移动通信3G核心网原理.ppt

WCDMA核心网原理 课程目的 1 了解WCDMA核心网的演进过程2 掌握R4核心网设备功能3 了解核心网设备引入原则4 掌握核心网组网方案和路由原则5 了解WCDMA核心网新增号码 课程大纲 一 WCDMA核心网的演进1 核心网定义2 核心网结构特点3 核心网演进路线二 WCDMAR4网络原理1 R4网络特点2 设备功能三 核心网接口与协议栈1 核心网接口介绍2 基于IP的七号信令网3 信令网关4 接口和协议介绍 四 核心网设备引入1 核心网设备引入应考虑的因素2 电路域设备引入3 分组域设备引入4 3G和2G共用的网络设备五 核心网的组网原则和路由计划1 核心网组网总体原则2 本地网路由3 国内路由4 国际路由六 核心网编号方案1 新引入号码2 共用号码3 MSISDN和IMSI号码对应关系 WCDMA核心网原理 一 WCDMA核心网的演进 1 核心网定义 用户终端 核心网络 由一系列完成用户位置管理 网络功能和业务控制等功能的物理实体组成 包括MSC HLR SGSN GGSN等网元 RNC RNC GSM BSC BSC WCDMA External IPnetworks IP Backbone PSTN ISDN OtherPLMN HLR GGSN R99网络结构 电路域 分组域 2 核心网结构特点 TransmitMSC 3GMSC SGSN ATM 核心网络逻辑上分为CS电路域和PS分组域CS由GSM技术演进 PS由GPRS技术演进CS电路域仍然采用传统的电路交换技术PS电路域无重大改进核心网和接入网的Iu接口基于ATM技术 GSM GPRS CS电路域 PS分组域 3G核心网 2G核心网 R99核心网特点 RNC GSM BSC WCDMA MGW ExternalIPnetworks IP ATM TDMBackbone MGW PSTN ISDN OtherPLMN HLR GGSN HLR 分组域无重大改进 电路域采用承载与控制相分离的软交换方式组网 MSS MSS R4网络结构 IP IP 电路域采用承载与控制相分离的软交换结构分组域无重大改进电路域引入IP承载方式 分组域和电路域能够共用IP骨干网支持基于IP承载的NO 7信令支持TrFO 免编解码操作 技术 R4核心网特点 MSC MSS MGW 2G核心网 3G核心网 我是新成员 R5网络结构和特点 电路域 分组域 接入网 核心网电路域无变化 核心网分组域引入IP多媒体子系统IMS HLR升级为HSS IMS HLR升级而来 IMS IPMultimediaSubsystemIP多媒体子系统HSS HLRSubscriberServer归属用户服务器 3 WCDMA核心网的演进路线 电路域 分组域 2G R99 R4 R5 GSM技术 GPRS技术 引入CS的概念 仍采用传统的电路交换方式 引入PS的概念 无重大改进 采用承载与控制相分离的软交换方式组网 无重大改进 无重大改进 引入了IP多媒体子系统 电路域承载与控制相分离使核心网发生了革命性变化 4 中国移动的选择 中国移动3G网络将以3GPPR4版本以及R5中的HSDPA为基础 对于IMS等其他功能将在条件成熟时引入 R99 R4 R5 Whichoneisourchoice 本章小结 本章主要讲解了WCDMA核心网的演进路线 简要阐述了WCDMA各个版本核心网的特点 请思考 WCDMA核心网发生根本性的变化的原因是什么 WCDMA核心网原理 二 WCDMAR4核心网原理 1 R4核心网特点 1 电路域 控制与承载相分离的软交换方式组网2 电路域 IP承载骨干网3 采用ATM承载和接入网相连接4 基于IP承载的NO 7信令5 电路域 TrFO 免编解码操作 新功能 BEARER 承载 UE NodeB RNC CN 承载的概念 什么是承载 可以穿过不同的网元在不同的接口上传送的隧道称为承载逻辑上类似于2G的电路 承载和控制相分离是指什么 IP ATM TDMBackbone MGW MGW GSM WCDMA 信令 承载 指控制面的信令和用户面的承载分别由独立的网元负责 升级方便 便于开展新业务 MSS集中管理 提高维护效率 组网灵活性强 MSC MSC MSS MSS MGW IP骨干网 MGW GGSN H 248 H 248 引入IP承载 MGW之间支持多种承载方式ATM IP TDM 中移动选择IP承载 电路域和分组域可以共用骨干网 统计复用 提高带宽利用率 话路不需要分级汇接 全IP是发展目标 缺少大规模IP骨干网的商用经验 MSS MSS ATM承载 RNC WCDMA MGW IP ATM TDMBackbone MGW GGSN IP 核心网和接入网之间采用ATM承载 服务质量有保证提高带宽的利用率但目前ATM网络不如TDM和IP网络成熟 管理复杂 与RNC相连的设备都是ATM交换机 MSS MSS ATM ATM ATM TrFO功能 TC TC AMR AMR G 711 AMR 传统的语音传送模式 TrFO模式 避免TC对语音质量的损伤 有利于提高语音质量节省TC开销 降低设备投资成本节省传输带宽 TrFO TranscoderFreeOperation免编解码操作 2 R4核心网设备功能 1 MSS的功能2 MGW的功能3 CMN的功能4 IW MSS IW MGW的功能 MSS的功能 呼叫控制 计费 移动性管理 智能SSF功能 支持ISUP协议 MSC MSS 新增加媒体资源控制功能只提供信令接口支持BICC信令支持MGW的故障恢复和登记 MSS指MSCSERVER 移动软交换网中端局呼叫控制节点 MGW的功能 MGW MediaGateway 即媒体网关 MGW 完成MGW两侧通路的承载控制语音处理功能承载媒体资源转换功能播放录音通知回声抑制IPQOS功能 将媒体流和信令流分开 MSS CMN CallMediationNode 即呼叫协调节点 MGW 负责传递MSS之间的呼叫控制信令被叫号码分析功能3G初期 CMN可以由软交换的SERVER来兼作 CMN的功能 MGW MSS MSS CMN 呼叫控制信令 IW MSS IW MGW的功能 主要负责辖区内TDM网 就远出R4网 就近入R4网 话务与R4软交换机之间的互通3G初期 当端局MGW与TDM交换机之间不具备直达TDM电路时 也通过IW MSS IW MGW实现互通 MGW IW MGW MSS IW MSS 2GMSC或GMSC TDM网络 媒体路由 本章小结 本章主要讲解了R4核心网的特点和设备功能请思考 R4核心网有哪些特点 并分别描述 WCDMA核心网原理 三 WCDMA核心网接口与协议 RNC BSC MGW IW MGW HLR SCP SGSN TDM交换机 NODEB BTS Iu cs A Mc Nb Mc Nc J J C D Gs E A Iu ps GGSN Gn 1 R4核心网网络接口图 CG Ga INTERNET Gi Gr Iu接口Mc接口Nc接口Nb接口Gn接口Gs接口 RANAP RANAP GTP GTP RTP H 248 H 248 BICC CAP CAP MAP MAP BSSAP BSSAP MAP IW MSS MSS MGW HLR GGSN SIGTRAN 什么是SIGTRAN SIGTRAN SIGTRAN SIGTRAN SIGTRAN SIGTRAN IP IP IP IP IP SignallingTransferoverIP的缩写 是NO 7信令消息在IP网络传送的适配协议的总称 M3UA SCTP IP SIGTRAN 协议适配 消息传输 M3UA MTP3UserAdaptationMTP3用户适配层SCTP StreamControlTransmissionPart流控制传输协议 2 基于IP的NO 7信令 MGW MSS MSS 信令网关 英文Signallinggateway 缩写为SG转接NO 7信令网和IP信令网之间的信令消息中移动在3G初期引入MGW内置的信令网关 RNC BSC MGW IW MGW BTS Iu cs A Mc Nb Mc Nc A RANAP RTP H 248 H 248 BICC BSSAP BSSAP SG PSTN SG 1 2 3 RANAP ATM IPBSSAP TDM IPISUP TDM IP 3 信令网关 4 MSS协议栈 新增协议 RNC和CS域之间的接口 采用ATM承载 控制层采用AAL5适配 用户平面采用AAL2适配无线资源管理 移动性管理 安全功能 Iu口链路管理和用户平面管理 RNC SG ATM AAL5 SCCPb SSCF NNI SSCOP MTP3b SCTP IP M3UA SCCPb ATM ATM AAL5 SCCPb SSCF NNI SSCOP MTP3b RANAP SCTP M3UA SCCPb RANAP IP IP L1 L1 MGW ATM IP Iu CS接口控制平面信令协议栈 Iu CS 5 Iu CS接口 MSS Iu CS接口用户平面信令协议栈 RNC MGW ATM AAL5 ATM AAL5 SSCF NNI SSCOP MTP3b ATM ATM AAL5 AAL2SIG SSCF NNI SSCOP MTP3b AAL2SIG RNC MGW ATM AAL2 ATM AAL2 ATM ATM AAL2 用户平面协议 用户平面协议 Iu CS接口用户平面协议栈 什么是AAL2SIG AAL2SIG是用户平面的控制信令协议通过一系列携带AAL2链路的ATMVCC来建立 释放 维护AAL2端到端的连接的信令 Iu CS接口 用户平面 RNC ATM SGSN ATM AAL5 SCCPb SSCF NNI SSCOP MTP3b RANAP ATM AAL5 SCCPb SSCF NNI SSCOP MTP3b RANAP ATM Iu PS Iu PS接口控制平面信令协议栈 Iu PS RNC和SGSN之间的接口 采用ATM承载 控制平面和用户平面都采用AAL5适配控制平面采用RANAP协议移动性管理 安全管理 安全资源管理 Iu口链路管理和用户平面管理 6 Iu PS接口 控制平面 RNC ATM Iu PS SGSN ATM 用户平面采用GTP U GPRSTunnelProtocol 协议传送用户数据 Iu PS接口 用户平面 GTP GPRSTunnelProtocolGPRS隧道协议 7 R4软交换引入的新接口 MGW MGW Mc Nb Nc Mc BICC RTP H 248 H 248 R4软交换架构引入了Mc Nc Nb三个接口 MSS MSS MGW IW MGW Mc Nb Nc Mc BICC RTP H 248 H 248 MSS和MGW之间的接口 基于IP承载 应用层采用H 248协议MSS通过该接口在呼叫过程中控制MGW的静态及动态资源MSS通过该接口进行MGW的状态维护和管理 8 Mc接口 MSS IW MSS MSS和MGW IW MSS和IW MGW之间的接口 SCTP H 248 IP Ethernet SCTP H 248 IP Ethernet IP Mc H 248 MGW Mc接口协议栈 H 248消息格式可以是文本或者二进制 中移动选择二进制的方式H 248的两个重要概念 终端 termination 和关联 context Mc接口 协议栈 MSS 终端是位于媒体网关中的一个逻辑实体 可以发送 接收媒体和 或 控制流 类似于GSM的电路终端分为永久性终端和临时性终端关联是用来描述一个终端集之间的关系一个关联必须包含一个终端一个终端只能属于一个关联 Mc接口 协议栈 MSS Nc IW MSS BICC CMN CMN Nc BICC Nc BICC Nc BICC SCTP BICC IP Ethernet SCTP BICC IP Ethernet IP Nc接口协议栈 MSS之间 MSS和IW MSS之间 CMN之间 CMN和IW MSS之间的接口基于IP承载 采用BICC协议BICC BearerIndependentCallControl 与承载独立的呼叫控制 由窄带ISUP发展而来 8 Nc接口 M3UA M3UA VS BICC ISUP 可部署在各种传输协议之上如MTP3 MTP3b M3UA 只能部署在MTP3传输协议之上 传输协议 CIC 呼叫实例码 CallInstanceCode 指示对等BICC实体间的信令关系不对应实际的物理电路不存在对一个CIC进行闭塞解闭塞唯一识别一个呼叫 电路识别码 CircuitIndentificationCode 指示局间实际的物理电路可以对单个CIC进行闭塞解闭塞唯一识别一个呼叫 消息 新增APM消息 Applicationtransportmessage 不再使用闭塞消息BLO和闭塞证实BLA信令消息 使用TDM承载 需要使用与电路状态相关的管理消息 Nc接口 协议 隧道原理 隧道机制简单地说 就是承载信息被封装在控制平面的信令消息里来传送承载信息在Mc接口被封装在H 248信令消息中承载信息在Nc接口被封装在BICC信令消息中传送 Nc接口 隧道机制 用户数据 BICC协议定义了三种隧道承载建立方式 前向快速 前向延迟 后向延迟 中移动规定前向快速为必选 承载建立的方向与IAM消息发送的方向一致IAM消息中已经携带了隧道数据 在IAM消息中的APP参数的 动作指示语 信息单元中指示为 前向连接 前向快速承载建立方式 隧道承载建立方式 前向快速 MSS MGW MSS MGW 2 IAM tunneldata 5 APM tunneldata 4 TunnelInfo 3 TunnelInfo 6 TunnelInfo 1 TunnelInfo 承载建立的方向与IAM消息发送的方向一致隧道数据在IAM消息之后的第一个前向APM消息中携带 在IAM消息中的APP参数的 动作指示语 信息单元中指示为 前向连接 前向延迟承载建立方式 隧道承载建立方式 前向延迟 MSS MGW MSS MGW 1 IAM 2 APM 4 APM tunneldata 7 APM tunneldata 6 TunnelInfo 5 TunnelInfo 8 TunnelInfo 3 TunnelInfo 后向延迟承载建立方式 承载建立的方向与IAM消息发送的方向相反隧道数据在IAM消息之后的第一个后向APM消息中携带 在IAM消息中的APP参数的 动作指示语 信息单元中指示为 后向连接 隧道承载建立方式 后向延迟 MSS MGW MSS MGW 1 IAM 3 APM tunneldata 2 TunnelInfo 7 TunnelInfo 4 TunnelInfo 5 TunnelInfo 6 APM tunneldata MGW Nb RTP UDP IP MGW IW MGW Nb RTP UDP IP UDP RTP IP Ethernet UDP RTP IP Ethernet IP Nb接口协议栈 MGW之间 MGW和IW MGW之间的接口可以采用TDM ATM IP承载 中移动采用IP承载Nb接口主要用于MGW之间媒体流的传送RTP RealTimeProtocol实时传输协议 9 Nb接口 GGSN SGSN SGSN OtherPLMN GGSN Gn Gn Gp GTP GTP GTP Ethernet Ethernet IP IP TCP UDP TCP UDP GTP GTP Gn Gp接口协议栈 Gn接口 同一个运营商内的SGSN和GGSN以及SGSN之间的接口采用GTPV1协议 做到了信令和数据面分离 即信令面和数据面使用不同的端口号负责传送移动性管理 位置管理信令消息传送PS域用户数据 Gp接口 不同运营商的SGSN和GGSN以及SGSN之间的接口 其应用协议和作用都和Gn接口相同 10 Gn Gp接口 GTP GPRSTunnelProtocolGPRS隧道协议3GPS域中 GTP分为GTP C和GTP U GTP控制面的功能 GTP用户面的功能 路径管理隧道管理位置管理移动性管理 收发SGSN和GGSN间的上下行数据收发SGSN和SGSN间的切换数据 Gn Gp接口 GTP GTP C GTPControlGTP控制面GTP U GTPUserGTP用户面 SGSN MSS BSSAP Gs SGSN和MSS之间的接口应用层采用BSSAP 协议该接口只传送信令消息 用于联合的移动性管理和寻呼 BSSAP MTP2 MTP1 SCCP MTP3 BSSAP MTP2 MTP1 SCCP MTP3 Gs接口协议栈 11 Gs接口 可选 12 CS域的信令流程 RNC WCDMA MGW MGW MSCServer MSCServer WCDMA RNC 2 Digitanalysis outgoingcall selectMGW 5 Digitanalysis UEterminated selectMGW 本章小结 本章主要讲解了R4核心网的接口和协议请思考 1 R4软交换的引入增加了哪些接口 应用层采用什么协议 2 Iu CS和Iu PS接口控制层和用户层分别采用那种ATM适配层 应用层的协议是什么 3 Gn接口有什么变化 WCDMA核心网原理 四 WCDMA核心网设备的引入 1 核心网设备引入考虑因素 WCDMA核心网设备引入方法 升级和新建 升级 新建 VS 保护既有投资并利旧尽量不影响3G 2G系统间切换的切换质量应尽量提高网络管理维护的效率 应尽量降低对于2G网络稳定性的风险应有利于引入先进技术 提高设备集成度3G网元应尽量具备向R5 R6的后续演进能力应协调考虑2G 3G网络的发展 满足3G网络的容量要求 MSS和MGW的设备引入以新建为主 R4电路域采用控制与承载相分离的架构 网络设置原则一般采用MSS集中设置在省会城市 MGW根据话务情况设置在分公司 与目前本地网的组网结构不同 对现网改造量大现网GSM的网络设备利用率都比较高 难以满足3G网络的容量要求 2 电路域设备引入 1 3G初期 IW MSS和IW MGW的设备建议不单独设置 由MSS和MGW兼做2 3G发展后期 可根据业务发展情况设置独立的IW MSS和IW MGW IW MSS和IW MGW的引入原则 原因 原则 3G网络初期 3G与TDM之间的话务量较小 为保持网络结构简洁 可制定某个MSS和MGW来完成与TDM话务的汇接 SGSN设备的引入以新建为主 应支持3G到GPRS的切换 3GSGSN专注于大数据量包转发 与GPRSSGSN功能差距大 设备结构设计不同升级的SGSN设备容量比新建3GSGSN小 而3G用户的数据吞吐量一般远比GPRS用户大爱立信和诺基亚的GPRSSGSN设备不支持向3GSGSN的升级 其他厂家虽然声称支持升级 但需要大幅度的板卡调整 且设备容量受限SGSN设备升级操作对网络稳定性的影响较大 3 分组域设备引入 GGSN设备的引入以升级为主 3GGGSN与2GGGSN区别较小 主要是GTP版本需从V0升级到V1 一般经软件升级即可实现 分组域设备引入 续 HLR AUC设备的引入以升级为主 2G和3G将共用用户号码资源是HLR AUC以升级方式引入的主要原因目前的目标网升级项目已将HLR升级为同时支持2G和3G业务国外已有网络GSM的3G运营商普遍采用设备升级2GHLR来引入3GHLR 4 公共域设备引入 3G核心网与2G网络共用现有的智能网 短信中心 移动数据业务平台等业务网资源3G核心网的MAP CAP消息仍基于TDM与2G网络共用七号信令网3G网络与2G网络共用HLR3G核心网电路域与GSM网络共用与其它运营商互连互通的GMSC 5 2G和3G共用的网络设备 业务 信令网 号段 互通 本章小结 本章主要讲解了核心网设备的引入原则请思考 1 MSS和MGW的引入原则是什么 2 SGSN和GGSN的引入原则是什么 3 HLR的引入原则是什么 WCDMA核心网原理 五 WCDMA核心网的组网原则和路由计划 1 路由总体原则 电路域 分组域 国内话务 主叫为3G用户 就远出R4网络被叫为3G用户 就近入R4网络 国际话务 国际来话 通过长途汇接网就远入R4网络国际去话 通过软交换长途汇接网疏通到国际局 就远出R4网络 网络结构和路由原则和2G一样 2 具体路由原则 本地网路由省内路由省际路由国际路由 3 本地网内路由原则 3G 3G 信令路由 MSS MSS BICC 媒体路由 MGW IP MGW 3G 2GTDM 1 端局MGW和TDM交换机之间有直达TDM的路由 信令路由 MSS 2GMSC或者GMSC ISUP 媒体路由 MGW TDM 2GMSC或者GMSC 本地网内路由原则 续 3 本地网没有单独的GMSC 或者IW MGW与本地网内任一TDM交换机都没有直达TDM电路 IW MGW通过与TMSC之间的TDM电路疏通话务 信令路由 IW MSS 媒体路由 IW MGW 2GMSC或者GMSC ISUP TMSC ISUP TDM TMSC TDM 2GMSC或者GMSC 2 端局MGW和TDM交换机之间没有直达TDM路由 通过IW MSS或者IW MGW疏通 信令路由 MSS 媒体路由 MGW 2GMSC或者GMSC BICC IW MSS ISUP IP MGW TDM 2GMSC或者GMSC 3G 2GTDM L HSTP 河南省 郑州 MSS MSS 商丘 MGW MGW 3 本地网内路由 3G 3G 信令路由 媒体路由 BICC IP 信令路由 媒体路由 本地网内路由 3G 2GTDM 1 端局MGW和TDM交换机之间有直达TDM的路由以濮阳3G 2G为例 MGW MGW MSS MSS GMSC 郑州 河南省 洛阳 濮阳本地网 三门峡本地网 信令路由 媒体路由 ISUP TDM 信令路由 媒体路由 本地网内路由 3G 2GTDM 2 端局MGW和TDM交换机之间没有直达TDM路由 通过IW MSS或者IW MGW疏通 MGW IW MGW IW MSS MSS MGW MGW GMSC 洛阳 区域中心 濮阳本地网 郑州 河南省 以濮阳3G 2G为例 信令路由 媒体路由 BICC ISUP IP IP TDM 信令路由 媒体路由 本地网内路由 3G 2GTDM 3 本地网没有单独的GMSC 或者IW MGW与本地网内任一TDM交换机都没有直达TDM电路 IW MGW通过与TMSC之间的TDM电路疏通话务 IW MGW IW MSS MSS MGW MGW GMSC 三门峡本地网 洛阳 区域中心 郑州 河南省 以三门峡3G 2G为例 信令路由 媒体路由 BICC ISUP IP TDM ISUP TDM 媒体路由 信令路由 4 省内路由原则 3G 3G 信令路由 MSS MSS BICC 媒体路由 MGW IP MGW 3G 省内异地2GTDM 信令路由 MSS IW MSS 媒体路由 MGW IP 收端本地网IW MGW BICC ISUP 2GMSC或GMSC TDM 2GMSC或GMSC 省内异地2GTDM 3G 信令路由 2GMSC或GMSC IW MSS 媒体路由 2GMSC或GMSC BICC ISUP MSS TDM 发端本地网IW MGW IP MSS 省内路由 3G 3G L HSTP 信令路由 媒体路由 BICC IP 信令路由 媒体路由 5 控制层组网原则 省内控制层 由各省的MSCSERVER和IW MSCSERVER构成 省际控制层 省际控制层网络由省际CMN节点构成 3G初期是否引入CMN节点由实际工程决定 6 省际路由原则 以引入CMN节点方式来讲解 3G 3G 信令路由 MSS CMN BICC 媒体路由 MGW IP MGW 3G 省际2GTDM 信令路由 MSS IW MSS 媒体路由 MGW IP 收端本地网IW MGW BICC ISUP 2GMSC或GMSC TDM 2GMSC或GMSC 省际异地2GTDM 3G 信令路由 2GMSC或GMSC IW MSS 媒体路由 2GMSC或GMSC BICC ISUP MSS TDM 发端本地网IW MGW IP MSS CMN BICC MSS BICC L HSTP 省际路由 3G 3G 信令路由 媒体路由 BICC BICC BICC IP 信令路由 媒体路由 7 国际路由原则 信令路由 国际局 京 粤 沪TMSC1 ISUP 媒体路由 国际局 国际去话 ISUP 国际来话 用户拜访地所在省的TMSC1 ISUP 用户拜访地IW MSS