3G网元及接口索引

1ffi令接口网元索引RNC无线网络控制器定义无线网络控制器（RNC,RadioNetworkController）是新兴3G网络的一个关键网元。它是接入网的组成部分，用于提供移动性管理、呼叫处理、链接管理和切换机制。为了实现这些功能，RNC必须利用出色的可靠性和可预测的性能，以线速执行一整套复杂且要求苛刻的协议处理任务。 作为3G网络的重要组成部分，无线网络控制器（RNC）是流量汇集、转换、软硬呼叫转移（softandhardcallhandoffs）、及智能小区和分组处理的重点。无限网络控制器（RNC）的高级任务包括1）管理用于传输用户数据的无线接入载波；2）管理和优化无线网络资源；3）移动性控制；和4）无线链路维护。无线网络控制器（RNC）具有组帧分配（framingdistribution）与选择、加密、解密、错误检查、监视、以及状态查询等功能。无线网络控制器（RNC）还可提供桥接功能，用于连接IP分组交换网络。无线网络控制器（RNC）不仅支持传统的ATMAAL2（语音）和AAL5（数据）功能，而且还支持IPoverATM（IPoATM）和SONET上的数据包（POS）功能。无线用户的高增长率对IP技术提出了更高的要求，这意味着未来平台必须要能够同时支持 IPv4和IPv6。RNC在典型UMTSR99网络中的位置如图二所示。注意，实际网络传输将取决于运营商（carrier）的情况。在R99中，RNC与节点B之间通常有一个SONET环，其功能相当于城域网（MAN）。通过分插复用器（ADM），可从SONET环提取或向SONET环加入数据流。这一拓扑结构允许多个RNC接入多个节点B，以形成具有出色灵活性的网络。RNC网络接口参考点无线网络控制器（RNC）可使用表1中描述的定义明确的标准接口参考点连接到接入网和核心网中的系统。 由于RNC支持各种接口和协议，因此可被视作一种异构网络设备。它必须能够同时处理语音和数据流量，还要将这些流量路由至核心网中不同的网元。无线网络控制器（RNC）还必须能够支持IP与ATM实现互操作，向仅支持IP的网络生成POS流量。因此，RNC必须要能够支持广泛的网络I/O选件，同时提供规范、转换和路由不同网络流量所需的计算和协议处理，而且所有这些处理不能造成呼叫中断，并要提供合适的服务质量。 接口说明Lub连接节点B收发信机和无线网络控制器（RNC）。这通常可通过「1/E-1链路实现，该链路通常集中在「1/E-1聚合器中，通过OC-3链路向RNC提供流量。Lur用于呼叫切换的RNC到RNC连接，通常通过OC-3链路实现。lu-csRNC与电路交换语音网络之间的核心网接口。通常作为OC-12速率链路实施。lu-psRNC与分组交换数据网络之间的核心网接口。通常作为 OC-12速率链路实施。表1.接口参考点无线网络控制器（RNC）的要求两种有助于开发商满足严格的无线网络控制器（RNC）要求的技术是ATCA和英特尔®IXP2XXX网络处理器。后者基于英特尔互联网交换架构（英特尔IXA）和英特尔XScale®技术，专为提供高性能和低功耗而设计。 ATCAATCA是由PCI工业计算机制造商协会（PICMG）开发的一项行业计划。该设计用于满足网络设备制造商对平台再利用、更低成本、更快上市速度和多元灵活性的要求，以及运营商和服务提供商对降低资本和运营支出的要求。ATCA通过制定标准机箱外形、机箱内部互连、以及适合高性能、高带宽计算和通信解决方案的平台管理接口，满足了以上要求。如欲了解有关ATCA的更多信息，请访问：/newinitiative.stm。英特尔IXP2XXX网络处理器IXP2XXX网络处理器提供了在任何端口上处理任何协议的灵活性；从ATM到IP网络的平稳移植能力；面向定制操作的线速处理能力；特性升级；以及新兴标准支持等。此外，商业化ATCA子系统与IXP2XXX网络处理器的结合，为设计者带来了使用标准模块化组件构建无线网络控制器（RNC）的机会。此类设计方法的潜在优势包括提高系统可扩展性和灵活性，在降低成本的同时进一步缩短了上市时间。 创建功能强大的无线网络控制器（RNC）数据面板系统上图体现了一种利用ATCA和英特尔的网络处理芯片创建功能强大的无线网络控制器（RNC）系统的方法。高级无线网络控制器（RNC）功能可以如上所述进行分区，但其它方法同样可行。本图表仅作为逻辑或概念范例，并非实际硬件配置的图例。在数据面板层，该设计使用三种基本类型的卡。无线接入网（ RAN）线路卡、核心网（CN）线路卡和无线网络层（RNL）卡。无线网络层（RNL）卡支持无线网络堆栈，并执行解码/编码。同时还包括一个控制和应用卡。 无线接入网（RAN）线路卡和核心网（CN）线路卡主要根据载波需要，处理不同的网络接口类型。典型接口包括T-1/E-1和OC-3。这些卡采用英特尔IXP2XXX网络处理器设计而成，支持高性能线速传输、切换和转换功能，如ATM分段与重组（SAR）、点对点（PPP）协议处理、POS传输等。注：线路卡功能可以协同定位。一个物理卡可以作为 Iub、Iur、lu-PS、以及lu-CS逻辑接口。无线网络层（RNL）卡还可使用高性能IXP2XXX网络处理器，与3G网络联合一起处理密集型协议处理任务。这些卡没有通向外部的网络接口，但可作为复杂协议处理引擎，对通过无线接入网（ RAN）和核心网（CN）线路卡引入的流量进行处理。无线网络层（RNL）卡还必须按照3GPPKasumi加密算法来进行加密处理。无线网络层（RNL）卡是无线网络控制器（RNC）数据面板中MIP最密集的组件，其性能是决定整体系统容量和性能的关键。系统性能为了测试带有IXP2XXX网络处理器和无线网络层（RNL）卡的ATCA外形线路卡的性能，英特尔创建了无线网络控制器（RNC）数据面板参考平台。通过采用源于UMTS6号报告的流量模型，从而对内部性能指标进行评测（UMTS6号报告参见/servlet/dycon/ztumts/umts/Live/en/umts/Resources_Reports_06_index）。此模型设计了一个流量负载，旨在代表2005年典型的UMTS网络。它将语音和数据流混合在一起，后者要求每用户具有 384Kpbs的带宽。利用这种流量模型，一个采用IXP2800网络处理器的无线网络层（RNL）卡可以处理72,000个用户，产生3,540厄兰的电路交换和分组交换流量的混合负载。采用只含有电路交换语音呼叫的低要求流量模型，该卡可处理 180,000个用户。基于这种设计的无线网络层（RNL）卡可与线路卡及其它ATCA组件相结合，以创建功能极为强大的紧凑型无线网络控制器（RNC）数据面板系统。图5中的系统展示了一种带有14卡插槽的标准19英寸ATCA支架。一个支架可以处理500,000个用户的流量，并支持555Mbps的分组交换数据吞吐率。众多机架可以在一个电信机架中互连，从而支持更高的密度。图5中的系统共包含12个卡，包括备用卡，可提供电信级可靠性和稳定性。所有线路卡和无线网络层（RNL）卡均使用英特尔IXP2XXX网络处理器，以提供高性能、线速传输、切换和协议处理。线路卡具备支持全部广域网接口的能力，包括从「1/E-1到同步光纤网络（SONET）和千兆位以太网速率。 在该范例系统中，线路卡部署于一个2+1配置中：两个活动线路卡和一个备用线路卡。无线接入网（RAN）端有8个活动OC-3接口，还有8个额外OC-3接口用于故障切换。另外还有2个活动OC-12核心网接口和2个备用接口。线路卡符合同步光纤网络（SONET）自动保护转换（APS）标准，以便进行故障切换。 这些卡可使用符合ATCA3.1标准的以太网交换结构进行互连。其中包含两个以太网交换卡，以支持各卡之间的各种连接选件。一种可行的替代设计方案，是使用以太网交换机作为两个无线网络层（ RNL）卡的夹层卡。这种设计具有明显的优势，它可以释放两个节点插槽，用于创收型卡。与替代方案相比，将ATCA和IXP2XXX网络处理器相结合，可以提供重要性能和成本节省。当前的无线网络控制器（RNC）设计通常要求多个机架的设备来支持100,000至200,000的用户密度。范例设计可通过电信机架中的一个机架支持500,000个用户，此举可以显著节省功耗成本和中央办公室占地面积。 设计高密度、小占地面积无线网络控制器（RNC）数据面板下一代无线网络控制器（RNC）是新兴公共无线网的一个关键网元。随着业界使用标准、模块化网元的趋势日益显著，无线网络控制器（RNC）系统设计的传统专有方案已经开始被取代。通过使用 ATCA和IXP2XXX网络处理器，系统设计师可以将工业标准硬件与功能强大的、可编程网络处理芯片完美结合起来。基于这些技术的无线网络控制器（RNC）数据面板设计仅占用很小的系统空间，便可达到非常高的密。MSCMobileSwitchingCenter移动交换中心MSC是整个GSM网络的核心，它控制所有BSC的业务，提供交换功能及和系统内其它功能的连接，MSC可以直接提供或通过移动网关GMSC提供和公共电话交换网（PSTN）、综合业务数字网（ISDN）、公共数据网（PDN）等固定网的接口功能，把移动用户与移动用户、移动用户和固定网用户互相连接起来。MSC从GSM系统内的三个数据库，即归属位置寄存器（HLR）、拜访位置寄存器（VLR）和鉴权中心（AUC）中获取用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。另外，MSC也根据最新获取的信息请求更新数据库的部分数据。作为GSM网络的核心，MSC还支持位置登记、越区切换、自动漫游等具有移动特征的功能及其它网络功能。对于容量比较大的移动通信网，一个NSS（网络子系统）可包括若干个MSC、HLR和VLR。当某移动用户A进入到一个拜访移动交换中心（VMSC），为了建立对该移动用户A的呼叫，要通过移动用户A所归属的HLR（归属位置寄存器）获取路由信息。在现有的网络中，一个MSC必然与一个VLR相随，当用户漫游到新的MSC服务区时，与此MSC相联的VLR就会向用户归属位置寄存器HLR请求发送用户数据，以便在新的MSC中提供相应的服务。HLR将用户信息拷贝到新的VLR中，以完成用户位置更新。现在是MSC/VLR合一的，均称作G局。GMSC移动网网关局（GMSC）GMSC称为入口移动交换局或称门道局（GATEWAY一网关或门道交换局）。它具有从HLR查询得到被叫MS目前的位置信息，并根据此信息选择路由。GMSC可以是任意的MSC，也可以单独设置。单独设置时，不处理MS的呼叫，因此不需设VLR，不与BSC相连。移动网网关局（GMSC）的功能当固定电话用户拨打GSM网用户时，根据就近入网的原则，该呼叫将被接续至最近的移动网。由于移动电话用户漫游的特殊性，网络必须先查询用户归属的 HLR以获得该用户当前的位置信息，才能继续进行接续。向 HLR查询用户当前的位置并获得包含路由信息的漫游号码的功能称为“InterrogationHLR”，由GatewayMSC（简称GMSC）完成。当网络规模较小时（只设有1〜2个MSC），各MSC与PSTN直联，该项功能由MSC完成。随着网络的逐步扩容，MSC数目的增加，若仍采用各MSC与PSTN直联的方式，网络结构会存在诸多弊病：（1）网络结构复杂，不利于维护管理；（2）各MSC的中继线群多，每个线群中继系统少，利用率低；（3）虽然网络建设初期投资少，但日后运行维护成本高；（4）不利于两网间话费结算。由此可见，GSM网的多局制使得GSM网原有与PSTN之间的组网方式，已不再继续适用。因此为维护网络界面的清晰，保障网间结算的准确便捷，需要在移动网与其他网之间设置独立的GMSC，以实现本地移动网与其他网间的话务、信令转接。网关局可以简单地理解为不同网络间话务流通的必经交换局， 它不仅需要承担网间结算的功能，还需要具备路由查询功能，以保证其他网呼叫移动电话用户时能准确确定被叫所在的交换机，接通相应的话路。网关局作为GSM网和其他网的唯一接口，其重要程度是不言而喻的。为避免单个局点传输发生障碍或出现意外灾害而造成网间瘫痪，通常设置1个以上的GMSC。对于中、小规模的GSM网，可设置1对GMSC，但随着本业务区内MSC数目的增多，话务量的提高，可能需要设置多个GM—SC。GMSC的组网方案讨论其设置GMSC的组网方式与移动网的网络规模和市话网的网络结构有密切关系，其设置方法也是多种多样的，以下讨论几种典型的组网方案。方案1：设置1对GMSC进行来话汇接方案简介移动网内各MSC与GMSC设置直达中继，GMSC与PSTN的市话汇接局、部分端局相连，设置来话路由以疏通PSTN至移动网之间的话务。当固定电话用户拨打GSM网用户时，PSTN将话务负荷分担地接入GMSC，GMSC查询HLR，获得漫游号码后重新选择路由，将呼叫接入MSC或TMSC。每个MSC与PSTN中的汇接局或市话端局相连，设置GSM网与PSTN的去话路由。当本地移动电话用户呼叫PSTN中的固定电话用户时，由该去话路由直接疏通GSM网与PSTN之间的去话业务。GMSC与一级汇接中心(TMSC1/TMSC2)相连，设置去话路由，以疏通本地PSTN至外地GSM网的话务(如图1所示)。图1设置1对GMSC进行来话汇接的网络组织图方案特点GSM网至PSTN的去话采用直达方式，减少了转接次数；对GSM网网关局容量要求较低；GSM网与PSTN的维护界面较多，网间结构复杂，且网间结算不易。方案2：设置1对GMSC进行来、去话汇接(1)方案简介移动网内各MSC与GMSC设置直达中继，GMSC与PSTN的市话汇接局设置直达中继，以疏通PSTN与GSM网之间的来、去话业务；GMSC与TMSC1/TMSC2相连，设置去话路由，以疏通本地PSTN至外地GSM网的话务。当GSM网用户拨打固定电话用户时，MSC将话务负荷分担地接入GMSC，GMSC分析被叫号码选择路由至相应的市话局；当固定电话用户拨打GSM网用户时，PSTN将话务负荷分担地接入GM—SC，GMSC进行“InterrogationHLR”获得漫游号码后重新选择路由，将呼叫接入MSC或TMSC(如图2所示)。图2设置1对GMSC进行来话汇接的网络组织图(2)方案特点PSTN与GSM网之间所有的呼叫均通过1对GMSC转接，使得两网间界限分明，便于网络维护管理。两网相对独立，可保证在一段时间内其中一网进行扩容或网调时，不会导致另一网结构发生较大变化，有利于两网的发展和调整。采用负荷分担的方式，网络运行安全、可靠，可在一定程度上减少传输故障及意外灾害造成的影响。有利于PSTN和GSM网进行网间结算。方案3：设置2对GMSC分功能汇接(1)方案简介方案3由方案2过渡而来，可满足规模较大的网络需要，适用于网络已设置了1对GMSC因扩容需新建1对GMSC的情况。新建GMSC在选型上可根据扩容和未来网络发展的需要选择处理能力较强的新型处理器（各 GSM供应商也在不断推出功能更强大的新产品）。两对GMSC中，一对作为去话汇接，一对作为来话汇接。当GSM网用户拨打固定电话用户时，MSC将话务负荷分担地接入做去话汇接的一对GMSC，GMSC分析被叫号码选择路由至相应的市话局；当固定电话用户拨打 GSM网用户时，PSTN将话务负荷分担地接入做来话汇接的一对GMSC，GMSC进行“InterrogationHLR”，获得漫游号码后重新选择路由，将呼叫接入MSC或TMSC。根据两对GMSC处理能力的比较，方案3有如下2种实现方式：方式1：若两对GMSC处理能力一强一弱，可将处理能力强的一对GMSC作为移动电话用户的来话汇接，担负寻址功能，另一对GMSC作为移动电话用户的去话汇接；方式2：若两对GMSC处理能力一样，可将原有一对GMSC作为移动电话用户的来话汇接，新建一对作为移动电话用户的去话汇接（如图 3所示）。图3设置2对GMSC分功能汇接的网络组织图（2） 方案特点（1）若采用方式1组网，由于新建GMSC处理能力强，处理机处理能力的限制不再是网络的瓶颈，而原有GMSC不需更换新的处理机，较方式2可支持更多的用户，但该方式网调工作量大。 （2）若采用方式2组网，可避免PSTN的大规模网调，但作为来话汇接的1对GMSC处理能力有限，可能会对网络的进一步发展产生制约。（3） 每个网关局功能明确，网路清晰，利于两网间结算。（4） 网络为单向中继，如果话务流量、流向预测不准，网络不易进行调整。（5） 新建2个GMSC，网络投资较大。4.方案4：设置多对GMSC分区域汇接（1）方案简介随着我国GSM网的飞速发展，目前我国一些经济发达地区的移动本地网已拥有10〜20个移动端局。对于这样超大规模的GSM网，可根据本地区的地理特点，将整个GSM网划分为多个汇接区。每个汇接区内的网络结构可采用方案2或方案3的网络结构，因此又有2种实现方式：①实现方式1：每个汇接区内设置1对GMSCGSM网内采用来话全覆盖、去话分区汇接的方式，PSTN与GSM网之间采用来话分区汇接、去话全覆盖的方式。具体组网方式为：a.各MSC与本汇接区内的1对GMSC建立直达中继，各GMSC均与PSTN内的市话汇接局、部分端局相连。当本汇接区内的移动电话用户呼叫 PSTN用户时，MSC以负荷分担的方式将呼叫送至本区内的1对GMSC，GMSC分析被叫号码将呼叫送至相应的市话局或长途局。b.本汇接区内的市话汇接局和部分端局与本区内的1对GMSC建立直达中继，各GMSC与移动本地网内的所有MSC建立直达中继。当本区内的固定电话用户拨打GSM网用户时，市话局将呼叫负荷分担地接至本区内的1对GMSC，由GMSC通过查询HLR得到包含移动电话用户当前的位置信息的漫游号码后，重新选择路由将呼叫送至相应的MSC（如图4所示）。图4每个汇接区内设置1对GMSC的网络组织图②实现方式2：全网设置多个GMSC分功能汇接每个汇接区内设置1对GMSC,分别担负来话汇接功能和去话汇接功能。GSM网内采用来话全覆盖、去话分区汇接的方式，PSTN与GSM网之间采用来话分区汇接、去话全覆盖的方式，具体组网方式如图5所示。a.各MSC与本汇接区内的担负去话汇接功能的GMSC建立直达中继，该GMSC与PSTN内的市话汇接局、部分端局相连。当本汇接区的移动电话用户呼叫PSTN用户时，MSC将呼叫送至本区内的去话汇接功能GMSC，GMSC分析被叫号码将呼叫送至相应的市话局或长途局。b.本汇接区内的市话汇接局和部分端局至少应与1对担负来话汇接功能的GMSC建立直达中继，所有负责来话汇接的GMSC应与移动本地网内的所有MSC建立直达中继。当本区内的固定电话用户拨打GSM网用户时，市话局将呼叫负荷分担地接至1对来话汇接功能的GMSC，由GMSC通过查询HLR，得到包含移动电话用户当前的位置信息的漫游号码后， 重新选择路由将呼叫送至相应的MSC或TMSC。c.由于每个MSC至PSTN的去话均采用单路由方式，显然安全性不好，考虑到每个MSC都与本汇接区内的1对GMSC建立了直达中继，因此当GSM网用户呼叫PSTN用户时，可将MSC至去话GMSC的中继作为主用电路，MSC至来话GMSC的中继作为备用电路。也就是说，虽然在正常情况下来话GMSC承担GSM网的来话汇接功能，但在传输故障或其他意外灾害时，来话GMSC也可肩负去话汇接的功能。图5全网设置GMSC分功能汇接的网络组织图（2）方案特点方式1和方式2分别融合方案2、3的特点，且能够满足大规模移动网的需要。方式2较方式1结构简单，中继线群少，但路由关系较为复杂。GMSC与PSTN的连接方式GMSC与PSTN连接时可直接与市话端局相连，也可与市话汇接局相连。根据其连接对象的不同，可分为如下2种方式：来、去话二次汇接方式（1） 组网方式GMSC只与PSTN的市话汇接局相连。（2） 方案特点PSTN与GSM网之间所有的呼叫均通过两网之间的汇接局，全网局间中继线群较少，中继利用率高，有利于网络维护管理、调度方便。由于GSM网用户与本地市话用户之间的呼叫均需经过市话汇接局和 GSM网独立网关局二次汇接，因此汇接话务量大大提高，市话汇接局的设备配置增大；同时市话汇接局容量的限制可能会制约GSM网的发展。来、去话一次汇接的方式（1） 组网方式GMSC与PSTN中的部分端局和汇接局（汇接小话务量端局）设置直达中继，以疏通PSTN和GSM网之间的来、去话；与长途局相连，疏通GSM网与PSTN的长途去话话务。（2） 方案特点GSM网网关局与部分市话端局设置直达中继，可减少1次中继，有利于提高接续速度和接通率。GSM网的发展不会受PSTN的结构以及汇接局容量的影响。全网局间中继线群较多，中继利用率较低，不利于网络维护管理和调度。HLRHLR(HomeLocationRegister):归属位置登记处。实际上是一个数据库，主要储存二类数据：用户数据，主要包括：用户的身份IMSI(InternationalMobileSubscriberIdentification)用户ISDN号码VLR地址用户的位置信息更正:HLR(HomeLocationRegister):本地用户位置寄存器；而VLR是漫游用户位置寄存器.SGSNSGSN作为GPRS/WCDMA核心网分组域设备重要组成部分，主要完成分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密、话单产生和输出等功能。SGSN与GGSN配合，共同承担WCDMA的PS功能。当作为GPRS网络的一个基本的组成网元时，通过Gb接口和BSS相连。其主要的作用就是为本SGSN服务区域的MS进行移动性管理，并转发输入/输出的IP分组，其地位类似于GSM电路网中的VMSC。此外，SGSN中还集成了类似于GSM网络中VLR的功能，当用户处于GPRSAttach(GPRS附着)状态时，SGSN中存储了同分组相关的用户信息和位置信息。当SGSN作为WCDMA核心网的PS域功能节点，它通过Iu_PS接口与UTRAN相连，主要提供PS域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等功能。GGSN9811主要提供PS与外部PDN(PacketDataNetwork，分组数据网)的接口，承担网关或路由器的功能。SGSN和GGSN合称为GSN(GPRSSupportNode)。GGSNGGSN(GatewayGSN，网关GSN