交换所内部培训课件-技术原理类-分组域核心网.ppt

分组域核心网技术原理介绍 中国移动通信集团设计院有限公司 交换所王钢2010年1月 课程目录 分组域的引入 1 2 3 分组域的功能和提供的业务 分组域基站子系统 4 分组域交换子系统 5 分组域协议模型 6 分组域产品情况介绍 7 分组域的演进和发展 分组域的引入 第一代移动通信网络 模拟网 AMPS TACS 第二代移动通信网络 数字移动通信网 GSM网络 第一代的模拟通信网和第二代数字移动通信网都主要以语音业务为主 模拟通信网不能提供ISDN业务 数字移动通信网只能采用CSD方式或HSCSD技术现有GSM数字移动电话网可以为GSM用户提供接入Internet的服务 分组域的引入 CSD和HSCSD技术CSD CircuitSwitchedData 电路交换数据HSCSD HighSpeedCircuitSwitchedData 高速电路交换数据CSD采用TDMA技术 把每一物理信道分成若干时隙 同时采用新的信道编码方案 将传输速率由9 6kbps提高到14 4kbps 并将200KHz载波内的8个时隙合并在一起 形成一个高速数据传输信道 理论上一个信道的传输速率最高可达115 2kbps 实际应用可以向用户提供64kbps内的任何数据速率 分组域的引入 现有的GSM网络业务主要以语音业务为主 但随着网络的发展及完善 无线数据将成为移动通信的重要组成部分 也是移动业务新的增长点 GPRS是为GSM移动用户提供移动数据通信的一种较好的解决方案 同时也是现有GSM网络向第三代移动通信系统过渡的基础 分组域的引入 GPRS GeneralPacketRadioService 通用无线分组交换技术采用基于数据包的分组交换技术 将每个时隙传输速率由9 6kbps最高提高到21 4kbps 然后将8个时隙合并在一起 最大可提供171 2kbps的传输速率 采用GPRS后 多个用户可以共享同一信道 只有有信息需要发送时才占用信道 提高信道的利用率 提供更多的业务 课程目录 分组域的引入 1 2 3 分组域的功能和提供的业务 分组域基站子系统 4 分组域交换子系统 5 分组域协议模型 6 分组域产品情况介绍 7 分组域的演进和发展 分组域的功能和提供的业务 GPRS采用基于数据包的分组交换技术 给移动用户提供无线分组数据接入服务 GPRS主要是在用户和数据网络之间提供一种高速率的连接 给移动用户提供高速无线IP和无线X 25业务 GSM网络可以通过TCP IP和X 25为用户提供EMAIL WWW浏览 专用数据 LAN接入等业务 分组域的功能和提供的业务 GPRS在初始阶段支持以下业务和功能 TCP IP和X 25业务空中加密GPRS附加业务增强型的短信业务GPRS分组数据计费功能 分组域的功能和提供的业务 由于GPRS采用分组交换技术 可以让GPRS用户灵活组合使用多个无线时隙 多个用户可以合用一个时隙 也可以合用多个 1 8 时隙 用户可以只占用上行链路的一个或多个 1 8 时隙 也可以只占用下行链路的一个或多个 1 8 时隙 单用户可以只占用一个时隙进行语音通信 也可以占用多个 1 8 时隙分别完成不同的数据通信 分组域的功能和提供的业务 分组域的网络结构 分组域的功能和提供的业务 分组域的网络结构 GPRS网络是基于已有的GSM网络实现的 为了能够实现GPRS的各种功能 需要在现有的GSM网络上增加分组交换中心和与数据网连接的IP路由器 在GPRS网络中 这两部分是靠在GSM网络上增加两个节点SGSN ServingGPRSSurpportingNode 和GGSN GatewayGPRSSurpportingNode 来实现 课程目录 分组域的引入 1 2 3 分组域的功能和提供的业务 分组域基站子系统 4 分组域交换子系统 5 分组域协议模型 6 分组域产品情况介绍 7 分组域的演进和发展 分组域基站子系统 GPRS的BSS由BSC BaseSiteCintroller PCU PacketControllerUnit BTS BaseTransceiverStation OMC R Operations ManagementCenter Radio 四部分组成 分组域基站子系统 GPRS系统的BSS在硬件上只需要增加PCU以提供分组数据业务 而BSC BTS和OMC R则需要更新相应的处理软件 新的处理软件可以使BSC提供GPRS路由管理及其他GPRS功能 使BTS提供新的信道编码 调制 功率控制等GPRS功能 OMC R可以管理PCU和BSC BTS中GPRS的各种功能 分组域基站子系统 PCU为BSS提供分组数据的功能 由无线分组处理器 缓冲管理单元和Gb终端三部分组成 PCU可以设置在BTS中 处于CCU ChannelCodecUnit 与BSC之间 通过BSC与GSN相连 或者由BSC通过RXCDR与GSN相连 PCU也可以设置在BSC中 处于BSC与GSN之间 直接与GSN相连 可以通过一个与BSC相连的远端合路器将几个PCU上的数据集中到一个Gb链路上 Gb接口可以直接与GSN相连 也可以通过帧中继与GSN连接 PCU作为BSC的扩展 可以通过软件下载和操作由OMC R进行管理 OMC R的管理信息通过BSC传递到PCU PCU与BSC间通过厂家内部接口Agprs相连 主要包括操作维护 无线信令 GPRS无线信令及话务四种信息 分组域基站子系统 分组域的空中接口 GSM系统的空中接口Um中 每20ms传送的比特数为456bits 其中45 的比特被用于纠错 每时隙的传输速率为9 6kbps GPRS采用新的编码算法 提高了传输速率 GPRS规范中定义了四种编码方案 分组域基站子系统 分组域的空中接口 GPRS物理链路层与现有GSM保持一致 数据同样被编码为456bits 20ms 它的高传输速率主要是通过减少错误保护编码而获得的 因此 系统对传输的链路质量要求较高 CS 1 CS 2已经得到实际应用 而CS 3 CS 4由于对传输的链路质量要求太高而暂时只能用于微蜂窝或室内覆盖 同样 由于跳频技术导致误码扩散 在GPRS系统中不宜采用跳频等技术 分组域基站子系统 分组域的空中接口 GPRS系统是在已有的GSM系统上叠加一些节点而实现的 并且其物理链路保持不变 所以其空中接口的信道与已有GSM系统信道的构成相似 GPRS空中接口的信道构成如下表 分组域基站子系统 分组域的空中接口 在后面的网络演进中可以了解到 GPRS系统可以并存于已有的GSM系统中 它的空中接口的信道向后兼容GSM现有的信道 下面两张图分别表示GPRS系统上行链路和下行链路传送数据过程中信道的使用情况 在图中可以看到 一些已有GSM的信道也能够在系统中应用 课程目录 分组域的引入 1 2 3 分组域的功能和提供的业务 分组域基站子系统 4 分组域交换子系统 5 分组域协议模型 6 分组域产品情况介绍 7 分组域的演进和发展 分组域交换子系统 分组域交换子系统 交换子系统各个网元分组控制单元PCU服务GPRS支持节点SGSN网关GPRS支持节点GGSN归属位置寄存器HLR计费网关CG域名服务器DNS边界网关BG 分组域交换子系统 分组控制单元PCU PackageControlUnit PCU提供下列两个接口间的互联功能 分组化的无线接口Agprs 同步面向连接的链路 分组网络接口Gb 异步非连接 PCU设备提供的RLC MAC功能允许多个移动台对无线物理信道 PDCH 的共享 即允许一个移动台并行地使用多个物理信道 也允许多个移动台同时使用一个物理信道 对于GPRS用户发起的GPRS分组数据业务 由移动台经GPRS基站子系统的PCU 通过Gb接口接入到GPRS网的SGSN 分组域交换子系统 服务GPRS支持节点SGSN SERVICEGPRSSUPPORTNODE 移动性管理MM用户附着激活位置更新鉴权 与HLR协同 加密 与HLR协同 路由选择 GPRS网内 压缩计费 不存储话单 分组域交换子系统 网关GPRS支持节点GGSN GATEWAYGPRSSUPPORTNODE SGSN与外部的分组数据网之间的互联点 封装与拆封PDP地址的分配 内含动态主机配置协议DHCP 和激活 去激活 计费 不存储话单 分组域交换子系统 归属位置寄存器HLRHLR AUC是现有GSM的网络设备 为支持GPRS 需包括静态分配PDP地址 漫游许可等 GPRS网的HLR AUC的任务只是对GPRS用户进行鉴权 只在外部数据网主动访问GPRS用户时 它才提供用户的位置信息和路由信息 分组域交换子系统 计费网关CGGPRS业务的计费点在SGSN和GGSN 通过Ga端口 GSN将产生的话单送至CGCG所采集的话单信息包括 PDP对话时间协议的GPRSQoS输入字节输出字节CG完成计费话单的检错 纠错和话单的合并 因用户一次业务期间可能产生多个计费信息 CG需对一个用户的一次业务进行话单合并 分组域交换子系统 域名服务器DNSDNS完成对APN的解析路由区更新时 提供的原SGSN的逻辑名解析为原SGSN的IP地址 分组域交换子系统 边界网关BG当GPRS用户在不同运营商的GPRS网间漫游时 可能会出现不同运营公司的GSN节点之间的通信 此时则需要通过两个运营公司的BG之间的互联来完成 BG应具有基本的安全功能 此外还可以根据运营商之间的漫游协定增加相关功能 分组域交换子系统 GPRS的移动管理主要包括 激活 ATTACH 去激活 DETACH 鉴权与加密位置管理用户管理 分组域交换子系统 MS的三种移动管理状态GPRS用户总处于三种状态之一 空闲状态 IDLE 准备状态 READY 等待状态 STANDBY 分组域交换子系统 GPRS连接MS向SGSN发送一个附带自身识别码 P TMSI或TMSI 的链接请求 SGSN协同HLR 对用户是否被授权使用该业务进行鉴权 鉴权通过后 SGSN向MS发送一个带TLLI 临时逻辑链路标识 回复信号 TLLI为此MS专用 SGSN内更新所分配TLLI与MS间的映射数据库 分组域交换子系统 GPRS去连接 分组域交换子系统 GPRS激活MS向SGSN发送一个PDP前后关系激活请求SGSN检查存储在自身的MS签名数据 确定MS能否激活PDP地址SGSN向DNS发送查询请求 包括APNDNS完成对APN的解析 将相应GGSN的IP地址返回给SGSNSGSN在自身PDP前后关系中插入NSAPI和GGSN地址SGSN向相应GGSN请求为MS创建一个前后关系GGSN为MS分配IP地址 动态归属位置配置协议DHCP GGSN向SGSN发送一个带有隧道标识TID信息的回复SGSN向MS返回一个激活PDP确认消息SGSN准备在MS与GGSN间传送PDP分组 PDU 分组域交换子系统 GPRS激活 1 MS向SGSN发送一个PDP前后关系激活请求 2 SGSN检查存储在自身的MS签名数据 确定MS能否激活PDP地 3 SGSN向DNS发送查询请求 包括APN 4 DNS完成对APN的解析 将相应GGSN的IP地址返回给SGSN 5 SGSN在自身PDP前后关系中插入NSAPI和GGSN地址 6 SGSN向相应GGSN请求为MS创建一个前后关系 7 GGSN为MS分配IP地址 动态归属位置配置协议DHCP 8 GGSN向SGSN发送一个带有隧道标识TID信息的回复 9 SGSN向MS返回一个激活PDP确认消息 10 SGSN准备在MS与GGSN间传送PDP分组 PDU 隧道 分组域交换子系统 GPRS数据传送 由MS至外部数据网 MS依据所存列表 将TLLI和NSAPI加在分组中发送到SGSNSGSN将分组信息中的TLLI和NSAPI替换为相应的TID和GGSNIP地址分组以IP格式发送到GGSNGGSN去除分组信息首部 得到原始IP或X 25分组 并发送其至相应IP分组中的目的地 分组域交换子系统 GPRS数据传送 由外部数据网至MS GGSN查表确定需求该分组的SGSNIP地址和对应TIDSGSN把TID和SGSN地址映射为TLLI和NSAPI值若此时MS处于空闲状态 则需要先在MS与GGSN间建立前后关系 构成一链路 SGSN将分组传送至相应MS 分组域交换子系统 GPRS去激活去激活请求删除PDP前后关系请求删除PDP前后关系相应去激活确认 分组域交换子系统 鉴权 网内 鉴权发生在GPRS进行附着 连接 位置更新 APN请求等时 鉴权中心 AuC 负责产生一个三参数组 包括 密钥 Kc 随机数 RAND 认证相应 SRES 分组域交换子系统 加密 课程目录 分组域的引入 1 2 3 分组域的功能和提供的业务 分组域基站子系统 4 分组域交换子系统 5 分组域协议模型 6 分组域产品情况介绍 7 分组域的演进和发展 分组域协议模型 分组域协议模型 RTP RealTimeProtocol UDP UserDatagramProtocol IP InternetProtocol 为网络层协议 GPRS目前支持TCP IP和X 25两种网络协议 分组域协议模型 Um接口为GSM的空中接口Um接口上的通信协议有5层 SNDCP 子网依赖结合层 LLC 逻辑链路控制层 RLC 无线链路控制层 MAC 媒质接入控制层 GSMRF 物理链路层 分组域协议模型 SNDCP SubnetworkDependantConvergenceProtocol 的主要作用是完成数据的分组 打包 确定网络地址和加密方式 在这一层 MS与SGSN间传递的数据被分割为一个或多个SNDCP数据包单元 放置到LLC帧内 LLC LogicalLinkControl 负责使数据单元形成LLC地址 帧字段 生成完整的LLC帧中继 LLC提供6个业务接入点与上层连接 包括4个SNDCP接入点 1个MM接入点和1个SMS接入点 LLC支持用户信息加密 信息传递确认及MS与SGSN间信息传递等功能 LLC与SNDCP形成MS与SGSN间的逻辑连接 分组域协议模型 RLC RadioLinkControl 提供MS与BSS间的物理连接 将LLC分组数据进行分离并重新组合成RLC数据块 MAC MediumAccessControl 与RLC构成MS与BSS间的逻辑连接 主要作用是定义和分配GPRS的逻辑信道 使这些信道能被不同的用户共享 在上行链路 信道采用分组机制指定给几个不同的用户使用 在下行链路 在BSS中采用了调度机制分配信息 GSMRF为物理链路层 负责空中接口的各种逻辑信道 具有前向纠错 交织 同步处理 信令质量监控 功率控制等功能 课程目录 分组域的引入 1 2 3 分组域的功能和提供的业务 分组域基站子系统 4 分组域交换子系统 5 分组域协议模型 6 分组域产品情况介绍 7 分组域的演进和发展 SGSN需配置的主要硬件模块 信令处理模块 Gb Iu接口信令处理模块七号信令处理模块数据转发模块 GTP C GTP U接口模块 Gb Iu接口模块 GbFR GbIP IuATM IuIPGn Ga接口模块 IP同步模块 时钟同步 用于TDM承载电路时间同步 用于计费计费模块 GGSN需配置的主要硬件模块 数据转发模块 GTP C GTP U接口模块 Gn Gi Ga接口模块 IP同步模块 时间同步 用于计费计费模块 爱立信SGSN GGSN WPPMkIV MkVI SGSN GGSN J20 M120 爱立信SGSN NodeControlBoard PowerandEthernetBoard FileServerBoard ApplicationProcessor DeviceProcessor WPP平台系统架构 负责处理控制信息 负责处理数据包 GPB 负责管理任务 数据和软件的存储 具有通用处理器的功能 处理本地和全局的数据应用 比如用户的附着去附着 PDP上下文 SMS和移动性管理 爱立信SGSN 容量 爱立信GGSN GGSN系统架构 GnIPNetwork GTPSignallingRequest GTPSignallingResponse PayloadUplink GGSN CNodeController GGSN CPIC InterfacePIC 1 GGSN UPIC InterfacePIC 2 PFE RoutingEngine PayloadDownlink IPNetwork MobileStation ForwardingTable 爱立信GGSN M120R5 J20 M20 R3 R4 R5 2 5Giguplink 10Giguplink 爱立信GGSN J20 M20 R3 R4 R5 系统交换板 SSB 路由处理器板 RE 用于Ga Goam 分为 GGSN C GGSN U 2类 1 GGSN C 固定1个GGSN C用作节点控制 其余GGSN C板用来做会话控制 单板 20万PDP 忙时 未内容计费 最大 3板 40万PDP 忙时 开启内容计费后 20万PDP 忙时 2 GGSN U 与PPS的数目相关 3 N 1备份 GGSN I 数据包检测 启用内容计费 需配置此板 自适应服务板卡 提供GRE隧道功能 与PPS的数目相关 N 1备份 GGSN C GGSN U 4个FE 板 诺基亚SGSN DX200 诺基亚SGSN DX200平台SGSN架构 数据包处理单元 负责用户数据处理 负责Gb Iu处理 提供GbIP Iu接口 用户数据处理和转发 负责Gn Gi 最大 16 1 信令和移动性管理单元 七号信令处理 负责Gr Gs等 最大 4 1配置 交换矩阵 256个时隙 将PAPU SMMU CLS ET连接起来 成对配置 TDM中继接口板 ET E1中继 ETS2 STM 1 时钟和同步单元 CLBU 同步外部时钟并产生MSS运行所需时钟 CLSU 分发CLSU产生的时钟到同一机架的其它单元 同时也负责告警收集 操作维护单元 集中监控 诊断 告警 硬件 软件配置 成对配置 标志器和计费单元 生成话单CDR 负责Ga 用户数据分配 PTMSI分配 状态统计 成对配置 诺基亚SGSN 容量 注 SG3 5在SG5软件版本条件下支持64万用户 诺基亚GGSN FlexiISN 诺基亚GGSN 14槽位运营商级机箱10个U高 一个标准机架可放置4台所有部件支持热插拔IPMI用于硬件管理风扇及LCD显示模块AC和DC电源 业务板 ServiceBlades 双CPUIntelXeon2GHz4GBDDRSDRAM512kB缓存PMC硬盘 可选 USB和串行接口满配 3 1 无阻塞点到点连接20GigE交换能力冗余备份内部接口4x1000Base SX 10 100Base T2FiberChannelports满配 1 硬盘板 HardDiskBlades 300GB到背板的光纤通道 SCSI 满配 2 2 接口板 InterfaceBlades 2口GigE 1000 SX 2口FE 10 100 1000BaseT 双CPUIntelXeon2GHz满配 3 1 交换板 SwitchingBlades 华为SGSN SGSN9810 2G 2框1机柜 18框5机柜 200万用户 TD 2框1机柜 11框3机柜 200万用户 华为SGSN 系统的交换平台 实现ATM IP的快速交换功能 完成高层信令 如MM SM SMS和CAMEL信令 和MTPL2 L3信令的处理 接入侧 信令经Gb Iu接口处理子系统处理后发送给信令处理子系统 网络侧 与GSN之间的信令经过GTP C处理子系统处理后发送给信令处理子系统 与通过七号信令互连的设备 如MSC VLR HLR等 之间的信令直接进入信令处理子系统处理 信令处理子系统完成MTPL2 L3信令处理 处理Gb接口的业务数据和信令数据 将业务数据分发到数据转发子系统处理 将信令数据分发到信令处理子系统处理 完成GTP U协议的处理 实现用户数据报文的封装 解封装 路由及转发 处理Iu接口的业务数据和信令数据 数据转发子系统分类后 业务数据进入数据转发子系统 信令进入Iu接口处理子系统进行处理 高层信令被转发到信令处理子系统 实现GTP C信令的处理及转发 DNS解析 NTP客户端及Gn Gp接口信令面的IPSec功能 只实现GTP C信令的低层处理 高层信令被转发到信令处理子系统处理 完成原始呼叫记录的收集 缓存以及编码 将编码后的CDR发送到CG 提供SGSN9810的对外操作维护接口 华为SGSN 容量 华为SGSN V8R3 BNET机柜 PSM机柜 V8R3改造为V8R7 V8R9 新增1个PSM机柜 2个PSM机框 交换框 基本框 替换掉BNET机柜 以及BNET机框 华为GGSN GGSN9811 V8R2 V8R5 采用NE40 8平台 V8R2 V8R5 V9R7 V9R7 采用NE40E 8平台 华为GGSN GGSN9811系统机构 华为CG 机柜尺寸 600 W 800 D 2200 H 单位 mm机柜耗电 V2R2 1 5KWV2R2 2 4KW CG9812V2R2 V3R1 V2R2 服务器 Netra240双机 CPU 2 1 5G 内存 2G 硬盘 2 146G 网卡 4 集成千兆网口 1 千兆网卡 双网口 磁盘阵列 12 73G 或12 146G V3R1 服务器 T5220双机 磁盘阵列 5 300G 2G TD处理能力 3000CDR s 华为DNS DNS 硬件平台 NetraT5220双机 单机配置情况 CPU1 1 2G 4核 4G内存 2 146G硬盘DVDROM 集成千兆网卡 四网口 无显示器 英文资料 48VDC 配置表软件 Bind8 1 2 功耗 570W 阿尔卡特SGSN GPU PPUSUBRACK IuFRONT END ATM 需要更换七号信令处理板 将窄带处理板 NB 更换为宽带处理板 NB BB SS7Narrow Band SS7NB BB 2GSGSN 2G TDSGSN Gb IuATM AnewrackwillbeaddedforTD 阿尔卡特SGSN GPU 2GControl UserPlaneBlades BSS GbFr Gn Ga Gr Gs iGGSN 七号信令处理 8条2M链路或240条64K链路 固定配置1对 负责完成 2GGb协议栈处理 NS BSSGP LLC SNDCP GTP C GTP U处理单板容量 7万2G附着用户 板 2 1万PDP 板 466个激活PDP s满配置 5 1 35万2G附着用户 10 5万PDP 2330个激活PDP s EthernetLAN internalcom Switching Routing 2个Switch6850 24 GbFR的E1接口 16个E1 板满配置 7 1 128个E1 计费 操作维护固定配置1对 SS7Blades PilotBlades 2GSGSN系统组织 阿尔卡特GGSN A1000R2 3 i硬件结构 管理模块 本地网管节点 实现对iGGSN的操作维护 基于SUNNetra240服务器平台 控制模块 业务核心 包括业务智能和逻辑 从而使运营商能开发 部署 管理和提供新数据业务 对WN1200进行管理 基于SUNNerta240服务器平台 固定配置1对 主备方式工作 WIN1200模块 智能传输系统 位于数据包的承载路径上 执行数据流控制 会话控制 用户集合和网络资源管理 实现灵活的内容计费 实时预付费和开销阈值管理 负责数据包的快速检测与转发 单机柜 1 1配置 满配置 3机柜 4 1配置 iGGSNR2 3 i主要由三个模块组成 管理模块 Vigilon 控制模块 Senteon 处理模块 WN1200 阿尔卡特GGSN A1000R2 3 i Senteon 基于SUNNerta240服务器平台 固定配置1对 主备方式工作 3层交换机 提供对外的IP端口 48个端口 固定配置 WN1200子架 固定配置1对SCM 核心交换 12个IOM插槽 基本配置 1个Gn卡 1个Gi卡 2G TD不启用内容计费 5万PDP 忙时 50个激活PDP s 2G TD启用内容计费 3 2万PDP 忙时 15个激活PDP s 满配置 6个Gn卡 6个Gi卡 基本配置 2个WN1200子架 2个WN1200子架构成1 1 正常情况下 2个子架负荷分担 满配置 5个WN1200子架 4个WN1200子架与基本机柜中的1个WN1200子架构成4 1 N 1 考虑安全备份的情况下 4 1 容量 30个Gn卡 30个Gi卡 2G TD不启用内容计费 120万PDP 忙时 1200个激活PDP s 2G TD启用内容计费 76 8万PDP 忙时 360个激活PDP s 中兴SGSN CHUB CHUB CHUB插在BCTC主控框中 实现控制级联 机框控制面互联逻辑架构 中兴SGSN BCTC主控框单板插入方法1 2槽位固定插USI 9 10槽位固定插UIMC 7 8固定插一对SPB 如果是IP宽带信令 则插入一对SIPI单板 11 12固定插OMP 13 14固定插CLKG 如果有CHUB 固定插在15 16槽位 如果没有CHUB 15 16可以插SMP和SPB 17槽位不用 其它槽位可以根据需要插SMP和SPB V3平台的机框主要分为 BCTC控制框 BPSNIP交换框 BGSN资源框