[计算机硬件及网络]核心网概述

1、核心网概述 n一、核心网络的定义及核心网络的不同 阶段 n二、R99核心网络 n三、R4核心网络 n四、R5核心网络 n五、核心网络的平滑演进 主要内容 n一、核心网络的定义及其核心网络的不一、核心网络的定义及其核心网络的不 同阶段同阶段 n二、R99核心网络 n三、R4核心网络 n四、R5核心网络 n五、核心网络的平滑演进 主要内容 核心网络的定义 User Equipment Domain Access Network Domain Core Network Domain Infrastructure Domain Cu Mobile Equipment Domain USIM Domai

2、n Home Network Domain Transit Network Domain UuIu Zu Yu Serving Network Domain 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，物理实体包括（G）MSC、HLR、SCP、SMC等。核心网络又分为归属网络、 拜访网络和传送网络3类。（参见3GPP规范23.101） 3G核心网络的不同阶段 nR99： n1999年4月3GPP完成第一个版本，之后对内 容不断进行增补和修改，2001年3月最终冻 结。但2000年12月之后的版本变动不大。 n主要变化体现在新的无线技术的引入，核心核心 网络无根

3、本性改变。网络无根本性改变。 3G核心网络的不同阶段 nR4： n2001年3月完成第一个版本。 n主要变化 n无线接口：TDSCDMA无线技术的基本完成 n核心网络：核心网络：MSC被拆分为被拆分为MSC Server和和MGW 两部分，开始实施向两部分，开始实施向ALL IP网络的过渡网络的过渡 3G核心网络的不同阶段 nR5（又称ALL IP网络） n预计2001年12月完成第一个版本。 n主要变化体现在 n无线接口：IP技术成为无线接入网络的承载技术 n核心网络：大量新的功能实体的增加，改变了原核心网络：大量新的功能实体的增加，改变了原 有的呼叫流程。有的呼叫流程。IP技术成为所有信令

4、消息的承技术成为所有信令消息的承 载技术。载技术。 n一、核心网络的定义及其核心网络的不 同阶段 n二、R99核心网络 n三、R4核心网络 n四、R5核心网络 n五、核心网络的平滑演进 R99核心网络 nR99核心网络结构 n基本结构 nCAMEL网络结构 n核心网络的功能实体 n核心网络的接口协议 基本概念 n移动性管理状态：每个UE在CS和PS域分别有 三个不同的状态，存在SGSN和VLR/MSC内 nDetached状态 网络内没有UE的位置信息，不进行路由区、位置 区更新。如关机、没插SIM卡等时。 nIdle状态 核心网(MSC/SGSN)内有UE的位置信息，可对UE 进行寻呼，进行

5、路由区、位置区更新。 nConnected状态 UE和RNC之间有信令连接。 R99核心网络结构（1） B S S B S C R N S R N C C N N o d e BN o d e B AIu P S Iu r Iu b is U S IM M E M S C u U u M S C S G S N G s G G S NG M S C G n H L R G r G c C D E A u C H E IR FG f G i P S T N Iu C SG b V L R B G p V L R G B T SB T S U m R N C A b is S IM S IM -M

6、 E i/fo r M S C B P S T NP S T N c e ll 基本结构基本结构 R99核心网络结构（2） M S C G M S C H L R C D V L R B g sm S C F g sm S S F g sm S S F g sm S R F S G S N g p rsS S F G r 智能网网络结构智能网网络结构 R99核心网络特色及核心技术（1） n核心网络分为CS域和PS域。CS域以原有的 GSM网络为基础，PS域以原有的GPRS网络为 基础。 nCS域：用于向用户提供电路型业务的连接。它 包括MSC/VLR、GMSC等交换实体以及用于与 其它网络互通

7、的IWF实体等。 nPS域：用于向用户提供分组型业务的连接，实 现方式为IP包计划方式。它包括SGSN、GGSN 以及与其它PLMN互连的BG等网络实体。 R99核心网络特色及核心技术（2） nMSC与SGSN两个功能实体可以合设也可 独立设置。 n呼叫控制部分的信令增强了对多媒体业 务的支持。 n移动性管理仍沿用MAP信令，只是由于 对CAMEL、GPRS等功能的增强而对MAP 信令做了相应的补充。 R99核心网络基本网络 （各功能实体的功能）（1） nCS域和PS域共用的功能实体 nHLR：完成移动用户的数据管理（MSISDN、IMSI、 PDP ADDRESS、LUM INDICATOR

8、、签约的电信业 务和补充业务及其业务的的适用范围）和位置信息 管理（MSRN、MSC号码、VLR号码、SGSN号码、 GMLC等） nVLR：处理当前用户的各种数据信息 nAUC：存储用户的鉴权信息（密钥） nEIR：存储用户的IMEI信息 nSMSGMSC和SMS IMSC：SMSGMSC用于保证短 消息正确的由SC发送至移动用户。SMS IMSC用于 保证短消息正确的由用户发送至SC。 R99核心网络基本网络 （各功能实体的功能）（2） nCS域功能实体 nMSC：完成电路交换型业务的交换功能和信令控制 功能。 nGMSC：在某一个网络中完成移动用户路由寻址功 能的MSC。GSMC可以与M

9、SC合设，也可分设。 nIWF：与MSC紧密相关的一个功能实体。完成PLMN 网络与ISDN、PSTN、PDN网络之间的互通（主要 完成信令转换功能），其具体功能可以根据业务和 网络种类的不同进行规定。 R99核心网络基本网络 （各功能实体的功能）（3） nPS域功能实体 nGSN（SGSN、GGSN）：完成分组业务用户的分组 包的传送。存储用户的签约信息（IMSI、PDP ADDRESS）和位置信息（SGSN：VLR号码、CELL 或ROUTING AREA； GGSN：SGSN号码）。 nBG：完成两个GPRS网络之间的互通，保证网络互 通的安全性。 R99核心网络基本网络 （网络接口）（

10、1） n基本网络 n核心网络与接入网络间接口 nA接口：完成BSS管理、移动性管理和呼叫控制 功能。（08系列） nGb接口：完成分组数据传输和移动性管理功能。 （08.14、08.16、08.18） nIu-cs接口：完成RNS管理、移动性管理和呼叫控 制功能。（25.41系列） nIu-ps接口：同Iu-cs接口。 （25.41系列） R99核心网络基本网络 （网络接口）（2） n基本网络 n核心网络内部接口CS域 nMSC与VLR之间的B接口：完成用户的移动性管理、位置更新 和补充业务的激活等功能。此接口为内部接口，标准不规范。 nMSC与HLR之间的C接口：获取用户的MSRN和与智能业

11、务相 关的用户状态、用户位置等信息。（29.002、23.078） nVLR与HLR之间的D接口：获取用户的MSRN和与智能业务相 关的用户状态、用户位置等信息。（29.002、23.078） nMSC之间的E接口：用于两个MSC之间的切换过程。同时，若 一个MSC兼作SC，当向一个用户发送或接受短消息时，也需 在此接口传送信息。（29.002） nMSC与EIR之间的F接口：交换相关信息，用于EIR验证用户 的IMSI状态信息。 nVLR之间的G接口：当用户从一个VLR移动至另一个VLR时， 用于交换用户的IMSI和鉴权参数信息。（29.002） R99核心网络基本网络 （网络接口）（3）

12、n基本网络 n核心网络内部接口PS域 nSGSN与HLR之间的Gr接口：完成用户位置信息的交换和用 户签约信息的管理。同C接口功能相似。（29.002） nSGSN与GGSN之间的Gn、 Gp接口：采用GTP协议，在 GSN设备间建立隧道，传送数据包。（29.060） nGGSN与HLR之间Gc的接口：可选接口。 nSGSN与EIR之间的Gf接口： nGGSN与外部网络之间的Gi接口： nCS域、PS域共用的接口 nMSC/VLR与SGSN之间的Gs接口：用于MSC与SGSN之间的 联合位置更新。（29.016、29018） nHLR与AUC之间的H接口：用于鉴权和加密。内部接口，不 规范。

13、接口协议 Gf Uu Um D Gi Gn Iu Gc C E Gp Gs Signalling and Data Transfer Interface Signalling Interface MSC/VLR TE MT UTRAN TE PDN Gr Iu HLR Other PLMN SGSN GGSN Gd SM-SC SMS-GMSC SMS-IWMSC GGSN EIR SGSN Gn CGF Ga Ga Billing System Gb TE MT BSS R A R CAMEL GSM- SCF Ge Iu接口接口: MSC/SGSN和RNC之间的接口 Gn接口接口: SGS

14、N和GGSN之间的接口 Ga接口接口: SGSN和CG之间的接口 CAP接口接口: MSC、SGSN和SCP之间的接口 D接口接口: MSC和HLR之间的接口 Gr接口接口: SGSN和HLR之间接口 E接口: MSC与SMC/GMSC之间的接口 Gd接口: SGSN与SMC之间的接口 Gs接口: MSG和SGSN之间的接口(可选) Gi接口: GGSN与INTERNET之间的接口 接口协议 n同一PLMN内GSN之间通过Gn接口进行通信， 不同PLMN之间中的SGSN和GGSN之间通过Gp 接口通信 n通过Gi接口外部分组数据网相连 nGGSN和HLR之间的Gc接口为可选接口 nSGSN和M

15、SC/VLR之间为Gs接口为可选接口 接口协议 n用户面协议栈(MS-GGSN) L1 RLC PDCP MAC E.g., IP, PPP Application L1 RLC PDCP MAC ATM UDP/IP GTP-U AAL5 Relay L1 UDP/IP L2 GTP-U E.g., IP, PPP 3G-SGSNUTRANMS Iu-PSUuGnGi 3G-GGSN ATM UDP/IP GTP-U AAL5 L1 UDP/IP GTP-U L2 Relay 接口协议 n控制面协议栈(MS-SGSN) RLC RRC L1 GMM / SM / SMS RRC MAC AT

16、M RANAP AAL5 Relay ATM AAL5 3G SGSNRNSMS Iu-PsUu RLCSCCP Signalling Bearer MAC L1 Signalling Bearer RANAP SCCP GMM / SM / SMS 接口协议 nGSN之间控制面协议栈 UDP L2 L1 IP L2 L1 IP UDP Gn or Gp GSN GSN GTP-C GTP-C 接口协议 nMAP接口 B、C、D、E、G、J、 Gr、Gd、Gc等传递MAP消息的 接口统称为MAP接口，因其协议结构相同，统一描述 这类接口。相关的网络实体包括MSC、VLR、SGSN、 EIR、H

17、LR和SCP。 MS HLR EIR MSC/VLR MSC/VLR BSS A F E/G C/D 接口协议 nMAP接口协议 L1 MTP2 MTP3 SCCP TCAP MAP L1 MTP2 MTP3 SCCP TCAP MAP B/C/D/E /G/Gd/Gr R99核心网络CAMEL网络 （各功能实体的功能） n包括gsmSCF、gsmSSF和gsmSRF功能实体， 作用及其设置原则与GSM移动智能网一样。 n新增gprsSSF功能实体，作用与gsmSSF类似， 与gsmSCF配合完成对GPRS用户智能业务的控 制。 n目前CAMEL3已冻结，CAMEL4正在制定。 CAMEL3中

18、新增大量消息，一方面用于实现短 消息智能业务和GPRS智能业务，一方面增强 智能业务的灵活性。 R99核心网络CAMEL网络 （新增功能） n新功能的增加体现在多种CSI（CAMEL签约信 息）的出现 nDCSI：用户通过设定的 号码触发智能业务。 nGPRSCSI：GPRS用户触发智能业务。 nSMSCSI：短消息用户作主叫时触发智能业 务。 nMCSI：用户可以在位置更新时（如开机引起 的位置更新、通话过程中的周期性位置更新以 及局间切换引起的位置更新）触发智能业务。 nVTCSI：用户在VMSC处触发智能业务。如被 叫用户忙、被叫用户寻呼不到时均可触发智能 业务。 n以上CSI信息均定义

19、在HLR中。 nNCSI：由拜访网络运营商定义的号码触发智 能业务。 R99核心网络CAMEL网络 （网络接口） nCAMEL网络 nMSC与gsmSSF（内部接口）、 GMSC与gsmSSF （内部接口）、gsmSSF与gsmSCF、gsmSCF与HLR、 MSC与gsmSCF之间的接口：与CAMEL2阶段相同， 只是增加了部分消息和参数。 nSGSN与gprsSSF（内部接口）、gprsSSF与gsmSCF 与之间的接口：CAMEL3新增接口，完成GPRS用户 的智能业务的触发和智能业务的交互。 n核心网络的定义及其核心网络的不同阶 段 nR99核心网络 nR4核心网络 nR5核心网络 n

20、核心网络的平滑演进 R4核心网络网络结构 B S S B S C R N S R N C C N N o d e B N o d e B A o r I u - C S I u P S I u r I u b i s U S I M ME MS C u U u MS C s e r v e r S G S N G s G G S N G MS C s e r v e r G n H S S ( H L R ) G r G c C D E H E I R F G f G i P S T N I u C S G b o r I u - P S V L R B G p V L R G B T S B

21、 T S U m R N C A b i s S I M S I M-ME i / f o r MS C s e r v e r B P S T N c e l l MG W MG W MG W A u C Nb T - S G W R - S G W Mc Mc N b P S T N P S T N Nc Mc Mh R4核心网络特色 n将MSC拆分为MSC Server和MGW，在CS 域首先向ALL IP网络迈进一步。PS域没 有变化。 n新增TSGW和RSGW功能实体，为 IM(IP Multimedia)域的引入进行准备。 3G R4 MSC SREVER功能功能 n继承了R99

22、MSC的所有电路域控制面功能，不在其内部实现承载面的 交换功能（由MGW以多种承载方式实现）； n对外提供纯粹的信令接口； n集成了R99 VLR功能，以处理移动用户业务数据及CAMEL相关数据； n对电路域基本业务及补充业务涉及的MGW中承载终端及媒体流的控 制，是通过3G扩展的H.248协议来实现的； n与其他MSC server间通过BICC信令实现承载无关的局间呼叫控制； n支持MGW及自身的登记及故障恢复操作，并可要求MGW主动上报其 终端特性 3G R4 GMSC SREVER功能功能 n由GMSC的呼叫控制和移动控制组成，只完成GMSC的信令处理功能。 n具有查询位置信息的功能。

23、如MS被呼时，网络如不能查询该用户所 属的HLR，则需要通过GMSC server查询，然后将呼叫转接到目前登 记的MSC server中。 n通过H.248协议控制MGW中媒体通道的接续。 n支持BICC与ISUP的协议互通； 3GR4 MGW功能功能 nMGW是3G R4核心网的用户承载面的网关交换设备，位于3G CS核心网通往无 线接入网（UTRAN/BSS）及传统固定网（PSTN/ISDN）的边界处；是Iu接口、 PSTN/PLMN接口的承载通道，以及分组网媒体流（如RTP流）的终结点。 nMGW不负责任何移动用户相关的业务逻辑处理。 nMGW 可以支持媒体转换、承载控制及业务交换等功

24、能，如GSM/UMTS各类语 音编解码器，回音消除器，IWF，接入网与核心网侧终端媒体流的交换，会议 桥、放音收号资源等。 nMGW可通过H.248信令，接受来自 MSC server及 GMSC server的资源控制命令。 n支持电路域业务在多种传输媒基介（基于AAL2/ATM, TDM，或于RTP/UDP/IP) 上的实现，提供必要的承载控制。 3GR4 SG功能功能 n信令网关（SG）在基于TDM的窄带SS7信令网络与基于IP 的宽带信令网络之间，完成MTP3用户的传输层信令协议 栈的双向转换 (SIGTRAN M3UA /SCTP/IP SS7 MTP3/2/1)。 nSG在物理实现

25、上可与(G)MSC server或MGW合一 R4核心网络接口协议 n（G）MSC Server与MGW之间的Mc接口：支持多种呼 叫模式、多种媒体的灵活的连接处理。使用IETF MEGACO（即H.248） 协议。 nMSC Server与（G）MSC Server之间的Nc接口：完成 局间的呼叫控制。使用基于ISUP的BICC呼叫控制协议。 nMGW之间的Nb接口：完成承载方式的控制和用户信息 （语音、数据、图象、多媒体）的传送，完成不同媒 体帧格式之间的转换。可以使用RTP/UDP/IP或 AAL2/ATM协议。 nHSS(HLR)与RSGW之间的Mh接口：完成用户移动性 管理信息、业务

26、签约信息在不同网络（R99、R4、R5） 之间的交换。 n核心网络的定义及其核心网络的不同阶 段 nR99核心网络 nR4核心网络 nR5核心网络 n核心网络的平滑演进 R5核心网络网络结构 Gf Gi Iu-ps Iu Gi Mr Gi Ms Gi RUu MGW Gn Gc Gp Signalling and Data Transfer Interface Signalling Interface TEMT UTRAN Gr Other PLMN SGSN GGSN GGSN EIR SGSN Gn MGCF R-SGW MRF Multimedia IP Networks PSTN/ L

27、egacy/External Applications & Services *) Mm Mw Legacy mobile signaling Network Mc Cx RUm TEMT ERAN Alternative Access Network Mh CSCF CSCF Mg T-SGW *) T-SGW *) HSS *) HSS *) Applications & Services *) MSC serverGMSC server Iu1 = Iucs (RTP, AAL2) Iu2 = Iu(RANAP) *) those elements are duplicated for

28、figure layout purpose only, they belong to the same logical element in the reference model Mc Mc MAP MAP SCP CAP MGW Nb Nc Iu1 Iu2 R-SGW *) Mh R5核心网络网络结构 VMSC serverGMSC server PSTN/ISDN Internet Iu E-SGSN 传统话音代理域 分组域 UTRAN IP MGWMGW VoIP/VoATM CSCF MRF MGCF IP E-GGSN IP多媒体子系统 GERAN R5核心网络特色 nALL IP

29、网络的出现：不但在核心网络实现 IP，在无线接入部分也引入IP n使用IPV6协议作为基本的IP承载协议。 n为适应IP多媒体业务的出现，新增IPM子 域。引入大量新的功能实体。 n可连接多种无线接入技术（UTRAN、 ERAN）。 n智能业务的控制更加灵活，CAMEL4完成。 R5核心网络功能实体（1） n呼叫状态控制功能( Call State Control Function, CSCF ) n入呼叫网关功能(Incoming call gateway, ICGW) n 是入呼叫的第一个入口点，完成入呼叫的选路 n 入呼叫业务触发（如呼叫屏蔽，无条件呼叫前转） n 查询地址处理 n 与H

30、SS进行通信 R5核心网络功能实体（2） n- 呼叫控制功能( Call Control Function, CCF) n 呼叫建立/终结，以及状态/事件管理 n 与MRF交互，以便支持多方会话和其他业务 n 计费、审计、拦截等事件或其他事件的报告 n 接收和处理应用层注册 n 查询地址处理 n 向应用和业务网络提供业务触发机制（业务能力特性） n 提供与网络有关的位置服务 n 检查对于当前的预约登记，是否允许进行所请求的呼出通 信 R5核心网络功能实体（3） n 服务概要数据库功能(Serving Profile Database, SPD) n与归属地的HSS进行交互，接收Release

31、2000 全IP网络用 户的概要信息，也可以依据与归属域达成的服务级别协定， 存储这些信息 n通知归属域用户的接入信息(包括CSCF信令传送地址，用 户ID等) n 缓存与用户接入有关的信息 n - 地址处理功能(Address Handling, AH) n对地址进行分析、翻译修改(如果要求的话), 地址携带，别 名地址映射 n可以向网络间选路提供临时地址处理 R5核心网络功能实体（4） n归属用户服务器(Home Subscriber Server, HSS) nHLR的功能：存储用户的标识、业务数据、位置数据等信息。 nAUC/AAA的功能：对用户进行认证。 n传送信令网关( Transport Signalling Gateway ， T- SGW)：是PSTN/PLMN网络的终结点，包括下列功能： n在IP层上对来自PSTN/PLMN的与呼叫有关的信令进行映射， 然后将它发送给MGCF；或者接收来自于MGCF的与呼叫有关 的信令，然