移动核心网交换介绍

移动核心网交换专业介绍-2-联通网络：GSMWCDMALTE固定电话城域网网络介绍－3－WCDMA网络结构核心网的演变WCDMA与GSM/GPRS的比较业务流程介绍R4关键技术介绍提纲－4－WCDMAR99系统基本结构Iu-CSIu-PSGbAHCS域PS域3GCNGMSCMSCMSCInternetPSTN/其他运营商HLRGGSNSGSNGSM无线接入WCDMA无线接入－5－MSC主要功能呼叫处理

呼叫处理、号码存储和译码、路由选择回声抑制、AMR话音编解码、数据传输安全保密

鉴权和加密功能、完整性保护

TMSI的分配VLR数据管理

用户数据管理、用户数据检索位置登记、鉴权；漫游/切换号码分配移动性管理

位置更新、切换/漫游登记、IMSI查询功能计费话单处理

话单采集、话单格式转换话单存储－6－TMSC1TMSC1STP

HLRTMSC1TMSC1VMSCIW/GMSCVMSCVMSCGMSCTMSC2TMSC2MSC组网应用MSC可以同时承担VMSC、TMSC、GMSC、短消息互通网关IW/GMSC以及STP的功能。－7－HLR/AuC主要功能用户信息业务信息签约信息位置信息基本用户数据管理CAMEL业务管理CAMEL签约数据管理O_CSIT_CSISS_CSI用户鉴权数据管理鉴权信息管理位置更新切换路由区更新等移动性管理－8－R99核心网电路域各接口信令RNSRNSMSCNO.7MSCHLRSMCSCPRANAPRANAPTUP/ISUPMAPCAPMAP－9－R99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－10－分组域网元在移动网络中的位置RNCNodeBTDM/ATMPSTNIPIu-PSGnGnGpGiCGBillingCenterGaHLRMSCGGSNGMSC移动性管理网络接入控制用户数据和会话管理计费信息收集路由选择和转发路由选择与转发封装和隧道传输用户数据和会话管理动态分配IP地址计费信息收集用户认证、安全管理Inter-PLMN计费信息收集话单格式转换BSCBTSSGSNGbInternet－11－SGSN主要功能路由选择转发支持对PDPPDU的封装和去封装功能用户数据管理存储、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附着、分离、位置管理、清除、业务请求计费话单处理

话单采集、话单格式转换话单存储GPRS寻呼、Gs联合寻呼、RNC无线资源管理无线资源管理－12－

路由选择与转发、地址翻译和映射封装和隧道传输用户数据管理会话管理、互通功能

IP地址管理计费信息收集用户认证，支持透明/非透明的Internet接入功能GGSN主要功能－13－R99核心网分组域各接口信令SMCGGSNInternetSGSNRNSNO.7HLRMSCGPRSbackboneRANAPMAPMAPGTP-C－14－CG网络结构图计费中心BSGPRSBoreTCP/IP网络SGSN/GGSNSGSN/GGSNCGTCP/UDPGTP'协议FTAM/FTPFTAM/FTPCGOMMServerCGOMMClientCGOMMClient－15－SGSNGGSNBackboneNetworkS-SMT-CDRS-CDRM-CDRS-SMO-CDRG-CDRCG处理的的话单－16－CDR记录的类型S-CDR——SGSN产生的PDP上下文相关的计费信息。G-CDR——GGSN产生的PDP上下文相关的计费信息。M-CDR——SGSN产生的和移动性管理有关的计费信息。S-SMO-CDR——SGSN产生的发送短消息的计费信息。S-SMT-CDR——SGSN产生的接收短消息的计费信息。－17－WCDMAR4系统基本结构Iu-CSIu-PSGbAHCS域PS域UMTSCNMSCServerGMGWInternetPSTN/ISDNHLRGGSNSGSNGSM无线接入WCDMA无线接入MGWGMSCServer2GNETR-SGWT-SGW－18－R4网络特征SCPMSCServer

GMSCServer业务网络HLRATM/IPBackboneH.248MGWUTRANH.248PSTN/GSMMGWR4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融合的起点实现业务和控制的分离考虑到IP网络的一些固有问题，TDM技术成为可选的话音承载方式－19－WCDMAR4网络的特点WCDMA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，然后再考虑实现WCDMA整个网络的IP传输；R4网络和R99相比，主要的变化在CS域，PS域没有任何变化；R4CS域基于呼叫控制与承载分离的思想，将MSC分为MGW和MSCServer；R4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；R4新增的接口和协议：Mc：MSCServer～MGW，H.248协议；Nb：MGW～MGW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，则采用RTP承载AMR码流。Nc：MSCServer～MSCServer之间，采用BICC协议－20－MSCSERVER功能介绍McMcNbNcMSCServerGMSCServerMGWMGWUTRANR99/GSM/PSTN

继承R99MSC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；对外提供纯粹的信令接口；集成R99VLR功能，以处理移动用户业务及CAMEL相关数据；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；与其他MSCserver间通过BICC信令实现承载无关的局间呼叫控制；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SGWNO.7－21－GMSCSERVER功能介绍McMcNbNcMSCServerGMSCServerMGWMGWUTRANR99/GSM/PSTNSGWNO.7

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。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GMSCserver查询，然后将呼叫转接到目前登记的MSCserver中。通过H.248协议控制MGW中媒体通道的接续。支持BICC与TUP/ISUP的协议互通。－22－MGW功能介绍McMcNbNcMSCServerGMSCServerMGWMGWUTRANR99/GSM/PSTNSGWNO.7

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

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)MSCserver的控制命令

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、放音收号资源等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－23－SGW功能介绍

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(SIGTRANM3UA/SCTP/IP<=>SS7MTP3/2/1)。

SGW在物理实现上可与(G)MSCserver或MGW合一McMcNbNcMSCServerGMSCServerMGWMGWUTRANR99/GSM/PSTNSGWNO.7－24－R4核心网信令系统RNSBSS接入侧信令网关控制信令/承载控制信令BSSAPRANAP承载控制信令BICC/TUP/ISUPH.248H.248ALCAP局间信令MAPMAPCAP移动性管理和业务MSCserverMGWMSCserverMGWHLRSMCSCP－25－WCDMAR5系统基本结构CS域PS域MSCServerGMGWHSSGGSNSGSNWCDMA无线接入MGWGMSCServerIMS域IMS-MGWSGWMGCFCSCFPSTNInternetNo.7－26－WCDMA各版本以及和2G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）FDDTDMA2）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3GPPR991）FDDWCDMA（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GSM核心网相同2）AMR编码，并将编解码器从无线侧移到核心网络侧.1）和GPRS核心网基本相同3GPPR41）和R99无线接入网基本相同2）增加对TD-SCDMA的支持

1）呼叫控制和承载完全分离2）IP/ATM/TDM多种组网方式3）基于IP/ATM组网时可采用

TrFO节省传输资源1）和R99核心网分组域完全相同3GPPR51）和R99无线接入网基本相同，但采用IP传输2）采用HSDPA等新技术，提高无线接口数据业务速率1）对电路域不作要求，和R99

或R4电路域相同1）在分组域上叠加了IP多媒体子系统IMS2）呼叫控制CSCF和媒体网关控制MGCF进一步分离－27－WCDMA网络结构核心网的演变WCDMA与GSM/GPRS的比较业务流程介绍R4关键技术介绍编号计划

提纲－28－Iu-CSIu-PSUMTSCNGMSCMSCInternetPSTN/其他运营商HLRGGSNSGSNWCDMA无线接入SCP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WCDMA向NGN的演进—R99阶段－29－R99技术分析优势R99充分考虑了对现有产品的向下兼容。系统采用分组域和电路域分别承载与处理的方式，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。实时业务的QoS的保证采用TDM技术组网的成熟性未解决问题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。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。－30－WCDMA向NGN的演进—R4阶段网络结构采用NGN的分层架构HCS域PS域UMTSCNMSCServerGMGWInternetPSTN/其他运营商HLRGGSNSGSNWCDMA无线接入MGWGMSCServerMGW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。MSCServer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。－31－R4技术分析优势在核心网络上体现了NGN的体系构架思想。电路域由TDM中心节点交换型演进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。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。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。未解决问题商业试行的范围还比较小，运营商和各个厂家还需要一段时间来积累新网络运营的经验，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。－32－R99/R4核心网电路域的区别RNSRNSRNSSCPHLRMSCMSCTUP/ISUPTDMCAPOverTDMMAPOverTDMRNSRNSHLRSCPMSCServerMSCServerMGWRNSMAPOverTDM/IPCAPOverTDM/IPTUP/ISUP/BICCTDM/ATM/IPTDM/ATM/IPMGWH.248OverATM/IPH.248OverATM/IP－33－WCDMA向NGN的演进—R5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-MGWSIPASOSA/ParlaySGSNGGSNHSSMGCFCSCFH.248MAPIPIPSIPDiameterSIPIPTDMWebserverApp.ServerSIPR5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ExternalIPNetworkIPR99/GSM/PSTN－34－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InternetInternetInternetPSTNMGWSGSNGGSNGMGWHLRGMSCServerMSCServerCS域PS域PS域GGSNSGSNGMGWMGWMSCServerGMSCServerPS域GGSNSGSNIMS域CSCFMGCFHSSIM-MGWCSCFIM-MGWMGCFHSSRNSRNSRNS－35－WCDMA网络结构核心网的演变WCDMA与GSM/GPRS的比较业务流程介绍R4关键技术介绍编号计划

提纲－36－WCDMA和GSM接口比较RNS

RNC

RNS

RNC

核心网络(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差别接口名称控制信令/用户数据的传输信令承载方式－38－PhysicalLayerMTPSCCPBSSAPMTPSCCPBSSOMAPAGbGMM/SMLLCBSSGPL1bisNetworkServiceL1RRCMACATMRANAPAAL5RelayUuRLCSignallingBearerSCCP

ATMAAL5Iu-PsSCCPSignalingBearerRANAPGMMSM/SMS3G-SGSNRNS2G-SGSNA接口信令模型R99Iu-PS从信令承载方式上的比较...A/Gb/Iu接口控制面的比较－39－WCDMAPS域和GPRS之间移动性管理的差别移动性管理方面

MSMM移动性管理状态机迁移图IDLEGPRSAttachPDUTransmissionREADYTimerExpiredOrForcetoSTANDBYREADYSTANDBYGPRSDETACHGPRSMSMMStatesPSAttachPSSignallingConnectionReleasePSSignallingConnectionEstablishPSDetachDetach,PSAttachReject,RAURejectWCDMAPS域

MSMMStatesPMM-IDLESM-ACTIVEorINACTIVEPMM-CONNECTEDSM-ACTIVEorINACTIVEPMM-DETACHED－40－移动性管理方面SGSN移动性管理状态机迁移图GPRSSGSNMMStatesIDLEGPRSAttachPDUTransmissionREADYSTANDBYCancellocationOrImplicitDetachREADYTimerExpiredOrForcetoSTANDBYOrAbnormalRLCConditionGPRSDETACHOrCancellocationPSAttachPSSignallingConnectionReleasePSSignallingConnectionEstablishPSDetachDetach,PSAttachReject,RAURejectWCDMAPS域

SGSNMMStatesPMM-IDLESM-ACTIVEorINACTIVEPMM-CONNECTEDSM-ACTIVEorINACTIVEPMM-DETACHEDServingRNCrelocationWCDMAPS域和GPRS之间移动性管理的差别－41－

路由区更新方面GPRS中跨SGSN的重定位示意图RA1HLR/AuC

oldSGSNGGSNRA2

newSGSNsourceBSCMStargetBSC①①①①②③③③③①③缓存区发生在SGSN;在GPRS中,只有硬切换WCDMAPS域和GPRS之间移动性管理的差别－42－RA1HLR/AuC

oldSGSNGGSNRA2

newSGSNsourceSRNCMStargetRNC①①①①①②③③③③①③

路由区更新方面R99PS域中跨SGSN的重定位示意图缓存区发生在RNS;降低了SGSN的设计复杂性,平衡无线信道容量和处理能力重要的是具有了接口Iur从路由区更新角度考虑,具有“软切换”概念WCDMAPS域和GPRS之间移动性管理的差别－43－WCDMA和GSM语音业务的区别

编码方式不一样

GSM语音编码方案为REP－LTP（规则脉冲激励－长期预测）每语音信道的编码速率是恒定的13kbpsWCDMA语音编码方案为AMR（自适应可变速率编码），可提供8种编码速率（4.75——12.2kbit/s）。

最重要的是3G可以根据网络资源的当前状况为用户分配合适的带宽资源。－44－GSM/GPRS使用三元组3G使用五元组AVGSM/GPRS只有网络对用户的接入认证3G实现了网络和用户之间的双向认证3G与2G的安全比较－45－GSM/GPRS加密分别在BTS/SGSN实现3G增加了信令的完整性保护，以及同步消息认证机制3G的加密和完整性保护在RNC中实现3G与2G的安全比较－46－WCDMA网络结构核心网的演变WCDMA与GSM/GPRS的比较业务流程介绍R4关键技术介绍

提纲－47－R4呼叫流程示例

－－3G用户呼叫固定用户UMTSCNMSCServerGMGWPSTN/其他运营商UEMGWGMSCServerNO.7H.248BICCH.248TUPTUP－48－R4呼叫流程示例

－－3G用户呼叫3G用户AMSCServerMGWUEMGWMSCServerNO.7UEBHLRHLRH.248H.248BICCMAPMAP－49－分组数据业务流程1PDP上下文激活请求

（NSAPI，type],APN等）2DNS_query(APN)和DNSResponse（IPOfGGSN）3Create_PDP_Req（TypeofPDP,APN）和Res（IPofMS)InternetSGSNDNSGGSNRNSBackbone－50－WCDMA网络结构核心网的演变WCDMA与GSM/GPRS的比较业务流程介绍R4关键技术介绍

提纲－51－UTRANMGWPSTN本地网2本地网1UTRANPSTNIP骨干网MGWMGWMGWSGWNO.7MSCServer某本地网UTRANPSTNMGWMGWSGWNO.7本地网nMSCServer2MSCServer1IP骨干网BI