（通信与信息系统专业论文）sgsnserver测试的研究和应用.pdf

y 5 8 0 3 9 3 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的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。尽我所知，除了文q ，特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，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邮电大学或其他教 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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：_ 箨彳两一 日期：j 丝竺红幺一 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名 导师签名 同期：迎垒! 兰! 日期：如碰掣；2 s g s n s e r v e r 测试的研究和应用 摘要 由3 g p p 制定的，采用w c d m a 无线技术、u t r a n 接入网和改进的 g s m + g p r s 核心网的u m t s 是最重要的第三代移动通信系统解决方案之 一，为了推进u m t s 的商业化，必须对u m t s 产品进行相关的测试。以 确保这些产品在接入u m t s 网络之后能遵循协议规范，并能与其它的 u m t s 产品或其它技术人员开发的u m t s 产品正常地通信。 协议测试是从软件测试的基础上发展来的，协议测试有三种类型 的测试：一致性测试、互操作性测试和性能测试。致性测试是基础， 是通过观察具体实现在不同的环境和条件下的反应行为来验证协议实 现与相应的协议标准是否一致，而不涉及协议实现的内部结构。互操 作性测试是为了保证不同的协议实现在实际网络中能成功的通讯，而 进行的检测某协议实现与其它系统之间的交互过程是否正常的测 试。另外还要对协议的性能进行测试，如健壮性、吞吐量等。 本文结合目前协议测试理论的最新研究成果，并以在普天研究院 的u m t s 核心网s g s n 设备的研发经验为背景，论述了s g s n s e r v e r 测 试的分析研究、设计和实现。本论文首先分析了u m t s 的网络结构、协 议体系结构。然后对包括s g s n 的功能、性能要求和接口信令的介绍， ， 以及项目中s g s n 采用的协议栈软件，并以r a n a p 协议层为例，介绍了 面向3 g p p 的协议分析等；接着论述了s g s n 测试中用到的测试理论和 功能测试仿真工具软件的实现。在从测试方法、测试网络结构图和测 试环境资源等方面阐述了s g s n s e r v e r 测试的设计之后，重点研究了 系统的功能测试，从测试用例的设计、测试的实施以及测试数据的分 析等方面对系统进行了测试：较简单的讨论了负载性能测试。文章的 最后给出了工作的总结和进一步工作展望。 关键词：通用移动通信系统服务g p r s 支持节点服务器无线接入网络 应用实体协议测试 ：生窭m l ! ! ! 墨三兰塑! 堕兰至= ! ：兰堡堡兰 i n v e s t i g a t i o na n d a p p l t c a t i o no f s g s n s e r v e rt e s t a b s t r a c t u m t s w h i c hi s s e td o w nb y3 g p p ，u s i n gw c d m a w i r e l e s s t e c h n o l o g y , u t r a n a c c e s sn e t w o r ka n de n h a n c e d g s m + g p r sc o r e n e t w o r k ，i so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tr e s o l u t i o n so f t h em o s ti m p o r t a n t r e s o l u t i o n so f3 g i no r d e rt oc o m m e r c i a l i z eu m t s ，w e m u s tt a k et e s t i n g o nu m t s p r o d u c t ss ot h a tw e c a ne n s u r et h e yw i l lw o r kw e l lw h i l et h e y c o m m u n i c a t ew i t ho t h e rc o m m u n i c a t i o np r o d u c t so rp r o d u c t sd e s g n e db y o t h e rd e v e l o p e r s p r o t o c 0 1 t e s t i n g t h e o r y i sd e r i v e df r o m s o f t w a r e t e s t i n gt h e o r y - p r o t o c o lc o n f o r m a r i c et e s t i n gi s t h ef o u n d a t i o no fo t h e rp r o t o c o lt e s t i n g ， s u c ha si n t e r o p e r a b i l i t yt e s t i n ga n dp e r f o r m a n c e t e s t i n g ，i tc a ni m p r o v e t h 。 p r 。b a b i l i t y o fs u c c e s s f u l i n t e r c o m m u n i c a t i o n b e t w e e n t w 。p 。t o 。o l j m p l e m e n t a t i o n sb yt e s t i n gt h ei m p l e m e n t a t i 。n 。f ap r o t 。c 。1a c c o r d i n gt 。 i t ss p e c i f i c a t i o n t h e p a p e r d i s c u s s e s t h e d e s i g np h i l o s o p h y a n d i m p l e m 。n t a t i o n 4 ，i l s l f l l i l i i u 人学坝i 。蝴f 究! j 一学化i 仑史 m e t h o d so fs g s n s e r v e rt e s t ，w h i c hi s b a c k g r o u d e db yt h ee x p e r i m e n t d u r i n gd e v e l o p i n gs g s n i nt h ec o r en e t w o r ko fu m t si nc h i n ap u t i a n i n s t i t u t eo f t e c h n o l o g y a t f i r s t ，b a s e d o n b r i e f l yi n t r o d u c i n g t h e a r c h i t e c t u r eo fu m t sn e t w o r ka r c h i t e c t u r ea n ds i g n a l i n gp r o t o c o ls t a c k ， t h eo v e r a l li n t r o d u c eo fs g s n s e r v e ri sp r e s e n t e di nt h ep a p e r t h e na f t e r s u m m a r i z i n ga n da n a l y z i n gt h et h e o r y i nt h es t a n d a r da n dt h ec u r r e n t r e s e a r c ho np r o t o c o lt e s t i n gt h e o r y , t h es o f t w a r ed e s i g no ft e s t h a m e s si s d i s c u s s e d a tl a s t ，t h ei m p l e m e n t a t i nm e t h o d so fs g s n - s e r v e rt e s t a r e f u l l yd i s c u s s e d ，i n c l u d i n g t h et e s te n v i r o m e n t 、t e s t p o l i c y a n dt h e i m p l e m e n t a t i o n o ft e s t ，a tt h es a m et i m e ，t h et e s t r e s u l t s a n a l y s i s i s p r e s e n t e d k e yw o r d s ：u m t ss g s n s e r v e r r a n a pp r o t o c o lt e s t s 北康i f | | f i 也人学颂卜f i j f 究生学n 论止 第一章绪论 随着移动通讯的乜速发展，困际电信联盟( i t u ) 提出了第三代移动通信系统的 概念，旨在建立一个全球统一、无缝覆盖和自动楹游的移动通信系统，但各陶出 于自身政治和经济利益的考虑，形成了目前c d m a 2 0 0 0 、w c d m a ( w i d e b a n dc o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s1 和t d - - s c d m a ( t i m ed i v i s i o ns y n c h r o n o u sc o d ed i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s ) 三大标准。而通用移动通信系统u m t s 是由欧洲提出的采用 w c d m a 空间接口技术的3 g 移动通信系统，它遵循3 g p p ( 3 r dg e n e r a t i o n p a r t n e r s h i pp r o j e c t s ) 的规范，是全球最广泛接受的3 g 标准。w c d m a 的技术标准 正越来越成熟和完善，尚用刚络也已在r 1 本和欧洲等地启动。目前全球8 0 的移 动通信运营商计划或已经开始构建w c d m a 网络，华为、中兴、爱立信、诺基亚、 西门子、n e c 等许多知名电信厂商都已具备一定的w c d m a 技术和产、能力， 3 g p p 所规范的标准保证了现有g s m 网络可以平滑过渡到3 g ，有效地保证了目| j i 数亿g s m 用户及众多g s m 运营商的利益。u m t s ( u n i v e r s a l ，m o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n s s y s t e m ) 系统由核心网c n 、通用陆地无线接入网 u t r a n ( u m t st e r r e s t r i a l r a d i oa c c e s sn e t w o r ku m t s ) 和用户装鼍u e ( u s c r e q u i p m e n t ) 组成。c n 与u t r a n 的接口定义为i u 接口，u t r a n 与u e 的接口定 义为u u 接口。无线接入网络采用先进的w c d m a 技术，核心网络则采用灵活的、 可从g s m 网络平滑演进过来的分层的体系结构。 在u m t s 系统中，s g s n ( s e r v i c eg p r ss u p p o r tn o d e ) 、在分组域中的角色和 m s c v l r 在电路域中类似，具有网络接入控制、路由选择和转发、移动性管理、 会话管理、计费信息的收集等功能。它是从2 gg s m 网络演进成2 5 gg p r s 网络 时出现的核心网分组设备。从w c d m a 网络的演进模式来看，m s c v l r 和s g s n 是移动核心网的控制中，i i , ，m s c v l r 负责电路域( 语音部分) ，而s g s n 负责分组 域( 数据部分) ，是协议和接1 2 1 最为复杂的设备。 在3 g 系统的开发和商用试验阶段，为了使得来自不同厂家的系统能够成功 地进行通信，必须有标准化的协议，它规定了通信系统之间进行通信时应遵守的规 ! i ! 1 1 。但标准化的协议并不能确保通信的成功。由于设计者对标准的不同理解，以及 各个厂家持有不同的技术政策，导致其产品的某些性能偏离标准，通信系统网络不 能难常工作。而测试是一个试图通过验证的方法找出错误的过程，随着开放型异 构通讯网络的快速发展，协议测试理论和技术的研究越来越重要，已经成为国际上 通讯网络研究的热点之一。 s g s n 测试方法与测试技术的研究是促进s g s n 技术的发展、促进核心网络 北京邮i u 人学坝h 卅究生学位论殳 的建设、确保各种s g s n 设备协调工作、提供优良通信服务的1 i 州缺少的个力 谢。l j j 于s g s n 投术仍然处于彳：断发展的过程r i | ，各s g s n 系统供心阳为争取s g s n 市场的分额、在s g s n 的相关标准或规范并不完善的情况下，给移动通讯嘲的建 设和保证网络性能等方面带来一些问题。在通信嘲的建设中，除通信剐的规划。 t 有非常重要的地位外，通信设备的功能测试和性能测试无刁i 对整个通信网的性能 指标、所能提供的业务以及服务质量产生影响。 本论文共为七章。在第二章中首先对第三代移动通信系统作了简明扼要的介 绍，着重分析了u m t s 的网络结构、协议体系结构及协议的版本；第三章研究了 s g s n 方面的技术，包括s g s n 的功能、性能要求和接口信令要求的阐述，以及项 目中s g s n 采用的协议栈软件，并以r a n a p 协议层为例，探讨了面向3 g p p 的协 议分析等：第四章系统地阐述了s g s n 测试中用到的测试理论，协议一致性测试 的一些基本概念和测试集的般结构，并对协议一致性测试中的测试方法和测试 过程进行了总结和分析，同时较简单地介绍了协议的性能测试；第五章主要介绍 了s g s n - - s e r v e r 中核心部分s s ( s i g n a l l i n gs e r v e r ) 的功能测试仿真工具软件的实 现，它位于s g s n 侧，用来配合k 1 2 9 7 对s g s n - - s e r v e r 进行功能测试，这里描 述了这个软件的主要模块划分和功能流程。第六章重点探讨了项目中的s g s n 的 测试，其中包括s g s n 通常测试、功能测试测试和性能测试，着重全面的描述了 功能测试中的协议一致性测试集的开发和实现，验证了前面所述的协议测试方法 的可行性，并提出了结合测试工具k 1 2 9 7 的自己的测试策略，同时，概要的分析 项目中的性能分析。第七章是结束语。 1 l 鼻：邮i u 人学烦j + 埘兜p 学位论卫 2 1u m t s 概述 第二章u m t s 的系统结构 u m t s ，w c d m a 系统是i m t - 2 0 0 0 家族的一员，u m t s 系统由核心网c n 、通 用陆地无线接入网u t r a n 和用户装置u e 组成叽c n 与u t r a n 的接口定义为 i u 接口，u t r a n 与u e 的接口定义为u u 接口。其中无线接入网络用于处理所有 与无线有关的功能，而c n 处理u m t s 系统内所有的话音呼叫和数据处理，并实 现与外部网络的交换和路由功能。r a n 、c n 与用户设备一起构成了整个u m t s 系统，如图2 1 所示。无线接入网络采用先进的w c d m a 技术，核心网络则采用 灵活的、可从g s m 网络平滑演进过来的分层的体系结构。 2 2 网络功能实体 图2 - 1t l l 盯s 系统网络构成示意图 网络功能实体代表一组功能，并不等同于物理设备。从图2 1 可以看出u m t s 系统的功能实体包括如下部分： u e ( u s e re q u i p m e n t ) 是用户终端设备，主要分为射频处理单元、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i = 1 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 r n e t 应用t u t r a n ( u m t st e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r ku m t s ) ，即陆地无线接入 北京| | | | i l u 凡学坝i j l i j f _ 究生? 位论文 网，分为基站n o d eb 和无线网络控制器( r n c ) 两部分。见线接入j 圳络提供 w c d m a 终端i _ 符和核心网络的连结，并负责无线资源的管删干渊眦。n o d cb ， 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l u b 接 口和r n c 互连，主要完成u u 接i _ ：| 1 物理层协议的处月! 。它的主要功能足扩频、训 制、信道编码及解扩、解调、信道解码等功能；r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) 是无线网络控制器，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无线资源管 理控制等功能1 2 1 。 c n 即核心网络，负责与其他弼络的连接和对u e 的通信和管理。核心网( c n ) 从逻辑上可划分为电路域( c s 域) 、分组域( p s 域) 和广播域( b c 域) 3 1 。 c s 域设备是指为用户提供“电路型业务”，或提供相关信令连接的实体。c s 域 特有的实体包括：m s c 、g m s c 、v l r 、i w f 。p s 域为用户提供“分组型数据业 务”，p s 域特有的实体包括：s g s n 和g g s n 。其他设备如h l r 或h s s 、a u c 、 e i r 等为c s 域与p s 域共用。 ( 1 ) m s c l r m s c v l r 是w c d m a 核心网c s 域功能节点，它通过i uc s 接口与u t r a n 相 连，通过p s t n i s d n 接1 2 1 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 r a u c 相连，通过e 接口与其它m s c v l r 、g 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 v l r 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，它的主要功能是 充当移动网和固定网之间的移动关口局。完成p s t n 用户呼移动用户时，呼入呼 叫的路由功能，承担路由分析、网间接续、网间结算等重要功能。 ( 3 ) s g s n s g s n ( 服务g p r s 支持节点) 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 r 帕p 接口与g g s n 相连，通过g r 接口与h l r a u c 相连。通过g s 接口与m s c 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 i w m s c 相连，通过g a 接1 2 1 与c g 相连，通过g n g p 接 口与s g s n 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 g g s n ( 网关g p r s 支持节点) 是w c d m a 核心网p s 域功能节点。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 北京懈f 乜人1 譬颂 埘究卜学缸论文 关l j 功能，从外部嘲的观点来看，g g s n 就好象是可寻址w c d m a 移动叫络t ，i 有用户i p 的路由器，需要同外部网络交换路由信息。 ( 5 ) h i 。r h l r ( 归属位置寄存器) 是w c d m a 核心网c s 域和p s 域共有的功能节点，它 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。 2 3u m t s 的3 g p p 的协议结构 u m t s 协议栈包括两类逻辑平面：用户平面和控制平面。用户平面协议栈如图 2 2 所示，它由系列协议层与实体组成，用于完成实际无线接入承载业务的协议， 如在接入层传输的用户数据。控制平面用于从不同方面对无线接入承载和u e 与网 络之间的连接进行控制的协议，包括业务请求、控制不同传输资源、切换等，同时 还包括非接八层透明传输的机制。 2 3 1 用户平面 用户平面协议栈如图2 2 所示，它由一系列协议层与实体组成，用户平面由分 层的协议构成，它能提供用户信息传递，采用信息传递控制过程，如在接入层传 输用户数据。它提供透明传输用户数据的机制以及对与数据传输相关的一系列传 输控制过程( 流量控制，误码检测，纠错和恢复等) 1 4 j 。u m t s 在s g s n 用户平面 主要包括用户平面的g p r s 隧道协议层( g t p u ) ，中继层( r e l a y ) ，u d p i p 协议。各协议层的主要功能如下所述：g t p 层主要在g s n 间的g p r s 骨干网上以隧 道方式进行多协议数据分组的传输；g t p u 层用来在u t r a n 和3 g - s g s n 以及骨 干网络的g s n 之间隧道传输用户数据，所有的p d pp d u 将被g t p 所封装。r e l a y 层是在l u p s $ 1 ：i g n 接口之间中继符合p d p 的分组数据单元。u d p i p 协议是骨干网络 协议，用来提供用户数据和信令的路由和传输功能。无线接入承载业务通过接入 层从一个业务接入点向另一个业务接入点提供。 儿京邮l u 人学倾i 。研咒生学位论殳 p p l c a l t o ” egi p i g i p p p p i ，l ，i = ：! = = ：= 夕 m a ca l 5 l ia t m 图2 - 2u s e rp l a n ef o ru m t s 2 | 3 2 控制平面 u m t s 信令平面是对用户平面的控制和支持，其协议栈如图2 ，3 、2 - 4 和2 5 所 示，它由管理和控制用户平面的协议和实体组成：负责控制分组域网络接入连接； 控制一个己建立的网络接入连接的属性；控制一个已建立的网络连接的路由通道， 以支持用户移动性；控制网络资源的分配，满足不断变化的用户需求等功能。它利 用用户平面层协议进行信令传输，同时包括如下管理实体： 会话管理( s m ) 实体：会话管理实体负责用户p d p 上下文处理，为数据转发提 供路出。它主要包括几个主要的流程：实名用户p d p 上下文激活流程、实名用户 p d p 上下文去激活流程、实名用户p d p 上下文修改流程、匿名用户p d p 上下文激 活与去活流程。 移动性管理( g m m ) 实体：移动管理实体支持移动性管理功能，主要包含附蔫、 分离、安全、路由区域更新等主要流程。 无线接入网络应m ( r a n a p ) 实体：主要实现三个功能：为m s 和s g s n 的高层 信令提供传输通道；传递u t r a n 和s g s n 之间的信令；管理i u 接口上的g t p 连 接。 移动应用部分( m a p ) 实体：主要传递与移动管理有关的信令，例如路由区更新、 用户数据插入、清除m s 等m a p 业务。 t c a p 、s c c p 、m t p 3 和m t p 2 ：为m a p 协议提供承载功能。 j l ：s l , a i l l i i i x 人学硼i 埘究生学位论文 b a s es t a t i o ns y s t e ma p p l i c a t i o np a r t + ( b s s a p + ) ：b s s a p 过程的予集，用来史持 s g s n 和m s c v l r 之间的信令。该信令主要用来实现分组交换业务和电路交换业 务的协调，以便更加高效地使用无线和网络资源。例如复合的g p r s 和非g p r s 位置更新。 控制平面上的g p r s 隧道协议层( g t p - c ) ：该协议主要用于s g s n 和g g s n 、 s g s n 和s g s n 之间，用于实现隧道的建立、修改和维护等功能。 g m m ， g m m ， s m ，s l u t s s m ，s m s r 哆 r r c n n d - o - f f “ r a n a p r l cr l cs c c p s c c p m a cm a c s i 删n gs n i a a l 5 a a l 5 l il i a 1 ma t m 3 g s g s n 图2 - 3c o n t r o tp l a n e 螨一3 g - s g s n 5 m a pm ” 1 c a pt c a p s c c ps c c p m t f 3m t p 3 m 唧m m l l l l s g s n h l r 图2 - 4c o n t r o lp l a n es g s n h l r 5 s g s n m s c ，v l r 图2 - 5c o n t r o lp l a n es g s n m s c v l r 北“邮i u 人学颂i w 究生学位论立 第三章s g s n 项目的技术和协议分析 3 1s g s n 项目的概述 s g s n 是从2 gg s m 网络演进成2 5 gg p r s 网络时出现的核心网设备。在3 g w c d m a ( u m t s ) 中，s g s n 在分组域中的角色和m s c v l r 在电路域中类似， 具有网络接入控制、路由选择和转发、移动性管理、会话管理、计费信息的收集 等功能。从w c d m a 网络的演进模式来看，m s c v l r 和s g s n 是移动核心网的 控制中心，m s c v l r 负责电路域( 语音部分) 而s g s n 负责分组域( 数据部分) ， 是协议和接口最为复杂的设备。 s g s n 在p s 网络内应该能够实现以下定义了几个功能组，其中每一个功能 组又包括许多个别功能：网络接入控制功能；分组路由和传递功能；移动性管理 功能；无线资源管理功能和网络管理等功能。 本项目中的s g s n 是基于r 4 架构实现r 9 9 功能的全i p 解决方案，走在了开 发“全i p 、语音和数据集成的下一代无线网络的前沿，并采用分离架构。s g s n 分 离为s g s n s e r v e r 和p s - m g w 两个设备。( 6 j 其中s g s ns e r v e r 是g p r s 的主要控制 节点。它处理s g s n 所有的信令接口，包括g n 和g p 接口上的g t p c 协议以及 i u 接口上的r a n a p 协议。s g s ns e r v e r 通过m p 接口控制p s m g w 。p s m g w 为 g p r s 处理用户层。它通过g n 与g p 接口将g t p - u 隧道终止于g g s n 或通过i u 接口终止于r n c 。s g s ns e r v e r 和p s m g w 之间的关系代表着主与从之间的结构 联系。因此这种关系暗示出m p 接口是主从接口。此时s g s n 在网络中的位置如 下图3 1 所示。四种实体分别采用合作开发，委托- 歼发和独立完成等多种形式。 其中s g s n s e r v e r 由普天信息技术研究院与t e l o s 公司合作开发；s i g n a l i n gs e r v e r 采用t r i i l i u m 公司的协议栈，由普天信息技术研究院与t e l o s 公司共同集成； p s m g w 部分委托s t a r e n t 完成：s g w 采用a u d i o c o d e 公司产品。1 7 】 北京l | | | j i u 人学瑚f 研究生学位沦义 图3 - 1 基于r 4 架构的r 9 9w c i ) b l a 系统架构”1 s g s ns e r v e r 和v m s cs e r v e r 进行呼叫控制，分别负责对接入分组和电路域业 务的用户进行认证、授权、移动性管理及对c s p s m g w 的连接控制，除此之外 s g s ns e r v e r 还要进行会话管理；c s p s m g w 作为语音数据的承载平台；3 g s g s n s e r v e r 和v m s cs e r v e r 通过m g c p h 2 4 8 实现对c s p s m g w 的控制。 在这种架构下，通过将信令处理，呼叫控制和语音数据的传送分离的模式，很 好地适应下一代网络的需求f 9 】，对于向“全i p 网络”的演迸具有极大的优势；能 够提高整个系统的性能，可靠性，可扩展性和平滑升级能力。将信令处理，移动 性管理、呼叫控制部分的软件放在服务器上，充分发挥服务器的计算能力，而将 语音数据传送部分放在硬件平台上，可以充分发挥专用芯片的数据转发和语音的 处理能力。 3 2s g s n 功能需求 3 ，2 i 网络接入控制功能 1 安仝保密 u m t s 鉴权功能：s g s n 应能通过鉴权功能实现网络对用户和用户对网络的互 鉴权以及密钥协商。鉴权包括对i m s i 、p - t m s i 的校验，通常与移动性管理程序一 起执行。可通过人机命令启用或关闭鉴权功能。 p t m s i 和p t m s i 签名的分配功能：p t m s i 可作为临时用户标识，可保护 i m s i 的安全性。p t m s i 重分配过程通常伴随着分配p - t m s is i o n a t u r e 过程。 信令一致性保护功能：为保证信令的一致性，在u e 和r n c 之间对信令致性 进行校验。s g s n 在发给r n c 的s e c u r i t ym o d ec o m m a n d 消息中加入支持的一致 北京舢j l 也人学颂i 。州究生学位论义 性算法列表和i k ，r n c 再参照u e 的能力选择一致性算法，实现致保护。 2 许可控制 s g s n 应具有许可控制功能，以计算支持所请求的q o s 需要哪些网络资源， 确定是否可以提供这些资源，并预留这些资源。 3 2 2 移动性管理功能 可支持2 g 用户和3 g 用户同时接入网络。 1 移动性管理状念模型 s g s n 应支持2 g 的m m 状态模型以及支持如图3 - 2 所示的3 gp m m 状态模 型，该状态模型包括p m m 分离、p m m 空闲和p m m 连接三种状态，s g s n 应能 管理这三种状态之间的转换。 m sm ms t a t e s s e r v i f gr n c 糟l o c a ”o n 3 g s g s nm ms t a t e s 图3 - 2p 嘲状态模型”1 2 附着： 通过执行附着过程，在m s 和s g s n 中应建立m m 上下文。 s g s n 应支持以下附着类型：g p r s 附着；已i m s i 附着的m s 进行g p r s 附着； 联合的g p r s i m s l 附着 3 分离 分离过程可山m s 或网络侧发起。s g s n 应支持以下分离类型： m s 发起的分离类型：g p r s 分离；已联合附着m s 的i m s l 分离；联合的 g p r s i m s l 分离。 网络侧发起的分离类型：s g s n 发起的分离；h l r 发起的分离： 4 位置管理 s g s n 应能支持不同生产厂家设备问的移动用户国内和国际全自动漫游，著且 北j j j ； 1 j u 人学坝i 圳宄生学位论文 移动_ 1 j 1 1 1 的漫游应该不影响对其所提供的业务。s g s n 也应支持对m s 的漫游限 制。 s g s n j 蛾支持多种类型的位置更新，包括：s g s n 内部的路d 区殳新：s g s n 之洲的路由区更新；s g s n 内部的路由区，位置区联合更新：s g s n 之间的路山区 位置区联合更新：服务r n s 重定位；联合的硬切换和服务r n s 重定位：联合的小区 u r a 和服务r n s 重定位；周期性的路由区和位簧区更新。 5 清除 s g s n 将分离的m s 的m m 上下文和p d p 上下文去删除之后，可以通过清除 消息通知h l r 设置该m s 的g p r s 清除标志。 6 业务请求 s g s n 应支持业务请求程序，包括：m s 发起的业务请求。网络发起的业务请 求。 处于p m m - i d l e 状态的m s 可通过该程序请求建立到s g s n 的安全连接，以 发送上行信令消息或用户数据。处于p m m c o n n e c t e d 状态的m s 可通过该程 序为己激活的p d p 上下文请求资源预留。 s g s n 接收到发往处于p m m - i d l e 状态的m s 的下行分组时，可通过寻呼消 息触发该程序，从而建立起m s 与s g s n 之间的安全连接用于下行分组的传送。 3 , 2 3 无线资源管理 1 寻呼功能 s g s n 应支持以下寻呼功能：g p r s 寻呼功能；来自m s c ，v l r 的电路寻呼功能； 3 2 4 用户数据管理功能 s g s n 中应能支持h l r 插入用户数据和删除用户数据程序，能存储、修改和 删除当前活动在s g s n 区域中的移动用户的有关数据，主要是m m 上下文和p d p 上下文中的内容。 3 2 5 会话管理功能 s g s n 应支持p d p 状态模型。应能存储处于待命和准备就绪状态的m s 的p d p 上下文。应具有处理p d p 上下文、根据a p n 及用户签约数据推导出相应的g g s n 逻辑名并解析成相应的i p 地址以建立、维护和释放数据连接的功能，具体如下： p d p 上下文的激活：m s 发起的p d p 上下文的激活；m s 发起的二次p d p 上下 文的激活：网络发起的p d p 上下文的激活。 p d p 上下文的修改：s g s n 发起的p d p 上下文的修改；g g s n 发起的p d p 上下 文的修改；m s 发起的p d p 上下文的修改；r n c 发起i u 连接释放引起的p d p 上下 北小邮也人学砸i ：t , j f 究生学位沧史 文的修改；r a b 释放引起的p d p 上下文的修改；激活的p d p 上一f 文的保存： u i r a n 触发的r a b 的释放，包括r a b 释放程序和i u 释放程序：r a b 的重建。 p d p 上下文的去活：m s 发起的p d p 上下文去活；s g s n 发起的p d p 上f 文去 活；g g s n 发超的p d p 上下文去活。 3 2 6 路由选择和数据转发功能 s g s n 应具有将从上个节点接收到的分组数据( p d p p d u ) 转发给路由中下 一个节点的功能。在p d pp d u 被转发给下一节点之前或者在最大保持时闯之内， s g s n 应能存储所有有效的p d pp d u 。 s g s n 应支持对p d pp d u 的封装和去封装功能。在g p r s 骨干网中，s g s n 应具有利用一条由t e i d 来标识的点到点双向隧道来传输封装数据的功能。在 s g s n 与r n c 之间，s g s n 应具有利用一条由t e i d 来标识的点到点双向隧道来 传输封装数据的功能。 3 2 7 计费信息收集功能 s g s n 应能收集每个m s 使用无线网络以及g p r s 网络资源相关的计费信息， 并能将所收集到的计费信息通过g a 接口送往计费网关进行处理。 3 3 基本业务数据及设备性能要求 3 3 1 基本业务数据 下述业务数据均为参考数值，各运营者可根据实际统计值，做相应调拯。 3 3 2g s n 业务数据 用户的数掘量预测：忙时每用户韵数据量6 0 0 b p s ： 分组域业务模型： 忙时每用户a t t a c h 次数：0 5 忙时每用户d t t a c h 次数：0 5 忙时侮用户p d p 上下文激活次数：l 忙时每用，o p d p 上下文去激活次数：l 忙时每用户路由区更新次数：1 5 _ | 二下行数据量的比例：】：4 平均i p 包长：1 5 0b y t e 忙时每用户短消息个数：0 5 1 【l o l 北京| | | | f i u 人# 坝l j f _ 究，i 二学位论文 3 4s g s n 性能要求 3 41 可靠。陛 厂家应提供设备的预测m t b f ( m t b f 至少应达到2 力小时以上) ，系统中断服 务时间应小于3 分钟每年。 系统关键软件、硬件应有一定的备份措旌，进行n + i 或1 + 1 冗余备份。保证 系统的不问断运行，系统应具有软件、硬件故障在线恢复的能力。 3 4 2 吞吐量和容量 厂家提供设备的存储容量和处理能力应满足运营商的要求，包括以下参数： 可存储的最大p d p 上下文；可支持的最大用户附着数；可同时激活的最大p d p 上下文；计费容量( 话单数缓存容量g b p s ) 最大分组业务处理能力和最大信令 处理能力。 3 4 3 网络接口 s g s n 设备应支持运营商对i u 接口、g b 接口( 可选) 、g s 接口( 可选) 、g d 接 1 2 1 、g r 接口、g n g p 接口以及g a 接口的接1 2 1 类型要求与接口数量要求。 3 5 接口与信令要求 3 5 1l u 接口 u t r a n 和c n 之间的接口为i u 接口。面向c n 的p s 域的i u 接口叫作i u p s 。 它的协议结构图如图3 3 所示。 ! ! ! 业! ! 叁兰竺! ! 坐塑竺兰堡堡兰 无线 控制平面 川ps 卜i ：f i i 网络屡 i uu pp r o t o c o i r a n a p l ，a y e r l l 传送 传送悯络 传送州绦传送刚络 网络层 用户平面 控制一卜面用户平碰 s c c p m 3 u a ： m t p 3 b r s c t p g t p - u s g c p n n l l u d p s s c o p i p i p a l 5 从l 5 善 i a t m i1 a t m ： i ： i | p h y s t a i l a y c r ；l 脚i c 面l a y e r ； ：。 j 。i ! 1 困3 - 3p s 域的r u 接口协议结构 对于p s 域： 控制平面网络层的协议参见t s2 5 4 1 3u t r a ni u 接口r a n a p 信令。 控制平面的传送网用户平面的协议参见t s2 5 4 1 2u t r a ni u 接口信令传输。 一用户平面网络层的协议参见t s2 5 4 1 5u t r a ni u 接口用户平面协议。 用户平面的传送网用户平面和传送网的控制平面的协议参见t s2 5 4 1 4 u t r a ni u 接口数据传输和传输信令。 根据业务量，i u 接口可采用2 m b s 、s t m 1 连接( 1 5 5 m b s ) 。传输可采用p d h 、 s d h 。 3 5 2m a p 接口 以下接口基于m a p 协议，遵循3 g p p t s2 3 0 0 2 ： 一h l r 与g m s c 间接口为c 接口； - - v l r 与肌r 间接口为d 接口： 一m s c 间接口为e 接口； + - v l r 间接口为g 接口； 北京邮l u 人学坝l 。 ! j f 究生学位论文 一s g s n 与h l r 问的接 1 。 此接e l 为个至n o 7 信令网的接口。基于2 m b i t s 、6 4 k b