PLMN网络体系结构ppt课件

1、.,概述PLMN和IMS的架构和配置,An overview of the PLMN and IMS architecture and configuration,.,什么是PLMN,PLMN全称是Public Land Mobile Network（公共陆地移动网络），由政府或它所批准的经营者，为公众提供陆地移动通信业务目的而建立和经营的网络。该网络必须与公众交换电话网（PSTN）互连，形成整个地区或国家规模的通信网。PLMN = MCC + MNC，例如中国移动的PLMN为46000、46002，中国联通的PLMN为46001，中国电信的PLMN为46003。PLMN是一个无线通讯系统，趋

2、向于面向陆地上的乘坐交通工具移动或步行移动的用户。由于移动和便携的因特网用户也越来越普及。一个理想的PLMN系统提供给移动和便携用户和固定网络相当的服务，这在地形比较复杂的区域是一个特殊的挑战，因为基站会难以被找到和维持。在都市的环境中有很多的障碍，像是建筑物，和各种射频都能引起杂音和干扰的辐射。大多数的PLMN系统今天使用数字技术而不是过去的模拟技术。这一个过渡已经改善了通信质量和可靠度，但是还没有达到完美的地步。,.,PLMN的发展,第一代 模拟蜂窝,第一代（1G）移动通信系统20世纪70年代诞生的模拟蜂窝移动通信系统，1G系统采用模拟信号传输方式实现语音业务，使用频分多址FDMA接入技术

3、划分信道。第一代移动通信标准包括AMPS、NMT-450/900、TACS等。,第一代（1G）,第二代 GSM/CDMA,第二代（2G）移动通信系统始于20世纪90年代 ，是由数字无线电技术组成的数字蜂窝移动通信系统，提供更高的网络容量，改善了话音质量和保密性，并为用户提供无缝的国际漫游。第二代数字无线标准包括GSM、D-AMPS。PDC（日本数字蜂窝系统）和IS-95CDMA等，均仍然是窄带系统。,第二代（2G）,第三代 TD-SCDMA/ WCDMA/CDMA2000,第三代移动通信系统即IMT-2000（International Mobile Telecommunications-20

4、00），在第二代移动通信技术基础上进一步演进的以宽带CDMA技术为主,并能同时提供话音和数据业务的移动通信系统。目前3G存在三种标准：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA。,第三代（3G）,第四代 TDD-LTE/FDD-LTE,第四代移动通信系统可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力。其关键技术是正交频分复用（O F D M ）、智能天线、多入多出天线（M I M O ）、软件无线电等技术。第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能。目前3G存在三种标准：TDD-LTE、FDD-LTE。,第四代（4G）,.,典型PLMN网络架构,GSM系统架构,.,典

5、型PLMN网络架构,GSM/GPRS系统架构,.,典型PLMN网络架构,3G系统架构,.,典型PLMN网络架构,UTRAN架构,通信网络架构的变化其实就是保持AN不变，升级CN. 一个显著的变化就是业务和控制平台的分离，即将MSC拆分为MSC server和Media Gateway（MGW），将GMSC同样的拆分成GMSC server和一个Media gateway. 另外新增了IMS（IP multimedia subsystem）,.,CS域（CS Domain）,CS域（Circuit Switched Domain）：指核心网中为用户业务提供电路交换类型连接的所有网元实体，以及所有

6、支持相关信令的网元实体。电路交换型连接在连接建立时分配专用网络资源，在连接释放时释放专用资源。 CS域特有实体： MSC（Mobile-services Switching Centre，移动服务交换中心） GMSC（Gateway MSC，网关MSC） VLR（Visitor Location Register，访问者位置寄存器）,.,CS域（CS Domain）,MSC是第二代移动通信系统的核心网元之一，是在电话和数据系统之间提供呼叫转换服务和呼叫控制的地方。MSC 转换所有的在移动电话和 PSTN 和其他移动电话之间的呼叫。 MSC是移动网络完成呼叫连接、过区切换控制、无线信道管理等功能

7、的设备，同时也是移动网与公用电话交换网（PSTN）、综合业务数字网（ISDN）等固定网的接口。 MSC从系统内的三个数据库，即归属位置寄存器（HLR）、访问者位置寄存器（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。,.,CS域（CS Domain）,但在3GPP R4以后，MSC实体被拆分为MSC Server和MGW两个新的功能实体。 MSC Server的主要职责是链接管理。它负责所有的呼叫控制信令，例如呼叫

8、建立、呼叫转移、位置更新、路由、切换、计费、话务统计等。同时负责“指 挥”MGW。MSC-Server负责CS域中主叫和被叫的呼叫，响应网络用户层信令（3GPP TS 24.008），通过Nc接口传输呼叫控制信令，通过Mc接口控制MGW。 MGW（Media Gateway，媒体网关）同时负责来自电路交换网络的TDM承载和来自多媒体流网络的IP或ATM承载，例如话务交换、回音控制、铃音的广播等。它通过Mc接口接受来自MSC-Server的控制信令，通过Iu和Nb接口传输控制承载。 自此实现了呼叫控制和业务承载的分离。R4网络采用这种呼叫控制和承载控制相分离的方式向全IP的核心网结构迈出了重要一

9、步。,.,CS域（CS Domain）,GMSC具有从HLR查询得到被叫MS当前的漫游号码，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。 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Gateway MSC（简称GMSC）完成。 当网络规模较小时，各MSC与P

10、STN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。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。,.,CS域（CS Domain）,VLR是服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。VLR从该移动用户的归属用户位置寄存（HLR）处获取并存储必要的数据。一旦移

11、动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。因此，VLR可看作为一个动态用户数据库。 在某一MSC区域内漫游的移动用户受控于负责该区域的拜访位置寄存器，当某移动台出现在某一位置区内，VLR将启动位置更新程序，VLR包含在它管辖区域内出现的移动用户的数据。,.,CS域（CS Domain）,VLR中主要包括以下信息单元 IMSI（International Mobile Subscriber Identity，国际移动用户身份） MSISDN（Mobile Station International ISDN number，移动台国际ISDN码

12、） MSRN（Mobile Station Roaming Number，移动台漫游码） TMSI（Temporary Mobile Station Identity，临时移动台身份） LMSI（Local Mobile Station Identity，本地移动台身份） 移动台登记所在的位置区 移动台最后的已知位置区和最初位置区,.,PS域（PS Domain）,PS域（Packet Switched Domain）：是完成数据业务部分，分为SGSN和GGSN，一个是业务处理部分，一个是控制部分. PS域特有实体： SGSN（Serving GPRS Support Node，GPRS服务支

13、持节点） GGSN（Gateway GPRS Support Node，GPRS网关支持节点）,.,PS域（PS Domain）,SGSN是核心网分组域设备重要组成部分，功能类似于CS域的MSC/VLR。它可以为多个RNC提供类似于MSC/VLR功能。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即GPRS服务支持节点，它通过Gb接口提供与无线分组控制器BSC的连接，进行移动数据的管理，如用户身份识别，加密，压缩等功能；通过Gr接口与HLR相连，进行用户数据库的访问及接入控制；它还通过Gn接口与GGSN相连，提供IP数据包到无线单元

14、之间的传输通路和协议变换等功能；SGSN还可以提供与MSC的Gs接口连接以及与SMSC之间的Gd接口连接，用以支持数据业务和电路业务的协同工作和短信收发等功能。,.,PS域（PS Domain）,GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文献中，把GGSN称为GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP网络。 GGSN的主要功能有：1. 通过Gi接口与外部IP分组网络连接。2. GPRS会话管理，建立与外部网络的通信。3. 通过Gn接口与SGSN连接。4. 输出与

15、外部数据网络使用相关的计费信息。,.,IMS概述,IP Multimedia Subsystem（IMS）即IP多媒体子系统，本质上说是一种网络结构。该项技术植根于移动领域，最初在3GPP R5为移动网络定义的，而在NGN的框架下，IMS应同时支持固定接入和移动接入。涵盖IMS增强特性的3GPP R6已经基本冻结，这标志着IMS技术已经走向成熟。 顺应网络IP化的趋势，IMS系统采用SIP协议进行端到端的呼叫控制。但 IMS 远不止是一个SIP协议，它是一个融合了数据、语音、图像、消息、基于Web的技术和移动网络的体系。同时，IMS还允许运营商提供统一的开放接口，允许第三方供应商使用这些接口为

16、用户提供服务，从而使整个电信网成为一个更加开放的系统，而且更加适用于与Internet应用的兼容性。因此，IMS能把Internet和无线通信网络的发展结合起来，使得不论是移动网还是固定网均在向基于IP的网络演进。,.,IMS概述,IMS功能实体： CSCF（Call Session Control Function，呼叫会话控制功能） MGCF（Media Gateway Control Function，媒体网关控制功能） IMS-MGW（IP Multimedia Subsystem - Media Gateway Function，IMS媒体网关） MRFC（Multimedia Re

17、source Function Controller，多媒体资源功能控制器） MRFP（Multimedia Resource Function Processor，多媒体资源功能处理器） SLF（Subscription Locator Function，签约用户位置功能） BGCF（Breakout Gateway Control Function，出口网关控制功能）,.,IMS实体,CSCF是整个IMS网络的核心。主要负责处理多媒体呼叫会话过程中的信令控制。它管理IMS网络的用户鉴权、IMS承载面QoS、与其它网络实体配合进行SIP会话的控制，以及业务协商和资源分配等。 CSCF根据功能

18、分为P-CSCF（Proxy CSCF，代理CSCF ），S-CSCF（Serving CSCF，服务CSCF），I-CSCF（Interrogating CSCF，查询CSCF），本质上它们都是SIP服务器，处理SIP信令。 P-CSCF是IMS拜访网络的统一入口点。所有发起于IMS终端和终止于IMS终端的会话消息都要通过P-CSCF。P-CSCF作为一个SIP Proxy，负责与接入网络相关的用户鉴权与IPSec管理，网络防攻击与安全保护，为节约无线网络资源进行SIP信令压缩与解压，用户的漫游控制，通过PDF（Policy Decision Function）进行承载面的NAT与QoS等功

19、能等。,.,IMS实体,S-CSCF在IMS网络会话控制中处于核心地位，它接受来自拜访网络通过P-CSCF转发来的注册请求，与HSS配合进行用户鉴权。并从HSS处下载用户签约的业务数据。S-CSCF对于用户主叫及被叫侧进行路由管理，根据用户签约的初始过滤规则（iFC：Initial Filter Criteria），进行SIP AS触发，实现丰富的IMS业务功能。 I-CSCF是IMS归属网络的入口点。在注册过程中，I-CSCF通过查询HSS，为用户选择一个S-CSCF。在呼叫过程中，去往IMS网络的呼叫首先路由到I-CSCF，由I-CSCF从HSS获取用户所注册的S-CSCF地址，将消息路由

20、到S-CSCF。,.,IMS实体,MGCF是IMS的一个组成部分，与呼叫会话控制功能（CSCF）通信和控制媒体信道在一个 IMS-MGW 中的连接。它在 ISDN 部分（ISUP）和 IMS 呼机控制协议之间执行协议转换。 IMS-MGW在MGCF控制下完成资源控制，通过回波消除器和码转换器，实现媒体转换和帧协议转换功能，将媒体从一个形式转换到另一个形式，即它终结来之电话交换网的承载信道和来自分组网的媒体流，并执行这些终结之间的转换。,.,IMS实体,MRFC（Multimedia Resource Function Controller，多媒体资源功能控制器）和MRFP（Multimedia Resource Function Processor，多媒体资源功能处理器）是3G核心网中实现多方呼叫和多媒体业务提供和控制的逻辑功能实体。在核心网分层模型中，MRFP是处于接入层的逻辑功能实体，主要实现控制Mb接口点的承载，处理