（通信与信息系统专业论文）wcdma+r4核心网规划研究.pdf

分类号t n 9 2 9 5 3 3密级 重庆邮电大学硕士学位论文 论文题目w c d m ar 4 核心网规划研究 英文题目s t u d y o nw c d m ar 4c o r en e t w o r kp l a n n i n g 硕士研究生张婧婧 指导教师 睦丝竖熬撞一一 学科专业通信与信息系统 论文提交日期童! 12 ：论文答辩日期塑1 2 ：呈 论文评阅人动煎盏 翔毯鸶毒盘苤盛 逊显埠拯煎重逮鲫迸 答辩委员会主席奎d ! 吏教受重塞鲤当趟 2 0 0 7 年f 月7 日 重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 由于中国3 g 即将进入商用化应用阶段，各大运营商都在为即将到来 的3 g 时代作前期准备工作。一个新网络的建设，其前期重要的一项工作 就是进行网络规划，一般的网络规划包含核心网规划、无线网规划、传输 网规划等。目前3 g 主要有t d s c d m a 、w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 三个通用 标准，本文是以w c d m a ( r 4 版本) 核心网为规划研究对象，主要工作 如下： 首先是对w c d m ar 4 核心网主要接口协议的剖析，包括协议栈、协 议包头开销以及协议的净荷等，为后期各接口数据流量分析打下基础。 其次，通过对w c d m ar 4 核心网的理论研究，以及综合借鉴以前网 络规划研究的方法论，提出w c d m a r 4 核心网规划方法及规划流程。 接下来，理论联系实际，以某省实际需要建设w c d m a r 4 版本3 g 网 络为规划研究对象，按照提出的w c d m a r 4 核心网规划方法及规划流程， 从3 g 的用户数、话务模型等出发，提出该省3 g 核心网电路域m g w 、 m s cs e r v e r 、h l r 以及分组域s g s n 、g g s n 的三期规划设置方案，并分 三期搭建网络架构。 最后通过v b a 编制软件，对各接口数据流量进行详细分析，提出核 心网各网元间对承载网的需求。 关键词：w c d m a ，电路域，分组域，规划，接口 重庆邮电大学硕士论文 摘要 a b s t r a c t a sc h i n a s3 gi sc o m i n gi n t ot h es t a g eo fc o m m e r c i a la p p l i c a t i o n a l l o p e r a t o r sp r e p a r ef o rt h eu p c o m i n g3 ge r a n e t w o r kp l a n n i n gi sa ni m p o r t a n t p r e p a r a t o r yj o bf o rc o n s t r u c t i n gan e wn e t w o r k g e n e r a ln e t w o r kp l a n n i n g i n c l u d e st h ec o r en e t w o r kp l a n n i n g ，w i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n g ，t r a n s m i s s i o n n e t w o r kp l a n n i n ga n ds oo n a tp r e s e n t ，t h e3 gh a st h r e em a j o rs t a n d a r d s ， t d - s c d m a 。w c d m aa n dc d m a 2 0 0 0 w c d m a ( r 4 ) c o r en e t w o r k p l a n n i n gi sr e g a r d e da sr e s e a r c ho b j e c ti nt h i sp a p e r t h em a i nc o n t r i b u t i o n s a r ea sf o l l o w s ： f i r s t l y ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h em a i ni n t e r f a c ep r o t o c o lo fw c d m a r 4 c o r en e t w o r k ，i n c l u d i n gp r o t o c o ls t a c k ，o v e r h e a da n dp a y l o a do fp r o t o c o le t c ， t om a k eaf o u n d a t i o nf o ra n a l y z i n gd a t af l o wo fi n t e r f a c el a t e r g s e c o n d l y ，b yt h e o r e t i c a lr e s e a r c ho nw c d m a r 4c o r en e t w o r k ，a n d c o m b i n i n gw i t hp r e v i o u sm e t h o d o l o g yo fn e t w o r kp l a n n i n g ，w c d m a r 4c o r e n e t w o r kp l a n n i n gm e t h o da n dp r o c e s si sg i v e n 3 f o l l o w i n gt h a t ，i n t e g r a t i n gt h e o r yw i t hp r a c t i c e ，l i n k i n gt h ea c t u a ln e e d o fac e r t a i np r o v i n c e ，b u i l d i n g3 gn e t w o r ko fw c d m ar 4v e r s i o na st h e p l a n n i n go b j e c ti ss t u d i e d i na c c o r d a n c ew i t ht h ew c d m a r 4c o r en e t w o r k p l a n n i n gm e t h o da n dp r o c e s s ，3 gc o r en e t w o r kp l a n n i n gt h a ts t a r t sf r o m3 g u s e r sd a t aa n dt r a f f i cm o d e le t ci sp u tf o r w a r d ，i n c l u d i n gp l a n n i n go ft h e m g w ，m s cs e r v e r ，h l ri nc i r c u i ts w i t c h e dd o m a i na n ds g s n ，g g s ni n p a c k e ts w i t c h e dd o m a i n ，a n dt h en e t w o r ks t r u c t u r ei sb u i l ti nt h r e ep h a s e s f i n a l l y ，d a t af l o wo fi n t e r f a c ei sd e t a i l e d l ya n a l y z e db yv b ap r o g r a m ， t h ed e m a n df o rb e a r i n gn e t w o r ko fe v e r ye n t i t yi nc o r en e t w o r ki sp r o p o s e d k e yw o r d s ：w c d m a ，c i r c u i ts w i t c h e dd o m a i n ，p a c k e ts w i t c h e dd o m a i n ， p l a n n i n g ，i n t e r f a c e i i 重庆邮电大学硕士论文 目录 图目录 图2 1w c d m ar 4 核心网体系结构图6 图3 1i p 承载的n b 接口协议栈l o 图3 2i p 承载的m e 接口协议栈1 5 图3 3i u c s 接口协议栈模型1 6 图3 4i p 承载的n c 接口协议栈2 2 图3 5t d m 承载的n e 接口协议栈2 2 图4 1w c d m a r 4 核心网规划流程图3 l 图5 1i p 骨干网结构图一3 3 图5 2 与外网的互连互通方式示意图4 3 图5 3 电路域一期网络结构图一4 4 图5 4 电路域二期网络结构图4 4 图5 5 电路域三期网络结构图4 5 图5 6 分组域一期网络结构图5 0 图5 7 分组域二期网络结构图5 0 图5 8 分组域三期网络结构图5 l 图5 9 带宽测算软件示意图5 2 图5 1 0 规划期末网络结构图。6 1 重庆邮电大学硕士论文 目录 表目录 表2 1r 4 核心网接口名称与含义8 表3 1n b 接口各层协议包头开销1 1 表3 2n b 接口每帧净荷1 2 表3 3 以太网接口不采用v a d 时每路带宽1 3 表3 4 以太网接口采用v a d 时每路带宽1 3 表3 5 不带m p l s 的p o s 接口不采用v a d 时每路带宽1 3 表3 6 不带m p l s 的p o s 接口采用v a d 时每路带宽1 3 表3 7 带m p l s 的p o s 接口不采用v a d 时每路带宽1 3 表3 8 带m p l s 的p o s 接口采用v a d 时每路带宽1 4 表3 9r a n a p 信令流程相关参数1 6 表3 1 0i s u p t u p 信令流程相关参数t 1 8 表3 1 lh 2 4 8 信令流程相关参数1 9 表3 1 2b i c c 信令流程相关参数2 2 表3 1 3m e 接口m a p 信令切换流程相关参数2 3 表3 1 4m a p 消息个数参考表2 6 表3 1 5g s 接口参数表2 7 表3 1 6g r 接口参数表2 8 表5 1 规划期三年预测3 g 用户数3 4 表5 2 话务模型参数3 8 表5 3 信令计算参考模型参数一3 8 表5 4 规划期第一年m g w 设置方案3 9 表5 5 规划期第二年m g w 设置方案3 9 表5 6 规划期第三年m g w 设置方案：4 0 表5 7 规划期第一年m s cs e r v e r 设置方案4 0 表5 8 规划期第二年m s cs e r v e r 设置方案4 1 表5 9 规划期第三年m s cs e r v e r 设置方案一4 l 表5 1 0 规划期第一年h l r 设置方案4 2 表5 1 l 规划期第二年h l r 设置方案4 2 表5 1 2 规划期第三年h l r 设置方案4 2 表5 1 3 分组域业务模型4 7 表5 1 4 分组忙时业务参数4 7 重庆邮电大学硕士论文目录 表5 1 5 规划期第一年s g s n 设置方案4 s 表5 1 6 规划期第二年s g s n 设置方案4 8 表5 1 7 规划期第三年s g s n 设置方案4 8 表5 1 8 规划期第一年g g s n 设置方案4 9 表5 1 9 规划期第二年g g s n 设置方案4 9 表5 2 0 规划期第三年g g s n 设置方案一4 9 表5 2 lm g w 的n b 接口带宽需求一5 5 表5 2 2i p 骨干网接入节点和省汇聚节点间的带宽需求5 6 表5 2 3i p 骨干网省汇聚节点和国家节点间的带宽需求5 6 表5 2 4m g w 的m c 接口带宽需求5 7 表5 2 5m s cs e r v e r 的m e 接口带宽需求5 7 表5 2 6m e 接口对i p 骨干网节点的带宽需求5 7 表5 2 7m s cs e r v e r 的n e 接口带宽需求5 8 表5 2 8m s cs e r v e r 的c d 接口带宽需求5 9 表5 2 9 各市媒体流带宽需求5 9 表5 3 0g g s n 的g i 接口带宽需求。5 9 表5 3 lg g s n 的g n 接口带宽需求5 9 表5 3 2s g s n 的g n 接口带宽需求6 0 表5 3 3s g s n 的g s 接口带宽需求6 0 表5 3 4s g s n 的g r 接口带宽需求6 0 v 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废 蛆虫太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：撤姥嫡 签字日期： 弘。7 年6 月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 重鏖韭虫太堂有关保留、使用学位论 文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权 重废邮电盔堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：灭端编 导师签名： 签字日期：函0 7 年6 月7 日 签字日期： 6 7 年6 月1 1 日 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论 科学技术的飞速发展给人们的生活带来日新月异的变化。当今的社会 已经进入了一个信息化的社会，人们期望随时随地、及时可靠、不受限制 地进行信息交流。移动通信系统不但集中了无线通信和有线通信的最新技 术成就，而且集中了网络技术和计算机技术等的许多成果，解决了人们在 活动中与固定终端或其他移动载体上的对象进行通信联系的要求。个人通 信概念的出现更是为未来的通信服务展示了美好的前景，它的发展将使人 类步入一个新的“信息时代”。移动通信毫无疑问已经成为电信市场高速 发展的最主要的推动力。 移动通信自8 0 年代初投入商用系统以来，已经经历了从模拟通信向 数字通信的转变。经过2 0 多年的商业应用，“移动电话”已经成为人们日 常生活中非常便捷、常实用的通信工具。随着移动通信的飞速发展，传统 的以话音业务为主的第二代移动通信系统已逐渐不能满足人们的要求，而 新兴的数字业务，如e m a i l 、视频传输、文件下载等将成为移动通信中不 可或缺的业务组成。因此，各大移动运营商都在积极地部署第三代移动通 信系统，国外已有3 g 系统投入商用。 3 g 何以有如此巨大的魅力呢? 第三代移动通信系统的目标可以概括 为： 能实现全球漫游：用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游，且可 以在不同速率、不同运动状态下获得有质量保证的服务； 能提供多种业务：提供话音、可变速率的数据、活动视频会话等业 务，特别是多媒体业务； 能适应多种环境；可以综合现有的公众电话交换网( p s t n ) 、综合 业务、数字网、无绳系统、地面移动通信系统、卫星通信系统，来提供无 缝隙的覆盖； 。足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和高质量 的服务。 为实现上述目标，对其无线传输技术提出了以下要求； 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 提供室内2 m b i t s 、室外步行3 8 4 k b i t s 、车辆1 4 4 k b i t s 、卫星9 6 k b i t a 的移动多媒体通信业务。 传输速率能够按需分配。 上下行链路能适应不对称需求。 3 g 技术的标准化工作由3 g p p 和3 g p p 2 来推动和实施。在作为3 g 标准的候选方案中，主要有三个方案，即c d m a 2 0 0 0 、w c d m a 和t d s c d m a 。这其中，t d s c d m a 由我国提出，享有自主的知识产权，受到 了国家的重视。c d m a 2 0 0 0 是美国高通公司对i s 9 5 e d m a 的升级方案，在北 美和东亚( 主要是韩国) 的一些国家得以应用。而欧洲提出的w c d m a 则是 为了实现与g s m 网络的兼容和从g s m 平滑过渡到3 g 系统设计的，极有 可能被国内运营商采用。 3 g 三大标准工程实践中各项工作的重要性，网络规划优化首当其冲， 过去讨论最多的是无线接入网部分，本文主要是研究基于控制与承载分离 的第三代移动通信系统w c d m ar 4 版本的核心网络的规划方法。目前国 内在3 g 网络建设中处于探索研究阶段，本文对w c d m a r 4 核心网的规划 为我国即将到来的3 g 时代提供了有价值的参考方法。 1 2 研究意义 随着第三代移动通信技术的日益成熟和在国外的商用，在中国进行3 g 网络建设己经提到日程，而3 g 网络建设的研究对移动通信运营商具有巨 大的现实意义。 全球3 g 经历了近几年的曲曲折折，正在步入理性和稳步发展之路。 目前，3 g p p 已经发布了w c d m a 的r 9 9 ，r 4 ，r 5 和r 6 四个版本，r 7 版本的制定工作已经启动。在这几个版本中，r 9 9 和r 4 都是成熟的标 准，它们在网络结构、接口定义和业务实现各方面都已经经过了商用的检 验，但是，r 4 更接近于下一代网络的思想，更容易向移动通信的全i p 方 向演进，其网络构架首次提出了承载与控制分离即软交换的概念【2 】，极大 的提高了网络组网的灵活性、网络的可扩展性、可管理性，提供了丰富的 电信业务。主流厂家的w c d m a r 4 产品已经趋于成熟，r 5 产品还在研发 阶段，部分厂家的设备可实现r 5 的少量功能。3 g 在中国有着广阔的发展 空间，综合考虑技术的成熟性、先进性以及未来易演进性，运营商选择r 4 技术进行组网的可能性比较大。 w c d m a r 4 版本技术，虽然在国外的商用网已经建设了不少，但多数 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 网络规模较小，结构简单，在组网方面对中国w c d m a r 4 网络建设的借 鉴意义不大，我们需要研究适合中国国情的组网结构。目前在国内，我国 处在2 g 向3 g 的演进过程中，传统的对2 g 网络的规划已经达到了相当成 熟的地步，但国内现在的3 g 中w c d m a r 4 核心网规划还处于起步阶段， 对规划方法和流程没有比较系统完整的研究。特别是w c d m ar 4 版本的 网络架构，与2 g 网络相比，核心网部分发生了结构性的变化，新增了多 个网元与接口，而且承载方式与以前相比也有很大的不同，因此其核心网 的规划也比2 g 的规划复杂困难得多，传统的2 g 网络规划方法已经不能满 足需求。为了迎接我国即将到来的3 g 时代，3 g 核心网规划研究就迫在眉 睫。在这种形势下，本文通过对w c d m ar 4 核心网的网络结构的研究， 提出了3 g 网络建设可操作的规划流程、方法、参数及话务模型等，并结 合实际分析3 g 网络的建设原则，明确规划期内的3 g 网络建设方案，作出 了一个省的规划建设方案，本论文的研究成果具有前赡性，对我国建设3 g 网络具有直接的借鉴意义。 1 3 本文研究的内容 本论文主要围绕w c d m ar 4 核心网的规划为中心，重点分析了核心 网主要接口协议及接口带宽的计算，并且结合实例探讨了核心网规划的方 法。共分六章，各章的内容安排如下： 第一章阐述了论文的背景及研究意义。 第二章分析了w c d m a 核心网的发展以及w c d m a r 4 版本的网络体 系结构，对其分组域和电路域网元进行介绍，列出了相关的接口及协议。 第三章对w c d m a r 4 核心网的主要接口及协议栈进行分析研究。r 4 版本中m s c 分裂为m s cs e r v e r 和m g w ，从而将业务承载和呼口q 控制分 开，功能实体的增加产生新的接口：n b 、m c 、n c 文中主要研究了基于 i p 承载的n b 、m e 接口，以及基于t d m 或i p 承载的n e 接口，对它们的 协议栈及相关的信令进行了详细的分析，并且对不同协议栈的带宽计算深 入研究。最后对核心网的其它接口( c d ，g i ，g n ，g s ，g r ) 进行了简要 分析。本章为后期各接口数据流量分析打下了基础。 第四章提出了w c d m ar 4 核心网规划的步骤，并且绘出了流程图。 本章对于r 4 核心网规划提出了完整的规划方法，对于规划步骤中的输入 输出数据作了研究，对工程实践具有很大的实际意义。 第五章以某省新建w c d m ar 4 系统为例，分析了在核心网规划过程 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 中电路域和分组域的主要原则和用户模型；接下来研究在3 年规划期中， 主要网元的建设方案，给出了各个规划期网络结构图；以及利用v b a 编 程，在e x c e l 中实现对带宽需求的计算。本部分对核心网规划的主要步骤 进行了实现，对将来网络规划具有一定的指导意义。 最后一章总结了本文所取得的成果，并探讨了进一步的研究方向。 在整篇论文中，第三章至第五章是本论文的核心，本人所做的工作主 要包括协议带宽的分析及规划例证的研究。 1 4 本文的主要创新 目前，国内移动通信网络正在向3 g 演进，w c d m ar 4 属于3 g 标准 中比较成熟的标准，有可能成为我国采用的3 g 标准之一。但是，国内对 于r 4 核心网的建设还处在探索阶段，没有比较系统的规划流程和方法。 本文在研究w c d m a r 4 核心网架构的基础上，系统地对r 4 核心网的规划 方法和流程进行分析。其中，包含的主要创新如下；， 国内对移动通信网络的规划基本都是基于2 g 网络的，本文系统的 提出了w c d m a r 4 核心网的规划流程和方法，对3 g 网络建设实践具有很 大的指导意义。 深入详细地分析了r 4 核心网中基于i p 承载的n b 、m e 接口，t d m 承载的n e 等接口，在实际情况下带宽流量的计算方法。 根据对w c d m a r 4 核心网规划的研究，通过v b a 编制分析软件， 对相关接口带宽进行分析，透过输入用户数、话务模型等参数，便可以分 析出各相关接口的带宽需求。 随着移动通信技术的不断发展，在2 g 向3 g 的演进过程中，w c d m a r 4 是重要的标准之一，对其核心网的规划研究，顺应了移动通信发展的方 向，为我国即将到来的3 g 网络建设提供了可供参考的方法。 4 重庆邮电大学硕士论文 第二章w c d m a r 4 核心网体系结构分析 第二章w c d m ar 4 核心网体系结构分析 2 1w c d m a 核心网的发展 w c d m a 系统由核心网和无线接入网组成。目前，3 g p p 已经发布的 w c d m a 的版本包括r 9 9 、r 4 、r 5 和r 6 ，r 7 版本处于制定阶段，完成日 期尚不明确。r 9 9 版本主要增加了对g p r s 进行扩展，2 0 0 0 年3 月完成功 能冻结。r 4 版本在2 0 0 1 年3 月完成功能冻结，主要引入软交换的概念， 完成承载独立的电路域网络结构标准化。r 5 版本于2 0 0 2 年9 月完成版本 功能性冻结，主要对基于i p 多媒体域以及s i p ( i p v 6 ) 在i m s 域使用进行 标准化。 w c d m a 的核心网负责处理系统内语音呼叫、数据会话，以及与外部 网络的交换和路由。w c d m a r 9 9 、r 4 版本核心网的分组域设备主体没有 变化，只进行了协议的升级和优化，电路域设备发生了一定的变化【3 】【4 1 。 r 9 9 核心网基于g s m g p r s 的电路交换和分组交换网络平台，以实现 第二代向第三代网络的平滑演进。主要特点是逻辑上划分为电路域和分组 域i 两者采用不同的承载技术；实现核心网络分组化的初步阶段：i u 接口 分组化与i p 化，g t p 隧道延伸至接入网；引入电路域6 4 k 的视频业务； t c 单元放置在核心网侧；引入了终端、网络双相鉴权及信息的完整性保 持机制，实现增强的网络安全性机制。 r 4 核心网在电路域上引入了控制与承载分离的结构，分组域没有变 化。主要特征是向下兼容r 9 9 网络，分组域基本保持一致；电路域引入基 于软交换的控制和承载分离构架；电路域与分组域统一采用分组核心网络 承载：a t m 与i p 。i u 接口基于a t m 技术，网络接口基于i p 承载技术； 引入t r f o t f o 功能，t c 单元进一步外延至网络边缘侧，节省网络建设投 资，提高语音质量：支持t d s c d m a 接入网络。 r 5 核心网在分组域引入了i p 多媒体域，即i p 多媒体服务域，以实现 全i p 多业务移动网络的最终发展目标。r 6 版本阶段在网络架构方面已没 有太大的变化，主要是增加了一些新的功能特性，以及对已有的功能特性 进行的增强。主要特征是r 5 引入i p 多媒体域i m s ，在i m s 域实现全业务 的融合思路，核心网络进入全i p 网络阶段，网络结构趋向稳定；引入基于 5 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a r 4 核心网体系结构分析 s i p 的多媒体呼叫信令协议，实现端到端的l p 多媒体业务；引入i p v 6 地 址，i p v 4 成为网络可选项；r 5 之后w c d m a 的核心网主架构基本稳定， r 6 r 7 以后主要是业务功能的增强和完善，包括：i u f l e x 、w l a n 和3 g 的融合、m b m s 、p r e s e n c e 、d r m 、g u p 等等5 1 2 2w c d m a r 4 核心网结构 w c d m a r 9 9 中核心网络由分组( p s ) 域和电路( c s ) 域组成，c s 域基本上采用电路交换方式。r 4 主要对c s 域进行改造，把r 9 9m s c ( m o b i l es w i t c hc e n t e r ) 分裂为m s cs e r v e r 和m g w ( m e d i a g a t e w a y ) 6 1 ， 引入了软交换的概念，实现控制与承载分离，r 4 p s 域没有变化。w c d m a r 4 核心网体系结构可如下图所示： 图2 1w c d m a r 4 核心网体系结构图 2 3w c d m a r 4 核心网网元 2 3 1 电路域网元 m s c 根据需要可分成两个不同的实体：m s c 服务器( m s cs e r v e r ) 6 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a r 4 核心网体系结构分析 和媒体网关( m g w ) ，m s cs e r v e r 和m g w 共同完成m s c 功能【7 1f 扪。 w c d m a r 4 核心网电路域主要包括以下网元： m s c 服务器( m s cs e r v e r ) m s cs e r v e r 主要由m s c 的呼叫控制和移动控制组成，负责完成c s 域呼叫处理等功能。m s cs e r v e r 终接用户网络信令，并将其转换成网络 网络信令。m s cs e r v e r 也可包含v l r 以处理移动用户的业务数据和 c a m e l 相关数据。m s cs e r v e r 可通过接口控制m g w 中媒体通道的关于 连接控制的部分呼叫状态。 媒体网关( m g w ) 受m s cs e r v e r 控制，主要完成媒体流的转换、连接等功能。m g w 是 p s t n p l m n 的传输终接点，并且通过i u 接口连接核心网和u t r a n 。m g w 可以是从电路交换网络来的承载通道的终接点，也可是分组网来的媒体流 ( 例如，i p 网中的r t p 流) 的终接点。在i u 接口上，m g w 可支持媒体转 换、承载控制和有效载荷处理( 例如，多媒体数字信号编解码器、回音消 除器、会议桥等) ，可支持c s 业务的不同i u 选项( 基于a a l 2 a t m ，或 基于r t p u d p i p ) 1 9 1 1 0 l 。 g m s c 服务器( g m s cs e r v e r ) 主要由传统g m s c 的呼叫控制和移动控制组成。具体由运营商决定那 些m s c 可作为g m s c ，如部分m s c 或所有的m s c 。 拜访位置寄存器( v l r ) v l r 为电路域特有的设备，存储着进入该控制区域内己登记用户的相 关信息。为移动用户提供呼叫接续的必要数据当m s 漫游到一个新的v l r 区域后，该v l r 向h l r 发起位置登记并获取必要的用户数据。当m s 漫 游出控制范围后需要删除该用户数据，因此v l r 可看作为一个动态数据 库。一个v l r 可管理多个m s c 但在实现中通常都将m s c 和v l r 合为一 体。 2 3 2 分组域网元 服务g p r s 支持节点( s g s n ) s g s n 为分组域特有的设备，s g s n 提供核心网与无线接入系统b s s 、 r n s 的连接，在核心网内，s g s n 与g g s n g m s c h l r e i r s c p 等均有接 口。s g s n 完成分组型数据业务的移动性管理、会话管理等功能，管理m s 在移动网络内的移动和通信业务，并提供计费信息 7 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a r 4 核心网体系结构分析 网关g p r s 支持节点( g g s n ) g g s n 也是分组域特有的设备。g g s n 作为移动通信系统与其它公用 数据网之间的接口，同时还具有查询位置信息的功能。如m s 被呼时，数 据先到g g s n ，再由g g s n 向h l r 查询用户的当前位置信息，然后将呼 叫转接到目前登记的s g s n 中。g g s n 也提供计费接口。 2 3 3 电路域和分组域共有网元 归属位置寄存器( h l r ) h l r 为c s 域和p s 域共用设备，是一个负责管理移动用户的数据库 系统，p l m n 可以包含一个或多个h l r ，具体配置方式由用户数系统容量 以及网络结构所决定，h l r 存储着本归属区的所有移动用户数据如识别标 志位置信息签约业务等。当用户漫游时h l r 接收新位置信息并要求前v l r 删除用户所有数据，当用户被叫时h l r 提供路由信息。 鉴权中心( a u c ) a u c 为c s 域和p s 域共用设备，是存储用户鉴权算法和加密密钥的实 体。a u c 将鉴权和加密数据通过h l r 发往v l r 、m s c 以及s g s n 以保证 通信的合法和安全每个a u c 和对应的h l r 关联，只通过该h l r 和外界通 信通常a u c 和h l r 结合在同一物理实体中。 2 4 接口及协议 r 4 核心网中涉及到接口如表2 1 所示： 表2 1r 4 核心网接口名称与含义1 7 1 接口名连接实体信令与协议 am s c b s cb s s a p i u c sm s c 7 r n sr a n n p bm s c v l r cm s c h l rm a p dv l r h l rm a p em s c m s cm a p fm s c e i rm a p gv l r v l rm a p 重庆邮电大学硕士论文 第二章w c d m ar 4 核心网体系结构分析 g sm s c s g s nb s s a p + hh l r a u c m s c p s t n i s d n p s p d nt u p i s u p g as g s n c gg t p g bs g s n b s cb s s g p g cg g s n h l rm a p g ds g s n m a p s m g m s c i w m s c g es g s n s c pc a p g fs g s n e i rm a p g ig g s n p d nt c p i p g p g s n g s n ( i n t e rp l m n ) g t p g n g s n g s n ( i n t r ap l m n ) g t p g rs g s n h l rm a p i u p s s g s n r n cr a n a p m c f g ) m s cs e f v e r m g w n cm s cs e r v e r m s cs e r v e r n bm g w m g w m hh s s r 。s g w 9 重庆邮电大学硕士论文 第三章主要接口分析研究 第三章主要接口分析研究 w c d m a r 4 核心网中的接口较多，各接口功能各不相同，对各接口的 带宽分析作为核心网规划中的一步是十分重要的。下面就本文在规划方案 中的主要接口进行分析，主要讨论i p 承载的n b 、m c 接口及t d m 或i p 承载的n c 接口，从理论上了解各接口带宽的计算方法。本章也简单介绍 了核心网相关的其它接口。 3 1i p 承载的n b 接口 n b 接口是m g w 之间的接口，用于承载用户面数据，可以采用t d m 、 a t m 、i p 承载方式来完成语音媒体流侧传送。如果采用t d m 方式承载， n b 接口为标准的p c m 接口。考虑到在国内使用a t m 承载n b 接口的可能 性不大，本文也不作阐述。本文集中描述用i p 承载的n b 接口。 3 。1 1 接口协议栈分析 n b 接口用i p 承载主要分为三种应用情况，对应三种协议栈，详见下 图。在局域网内采用以太网接口，在局域网出口路由器与i p 骨干网之间采 用不带m p l s 的p o s 接口，在骨干网内部可以采用带m p l s 的p o s 接口 也可以采用不带m p l s 的p o s 接口。 以太网接口 删c s d 。忸n b i pl- a t a r ，r p u d p 口 p p p 铡c s d 啦n b u p1a t a r t p u d p 口 m p l s p p p 图3 1i p 承载的n b 接口协议栈 以太网接口协议栈底层用e t h e m e t 协议，i p 层之上采用面向无连接的 u d p 协议，然后承载实时传输协议r t p 。对于c s d a t a 数据( 如可视电 话) 直接承载在r t p 之上，对于语音数据( g 7 1 1 a m r ) 在r t p 之间还需 要增加n b u p ( n b 用户平面协议) 】0 2 l 。 l o 重庆邮电大学硕士论文第三章主要接口分析研究 不带m p l s 的p o s 接口协议栈与以太网接口协议栈的区别在于底层用 点对点的p p p 协议。 带m p l s 的p o s 接口协议栈与不带m p l s 的p o s 接口协议栈的区别 在于p p p 层与i p 层之间增加m p l s 协议层。 3 1 2 协议包头开销 各层协议包头开销如下表所示： 表3 1n b 接口各层协议包头开销 包头类型包头长度( b y t e ) n b u p 4 r t p1 2 u d p8 i p2 0 m p l s8 e t h e r n e t2 9 p p p9 接口包头开销可分为承载语音和可视电话两种情况，不同协议栈对应 的开销如下： 以太网接口包头开销 1 ) 语音 每帧开销= n b u p r t p u d p i p e t h e r n e = 4 + 1 2 + 8 + 2 0 + 2 9 = 7 3b y t e 2 ) 可视电话 每帧开销= r t p u d p i p ，e t h e r n e t - 12 + 8 + 2 0 + 2 9 = 6 9b y t e 不带m p l s 的p o s 接口包头开销 1 ) 语音 每帧开销= n b u p i h p u d p i p 门p p p = 4 + 1 2 + 8 + 2 0 + 9 = 5 3b y t e 2 ) 可视电话 每帧开销= r t p u d p i p p p p = 12 + 8 + 2 0 + 9 = 4 9b y t e 带m p l s 的p o s 接口包头开销 1 ) 语音 每帧开销= n b u p r t p u d p i p m p l s ，p p p = 4 + 1 2 + 8 + 2 0 + 8 + 9 = 6 1b y t e 2 ) 可视电话 每帧开销= i 汀p u d p ，i p m p l s p p p = 1 2 + 8 + 2 0 + 8 + 9 = 5 7b y t e 重庆邮电大学硕士论文 第三章主要接口分析研究 3 1 3 净荷计算 每帧净荷= c e i l i n g ( 编码速率x 帧周期) ( b y t e ) 其中：c e i l i n g 表示以b y t e 为单位向上取整。 。 下面列举几种典型编码的每帧净荷，可以看出每帧净荷与帧周期相 关，表格中帧周期取典型数值好l 。 表3 2 n b 接口每帧净荷 编码类型编码速率( k b s )帧周期( m s )每帧净荷( b y t e ) a m r1 2 2 2 03 1 a m r4 7 5 2 01 2 g 7 1 1 6 454 0 c s - d a t a6 454 0 3 1 4 每路带宽计算 静音检测技术( v a d ) 由于n b 采用i p 承载，所以可以考虑采用静音检测技术以降低每路语 音占用的带宽。 1 ) 不使用静音检测技术时 每路带宽= ( 每帧净荷+ 协议包头开销) 每帧周期 2 ) 使用静音检测技术时 首先，定义“静默因子”为：用户在通话中不说话时间占总通话时间 的比例，一般取4 5 5 5 。 用户不说话时，传送舒适噪声舒适噪声编码为每1 6 0 m s 传送5b y t e 。 舒适噪声带宽= ( 5 + 协议包头开销) x8 0 1 6 ( k b s ) 当用户说话时，编码方式与不使用v a d 相同，即： 通话带宽= ( 每帧净荷+ 协议包头开销) 每帧周期 所以平均每路带宽为： 平均每路带宽= 通话带宽x ( 1 静默因子) + 舒适噪声带宽x 静默因子 注意：c s d a t a 编码不使用v a d 。 以太网接口每路带宽 不采用v a d 时，各类型编码所需带宽： 1 2 重庆邮电大学硕士论文第三章主要接口分析研究 表3 3 以太网接口不采用v a d 时每路带宽 编码速率每帧净荷每帧协议开销帧周期每路带宽 编码类型 ( k b s )( b y t e )( b y t e )( m s )( k b s ) a m r1 2 23 l7 32 04 1 6 a m r4 7 51 27 32 03 4 g 7 1 16 44