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南京邮电学院硕士学位论文 摘要 摘要 在第三代移动通信系统中，w c d m a 系统取得了众多运营商、系统提供商 和终端制造商的青睐，但是目前所提供的系统都是基于r 9 9 或者r 4 标准，其 u t r a n 都基于a t m 技术，而不是基于i p 的。目前，i p 网络作为各种业务的 统一承载已经在业界达成共识，因此u t r a n 的i p 化是发展的趋势，这个目标 主要在r 5 中实现。 在电信服务领域，业务的o o s 是至关重要的，没有质量保证的业务就没有 市场，尤其对电信而言，在某种程度上一个进行中的业务但却不能保证其服务 质量，要比根本不能进行业务更令人难以忍受。而在i p 作为传输层的u t r a n 中，由于i p 网络本身是简单的，它只提供数据包的尽力而为的转发而不提供端 到端的q o s ，所以在i p 网络上承载u t r a n 和非u t r a n 的各种数据流就必须 要研究和提出合适的解决方案以保证u t 气n 对q o s 的需求。 本论文以基于i p 的u t r a n 的服务质量为研究对象，首先对u m t s 网络承 载业务的q o s 属性进行详细分析，同时对目前i p 网络的各种服务质量模型和 技术进行致力研究，在充分考虑u t r a n 数据面、控制面和管理面对传输网络 服务质量的不同需求并参考了a l c a t e l 的数据面仿真方案和结果的基础上，基于 多协议标签交换技术和区分服务模型，提出一个分为接入层、汇聚层和传输层 的三层传输网络方案和数据面方案，来为u t r a n 不同的业务提供有保证的服 务质量。 同时，论文根据所提出的三层传输网络方案，设计了一个可行的实验方案， 首先在实验室搭建近于方案的实验系统，并在实现了3 g 的业务量模型基础上， 通过我们开发的3 g 负载测试工具l o a d b o x 对方案进行可行性验证。 关键词： 宽带码分多址接入，u m t s 陆地无线接入网络，服务质量，区分服务，多协议 标签交换 南京邮电学院硕上学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a so n eo fs o l u t i o ni nt h e 血i r d g e n e r a t i o n m o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m ， w c d m a g e t ss u p p o r t 舶mt 1 1 e m o s t o p e r a t o r 、s y s t e mp m v i d e r a n dt e 肌i n a l m a n u f a c t u r e lb u tt 1 1 ee x i s t i n gs y s t e m sa r ea l lb a s e d3 g p pr 9 9o rr 4w h i l en o tr 5 ，i n w h i c ht h cu t r a nm a y b eb a s e da t mo ri pt e c l l n o l o g y i nt h en e x tg e n e r a t i o n n e t 、v o r k ，i pi sd o m i n a l l ta 1 1 db e c o m em eo n l yb e a r e rf o rc l a s s i c a lt e l e c o m m u n i c a t i o n s e r v i c e s 、c 玎va i l dd a t as e r v i c e s s oi t st h et r e n do f u t r a nt ot r a n s f e rf r o ma t m t 0 i p t h i sp a p e ra i m sa tt h eq u a l i t yo fs e r v i c e si nt h el p b a s e du t i 己a n w es t u d ym e q o sa t t m u t e so fu m t sb e a r e rs e r 、r i c e sa i l dq o sm o d e l sa n dt e c h n o l o 百e sp r o v i d e d o r e x i s t i n gi nt h ei pn e t w o r k a t h es a m et i m e ，w ec o n s i d e rt h eq o sr e q u i 珲m e n t so f d a t a p l a n e 、c o n t r o lp l a l l ea n dm a j l a g e m e n tp l a l l ei nt 1 1 eu t r a n e s p e c i a l l yb a s e dt h e s t u d ya n da n a l y s i so fm p l sa 1 1 dd i 行s e r vm o d e l ，ib r i n gf o r 、v a r dat h r e es t r a t 啪 t r a l l s p o n s o l u t i o nf o rt h eu t r a n t h et r a n s p o ns o l u t i o ni sd i v i d e di n t o t i r e e s t m t u m ：a c c e s ss t r a t u m 、b e h a v i o l l r a g 舻e g a t i o ns t r a t u m a n d t r a l l s p o ns t r a t u m b yt h i s s o l u t i o n ，、v ec a np r o v i d er e l i a b l ea n dc o n t r o l l a b l eq o sf o rt h ed a t an d mr n co rn o d e r o n et e s tp l a ni sd e s i g n e dt ov a i i d a t ef e a s i b i l i t yo f t h ea b o v e t r a n s p o r ts o i u t i o n i n t h et e s tp l a n ，w es e tu po n es y s t e mi nt h el i b r a r ya n d i m p l e m e n tt h e3 g t r a f f i cm o d e l f o “h em a i ns e r v j c e ss u p p o r t e d b yw c d m a i n c l u d i n gc sa p p l i c a t i o n ( a m r1 2 2 k 、 a v 3 2 k ) a n dp sa p p l i c a t i o n ( w w w 、f t pa 1 1 de m a i la tt h er a t eo f6 4 ka 1 1 d3 8 4 kf o r u p l i n ka n dd o w n l i n kr e s p e c t i v e l y ) t h e nw ec a i lv a l i d a t et h es o l u t i o nb yl o a d b o x ， w h j c hi sat 0 0 1 t ot e s t1 0 a do f3 g k e v w o r k s w c d m a ，u t i 己a n ，q o s ，d i f f s e ，m p l s 南京邮电学院彤! 学位论立 第一章绪论 第一章绪论 1 第三代移动通信( i m t - 2 0 0 0 ) 概况 第三代移动通信系统最早1 9 8 5 年由国际电信联盟( i t u ) 提出，当时称为未来 公众陆地移动通信系统( f p l m t s ) ，1 9 9 6 年更名为i m t - 2 0 0 0 ( 国际移动通信 2 0 0 0 ) ，基即该系统工作在2 0 0 0 m h z 频段，最高业务速率可达2 0 0 0k b ，s 。从19 9 7 年开始，由于第二代移动通信系统的巨大成功，用户的高速增长与有限的系统容 量和有限的业务之间的矛盾渐趋明显，第三代移动通信的标准化工作开始逐渐进 入实质阶段。目前，第三代移动通信系统的框架已确定，将形成一个全球无缝覆 盖的移动通信网络，满足城市和偏远地区不同用户密度的通信需求，支持话音、 数据和多媒体业务 1 】。 i t u 对第三代陆地移动通信系统的基本要求是：在室内、手持机及移动三种 环境下，支持话音和各种多媒体数据业务( 最高速率达2 m b s ) ，实现高质量、 高频谱利用率、低成本的无线传输技术以及全球兼容的核心网络。 与前两代移动通信系统相比，3 g 的主要特征是可提供移动多媒体业务，其 中高速移动环境支持1 4 4 k b s ，步行慢速移动环境支持3 8 4 k b s ，室内支持2 m b s 的数据传输。其设计目标是为了提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信 质量，而且能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及 多媒体等在内的多种业务，同时也考虑与已有第二代系统的良好的兼容性。 在经过几年的技术评估、研究分析及大量的协调和融合工作之后，在1 9 9 9 年底i t ut g 8 ，1 最后一次会议上，通过了i m t | 2 0 0 0 的无线接口技术规范，这标 志第三代移动通信技术的格局已最终确定，它分为c d m a 和t d m a 两大类共五 种技术，其中主流技术为以下三种c d m a 技术： 1 ) i m t 2 0 0 0d s c d m a ( 直接序列扩频c d m a ) ，即w c d m a 。它是在一个 宽达5 m 的频带内直接对信号进行扩频： 2 ) i m t - 2 0 0 0m c c d m a ( 多载波c d m a ) ，即c d m a 2 0 0 0 。这是美国提出的技 术，由多个1 2 5 m 的窄带直接扩频系统组成的一个宽带系统； 以上两种技术都属于频分双工( f d d ) 模式，此外还有c d m at d d 技术： i m t 2 0 0 0c d m a t d d ( 时分双工c d m a ) ：目前包括t d s c d m a 和u t r at d d ， 南京邮电学院硕1 “学位论文 第一章绪论 其中t d s c d m a 是由我国提出的技术，而u t r a 则是w c d m a t d d 接入技术。 总体来讲，第三代的无线技术主要是c d m a 技术。 表1 1 为w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 这三种方案的比较【2 ，3 。 w c d m ac d m a 2 0 0 0t d s c d m a 信道带宽 5 1 0 2 0m h z1 2 5 5 1 0 1 5 2 0m h z1 2 m h z c h i p 速率 n 4 0 9 6 m c s， n 1 2 2 8 8 m c s ，n = 1 ，3 ，6 ，9 1 1 1 3 6 m c s n = 1 ，2 ，4，1 2 多址方式d s c d m ad s c d m a和t d s c d m a m c c d m a 双工方式f d d t d df d dt d d 多速率橛可变扩频因子和多可变扩频因子和多码盲可变扩频因子多 码砌检测：高速率检测：低速率业务。或时隙、多码r j 检 业务盲检测：低速率事先预定好，需高层信测 业务令参与 f e c 编码卷积码r = 1 2 ，1 3 ， 卷积码r = 1 2 ，1 3 ，3 4 ，卷积码r = 1 4 1 k = 9 ) r s 码( 数据)k = 9 ) t u r b o 码)k = 9 ) r s 码( 数据) 交织卷积码：帧内交织 块交织( 2 0m s )卷积码：帧内交织 r s 码：帧间交织r s 码：帧间交织 扩频 前向：w i l s h ( 信道化)前向：w 矗l s h ( 信道化)前向：w a l s h ( 信道 + g o l d 序列2 1 8 f 区分+ m 序列2 15 ( 区分小区) 化) + p n 序列( 区 小区) 反向：w a l s h ( 信反向：w a l s h ( 信道化)分小区) 反向： 道化) + g 0 1 d 序列+ m 序列2 4 1 1 ( 区分用户)w a l s h ( 信道化1 2 4 1 ( 区分用户)+ p n 序列( 区分用 户、 调制数据调制： 数掘调制：q p s k 倡p s k接入信道：d q p s k q p s 刚b p s k 扩频调扩频调制：接入信道： 制：q p s kq p s u o q p s k d q p s 刚16 q a m 相干解调 前向：专用导频信道前向：公共导频信道： 前向和反向都采 ( t d m ) 反向：亏用反向：专用导频信道 用专用导频信道 南京邮电学院硕1 ：学位论文 第一章绪论 导频信道( t d m )( c d m )( t d m ) 功率控制 f d d ：开环+ 快速闭 开环+ 快速闭环( 8 0 0h z ) 开环+ 快速闭环 环( 1 6k h z ) t d d ：开( 2 0 0 h z ) 环+ 慢速闭环 基站间同 异步，同步( 可选)同步( g p s l 同步( g p s 或其它) 步 表1 13 g 技术比较 2 宽带码分多址接入( w c d m a ) w c d m a 主要由欧洲e t s i 和日本a r i b 提出，w c d m a 系统的核心网是基 于g s m m a p 的，同时可通过网络扩展方式提供在基于a n s i 一4 1 的核心网上运 行的能力。 w c d m a 系统支持宽带业务，可有效支持电路交换业务( 如p s t n 、i s d n 网) 、分组交换业务( 如i p 网) 。灵活的无线协议可在一个载波内对同一用户同 时支持话音、数据和多媒体业务。w c d m a 采用d s c d m a 多址方式，载波带 宽为5 m h z 。w c d m a 采用精确的功率控制，包括基于s i r ( 信号干扰比) 的开环、 快速闭环和外环三种方式。 w c d m a 还可采用一些先进的技术，如自适应天线( a d a p t i v ea n t e n n a s ) 、多 用户检测( m u l t i - u s e rd e t e c t i o n ) 、分集接收( 平交分集、时间分集) 、分层式小 区结构等，来提高整个系统的性能。 2 1 宽带码分多址( w c d m a ) 技术的优势 1 ) 业务灵活性 w c d m a 允许每个5 m h z 载波处理从8 k b p s 到2 m b p s 的混合业务。另外在 同一信遁上既可以进行电路交换业务也可以进行分组交换业务，从而实现真诈的 多媒体业务。 2 ) 频谱效率 w c d m a 能够高效利用可用的无线电频谱。由于它采用单小区复用，因此不 需要频率规划。利用分层小区结构、自适应天线阵列和相干解调( 双向) 等技术。 南京邮电学院碗j j 学位论文 第一章绪论 网络容量可以得到大幅提高。 3 ) 容量和覆盖范围 w c d m a 射频收发信机能够处理的话音用户是典型窄带收发信机的8 倍。每 个射频载波可处理8 0 个同时话音呼叫、或者每个载波可处理5 0 个同时的i n t e m e t 数据用户。 4 ) 每个连接可提供多种业务 w c d m 、符合真正的u m t s i m t _ 2 0 0 0 要求。分组和电路交换业务可在不同 的带宽内自由地混合、并可同时向同一用户提供。每个w c d m a 终端能够同时 接入多达6 个不同业务。 5 ) 网络规模的经济性 通过为现有数字蜂窝网络( 如g s m ) 增加w c d m a 无线接入并运行于两种 系统中，同一核心网络可被复用、并使用了相同的站点。 6 ) 卓越的话音能力 尽管下一代移动接入的主要目的是传输高比特率多媒体通信，但对于话音通 信它的能力也提高了。 7 ) 无缝的g s m ，u m t s 接入 双模冬端将在0 s m 网络和u m t s i m t - 2 0 0 0 网络之间提供无缝的切换和漫游 8 ) 快速业务接入 为了支持多媒体业务的即时接入，它利用快速同步来处理3 8 4 k b p s 分组数据 业务。 9 ) 低风险成熟技术 在日本和欧洲已经对w c d m a 评估了多年，爱立信、诺基亚以及日本的 n t t d o c o m o 进行了w c d m a 的测试工作。 1 0 ) 终端的经济性和简单性 w c d m a 手机所要求的信号处理更简单，终端易于进行大量生产，从而也就 带来了更高的规模经济、更多的竞争，网络运营公司和用户也将获得更大的选择 余地。 1 1 ) 从g s m 升级 w c d m a 使用与g s m 相近的网络协议结构( 信令) ，这样将能够使用现有的 4 南京邮电学院颤 学位论文 第一常绪论 g s m 网络作为核心网络基础设施。因此，w c d m a 为g s m 运营公司提供了在 现有投资上建立第三代无线接入的机会。 2 2 u m t sw c d m a 网络架构 2 2 。1u m t s 系统网络构成 图1 1 为u m t s 系统网络单元的基本架构 图l 一1u m t s 系统网络构成示意图 从图2 2 的u m t s 系统网络构成示意图中可以看出u m t s 系统的网络单元包 括如下部分： 1 u e ( u s e r e q u i p m e n t ) u e 是用户终端设备，它主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块 以及应用层软件模块等。u e 通过u u 接口与网络设备进行数据交互，为用户提供 电路域和分组域内的各种业务功能，包括普通话音、数据通信、移动多媒体、 i n t e m e t 应用( 如e m a i l 、w w w 浏览、f t p 等) 。u e 包括如下两部分： ( 1 ) m e ( m o b i l ee q u i p m e n t ) ：提供应用和服务； ( 2 ) u s i m ( u m t ss u b s c 抽e rm o d u 】e ) ：提供用户身份识别； 2 u t r a n ( u m t st e r r e s t r a ir a d i oa c c e s sn e t w o r ku m t s ) u t r a n ，即陆地无线接入网分为基站( n o d e b ) 和无线网络控制器( r n c ) 两部分。 ( 1 ) n o d e b n o d eb 是w c d m a 系统的基站( 即无线收发信机) ，相当于g s m 中的b t s 。 包括无线收发信机和基带处理部件。通过标准的i u b 接口和r n c 互连，主要完成 u u 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 南京邮电学院颂“l 学位论文 笫一章结论 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。 n o d eb 由下列几个逻辑功能模块构成：r f 收发放大、射频收发系统( t r x ) 、 基带部分l 3 b ) 、传输接口单元、基站控制部分。 ( 2 ) r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t m l i e r ) i c 即无线网络控制器，相当于g s m 中的b s c 。主要完成连接建立和断丌、 切换、宏分集合并、无线资源管理控制等功能，具体如下： 执行系统信息广播与系统接入控制功能； 切换和r n c 迁移等移动性管理功能： 宏分集合并、功率控制、无线承载分配等无线资源管理和控制功能 3 c n ( c o r en e t w o r k ) c n ，即核心网络，负责与其他网络的连接和对u e 的通信和管理。主要功能 实体如下： ( 1 ) m s c v l r m s c 厂、i r 是w c d m a 核心网c s 域功能节点，它通过i u c s 接口与u t r a n 相 连，通过p s t n ，i s d n 接口与外部网络( p s t n 、i s d n ) 等相连，通过c ，d 接口与 h l 刚a u c 相连，通过e 接口与其它m s c l r 、0 m s c 或s m c 相连，通过c a p 接 口与s c p 相连，通过g s 接口与s g s n 相连。m s c 厂v u t 的主要功能是提供c s 域的呼 叫控制、移动性管理、鉴权和加密等功能。 ( 2 ) g m s c g m s c 是w c d m a 移动网c s 域与外部网络之间的网关节点，是可选功能节 点。它通过p s t n i s d n 接口与外部网络( p s t n 、i s d n 、其它p l m n ) 相连，通 过c 接口与h l r 相连，通过c a p 接口与s c p 相连。g m s c 的主要功能是充当移动 网和固定网之间的移动关口局，完成p s t n 用户呼叫移动用户时，呼入呼叫的路 山功能，承担路由分析、网间接续、网间结算等重要功能。 ( 3 ) s g s n ( 服务g p r s 支持节点) s g s n 是w c d m a 核心网p s 域功能节点，它通过i u p s 接口与u t r a n 相连，通 过g “g p 接口与g g s n 相连，通过g r 接口与h l 刚a u c 相连，通过g s 接口与 m s c 厂v l r 相连，通过g e 接口与s c p 相连，通过g d 接口与 s m s g m s c s m s 1 w m s c 相连，通过g a 接口与c g 相连，通过g n g p 接口与s g s n 6 南京邮电学院硕士学位论文 第一章绪论 相连。s g s n 的主要功能是提供p s 域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权 和加密等功能。 ( 4 ) g g s n ( 网关g p r s 支持节点) g g s n 是w c d m a 核心网p s 域功能节点，通过g n g p 接口与s g s n 相连，通过 g i 接口与外部数据网络( i n t e m e t i n h 锄e t ) 相连，g g s n 提供数据包在w c d m a 移动网和夕k 部数据网之间的路由和封装。g g s n 主要功能是同外部i p 分组网络的 接口功能，g g s n 需要提供u e 接入外部分组网络的关口功能，从外部网的观点来 看，g g s n 就好象是可寻址w c d m a 移动网络中所有用户i p 的路由器，需要同外 部网络交换路由信息。 ( 5 ) h l r ( 归属位置寄存器) h l r 是w c d m a 核心网c s 域和p s 域共有的功能节点，它通过c 接口与 m s c ，、，l r 或g m s c 相连、通过g r 接口与s g s n 相连、通过g c 接口与g g s n 相连。 h l r 的主要功能是提供用户的签约信息存放、新业务支持、增强的鉴权等功能。 4 e x t e r n a ln e t w o r k e x t e m a l n e t w o r k s ，即外部网络，可以分为两类： ( 1 ) 电路交换网络( c sn e t w o r k s ) ：提供电路交换的连接服务，象通话服 务。i s d n 和p s t n 均属于电路交换网络。 ( 2 ) 匆组交换网络( p sn e m o r k s ) ：提供数据包的连接服务，i n t e m e t 属于 分组数据交换网络。 从图u m t s 网络单元构成示意图以及上面的简述可以看出，3 gw c d m a 系统 与2 gg s m 和2 5 gg p r s 网络相比，c n 部分的网络单元及其之间的接口变化不 大，重大的变化都发生在u t r a n 部分，包括网络单元和接口，由于本论文主要 研究基于i p 的u t r a n 的服务质量，所以下面对u t r a n 的结构、功能和接口进行 简单说明。 2 2 2u t r a n 的基本结构 u t r a n 的结构如图1 2 中虚线框所示【1 3 】： 南京邮电学院硕士学位论文 第一章绪论 图l 一2 u t r a n 的结构 u t 州包含一个或几个无线网络予系统( r n s ) 。一个r n s 由一个r n c 和 一个或多个基站( n o d e b ) 组成。i 乇n c 与c n 之间的接口是i u ( i u c s 、i u p s 、i u b c ) 接口，n o d eb 和r n c 通过i 曲接口连接。在u t r a n 内部，r n c 之间通过i u r 互联， i u r 可以通过r n c 之间的直接物理连接或通过传输网连接。r n c 用来分配和控制 与之相连或相关的n o d eb 的无线资源。n o d eb 则完成i u b 接口和u u 接口之间的数 据流的转换，同时也参与一部分无线资源管理。 ( 1 ) r n c r n c 用于控制u t r a n 的无线资源，它通过i u c s 接口与电路域( m s c ) 、i u p s 接口和分组域( s g s n ) 以及：h b c 接口与广播域( b c ) ( 图1 2 未标) 分别相连。 在移动台和u t 鼢n 之问的无线资源控制( r r c ) 协议在此终止。r n c 在逻辑上= 对应g s m 网络中的基站控制器( b s c ) 。控制n o d eb 的r n c 称为该n o d eb 的控 制r n c ( c r n c ) ，c r n c 负责对其控制的小区的无线资源进行管理。 如果：正一个移动台与u t r a n 的连接中用到了超过一个r n s 的无线资源，那 么这些涉反的i 斟s 可以分为： 服务r n s ( s r n s ) ：管理u e 和u t r a n 之间的无线连接。它是对应于该 u e 的i u 接口( u u 接口) 的终止点。无线接入承载的参数映射到传输信道 的参数，是否进行越区切换，丌环功率控制等基本的无线资源管理都是 由s r n s 中的s r n c ( 服务r n c )来完成的。一个与u t r a n 相连的u e 有且只能有一个s r n c 。 漂移r n s ( d r n s ) ：除了s r n s 以外，u e 所用到的r n s 称为d r n s 。其 对应的r n c 则是d r n c 。一个用户可以没有，也可以有一个或多个d r n s 。 通常在实际的实现中，r n c 包含了所有c r n c 、s r n c 和d r n c 的所以功能。 南京邮电学院预：学位论文 第一章绪论 ( 2 ) n 0 d e b n o d eb 是w c d m a 系统的基站，包括无线收发信机和基带处理部件。通过标 准的i u b 接口和r n c 互连，主要完成u u 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。 n o d eb 由下列几个逻辑功能模块构成：r f 收发放大、射频收发系统( t r x ) 、 基带部分( b b ) 、传输接口单元、基站控制部分。 鉴于本论文主要研究r 5 、扣i pu t 凡n 的o o s 保证，需要研究u t r a n 各主 要接口的详细情况，尤其是涉及了u u 接口和i u b 接口各信道的建立等，所以下 面对u t r a n 的各接口进行比较详细的说明，并且直接参照了相关接口的r 5 协 议结构图。 2 2 3u t l a n 各接口的基本协议介绍 w c d m 、网络u t r a n 部分的标准接口主要包括u u 、i u b 、i u r 和k 。w c d m a 的网络接口具有以下三个特点： 所有接口具有开放性 将无线网络层与传输层分离 控制面和用户面分离 ( 1 ) u u 接口 无线接口就是指用户设名( u e ) 和网络之间的u u 接口【8 ，9 ，1 0 ，1 1 。无线接口 的协议结构如图1 3 所示，无线接口分为三个协议层； 物理层l l 数据链路层l 2 p 1 络层l 3 其中l 1 被进一步分成媒体接入控制层( m a c ) 、无线链路控制层( r l c ) 、 分组数据会聚西议层( p d c p ) 和广播，多点传送控制层( b m c ) 。 l 3 和r l c 被分成控制面和用户面。p d c p 和b m c 仅在用户面存在。 在控制面，l 3 被分成几个子层。处于最底的子层被称为无线资源控制层 ( r r c ) ，它属于接入层，终止于u t r a n 。r r c 之上的子层提供“复制避免 ( d u p l i c a t i o n a v o i d a i l c e ) ”功能，它终止于c n ，向高层提供非接入层( n a s ) 9 堕塞些璺鲎堕堡：! ：兰竺堡苎羔曼! ! i 堕 业务。高层信令如移动管理( m m ) 和呼叫控制( c c ) 属于非接入层。 图1 3u u 接口协议结构 r l c 子层提供与无线传输技术紧密相关的自动重复请求( a r q ) 功能，r l c 在控制平面和用户平面上没有差别。 图1 3 中的方框代表对应协议的一个实体。同层通信的业务接入点( s a p ) 用圆 圈在层与层之间的接口处标识。位于m a c 和物理层之间的业务按入点提供传输 信道。位于r l c 和m a c 之间的业务接入点提供逻辑信道。在控制面里，复制避 免和高层( m m 、c c 、g m m 、s m ) 之间的接口被定义为通用控制、通知和专用 控制业务接入点。 从图1 3 中可以看到：在r r c 和r l c 、r r c 和m a c 、r r c 和l 1 、趾和p d c p 、 以及r r c 和b m c 之间存在连接。r r c 通过这些接口控制低层的配罱。因此，在 1 0 堕塞业皇兰堕堡圭兰竺丝塞 兰二皇! i 堡 r r c 和每个低层( p d c p 、r l c 、m a c 和l 1 ) 之间分别定义了一个独立的控制 业务接入点。 ( 2 ) l u b 接口 i u b 接口是r n c 与n o d b 之间的接口 1 9 ，2 0 ，2 1 。图1 4 为r 5i u b 接口协议结构 图与r 9 9 瓜4 不同在于其三个面的传输层都采用了双栈结构，一个基于a t m 的， 另一个基于i p 的。 i u b 接口协议结构由两个功能层组成： 无线网络层：规定与n o d eb 操作相关的程序。由无线网络控制平面和无 线网络用户平面组成。 传输层：规定了在n o d eb 和r n c 之间建立网络连接的程序。每个r a c h 、 每个f a c h 和每个c p c h 传输信道都应有一个专用的a a l 2 连接。 r a d i o n e t w o r l ( l a v e r t m n s p o r t l a v e r r a d i on e t 、v o r k c o n t r o lp i a n e 丁r a n s p o r t u s e rp l a n e n e t w o r k c o n t r 0 1p 1 a n e n 0 d e b 口 o匕 n a p p i i c a t - o np 矾 nn =nn nn n f n b a p ) 士z士士 = 1 。 勺_ 口 气 a l c a p q2 6 3 0 2a bb o h d l n e d o2 1 5 02 s s c f 圳is 9 c f u n l s c t ps s c o ps s c o p u d p i pa a l5工p a a l 2i p a a l 5 a t ma t m p h y s i c a ll a y e r 塑皇堂皇兰! ! 婴! 堂些堡苎 一墨二皇! ! 堡 在i u b 接口上传送的信息包括无线网络控制面与无线应用相关的信令( n b a p 等) 、用户面d c h 、r a c h 、f a c h 、f d dc p c h 、d s c h 、t d du s c h 和p c h 数据流。 ( 3 ) i u r 接口 u t r a n 内任何两个r n c 之间的逻辑连接被称作i u r 接口【1 7 ，1 8 】，r 51 w 接口协 议结构如图1 5 ： r a d i o c 0 n t r o ip l a n eu s e rp i a n e n e f w o i u r3 a i a l a y e r r n s a ps t r e a ln ( s ) t 艏n s d o n t 嘻惜rn d m 吲k 1 葛离船 t r a n s o 们fe h v o ( n e r k u s ep i a n e u s e rf妇r 日 l a y e r f f s ”) 1 s c c ps t c f q2 1 5 0 1 ) m 3 u a m t p bm 3 u f f s “、 s s c f n m ls c t p s s c o p a a l 2 d m a u n k p h 州吲l a y e r 图1 jr 5i u r 接口协议结构图 i u r 接口协议结构包括下面两个功能层： 无线网络层：定义了在p l m n 内与两个r n c s 的相互作用相关的程序。无 线网络层包括一个无线网络控制平面和一个无线网络用户平面。 p 送层：定义了用于在p l m n 内两个r n c s 之间建立物理连接的程序。 同l u b 接口一样，i u r 接口的无线网络层和传送层也有着明显的区分，无线网 络信令和i u r 数据流与数据传送资源和业务处理是分开的，资源和业务的处理由 传送信令来控制。传送信令由i u r 接口上的信令承载来传递。 ( 4 ) i u 接口 i u 接口规定了核心网和u t r a n 之间的接口【1 4 ，1 5 】，对于一个r n c 最多存在3 个不同的i u 接口：与c s 域( 核心网电路交换部分) 连接的i u c s ( 面向电路交换 域) 、与p s 域( 核心网分组交换部分) 连接的i u p s ( 面向分组交换域) 、与b c 堕塞坚生堂堕堡：! 兰些笙塞塑二皇丝鱼 域连接的i u 。b c ( 面向广播域) 。 对于c s 域，个r n c 至多能连接到一个c n 接入点上。同样对于p s 域，一个 r n c 连按到一个c n 接入点上。对于b c 域，一个r n c 可连接到多个c n 接入点上。 对于黔与c s 分开的核心网结构，c s 和p s 两个域中存在各自的信令连接和用 户数据连接，对传输层和无线网络层均是如此。 对于p s 与c s 组合在一起的核心网结构，c s 和p s 两个域中存在各自的用户数 据和s c c p 连接，对无线网络层和传输层均是如此。 同其它接口的协议栈类似，i u 接口协议栈在纵向分为两个平面：控制平面和 用户平面；在横向分为两个层次：无线网络层和传输网络层。r a n a p 和i u u p 协 议层分别为无线网络层上i u 接口上的控制面协议和用户面协议。i u 接口的无线网 络信令由无线接入网络应用部分气n a p 和业务域广播坍议s a b p 构成，r a n a p 和s a b p 协议构成处理c n 和u t m n 之间所有程序的机制。r a n a p 可以透明地在 c n 和u e 之间传送消息而不需要u t r a n 解释和处理。 r a d j o c 0 n t r 0 ip l a n ous erp i a n e n e t w or k l a v e r r a n a p l uu pp r o t o c o i l a ，er | t r a n s d o f t tr a ns d or tn c t w or ktr a ns 口or tn e t w or k tr a n s 口0r tn e t w or k n e t w or ku s e rp l a n e c o n t r o ip i a n e us erp i a n e l a v e r o2 6 3 02f f s ： s c c po2 i5 0 1f f s + + m 3 u am t p 3bm t p 3 b s s cf - s s c f nnin n le r t p ， a a l 2r t cp + ) s c t ps s c o p：s s c o p i pa a l5i pu d p ，i p 害土0 d a m l a t m 0 a t m ld a t “m 。 a t m j a “n 。j ph ys m il a y er ! j j! ： ： ： ： 图1 6r 5i u c s 的协议结构 根据c n 节点所处的域不同，i u 接口协议栈又分为面向电路交换域和面向分组 交换域两种结构，如图1 6 和图1 7 所示，面向电路交换域在传输网络层是采用直 南京邮电学院硕i 一半位论文 第一章绪论 接通过a a l 2 或a a l 5 殃射到a t m 的形式，而面向分组交换域在传输网络层则是 采取i po v e ra t m 的形式。 鼍 c o n t r o ip l a n e us e rp 1 a n e | i uu ppr o t o c o il a v e o 黾j r a n a p 酲 1 l 蚤n ”翟产”。 t r b ns d o nt r a n s o o r tn e l w o r k n e w o 咄 u s e fp l a n c c o n t r o lp l a n e 鼍 丢 m 3 u a 毛 s c t p g t p u6 t p - u 晏 s s c f n n l 重 s s c o 毒 i a t m l d a t a h k l d a l al l 酞， l p h y “c a l l a y ” 】 p h y s i c a ll a y e r l 图1 - 7r 5i u p s 的协议结构 i u c s 、i u p s 接口的协议分成两个平面： 门户平面协议：实现无线接入业务，即通过接入层传送用户数据。 控制平面协议：用于控制u e 和网络之间的无线接入载体和连接( 包括请 求的业务、控制不同的传输资源、切换和流量等) 还包括n a s 消息的透 明传输。 3 u t r a n 采用i p 的原因 3 1 在u t r a n 中采用i p 技术的优势 i p 网络作为各种业务的统一承载体已经在业界达成共识。从发展的角度来 看，今后电信网( 固定电话网、移动电话网) 、有线电视网、计算机网( 各种数 据业务网) 将融合形成统一的i p 核心网，也就是三网合一，而提供的各种业务 只是接入方式上的不同。 网络运营商希望有一个基于i p 的u t a n 方案以代替基于a t m 的u t r a n 南京邮电学院预j ：学位论文 第一章绪论 方案与以下的原因有关 6 】： 1 ) i p 网络能够支持多种流量类型以及它们的混合，并且支持低速的链路， 如s l i p 、t 1 e l 等。 2 ) i p 网络设备相对于a t m 设备在价格上具有很大的优势。 3 ) i p 技术可以作为终端技术，能够直接到桌面，能够支持大多数的应用程 序。 4 ) 网络的运行维护以及管理将同数据的传输一样，都是基于i p 技术的，这 样基于同一种技术可以节省大量的运营和管理成本。 5 ) i p 同a t m 一样是一种包交换转发技术，能够为有效的利用传输资源提 侠便利条件。 6 ) i p 是与第二层无关的，适合各种l 2 技术。 7 ) i p 具有自动配置的能力。 8 ) 工p 可以采用动态路由协议，因此能够动态的、及时的更新路由表。 总而言之，由于i p 技术本身的特点，在u t r a n 中采用i p 传送能够降低传 输费用，使网络的部署更灵活，也使网络具有可扩展性。因此从发展的角度以及 技术的角度，应该提供这样一个实现和选项给运营商，既可以采用基于a t m 也 可以选择基于i p ，或者两者同时存在，而具体应该采用何种方案则由运营商根 据具体情况加以控制选择。 3 1 在u t r a n 中采用i p 技术的问题 对于多动通信网，移动电话从第一代的模拟式发展到第二代数字式以后，也 开始了向多媒体综合业务演化的进程。发展第三代移动通信的目的是为了提供移 动多媒体业务同时为了扩展频率资源，提高频谱利用率和扩大容量，以及提供 全球漫游。 与发展b i s d n 的过程类似，3 g 开始也是采用a t m 交换机构成核心交换和 传输网络( 3 g p p 的r 9 9 ) ，因为a t m 网络能够提供丰富的q o s 特性，能保证端 到端服务的q o s 。互联网的兴起和i t u t 开始从b i s d n 转向i p 使得3 g