC发IAM请求MSRN建立信令连接寻呼BSSMSC/VLRHLRMS请求MSRN返回MSRN返回MSRNPSTN寻呼证实连接证实鉴权加密响应呼叫响应呼叫取路由取路由建连建连通话通话呼叫建立鉴权HLR1.主叫用户发出IMSI号到VLR2.MSC/VLR判断该IMSI是否为新.如为新卡，则向 AU

23、C申请五个三数组；如为旧卡，则调用VLR中的一个三数组.3.VLR发请求三数组消息到AUC4.AUC送回五个三数组5.VLR使用一个三数组进行鉴权，其余四组待用6.MSC/VLR通过BSS向MS发RAND.7.MS在SIM卡进行计算，得到SRES和KC值8.MS将SRES和KC送回MSC/VLR进行核对9.若两个SRES一致，则鉴权成功，向MS返回接受消息：TMIS、CKSN等MSMSC/VLR发IMSI到VLR请求鉴权信息返回鉴权信息鉴权计算发鉴权计算结果选择三元组发RAND鉴权结果AUCIMSI判断取信息取信息鉴权鉴权鉴权结果鉴权结果切换1. 旧BSC把切换目标小区标志和切换请求发至旧MS

24、C2. 旧MSC判断出小区属另一MSC管辖3. 新MSC分配一个切换号（路由呼叫用），并向新BSC发送切换请求4. 新BSC激活BTS的一个TCH5. 新MSC收到BSC回送信息并与切换号一起转至旧MSC6. 在MSC间建立连接（也许会通过PSTN网）7. 旧MSC通过旧BSC向MS发送切换命令，其中包含频率，时隙和发射功率8. MS在新频率上发一接入突发脉冲（通过FACCH）9. 新BTS收到后，回送时间提前量信息（通过FACCH）10.MS通过新BSC和新MSC向旧MSC发送切换成功信息MSBTSMSCa切换请求切换请求切换请求激活信道发接入脉冲切换成功响应建立连接回时间信息发切换命令MS

25、CbBTSBSCBSC切换响应切换命令切换成功信息切换成功信息切换成功信息请求请求响应响应证实证实源业务区源业务区目的业务区目的业务区短信-MOBSC/PCUBTSSM MO: Short Message Mobile Originated Point-to-Point 移动台发起的点对点短消息信令流程短信-MTBSC/PCUBTSSM MT: Short Message Mobile Terminated Point-to-Point 移动台终止的点对点短消息信令流程目录2/3G2/3G电路域组网电路域组网1网络基础网络基础23业务流程业务流程4发展和演进趋势发展和演进趋势核心网发展趋势POOL化：提高资源利用率价值价值n 降低潮汐效 应产生的 设备冗余设备冗余n 利用设备安 全配置进行 网元容灾网元容灾n 降低C/D 流量减少减少 信令负荷信令负荷n利用用户接 入选择机制平滑升级扩容平滑升级扩容综合考虑设备和配套因