軟交換核心網(wǎng)原理及關(guān)鍵技術(shù)

聯(lián)通一匯專題培訓(xùn)——軟交換核心網(wǎng)原理及關(guān)鍵技術(shù)

V0505中興通訊學(xué)院3G課程團(tuán)隊(duì)課程內(nèi)容WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)核心網(wǎng)的演變WCDMA與GSM/GPRS的比較業(yè)務(wù)流程介紹R4關(guān)鍵技術(shù)介紹Iu-CSIu-PSGbAHCS域PS域3GCNGMSCMSC/VLRPSTN/其他運(yùn)營商HLRGGSNSGSNGSM無線接入WCDMA無線接入CMSC/VLRC/DEGcGrGnGiGsWCDMAR99系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)MSC主要功能呼叫處理

呼叫處理、號(hào)碼存儲(chǔ)和譯碼、路由選擇回聲抑制、AMR話音編解碼、數(shù)據(jù)傳輸安全保密

鑒權(quán)和加密功能、完整性保護(hù)

TMSI的分配VLR數(shù)據(jù)管理

用戶數(shù)據(jù)管理、用戶數(shù)據(jù)檢索位置登記、鑒權(quán)；漫游/切換號(hào)碼分配移動(dòng)性管理

位置更新、切換/漫游登記、IMSI查詢功能計(jì)費(fèi)話單處理

話單采集、話單格式轉(zhuǎn)換話單存儲(chǔ)TMSC1TMSC1STP

HLRTMSC1TMSC1VMSCIW/GMSCVMSCVMSCGMSCTMSC2TMSC2ZXWN-MSC可以同時(shí)承擔(dān)VMSC、TMSC、GMSC、短消息互通網(wǎng)關(guān)IW/GMSC以及STP的功能，滿足運(yùn)營商在3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期快速建網(wǎng)的需求。ZXWN-MSC組網(wǎng)應(yīng)用用戶信息業(yè)務(wù)信息簽約信息位置信息基本用戶數(shù)據(jù)管理CAMEL業(yè)務(wù)管理CAMEL簽約數(shù)據(jù)管理用戶鑒權(quán)數(shù)據(jù)管理鑒權(quán)信息管理位置更新切換路由區(qū)更新等移動(dòng)性管理HLR/AuC主要功能R99核心網(wǎng)電路域各接口信令RNSRNSMSCNO.7MSCHLRSMCSCPRANAPRANAPTUP/ISUPMAPCAPMAPR99核心網(wǎng)電路域各接口話音編碼GMSCMSCPSTNTDMRNSAMRG.711G.711MSC需要完成AMR編碼到64K的轉(zhuǎn)換工作RNCNodeBTDM/ATMPSTNIPIu-PSGnGnGpGiCGBillingCenterGaHLRMSCGGSNGMSC移動(dòng)性管理網(wǎng)絡(luò)接入控制用戶數(shù)據(jù)和會(huì)話管理計(jì)費(fèi)信息收集路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)路由選擇與轉(zhuǎn)發(fā)封裝和隧道傳輸用戶數(shù)據(jù)和會(huì)話管理動(dòng)態(tài)分配IP地址計(jì)費(fèi)信息收集用戶認(rèn)證、安全管理Inter-PLMN計(jì)費(fèi)信息收集話單格式轉(zhuǎn)換BSCBTSSGSNGbInternet分組域網(wǎng)元在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的位置SGSN主要功能路由選擇轉(zhuǎn)發(fā)支持對(duì)PDPPDU的封裝和去封裝功能用戶數(shù)據(jù)管理存儲(chǔ)、修改和刪除當(dāng)前用戶數(shù)據(jù)并支持HLR插入或刪除用戶數(shù)據(jù)移動(dòng)性管理附著、分離、位置管理、清除、業(yè)務(wù)請(qǐng)求計(jì)費(fèi)話單處理

話單采集、話單格式轉(zhuǎn)換話單存儲(chǔ)GPRS尋呼、Gs聯(lián)合尋呼、RNC無線資源管理無線資源管理GGSN主要功能

路由選擇與轉(zhuǎn)發(fā)、地址翻譯和映射封裝和隧道傳輸用戶數(shù)據(jù)管理會(huì)話管理、互通功能

IP地址管理計(jì)費(fèi)信息收集R99核心網(wǎng)分組域各接口信令SMCGGSNSGSNRNSNO.7HLRMSCGPRSbackboneRANAPMAPMAPGTP-C計(jì)費(fèi)中心BSGPRSBoreTCP/IP網(wǎng)絡(luò)SGSN/GGSNSGSN/GGSNCGTCP/UDPGTP'協(xié)議FTAM/FTPFTAM/FTPCGOMMServerCGOMMClientCGOMMClientCG網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖SGSNGGSNBackboneNetworkS-SMT-CDRS-CDRM-CDRS-SMO-CDRG-CDRCG處理的話單Iu-CSIu-PSGbAHCS域PS域UMTSCNMSCServerGMGWPSTN/ISDNHLRGGSNSGSNGSM無線接入WCDMA無線接入MGWGMSCServer2GNETR-SGWT-SGWWCDMAR4系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)R4網(wǎng)絡(luò)特征R4的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用NGN的分層架構(gòu)，在控制層、傳送層、接入層實(shí)現(xiàn)了分離，是移動(dòng)和固定NGN融合的起點(diǎn)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和控制的分離考慮到IP網(wǎng)絡(luò)的一些固有問題，TDM技術(shù)成為可選的話音承載方式SCPMSCServer

GMSCServer業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)HLRATM/IPBackboneH.248MGWUTRANH.248PSTN/GSMMGWWCDMAR4網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)WCDMA網(wǎng)絡(luò)在向全I(xiàn)P演進(jìn)的過程中是逐步演進(jìn)的，首先實(shí)現(xiàn)電路域的IP傳輸，然后再考慮實(shí)現(xiàn)WCDMA整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的IP傳輸；R4網(wǎng)絡(luò)和R99相比，主要的變化在CS域，PS域沒有任何變化；R4CS域基于呼叫控制與承載分離的思想，將MSC分為MGW和MSCServer；R4核心網(wǎng)內(nèi)部的信令采用IP傳輸；為了實(shí)現(xiàn)和PSTN以及其它非IP的PLMN之間的信令互通，增加了T-SGW（傳輸信令網(wǎng)關(guān)）和R-MGW（漫游信令網(wǎng)關(guān)）；T-SGW和R-MGW是邏輯的功能實(shí)體，在物理上，兩者可能是合一的；R4新增的接口和協(xié)議：Mc：MSCServer～MGW，H.248協(xié)議；Nb：MGW～MGW之間，協(xié)議取決于承載，

若采用ATM承載，則采用AAL2承載AMR碼流；

若采用IP承載，則采用RTP承載AMR碼流。Nc：MSCServer～MSCServer之間，采用BICC協(xié)議MSCSERVER功能介紹McMcNbNcMSCServerMGWMGWUTRANR99/GSM/PSTNSGWNO.7

繼承R99MSC的所有電路域控制面功能，承載面的交換功能由MGW以多種承載方式實(shí)現(xiàn)；對(duì)外提供純粹的信令接口；集成R99VLR功能，以處理移動(dòng)用戶業(yè)務(wù)及CAMEL相關(guān)數(shù)據(jù)；對(duì)電路域基本業(yè)務(wù)及補(bǔ)充業(yè)務(wù)涉及的MGW中承載終端及媒體流的控制，是通過3G擴(kuò)展的H.248協(xié)議來實(shí)現(xiàn)的；與其他MSCserver間通過BICC信令實(shí)現(xiàn)承載無關(guān)的局間呼叫控制；支持MGW及自身的登記及故障恢復(fù)操作，并可要求MGW主動(dòng)上報(bào)其終端特性GMSCServerGMSCSERVER功能介紹McMcNbNcMSCServerGMSCServerMGWMGWUTRANR99/GSM/PSTNSGWNO.7由GMSC的呼叫控制和移動(dòng)控制組成，只完成GMSC的信令處理功能。具有查詢位置信息的功能。如MS被呼時(shí)，網(wǎng)絡(luò)如不能查詢?cè)撚脩羲鶎俚腍LR，則需要通過GMSCserver查詢，然后將呼叫轉(zhuǎn)接到目前登記的MSCserver中。通過H.248協(xié)議控制MGW中媒體通道的接續(xù)。支持BICC與TUP/ISUP的協(xié)議互通。MGW功能介紹McMcNbNcMSCServerGMSCServerMGWMGWUTRANSGWNO.7

是R4核心網(wǎng)承載面的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，位于CS核心網(wǎng)通往無線接入網(wǎng)（UTRAN/BSS）及傳統(tǒng)固定網(wǎng)（PSTN/ISDN）的邊界處；是Iu、PSTN/PLMN接口的承載通道，以及分組網(wǎng)媒體流（如RTP流）的終結(jié)點(diǎn)

MGW不負(fù)責(zé)任何移動(dòng)用戶相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯處理。而是通過H.248信令，接受來自(G)MSCserver的控制命令

MGW可以支持媒體轉(zhuǎn)換、承載控制及業(yè)務(wù)交換等功能，如GSM/UMTS各類語音編解碼器、回音消除器、IWF、接入網(wǎng)與核心網(wǎng)側(cè)終端媒體流的交換，會(huì)議橋、放音收號(hào)資源等支持電路域業(yè)務(wù)在多種傳輸媒介（基于AAL2/ATM,TDM，或基于RTP/UDP/IP)上的實(shí)現(xiàn)，提供必要的承載控制R99/GSM/PSTNSGW功能介紹

信令網(wǎng)關(guān)SGW在基于TDM的窄帶SS7信令網(wǎng)絡(luò)與基于IP的寬帶信令網(wǎng)絡(luò)之間，完成MTP3用戶的傳輸層信令協(xié)議棧的雙向轉(zhuǎn)換(SIGTRANM3UA/SCTP/IP<=>SS7MTP3/2/1)。

SGW在物理實(shí)現(xiàn)上可與(G)MSCserver或MGW合一McMcNbNcMSCServerGMSCServerMGWMGWUTRANR99/GSM/PSTNSGWNO.7R4核心網(wǎng)信令系統(tǒng)RNSBSS接入側(cè)信令網(wǎng)關(guān)控制信令/承載控制信令BSSAPRANAP承載控制信令BICC/TUP/ISUPH.248H.248ALCAP局間信令MAPMAPCAP移動(dòng)性管理和業(yè)務(wù)MSCserverMGWMSCserverMGWHLRSMCSCPCS域PS域MSCServerGMGWHSSGGSNSGSNWCDMA無線接入MGWGMSCServerIMS域IMS-MGWSGWMGCFCSCFPSTNNo.7WCDMAR5系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)版本無線接入網(wǎng)核心網(wǎng)電路域核心網(wǎng)分組域GSM/GPRS1）FDDTDMA2）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)帶寬可達(dá)114Kbps1）采用TDM技術(shù)組網(wǎng)1）采用IP技術(shù)組網(wǎng)，2）GSN之間采用GTP協(xié)議3GPPR991）FDDWCDMA（5MHz載頻）2）無線接入網(wǎng)采用ATM技術(shù)3）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)帶寬可達(dá)2Mbps1）和GSM核心網(wǎng)相同2）AMR編碼，并將編解碼器從無線側(cè)移到核心網(wǎng)絡(luò)側(cè).1）和GPRS核心網(wǎng)基本相同3GPPR41）和R99無線接入網(wǎng)基本相同2）增加對(duì)TD-SCDMA的支持

1）呼叫控制和承載完全分離2）IP/ATM/TDM多種組網(wǎng)方式3）基于IP/ATM組網(wǎng)時(shí)可采用

TrFO節(jié)省傳輸資源1）和R99核心網(wǎng)分組域完全相同3GPPR51）和R99無線接入網(wǎng)基本相同，但采用IP傳輸2）采用HSDPA等新技術(shù)，提高無線接口數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率1）對(duì)電路域不作要求，和R99

或R4電路域相同1）在分組域上疊加了IP多媒體子系統(tǒng)IMS2）呼叫控制CSCF和媒體網(wǎng)關(guān)控制MGCF進(jìn)一步分離WCDMA各版本以及和2G的比較課程內(nèi)容WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)核心網(wǎng)的演變WCDMA與GSM/GPRS的比較業(yè)務(wù)流程介紹R4關(guān)鍵技術(shù)介紹Iu-CSIu-PSUMTSCNGMSCMSCPSTN/其他運(yùn)營商HLRGGSNSGSNWCDMA無線接入SCP核心網(wǎng)沒有采用分層結(jié)構(gòu)，控制和承載沒有分離。電路域骨干傳輸仍是基于TDM的技術(shù)支持CAMEL3，兼容CAMEL2無線接入網(wǎng)Iu、Iur、Iub接口均引入了ATM技術(shù)WCDMA向NGN的演進(jìn)—R99階段R99技術(shù)分析優(yōu)勢(shì)R99充分考慮了對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的向下兼容。系統(tǒng)采用分組域和電路域分別承載與處理的方式，分別接入PSTN和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)，從根本上保證了技術(shù)在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上的可操作性。實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的QoS的保證采用TDM技術(shù)組網(wǎng)的成熟性未解決問題R99是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個(gè)過渡結(jié)構(gòu)，為了滿足向下兼容和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的快捷方便，就形成一些固有的缺陷。沒有從根本上解決網(wǎng)絡(luò)后續(xù)發(fā)展的問題，從而在一定程度上會(huì)造成新的投資浪費(fèi)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用NGN的分層架構(gòu)HCS域PS域UMTSCNMSCServerGMGWPSTN/其他運(yùn)營商HLRGGSNSGSNWCDMA無線接入MGWGMSCServerMGW可分布于不同的本地網(wǎng)，采用分散接入的方式?？杉性谑?huì)城市，采用集中控制的方式。MSCServer實(shí)現(xiàn)呼叫控制、業(yè)務(wù)控制、用戶數(shù)據(jù)庫管理等功能；MGW實(shí)現(xiàn)UTRAN到ATM/IP，以及PSTN的媒體流轉(zhuǎn)換。WCDMA向NGN的演進(jìn)—R4階段R4技術(shù)分析優(yōu)勢(shì)在核心網(wǎng)絡(luò)上體現(xiàn)了NGN的體系構(gòu)架思想。電路域由TDM中心節(jié)點(diǎn)交換型演進(jìn)為典型的分組話音分布式體系結(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)邏輯與底層承載相分離。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分層增加了業(yè)務(wù)擴(kuò)展的靈活性，網(wǎng)絡(luò)扁平化減少了傳輸過程的瓶頸，從根本上突破了網(wǎng)絡(luò)在后續(xù)演進(jìn)過程中的障礙?？梢韵嘈?，R4的成熟應(yīng)用將會(huì)帶來現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營的一個(gè)飛躍。未解決問題商業(yè)試行的范圍還比較小，運(yùn)營商和各個(gè)廠家還需要一段時(shí)間來積累新網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營的經(jīng)驗(yàn)，需要關(guān)注和解決很多新的問題，如在IP網(wǎng)絡(luò)上的安全性問題，Qos問題等。R99/R4核心網(wǎng)電路域的區(qū)別RNSRNSRNSSCPHLRMSCMSCTUP/ISUPTDMCAPOverTDMMAPOverTDMRNSRNSHLRSCPMSCServerMSCServerMGWRNSMAPOverTDM/IPCAPOverTDM/IPTUP/ISUP/BICCTDM/ATM/IPTDM/ATM/IPMGWH.248OverATM/IPH.248OverATM/IP

SCP未來真正的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)端到端的IP業(yè)務(wù)；呼叫控制、承載控制、媒體網(wǎng)關(guān)的分離以及在IP網(wǎng)絡(luò)上的多業(yè)務(wù)融合體現(xiàn)了NGN的思想U(xiǎn)TRANIM-MGWSIPASOSA/ParlaySGSNGGSNHSSMGCFCSCFH.248MAPIPIPSIPDiameterSIPIPTDMWebserverApp.ServerSIPR5增加了IMS系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了會(huì)話控制實(shí)體CSCF和承載控制實(shí)體MGCF在物理上的分離MGCF完成媒體網(wǎng)關(guān)的連接控制以及ISUP和IMS呼叫控制協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換等功能CSCF完成IP多媒體業(yè)務(wù)的呼叫控制、會(huì)話管理等功能IMSPS域ExternalIPNetworkIPR99/GSM/PSTNWCDMA向NGN的演進(jìn)—R5階段課程內(nèi)容WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)核心網(wǎng)的演變WCDMA與GSM/GPRS的比較業(yè)務(wù)流程介紹R4關(guān)鍵技術(shù)介紹WCDMA和GSM接口比較RNS

RNC

RNS

RNC

核心網(wǎng)絡(luò)(CN)

NodeB

NodeB

NodeB

NodeB

Iu

Iu

IurIub

Iub

Iub

Iub

UE

Uu

Uu

UEMSBTSBSCMSC/VLROMCSCHLR/AUCEIRMSC/VLRBTSMSPLMNPSTNISDNPSTDNNo.7MAPX.25X.25orNo.7UmAAbisIu和A/Gb差別接口名稱控制信令/用戶數(shù)據(jù)的傳輸信令承載方式PhysicalLayerMTPSCCPBSSAPMTPSCCPBSSOMAPAGbGMM/SMLLCBSSGPL1bisNetworkServiceL1RRCMACATMRANAPAAL5RelayUuRLCSignallingBearerSCCP

ATMAAL5Iu-PsSCCPSignalingBearerRANAPGMMSM/SMS3G-SGSNRNS2G-SGSNA接口信令模型R99Iu-PS從信令承載方式上的比較...A/Gb/Iu接口控制面的比較WCDMA和GSM語音業(yè)務(wù)的區(qū)別

編碼方式不一樣GSM語音編碼方案為RPE－LTP（規(guī)則脈沖激勵(lì)－長期預(yù)測(cè)）每語音信道的編碼速率是恒定的13kbpsWCDMA語音編碼方案為AMR（自適應(yīng)可變速率編碼），可提供8種編碼速率（4.75——12.2kbit/s）。最重要的是3G可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源的當(dāng)前狀況為用戶分配合適的帶寬資源。GSM/GPRS使用三元組3G使用五元組AVGSM/GPRS只有網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶的接入認(rèn)證3G實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)和用戶之間的雙向認(rèn)證3G與2G的安全比較GSM/GPRS加密分別在BTS/SGSN實(shí)現(xiàn)3G增加了信令的完整性保護(hù)，以及同步消息認(rèn)證機(jī)制3G的加密和完整性保護(hù)在RNC中實(shí)現(xiàn)3G與2G的安全比較隨機(jī)發(fā)生器算法?算法MSNetworkSRESRANDSRES’KiKi符合響應(yīng)？GSM使用的是鑒權(quán)三元組（RAND、SRES、Kc)2G鑒權(quán)流程MSMSCS/SGSNHLR/AUCGenerateauthenticationvectorsAV(1..n)StoreauthenticationvectorsSelectauthenticationvectorAV(i)AuthenticationdatarequestAuthenticationdataresponseAV(1..n)UserauthenticationrequestRAND(i)||AUTN(i)UserauthenticationresponseRES(i)CompareRES(i)andXRES(i)VerifyAUTN(i)ComputeRES(i)ComputeCK(i)andIK(i)SelectCK(i)andIK(i)AuthenticationandkeyestablishmentDistributionofauthenticationvectorsfromHEtoSNAV=(RAND,XRES,CK,IK,AUTN）WCDMA鑒權(quán)流程/AKA過程課程內(nèi)容WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)核心網(wǎng)的演變WCDMA與GSM/GPRS的比較業(yè)務(wù)流程介紹R4關(guān)鍵技術(shù)介紹A地MSCServerMGWUEMGWMSCServerNO.7UEB地HLRHLRH.248H.248BICCMAPMAPR4呼叫流程示例－－3G用戶呼叫3G用戶分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流程1PDP上下文激活請(qǐng)求

（NSAPI，type],APN等）2DNS_query(APN)和DNSResponse（IPOfGGSN）3Create_PDP_Req（TypeofPDP,APN）和Res（IPofMS)SGSNDNSGGSNRNSBackbone課程內(nèi)容WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)核心網(wǎng)的演變WCDMA與GSM/GPRS的比較業(yè)務(wù)流程介紹R4關(guān)鍵技術(shù)介紹UTRANMGWPSTN本地網(wǎng)2本地網(wǎng)1UTRANPSTNIP骨干網(wǎng)MGWMGWMGWSGWNO.