PLMN网络体系结构PPT课件.ppt

概述PLMN和IMS的架构和配置 AnoverviewofthePLMNandIMSarchitectureandconfiguration 什么是PLMN PLMN全称是PublicLandMobileNetwork 公共陆地移动网络 由政府或它所批准的经营者 为公众提供陆地移动通信业务目的而建立和经营的网络 该网络必须与公众交换电话网 PSTN 互连 形成整个地区或国家规模的通信网 PLMN MCC MNC 例如中国移动的PLMN为46000 46002 中国联通的PLMN为46001 中国电信的PLMN为46003 PLMN是一个无线通讯系统 趋向于面向陆地上的乘坐交通工具移动或步行移动的用户 由于移动和便携的因特网用户也越来越普及 一个理想的PLMN系统提供给移动和便携用户和固定网络相当的服务 这在地形比较复杂的区域是一个特殊的挑战 因为基站会难以被找到和维持 在都市的环境中有很多的障碍 像是建筑物 和各种射频都能引起杂音和干扰的辐射 大多数的PLMN系统今天使用数字技术而不是过去的模拟技术 这一个过渡已经改善了通信质量和可靠度 但是还没有达到完美的地步 PLMN的发展 第一代模拟蜂窝 第一代 1G 移动通信系统20世纪70年代诞生的模拟蜂窝移动通信系统 1G系统采用模拟信号传输方式实现语音业务 使用频分多址FDMA接入技术划分信道 第一代移动通信标准包括AMPS NMT 450 900 TACS等 第一代 1G 第二代GSM CDMA 第二代 2G 移动通信系统始于20世纪90年代 是由数字无线电技术组成的数字蜂窝移动通信系统 提供更高的网络容量 改善了话音质量和保密性 并为用户提供无缝的国际漫游 第二代数字无线标准包括GSM D AMPS PDC 日本数字蜂窝系统 和IS 95CDMA等 均仍然是窄带系统 第二代 2G 第三代TD SCDMA WCDMA CDMA2000 第三代移动通信系统即IMT 2000 InternationalMobileTelecommunications 2000 在第二代移动通信技术基础上进一步演进的以宽带CDMA技术为主 并能同时提供话音和数据业务的移动通信系统 目前3G存在三种标准 CDMA2000 WCDMA TD SCDMA 第三代 3G 第四代TDD LTE FDD LTE 第四代移动通信系统可称为宽带接入和分布网络 具有非对称的超过2Mb s的数据传输能力 其关键技术是正交频分复用 OFDM 智能天线 多入多出天线 MIMO 软件无线电等技术 第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能 目前3G存在三种标准 TDD LTE FDD LTE 第四代 4G 典型PLMN网络架构 GSM系统架构 典型PLMN网络架构 GSM GPRS系统架构 典型PLMN网络架构 3G系统架构 典型PLMN网络架构 UTRAN架构 通信网络架构的变化其实就是保持AN不变 升级CN 一个显著的变化就是业务和控制平台的分离 即将MSC拆分为MSCserver和MediaGateway MGW 将GMSC同样的拆分成GMSCserver和一个Mediagateway 另外新增了IMS IPmultimediasubsystem CS域 CSDomain CS域 CircuitSwitchedDomain 指核心网中为用户业务提供电路交换类型连接的所有网元实体 以及所有支持相关信令的网元实体 电路交换型连接在连接建立时分配专用网络资源 在连接释放时释放专用资源 CS域特有实体 MSC Mobile servicesSwitchingCentre 移动服务交换中心 GMSC GatewayMSC 网关MSC VLR VisitorLocationRegister 访问者位置寄存器 CS域 CSDomain MSC是第二代移动通信系统的核心网元之一 是在电话和数据系统之间提供呼叫转换服务和呼叫控制的地方 MSC转换所有的在移动电话和PSTN和其他移动电话之间的呼叫 MSC是移动网络完成呼叫连接 过区切换控制 无线信道管理等功能的设备 同时也是移动网与公用电话交换网 PSTN 综合业务数字网 ISDN 等固定网的接口 MSC从系统内的三个数据库 即归属位置寄存器 HLR 访问者位置寄存器 VLR 和鉴权中心 AUC 中获取用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据 另外 MSC也根据最新获取的信息请求更新数据库的部分数据 作为GSM网络的核心 MSC还支持位置登记 越区切换 自动漫游等具有移动特征的功能及其它网络功能 CS域 CSDomain 但在3GPPR4以后 MSC实体被拆分为MSCServer和MGW两个新的功能实体 MSCServer的主要职责是链接管理 它负责所有的呼叫控制信令 例如呼叫建立 呼叫转移 位置更新 路由 切换 计费 话务统计等 同时负责 指挥 MGW MSC Server负责CS域中主叫和被叫的呼叫 响应网络用户层信令 3GPPTS24 008 通过Nc接口传输呼叫控制信令 通过Mc接口控制MGW MGW MediaGateway 媒体网关 同时负责来自电路交换网络的TDM承载和来自多媒体流网络的IP或ATM承载 例如话务交换 回音控制 铃音的广播等 它通过Mc接口接受来自MSC Server的控制信令 通过Iu和Nb接口传输控制承载 自此实现了呼叫控制和业务承载的分离 R4网络采用这种呼叫控制和承载控制相分离的方式向全IP的核心网结构迈出了重要一步 CS域 CSDomain GMSC具有从HLR查询得到被叫MS当前的漫游号码 并根据此信息选择路由 GMSC可以是任意的MSC 也可以单独设置 单独设置时 不处理MS的呼叫 因此不需设VLR 不与BSC相连 当固定电话用户拨打GSM网用户时 根据就近入网的原则 该呼叫将被接续至最近的移动网 由于移动电话用户漫游的特殊性 网络必须先查询用户归属的HLR以获得该用户当前的位置信息 才能继续进行接续 向HLR查询用户当前的位置并获得包含路由信息的漫游号码的功能称为 InterrogationHLR 由GatewayMSC 简称GMSC 完成 当网络规模较小时 各MSC与PSTN直联 该项功能由MSC完成 随着网络的逐步扩容 MSC数目的增加 若仍采用各MSC与PSTN直联的方式 网络结构会存在诸多弊病 由此可见 GSM网的多局制使得GSM网原有与PSTN之间的组网方式 已不再继续适用 因此为维护网络界面的清晰 保障网间结算的准确便捷 需要在移动网与其他网之间设置独立的GMSC 以实现本地移动网与其他网间的话务 信令转接 CS域 CSDomain VLR是服务于其控制区域内移动用户的 存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息 为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件 VLR从该移动用户的归属用户位置寄存 HLR 处获取并存储必要的数据 一旦移动用户离开该VLR的控制区域 则重新在另一个VLR登记 原VLR将取消临时记录的该移动用户数据 因此 VLR可看作为一个动态用户数据库 在某一MSC区域内漫游的移动用户受控于负责该区域的拜访位置寄存器 当某移动台出现在某一位置区内 VLR将启动位置更新程序 VLR包含在它管辖区域内出现的移动用户的数据 CS域 CSDomain VLR中主要包括以下信息单元IMSI InternationalMobileSubscriberIdentity 国际移动用户身份 MSISDN MobileStationInternationalISDNnumber 移动台国际ISDN码 MSRN MobileStationRoamingNumber 移动台漫游码 TMSI TemporaryMobileStationIdentity 临时移动台身份 LMSI LocalMobileStationIdentity 本地移动台身份 移动台登记所在的位置区移动台最后的已知位置区和最初位置区 PS域 PSDomain PS域 PacketSwitchedDomain 是完成数据业务部分 分为SGSN和GGSN 一个是业务处理部分 一个是控制部分 PS域特有实体 SGSN ServingGPRSSupportNode GPRS服务支持节点 GGSN GatewayGPRSSupportNode GPRS网关支持节点 PS域 PSDomain SGSN是核心网分组域设备重要组成部分 功能类似于CS域的MSC VLR 它可以为多个RNC提供类似于MSC VLR功能 主要完成分组数据包的路由转发 移动性管理 会话管理 逻辑链路管理 鉴权和加密 话单产生和输出等功能 SGSN即GPRS服务支持节点 它通过Gb接口提供与无线分组控制器BSC的连接 进行移动数据的管理 如用户身份识别 加密 压缩等功能 通过Gr接口与HLR相连 进行用户数据库的访问及接入控制 它还通过Gn接口与GGSN相连 提供IP数据包到无线单元之间的传输通路和协议变换等功能 SGSN还可以提供与MSC的Gs接口连接以及与SMSC之间的Gd接口连接 用以支持数据业务和电路业务的协同工作和短信收发等功能 PS域 PSDomain GGSN主要是起网关作用 它可以和多种不同的数据网络连接 如ISDN PSPDN和LAN等 有的文献中 把GGSN称为GPRS路由器 GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换 从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP IP网络 GGSN的主要功能有 1 通过Gi接口与外部IP分组网络连接 2 GPRS会话管理 建立与外部网络的通信 3 通过Gn接口与SGSN连接 4 输出与外部数据网络使用相关的计费信息 IMS概述 IPMultimediaSubsystem IMS 即IP多媒体子系统 本质上说是一种网络结构 该项技术植根于移动领域 最初在3GPPR5为移动网络定义的 而在NGN的框架下 IMS应同时支持固定接入和移动接入 涵盖IMS增强特性的3GPPR6已经基本冻结 这标志着IMS技术已经走向成熟 顺应网络IP化的趋势 IMS系统采用SIP协议进行端到端的呼叫控制 但IMS远不止是一个SIP协议 它是一个融合了数据 语音 图像 消息 基于Web的技术和移动网络的体系 同时 IMS还允许运营商提供统一的开放接口 允许第三方供应商使用这些接口为用户提供服务 从而使整个电信网成为一个更加开放的系统 而且更加适用于与Internet应用的兼容性 因此 IMS能把Internet和无线通信网络的发展结合起来 使得不论是移动网还是固定网均在向基于IP的网络演进 IMS概述 IMS功能实体 CSCF CallSessionControlFunction 呼叫会话控制功能 MGCF MediaGatewayControlFunction 媒体网关控制功能 IMS MGW IPMultimediaSubsystem MediaGatewayFunction IMS媒体网关 MRFC MultimediaResourceFunctionController 多媒体资源功能控制器 MRFP MultimediaResourceFunctionProcessor 多媒体资源功能处理器 SLF SubscriptionLocatorFunction 签约用户位置功能 BGCF BreakoutGatewayControlFunction 出口网关控制功能 IMS实体 CSCF是整个IMS网络的核心 主要负责处理多媒体呼叫会话过程中的信令控制 它管理IMS网络的用户鉴权 IMS承载面QoS 与其它网络实体配合进行SIP会话的控制 以及业务协商和资源分配等 CSCF根据功能分为P CSCF ProxyCSCF 代理CSCF S CSCF ServingCSCF 服务CSCF I CSCF InterrogatingCSCF 查询CSCF 本质上它们都是SIP服务器 处理SIP信令 P CSCF是IMS拜访网络的统一入口点 所有发起于IMS终端和终止于IMS终端的会话消息都要通过P CSCF P CSCF作为一个SIPProxy 负责与接入网络相关的用户鉴权与IPSec管理 网络防攻击与安全保护 为节约无线网络资源进行SIP信令压缩与解压 用户的漫游控制 通过PDF PolicyDecisionFunction 进行承载面的NAT与QoS等功能等 IMS实体 S CSCF在IMS网络会话控制中处于核心地位 它接受来自拜访网络通过P CSCF转发来的注册请求 与HSS配合进行用户鉴权 并从HSS处下载用户签约的业务数据 S CSCF对于用户主叫及被叫侧进行路由管理 根据用户签约的初始过滤规则 iFC InitialFilterCriteria 进行SIPAS触发 实现丰富的IMS业务功能 I CSCF是IMS归属网络的入口点 在注册过程中 I CSCF通过查询HSS 为用户选择一个S CSCF 在呼叫过程中 去往IMS网络的呼叫首先路由到I CSCF 由I CSCF从HSS获取用户所注册的S CSCF地址 将消息路由到S CSCF IMS实体 MGCF是IMS的一个组成部分 与呼叫会话控制功能 CSCF 通信和控制媒体信道在一个IMS MGW中的连接 它在ISDN部分 ISUP 和IMS呼机控制协议之间执行协议转换 IMS MGW在MGCF控制下完成资源控制 通过回波消除器和码转换器 实现媒体转换和帧协议转换功能 将媒体从一个形式转换到另一个形式 即它终结来之电话交换网的承载信道和来自分组网的媒体流 并执行这些终结之间的转换 IMS实体 MRFC MultimediaResourceFunctionController 多媒体资源功能控制器 和MRFP MultimediaResourceFunctionProcessor 多媒体资源功能处理器 是3G核心网中实现多方呼叫和多媒体业务提供和控制的逻辑功能实体 在核心网分层模型中 MRFP是处于接入层的逻辑功能实体 主要实现控制Mb接口点的承载 处理多媒体流 如语音编码的转换