交换所内部培训课件-技术原理类-电路域核心网.ppt

1、电路域核心网技术原理（含2G、3G）,中国移动通信集团设计院有限公司交换所 冯 征 2009年,课程目录,电话交换网的基本概念,1,2,3,移动核心网电路域,2G网与TD网,电话交换网的基本概念,电话交换网的引入,1,2,3,电话交换呼叫接续过程,模拟系统与数字系统,4,移动数字系统,5,电话业务和数据承载业务,6,交换局间数字传输,7,交换机的号码分析及路由选择,交换机的基本结构,8,9,交换机之间的路由选择,电话交换网的引入,电话产生之初,所有终端“个个相连” - 终端上需具备相应的“开关控制”选择被叫终端 - 每个终端需要与(N-1)个终端各配置一对传输线；总的线对数=N(N-1)2 -

2、 没有计费点，无法运营！ - 终端实现极为复杂！,引入电话交换机构成电话交换网,所有终端通过“交换机”构成的交换网络相连（“一点接入”） - 终端：拨打被叫号码 - 交换机： - 根据被叫号码为用户接续 - 控制主被叫用户之间呼叫电路的建立和释放 - 基于话音的补充业务，如：呼叫转移 - 计费,电话交换呼叫接续过程-固定电话,摘机,拨号音,被叫号码,寻址被叫、选择电路,振铃,找到被叫,回铃,摘机,被叫应答、话路建立、计费,挂机,话路释放、停止计费,催挂音,挂机,呼叫建立阶段,通话 阶段,呼叫释放阶段,主叫话机,被叫话机,被叫交换机,主叫交换机,用户信令,用户信令,局间信令,固定电话,电话交换呼

3、叫接续过程-移动电话,始呼接入 (被叫号码),起呼消息 (被叫号码),分配话音信道,寻址被叫、选择电路,振铃,找到被叫,回铃,摘机,被叫应答、话路建立、计费,主叫话机,被叫话机,被叫交换机,主叫交换机,用户信令 BSSAP/RANAP,用户信令,局间信令,移动电话,GERAN/UTRAN,分配话音信道,提醒,移动数字系统,主叫话机,主叫MSC,BTS,GSM（2G）,数字传输电路,空中无线信道,数字传输电路,全程传送的均为数字信号 - 信令： - 话机-MSC：BSSAP(用户信令) - MSC-MSC:MISUP (局间信令) - 话音：话机完成AD，在BSC转换为G.711编码,TD-SC

4、DMA（3G）,BSC,被叫MSC,FR、HR、EFR,数字传输电路,FR、HR、EFR,G.711,G.711,主叫话机,主叫MSC Server,NodeB,ATM传输电路 （光）,空中无线信道,全程传送的均为数字信号 - 信令： - 话机MSC Server：RANAP(用户信令) - MSC-MSC:BICC (局间信令) - 话音：话机完成AD，话机与MGW采用相同的语音编码，不需RNC进行编码转换,RNC,被叫MSC Server,AMR,数字传输电路,AMR,AMR,AMR,IP网,主叫MGW,被叫MGW,BICC信令,H.248信令 SIGTRAN信令,H.248信令 SIGT

5、RAN信令,也可以采用软交换架构,电话业务和数据承载业务,电话和传真业务,普通拨号上网业务,主叫,主叫交换机,1对模拟双绞线,数字传输电路,检测出是话音呼叫，启动“话音业务”流程，对话音流完成“模拟数字”转换，即：将“模拟信号”转换为PCM 64kb/s码流,传真业务请求,检测到“传真业务请求”，切换至“透明承载业务”流程，对媒体流不再进行“模拟数字”转换，透明传送“数字信号”,主叫交换机,1对模拟双绞线,数字传输电路,拨打接入码 如：“163”,Internet,拨号服务器,拨号服务器,返回Modem音,启用“透明承载业务”流程，对媒体流不进行A/D转换,初期，采用模拟用户线接口,以后普遍采

6、用局间中继接口或30B+D接口,最大带宽64kb/s,电话业务和数据承载业务,ADSL拨号上网业务,主叫交换机,ADSL Modem,将话音和数据混合传送,Internet,拨号服务器,ADSL Modem,分离出话音传送给交换机,分离出数据业务,话音和数据业务互相不影响,移动拨号上网业务,主叫交换机,拨打接入码 如：“172”,Internet (CMNet),拨号服务器,返回Modem音,调用IWF模块，启动“透明承载业务”流程,BTS,BSC,关口局,传统的CSD业务 - 受限于空中接口带宽(16kb/s),现在用户基本已经选择PS域提供的服务,交换局间数字传输,TDM交换机,TDM交换

7、机,TDM数字传输系统,1帧,交换机之间固定以“帧”的方式传送信息,1帧：32个时隙(TS),1个时隙(TS)：8 bit,TDM（Time Division Multiplex）时分复用 - 1条话音通道：每8KHz产生8个bit的信息 - 1个时隙(TS)为1条通道，1次传送8个bit - 以TS1为例，每8KHz需要传送1次，因此，可以计算出1帧(328=256 bit)需要在125s(8KHz)的时间内传送完，即：2560.000125=2048Kb/s E1 - 每个TS：80.000125=64Kb/s,交换局间数字传输,TDM数字传输系统,1帧,PCM 30/32,固定用于“帧同

8、步” - 收端识别这8个bit后，则能够断定后续即为TS0,15条独立话路,15条独立话路,在局间采用“随路信令”时，固定用于传送信令 - 用于控制本PCM的TS0-TS15、TS17-TS31共30条话路 - 每16帧构成一个“复帧”，共(4+4)16，每4个bit控制1条话路 带宽：4Kb/s,在局间采用“共路信令”时，可用于“话路”或“信令”,随路信令： - 每条PCM必须有一条信令链路（TS16） - TS16只能用于控制本PCM中的话路,共路信令： - 一个PCM线群只需要在任意两个PCM中各任意指定1个时隙作为信令链路（TS1TS31） - 任意PCM中的任意一条信令链路均可用于控

9、制此PCM线群中的任一PCM中的任意话路,每条话路(TS)为1个CIC(电路识别码),交换局间数字传输,TDM交换机,TDM交换机,TDM数字传输系统,交换机之间固定以“帧”的方式传送信息 - 假设，某个时刻仅有TS1、TS13两路被占用，其它28(或29)个时隙仍传送（空信息）,STP,TDM交换机,未用作信令链路的时隙仍传送（空信息）,每一个时隙(TS)均可指定为 一条独立的64Kb/s七号信令链路,交换局间数字传输,交换机,TDM交换机,TDMIP（媒体）,IP网,针对每一路话音进行“IP打包”,交换机,媒体流从TDM承载至IP承载的转换方法：,设定20ms“打包周期” - 从收到第一个

10、bit开始连续收集20ms的信息 - 20ms125s=160帧 - 8bit160=1280bit - 64Kb/s20ms=1280bit,1280 bit 160 Byte,G.711(TDM) G.711(IP),1280 bit 244 bit,G.711 AMR(12.2K),31 Byte, 170.8 bit,G.711 AMR(12.2K)静音压缩(0.7),22 Byte,交换机的重要功能 号码分析及路由选择,交换机,交换机,固定网,交换机,66118518,66128716,66208518,86208518,每个终端(话机)具备一个电话号码 E.164号码,中国为“86

11、”,不等位长： - “010” - “02X” - “0(39)XX”,同一“长途区号”内等位长： - 部分本地网为“8位” - 部分本地网为“7位”,每个端局(直接接入用户的交换机)具备“局号” - 1个“万号组”为1个局,6620,8620,6611 6612,每个交换机具备1个信令点编码,010101 H,010102 H,010103 H,拨打被叫号码： 66128716,分析到被叫号码的“局号”“6612”，确定被叫位于“6612”局，然后选择出局局向,通过信令链路交互信令 OPC：010101 H DPC：010103 H,分析被叫号码： - 局号“6612”为本局 - 后4位，确

12、定被叫用户线,向被叫振铃,交换机的重要功能 号码分析及路由选择,MSC,移动网,MSC13910108515,每个终端(SIM卡)具备一个电话号码（MSISDN） E.164号码,中国为“86”,NDC(N1N2N3) 中国移动为： - 139/8/7/6/5/4(非9) - 157、188,SN(H0H1H2H3ABCD) - H0H1H2H3”按省、本地网分配,1、与固定网不同，由于用户的漫游特性，主叫MSC仅根据被叫的MSISDN无法确定被叫用户所在局 因此，在移动网内需要引入移动用户的位置管理,2(1)、固定网的“鉴权/授权”：终端通过电话线接入网络，网络针对

13、交换机各用户接口开放业务权限,2G/TD 无线网,2G/TD 无线网,2(2)、移动网的“鉴权/授权”：终端用户在各MSC间漫游，MSC无法保存所有用户数据，且空中接口不安全 因此，在移动网内需要考虑此问题。,11位固定位长,交换机的重要功能 号码分析及路由选择,MSC/VLR_1,移动网位置更新,MSC/VLR_2,MSISDNMSISDN每个终端(SIM卡)具备一个IMSI E.212号码：,中国为“460”,MNC 中国移动为： - 00、02 - 07,MSIN(H1H2H3XXABCDX) - 与MSIDSN有一定的对应关系,2G/

14、TD 无线网,2G/TD 无线网,HLR,IMSI：460000100185161,IMSI：460000100185152,12位固定位长,终端“第一次开机”或“漫游至此MSC/VLR”发起“位置更新” - 发送 IMSI,MSC/VLR根据IMSI寻址到用户归属的HLR - 发送 IMSI,HLR生成“鉴权组” 并发送给MSC/VLR,MSC/VLR对终端进行鉴权,MSC/VLR通知 HLR用户鉴权通过,HLR通知并确认前一个MSC/VLR删除此用户的数据,HLR将用户的 “签约信息”发送给MSC/VLR,保存此用户的“签约信息”，负责此用户此后的呼叫处理 - 并向HLR返回确认消息,记录

15、：此用户(MSISDN)登记在MSC/VLR_2,交换机的重要功能 号码分析及路由选择,MSC/VLR_1,移动网呼叫接续,MSC/VLR_2,MSISDNMSISDNMSRN（移动用户漫游号码） E.164号码：,中国为“86”,13XXM0M1M2M3 ： - 139 00 M1M2M3 - 137 4M0M1M2M3 - 134 4M0M1M2M3,ABC - 用户收端局寻呼被叫,2G/TD 无线网,2G/TD 无线网,HLR,IMSI：460000100185161,IMSI：460000100185152,MSRN：13900101

16、123,MSC/VLR根据MSISDN寻址到用户归属的HLR - 发送 MSISDN,请求MSC/VLR_2为用户分配MSRN - 携带被叫MSISDN,返回 MSRN,此MSISDN的记录为：登记在MSC/VLR_1,返回 MSRN,为被叫分配MSRN,拨打被叫号码：根据MSRN号码选路，分析其中的 “国家号码+被叫MSC国内号码”,建立呼叫 - 发送MSRN,根据MSRN中的“ABC”呼叫被叫(IMSI/TMSI),电话交换网、智能网、软交换架构,电话交换网 由电话交换机组成 电话交换机完成：媒体(话音)承载、呼叫控制、电话业务(基本业务、补充业务)，三大功能 智

17、能网 在电话交换网的基础上，增加了SSP、SCP、SMP(及SMAP)功能实体 主要用于基于话音业务的增殖业务 业务的控制和交换相分离 增殖业务： SCP完成：业务控制功能 SSP完成：业务交换功能 媒体(话音)承载、呼叫控制 SMP(及SMAP)完成：业务创建和加载 软交换架构 电话交换机的演进，“控制”和“承载”相分离 SoftSwitch(MSC Server)完成：呼叫控制、电话业务(基本业务、补充业务) MGW完成：媒体(话音)承载,交换机的基本结构,固定交换机(端局),核心处理 子系统,用户 接口,信令 子系统,交换 矩阵,局间中继 接口,MDF,DDF、ODF,1、实现业务逻辑(

18、电话、SSP) 2、高层信令消息处理 -ISUP、INAP 3、号码分析，控制完成路由接续,1、局间信令(七号信令) 2、底层信令消息处理 - MTP1MTP3、SCCP等,服务 电路,外围 设备,1、DTMF接收 2、录音通知,1、计费 2、网管,模拟(AT)：现已基本不用 数字(DT)：PCM - E1、STM1,1、固定电话端局特有 2、连接固定电话终端 3、用户线信令(摘/挂机、DP直流拨号脉冲、BP双音频信号 ),Z接口：模拟用户电话线,交换机的基本结构,固定交换机(端局)呼叫处理过程,核心处理 子系统,用户 接口,信令 子系统,交换 矩阵,局间中继 接口,2、查明主叫类别 - 业务

19、使用权限(市话、长途) - 话机类型(DP、BP) 为呼叫分配存储块(CCB),5b、构建MTP1MTP3层消息 - DPC、OPC - 根据SLS选择链路SLC,服务 电路,外围 设备,3a、对于BP，准备DTMF接收器,6c、向主叫送回铃音,5a、预占CIC,1、主叫摘机检测,3b、送拨号音,4、分析被叫号码，选择出局局向,5a、构建ISUP_IAM消息 - 预占电路CIC,6a、收到返回信令消息，MTP3层处理,6b、收到ACM消息，指示服务电路放音,6c、向主叫送回铃音,7a、收到返回信令消息，MTP3层处理,7b、收到ANM消息 -预占CIC连通 -开始计费 -监视呼叫,7b、预占C

20、IC连通,7c、主被叫通话,8、呼叫释放，产生话单,5b、发送IAM,5c、通过信令链路发送信令消息,6a、7a、通过信令链路收到信令消息,（去话-出局）,交换机的基本结构,固定交换机(端局)呼叫处理过程,核心处理 子系统,用户 接口,信令 子系统,交换 矩阵,局间中继 接口,服务 电路,外围 设备,（来话-入局）,2、分析被叫号码 - 选择被叫用户 - 查明被叫类别 - 为呼叫分配存储块(CCB),4b、构建MTP1MTP3层消息 - DPC、OPC - 根据SLS选择链路SLC,1c、预占CIC,3、向被叫振铃,5、被叫摘机,1b、收到ISUP_IAM消息 - 预占电路CIC,1a、收到返

21、回信令消息，MTP3层处理,4a、发ACM消息,6b、构建MTP1MTP3层消息 - DPC、OPC - 根据SLS选择链路SLC,6a、发ANM消息 -预占CIC连通 -开始计费 -监视呼叫,6b、预占CIC连通,6c、主被叫通话,7、呼叫释放，产生话单,1a、通过信令链路收到信令消息,4c、6b、通过信令链路发送信令消息,交换机的基本结构,移动交换机(MSC/VLR),核心处理 子系统,A接口,信令 子系统,交换 矩阵,局间,BSC,MSC/VLR GMSC、TMSC HLR STP,增加MAP、BSSAP功能,服务 电路,外围 设备,VLR 子系统,中继接口,交换机的基本结构,汇接局/长

22、途局,核心处理 子系统,信令 子系统,交换 矩阵,局间,服务 电路,外围 设备,回声 抑制,中继接口,信令转接点（STP）,SCCP GT模块,信令 子系统,交换 矩阵,局间,服务 电路,外围 设备,中继接口,增加MTP3转接功能,交换机的基本结构,TDM交换机软交换架构,核心处理 子系统,用户 接口,信令 子系统,交换 矩阵,局间中继 接口,服务 电路,外围 设备,TDM 交换机,核心处理 子系统,IP 承载网,软交换机 Soft Switch,用户 接口,AMG,TMG,局间中继 接口,SG,信令 子系统,资源模块,MRF,信令：H.248,SIGTRAN透传No.7信令,根据选择的SIG

23、TRAN协议，TDM交换机的信令子系统功能将由SS和SG分布实现,媒体流：RTP/RTCP,软交换将TDM交换机的各逻辑功能模块改造为“SS+多种MG”的分布式系统，软交换网各网元之间通过IP网通信,负责计费,交换机的基本结构,移动软交换（MSC/VLR）,核心处理 子系统,A接口,系 统 总 线,局间中继,BSC,MSC GMSC TMSC STP,服务 电路,VLR 子系统,系 统 总 线,协议处理板,处理SCTP等,IP 接口,中继 接口,承载 MAP,计费,网管,MSC-S MGW,MSC Server,呼叫 处理板,处理H.248、SCTP等,信令IP 接口,MSC-S,媒体IP 接

24、口,MGW,网管,SG,MGW,服务 电路,编码转换,H.248 SIGTRAN,VOIP 需增加,VOIP 需增加BICC,交换机之间的路由选择,本地呼叫,端局a SPa,汇接局b SPb,STPa,1、收到被叫号码： (O)PQRABCD 2、分析被叫号码的局号“(O)PQR”后，判定被叫用户位于端局d,汇接局c SPc,端局d SPd,第一路由,数据配置： - 第一路由为主用路由 - 第二、三路由为备用路由，且按比例负荷分担,3、选定第一路由，然后预占其中一条电路CIC -方式一：端局a主选“奇” -方式二：端局a主选“高”,STPb,第二路由,第三路由,数据配置： - 方式一：首选直联

25、 - 方式二：首选准直联,链路组1 SPa-SPd,链路组2 SPa-STPa,链路组3 SPa-STPb,4、首选直联： - 根据SLS(CIC的低4位)选择信令链路SLC - DPC：SPd,4、首选准直联： - 根据SLS(CIC的低4位)选择信令链路组2、3 - 选定信令链路组后，再根据SLS选择本链路组内的SLC - DPC：SPd,话路：端局a预占的话路 信令链路：与SPa选择的SLC有可能不一样,号码分析选择话路路由预占电路选择信令链路,交换机之间的路由选择,长途呼叫,端局a SPa,长途局b SPb,STPa,收到被叫号码： 0XYZ+(O)PQRABCD,STPz,长途局c

26、SPc,端局z SPz,长途局x SPx,长途局y SPy,1、分析到“0XYZ”，判断为长途呼叫 2、通过查询本机路由表，发现主用路由为： -路由1：端局a长途局b -路由2：端局a长途局c -路由1和路由2负荷分担 3、发送被叫号码： 0XYZ+(O)PQRABCD,假定： 选择路由2,DPC：SPc,4、分析到“0XYZ” 5、通过查询本机路由表，发现主用路由为： -路由1：长途局c长途局x -路由2：长途局c长途局y -路由1和路由2负荷分担 6、发送被叫号码： 0XYZ+(O)PQRABCD,假定： 选择路由2,DPC：SPy,7、分析到“(O)PQR” 8、通过查询本机路由表，发现

27、主用路由为：长途局y端局z 9、发送被叫号码： (O)PQRABCD,DPC：SPz,交换机之间的路由选择,移动软交换局间长途（简单流程）,MSC Server,IP网,MGW,MSC Server,MGW,收到被叫号码，判定为长途呼叫，则向CMN发送BICC消息,CMN,CMN,BICC-IAM - 携带被叫号码,分析被叫号码，向被叫归属的CMN发送BICC消息,BICC-IAM - 携带被叫号码,分析被叫号码，向被叫所在的MSC Server发送BICC消息,BICC-IAM - 携带被叫号码,1、寻呼被叫 2、指示MGW分配IP端口,MGW返回IP端口(媒体),逐段返回BICC-APM,

28、向MGW告知对端IP端口(媒体),建立Nb IP连接,CMN节点需要分析被叫号码进行路由选择，绝不是简单的BICC信令转接！,课程目录,电话交换网的基本概念,2,1,3,移动交换网电路域,2G网与TD网,移动交换网电路域,GSM移动通信网网络组织结构,1,2,3,GSM移动通信网功能实体,GSM移动通信网接口与信令,4,移动网中“鉴权、加密”基本原理,5,移动网业务信令流程,GSM移动通信网网络组织结构,GSM移动通信网功能实体,MS：移动台，是移动网的用户终端设备 BTS：2G基站，负责射频信号的发送和接收以及无线信号至MSC的接入，一般一个基站控制一个或数个蜂窝小区（CELL）。 BSC：

29、2G基站控制器，负责2G基站管理及与核心网接口等功能。 Node B：3G基站，负责射频信号的发送和接收以及无线信号至MSC的接入，一般一个基站控制一个或数个蜂窝小区（CELL）。 RNC：3G基站控制器，负责3G基站管理及与核心网接口等功能。 MSC：移动交换中心。完成呼叫接续、越区切换控制、无线信道管理等功能，并产生和存储计费信息。同时也是GSM网与其它通信网络互通的接口设备，这种接口功能被称为GMSC功能，GMSC功能可综合在MSC中，也可由一个单独的物理实体来实现。 VLR：拜访位置寄存器。存储当前活动在所辖区域内移动用户的有关数据，这些数据都是呼叫处理的必备数据，取自于漫游入用户的H

30、LR。在呼叫建立时，根据MSC的请求，依据IMSI、MSISDN或TMSI向MSC提供用户信息。,GSM移动通信网功能实体,HLR：归属位置寄存器。存储和管理归属移动用户信息，这些信息包括用户信息和位置信息两类，用户信息一般为静态数据，主要有用户的有关号码及用户类别，签约的电信业务、承载业务等；位置信息为动态数据，主要有用户所在的MSC/VLR地址和分配给用户的补充业务等，位置信息用于网络正确地选择路由。 AUC：鉴权中心。为了防止非法用户接入GSM系统而设置的功能节点，存储移动用合法性检验的专用数据和算法。AUC可根据要求为每个用户提供鉴权参数组，通过HLR发送至VLR，VLR根据需要向移动

31、用户发起鉴权要求，通过检查系统提供的和用户响应的参数是否一致来鉴别用户身份的合法性。 EIR：设备识别寄存器。管理所有移动台设备的国际移动设备识别码（IMEI）并根据网络需要检查每个移动台是否为合法设备。为了防止非法使用偷窃的、有故障的或未经许可的移动设备。,GSM移动通信网接口与信令,Um接口：移动台与2G基站间接口，又称空中接口。GSM网采用900/1800 MHz频段，FDMA/TDMA多址接入方式，射频调制方式为GMSK。 Uu接口：移动台与3G基站间接口，又称空中接口。TD网采用CDMA多址接入方式。 A接口：MSC与2G BSS间的接口。2G基站子系统BSS由BSC和BTS组成，B

32、TS与BSC间的接口为A-Bis接口。BSS与MSC间的A接口由BSC来提供，主要传递呼叫处理、移动性管理、无线资源管理等信息。此接口基于2Mbit/S数字接口，信令规程为BSSAP协议。 Iu-CS接口：MSC与3G UTRAN间的接口。3G基站子系统UTRAN由RNC和Node B组成，Node B与RNC间的接口为Iub接口。RNC与MSC间的Iu-CS接口由RNC来提供，主要传递呼叫处理、移动性管理、无线资源管理等信息。此接口基于2Mbit/S数字接口，信令规程为RANAP协议。 B接口：MSC与VLR间的接口。MSC通过该接口向VLR传送漫游用户位置信息，并在呼叫建立时VLR查询漫游

33、用户的有关数据。,GSM移动通信网接口与信令,C接口：MSC与HLR间的接口。当建立呼叫时，MSC通过此接口从HLR获取选择路由的信息。该接口为No.7信令接口，采用的信令规程为MAP，基于2Mbit/s或64kbit/s数字接口。 D接口：VLR与HLR间的接口。该接口用于其间传递移动台的用户数据、位置信息选路信息和用户管理信息，以使移动台在整个服务区中能建立和接收呼叫。该接口为No.7信令接口，采用的信令规程为MAP，基于2Mbit/s或64kbit/s数字接口。 E接口：MSC之间的接口。该接口主要用于MSC间切换时交换有关的信息，当移动台在通信可程中由一个MSC业务区进入另一个MSC业

34、务区时，两个MSC需要通过该接口交换信息，由另一个MSC接管该移动的通信控制，使移动台的通信不中断。该接口为No.7信令接口，采用的信令规程为MAP、TUP或ISUP，基于2Mbit/s数字接口。 F接口：MSC与EIR间的接口。MSC通过F接口向EIR发起鉴权查询，以便核对移动设备是否合法。该接口为No.7信令接口，采用的信令规程为MAP，基于2Mbit/s数字接口。,GSM移动通信网接口与信令,G接口：VLR间的接口。当一个移动用户在新的VLR中登记时，用此接口在VLR之间传送相关信息。该接口还用于在分配TMSI的VLR中检索该用户的国际移动用户识别码IMSI，即当越局切换时，新的VLR向

35、前一个VLR查询移动用户的IMSI。该接口为No.7信令接口，采用的信令规程为MAP，基于2Mbit/s数字接口。 MSC与PSTN/ISDN的接口：该接口用于在MSC与其它网络间建立话务连接。该接口为No.7信令接口，采用的信令规程为TUP或ISUP，基于2Mbit/s数字接口。,移动网中“鉴权、加密”基本原理,“三元组”,鉴权认证,生成加密密钥,Ki：用户认证密钥,A3算法：用户鉴权算法，用于生成SRES,A8算法：信息加密密钥算法，用于生成Kc,A3和A8算法的实现选用COMP128 （COMP128是一个带密钥的散列函数）,用户开户时： SIM卡：写入Ki、A3和A8算法 HLR/AU

36、C：为每个IMSI(用户)保存一套Ki、A3和A8算法，与SIM中写入的相同 SIM卡和HLR/AUC共享Ki、A3和A8算法,A3和A8算法由运营商选定： 中国移动选择COMP128-1 COMP128-1已被黑客攻破 中国移动已经要求HLR/AUC支持COMP128-3 - 对于现有用户，仍使用COMP128-1 - 对于新用户，使用COMP128-3,移动网中“鉴权、加密”基本原理,“三元组”,HLR/AUC,1、从MSC/VLR收到“鉴权请求”(含IMSI) 2、找到IMSI对应的Ki、COMP128-1/3,产生随机数 (RAND),SRES、Kc,Ki,COMP128,3、连续生成

37、5组鉴权参数,RAND：随机数,SRES：应答数,Kc：空中接口加密密钥,1个鉴权组(三元组) 1组鉴权参数,MSC/VLR,4、一次返回5组“鉴权三元组”,5、保存5组“鉴权三元组” 6、选择其中的1组用于本次鉴权,HLR/AUC返回的,RAND SRES Kc,SIM,7、发送“RIL3-MM 鉴权请求”(含RAND),COMP128,Ki,SRES、Kc,8、返回“RIL3-MM 鉴权响应”(含SRES),MS返回的,SRES,SRES = SRES？ = 鉴权OK 鉴权失败,MSC/VLR中,鉴权认证,移动网中“鉴权、加密”基本原理,“三元组”,A5算法：空中接口加密算法 A5是一个序

38、列密码算法 为了国际漫游，A5算法必须是统一的，由GSM MOU组织负责保密管理；此算法的设计没有公开，但最终还是泄露出去了 A5算法的变种：A5/1(较强的版本)、 A5/2(较弱的版本)、 A5/3(基于Kasumi),Kc：空中接口加密密钥 - MSC/VLR：鉴权过程中，HLR/AUC传送至MSC/VLR(“鉴权三元组”中参数之一) - MS：鉴权过程中，SIM通过RAND、Ki经A8算法计算后保存 - MS鉴权通过，SIM计算产生的Kc与MSC/VLR保存的Kc一致 - 如上：Kc在MS和MSC/VLR之间共享，但不会在空中无线信道中传送,加密,由网络侧决定是否启用对信息的加密,移动

39、网中“鉴权、加密”基本原理,“三元组”,2种密钥：Ki、Kc 3个算法：A3、A8和A5,只有网络对用户“合法性”的鉴权 没有用户对网络“合法性”的鉴权,移动网中“鉴权、加密”基本原理,“五元组”“三元组”与“五元组”鉴权的异同,应用场景：2G网采用“三元组”鉴权，3G网采用“五元组”鉴权 鉴权对象 “三元组”：单向鉴权只有网络对用户合法性的鉴权 “五元组”：双向鉴权网络对用户合法性鉴权、用户对网络合法性鉴权 网络对用户合法性的鉴权基本原理相同，算法不同 “三元组”：(RAND、SRES)，涉及：Ki、A3 “五元组”：(RAND、XRES)，涉及：K、f2 加密 “三元组”：(Kc)，涉及：

40、Ki、A8、A5 “五元组”：(CK、IK(完整性保护)，涉及：K、f3、f4、f8、f9 （CK、f8）的作用基本与（Kc、A5）相同 （IK、f9）用于对“消息完整性”的保护,移动网中“鉴权、加密”基本原理,“五元组”“三元组”与“五元组”鉴权的异同,鉴权流程：相同 第一步：HLR/AUC根据IMSI签约信息，计算“鉴权参数组”(五元组) 第二步：HLR将“鉴权参数组”(五元组)返回给MSC/VLR 第三步：MSC/VLR发送“RAND、AUTN”给MS 第四步：MS对网络鉴权(SQN、XMAC)、向MSC/VLR返回RES 第五步：MSC/VLR对用户鉴权(XRES),“五元组” 鉴权,

41、机制：AKA 认证与密钥协商 “五元组”：(RAND、XRES、CK、IK、AUTN (SQNAK、AMF、MAC),移动网中“鉴权、加密”基本原理,“五元组” 鉴权,K：用户认证密钥,f2：消息认证函数，用于生成XRES/RES,f3：密钥产生函数，用于生成CK,用户开户时： USIM卡：写入K、f1*、f2、f3、f4、f5* HLR/AUC：为每个IMSI(用户)保存一套K、f1f5，与USIM中写入的相同 USIM和HLR/AUC共享K、f1f5、f1*、f5*,AUTN：网络认证令牌(80 bit),f4：密钥产生函数，用于生成IK,SQN：序列号(48 bit)，用于生成MAC -

42、 SQN和MAC，用于MS对网络的鉴权 - SQN需具有新鲜性,AMF：认证管理域，用于生成MAC,f1：消息认证函数，用于生成MAC/XMAC,f5：消息认证函数，用于生成AK(匿名密钥)用于对SQN加密,“五元组”：RAND、XRES、CK、IK、AUTN bit = 80 + 32128 + 128 + 128 + 80,HLR/AUC侧,USIM侧,移动网中“鉴权、加密”基本原理,“五元组” 鉴权,移动网业务信令流程,位置更新、鉴权,MSC/VLR SGSN,MS,MSC/VLR SGSN,3、返回“鉴权参数组” (1次发送5组),4、位置更新请求,STP,STP,HLR,5、删除PV

43、LR中的用户数据,1、位置更新请求,A地用户 漫游到B地,2、鉴权请求,7、插入用户数据,6、删除用户数据确认,8、插入用户数据确认,9、位置更新确认,B地,A地,移动网业务信令流程,移动终端用户“主叫话音”,MSC/VLR /SSP,MS,10、要求被叫MSC/VLR提供MSRN,11、提供MSRN,STP,STP,被叫 MSC/VLR,12、返回MSRN,1、拨打被叫号码,A地用户 漫游到B地,5、查询被叫移动用户路由,4、返回后续呼叫指示,3、根据O_CSI触发至主叫SCP,13、根据MSRN，建立至被叫MSC/VLR的中继MISUP，需要占用长途信令 14、若被叫为彩铃用户，则需建立至

44、彩铃平台的中继MISUP，需要占用长途信令 15、对于智能网预付费业务，在通过过程中SSP按SCP指定的时间间隔向SCP返回计费信息；呼叫释放，SSP也需向SCP返回计费信息,B地,A地,HLR,主叫 SCP,2、根据签约信息判断主叫是否具有智能网O_CSI -有O_CSI，需触发至SCP -无O_CSI，查询被叫路由,被叫 SCP,6、返回T_CSI,7、根据T_CSI触发至被叫SCP,8、返回后续呼叫指示,9、查询被叫移动用户路由,移动网业务信令流程,移动终端用户“主叫话音”MSC分析MAP_SRI_ack消息,Case1：MSRN MSC根据MSRN，建立至被叫MSC的中继连接 Case

45、2：MSRN + SS_Code(=254) 第一步：MSC将此呼叫设置“彩铃标志” 第二步：MSC根据MSRN，向被叫MSC发送“MISUP_IAM”消息 第三步：被叫MSC返回“MISUP_ACM”消息后，暂时挂起与被叫MSC的话路连接，同时向彩铃平台发送“MISUP_IAM”消息，被叫号码为“业务码(17244)+被叫MSISDN”；接通彩铃平台后，向主叫播放“彩铃音” 第四步：被叫MSC返回“MISUP_ANM”消息，MSC挂起主叫与彩铃平台的话路，接通主被叫，释放与彩铃平台的话路 Case3：前转号码(无条件前转) 固定电话号码 MSC建立至GMSC的中继连接 13800M1M2M3

46、ABC MSC路由至相应局向 MSISDN号码 重复前述流程,移动网业务信令流程,移动终端用户“被叫话音”,MSC/VLR /SSP,MS,1、要求被叫MSC/VLR提供MSRN,2、提供MSRN,STP,STP,A地用户 漫游到B地,3、主叫MSC/VLR根据MSRN，建立至MSC/VLR的中继MISUP，需要占用长途信令,B地,A地,HLR,移动网业务信令流程,移动终端用户“被叫话音”,MSC,VLR,MS,HLR,MAP_PRN - IMSI、MSISDN - MSC ID MTP：DPC=VLR,MAP_PRN确认 - MSRN MTP：DPC=HLR,MISUP_IAM,MISUP_

47、ACM,MISUP_ANM,1、寻呼、接入MS： (1) MSC向VLR发送“S.F.I.C消息” (2) VLR通过查询用户信息发现该用户可以接受此次呼叫(未关机且允许接受呼叫) (3) VLR通过MSC在PCH(寻呼信道)发送发送“寻呼命令(Paging)消息”（LAI、TMSI） (4) MS在RACH(随机接入信道)向MS上报寻呼响应消息，MS转换为“处理接入请求”发送给VLR (5) VLR启动“鉴权”、“加密”流程，成功后，向MSC返回“呼叫完成”,2、TCH指配 EA、VEA： (1) MSC向MS发送“SETUP消息” (2) MS向MSC返回证实消息，MSC选择相应的A接口电

48、路，向对应的BSC发送指配请求消息 (3) BSC根据资源情况分配相应的无线资源并通知MS (4) MS占用成功后回送指配完成消息，同时被叫MS开始震铃，MS向MSC回震铃消息,3、MS应答： (1) 被叫用户决定接受此次呼叫，按应答按纽 (2) MS向MSC发送“CONNECT消息” 注：OACSU，在此步骤之后才执行“2、TCH指配”,移动网业务信令流程,PPS用户的拨行手机充值,SCP,MS,SSP,3、提示输入充值卡密码,4、输入充值卡密码,STP,STP,VC,1、拨A地用户 漫游到B地,2、触发业务流程,6、返回“Execute-

49、Result” - 充值卡有效期 - 充值卡金额,5、发送“Execute”消息 - MSISDN、充值卡密码 - “查询”标志 查询“充值卡是否有效”,12、放录音通知,B地,A地,有可能是通过LSTP,7、充值卡有效： - 将金额、有效期加入用户帐户中,8、发送“Execute”消息 修改“充值卡”状态,9、将“充值卡状态”改为”失效”,10、Execute-Result - “充值卡状态修改成功”,TC-END,11、充值成功,移动网业务信令流程,漫游用户的拨行手机充值,SCP,MS,SSP,3、提示输入充值卡密码,4、输入充值卡密码,STP,STP,VC,1、

50、拨A地用户 漫游到B地,2、触发业务流程,6、返回充值信息,5、发送充值卡密码,7、放录音通知,B地,A地,有可能是通过LSTP,移动网业务信令流程,漫游用户的“短信业务”,MSC/VLR,MS,STP,STP,3、返回短信证实,1、发送短信,A地用户 漫游到B地,2、发送短信,B地,A地,短信中心,MSC/VLR,MS,1、查询路由信息,2、提供被叫MSC ID,STP,STP,HLR,5、返回短信证实,4、接收短信,A地用户 漫游到B地,3、发送短消息,短信中心,MS： - 在SDCCH信道发送、接收短信 - 在通话过程中，在SACCH信道 发送、接收短信,移动网

51、业务信令流程,移动终端用户“切换”,MSCa,VLRa,MS,MAP_PREPARE_HADNOVER - 目标小区ID - BSS-APDU,MAP_ALLOCATE_HANDOVER_NUMBER,MAP_PREPARE_HADNOVER确认 - 切换号码,BSSAP： HANDOVER REQ - 目标小区ID - BSS-APDU,MAP_SEND_HANDOVER_REPORT,MSCb,VLRb,BSSAP： HANDOVER REQ - PCM - 信道类型,BSSAP： HANDOVER REQ确认 - 新TCH - 切换参考号码,MISUP_IAM,MISUP_ACM,HAN

52、DOVER DETECT (切换检测),HANDOVER COMPLETE (切换完成) - TCH连接到PCM，MS进入目标小区,MAP_SEND_END_SIGNAL - BSS-APDU - 指示MSCb已经建立了至MS的无线路径 在此前MSCb将向MSCa发送：MAP_PROCESS_ACCESS _ SIGNALLING,BSSAP： HANDOVER CMD - MS转到新的信道,释放A接口电路,MAP_SEND_HANDOVER_REPORT确认,MSCb随时向MSCa发送MAP_FORWARD_ACCESS_SIGNALING - 向MSCa报告在A接口收到的信令消息,MISU

53、P_REL,MAP_SEND_END_SIGNAL确认 - 表明MSCa要求清除与BSSb的连接,发生切换，MSCa始终为主控MSC,课程目录,3,2,1,移动交换网电路域,2G网与TD网,电话交换网的基本概念,2G网与TD网,2G、TD核心网融合组网概述,1,2,3,电路域融合组网,HLR融合组网,2G/TD融合的核心网网络架构,TD试验网一期工程方案2G、TD独立组网,MSC SERVER,MGW,MSC (TDM),IP承载网,2G网,TD网,2G BSC,TD RNC,七号信令网,MSC SERVER,MGW,2G 软交换VPN,TD 软交换VPN,IP承载网,CMNet,TD Gn

54、VPN,IP承载网,SGSN,GGSN,SGSN,GGSN,TD BG,TD试验网二期工程方案2G、TD融合组网,MSC SERVER,MGW,MSC (TDM),IP承载网,2G网,TD网,2G BSC,TD RNC,七号信令网,MSC SERVER,MGW,2G 软交换VPN,TD 软交换VPN,IP承载网,CMNet,TD Gn VPN,IP承载网,SGSN,GGSN,SGSN,GGSN,TD BG,2G、TD融合组网总体原则,采用3GPP R4标准的体系架构。 实现TD/2G 用户号码混用，支持2G用户“不换号、不换卡、不登记”方式使用2G业务和TD特色业务。充分利用现有2G用户资源，

55、迅速发展TD用户。 TD/2G 共用核心网，支持TD/2G 业务能力，降低网络综合运营成本，为用户提供高质量的TD/2G 通信服务。 升级改造现有2G核心网元，支持TD无线网接入。根据业务需求、协同无线网络规划，可分步实施。原则上升级网元不进行容量扩充，仅增加TD相关功能和接口 实现TD、2G网络组织的融合 TD与2G网络共用GMSC、七号信令网、软交换长途汇接网 网络侧支持TD、2G业务采用差异化定价模式 现网业务平台、业务支撑系统、网管、终端等全面支持融合组网。,2G、TD融合组网为TD用户提供的业务,软交换MSC/VLR支持TD、2G双接入的改造要求,A接口 中继,SG模块,BSSAP

56、信令处理,BSC,TDM E1、STM-1,BSSAP/ Sigtran/IP,业务处理,Iu接口 中继及处理,RNC,目前： ATM STM-1,RANAP 信令处理,RANAP/ Sigtran/IP,增加TD业务处理功能,HLR,MAP V2版本,TDM承载,MAP V3版本,MGW,MSC Server,软交换MSC/VLR,软交换MSC/VLR支持TD、2G双接入的改造要求,MGW需增加Iu接口硬件 ATM接口：各厂家均支持、规范较为成熟，一期工程采用ATM接口 IP接口：部分厂家支持，但尚无中国移动标准，未进行测试 TD二、三期工程将仍采用ATM接口 部分厂家设备的Iu接口与A接口

57、配置数量存在一定的互斥关系 MSC-S、MGW需增加核心处理板件，补偿TD处理能力下降 Iu接口信令处理(RANAP)比A接口(BSSAP)复杂 MAP信令的MSU增长 VLR存储的用户鉴权数据增加、签约数据增加 不同厂家补偿的处理能力不同,硬件,软交换MSC/VLR支持TD、2G双接入的改造要求,MSC-S需增加Iu接口信令协议：RANAP MGW/SG需增加Iu接口协议栈 信令面：RANAP/SCCP/MTP3B/SCCF-NNI/SSCOP/AAL5/ATM 用户面：IuUP/AAL2/ATM，AMR2话音、64K承载(透传)业务封装在IuUP中,无线网与核心网间的接口软件功能,切换 TD-SCDMA系统内切换：跨RNC切换、跨MGW切换、跨MSC-S切换 TD-SCDMA向GSM的切换：局内切换、局间切换 目前，暂不要求GSM向TD-SCDMA的切换 对USIM卡完成五元组鉴权（暂不实施） 发起鉴权的