北邮核心网讲义

系统结构R99核心网廖青 liaoqing@123GPP• • • • R99 R4 R5 R6/R7一、核心网的演进341GSM网络结构组成：移动台基站子系统 网络子系统 基站子系统： 基站收发信机（BTS) 基站控制器（BSC) 网络子系统： 移动交换中心（MSC) 归属位置寄存器（HLR) 访问位置寄存器（VLR） 鉴权中心（AuC) 移动设备识别寄存器（EIR) 操作维护中心（OMC） 短信中心（SMC)七号信令协议体系PSTNPSTNGMSCC DAUCH应用层 表示层 会话层 传输层MAPINAP/CAPTCAPHLR EIRFISUPVLREVLRMSCAMSCABSSBSC AbisBSSBSC Abis网络层BTSSCCP MTP-3 MTP-2 MTP-1BTSBTSBTS数据链路层 物理层5MTP6GSM网络中各部分的信令2.5G Mobile Network：GPRSPSTNPSTNGMSCC DAUCHGGSNGc Gr Gf Gn GpPDNHLR EIRFVLREVLRMSCAMSCGsSGSNGbPCUAter BSS BSC GGSN:Gateway GPRS Support Node SGSN:Service GPRS Support Node PDN: Packet Data Network PCU:Protocol Data Unit GPRS:General Packet Radio Service BSS BSCAbis BTS BTSAbis BTS BTS782P STNGiGpGSM网络向WCDMA网络演进PS TNRGM SCGG SNAuCCPS TNHGc Gn GrHLRPSTNPSTNGMSCC DAUCHGGSNGc Gr Gf Iu-PS Iu-PS RNS GnGiPDNVLRD G FEIRGf GsVLRBHLR EIRFOther PLMNGpBSGSNMSCEMSC CNA Gb Iu CS Iu PSVLREVLRMSCAMSCIu-CS RNSGs Iu-CS IurSGSNGb BSSBSS BSCA bisRNSIurRNCIub isRNCBSSBSC AbisRNC IubRNC IubBSC AbisUmBTSB TSNode BcellNode BUu MESIM -M E i/f or Cu99 阶 段 的 网 络 结 构10BTSBTSNodeB NodeBNodeB NodeBBTSBTSSIMUSIM9MSR99• R99其最大的特征在于网络结构上继承了 GSM/GPRS核心网结构，核心网分为电路域和 分组域两个部分，核心网将基于ATM。

• 与GSM不同的是在无线接入网部分引入了全新 的无线接口WCDMA，并采用了分组化传输， 更有利于实现高速移动数据业务的传输。

• 在接口方面引入了基于ATM的Iub、Iur和Iu接 口， • 该版本功能在2000年3月份确定，目前标准已 相当完善。

后续版本将都向2000年3月版本兼 容。

11GSM与WCDMA R99在核心网上的差异 • 网络结构– WCDMA R99核心网络在网络结构上与GSM 保持一致。

在电路域（CS）是基于TDM技 术，并仍采用分级组网模式；在分组域 （PS）是基于IP组网，通过GGSN接入外部 的分组网络。

123GSM与WCDMA R99在核心网上的差异 • 网络接口与协议– 与GSM相比，WCDMA R99协议进行了更多 的改进与优化。

GSM的A接口采用TDM承载 信令和话音，Gb接口采用帧中继承载信令和 业务；WCDMA R99的Iu-cs接口则采用ATM 技术承载信令和话音，使用ATM宽带接口更 有利于组建范围更大的无线接入网。

在分组 域R99 SGSN与RAN通过ATM信令交互，媒 体流使用AAL5承载的IP分组包。

13GSM与WCDMA R99在核心网上的差异• 网络接口与协议– A/Iu接口协议栈存在显著不同。

R99网络的无线接 口使用AAL2承载的AMR编码，与GSM的固定速率 不同。

AMR编码允许系统根据无线接口的资源动态 调整话音编码速率，因此R99网络在Iu接口增加了 速率控制流程。

A/Iu接口的话音编码不同，GSM的 A接口的业务信道采用压缩信道编码；R99的Iu接口 的业务信道采用AMR编码。

– 在用户的安全机制，GSM由AuC提供鉴权三元组， 采用A3/A8算法对用户进行鉴权以及业务加密；R99 由AuC提供鉴权五元组，定义了新的用户加密算法 （UEA），并采用Authentication Token机制增强用 户鉴权机制的安全性。

14GSM与WCDMA R99在核心网上的差异 • 业务能力– R99定义了CAMEL3规范，增强了对智能业 务的支持，在CAMEL中心增了对GPRS， MMS，SMS，SS，USSD相关的智能业务支 持。

分组域的差异• 核心网分组域架构和GPRS保持一致，核心网 分组域和接入网之间引入基于ATM承载的IuPS接口; • GTP隧道延伸到Iu-PS接口，GTP协议版本升级; • MAP版本协议的升级，增加对CAMEL phase3 的支持； • SGSN增加UMTS/GPRS系统间切换和漫游的考 虑; • 系统安全性的增强； • R5开始支持IPv6协议； 16154R4• R4在核心网电路域部分针对R99基于TDM的电 路核心网进行了很大改进，提出与承载无关的 电路交换网络。

• R4电路域由MSC Server、GMSC Server、 MGW等实体组成，各实体之间提供标准化的 接口；信令可使用IP承载；语音分组化实现了 网络带宽动态分配，并且对带宽要求有所下 降。

• 相对核心网络的重大变化，R4无线接入网络除 了引入TD-SCDMA之外，结构基本没有改变， 改变的只是一些接口协议的特性以及功能的增 强。

17 18R 4 阶 段 的 网 络 结 构R4的优势• 符和将来网络的发展方向 • 呼叫控制和媒体流控制分开，呼叫控制可以分 级，但媒体流是一级的 • 传输层是与载体独立基于IP，共享CS域和PS域 传输网 • 容易和更灵活的操作与维护 • 大容量接口，所有话务分享共同的物理接口 • 呼叫控制和交换能力单独计算，可以分别扩容 • 可以进行更得的覆盖，减少切换。

19R4在核心网上的主要特性• 电路域(CS域)的呼叫与承载的分离：将MSC分 为MSC服务器(MSCServer) 和媒体网关 (MGW)，使呼叫控制和承载完全分开。

• 核心网内的NO.7信令传输第三阶段(Stage3)： 支持No.7信令在2个核心网络功能实体间以基 于不同的网络方式来传输，包括基于MTP、IP 和ATM的网络上来传输。

• R4在业务上对R99又做了进一步的增强。

205R5• R5定义了ATM核心网过渡为全IP核心网，提供语音、 数据和多媒体业务，终端开始支持SIP协议。

• 这些技术包括HSDPA（高速下行分组接入，其峰值数 据速率可高达10Mbit／s，时延更小）和UE定位增强功 能（更多的支持定位业务的实现手段）。

• 特别是在R5阶段引入了IP多媒体子系统（简称 IMS），叠加在分组域网络之上，由CSCF（呼叫状态 控制功能）、MGCF（媒体网关控制功能）、MRF （媒体资源功能）和HSS（归属签约用户服务器）等 功能实体组成。

• R5在业务方面除原有的CAMEL、OSA之外，新支持 SIPAS。

• 总之，R5是一种端到端的IP多媒体业务。

21R5/R6的结构22IMS的要求• • • • • • • • IP连接 接入无关性 IP多媒体服务的服务质量保证 通信的安全性 计费 对漫游的支持 与其它网络的配合 服务开发 23IMS在3G核心网中的位置3GPP R5分层的包交换域结构 IN/CAMEL, OSA/Parlay, SIP 应用程序应用平台传统 PLMN 信令网络IP 多媒体子系统CSCF MGCF外部IP 网络Web server包交换域数据库 HSS 3GGGSN 3GSGSN IPMGW TDMPOTS/ISDNWeb / EmailSIP 通信 (IMS) Internet 接入，未用 IMSUTRAN多媒体手机2462G向3G网络演进各版本的主要技术内容子系统进展 业务 无线 接入网 核心网 电路域 核心网 分组域 HLR 信令传输GSM/GPRS运营经验丰富 话音/窄带数据 FDD TDMA 30K-56Kbps数据 TDM 传输 分级网结构 IP 传输 SGSN/GGSN基 于GTP协议组网 支持GSM/GPRS3GPP R99 3GPP R99协议成熟 有运营实例3GPP R401年冻结,协议基本成熟 但运营实例较少3GPP R5/R6 3GPP R5/R6R5于02年冻结,R6尚未 冻结，协议还不成熟 IMS业务 • HSDPA 10Mbps下行 • IP-UTRAN话音/流媒体/宽带数据业务 • FDD WCDMA • 384K-2Mbps数据 沿用GSM网络结 构，无重大改进 TD-SCDMA 承载与控制相分离 软交换网络结构 可采用IP承载二、R99核心网无重大改进沿用 GPRS网络结构，无重大改进在3G分组域上叠加基 于SIP协议的IMS网络 HSS->CS、PS、IMS 以SIP为主：基于IP传输 25 26新的用户签约数据和多种业务增强 IP信令网：SIGTRAN7号信令网：STP基于TDM链路组织P STNGiGp编号方式• • • • • • • 移动用户的ISDN号码（MSISDN） 国际移动用户识别码（IMSI） 移动用户漫游号码（MSRN） 临时移动用户识别码（TMSI） 国际移动设备识别码（IMEI） 位置区识别（LAI） 路由区识别（RAI） 27PS TNRGM SCGG SNAuCCPS TNHGc Gn GrHLRD G FEIRGf GsVLRBVLRBSGSNMSCEMSC CNA Gb Iu CS Iu PSBSS BSCA bisRNSIurRNCIub isRNCBTS UmB TSNode BcellNode BUu MESIM -M E i/f or Cu99 阶 段 的 网 络 结 构28SIMUSIMMS7WCDMA系统结构WCDMA系统结构2930UTRAN• UTRAN－ UMTS Terrestrial Radio Access Network • UTRAN 即陆地无线接入网分为基站（Node B）和无线网络控制器（RNC）两部分– Node B：主要完成Uu接口物理层协议的处理，它的 主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调、 信道解码，还包括基带信号和射频信号的相互转换 等功能。