（信号与信息处理专业论文）基于软交换的3g与无线局域网的互通.pdf

四川大学硕士学位论文 基于软交换的3 g 与无线局域网的互通 信号与信息处理专业 研究生王占龙指导教师卫武迪 3 g 网络的发展是在现有网络向下一代网络n g n 演进的大背景下进行的。 第三代移动通信系统作为一个完整的通信系统，在不同的陆地无线接入网之间 有着成熟的漫游协议，能够为用户提供无所不在的连续性。第三代移动通信虽 然有这些优点，但是也有缺陷，在数据峰值时，传输速率低。本文首先分析了 从第二代移动通信到第三代移动通信系统的演变过程，按3 g p p 制定的标准 g p r s 对第二代移动通信系统的改进，其中主要应用三种功能实体来实现，分 别是通用分组无线业务服务支持节点，通用分组无线业务网关接入点，分组控 制单元。软交换技术作为下一代网络的核心技术，本文在软交换技术的基础上， 研究了3 g 与无线局域网的互通。文章中首先讨论了网络的演进过程，并分析 了软交换技术对3 g 的支持。在研究了无线局域网的相关内容之后，接着结合 第三代移动通信系统与无线局域网的优缺点互补的特点，提出将两者结合起来 的方案。由于通用分组无线业务技术是第三代移动通信系统的主要部分，所以 文章首先分析了通用分组无线业务与无线局域网互通的结构，然后提出将第三 代移动通信系统与无线局域网互通起来的方案。为了构造出第三代移动通信系 统与无线局域网互通的协议栈结构图，本人研究了通用分组无线业务服务支持 接点，无线接入网的协议结构图及局域网仿真技术协议结构，最后根据8 0 2 1 1 协议，无线局域网仿真技术协议和通用分组无线业务服务接入点协议结构特点， 提出第三代移动通信系统与无线局域网互通的协议栈结构图。最后研究了局域 网仿真技术及实时传输层协议的编程实现。 四川大学硕士学位论文 本文的贡献：通过分析第三代移动通信系统的结构与性能，虽然它的覆 盖面积大，存在着一个较严重的问题，就是传输速率低。雨无线局域弼虽然 覆盖面不大，但是传输速率高，因此提出将两者互通的方案。这个方案可以弥 补第三代移动通信系统的速率缺陷，使未来的通信网络更加完美。 最后，提出了3 g 与无线局域网互通的协议栈结构图，并在实时传输层进 行编程实现。 关键词：3 g 软交换无线局域网局域网仿真技术实时传输协议 2 四j i i 大学硕士学位论文 t h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e ns o f t s w i t c h b a s e d 3 ga n dw l a n m a j o r ：s i g n a la n d i n f o r m a t i o nd e a l i n g g r a d u a t e ：w a n g z h a n i o n gs u p e r v is o r ：w e i w u d t h ed e v e l o p m e n to f3 gi su n d e rt h ei m p r o v i n gp r o c e s sf r o mc u r r e n tn e t w o r kt on g n a s a l li n t e r g r a t ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，3 gh a sm a t u r a t ep r o t o c a l sa m o n gd i f f e r e n tp l m na n dc a l l s u p p l yc u s t o m e r sw i t hn oi n t e r v a l t h o u 曲3 gh a ss om a n ya d v a n t a g e si t s t r a n s m i s s i o nr a t ei s l o ww h e ni ti sb u s y t h i sa r t i c l ea n a l y z e st h ei m p r o v i n g p r o c e s s f r o m2 gt o3 g t h e t e c h n o l o g yo f g p r se n h a n c e st h ef i m c t i o no f 2 g n l et e c h n o l o g yo f g p r sw h i c hs t a n d sb yt h e s t a n d a r do f3 g p pi n c l u d e ss g s n ，g g s na n dp c um a i n l y s o f f s w i t c hi st h ec o r nt e c h n o l o g yo f n g n o nt h eb a s i so ft h et e c h n o l o g yo fs o f l s w i t c h ，t h i sa r t i c l es t u d i e st h ec o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g yb e t w e e n3 ga n dw l a n f i r s t ，t h i sa r t i c l ea n a l y z e st h ei m p r o v i n gp r o c e s so fn e t w o r k a n d t h e f u n c t i o no f s o f t s w i t c h t o3 g a f t e r a n a l y z i n g t h er e l a t e t e c h n o l o g yo f w l a n ，a d v a n t a g e s a n dd i s a d v a n t a g e so f3 ga n dw l a nt h i sa r t i c l ep r o m o t e st h ec o m m u n i c a t i o nm e t h o db e t w e e n 3 ga n dw l a n f o rg p r si st h em a i np a r to f3 g , t h i sa r t i c l ea n a l y z e st h ec o m m u n i c a t i o n b e t w e e ng p r sa n dw l a n l a t e r , t h i sa r t i c l ep r o m o t e st h ec o m m u n i c a t i o nm e t h o db e t w e e n 3 ga n dw l a n f o r c r e a t i n gt h ec o r m u u n i c a t i o np r o t o c a ic o n s t r u c t i o nb e t w e e n3 ga n dw l a n ，i s t u d i e d t h ep r o t o c a lo f s g s n ，r a n ，l a n e a n d8 0 2 1 1 a t l a s t ，t h i sa r t i c l es t u d i e s t h e t e c h n o l o g y o f l a n ea n dr e a l i z e sr t p sp r o g r a m m i n g c o n t r i b u t i o n ：a f t e ra n a l y z i n gt h ec o n s t r u c t i o na n dt i m c l i o no f3 6 , t h o u g ht h e f i e l dw h i c h3 gc o v e r si sl a r g ei th a sa nd i s a d v a n t a g eo fl o wt r a n s m i s s i o nr a t e 3 四川i 大学硕士学位论文 h o w e v e r ，t h o u g ht h ef i e l dw h i c hw l a nc o v e r si ss m a l l ，i tt r a n s m i t sd a t aq u i c k l y , s ot h ec o m m t m i c a t i o nm e t h o db e t w e e n3 ga n dw l a ni sp r o m o t e d h e n c et h e p r o b l e mo fl o wt r a n s m i s s i o nr a t eo f3 gi so v e r c o m e da n dn g nw i l lb em o r e w o n d e r f u l a tl a s t ，t h ea r t i c l ep r o m o t e st h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c a lc o n s t r u c t i o nb e t w e e n 3 ga n dw l a na n dr e a l i z e st h ep r o g r a m m i n go fr t r k e yw o r d s ：3 g s o f i s w i t c hw l a nl a n er t p 4 四川大学硕士学位论文 1 引言 1 13 g 与w l a n 互通的技术 这是一种将移动语音网络与无线局域网互连的方法。利用s i m 卡和u i m 卡 里存有的全球唯一的无线局域网用户标示和认证密钥，结合移动网络完善的认 证，记费体系，对无线局域网用户实施有效的管理。 用户上网时，可以通过移动运营商现有的认证记费系统进行认证，用户上 网的费用可以对应到其手机的帐单上，并在有语音呼入时，会在无线局域网终 端上有相应的提示，用户可以由无线局域网终端接听该语音呼叫或拒绝多种选 择。 1 2 课题的目的和意义 随着移动通信技术的发展，第三代移动通信系统即将问世。它是在第二代 移动通信技术的基础上，引入了通用分组无线业务技术，及软交换等重要技术 演进而来。它拥有着诸多的优点，可以支持多媒体业务，在不同的陆地无线业 务接入网有成熟的漫游协议，可以为不同的用户提供连续的业务支持。但是它 也有缺陷：在数据传输蜂值时，传输速率低。无线局域网虽然每个接入点的覆 盖面积小，但是数据传输速率高。 本课题结合第三代移动通信系统和无线局域网的优缺点互补的特点，提出 将两者互通的方案。这是本课题研究的目的。 本课题的意义在于它解决了第三代移动通信系统的数据传输速率低的缺 点，使现有的无线局域网资源在未来能够发挥更大的作用，未来的通信网络更 加完善。 1 3 国内外研究现状及其发展趋势 关于第三代移动通信系统与无线局域网互通的方案是本设计的主要内容， 目前主要有紧融合和松融合两种方案。所谓紧融合就是把作为第三代移动通信 网络的一个组成部分，通过无线局域网网关与通用分组无线业务支持服务接点 相连，从而实现无线局域网与第三代移动通信网络的互通。所谓松融合技术就 是在第三代移动通信网络的移动终端与无线局域网网关进行互连，实现无线局 四川大学硕士学位论文 域网与第三代移动通信网络的互通。相比之下。紧融合要比松融合传输速率高， 传输质量好。但是松融合方案相对成本低，如果对数据传输质量要求不高，可 采用松融合方案。目前，松融合方案普遍受到欢迎。 1 4 本设计所做的工作 针对第三代移动通信系统数据传输速率低的缺陷，主要完成了以下的工作： ( 1 ) 分析了第三代移动通信系统的结构，研究了通用分组无线业务技术在 网络演进中的作用及软交换技术，发现了造成本系统数据传输速率低 的原因在于通用分组无线业务技术。 ( 2 ) 研究了无线局域网的特点及8 0 2 1 1 协议结构，得出无线局域网覆盖 面积小，数据传输率高的特点。 ( 3 ) 研究了通用分组无线业务服务支持接点的协议结构，局域网仿真技 术，设计出第三代移动通信系统与无线局域网互通的原理图及协议栈 结构图。 ( 4 ) 最后，研究了实时传输层协议及编程实现。 四j i i 大学硕士学位论文 2 3 g 与无线局域网互通的意义 2 1 基于g p r s 的网络演化 g p r s 也称通用分组无线业务，即从第二代向第三代( 3 g ) 演进的必经之路。 目前的g s m 网络主要包括语音业务和数据业务两种，实现g p r s ，也就是把目前 g s m 网络中的数据业务分离出来，形成一个分组交换的数据业务。为了实现这 一点，需要在现有的g s m 网络中引入3 种新的逻辑网络实体：服务g p r s 支持节 点( s g s n ) ，网关g p r s 支持节点( g g s n ) 和分组控制单元( p c u ) ，同时配合软 件升级。s g s n 与m s c 处于相同的体系层次，用于跟踪移动台的位置，执行移 动性管理，安全性功能和接入控制。s g s n 通过帧中继与b s s 相连，对于移动台， s g s n 是g p r s 网络的服务访问点。g g s n 主要负责与外部网络交互。p c u 是通过 对基站子系统( b s s ) 进行软件升级而引入的，主要用来处理数据业务，并将数 据业务从g s m 业务中分离出来，p c u 负责管理分组分段和规划无线信道，传输 错误检测和自动重发，信道编码方案，质量控制等。 服务型g p r s 支持节点( s g s n ) 。在其相关的m s c 服务区域内为移动台提供 g p r s 服务。一个p l m n 可以有一个以上的s g s n ，这些s g s n 通过基于i p 的g n 接口连接在一起。另一方面，两个不同的p l m n 通过一个g p 接口连接。一个服 务型g s n 通过g n 接口连接网关型g s n ，通过在链路层使用帧中继协议的g b 接 口和其b s s 相连。s g s n 节点对于订购了g p r s 业务的移动台进行定位，并把此 信息加入其h l r 。s g s n 的另一个功能是采用与g s m 中相同的加密密钥和算法进 行认证，以控制用户接入网络。通过配置，还可以让它完成非g p r s 业务的信令 和控制。 网关型g p r s 支持节点( g g s n ) 。g g s n 提供了g p r s 网络和外部网络如“分 组交换公用数据网”( p s p d n ) 之间的接口。因此，当p s p d n 有数据包需要传输 到p l m n 时，它首先到达g g s n 。网关型g s n 包括所有附着在其上的移动台的路 由信息，它把到来的数据包正确地转发到目的地。它会要求h l r 提供信息，必 要时也会给h l r 提供信息。s g s n 和g g s n 都有i p 路由功能，因此可以通过一个 i p 路由器连接在一起。 在完整的3 g 系统中，会把到g p r s 网络的接口集成到u t r a b s s 中。 四川大学硕士学位论文 2 。23 g p p 提出的3 g 参考结构 作为3 g 标准的制定者3 g p p ( 第三代合作伙伴计划组织) 经过多年的努力， 在g p r s 基础上继续延深，终于提出了第三代移动通信网络的结构。主要有三种 标准，它们分别是w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 t d s c d m a 。下面介绍t d s c d m a 系统核心 网。如附图所示。 2 2 1p s 和c s 域的公共实体 p s 和c s 域的公共实体主要包括以下几个部分： ( 1 ) 属用户服务器( h s s ) h s s 是指定用户的主要数据库，包含支持网络实体处理呼n 会话的相关签 约信息。h s s 包括h l r 和鉴权中心( a u c ) 。h l r 负责管理移动用户的数据库，用 于存储管理归属移动用户信息，包括用户的签约信息，用于计费和路由呼叫或 消息所需的位置信息等；a u c 负责存储移动用户用于鉴权和空中接口加密所需 的数据，防止非法用户接入系统，并保证通过无线接口的用户数据安全。 ( 2 ) 访问位置寄存器( v l r ) 负责用户的位置登记和位置信息的更新，存储位于管辖区内的移动用户信 息。该数据库含有一些用户的临时信息( 保留在其服务区内用户的数据) ，如手 机鉴权，当前所处的小区( 或小区组) 等信息。 ( 3 ) 设备标识寄存器( e i r ) 负责存储国际移动设备识( i m e i ) 的数据库，完成对移动设备的鉴权和监 视，并拒绝非移动台入网。 ( 4 ) 短信服务网关m s c ( s 妍s g m s c ) 作为短消息业务中心和p l m n 之间的接口，使得短消息能够从业务中心( s c ) 传送到移动台( m s ) 。 ( 5 ) 短信服务互连m s c ( s m s i 删s c ) 作为p l m n 和短消息业务中心之间的接口，使得短消息能够从移动台传送 到业务中心。 2 2 2c s 域的实体 6 四川大学硕士学位论文 c s 域的实体包括m s c 和网关m s c ( g m s c ) ，其主要功能介绍如下： ( 1 ) m s c m s c 是c s 域的核心，执行处理域移动台之间的电路交换业务必需的所有功 能，是一个对位于本m s c 控制区域内的移动用户执行信令和交换功能的交换机。 m s c 由两个实体，即m s cs e r v e r 和c s m g w 来完成其所有功能。 ( a ) m s cs e r v e r 用于处理信令，主要由m s c 的呼叫控制和移动性控制两部分组 成，负责c s 域的呼叫控制，并完成将用户n 络信令转换成相关的网络网络信 令。m s cs e r v e r 包含一个v l r ，保存移动用户的业务数据和c a m e l 相关数据。 ( b ) c s m g w 用来处理用户数据，可以终止电路交换网的承载信道和分组交换网 的媒体流。通过i u 接口，c s m g w 可以支持媒体转换，承载控制和有效负荷的 处理，能提供必需的资源来支持u m t s g s m 的传输媒体。 ( 2 ) g m s c g m s c 负责移动网至固定网，以及固定网到移动网呼叫的转接，执行到m s 实际位置的路由功能。当网络传递一个呼叫到p l m n ，但无法查询h l r 时，该呼 叫将转换到g m s c ，由g m s c 查询h l r 。并将呼叫接入到m s 所处的m s c 。 g m s c 可以由处理信令的g m s cs e r v e r 和处理用户数据的c s m g w 完成其所有功 能。g m s cs e r v e r 主要由g m s c 的呼叫控制和移动性控制两部分组成。 2 ，2 3p s 域的实体主要包括以下两部分： ( 1 ) 服务g p r s 支持节点( s g s n ) s g s n 主要完成分组的路由寻址和转发，负责跟踪记录移动台的位置信息， 执行安全性功能。具有网络接入控制，用户数据管理以及计费，网络管理等功 能。s g s n 在p s 域中的地位类似于c s 域的m s c v l r 。 ( 2 ) 网关6 p r s 支持节点( g g s n ) g g s n 起网关的作用，主要完成移动性管理，网络接入控制，路由选择和转 发，计费数据的收集和传送，以及网络管理等功能。可以和多种不同的分组网 相连，实现域外部分组交换网的互连功能，完成不同网络之间的数据格式，信 令协议和地址信息的转换，以确保不同网络之间能够通信。 四川大学硕士学位论文 2 33 g p p w l a n 互通方案的提出 前文分析了从2 g 到3 g 的演化及3 g p p 提出的3 g 参考结构图。可以看出3 g 有很多优点及前景。3 g 作为一个完整的移动通信系统可以为用户提供无所不在 的连续性，在不同的p l k n 之间有成熟的漫游协议。但是3 g 的投资规模庞大， 数据峰值传输速率也只有2 m b i t s 左右。 以8 0 2 1 1 标准为主的w l a n 具有高传输带宽( 8 0 2 1 1 系列标准能提供l 一 5 4 m b i t s 的数据传输速率) 性能。但是它的缺点也很明显，每个接入点的覆盖 范围不大，只能适用于公司，旅馆，机场等所谓的“热点”地区。而且不同w l a n 业务提供商之间的网络没有漫游协议。 综上所述，可以看出3 g 与w l a n 相互补充，因此两者的互通就变得非常迫 切! 但是互通必须遵守一些基本原则：互通方案应尽量减少对w l a n 以及3 g p p 标准的影响，保持w l a n 标准的不变，同时对3 g p p 现存规范的修改最小化。本 文在第四部分提出了3 g w l a n 的互通方案， 四川大学硕士学位论文 3 基于软交换的3 g 核心网 3 1 软交换技术 本设计是研究3 g 与w l a n 的互通，所以要对3 g 作比较深入的分析。3 g 网 络的发展是在现有的网络向下一代网络n g n 演进的大背景下进行的，因此3 g 网络的演进应符合n g n 的要求。n g n 是可以提供语音，数据和多媒体等各种业 务的综合开放的网络架构，有三大特征：采用开放的网络架构体系；是业务驱 动和基于分组的网络。 要使各种网络互通实现下一代网络，目前公认的技术基础是采用软交换技 术和i p 技术，因此3 g 的未来发展方向也应是采用基于软交换技术的全i p 网络 结构，关键是在第三代移动通信的核心网络采用宽带i p 网络和软交换技术，由 i p 网络承载从实时话音，视频到w e b 浏览，电子商务等多种业务，i p 协议是主 导的网络路由与寻址协议；网络控制由软交换服务器实现，采用基于软交换的 网络结构；网上的业务则由第三方智能业务提供商提供。从而实现传输网络， 网络控制，业务提供的分离。下面首先介绍软交换技术。 3 1 1 软交换的概念及功能 软交换的基本含义就是把呼叫控制功能从媒体网关( 传输层) 中分离出来， 通过服务器上的软件实现基本呼叫控制功能，包含呼叫选路，管理控制( 建立 会话，拆除会话) ，信令互通( 如从s s 7 到i p ) 。其结果就是把呼叫传输与呼叫 控制分离开，为控制，交换和软件可编程功能建立分离的平面，使业务提供者 可以自由地将传输业务与控制协议结合起来，实现业务转移。其中更重要的是， 软交换采用了开放式应用程序接口( a p i ) ，允许在交换机制中灵活引入新业务。 软交换主要提供连接控制，翻译和选路，网关管理，呼叫控制，带宽管理，信 令，安全性和呼叫详细纪录的生成等功能。 软交换是位于网络分层中的控制层，它与媒体层的网关交互作用，接收正 在处理的呼叫的相关信息，指示网关完成呼叫。它的主要任务是：在各点之间 建立关系，这些关系可能是一个简单的呼q ，也可能是一个较复杂的处理。软 交换主要处理实时业务，首先是语音业务，也可以包括视频业务和其它多媒体 业务。在软交换中通常也提供一些基本的补充业务，相当于传统交换机的呼叫 四川大学硕士学位论文 控制部分和基本业务提供部分。 3 1 2 软交换支持的协议 ( 1 ) m g c p m g c p 是“媒体网关控制协议”。由i e t f 提出，主要应用在软交换与媒体网关或 软交换与m 6 c p 终端之间。m g c p 的连接模型基于端点和连接两个构件，端点发 送或接收数据流，连接由软交换控制的终端在呼叫涉及的端点间建立。m g c p 以 8 条命令完成端点处理和连接处理两种功能。由于m g c p 提出的时间较早，目前 许多厂家开发的终端和媒体网关都支持m g c p 协议。 ( 2 ) h 2 4 8 m e g a c o h 2 4 8 m e g a c o 也是“媒体网关控制协议”。其中h 2 4 8 由i t u t 第1 6 小 组提出，m e g a c o 由i e t f 提出。两者制定时，两个组织互相联络和协商，故两 者的内容基本相同。可以看作是m g c p 的升级版本。此协议引入终结点和关联的 概念，终结点发送或接收一个或多个数据流，而关联表明了终结点之间的连接 关系。h 2 4 8 m e g a c o 通过8 条命令完成对终结点和关联之间的操作。从而实现 呼叫的建立和释放。目前此协议被设备制造商和运营商所关注。 ( 3 ) s i p s i p 是“会话初始协议”，有i e t f 提出的在i p 网上进行多媒体通信的应 用层控制协议。其思想与上面两者完全不同，它采用客户机服务器方式， 以文本的形式表示消息的语法，语义和编码。s i p 主要用于软交换与s i p 终端， 软交换与软交换，软交换与应用服务器之间。s i p 可以充分利用消息的头域， 对其进行简单必要的扩充，就能方便地支持各项新业务和智能业务。如s i p t 可以透明地封装i s u p 消息以促进电话网与i p 网的互通。 ( 4 ) b i c c b i c c 是“与承载无关的呼叫控制协议”，由i t u t 第1 l 小组提出，主要 用于软交换与软交换之间的呼叫控制，可以建立，修改和结束呼叫，它充分体 现了软交换网络中控制与承载分离的思想。它以“应用传送机制”在a t m 或i p 网上传送b i c c 特定的承载控制信息。目前已推出了3 个能力集。 能力集l 于1 9 9 9 年1 2 月批准通过。主要体现在i t u - t 的建议q 1 9 0 1 。 它的应用背景是a t m 论坛提出的“a t m 中继”，即用a r m 网取代p s t n i s d n ，承 1 0 四川大学硕士学位论文 载控制的信令是b - i s u p 或a t m 信令：呼叫控制信令由b i c c 承担。 能力集2 的目标是定义在一般宽带数据网上传送p s t n i s d n 业务流的通用 信令协议，重点是解决i p 网络传送窄带i s d n 业务的呼叫控制问题。主要协议 有i t u t 的q 1 9 0 2 ，q 1 9 1 2 ，q 1 9 2 2 等。 能力集3 是在能力集2q 1 9 0 2 4 的基础上再增加一些功能。 ( 5 ) s c t p s c t p 是“流控制传送协议”，由i e t f 的s i g t r a n 小组提出：其主要任务 是在无连接方式的i p 网络上可靠地传送p s t n 公共信令消息。 3 1 3 软交换网络体系结构 前面分析了软交换技术的概念，功能及支持的相关协议。现在来研究一下 软交换网络体系结构。软交换网络的主要思想是业务，控制，传送与接入相分 离，各实体间通过标准的协议进行连接和通信，整个网络分为四个层面：业务 应用与支撑层，控制层，传送层与接入层。软交换网络体系结构如图1 所示。 软交换位于网络的控制层，提供各种业务的呼叫控制，连接以及部分业务。信 令网关( s g ) 是用于连接n o 7 信令网与i p 网的设备，主要完成p s t n i s d n 侧 的七号信令与i p 网侧信令的转换功能。在软交换网络的接入层，中继媒体网关 ( t g ) 作为电路交换网和i p 分组网之间的网关，提供媒体映射和代码转换功能； 综合接入媒体网关( a g ) 用于连接用户终端和v 5 接入网设备；综合接入设各 ( i a d ) 将用户的语音，数据及视频等应用接入到分组交换网络中，在分组交换 网络中完成相应的功能；无线接入网关( w a g ) 完成移动用户的接入。用户智能 终端作为软交换网络中的用户终端设备，具有局域网接口，真接接入软交换设 备，完成用户的接入，语音编解码和媒体流的传送。软终端作为软交换网络中 新型的用户终端，是一种终端软件，运行于用户的p c 机上或其它具有类似功能 的设备上，接入软交换设备，配合其它p c 外设( 耳机，麦克风，摄像头等) ， 完成用户的接入，语音编解码和媒体流的传送。 在软交换网络的业务应用与支撑层面，应用服务器提供业务执行环境，负 责为接入软交换网络的用户提供增值的智能业务和各种个性化的业务，广义的 应用服务器包括传统的智能网s c p ( 业务控制点) ，s i p ( 会话起始协议) 应用 服务器和通过p a r l a y 网关接入的第三方应用服务器：媒体服务器是软交换网络 四川大学硕士学位论文 中提供专用媒体资源功能的独立设备，在软交换或应用服务器的控制下，提供 各种业务所需的媒体资源，包括d t m f 信号的采集与解码，信号音的产生与发送， 录音通知的发送，会议，不同编解码算法间的转换等各种资源功能以及通信和 管理维护功能：网络管理系统提供所有软交换框架体系下设备的网络管理功能； 计费和财务系统提供软交换框架体系下所有终端用户开户，业务的计费处理， 帐单生成与用户交互；策略服务器通过c o p s ( c o m m o no p e np o l i c ys e r v i c e ) 协议与软交换系统的各个组件进行通信实施策略管理，根据业务需求以及特性 分配标鉴，控制接纳等，能够为不同业务流保证q o s ，满足用户日益个性化的 业务需求；位置服务器纪录所有软交换网络用户的用户信息，包括用户位置， 属性等，供软交换网络中的其它设备如软交换，应用服务器等查询；i a d m s ( 综 合接入设备管理系统) 作为网管系统与综合接入设备之间的代理，为软交换网 络中大量的i a d 设备提供网管功能。 下面对图3 i 中给出的软交换网络中各部件的协议接口具体描述如下： s s 接口：软交换与软交换之间的互通协议接口，为s i p 或b i c c 协议。 s a 接口：软交换与信令网关( s g ) 之间信令传输承载接口，信令的传输承载协 议为s c t p ，不同的组网模式下可分别采用m 3 u a ，m 2 p a ，m 2 u a 和i u a 等。 s b 接口：软交换与媒体网关( t g a g w m g ) 之间的控制信令接e l ，为h 2 4 8 或 m g c p 协议。 s c 接口：软交换与综合接入设备( i a d ) 之间的控制信令接口，为h 2 4 8 或m g c p 协议，推荐采用h 2 4 8 协议。 s d 接口：软交换与智能终端，s o f t p h o n e 终端之间的控制信令接口，分别为s i p 或h 3 2 3 ，h 2 4 8 ，m g c p 协议。 s f 接口：软交换与位置服务器( 1 0 c a t i o ns e r v e r ) 之间的 接口，可以为l d a p ( 1i g h t w e i g h td i r e c t o r ya c c e s sp r o t o c a l ) ，t r i p ( i p 网络上传送电话选路协议) 等，具体有待研究。 s g 接口：软交换与媒体服务器之间的接口，为m g c p 或h 2 4 8 协议。 s h 接口：软交换与应用服务器之间的接口，为i n a p ，s i p 协议或p a r l a ya p i 接口。 s i 接口：软交换与计费和财务系统之间的接口，为x m l 接口。 n a 接口：网管系统与i a d m s 之间的管理接口，为x m l 接口。 四川大学硕士学位论文 图3 1软交换网络的体系结构 n b 接口：i a d m s 与软交换网络终端之间的管理接口，为s n m p 协议。 n c 接口：网管系统与软交换网络设备之间的管理接口，为s n m p 协议。 3 2 基于软交换的全l p 的3 g 核心网结构 3 g 的主流技术体制是w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 以及t o s c d m a ，一般公认，3 g 的 全i p 网络是指业务传送完全基于i p 承载的网络结构。3 g p p 和3 g p p 2 两大3 g 标准化组织分别提出了全i p 的移动核心网的参考结构，前者有g p r s 网络演化 而来，后者则基于c d m a 2 0 0 0 的演化。因此两者在网络结构上是不同的。本文提 出的核心网实现方案是根据3 g p pr 5 的规范，如图3 2 所示。 3 g 核心网实现方案的基本思想是：( 1 ) 由增强的g p r s 网络完成对无线接 入网的接入和提供i p 通道，以使智能用户中终端直接由控制层的软交换设备进 四川大学硕士学位论文 行控制，并在g p r s 网络之上架构一基于软交换的i p 多媒体子系统，完成对i p 多媒体通信的控制和业务的提供。( 2 ) 在核心网内部全部基于i p 传送，采用网 关体系与传统的p s t n i s d n p l m n 等非i p 网络进行互通和转换。( 3 ) 采用基于 软交换的分层网络结构体系，使控制与承载分离， 图3 2 全l p 核心网基于软交换的架构体系 呼叫控制与业务提供分离，各层的设备和结构可独立发展而不影响整个网 络，各层之间通过功能接口通信。 在本方案中，核心网分为四个层面：边缘层，核心交换层，控制层和业务 应用层。 边缘层：该层负责将不同网络的用户连接至3 g 核心网络，并完成不同网络间媒 体流的转换和信令流在传输层的转换，使信息格式转换成在核心网络上传递的 i p 包，边缘层使核心网结构独立于所连接的不同网络和用户，例如3 g 无线接 四川大学硕士学位论文 入网的移动用户通过g p r s 网络接入核心网，传统的i s d n p s t n p l m n 网络用户 则通过网管体系接入。 g p r s 网络：主要包括业务支撑节点s g s n 和网关支撑节点g g s n ，负责在 3 g 移动终端与i p 多媒体予系统间建立隧道，由软交换设备控制与移动终端的 i p 多媒体通信，其中s g s n 位于无线接入网与核心网的交界处，提供与无线接 入网的接口；g g s n 位于核心网中g p r s 部分与i p 多媒体子系统的交界处，提供 与数据网的接口。 信令网关s g w 与媒体网关m g w ：将外部网络的信令和承载转换为i p 包格 式在核心网中传送。s g w 完成传统电路交换网络的基于s s 7 的信令，与全i p 核 心网中基于i p 承载的信令相互间在传输层的转换，但不翻译应用层消息。媒体 网关m g w 负责与外部网络的承载接口，终结电路交换网络来的承载通道( 即 6 4 k b t t sp c m 链路) 。转换为分组网络的i p 媒体流。 多媒体资源功能处理器m r f p ；完成对多媒体资源的处理，包括：控制g i 接口的承载，混合输入媒体流和处理媒体流等。 核心交换层：该层由i p 交换机构成一个支持实时q o s 的i p 核心交换网络，媒 体流和信令流均采用i p 包进行传送。i p 交换机负责p d n 的连接，支持防火墙， 网络地址翻译和其它功能。 控制层：该层是核心网的控制中心。主要完成呼叫控制功能，并控制在较 低层的网络单元处理业务流。完成全i p 核心网呼叫控制的主要功能单元是呼叫 状态控制功能c s c f ，辅助的控制功能包括多媒体资源控制功能m r f c ，媒体网关 控制器m g c 等。 c s c f ：处理与多媒体会话有关的控制层功能，主要包括查询c s c f ( 1 - c s c f ) ， 服务c s c f ( s c s c f ) 和代理c s c f ( p - c s c f ) 。其中s - c s c f 实际处理网络中的会 话状态，对用户终端进行会话控制，并触发用签约的与呼叫和会话有关的业务 及向终端提供与业务事件相关的信息。 m r f c ：翻译从应用服务器和c s c f 来的消息，并据此控制m r f p 中的媒体流 资源。 m g c ：用于控制m g w 建立媒体通道，完成传统c s 网络与i p 多媒体子系统 间呼叫相关的协议转换( 如i s u p 与s i p 或b i c c 与s i p 的协议转换) ，并根据路 由号为从传统网络来的入呼叫选择c s c f 。 四j i i 大学硕士学位论文 业务应用层：该层在基本呼叫建立的基础上提供额外的服务。其主要部 件有：h s s a u c ，应用服务器，网管服务器等。 h s s 和a u c ：归属用户服务器h s s 是核心网内所有签约用户的主要数据库， 包括用于支持s g s n 和c s c f 处理呼叫或会话所必需的签约相关的信息，是支持 用户移动性和呼叫控制的关键。鉴权中心a u c 附属于一个h s s ，为在该h s s 登 记的每个移动用户存储一个识别密钥，该密钥用于鉴权和对无线链路上的通信 进行加密。 网管服务器：提供对核心网中所有的主要部件的网络管理，支持s n m p 管 理。 应用服务器：提供各种增值业务的接入，运行各种业务逻辑，并通过标准 接口与控制层联系。 四川大学硕士学位论文 4 无线局域网 4 ，1 无线局域网的特点 无线局域网( w i r e l e s sl a n ) 是从有线局域网( w l r e d l a n ) 延伸出来的一 种灵活的数据传输系统。它使用无线电射频( r f ) 技术来收发数据，通常计算 机组网的传输媒介主要是铜缆或光缆，构成有线局域网。但是有线网络在某些 场合要受到布线的限制：布线，改线工程量大；线路容易损坏；网中的各节点 不可移动。w l a n 就能解决有线网络以上问题。 w l a n 利用电磁波在空气中发送和接收数据，而无需线缆介质。w l a n 的数 据传输速率现在已经能够达到11 m b p s ，传输距离可远至2 0 k m 。它是对有线连网 方式的一种补充和扩展，使网上的计算机具有可移性，能快速方便地解决使用 有线方式不易实现的网络连通问题。与有线网络相比，w l a n 具有以下优点：安 装便捷，使用灵活，经济节约，易于扩展。 4 2i e e e s 0 2 1 1 协议概况 1 9 9 7 年6 月，国际电子与电气工程师组织( 简称i e e e ) 通过了8 0 2 1 l 标 准，它是i e e e 制定的无线局域网标准，主要是对网络的物理层( p h y ) 和媒体 访问控制层( m a c ) 进行了规定，其中对m a c 层的规定是重点。1 9 9 9 年9 月， i e e e 又提出了对8 0 2 1 l 协议进行补充的8 0 2 1 l b 协议，在8 0 2 1 1 的1 m b p s 和 2 m b p s 速率下又增加了5 5 m b p s 和1 1 m b p s 两个新的网络吞吐速率。2 0 0 0 年8 月，i e e e 8 0 2 1 l a 协议推出，无线通信速率可以在6 m ，9 m ，1 2 m ，2 4 m ，3 6 m ，4 8 m ， 5 4 m 间根据通信质量进行调整。 4 2 1 8 0 2 1 1 物理层 最初，8 0 2 1 1 无线标准定义的传输速率是1 m b p s 和2 i b p s ，可以使用跳频 f h s s ( f r e q u e n c yb o p p i n gs p r e a ds p e c t r u m ) 和直接序列扩频d s s s ( d i r e c t s e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m ) 技术，需要指出的是，f h s s 和d s s s 技术在运行 机制上是完全不同的，所以采用这两种技术的设备没有互操作性。 使用f i s s 技术，2 4 g 频道被划分成7 5 个1 m h z 的子频道，接受方和发送 方协商一个调频的模式，数据则按照这个序列在各个子频道上进行传送，每次 四川大学硕士学位论文 在8 0 2 11 网络上进行的会话都可能采用了一种不同的跳频模式，采用这种跳频 方式主要是为了避免两个发送端同时采用同一个子频段。 f h s s 技术采用的方式较为简单，这也限制了它所能获得的最大传输速度 不能大于2 m b p s ，这个限制主要是受美国通信委员会f c c 规定的子频道的划分 不得小于1 m h z 。这个限制使得f h s s 必须在2 4 g 整个频段内经常性跳频，带来 了大量的跳频上的开销。 直接序列扩频技术( d s s s ) 将2 4 g h z 的频宽划分成1 4 个2 2 m h z 的频道， 临近的通道互相重叠，在1 4 个频段内，只有3 个频段是互相不覆盖的，数据就 是从这1 4 个频段中的一个进行传送而不需要进行频道之间的跳跃。 4 2 28 0 2 1 1 数据链路层 8 0 2 1 1 的数据链路层由两个子层构成，逻辑链路层l l c 和介质访问层m a c ( m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 ) 。8 0 2 1 1 使用和8 0 2 3 完全相同的l l c 层以及8 0 2 协议中的4 8 位m a c 地址，这使得无线和有线之间的桥接非常方便。 8 0 2 11 协议的m a c 和8 0 2 3 协议的m a c 非常相似，都是在一个共享媒体 之上支持多个用户共享资源，由发送者在发送数据之前先进行网络用性。 8 0 2 1i m a c 子层提供了另两个强大的功能，循环冗余码校验和包分片。 在8 0 2 1 1 协议中，每一个在无线网络中传输的数据报都被附加上了校验位以保 证它在传送的时候没有出现错误，这和以太网中通过上层t c p i p 协议来对数据 进行校验有所不同。包分片的功能允许大的数据包在传送的时候被分成较小的 部分分批传送。这在网络十分拥挤或者存在干扰的情况下是一个非常有用的特 性。这项技术大大减少了许多情况下数据报被重传的概率，从而提高了无线网 络的整体性能。 4 2 3 联合结构，蜂窝结构和漫游 8 0 2 i l 的m a c 子层负责解决客户端工作站和访问接入点之间的连接。当一 个8 0 2 1 1 客户端进入一个或者多个接入点的覆盖范围时，它会根据信号的强弱 以及包错误率来自动选择一个接入点来进行连接。旦被一个接