（计算机科学与技术专业论文）ip化彩铃信令模块的研究与实现.pdf

北京交通大学硕 士 学位论文中文摘要 中文摘要 摘要：目前，电信网络技术正在飞速发展，整个电信网络的体系结构正在发 生深刻变化，以开放性、综合性为主要特征的下一代网络( n g n ) 已成为电信网发展 的必然趋势。在这一发展趋势下，电信增值业务发展也是如火如荼，占有市场份 额十分惊人。个性化回铃音( p l 璩t ) 业务一也叫彩铃，就是最近几年十分受欢迎 的一项移动增值业务。3 g 时代的到来使得移动核心网络电路域向i p 改变，这也使 提供个性化回铃音业务的平台需要向m 化核心网转移。本文即实现了p r b t 向移 动化核心网络移植的信令模块，这一模块是实现个性化回铃音业务的基础模块 之一。主要工作包括以下几个方面： l 、对移动m 化核心网络以及其信令网和信令体系进行了深入的学习和研究， 特别是对在口核心网中以b i c c 为标准的承载和控制相分离的控制信令和其呼叫 信令流程进行了详细的分析； 2 、提出了在m 承载网实现个性化回铃音业务的信令控制方法，并对以此为基 础的p r b t 平台进行了介绍，详细设计了以前向延迟方式为代表的个性化回铃音 呼叫的三种信令流程： 3 、以上述信令流程为基础设计了一个信令模块来实现p r b t 平台的信令支持。 本模块包括对外通信、b i c c 信令处理、对内通信三部分，可以实现收发b i c c p d u ， 解析和填充b i c c p d u ，与p r b t 业务系统交互个性化回铃音过程的信令流程相关 信息，以实现对个性化回铃音的信令支持； 4 、以v c + + 编程实现上述设计，能够为p r b t 实现信令支持。 以本设计为信令支撑的一个口化的p r b t 系统现在已经在河南省移动通信公 司的i p 化核心试验网络中试运行。 关键词：3 g ；p i 啦t ：i p 化核心网；b i c c 分类号：t n 9 2 9 5 3 北京交通大学硕士学位论文 abst r act a b s t r a c t a b s t r a c t ：a tp r e s e n t , t h et e l e c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r kt e c h n o l o g yi si nr a p i d d e v e l o p m e n ta n dt h ee n t i r et e l e c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r ka r c h i t e c t u r e i su n d e r g o i n g p r o f o u n dc h a n g e s ，w i t h 锄o p e na n dc o m p r e h e n s i v ea st h em a i nf e a t u r e so ft h en e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k ( n q dt e l e c o m m u n i c a t i o n s n e t w o r kh a sb e c o m et h ei n e v i t a b l e t r e n do fd e v e l o p m e n t t r e n di nt h i sd e v e l o p m e n t , t e l e c o m m u n i c a t i o n s ，t h ep r o l i f e r a t i o n o fb u s i n e s sd e v e l o p m e n ti sa l s oi nf u l ls w i n g , m a r k e ts h a r ea s t o n i s h i n g p e r s o n a lr i n g b a c kt o n e ( p r s t ) b u s i n e s si sv e r yp o p u l a ri nr e c e n ty e a r sa sap r o l i f e r a t i o no fm o b i l e b u s i n e s s e r ao f3 gm o b i l ec o r en e t w o r kc i r c u i td o m a i nc h a n g et ot h ei p , w h i c ha l s o p r o v i d ep r b tb u s i n e s sp l a t f o r mt ot h et r a n s f e ro fi p b a s e dc o r en e t w o r k t h i sp a p e ri s a b o u ts i g n a l i n gt r a n s p l a n t a t i o nm o d u l eo fp r b tb a s e do nt h em o b i l ei pc o r en e t w o r k , t h i sm o d u l ei so n eo ft h ec o mm o d u l e so fp r b tb u s i n e s s i t sm a i nt a s k sa r et h e f o l l o w i n g ： 1 a ni n - d e p t hs t u d ya n dr e s e a r c ho ft h em o b i l ei pc o r en e t w o r ka sw e l la si t s s i g n a l i n gn e t w o r ka n ds i g n a l i n gs y s t e m ，e s p e c i a l l yi nt h ei pc o r en e t w o r ki nt h eb i c c a sas t a n d a r db e a r e ra n dc o n t r o ls e p a r a t e df r o mt h ec o n t r o lo fs i g n a l i n ga n di t sc a l l l e t t e r st h ep r o c e s so fd e t a i l e da n a l y s i s ； 2 p r o p o s e di nt h ei pb e a r e rn e t w o r kt oa c h i e v ep r b ts i g n a l i n gc o n t r o lm e t h o d ， a n di n t r o d u c e dp r b tp l a t f o r mb a s e do nt h i sm e t h o d ，t h ed e t a i l e dd e s i g no ft h r e e s i g n a l i n gp r o c e s s e so fp r b t c a l la st h ef o r w a r dd e l a y e dae x a m p l e ； ，3 t ot h eb a s i so ft h ea b o v e - m e n t i o n e ds i g n a l i n gp r o c e s s e sd e s i g n e das i g n a l i n g m o d u l es u p p o r tp r b ts i g n a l i n gp l a t f o r m t h ee x t e r n a lc o m m u n i c a t i o nm o d u l e ，b i c c s i g n a l i n gp r o c e s s i n g , i n t e r n a lc o m m u n i c a t i o n si nt h r e ep a r t s ，c a ns e n da n dr e c e i v e b i c c p d u ，a n a l y s i sa n df i l lb i c c p d u ，i n t e r a c t i o nw i t hp r b tb u s i n e s ss y s t e m s s i g n a l i n gp r o c e s sf l o wi n f o r m a t i o ni no r d e rt oa c h i e v ea p r b ts i g n a l i n gs u p p o r t ； 4 i nv c + + p r o g r a m m i n gt oa c h i e v et h ea b o v ed e s i g n ，t oa c h i e v es i g n a l i n gs u p p o r t t op r b t a ni p b a s e dp r b ts y s t e ms u p p o r t e db yt h i sd e s i g na sas i g n a l i n gm o d u l en o wi s i nt e s tr u ni ni pc o r en e t w o r k o fh e n a nc m c c 1 ( e y w o r d s ：3 g ；p r b t ；i pc o r en e t w o r k ；b i c c c l a s s n o ：t n 9 2 9 5 3 北 京交通大学硕 士 学位 论 文索引 索引 图2 1g s m 通信系统结构。3 图2 2r 4 的网络结构7 图3 17 号信令协议栈与o s i 层次结构的对应关系一1 0 图3 27 号信令网络体系结构1 1 图3 3s i g t ra n 协议模型图1 2 图3 4 口信令网组网方式1 4 图3 5 口化核心网中信令走向示意图1 4 图4 1前向延迟承载建立方式2 4 图4 _ 2 前向快速承载建立方式2 6 图4 3 后向延迟承载建立方式2 7 图5 1p 化彩铃功能组网结构图2 9 图5 2 以前向延迟为例的彩铃信令流程图3 2 图5 3p r b t 系统功能提供部分结构图3 3 图5 - 4 彩铃信令模块功能图3 4 图6 1 信令模块与m 3 u a 间接口示意图3 7 图6 - 2b i c cp d u 格式3 8 图6 - 3c m s g o f s i g n a lu m l 图3 9 图6 - 4c m s gi a m 的u m l 图。4 l 图6 - 5 主叫用户号码参数格式及结构4 2 图6 - 6 原因指示语参数格式4 5 图6 7 彩铃信令流程4 7 图6 8c m s ga p m 的u m l 图4 8 图6 - 9c m s ga c m 的u m l 图4 9 图6 1 0c m s g 的uml图50_rel 图6 1lc m s gi u c 的u m l 图5 0 图6 - 1 2 彩铃信令模块与业务模块间通信示意图( 前向延迟为例) 。5 1 表如lb i c c 消息1 5 表4 2b i c c 协议中的c i c 字段。l6 表4 3i a m 消息结构定义1 7 表4 - 4b i c c 消息类型编码表l8 表4 _ 5b i c c 参数名编码1 9 表6 1r c l 消息格式。4 4 5 5 北京交通大学硕士学位论文独创性声明 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和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学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了谢意。 学位论文作者签名：纠炼 签字日期2 7 年月7 日 5 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学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， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 判碣 签字日期：2 叩了年占月7 日 导师签名：说艺4 签字日期：弘彤y 年莎月f7 日 致谢 本论文的研究工作是在导师范辉副教授亲切关怀和精心指导下完成的。从论 文的选题、构思到写作、审校等每一环节都凝聚着导师的辛勤汗水。范老师心胸 宽广，待人诚恳，替学生着想，以其平凡而伟大的人格影响我、培育我，而导师 渊博的知识、敏锐的观察力、严谨求实的科学态度、敢于克服困难的进取精神以 及积极探索、勇于创新的品质，更使我受益非浅，终身难忘。值此论文完成之际， 向培育我的范辉教授致以崇高的敬意和由衷的感谢! 还要感谢北京凯华网联技术有限公司为我提供了良好的课题研究环境，感谢 凯华公司李观华工程师、李力伟工程师、刘志军工程师在课题研究过程中给予我 的无私帮助和支持。 同实验室的党晓杰、李海燕、武颖以及其他同学在本论文的写作过程中也给 予了很多关心和帮助，在此表示感谢。 最后，衷心地感谢计算机与信息技术学院全体老师对我的辛勤培养和教诲， 衷心地感谢全体同学对我的帮助，衷心地感谢我的家人和朋友对我的鼓励和支持。 北京交通大学 硕 士学 位 论 文 绪论 1 1 研究背景 1 绪论 目前，电信网络技术正在飞速发展。接入方式由传统的固定和移动话音终端 发展为无线、移动、固定语音设备、数据设备、多媒体设备等多种设备接入：传 输方式由基于时分复用的电路传输发展为以i p 协议为核心的分组传输；交换方式 由电路交换发展为互操作性更强的软交换；业务开发方式由封闭的补充业务和智 能网业务开发发展为开放的应用程序接口( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a e e ， a p i ) ，业务可能由第三方业务提供商开发和运营。整个电信网络的体系结构正在 发生深刻变化，以开放性、综合性为主要特征的下一代网络( n e xg e n e r a t i o n n e t w o r k ，n g n ) 已成为电信网发展的必然趋势【l 】。 移动增值业务是移动运营商在移动基本业务( 话音业务) 的基础上，针对不 同的用户群和市场需求开通的可供用户选择使用的业务。移动增值业务是市场细 分的结果，它充分挖掘了移动网络的潜力，满足了用户的多种需求，因此在市场 上取得了巨大的成功。仅以中国移动为例，根据其2 0 0 8 年业绩报告，中国移动2 0 0 8 年增值业务总额为1 1 3 4 4 4 亿元。p r b t ( p e m o n a lr i n gb a c kt o n e ，个性化回铃音) 业务一又叫彩铃业务，是一项较新的电信增值业务。韩国在2 0 0 2 年4 月首次在移 动通信网上开始尝试推出该项增值业务。此业务一经推出后，立刻受到广大移动 用户的青睐，用户数量高速增长。此项业务在韩国的发展引起了全世界的关注， 许多运营公司和设备制造公司到韩国参观了解情况，并且制订了各自对此项业务 的开展和研究开发计划。国内于2 0 0 2 年底开始研究和开发p r b t 业务，2 0 0 3 年4 月，开始在全国多个省移动公司推出试验局进行现网测试，2 0 0 3 年6 月后，开始 了面向全国的正式商用推广。到目前为止，全国每个省的中国移动公司，联通公 司都建立了自己的p r b t 业务平台，面向普通用户开通。2 0 0 8 年，我国正式发放 3 g 牌照，标志的3 g 时代在我国的正式来到。随着3 g 时代的到来，在移动核心网 i p 化的要求之下p r b t 系统已进入升级换代的热潮【2 】。 1 2 主要研究工作 本文作者在研究生期间长期进行移动增值业务的研发工作，特别是以个性化 回铃业务为中心的一系列增值业务的研发。对移动核心网络及其口化进行了较为 北京交通大学硕 士 学位 论 文 绪论 具体的研究工作，如7 号信令，s i g t r a n 协议栈等。在国内进入3 g 时代之时， 在移动核心网络口化的要求之下，对于p r b t 平台的口化进行了深入的研究，并 研究与实现了口化p r b t 平台的信令模块，其符合m 化核心网的业务要求，并能 高效持续为p r b t 平台提供信令服务。具体本文而言，包括以下几个方面： l 、对b i c c 协议和移动台呼叫的b i c c 信令流程进行了详细的研究并对p r b t 业务的进行分析，设计了以前向延迟为代表的三种流程来实现p r b t 业务系统信 令控制。此三个信令流程以b i c c 协议为基础，其实质是在主被叫用户接通而未接 听之时在p r b t 系统和主叫用户间加入一路简化的电话呼叫b i c c 信令流程。 2 、对以前向延迟为代表的信令流程设计了一个信令模块来实现对p r b t 系统 的信令支持。此信令模块包括三大功能：与m 3 u a 问通信，b i c c 消息的处理和与 p r b t 业务模块间通信。 3 、以v c + + 实现了以上设计。与m 3 u a 间通信即收发b i c c 消息，借用m 3 u a 协议栈的一个消息队列来完成；b i c c 消息处理包括对接收的b i c c 的解析并设计 相应数据结构保存相关信息，对接收的p r b t 内部消息按标准填充为b i c c 消息两 大部分；通过s o c k e t 完成与p r b t 业务模块间通信，实现发送解析b i c c 消息 得到的相关信令信息，接收业务模块对外的信令需求。本模块实现后完成了对 p r b t 系统的信令支持能满足3 g 下口化彩铃的信令要求。 1 3 论文组织结构 本文主要内容如下： 第一章，介绍了3 g 网络及移动增值业务，以及p r b t 系统，并介绍本文主要 内容及组织结构。 第二章，对于移动通信网进行了介绍，包括g s m 网络与3 g 网络，并着重介 绍了下一代网络( n g n ) ，r 4 网络与现在的移动核心网i p 化。 第三章，对7 号信令与s i g t r a n 协议栈进行了较为详细的介绍，引出i p 信 令网组网方式。 第四章，介绍了b i c c 协议，详细说明了怎样在i p 化核心网上实现m s 呼叫 信令流程，为p r b t 引入打好基础。 第五章，设计了在i p 化核心网了中以b i c c 为基础的p r b t 系统信令实现方 法和基于此方法的信令模块，为下章具体实现做准备。 第六章，以v c + + 详细实现前一章的设计。 第七章，对本论文工作做了必要的总结。 2 北京交通大学硕士学位论文移动通信网介绍 2 移动通信网介绍 本文研究工作是在3 g 背景之下的，但2 g 到3 g 的过渡是一个循序渐进的过 程，因此，本章将对2 g 与3 g 移动通信网络进行详细介绍。首先，将以g s m 通 信网络为例介绍第二代数字通信网。 2 1g s m 通信网介绍 g s m 全名为：g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ，中文为全球移动通 信系统，俗称“全球通，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动 通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用 户使用一部手机就能行遍全球。我国于2 0 世纪9 0 年代初引进采用此项技术标准， 此前一直是采用蜂窝模拟移动技术，即第一代g s m 技术( 2 0 0 1 年1 2 月3 1 日我国 关闭了模拟移动网络) 。目前，中国移动、中国联通各拥有一个g s m 网，为世界 最大的移动通信网络。g s m 系统包括g s m9 0 0 ：9 0 0 m h z 、g s m l 8 0 0 ：1 8 0 0 m h z 及g s m 1 9 0 0 ：1 9 0 0 m h z 等几个频段。 g s m 通信系统主要由移动交换子系统( m s s ) 、基站子系统( b s s ) 和移动台 ( m s ) 三大部分组成，如图所示。其中m s s 与b s s 之间的接口为a 接口，b s s 与m s 之间的接口为u m 接口。g s m 规范对系统的a 接口和u m 接口都有明确的 规定，也就是说，a 接口和u m 接口是开放的接口。 u m 接ua 接口 j a b i s 接几 广 1b t s 卜 剧 i i m s c ， i m s k ib t sl 爿b s c1 v l r i 匕i ki lll ? l n b t sk l n o 7 信令系统 o m c b s sn s s r1 图2 - 1g s m 通信系统结构 f i g 2 - 1s t r u c t u r eo fg s m 3 p s t n p s p d n i s d 嘎q 北京交通大学硕士学位论文移动通信网介绍 1 移动交换子系统m s s 完成信息交换、用户信息管理、呼叫接续、号码管理等功能。 2 基站子系统b s s b s s 系统是在一定的无线覆盖区中由m s c 控制，与m s 进行通信的系统设备， 完成信道的分配、用户的接入和寻呼、信息的传送等功能。 3 移动台m s m s 是g s m 系统的移动用户设备，它由两部分组成，移动终端和客户识别卡 ( s i m 卡) 。移动终端就是移动电话，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、 信息的调制和解调、信息发射和接收。s i m 卡也称作智能卡，存有认证客户身份 所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进 入网路。s i m 卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入s i m 卡后移动终 端才能接入进网。 2 23 g 移动通信网介绍 2 2 13 g 网络简介 第一代模拟系统自2 0 世纪8 0 年代开始发展，原预计使用到2 1 世纪初，共5 0 0 0 万用户。但由于该系统技术落后，标准不统一，使用时话音质量差，漫游范围有 限。困此，现在已基本被淘汰。 第二代数字系统自9 0 年代开始发展，预计使用到2 0 1 0 年左右，共4 亿用户。 其主要制式有：g s m 、i s 9 5 c d m a 、i s l 3 6 、t d m a c d m a 数字无绳电话和w l l 。 该系统标准化工作较完善，可在全球较大范围内实现漫游，其性能基本满足了话 音通信的要求，能提供低速数据( 6 4 b i t s ) 业务。在频率资源允许的情况下，在2 0 1 0 年前仍将继续发展。但由于其技术的局限性，存在着话音质量仍不理想、数据传 输率低、频谱利用率不高等问题。 随着全球经济的发展、信息化社会的到来，通信设备移动性和个人化的要求 以及i n t e r n e t 的异军突起，有限的频谱资源与人口不断增长的矛盾、第二代技术体 制与非话音业务快速增长的矛盾同益突起，人们对第三代移动通信的需求愈来愈 烈。 第三代移动通信系统简称3 g ，又被国际电联( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n u n i o n ，i t o ) 称为i m t - 2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n i nt h ey e a r 2 0 0 0 ) ，意指在2 0 0 0 年左右开始商用并工作在2 0 0 0 m h z 频段上的国际移动通信系 统。i m t - 2 0 0 0 的标准化工作开始于1 9 8 5 年，当时被国际电联称为未来公用陆地移 4 北京交通大学硕士学位论文移动通信网介绍 动通信系统( f u t u r ep u b l i cl a n dm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ，f p l m t s ) ，1 9 9 6 年更名为i m t - 2 0 0 0 ，在欧洲被称为通用移动通信系统( u n i v e r s a lm o b i l e t e l e c o m m u n i c a t o n ss y s t e m ，u m t s ) t 3 1 。u m t s 标准历经r 9 9 、r 4 、r 5 、r 6 版本， 目前r 7 版本正在研究制定当中。 国际电联组织专家组，在充分研究了频谱利用率、设备成本、组网能力、可 能提供的业务及技术先进性等困扰第二代移动通信发展的问题后，提出了第三代 移动通信的最低要求i t u r m 1 2 2 5 建议，其具体要求如下： 1 四种工作环境下提供数据业务的要求： 移动卫星： 高速移动：f d d ，5 0 0 k m h ：t d d ，1 2 0 k m h ，6 4 - - 1 4 4 k b i t s ； 室内外步行：3 0 k l n h ，3 8 4 k b i t s ( 手持机环境) ； 室内外固定用户：3 k r n h ，2 m b i t s 。 2 全球无缝覆盖。 3 主要业务要求： 提供高质量话音； 电路交换和分组交换数据的高质量传输； 提供增值业务和智能网业务。 4 和第二代移动通信系统兼容。 综上所述，可得出第三代移动通信的主要特点如下： 1 从现有第二代移动通信演进和发展而来，并不是完全重新建设一个移动通信 网： 2 初期主要业务仍然是话音业务，数据业务将逐渐增加； 3 数据业务将主要是i n t e m e t 所需要的不对称的、基于分组交换( i p ) 的业务； 4 最主要达到的目标为全球漫游、高频谱利用率( 解决全世界存在的系统容量 问题) 、低价格( 设备和服务) 以及满足通信个人化的要求； 目前，在第三代移动通信发展中，主要有f d d ( 频分双工) 与t d d ( 时分双7 - ) 两种工作方式的系统。目前，在3 g 最有代表性的三种主流技术当中，只有 t d s c d m a 采用了时分双工( 饰ed i v i s i o nd u p l e x ，t d d ) 的模式，其他两种 ( w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 ) 都采用了频分双s e ( f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x ，f d d ) 模式。 2 2 2 下一代网络( n g n ) 随着计算机和互联网的普及，导致数据业务发展迅速，新业务层出不穷。运 营商为了满足用户对数据业务的需求，开始利用现有的p s t n ( 公共交换电话网) 传 北京交通大学硕士学位论文移动通信网介绍 送数据业务。传统p s t n 是电信网络的核心部分，其业务层与呼叫控制层紧密结 合、不可分割。基于电路交换的程控电话交换机虽然可以为广大用户提供优质的 语音及增值服务，但它存在很大的局限性，业务种类单一，而且当一项新的业务 需要提供时，需要对全网的交换机进行改造和升级，实现难度大，周期长，成本 高。因此，传统的p s t n 不适合传输种类繁多的数据业务。 另一方面，相对于传统的p s t n 网，口分组网不仅适合提供丰富的新型数据 业务，也可以传送话音等传统p s i n 业务，同时分组网还具有成本低、利润高、价 格便宜、易推出新业务等很多优势。因此口分组网有着极高的增长速度，逐渐成 为未来网络发展方向之一。 尽管口网络发展很快，但p s t n 依然有存在价值，它不会在一夜之间消失。 传统的基础设施，如4 封5 类交换机、7 号信令网、智能网应用等，用户正在使用 并且会继续使用。因此，基于t d m ( 时分复用) 的p s t n 话音网必将和分组交换数 据网融合，形成可以传递话音和数据业务等综合业务的下一代网络。 所谓的下一代网络( n e x t o e n e r a t i o n n e t w o 一( ，n g n ) ，泛指一个不同于当代或者 前一代的网络体系结构。从广义上讲，下一代网络应该是一个能够提供包括语音、 数据、视频和多媒体业务的，基于分组技术的、综合开放的网络架构。在下一代 网络中豁要得到许多新技术的支持目前业内大多数人认同的n g n 相关技术是：采 用软交换技术实现端到端业务的交换；采用i p 技术承载各种业务，实现三网融合； 采用i p v 6 技术解决地址问题；采用多协议标签交换( m p l s ) 实现i p 层和多种链路层 协议的结合；采用光传输网和光交换网络解决传输和高带宽交换问题；采用宽带接 入手段解决用户接入问题。因此，可以预见实现n g n 的关键技术是软交换技术、 高速路由度换技术、大容量光传送技术和宽带接入技术，其中软交换技术是n g n 的核心技术【4 1 。 2 2 3r 4 网络与移动核心网i p 化 r 4 电路域基于承载与控制分离的思想采用移动软交换技术，并实现了核心网 电路域的口传输问题。 相对于r 9 9 ，r 4 无线接入网网络结构没有改变，改变的只是一些接口协议的 特性和功能的增强；而核心网电路域变化较大，采用控制和承载分离的思想，核 心网m s c ( 移动交换中心) 实体物理上分为移动软交换( m s cs e r v e r ) 和媒体网关 ( m e d i ag a t e w a y ，m g w ) ，移动软交换系统主要完成m s c g m s c 中的移动性控制、 呼叫控制功能、软交换设备的媒体网关接入控制、协议处理、路由、计费功能以 及v l r 功能，并可以向用户提供现有电路交换机所提供的业务以及多样化的第三 6 北京交通大学硕士学位论文移动通信网介绍 方服务。媒体网关可以接入2 g 3 g 的b s s r n s ，并可以完成不同网络之间的媒体 图2 2i m 的网络结构 f i g 2 - 2 n e t w o r ks t r u c t u r eo fr 4 r 4 新增的实体漫游信令网关( r s g w ) 完成传输层信令的双向转换( s i g t r a n 7 北京交通大学硕士学位论文移动通信网介绍 s c t p i p 与n o 7m t p ) 。为支持i h 之前的c s 终端，r - s g w 实现不同版本网络中 m a p e 和m a p g 消息的互通。即要保证r 4 网络实体中基于口传输的m a p 消息 与r 4 之前的m s c v l r 中基于n o 7 传输的m a p 消息互通。t - s g w 是在具有h s s 时才有的，而h s s 在r 4 中不是必需的。 r 4 网络具有如下网络特征： 1 网络体系结构具有层次化的特征：核心网自上而下分为业务层、核心控制 层、核心交换层、接入层等。 2 接入网络：通过媒体网关m g w 实现u t r a n 到a t m i p 网络以及与p s t n 网络媒体流之间的转换；m g w 分布在不同的本地网，采用分散接入的方式。 3 核心交换层：基于a t m i p 的骨干传输层，实现多业务传输。 4 核心控制层：基于移动软交换( g ) m s cs e r v e r 的呼叫控制以及业务控制、 用户数据库管理等功能：s e r v e r 集中在省会城市，采用集中控制的方式。 5 业务网络：基于o s a a p i 接口。 r 4 相对于r 9 9 网络主要有以下优点： 1 网络由t d m 中心节点交换演进为典型的分组话音分布式体系结构。 2 网络采用开放式结构，业务逻辑与底层承载相分离，话音分组化，由分组 方式承载，u t r a n 与核心网话音承载方式均由分组方式实现。 3 由于优化了话音编解码转换器，改善了w c d m a 系统网络内部话音分组 的时延，提高了话音质量，编解码转换有可能只需在p s t n g s m 互通时需要在网 关上实现，同时提高了核心网传输资源的利用率。 4 同时，由于话音采用统计复用方式传递，相对于t d m6 4 k b i t s 静态电路 带宽分配而言，可提高传输网的效率，实现网络带宽动态分配。 l h 中最主要的特点是加入低码片速率t d d 模式( l c r t d d ) ，即由中国提出的 t d s c d m a ，提高无线接口性能并修改了相关规范中的无线射频和测试参数，在 终端侧也加入相应l c r t d d 的一致性测试规范。 核心网部分，r 4 在一些方面较r 9 9 有一定的变化，简要规纳如下： 1 网络由t d m 中心节点交换演进为典型的分组话音分布式体系结构；r 9 9 网络采用传统的t d m 技术；r 4 网络可以采用t d m a t m i p 多种承载技术，组网 更加灵活。 2 网络采用开放式结构，业务逻辑与底层承载相分离，话音分组化，由分组 方式承载，u t r a n 与核心网话音承载方式均由分组方式实现。 3 由于优化了话音编解码转换器，改善了w c d m a 系统网络内部话音分组 的时延，提高了话音质量，编解码转换有可能只需在p s t n g s m 互通时需要在网 关上实现，同时提高了核心网传输资源的利用率。 4 r 4 中增强o s a ( 开放业务结构) 功能以实现v h e 的概念，使业务独立于下 层网络，在业务和网络功能之间采用标准接口，l m 新增1 2 个o s a 的a p i ( 应用协 8 北京交通大学硕士学位论文移动通信网介绍 议接口) 定义规范，以支持不同的应用。 同时，l h 给出了u t r a r c l x ：a t e r 的相关规范、紧急呼叫业务( 基于c s ) 性能增 强、g t t ( g l o b a lt e x tt e l e p h o n y ) ) l k 务和提高终端的节电性能方面的修改等。与传统 的核心网络相比，i p 化的移动核心网络是一个控制与承载相分离的分层体系结构， 与l w 网络电路域结构类似【5 1 。 9 北京交通大学硕士学位论文 3 17 号信令网 s s 7 ( 7 号信令系统) 是一种功能强大的信令系统。它非常适合为由程控交换机 组成的现代数字通信网络提供信令服务，它能够满足现在和将来的通信网络对呼 叫控制、远程控制以及信令维护和管理方面的要求，它提供可靠的传输方式保证 信令消息按序、无丢失、无重复的传输。 3 1 1s s 7 协议栈 s s 7 不是单一的协议，它定义了一个与开放系统互连( o s i ) 七层模型相似的栈 结构。s s 7 协议栈如图3 1 所示。 o s ls s 7 图3 17 号信令协议栈与o s i 层次结构的对应关系 f i g 3 l s s 7a n do s i s s 7 协议栈的下三层构成了消息传送部分( m t p ) 。这部分协议负责将消息从远 端送到目的端。m t p i 接近与o s i 模型的第一层，处理两个信令点之间物理连接有 关的问题。m t p 2 定义在两个邻接节点间的链路上保证数据无差错传送的控制过 程，相当于数据链路层。m t p 3 的作用是根据数据传送的目的地和网络状态选择路 由，保证数据在网络中可靠地传送，此外还包括流量控制和网络互连功能。s c c p 1 0 北京交通大学硕士学位论文 为实体间的信令交换提供了一种扩展的寻址机制，它和m t p 3 一起构成了o s i 中 网络层的功能。i s u p 和n j p 是应用部分，为i s d n ( 综合业务数字网) 应用和电话 应用提供服务。t c a p 可以远程应用事务和过程，这样可以远程调用操作，且操作 的结果可以在应用之间进行通信。公共应用部分包括i n a f ( 智能网应用部分) 和 m a p ( 移动应用部分) 等【们。 3 1 2s s 7 网络体系结构 s s 7 是公共信道信令，即以时分方式在一条高速数据链路上传送一群话路信令 的信令方式，通常用于局间。7 号信令网是逻辑上独立于它所服务的信息网，专门 用于传送7 号信令消息的专用数据网。图3 2 描述了一种典型的7 号信令网结构。 图3 - 27 号信令网络体系结构 f i g 3 - 2 n e t w o r ks t r u c t u r eo fs s 7 7 号信令网由信令点和信令链路组成。信令链路可以是任意形式透明的传输线 路，一般为数字链路。信令点( s i g n a u i n g p o i n t ，s p ) 就是7 号信令网中的节点，主 要是信息网中的交换或控制节点以及信令转接点。s p 的类型主要有以下几种： s e p ( 信令端点) ，主要是各类交换机：s c p ( 信令控制点) ：主要是各种操作维护中心、 网络数据库等，它包括各种业务逻辑并提供各种服务。s t p ( 信令转接点) ：只具有 信令功能而不具备通信业务功能的独立式节点，它的主要功能是对信令消息进行 转发。 每一个s p 拥有一个信令点码，用于s s 7 网络对消息的寻址和路由。在7 号信 令网中，每个s e p 和s c p 会与两个不同的s t p 相连，而不同的s 1 l p 之间会有多 条链路。这样一条链路失效不会导致不同节点之间的通信完全中断，保证了7 号 信令网的可靠性。 北京交通大学馥士学位论文 3 2s k n r a n 3 2 1s i g t r a n 协议栈 s 尬n 【a n ( s 细日l 抽f h 日衄b 呲，信令传输协议) 协议栈支持通过m 网络传辅传 统电路交换同s 删s 耐d d c 跏斟曲v 盯k ，电路变换啊) 信令该协议栈支持s c n 信令协议分层模型定义中的层间标准原语接口，从而保证已有的s c n 信令应用可 以未经售改地使用，同时利用标准的讲传输协议作为传输底层，通过增加自身的 功能来满足s c n 信的特殊传输要求。 s i g t r a n 协议栈担负信令同关和媒体网关控制器问的通信，有两个主耍功 能t 适配和持输与此对应，s i g t r a n 协议栈包古两层协 踅：传输协议和适配协 议，前者就是s c t p 口后者如m 3 u a ( 硒i m r p 3 用户) ，m 2 u a ( 适配m t p 2 用户) ， i u a ( 适mq 9 2 1 用户) 等s i g t r a n 协议模型如图3 3 所示： 一。 _ 1 。_ 1 崤孥嚷$ i 钞。 一lccp 谰 j 3 ； 圈，4s i g t r a n 协议校蠹翻 f i 导3 0 m o d e l o fs i g t r a n 1 $ c t p , 用于在皿月络上可靠地传输p s t n 信令。可替代1 p 、u d p 协 议： 2 m 2 u a ：支持m t p 3 互通和链路状态维护，提供与m t p 2 同样的功能； 3 m 3 u a ：支持m t p 3 用户部分互通，提供信令点编码和p 地址的转换： 4 s u a ( 信令用户适配) 支持s c c p 用户互通，相当于t c a p o v e t i p ； 5 m 2 p a ( m t p 2 用户对等适配层协议) = 支持m t p 3 互通，支持本地m t p 3 功能，支持m 2 p a s g ( 信令同关) ，可以作为s t p 。 s i g t r a n 支持p s t n 信令应用的标准原语接口，利用标准的传送协议作为 低层传送信令，是n g n 中重要的传输控制协议之一 北京交通大学硕士学位论文 3 2 2m 3 u a m 3 u a 的全称为：s i g n a l i n gs y s t e m7 ( s s 7 ) m e s s a g et r a n s f e rp a r t 3 ( m t p 3 ) - u s e r a d a p t a t i o n l a y c r ，是s i g t r a n 体系中适配协议之一，它为口网中使用m t p 3 服务的应用( 如i s u p 、s c c p 等) 节点提供一个接口，对7 号信令中的m t p 3 用户消 息进行适配，使7 号信令网的节点与i p 网的节点可以互