任务3 WCDMA核心网络

课程目录模块一3G基础模块模块二

CDMA技术基础模块模块三WCDMA移动通信技术模块模块四TD-SCDMA移动通信技术模块模块五CDMA2000移动通信技术模块模块六

WiMAX技术模块任务1WCDMA系统概述任务2WCDMA无线网络任务3WCDMA核心网络任务4WCDMA空中接口任务5WCDMA物理层模块三WCDMA移动通信技术模块任务6WCDMA无线资源管理任务7WCDMA系统的关键技术4问题引入WCDMA的标准由3GPP定义，3GPP协议版本分为R99/R4/R5/R6等多个阶段，那么核心网络如何演进？各个版本具有怎样的特点？其网络结构又如何？前言WCDMA核心网络是由一系列完成用户位置管理、网络功能和业务控制等功能的物理实体组成，包括（G）MSC、HLR、SCP、SMC、GSN等。核心网络又分为归属网络、拜访网络和传送网络3类。WCDMA核心网络基本结构如图3-7所示。前言图3-7WCDMA核心网络基本结构71、WCDMA核心网络演进策略2、3GPPR99核心网络3、3GPPR4核心网络4、3GPPR5核心网络5、实践活动1WCDMA核心网络演进策略WCDMA的标准由3GPP定义，3GPP协议版本分为R99/R4/R5/R6等多个阶段，其中R99协议于2000年3月冻结功能，R4协议于2001年3月冻结功能。R99、R4目前已经成熟商用，R5、R6协议还在进一步完善过程中。如图3-8所示。此外，3GPP还定义LTE标准。R99是目前最成熟的一个版本，目前国外已经商用。它的核心网继承了传统的电路语音交换。1WCDMA核心网络演进策略R4的电路域实现了承载和控制的分离，引入了移动软交换概念及相应的协议，如BICC（承载独立的呼叫控制，BearerIndependentCallControl）、H.248（媒体网关控制协议），使之可以采用TrFO（自由代码转换操作，TranscoderFreeOperation）等新技术以节约传输带宽并提高通信质量。此外，R4还正式在无线接入网系统中引入了TD-SCDMA。1WCDMA核心网络演进策略R5版本在空中接口上引入了HSDPA技术，使传输速率大大提高到约10Mbps。同时IMS（IP多媒体系统，IPMutimediaSubsystem）域的引入则极大增强了移动通信系统的多媒体能力；智能网协议则升级到了CAMEL4（移动网络增强客户应用逻辑4）。在R6版本中，将会实现WLAN与3G系统的融合，并加入了多媒体广播与多播业务。在R7版本中，在空中接口上引入了HSUPA技术。1WCDMA核心网络演进策略图3-83GPP协议版本1WCDMA核心网络演进策略1WCDMA核心网络演进策略LTE是3GPP长期演进任务，是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发任务，这种以OFDM、MIMO为核心的技术可以被看作“准4G”技术。LTE能够为350Km/h高速移动用户提供大于100Mbps的接入服务，支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25MHz到20MHz多种带宽，使语音、互联网和电视都能在手机上实现，家庭、办公室和移动状态的界限也将被打破。141、WCDMA核心网络演进策略2、3GPPR99核心网络3、3GPPR4核心网络4、3GPPR5核心网络5、实践活动1）R99核心网络特点核心网络逻辑上划分为CS电路域和PS分组域；核心网和接入网之间的Iu接口基于ATM：语音业务基于ATMAAL2；数据业务基于ATMAAL5/GTP；核心网络电路域基于TDM承载技术，由MSC/VLR，GMSC等功能实体构成；核心网络分组域基于GPRS技术，由SGSN，GGSN，BG（边界网关），CG（计费网关）等功能实体构成。1）R99核心网络特点3GPPR99网络构架如图3-9所示。2）R99核心网络结构R99核心网基础功能实体(公共实体）有HLR、AUC、EIR和SCP等。HLR：完成移动用户的数据管理（MSISDN、IMSI、PDPADDRESS、签约的电信业务和补充业务及其业务的的适用范围）和位置信息数据管理（MSRN、MSC号码、VLR号码、SGSN号码等）；AUC：存储用户的鉴权信息（密钥）；EIR：存储用户的IMEI信息；SCP：智能网的业务控制点，存储业务逻辑，负责智能业务处理。2）R99核心网络结构图3-103GPPR99网络结构2）R99核心网络结构R99核心网功能实体(CS域）有MSC/VLR、GMSC、SSP等。MSC/VLR：完成电路交换型业务的交换和信令控制，包括移动性管理、呼叫接续接续及业务处理、短消息控制等功能；GMSC：在某一个网络中完成移动用户路由寻址功能的MSC，可以与MSC合设，也可分设；SSP：智能网中的业务交换点，负责业务触发，可以和MSC/GMSC合设。2）R99核心网络结构R99核心网功能实体(PS域）有SGSN、GGSN和CG等。SGSN：完成分组型业务的交换功能和信令控制功能，包括位置更新流程、PDPContext上下文激活、切换控制、短消息控制和采用GTP隧道模式的数据包转发功能；GGSN：移动分组网络与Internet间的网关设备，主要功能包括GTP隧道的管理与激活、GTP隧道的封装与解封装；CG:计费网关，收集并合并话单。2）R99核心网络结构R99CS域主要接口如表3-2所示。2）R99核心网络结构表3-3R99PS域主要接口231、WCDMA核心网络演进策略2、3GPPR99核心网络3、3GPPR4核心网络4、3GPPR5核心网络5、实践活动33GPPR4核心网络3GPPR99与R4网络差异如图3-11所示。注：R99与R4的分组域无变化，图中未画出。图3-113GPPR99与R4网络差异1）R4核心网结构优势分析（1）灵活的组网方式：TDM/ATM/IP组网（2）承载网络融合：TDM/ATM/IP组网电路域与分组域采用相同的分组传输网络，可与城域网进行融合（3）可扩展性：控制面MSCServer、承载面CS-MGW可分别扩展（4）可管理性：控制面MSCServer集中设置在中心城市，承载面CS-MGW分散设置在边缘城市，而在承载层，可使用IP作为承载，更利于新业务迅速普及开展1）R4核心网结构优势分析（5）向NGN的演进：R4控制与承载相分离，具备NGN网络的基本形态可见，WCDMA系统核心网络（R4版本）的设计将能满足人们的多媒体业务需求。第三代移动通信系统将产生一个容量更大，利润更丰厚的市场。2）R4核心网络结构3GPPR4网络结构如图3-12所示。2）R4核心网络结构（1）R4MSCSREVER功能继承了R99MSC的所有电路域控制面功能，不在其内部实现承载面的交换功能（由MGW以多种承载方式实现）；对外提供纯粹的信令接口；集成了R99VLR功能，以处理移动用户业务数据及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。2）R4核心网络结构（2）R4GMSCSREVER功能由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ISUP的协议互通。2）R4核心网络结构（3）R4MGW功能MGW是3GR4核心网的用户承载面的网关交换设备，位于3GCS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。MGW不负责任何移动用户相关的业务逻辑处理。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。2）R4核心网络结构MGW可通过H.248信令，接受来自MSCserver及GMSCserver的资源控制命令。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。（4）R4SG功能信令网关（SG）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)。SG在物理实现上可与(G)MSCserver或MGW合一2）R4核心网络结构（5）承载控制接口(Mc接口)(G)MSCserver与MGW间的标准接口，其协议遵从将遵从由ITU_T及IETF联合制定的H.248协议，及针对3GPP特殊需求的H.248扩展事务（Transaction）及包（Package）定义；该接口提供了(G)MSCserver在呼叫处理过程中控制MGW中各类传输方式（IP/ATM/TDM）的静态及动态资源的能力（包括终端属性、终端连接交换关系及其承载的媒体流）；该接口提供了独立于呼叫的MGW状态维护与管理能力；2）R4核心网络结构该接口的协议消息编码采用ASN.1BER或文本方式，底层传输机制将采用MTP3B（基于ATM的信令传输）或SCTP（基于IP的信令传输）为其提供协议承载；2）R4核心网络结构（6）H.248协议基本概念在R4网络连接模型中，对MGW内可被MSCserver所控制的实体或对象的描述，主要通过“上下文”和“终端”2个抽象概念来描述：终端(Termination):一个终端是MGW中媒体/控制流的起源或终结点。一个终端由一系列特征属性来描述。而相关特征属性则通过包含在命令中的一系列描述符来表征。2）R4核心网络结构每个终端都拥有一个唯一的标识符(TerminationID)；终端属性(Property):终端属性用来描述终端的功能特性，具有紧密关联的终端属性被封装在“描述符”内，每个终端属性都自己的唯一标识符(PropertyID)；上下文(Context):一个上下文是一组终端的关联的抽象。若上下文关联中包含了多于一个的承载终端，则该上下文描述了终端间的拓扑关系（如谁听取/看到谁）、媒体混合和/或交换参数。2）R4核心网络结构（7）呼叫控制接口(Nc接口)(G)MSCserver间的标准接口，运行ITU-T制定的BICC协议，为UMTS/GSM的窄带电路域业务提供独立于用户面承载技术及控制面信令传输技术的局间呼叫控制能力；Nc接口的BICC信令在在对基本呼叫流程及补充业务特性的支持方面基本向下兼容ISUP协议；2）R4核心网络结构BICC新增的“应用信息传输”（APM）机制使得Nc接口两端的呼叫控制节点间可以叫交互承载相关的信息：包括承载地址、连接参考、承载特性、承载建立方式及支持的Codec列表等；BICC可为MGW间的承载信令在Nc接口提供可选的控制面隧传功能。2）R4核心网络结构（8）承载控制接口(Nb接口)MGW间的Nb接口用来在R4核心网内承载用户业务流，并以承载控制信令管理业务流连接的建立、释放与维护。Nb接口可选择采用ATM、IP或TDM作为物理承载方式，对于ATM承载，传输网络用户面业务流的协议栈为AAL2SAR-SSCS(I.366.1)/AAL2(I.363.2)/ATM，承载控制信令的协议栈为Q.AAL2(Q.2630.2)/STC(Q.2150.1)/MTP3B/SSCF-NNI/SSCOP/AAL5/ATM；2）R4核心网络结构对于IP承载，传输网络用户面业务流的协议栈为RTP/UDP/IP，承载控制信令的协议栈为Q.1970/SCTP/IP，或通过Mc接口及Nc接口以Q.1990BCTP协议在MGW间实现承载控制信令的隧传。NbUP协议在承载面MGW间提供业务数据流的组帧、差错校验、速率匹配及定时控制等功能，与IuUP基本相同，支持压缩语音、数据流的传输。2）R4核心网络结构（9）SIGTRAN协议SIGTRAN协议是IETF的信令传送组SIGTRAN所建立的一套在IP网络上传送PSTN信令的传输控制协议。SIGTRAN协议堆栈分为4层：IP协议层、信令传输层、信令传输适配层和信令应用层。411、WCDMA核心网络演进策略2、3GPPR99核心网络3、3GPPR4核心网络4、3GPPR5核心网络5、实践活动1）3GPPR5主要特点（1）新增IP多媒体域IMS，提供实时IP多媒体业务（2）基于SIP的多媒体呼叫信令（3）PS域和IMS为网络发展的重点（4）基于IPV6协议，增强的QoS保证功能 （5）增强的业务：CAMELIV、PUSH和增强的OSA/VHE业务环境2）R5核心网络结构3GPPR5网络结构如图3-13所示。2）R5核心网络结构（1）P-CSCF功能代理CSCF（呼叫状态控制功能实体）。SIP终端接入IMS的汇聚点，包括SIPProxy；支持终端注册过程、管理注册后的连接信息；QoS控制(PCF)；安全管理；资源优化，包括SIP压缩/解压缩、SIP消息优化；紧急会话检测处理和计费。2）R5核心网络结构（2）S-CSCF功能服务CSCF。IMS网络的业务交换中心，包括：用户管理，处理用户登记请求，对用户进行鉴权及业务合法性检查；业务交换与业务控制，根据签约信息确定SDP，根据定制的规则执行会话控制，连接到业务服务器；SIP消息处理，处理SIP请求及回应消息；将E.164地址转化为SIPURL；在SIP消息中插入或剥离相关参数及加密；计费。2）R5核心网络结构（3）I-CSCF功能查询CSCF。IMS域的互通关口局，其功能包括：对SCSCF的管理，包括分配一S-CSCF处理用户的登记请求；将SIP请求路由给相关的S-CSCF；把网络的拓扑，容量，配置隐藏起来(THIG)，会话穿过不同的运营商的网络时，将由I-CSCF进行网络之间的交互，起到关口局作用；产生相关计费数据。2）R5核心网络结构（4）MRF功能MRF（多媒体资源功能实体）包括MRFC和MRFP两部分，提供三种主要的功能：Tonesandannouncements、Adhocconferences(multipartycalls)、Transcoding。MRF与MGW的功能有些相象，一般说来，MGW实现异质网络的互通，MRF解决同质网络的互通。2）R5核心网络结构MRFC的功能：控制MRFP上的媒体流资源；解释来自AS和S-CSCF的信息（如会话识别符）并相应地控制MRFP；生成CDR。MRFP的功能：在Mb参考点的承载控制；在MRFC控制下提供资源；多方输入媒体流的混合；生成多媒体公告的媒体流；媒体流处理（如音频编码转换、媒体分析）。2）R5核心网络结构（5）MGCF功能媒体网关控制功能实体，对于一个特定网络而言，MGCF是PSTN/PLMN网络的终结点。主要功能有：呼叫处理、媒体网关控制；执行ISUP/BICC与IMS呼叫控制协议(SIP)间的协议转换；根据入局呼叫的路由号码，选择CSCF；当MGCF收到带外信息时，转发给CSCF或IM-MGW。2）R5核心网络结构（6）HSS（归属用户服务器）HSS结构如图3-14所示。HSS是HLR功能的扩展：IMS子系统请求的用户控制功能；PS