核心網(wǎng)技術培訓.ppt

2019/7/15,核心網(wǎng)技術交流,中興通訊股份有限公司 移動產(chǎn)品事業(yè)部3g產(chǎn)品部,2019/7/15,wcdma核心網(wǎng)技術,第三代移動通信標準簡介,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,gsm向wcdma的演進,wcdma網(wǎng)絡安全,wcdma與gsm/gprs核心網(wǎng)比較,2019/7/15,1985年，提出fplmts概念，1996年更名為imt2000 1992年，wrc-92為imt2000在2ghz分配230mhz的帶寬 1997年，在世界范圍內(nèi)征求rtt技術候選方案 1998年，已提交rtt技術候選方案的技術性能評估 1999年，確定imt-2000的關鍵技術和參數(shù)、完成imt-2000無線接口技術規(guī)范的建議 1999年11月，成立itu-r wp 8f工作組，研究imt-2000及后續(xù)系統(tǒng)的技術、頻譜和推廣等,imt-2000標準化發(fā)展歷程,第三代移動通信標準簡介,2019/7/15,imt-2000的標準化分為核心網(wǎng)和無線接入網(wǎng)兩部分； itu最初的愿望：制定一個統(tǒng)一的無線接口標準，制定一個公共的網(wǎng)絡標準。因種種原因，網(wǎng)絡部分提出“家族概念”，基于現(xiàn)有的第二代兩大網(wǎng)絡，即gsm map和is-41核心網(wǎng)。 無線接口部分 形成多個無線技術標準，在不斷融合和演進中。,第三代移動通信標準簡介,imt-2000標準化發(fā)展歷程,2019/7/15,10個地面rtt方案,第三代移動通信標準簡介,2019/7/15,核心網(wǎng)（cn）,無線接入網(wǎng)（ran） 2g 3g,gsm,is-41核心網(wǎng) (cdma網(wǎng)絡),gsm核心網(wǎng),is-95 cdma,cdma2000-1x、3x,w-cdma,無線接口后向兼容,核心網(wǎng)絡后向兼容,新的無線接口,nni,td-cdma/ td-scdma,第三代移動通信標準簡介,2019/7/15,itu、3gpp、3gpp2的關系,第三代移動通信標準簡介,itu imt-2000,3gpp,3gpp2,etsi smg,arib,ttc,tta,itu-r wp 8f,cwts,t1p1,tia,europe,north america,asia,itu-t wp 3/11、sg2、 sg13、sg16,2019/7/15,制定wcdma標準的 3gpp,standard organizations i.e. itu,regional markets,third generation partnership project,arib japan,standards,etsi europe,ttc japan,ansi t1 usa,tta korea,specs,cwts china,work,第三代移動通信標準簡介,2019/7/15,3gpp,3gpp2,etsi,arib,ttc,tta,cwts,t1p1,tia,arib,ttc,tta,cwts,第三代移動通信標準簡介,2019/7/15,wcdma核心網(wǎng)技術,第三代移動通信標準簡介,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,gsm向wcdma的演進,wcdma網(wǎng)絡安全,wcdma與gsm/gprs核心網(wǎng)比較,2019/7/15,網(wǎng)絡結(jié)構相關協(xié)議,wcdma 網(wǎng)絡總體結(jié)構定義在3gpp ts 23.002中 （2001-06） r99 3gpp ts 23.002 v3.4.0 r4 3gpp ts 23.002 v4.3.0 r5 3gpp ts 23.002 v5.3.0,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,2019/7/15,r99的網(wǎng)絡結(jié)構圖,hlr,gn,sgsn,ggsn,msc/vlr,gr,gs,node b,iub,iub,gmsc,iucs,iups,internet,pstn/isdn,c,d,gi,ue,rnc,iur,iucs,iups,cn,rns,iub,rnc,node b,node b,bts,bsc,a,gb,abis,gc,2019/7/15,基于all ip（r4）網(wǎng)絡結(jié)構,rnc,bsc,mgw,ip over anying backbone,ggsn,iu-ps,iu-cs,mc,nc,d,c,mc,nb,gb,a,gr,node b,bts,external ip networks,other plmn,pstn/isdn,2g net,2019/7/15,主要包括msc的呼叫控制和移動控制部分,負責處理信令.,是cn和utran在iu口上的接口實體；對一定義網(wǎng)絡來說，是pstn/plmn的傳輸終點；實體負責處理用戶數(shù)據(jù).,r99,msc的變化,r4/5,2019/7/15,實體變化,連接3g cn與傳統(tǒng)pstn/plmn的信令網(wǎng)關，用于轉(zhuǎn)換與呼叫有關的信令，完成ip地址與pstn/plmn地址的映射轉(zhuǎn)換,完成2g與3g的電路/分組交換網(wǎng)之間的漫游信令的轉(zhuǎn)換。即執(zhí)行在傳輸級轉(zhuǎn)換信令的工作,不處理map或cap,但必須處理sccp.,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,2019/7/15,實體變化,mh,sgsn,location,information,subscription,information,hss (hlr / ums),.,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,ggsn,r-sgw,cscf,2019/7/15,ue,node b,(lmu,type b),hlr,gateway,mlc,external,lcs client,le,lg,lg,lh,gateway,mlc,other plmn,lmu,type a,uu,iu,iub,gsmscf,lc,cbc,iu,bc,3g-,sgsn,3g-,msc/vlr,rnc,node b,(lmu,type b),iur,iub,srnc,(smlc,functio-,nality),smlc,smlc,lp,umts plmn 的lcs配置,2019/7/15,msc,gmsc,hlr,c,d,vlr,b,gsmscf,gsmssf,gsmssf,gsmsrf,camel實體的配置,gprsssf,sgsn,gr,2019/7/15,cbs實體的配置,ue,iubc,bss,abis,bsc,bts,bts,rns,iub,rnc,node b,node b,cn,note 1,cbc,2019/7/15,基于all ip（r5）網(wǎng)絡結(jié)構,rnc,bsc,mgw,ip over anying backbone,ggsn,iu-ps,iu-cs,mc,nc,d,c,mc,nb,gb,a,gr,node b,bts,pstn/isdn,2g net,cx,ip multimedia networks,iu-cs,iu-ps,2019/7/15,im 子系統(tǒng)實體配置,im subsystem,cscf,mgcf,hss,cx,mgw,t-sgw,r-sgw,pstn,mc,mh,mg,mm,mrf,mr,cscf,mw,ms,(ip multimedia),wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,2019/7/15,cscf（call state control function）,spd (serving profile database),是全ip網(wǎng)絡中的新概念， 作用類似與msc。 在全ip網(wǎng)絡中完成呼叫接續(xù)與控制等， 通過與hss交互，得到 配置信息.,ah(address handing),icgw(incoming call gateway),ccf (call control function),wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,2019/7/15,rns,rnc,rns,rnc,核心網(wǎng)絡(cn),node b,node b,node b,node b,iu,iu,iur,iub,iub,iub,iub,ue,uu,uu,ue,wcdma系統(tǒng)組成,2019/7/15,iu 接口結(jié)構,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,core network (cn),utran,node b,node b,node b,node b,rnc,iu interface,“iu-bc”,“iu-cs”,bc domain,cs domain,ps domain,“iu-ps”,rnc,2019/7/15,physical layer,q.2150.1,q.2630.1,iu up protocol,layer,transport,network,layer,control plane,user plane,control plane,radio,network,layer,sscop,aal5,sscop,sscf-nni,aal2,mtp3b,mtp3b,sscf-nni,aal5,user plane,user plane,iu_cs 接口協(xié)議棧,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,2019/7/15,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,cn,utran,atm接口,iu接口底層承載,2019/7/15,atm信元長度較小，保證實時業(yè)務的短時延。 atm綜合了電路交換（支持實時業(yè)務、數(shù)據(jù)透明傳輸、端到端）和分組交換（支持可變比特率、業(yè)務統(tǒng)計復用）的優(yōu)點。,ip技術適合于實時性要求不高的業(yè)務，它無法克服自身延遲的缺點。,為什么引入atm技術，而不是ip技術？,2019/7/15,應用協(xié)議,數(shù)據(jù)流,alcap(s),物理層,信令承載,傳輸,用戶,網(wǎng)絡,平面,控制平面,用戶平面,傳輸網(wǎng)絡,控制平面,無線 網(wǎng)絡層,iu接口協(xié)議模型,信令承載,數(shù)據(jù)承載,傳輸 網(wǎng)絡層,傳輸,用戶,網(wǎng)絡,平面,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,2019/7/15,“層面分離”的思想是什么？,層：無線網(wǎng)絡層（rnl）和傳輸網(wǎng)絡層（tnl） 面：控制面control plane和用戶面user plane,2019/7/15,高層,atm 層 i.361,物理層,用戶面,控制面,管理面,面 管 理,高層,層 管 理,atm 適配層 i.362/363,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,atm 網(wǎng)絡協(xié)議參考模型,2019/7/15,iu_cs 接口協(xié)議棧,physical layer,q.2150.1,q.2630.1,iu up protocol,layer,transport,network,layer,control plane,user plane,control plane,radio,network,layer,sscop,aal5,sscop,sscf-nni,aal2,mtp3b,mtp3b,sscf-nni,aal5,user plane,user plane,aal2用于承載 cs域的用戶平面 數(shù)據(jù)流。,aal5適用于非實時、 vbr數(shù)據(jù)流。,2019/7/15,iu-cs接口協(xié)議棧,physical layer,q.2150.1,q.2630.1,iu up protocol,layer,transport,network,layer,control plane,user plane,control plane,radio,network,layer,sscop,aal5,sscop,sscf-nni,aal2,mtp3b,mtp3b,sscf-nni,aal5,user plane,user plane,2019/7/15,rab：radio access bearer,ue,cn,access stratum,non-access stratum,radio,(uu),iu,iu up,radio,iu up,transport,layer,nas data,streams,nas data,streams,radio,protocols,user plane data bearers protocols,user plane data bearers protocols,protocols,承載能力的描述,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,2019/7/15,ranap,從消息傳遞方式上， 分面向連接和無連接型,在應答方式上， 分有響應、無響應和多響應,負責iu接口cn和rnc之間的信令交互,封裝和承載高層協(xié)議,ranap應用分析舉例（1）,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,2019/7/15,utran,utran,core network,iu,after srns relocation,ue,core network,iur,ue,before srns relocation,cells,iu,ranap應用分析舉例（2）,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,2019/7/15,ranap應用分析舉例（3）,srns relocation and routeing area update,before,after,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,2019/7/15,由ue發(fā)起的到pstn的呼叫的建立,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,vlr,3g msc,rnc,ue,2019/7/15,3g-msc/vlr,rnc,node b,ue,aal- 2,amr,iu up,atm,time slot,pcm,iu-cs,atm,aal-2,up fp,l1 rf,physical channels,l1 rf,physical channels,rlc,mac,amr,aal- 2,iu up,atm,aal-2,rlc,mac,up fp,uu,iub,user data,3gutran3gmscpstn 的話音信息流向,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,2019/7/15,wcdma和gsm語音業(yè)務的區(qū)別,編碼方式不一樣 gsm語音編碼方案為repltp（規(guī)則脈沖激勵長期預測） 編碼速率為13kbps wcdma語音編碼方案為amr（自適應可變速率編碼），可提 供8種編碼速率（4.7512.2kbit/s）。,最重要的是3g可以根據(jù)網(wǎng)絡資源的當前狀況為用戶分 配合適的帶寬資源。,2019/7/15,sscf-nni,sscop,aal5,ip,sctp,sccp,sscf-nni,mtp3-b,m3ua,ranap,iu up protocol,layer,transport,network,layer,physical layer,control plane,user plane,user plane,control plane,radio,network,layer,atm,aal5,ip,gtp-u,physical layer,atm,user plane,iu_ps協(xié)議結(jié)構,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,udp,2019/7/15,分組數(shù)據(jù)包傳輸過程,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,gn子網(wǎng),sgsn,ggsn,firewall,router,gn,gn,gn,gi,用戶ip地址池,dns,internet,rns,iu-ps,2019/7/15,數(shù)據(jù)在各層進行的處理,源ip地址是ggsn分配 給pdp上下文的ip 目的ip地址是應用服務器的地址,源和目的ip地址是rnc、 sgsn和ggsn的ip,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,2019/7/15,iu up protocol,layer,user plane,user plane,aal5,ip,udp,gtp-u,user plane,aal2,q.2150.1,q.2630.1,control plane,aal5,sscop,sscf-nni,mtp3b,user plane,建立連接,transport,network,layer,control plane,為什么iu-cs和iu-ps協(xié)議棧相比，iu-cs在tnl上需要控制平面？,2019/7/15,physical layer,mtp,sccp,bssap,mtp,sccp,bssomap,a,三種接口控制面的比較,gb,gmm/sm,llc,bssgp,l1bis,network,service,l1,rrc,mac,atm,ranap,aal5,relay,uu,rlc,signalling,bearer,sccp,atm,aal5,iu-ps,sccp,signaling,bearer,ranap,gmm,sm/sms,3g-sgsn,rns,從信令承載方式上的比較.,a/gb/iu接口的比較(1),2019/7/15,iu-ps,atm,udp/ip,gtp,-u,aal5,l1,udp/ip,gtp,-,u,l2,relay,3g-sgsn,relay,gtp,-u,sndcp,llc,bssgp,l1bis,l2,l1,ip,gb,network,service,udp,2g-sgsn,iu-ps和gb接口用戶面的比較,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,2019/7/15,wcdma核心網(wǎng)技術,第三代移動通信標準簡介,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,gsm向wcdma的演進,wcdma網(wǎng)絡安全,wcdma與gsm/gprs核心網(wǎng)比較,2019/7/15,home,stratum/,serving,stratum,usim,he,transport,stratum,me,sn,an,application,stratum,user application,provider application,(iv),(iii),(ii),(i),(i),(i),(i),(i),3g的安全結(jié)構,2019/7/15,3g網(wǎng)絡無線接入安全機制,uic,he,vlr,(sgsn),uic,sn,aka,vlr,aka,sn,usim,aka,usim,ue,uic,ue,dc,ue,di,ue,rnc,dc,rnc,di,rnc,hlr,aka,vlr,aka,hlr,euic,usim,uidn,euic,uidn,euic： 提供增強用戶身份機密性的機制 （optional）。 uic： 提供用戶身份機密性的傳統(tǒng)機制。 aka： 認證和密鑰協(xié)商機制。 dc： 用戶和信令數(shù)據(jù)加密。 di： 信令數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)完整性保護。,2019/7/15,ms,sn/vlr,he/hlr,generate authentication,vectors av(1n),store authentication,vectors,select authentication vector av(i),authentication data,request,authentication data response,av(1n),user authentication,request,rand(i) | autn(i),user authentication response,res(i),compare res(i) and xres(i),verify autn(i),compute res(i),compute ck(i) and ik(i),select ck(i) and ik(i),authentication and,key establishment,distribution of,authentication,vectors,from he,to sn,av=(rand, xres, ck, ik, autn）,aka過程,2019/7/15,其中：f1 網(wǎng)絡鑒權函數(shù)； f2 用戶鑒權函數(shù)； f3 加密密鑰生成函數(shù)； f4 完整性密鑰生成函數(shù)； f5 正常情況下用的匿名密鑰生成函數(shù)。,3g五元組av的產(chǎn)生,2019/7/15,收到（rand,autn）后，usim的操作,2019/7/15,其中：f1* 重同步消息鑒權函數(shù)； f5* 重同步情況下用的匿名密鑰生成函數(shù)； amf*是amf的缺省值。,當usim認為sqn不在正確范圍，發(fā)起重同步過程,2019/7/15,收到（rand,auts）后，hlr/auc的操作,2019/7/15,release 99+ vlr/sgsn,release 98-,vlr/sgsn,release 99+,hlr/auc,usim,rand,autn,res,ck,ik,ck, ik,kc,utran,r99+ me,rand,autn,res,kc,ck, ik,kc,gsm bss,ck, ik,kc,res,sres,ck, ik,kc,r98- me,ck, ik,kc,ck, ik,kc,res,sres,rand,sres,kc,kc,rand,sres,kc,kc,r99+ me,or,r98- me *,ck, ik,kc,res,sres,quintets,triplets,ck, ik,kc,res,sres,umts security context,gsm security context,ck, ik,kc,umts 用戶的aka（認證和密鑰協(xié)商）,2019/7/15,加密模式,plaintext,block,f8,count-c,direction,bearer,length,ck,keystream,block,ciphertext,block,f8,count-c,direction,bearer,length,ck,keystream,block,plaintext,block,sender,ue or rnc,receiver,rnc or ue,2019/7/15,完整性保護方法,f 9,count-i,direction,message,fresh,ik,mac -i,f 9,count-i,direction,message,fresh,ik,xmac -i,sender,ue or rnc,receiver,ue or rnc,2019/7/15,gsm/gprs使用三元組,3g使用五元組av,gsm/gprs只有網(wǎng)絡對用戶的接入認證,3g實現(xiàn)了網(wǎng)絡和用戶之間的雙向認證,3g與2g的安全比較（1/2）,2019/7/15,gsm/gprs加密分別在bts/sgsn實現(xiàn),3g增加了信令的完整性保護，以及同步消息認證機制,3g的加密和完整性保護在rnc中實現(xiàn),3g與2g的安全比較（2/2）,2019/7/15,wcdma核心網(wǎng)技術,第三代移動通信標準簡介,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,gsm向wcdma的演進,wcdma網(wǎng)絡安全,wcdma與gsm/gprs核心網(wǎng)比較,2019/7/15,3g與2g/2.5g核心網(wǎng)差別,iu接口和agb接口,r99 ps 域和 gprs,安全性方面,業(yè)務方面,2019/7/15,iu接口和agb接口的差別,cn,utran,atm接口,2019/7/15,iu接口和agb接口的差別,3g中iu接口代替gsm a和gprs gb接口,cs/ps域的iu接口部分分別稱iu_cs/iu_ ps,iu控制/用戶平面分別傳輸信令/用戶數(shù)據(jù),2019/7/15,iu-cs和a接口的比較,iu_cs采用atm的aal2協(xié)議承載用戶數(shù)據(jù),a接口采用64kbps的地面電路承載用戶數(shù)據(jù),對于a接口,地面電路由msc分配,對于iu_cs接口,地面電路由rnc分配,iu和a接口是分別建立在atm和no.7信令的sccp的基礎之上,2019/7/15,iu_ps和gb接口之間的差別,sscf-nni,sscop,aal5,ip,sctp,sccp,sscf-nni,mtp3-b,m3ua,ranap,iu up protocol,layer,transport,network,layer,physical layer,control plane,user plane,user plane,control plane,radio,network,layer,atm,aal5,ip,gtp-u,physical layer,atm,user plane,udp,作為ps域的 用戶數(shù)據(jù)傳輸承載,2019/7/15,iu_ps和gb接口之間的差別,在承載意義上說，gb口的用戶面和控制面都承載在幀中繼上 iu_ps口，底層是承載在atm的aal5適配層上,對物理層來說， gb口采用e1， iu_ps口采用stm-1(155mbps)光接口等,2019/7/15,iu_ps和gb接口之間的差別,對于gprs，是在sndcp層上；對于iu_ps，工作在rnc中完成,用戶數(shù)據(jù)面數(shù)據(jù) 的加密處理方法不同,2019/7/15,移動智能網(wǎng),移動性管理,r99 ps 域和 gprs之間的差別,iu_ps與gb接口之間的差別,路由區(qū)更新,2019/7/15,r99 ps 域和 gprs之間的差別,（續(xù)）,移 動 性 管 理 方 面,ms mm 移動性管理狀態(tài)機遷移圖,gprs attach,pdu transmission,ready,standby,gprs detach,gprs ms mm states,ps attach,ps signalling,connection release,ps signalling,connection establish,ps detach,r99 ps 域 ms mm states,pmm- detached,2019/7/15,r99 ps 域和 gprs之間的差別,（續(xù)）,移 動 性 管 理 方 面,sgsn 移動性管理狀態(tài)機遷移圖,gprs sgsn mm states,gprs attach,pdu transmission,ready,standby,ps attach,ps signalling,connection release,ps signalling,connection establish,ps detach,r99 ps 域 sgsn mm states,pmm- detached,2019/7/15,r99 ps 域和 gprs之間的差別,（續(xù)）,路由區(qū)更新方面,gprs中跨sgsn的重定位示意圖,緩存區(qū)發(fā)生在sgsn;在gprs中,只有硬切換,2019/7/15,r99 ps 域和 gprs之間的差別,路由區(qū)更新方面,r99 ps域中跨sgsn的重定位示意圖,緩存區(qū)發(fā)生在rns;降低了sgsn的設計復雜性,平衡無線信道容量和處理能力,重要的是 具有了接口iur,從路由區(qū)更新角度考慮, 具有“軟切換”概念,2019/7/15,加密模式,完整性保護,同步消息認證,網(wǎng)絡域安全,安全性方面差別,2019/7/15,安全性方面的差別：,鑒權,隨機發(fā)生器,算法,?,算法,ms,network,sres,rand,sres,ki,ki,符合響應？,gsm使用的是鑒權三元組 （rand、sres、kc),2019/7/15,安全性方面的差別：,鑒權,r99中，是鑒權五元組 （rand、xres、ck、ik、autn),核心是引入了網(wǎng)絡鑒權令牌autn,2019/7/15,3g對業(yè)務本身并沒有標準化,3g對業(yè)務能力進行標準化,業(yè)務可以不相同,這也是第三代移動通信系統(tǒng)與以前系統(tǒng)的最主要的區(qū)別。,業(yè)務方面的差別,2019/7/15,豐富多彩的3g業(yè)務,2019/7/15,wcdma核心網(wǎng)技術,第三代移動通信標準簡介,wcdma核心網(wǎng)結(jié)構及協(xié)議,gsm向wcdma的演進,wcdma網(wǎng)絡安全,wcdma與gsm/gprs核心網(wǎng)比較,2019/7/15,gsm向wcdma的演進,網(wǎng)絡的演進其實就是業(yè)務的演進,2019/7/15,中興通訊進行3g演進的原則是什么？,最大限度地保護投資人的利益,gsm向wcdma的演進,2019/7/15,由于與gsm的tdma技術相比， wcdma采用了cdma技