移动软交换网络系统架构与接口协议介绍PPT课件.ppt

移动软交换网络系统架构与接口协议介绍 ISSUE2 0 2020 3 27 2020 3 27 本课程描述UMTS核心网络的技术基本框架 介绍移动核心网络演进过程 网络结构和技术特征 介绍软交换核心网络接口和协议 GSM UMTS移动通信系统用到许多编号方案 本课程介绍常用的方案 最后 从总体上介绍电路域 分组域和IMS最主要的信令流程类别 从网络架构 网元功能 接口 协议和信令流程等全面反映UMTS核心网技术概况 前言 2020 3 27 学习完此课程 您将会 了解移动通信的发展及版本演进掌握不同版本UMTS核心网络结构了解软交换核心网络接口及协议栈了解GSM UMTS网络常用编号方案 目标 2020 3 27 内容介绍 第一章移动通信网络演进概述第二章UMTS核心网络系统架构第三章软交换核心网接口和协议第四章GSM UMTS编号方案 2020 3 27 不同业务 不同技术 AMPS TACS NMT 其它 第一代80年代 模拟 模 拟 技 术 2020 3 27 3G标准化组织 2020 3 27 2G向3G演进路线图 欧洲 亚洲和北美分别在2G基础上 研究3G技术 最后形成了如图所示的演进路线和主流制式 图片来源 UMTSForum 2020 3 27 UMTS核心网架构演进 R4是移动网络向下一代网络演进的第一步 实现电路域的承载和控制分离架构 R5引入IMS后 形成多媒体软交换逻辑架构 具备NGN特点 向全业务融合网络发展 2020 3 27 传统网络 All IP 传统的电路型网络 软交换核心网 接入网IP化 引入IMS 空口IP化 LMSD MMD cdma2000演进路线图 2020 3 27 IMS分层体系架构 2020 3 27 软交换将在长时期和IMS并存 2020 3 27 无线通信的发展 2G 2 5G 3G 2020 3 27 传统业务模型 新的业务模型 语音主导业务封闭的业务体系统一的业务形态设备商提供业务有限的标准的业务 多媒体业务开放的业务体系个性化定制Internet融合多样化 非标准 新电信业务特征 2020 3 27 电信业务网络发展趋势 2020 3 27 内容介绍 第一章移动通信网络演进概述第二章UMTS软交换网络系统架构第三章UMTS核心网接口和协议第四章GSM UMTS编号方案 2020 3 27 UMTSR4网络架构 2020 3 27 WCDMAR4核心网络的主要变化 R4电路域变化 引入基于软交换的核心网络构架承载与控制分离构架 基于BICC协议的电路域呼叫信令多种承载方式 支持TDM ATM IP承载新引入TrFO技术 支持TFO TrFO信令的IP承载机制 可选 向NGN融合网络演进能力 2020 3 27 软交换的概念 软交换的概念最早起源于美国企业网应用 在企业网络环境下 用户可采用基于以太网的电话 再通过一套基于PC服务器的呼叫控制软件 CallManager CallServer 实现PBX功能 IPPBX 受到IPPBX成功的启发 将传统的交换设备部件化 分为呼叫控制与媒体处理 二者之间采用标准协议 呼叫控制实际上是运行于通用硬件平台上的纯软件 媒体处理将TDM转换为基于IP的媒体流 SoftSwitch 软交换 技术应运而生 成为了NGN的核心技术 2020 3 27 SS7信令网关 智能网 核心分组传送网 与现有PSTN网络的对比 用户网关 软交换 2020 3 27 核心网络变革 控制与承载分离 2020 3 27 软交换之资源控制CBC H 248 软交换的控制技术和承载技术可以独立发展 组网灵活 但控制和承载并不是完全割裂 一次通信过程需要呼叫接续和语音 视频 承载对应起来 MSCServer和MGW之间的Mc接口 要完成呼叫承载控制功能CBC CallBearerControl CBC由3GPPTS29 232和ITU TQ 1950定义 是H 248最主要的功能之一 2020 3 27 Nb Nc MGW MGW MSCServer MSCServer Mc 软交换网络的呼叫控制BICC 完成控制的功能实体是MSCServer Nc接口是MSCserver间的标准接口 运行BICC协议 完成局间呼叫控制 BICC呼叫控制独立于用户面承载技术 也独立于控制面信令传输技术 2020 3 27 R4在核心网电路域引入IP宽带承载 从传统电路交换向分组数据交换转变 形成以IPcore为基础的电信网络新框架 是传统网络向NGN演进的必经之路 TDM核心到IP核心的转变将引发核心网运营 规划 管理 维护上深刻的变化 IP扁平组网 加上VAD 话音激活检测 TrFO技术 将至少节省50 的传输带宽 软交换网络特征 IP引入 2020 3 27 软交换之IP信令SIGTRAN UMTSR4网络引入可选的IP信令 需要SIGTRAN协议簇支持 SIGTRAN协议主要由两大部分 传输与适配 传输依靠面向连接的 可靠的传输协议SCTP 适配部分包括M2UA M3UA IUA M2PA等各种适配协议 不同适配协议有不通的应用场景 常用的有M2UA和M3UA 2020 3 27 软交换之业务承载VoIP 软交换电路域引入IP宽带承载 从传统电路交换向分组数据交换转变 形成以IPcore为基础的电信网络新框架 UMTSAMR语音通过Nb接口用户面组帧后 语音帧打成分组包 在IP网络上传送 IP组网扁平化 配合TrFO等技术 大大节约带宽 用IP技术组建核心交换网 承载网 对网络管理 运营都产生很大影响 2020 3 27 移动软交换特征 引入TrFO技术 开放TrFO功能 AMR话音在Iu接口通过ATM Nb接口通过ATM或IP分组网络承载 3G用户间的通话不必经过语音编解码变换器的有损变换处理 端到端AMR语音通信 语音质量没有损伤 节省TC资源 节约传输带宽 2020 3 27 业务个性化 多样化和开放的业务平台将产生越来越多的业务 也对设备提出了更高处理能力需求 分级化建设和组网使得设备越来越集中设置 提出了大容量建设的需求 核心网络分组化使信令传输和内部交换带宽得到了质的提高 控制和承载分离和网络构件化 使得各个业务实体分工明确并且可以分别针对不同的技术方向发展 主要处理信令 容量更大 处理能力更高 业务承载分组化 带宽提高 适应能力更强 设备优势 大容量高处理能力 2020 3 27 软交换大容量设备 网络安全 2020 3 27 软交换与业务平台 集中业务开发和管理 2020 3 27 提高运维质量 网络业务 控制 信令集中在MSCServer 其维护是核心网维护工作的重点 MGW维护工作量少 主要是硬件配置 可由RAN侧人员代维 Server集中管理 一方面利于集中优势兵力 提高CN的运维质量 另一方面CN节省出来的人员可用于加强RAN的维护 提高整个网络的维护质量 软交换网维 集中维护管理 2020 3 27 内容介绍 第一章移动通信网络演进概述第二章UMTS核心网络系统架构第三章软交换核心网接口和协议第四章GSM UMTS编号方案 2020 3 27 UMTSR4电路域网络结构 APPServer UTRAN SS7 BSS SIGTRAN H 248 BICC VMSCServer IP ATM Backbone AMR RTP AAL2 GMSCServer H 248 RANAP TDM AAL2 TDM TDM IP BSSAP 2020 3 27 R4软交换网络接口 McNcNb 在纯IP组网场景 接口的协议栈如图 请根据前面Iu接口协议栈思考 当前 若Nb接口是TDM承载 则Nc接口应该用BICC还是ISUP 为什么 2020 3 27 网关控制协议演化历史 2020 3 27 H 248 MeGaCo协议消息结构 两个重要概念 终端Termination关联Context 2020 3 27 H 248命令 2020 3 27 H 248描述符 H 248定义了众多描述符 有些描述符适用于UMTS和固网NGN 有的则不适用于UMTS 下面先浏览一下现有版本定义的描述符 2020 3 27 H 248描述符 续 续上页 2020 3 27 BICC在3G软交换网络中的应用 2020 3 27 BICC协议新概念 在BICC协议中 提出许多新概念 以下是主要的新概念 CallInstanceCode CIC 呼叫实例码 表示一次呼叫信令的关系Bearersetupdirection 承载建立方向 指示前向或者后向承载 BICCtunneling 在CS2中 支持IP承载 IP承载控制协议通过BICC隧道传送 Codecnegotiation 通过IAM APM等消息 协商Codec 2020 3 27 在MSCServer与MGW之间 IPBCP封装在隧道控制协议BCTP中 通过Mc接口的隧道传送 在MSCServer之间不对IPBCP BCTP做处理 通过Nc接口透传 IPBCP包起始和终结都是在MGW上 IPBCP在BICC中的隧传方式 2020 3 27 MGW BCF MGW BCF AMRVoice AMR AMR CodecNegotiation BICC CallControl 编码协商功能 MSCserver CSF MSCserver CSF 主叫 被叫 通过编码协商 可以有效减少不必要的编码和解码过程 从而节省TC资源和提高带宽利用率 2020 3 27 CIC 呼叫实例码 用来标识两局之间属于同一呼叫的消息之间的关系 Messagetypecode 消息类型 CS2共有38条消息 常用的有IAM APM ACM ANM REL RLC等 Mandatoryfixedpart 必选固定长度参数部分 Mandatoryvariablepart 必选可变长度参数部分 Optionalpart 可选参数部分 BICC消息结构 2020 3 27 按照Q 1902 3中定义 BICCCS2协议有39条消息 其中呼叫过程中最常用的消息有 IAM 初始化地址消息 前向消息 携带被叫号码 业务能力和呼叫处理相关的信息 APM 应用传输消息 利用BICC的传输机制 传送应用信息 如承载控制隧道信息 ACM 地址全参数 后向消息 表示到被叫去的所有路由信息 呼叫处理信息都已经收到 ANM 应答消息 后向消息 表示被叫已经应答 计费网元开始计费 REL 释放消息 双向消息 表示通话方请求释放呼叫 RLC 释放完成消息 REL的响应消息 表示释放完成 BICC主要消息 2020 3 27 IAM消息 2020 3 27 IAM消息 续 2020 3 27 Applicationtransport 应用传输信元 是BICC的重要扩展 传递承载相关信息 包括承载建立方向 是否为隧道方式 CODEC信息 隧道包 ATM地址 骨干网属性等 Applicationtransport 2020 3 27 BICC CSF N BCF N x BCF N y CSF T CSF N ISN B TSN ISN A BICC ISUP ISUP BCF N z 延迟前向承载建立流程 APM Action Connectforward plusnotification IAM IAM Action Connectforward BNCchar IAM COTonprevious Action connectforward BNCchar COT ACM ANM ACM ANM ACM ANM IAM COT ACM ANM APM Action Connected APM Action Connected APM Action Connectforward plusnotification APM tunneldata APM tunneldata APM tunneldata APM tunneldata 2020 3 27 Mc Mc Nb Nc Iu MGW MGW MSCServer MSCServer NbUP NbCP Nb接口及其协议栈 2020 3 27 RANAP PHY ATM SAAL NNI MTP 3B SCCP IuUP PHY ATM SAAL NNI MTP 3B STC Q 2630 1 控制面 用户面 无线网络层 完成Iu接口对等实体间信令交互 RANAP 或者业务传送 IuUP 传输网络层 为无线网络层的信令和业务提供独立的传输功能 并为用户面承载提供控制功能 传输控制面 R4架构下的Iu CS接口 2020 3 27 MTP1 MTP2 MTP3 SCCP ISUP 在GSM和TDSCDMAR99承载控制合一的电路域 语音呼叫 非语音承载业务和补充业务的局间信令仍然使用ISUP 用ISUP消息中的CIC来选择电路 ISUP可以是SCCP的用户 也可以是MTP3的用户 实际组网时ISUP一般直接通过MTP3传送 SS7信令 ISUP 2020 3 27 MAP协议主要完成移动性管理 传送SMS 管理用户数据等功能 是移动通信必不可少的协议之一 CAP作为SSP 业务交换点 和SCP之间的接口 完成移动智能业务的控制功能 SS7信令 电路域的MAP和CAP G D C B E F MAP MAP MAP MAP MAP CAP MSC HLR gsmSCP NodeB RNC Iub UTRAN Iu CS MAP VLR VLR EIR 2020 3 27 UMTS分组域网络结构 FR EIR HLR SMS GMSCSMS IWMSC MSC VLR BSS UTRAN SGSN SGSN GGSN BG CG TE PDN SS7 ATMDDNISDNEthernet etc GPRSBackbone Gs Gd Gr Gf Gc Gb Iu Um Um Gp Gi Gn Gn ATM Ga SCP GMLC Ge Lg Ga 2020 3 27 SGSN GGSN NodeB RNC Iub UTRAN HLR PS Iu PS RANAP IuUP 控制面 用户面 无线网络层 完成Iu接口对等实体间信令交互 RANAP 或者业务传送 IuUP 传输网络层 为无线网络层的信令和业务提供独立的传输功能 思考 为什么Iu PS接口没有传输网络的控制面 Internet Intranet Iu PS接口及协议 2020 3 27 Gn Gp Ga PS Gn Gp Ga接口与协议栈 Gn接口为运营商PS网络内GSN之间的接口 Gp是不同运营商GSN之间的接口 Gn Gp分为控制面GTP C和用户面GTP U 分别完成路径 隧道管理 移动性管理和分组数据传送 Ga接口 GSN与计费网关CG接口 完成分组话单CDR传送 SGSN GGSN NodeB RNC Iub UTRAN PS Iu PS Otheroperator sGPRS CG BG Gn Ga Ga Gp Gi SGSN HLR Internet Intranet 2020 3 27 在UMTS分组域核心网络中 MAP协议主要完成分组移动性管理 分组SMS传送 用户数据管理等各种功能 CAP作为SGSN SSP和SCP之间的接口 完成分组移动智能业务的控制功能 目前分组智能业务较少 Gs接口是MSC VLR MSCServer 与SGSN之间接口 采用BSSAP 协议 完成CS和PS联合位置管理等功能 NodeB RNC Iub UTRAN Iu PS PDN Gc Gn Gd Gs Gf MAP MAP MAP SGSN GGSN HLR MSC Gi SMSC Gr MAP gsmSCP CAP EIR SS7信令 分组域的MAP和CAP 2020 3 27 主要协议接口列表 一 2020 3 27 主要协议接口列表 二 2020 3 27 主要协议接口列表 三 2020 3 27 内容介绍 第一章移动通信网络演进概述第二章UMTS核心网络系统架构第三章软交换核心网接口和协议第四章GSM UMTS编号方案 2020 3 27 GSM UMTS常用号码列表 2020 3 27 IMSI号码 MCC 移动国家码MNC 移动网号MSIN 在某一PLMN内MS的唯一识别码NMSI 在某一国家内MS的唯一识别码 IMSI 国际移动用户标识符 是GSM系统分配给移动用户 MS 的唯一的识别号 采取E 212编码方式 存储在SIM卡 HLR和VLR中 在无线接口及MAP接口上传送 IMSI分配原则 最多包含15个数字 0 9 例 460002289000168 2020 3 27 TMSI P TMSI号码 TMSI 电路域用户临时标识符 是为了加强系统的保密性而在VLR内分配的临时用户识别 在某一VLR区域内与IMSI唯一对应 P TMSI 分组域用户临时标识符 是为了加强系统的保密性而在SGSN内分配的临时用户识别 在某一SGSN区域内与IMSI唯一对应 TMSI P TMSI分配原则 包含四个字节 可以由八个十六进制数组成 其结构可由各运营部门根据当地情况而定 2020 3 27 MSISDN号码 CC CountryCode 国家码 如中国为86 NDC NationalDestinationCode 国内接入号 如139 130等等 SN SubscriberNumberMSISDN是指主叫用户为呼叫GSMPLMN中的一个移动用户所需拨的号码 作用同于固定网PSTN号码采取E 164编码方式存储在HLR和VLR中 在MAP接口上传送 例 8613900188210 2020 3 27 IMEI号码 TAC TypeApprovalCode 型号批准码 由欧洲型号批准中心分配 FAC FinalAssemblyCode 最后装配码 表示生产厂家或最后装配所在地 由厂家进行编码SNR SerialNumber 这个数字的独立序号码唯一地识别每个TAC和FAC的每个移动设备 spare 备用比特 当手机发送时 此位要置0 例 490547403767335 2020 3 27 MSRN号码 在移动被叫或切换过程中 由所在业务区的MSC VLR临时分配 用于寻址VMSC 采取E 164编码方式 编码格式为 在MSC Number的后面增加几个数字 一般为3个数字 2020 3 27 IMS用户标识 私有身份标识 由IMS归属网络运营商定义的IMS用户全球唯一身份标识符 表示一个IMS用户与其归属网络的签约关系 永久分配给一个IMS用户 私有身份标识符的作用类似IMSI 保存在HSS中 UE无法修改该标识 IMS用户私有身份标识符格式 sip zs6201081988 公共身份标识 在IMS用户进行通信或者使用业务时 对外公布的 作被叫时用来区分用户的标识符 作用类似MSISDN 公共身份标识有两种格式 SIPURI和telURI 为了保持传统E 164电话号码的延续性 SIPURI sip zhangsan public telURI 8613900012000 2020 3 27 网络设备号码 CC NDC SN 网络设备号码 MSC VLR HLR SGSN GGSN等网络设备通过网络设备号码来进行标识 网络设备号码的编码方式跟MSISDN的编码方式相同 E 164 为了便于区分网络设备号码和MSISDN号码 一般网络设备号码采用专用的号段 目前在网上MSC与VLR都是合一的 所以MSC Number与VLR Number基本上都是一样的 HLRNumber CC NDC H0H1H2H30000 2020 3 27 IP网络 IP地址 IP设备地址 SGSN GGSN CG MGW MSCServer等都会用到IP地址IPv4地址 32bit 格式为10 136 20 15IPv6地址 128bit 格式为FEDC BA98 7654 3210 FEDC BA98 7654 3210 Gn Gp Ga Gi接口都需要IP地址 SGSN GGSN IP IP Gn Mc Nc接口信令可以在IP上传送 MGW Mc Nc MGW MSCServer MSCServer 2020 3 27 接入点名称APN 格式 APN作用 SGSN利用APN进行DNS解析 获取相应GGSN的IP地址 GGSN利用APN选择到不同PDN 分组数据网 的路由 分组域 APN 2020 3 27 IMS网元SIP地址 在IP网络中 最终用来标识网元的地址是IP地址 IP地址不便于人学习和管理 因此在IMS系统中 CSCF BGCF MGCF等网元是用SIP地址来表示的 SIP地址通过DNS解析 最终解析为IP地址来寻址 SIP地址通过DNS解析出IP地址 P CSCF S CSCF sip pcscf1 sip scscf1 DNS 2020 3 27 小区 服务区 MSC区SGSN区 位置区路由区 PLMNB PLMNA PLMN区 区域定义 2020 3 27 PLMNIdentifier PLMNIdentifier PLMN标识是用来在全球唯一标识一个PLMN网络的 MCC MN