WCDMA+系统结构

目 录 2-412.4.4 Iu接口 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-362.4.3 Iur接口 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-332.4.2 Iub接口 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-312.4.1 Uu接口 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-312.4 UTRAN主要接口协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-242.3.3 R5网络结构及接口 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-182.3.2 R4网络结构及接口 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-102.3.1 R99网络结构及接口 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-92.3 核心网络基本结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-82.2.4 UTRAN完成的功能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-72.2.3 UTRAN各接口的基本协议结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-62.2.2 Node B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-52.2.1 RNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-52.2 UTRAN的基本结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-42.1.2 系统接口 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-12.1.1 UMTS系统网络构成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-12.1 概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1第二章 WCDMA系统结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-27图2-12 HSS的结构示意 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-26图2-11 HSS的基本结构与接口 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-25图2-10 R5的IMS网络结构图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-24图2-9 R5的网络结构图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-21表2-2 R4核心网外部接口名称与含义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-19图2-8 R4的网络结构图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-17图2-7 CAMEL相关结构图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-13表2-1 R99 核心网的接口名称与含义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-11图2-6 R99网络结构图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-7图2-5 UTRAN接口的通用协议模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-7图2-4 Node B的逻辑组成框图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5图2-3 UTRAN的结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2图2-2 UMTS网络单元构成示意图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1图2-1 UMTS的系统结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i 2-45表2-3 Iu接口的功能划分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-43图2-21 Iu-PS的协议结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-42图2-20 Iu-CS的协议结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-41图2-19 核心网和UTRAN之间的接口图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-38图2-18 漂移RNS逻辑模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-38图2-17 无线网络协议和Iur上传送的区分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-37图2-16 Iur接口协议结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-34图2-15 无线网络协议的区分和在Iub上的传送 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-33图2-14 Iub接口协议图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-32图2-13 无线接口协议结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii 第二章 WCDMA系统结构 2.1 概述 UMTS Universal Mobile Telecommunications System 通用移动通信系统 是采用WCDMA空中接口技术的第三代移动通信系统 通常也把UMTS系统 称为WCDMA通信系统 UMTS系统采用了与第二代移动通信系统类似的结 构 包括无线接入网络 Radio Access Network RAN 和核心网络 Core Network CN 其中无线接入网络处理所有与无线有关的功能 而CN处理 UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接 并实现与外部网络的交换和路由 功能 CN从逻辑上分为电路交换域 Circuit Switched Domain, CS 和分组 交换域 Packet Switched Domain, PS UTRAN CN与用户设备 User Equipment UE 一起构成了整个UMTS系 统 其系统结构如图2-1所示 3G PS MSC�VLR�GMSC�gsmSSF 3G CS PSTN SGSN,GGSN UTRAN 业务应用域 HLR, SCP 接入网 3G核心网络 外部网络终端 Internet 图2-1 UMTS的系统结构 从3GPP R99的角度来看 UE和UTRAN UMTS的陆地无线接入网络 由全新的协议构成 其设计基于WCDMA无线技术 而CN则采用了 GSM/GPRS的定义 这样可以实现网络的平滑过渡 此外在第三代网络建设 的初期可以实现全球漫游 2.1.1 UMTS系统网络构成 UMTS网络单元构成如图2-2所示 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-1 Uu lu USIM ME Cu Node B Node B Node B Node B RNC RNC lub lur MSC/ VLR GMSC SGSN GGSN HLR PLMN PSTN ISDN,etc INTERNET External NetworksCNUTRANUE 图2-2 UMTS网络单元构成示意图 从图2-2的UMTS系统网络构成示意图中可以看出 UMTS系统的网络单元包 括如下部分 1. UE User Equipment UE是用户终端设备 它主要包括射频处理单元 基带处理单元 协议栈模 块以及应用层软件模块等 UE通过Uu接口与网络设备进行数据交互 为用 户提供电路域和分组域内的各种业务功能 包括普通话音 数据通信 移动 多媒体 Internet应用 如E-mail WWW浏览 FTP等 UE包括两部分 y ME Mobile Equipment 提供应用和服务 y USIM UMTS Subscriber Module 提供用户身份识别 2. UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network UMTS UTRAN 即陆地无线接入网 分为基站 Node B 和无线网络控制器 RNC 两部分 y Node B Node B是WCDMA系统的基站 即无线收发信机 包括无线收发信机和基 带处理部件 通过标准的Iub接口和RNC互连 主要完成Uu接口物理层协议 的处理 它的主要功能是扩频 调制 信道编码及解扩 解调 信道解码 还包括基带信号和射频信号的相互转换等功能 Node B由下列几个逻辑功能模块构成 RF收发放大 射频收发系统 TRX 基带部分 BB 传输接口单元 基站控制部分 y RNC Radio Network Controller 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-2 RNC是无线网络控制器 主要完成连接建立和断开 切换 宏分集合并 无 线资源管理控制等功能 具体如下 (1) 执行系统信息广播与系统接入控制功能 (2) 切换和RNC迁移等移动性管理功能 (3) 宏分集合并 功率控制 无线承载分配等无线资源管理和控制功能 3. CN Core Network CN 即核心网络 负责与其他网络的连接和对UE的通信和管理 主要功能 实体如下 (1) MSC/VLR MSC/VLR是WCDMA核心网CS域功能节点 它通过Iu_CS接口与UTRAN相 连 通过PSTN/ISDN接口与外部网络 PSTN ISDN等 相连 通过C/D接 口与HLR/AUC相连 通过E接口与其它MSC/VLR GMSC或SMC相连 通 过CAP接口与SCP相连 通过Gs接口与SGSN相连 MSC/VLR的主要功能是 提供CS域的呼叫控制 移动性管理 鉴权和加密等功能 (2) GMSC GMSC是WCDMA移动网CS域与外部网络之间的网关节点 是可选功能节点 它通过PSTN/ISDN接口与外部网络 PSTN ISDN 其它PLMN 相连 通 过C接口与HLR相连 通过CAP接口与SCP相连 GMSC的主要功能是充当移 动网和固定网之间的移动关口局 完成PSTN用户呼移动用户时呼入呼叫的 路由功能 承担路由分析 网间接续 网间结算等重要功能 (3) SGSN SGSN 服务GPRS支持节点 是WCDMA核心网PS域功能节点 它通过 Iu_PS接口与UTRAN相连 通过Gn/Gp接口与GGSN相连 通过Gr接口与 HLR/AUC相连 通过Gs接口与MSC/VLR 通过Ge接口与SCP相连 通过 Gd接口与SMS-GMSC/SMS-IWMSC相连 通过Ga接口与CG相连 通过 Gn/Gp接口与SGSN相连 SGSN的主要功能是提供PS域的路由转发 移动性 管理 会话管理 鉴权和加密等功能 (4) GGSN GGSN 网关GPRS支持节点 是WCDMA核心网PS域功能节点 通过Gn /Gp接口与SGSN相连 通过Gi接口与外部数据网络 Internet /Intranet 相连 GGSN提供数据包在WCDMA移动网和外部数据网之间的路由和封装 GGSN主要功能是同外部IP分组网络的接口功能 GGSN需要提供UE接入外 部分组网络的关口功能 从外部网的观点来看 GGSN就好象是可寻址 WCDMA移动网络中所有用户IP的路由器 需要同外部网络交换路由信息 (5) HLR 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-3 HLR 归属位置寄存器 是WCDMA核心网CS域和PS域共有的功能节点 它 通过C接口与MSC/VLR或GMSC相连 通过Gr接口与SGSN相连 通过Gc接 口与GGSN相连 HLR的主要功能是提供用户的签约信息存放 新业务支持 增强的鉴权等功能 4. External Networks External Networks 即外部网络 可以分为两类 y 电路交换网络 CS Networks 提供电路交换的连接服务 象通话服务 ISDN和PSTN均属于电路交换网络 y 分组交换网络 PS Networks 提供数据包的连接服务 Internet属于分 组数据交换网络 2.1.2 系统接口 从图2-2的UMTS网络单元构成示意图中可以看出 3G WCDMA系统与2G GSM网络相比 CN部分的接口变化不大 UTRAN部分主要有如下接口 1. Cu 接口 Cu接口是USIM卡和ME之间的电气接口 Cu接口采用标准接口 2. Uu接口 Uu接口是WCDMA的无线接口 UE通过Uu接口接入到UMTS系统的固定网 络部分 可以说Uu接口是UMTS系统中最重要的开放接口 3. Iu接口 Iu接口是连接UTRAN和CN的接口 类似于GSM系统的A接口和Gb接口 Iu接口是一个开放的标准接口 这也使通过Iu接口相连接的UTRAN与CN可 以分别由不同的设备制造商提供 4. Iur接口 Iur接口是连接RNC之间的接口 Iur接口是UMTS系统特有的接口 用于对 RAN中移动台的移动管理 比如在不同的RNC之间进行软切换时 移动台所 有数据都是通过Iur接口从正在工作的RNC传到候选RNC Iur是开放的标准 接口 5. Iub接口 Iub接口是连接Node B与RNC的接口 Iub接口也是一个开放的标准接口 这 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-4 也使通过Iub接口相连接的RNC与Node B可以分别由不同的设备制造商提供 说明 只列出了与RAN相关的接口 没有列出CN内部的接口 CN内部接口与 GSM网络相应部分的接口变化不大 2.2 UTRAN的基本结构 UTRAN的结构如图2-3中虚线框所示 UTRAN包含一个或几个无线网络子系统 RNS 一个RNS由一个无线网 络控制器 RNC 和一个或多个基站 Node B 组成 RNC与CN之间的接 口是Iu接口 Node B和RNC通过Iub接口连接 在UTRAN内部 无线网络控 制器 RNC 之间通过Iur互联 Iur可以通过RNC之间的直接物理连接或通 过传输网连接 RNC用来分配和控制与之相连或相关的Node B的无线资源 Node B则完成Iub接口和Uu接口之间的数据流的转换 同时也参与一部分无 线资源管理 RNS RNC RNS RNC 核心网 Node B Node B Node B Node B Iu Iu Iur Iub IubIub Iub PSCS 图2-3 UTRAN的结构 2.2.1 RNC RNC Radio Network Controller 无线网络控制器 用于控制UTRAN的无 线资源 它通过Iu接口与电路域 MSC 和分组域 SGSN 以及广播域 BC 相连 图2-3未标 在移动台和UTRAN之间的无线资源控制 RRC 协议在此终止 它在逻辑上对应GSM网络中的基站控制器 BSC 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-5 控制Node B的RNC称为该Node B的控制RNC CRNC CRNC负责对其控 制的小区的无线资源进行管理 如果在一个移动台与UTRAN的连接中用到了超过一个RNS的无线资源 那 么这些涉及的RNS可以分为 y 服务RNS SRNS 管理UE和UTRAN之间的无线连接 它是对应于该 UE的Iu接口 Uu接口 的终止点 无线接入承载的参数映射到传输信道 的参数 是否进行越区切换 开环功率控制等基本的无线资源管理都是 由SRNS中的SRNC 服务RNC 来完成的 一个与UTRAN相连的UE有 且只能有一个SRNC y 漂移RNS DRNS 除了SRNS以外 UE所用到的RNS称为DRNS 其 对应的RNC则是DRNC 一个用户可以没有 也可以有一个或多个 DRNS 通常在实际的RNC中包含了所有CRNC SRNC和DRNC的功能 2.2.2 Node B Node B是WCDMA系统的基站 即无线收发信机 通过标准的Iub接口和 RNC互连 主要完成Uu接口物理层协议的处理 它的主要功能是扩频 调 制 信道编码及解扩 解调 信道解码 还包括基带信号和射频信号的相互 转换等功能 同时它还完成一些如内环功率控制等的无线资源管理功能 它 在逻辑上对应于GSM网络中基站 BTS Node B由下列几个逻辑功能模块构成 RF收发放大 射频收发系统 TRX 基带部分 Base Band 传输接口单元 基站控制部分 如图 2-4所示 多载波功放 Uu接口 TRX收发信机 To RNC Iub接口 传输接口单元 电源 基带处理 RF子系统 TRX子系统 基带处理子系统 电源部分 主控制单元 天线 图2-4 Node B的逻辑组成框图 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-6 2.2.3 UTRAN各接口的基本协议结构 UTRAN各个接口的协议结构是按照一个通用的协议模型设计的 设计的原 则是层和面在逻辑上是相互独立的 如果需要 可以修改协议结构的一部分 而无需改变其他部分 如图2-5所示 Application Protocol Data Stream(s) ALCAP(s) Transport Network Layer Physical Layer Signalling Bearer(s) Transport User Network Plane Control Plane User Plane Transport User Network Plane Transport Network Control Plane Radio Network Layer Signalling Bearer(s) Data Bearer(s) 图2-5 UTRAN接口的通用协议模型 从水平平面来看 协议结构主要包含两层 无线网络层和传输网络层 所有 与陆地无线接入网有关的协议都包含在无线网络层 传输网络层是指被 UTRAN所选用的标准的传输技术 与UTRAN的特定的功能无关 从垂直平面来看 包括控制面和用户面 控制面包括应用协议 Iu接口中的RANAP Iur接口中的RNSAP Iub接口中 的NBAP 及用于传输这些应用协议的信令承载 应用协议用于建立到UE的 承载 例如在Iu中的无线接入承载及在Iur Iub中无线链路 而这些应用 协议的信令承载与接入链路控制协议 ALCAP 的信令承载可以一样也可以 不一样 它通过O&M操作建立 用户面包括数据流和用于承载这些数据流的数据承载 用户发送和接收的所 有信息 例如话音和数据 是通过用户面来进行传输的 传输网络控制面在 控制面和用户面之间 只在传输层 不包括任何无线网络控制平面的信息 它包括ALCAP协议 接入链路控制协议 和ALCAP所需的信令承载 ALCAP建立用于用户面的传输承载 引入传输网络控制面 使得在无线网络 层控制面的应用协议的完成与用户面的数据承载所选用的技术无关 在传输网络中 用户面中数据面的传输承载是这样建立的 在控制面里的应 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-7 用协议先进行信令处理 这一信令处理通过ALCAP协议触发数据面的数据承 载的建立 并非所有类型的数据承载的建立都需通过ALCAP协议 如果没有 ALCAP协议的信令处理 就无需传输网络控制面 而应用预先设置好的数据 承载 ALCAP的信令承载与应用协议的信令承载可以一样也可以不一样 ALCAP的信令承载通常是通过O&M操作建立的 在用户面里的数据承载和应用协议里的信令承载属于传输网络用户面 在实 时操作中 传输网络用户面的数据承载是由传输网络控制面直接控制的 而 建立应用协议的信令承载所需的控制操作属于O&M操作 综上所述 UTRAN遵循以下原则 (1) 信令面与数据面的分离 (2) UTRAN/CN功能与传输层的分离 即无线网络层不依赖于特定的传输技 术 (3) 宏分集 FDD Only 完全由UTRAN处理 (4) RRC连接的移动性管理完全由UTRAN处理 2.2.4 UTRAN完成的功能 (1) 和总体系统接入控制有关的功能 y 准入控制 y 拥塞控制 y 系统信息广播 (2) 和安全与私有性有关的功能 y 无线信道加密/解密 y 消息完整性保护 (3) 和移动性有关的功能 y 切换 y SRNS迁移 (4) 和无线资源管理和控制有关的功能 y 无线资源配置和操作 y 无线环境勘测 y 宏分集控制 FDD y 无线承载连接建立和释放 RB控制 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-8 y 无线承载的分配和回收 y 动态信道分配DCA TDD y 无线协议功能 y RF功率控制 y RF功率设置 (5) 时间提前量设置 TDD (6) 无线信道编码 (7) 无线信道解码 (8) 信道编码控制 (9) 初始 随机 接入检测和处理 (10) NAS消息的CN分发功能 2.3 核心网络基本结构 核心网 CN 从逻辑上可划分为 电路域 CS域 分组域 PS域 和广播 域 BC域 CS域设备是指为用户提供 电路型业务 或提供相关信令 连接的实体 CS域特有的实体包括 MSC GMSC VLR IWF PS域为 用户提供 分组型数据业务 PS域特有的实体包括 SGSN和GGSN 其 他设备如HLR 或HSS AuC EIR等为CS域与PS域共用 WCDMA的网络总体结构定义在3GPP TS 23.002中 目前具有三个版本 分 别为 y R99 3GPP TS 23.002 V3.4.0, 2000-12 y R4 3GPP TS 23.002 V4.2.0, 2001-4 y R5 3GPP TS 23.002 V5.2.0, 2001-4 说明 R表示Release 3GPP在98年底99年初开始制定3G的 R99版本原在1999年底完成 最后是在2000年3月完成 后来意识到按年度命名版本会给实现带来困难 因为年度版本不能保持一个相对稳定的规范集 因此决定从R99后不再按年 来命名版本 同时把R2000的功能分成两个阶段实施 R4和R5 以后升级将 按R6 R7...的方式命名版本 原则上R99的规范是R4规范集的一个子集 若 在R99中增加新的特征 就把它升级到R4 同样R4规范集是R5规范集的子集 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-9 若在R4中增加了新的特征就把它升级到R5 按计划R4要在2001年3月完成 R5要在2001年12月完成 对于以上三个版本 PS域特有设备主体没有变化 只进行协议的升级和优化 CS域设备变化也不是非常大 在R4网络中 根据需要(G)MSC可被(G)MSC Server和MGW替代 新增了一个R-SGW HLR也可被替换为HSS 规范中没 有给出明确说明 在R5网络中 如果有IMS IP 多媒体子系统 则网络 使用HSS以替代HLR 2.3.1 R99网络结构及接口 为了确保运营商的投资利益 在R99网络结构设计中充分考虑了2G/3G 兼容 性问题 以支持GSM/GPRS/3G的平滑过渡 因此 在网络中CS域和PS域是 并列的 R99 核心网设备包括 MSC/VLR IWF SGSN GGSN HLR/AuC EIR等 为支持3G业务 有些设备增添了相应的接口协议 另外 对原有的接口协议进行了改进 图2-6是PLMN的基本网络结构 包括CS域和PS域 图中所有功能实体都 可作为独立的物理设备 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-10 BSS BSC RNS RNC CN Node B Node B A IuPS Iur Iubis USIM ME MS Cu Uu MSC SGSN Gs GGSNGMSC GnHLR Gr GcC D E AuC H EIR F Gf GiPSTN IuCSGb VLR B Gp VLR G BTSBTS Um RNC Abis SIM SIM-ME i/f or MSC B PSTNPSTN cell 粗线 表示支持用户业务的接口 点划线 表示支持信令的接口 图2-6 R99网络结构图 CS域的接口 A接口和Abis接口定义在GSM08-series技术规范中 Iu-CS接口定义在 UMTS25.4xx-series技术规范中 B C D E F和G接口则是以No.7信令方 式实现相应的移动应用部分 MAP 用于完成数据交换 H接口未提供标 准协议 PS域的接口 Gb接口定义在GSM08.14 08.16和08.18技术规范中 Iu-PS接口定义在 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-11 UMTS25.4xx-series技术规范中 Gc/Gr/Gf/Gd接口则是基于No.7信令的MAP 协议 Gs实现SGSN与MSC之间的联合操作 基于SCCP/BSSAP+协议 Ge基 于CAP协议 Gn/Gp协议由GTP V0升级到V1版本 Ga/Gi协议没有太大改动 说明 在实际应用中一些功能可能会结合到同一个物理实体中 如MSC/VLR HLR/AuC SGSN/MSC/VLR 使某些接口成为内部接口 R99中CS域的功能实体包括有 MSC VLR等 其中 运营商可以根据连接 方式的不同将MSC设置为GMSC SM-GMSC SM-IWMSC等 为实现网络 互通 在系统中配置IWF 一般结合于MSC 除上述功能实体之外 PS域特有的功能实体包括SGSN和GGSN 为用户提 供分组数据业务 HLR AuC EIR为CS域和PS域共用设备 R99的主要功能实体包括 (1) 移动交换中心 MSC MSC为电路域特有的设备 用于连接无线系统 包括BSS RNS 和固定网 MSC完成电路型呼叫所有功能 如控制呼叫接续 管理MS在本网络内或与 其他网络 如PSTN/ISDN/PSPDN 其他移动网等 的通信业务 并提供计 费信息 (2) 拜访位置寄存器 VLR VLR 为电路域特有的设备 存储着进入该控制区域内已登记用户的相关信息 为移动用户提供呼叫接续的必要数据 当MS漫游到一个新的VLR区域后 该VLR向HLR发起位置登记 并获取必要的用户数据 当MS漫游出控制范 围后 需要删除该用户数据 因此VLR可看作为一个动态数据库 一个VLR可管理多个MSC 但在实现中通常都将MSC和VLR合为一体 (3) 归属位置寄存器 HLR HLR为CS域和PS域共用设备 是一个负责管理移动用户的数据库系统 PLMN可以包含一个或多个HLR 具体配置方式由用户数 系统容量 以及 网络结构所决定 HLR存储着本归属区的所有移动用户数据 如识别标志 位置信息 签约业务等 当用户漫游时 HLR接收新位置信息 并要求前VLR删除用户所有数据 当 用户被叫时 HLR提供路由信息 (4) 鉴权中心 AuC AuC为CS域和PS域共用设备 是存储用户鉴权算法和加密密钥的实体 AuC将鉴权和加密数据通过HLR发往VLR MSC以及SGSN 以保证通信的 合法和安全 每个AuC和对应的 HLR关联 只通过该HLR和外界通信 通常 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-12 AuC和HLR结合在同一物理实体中 (5) 设备识别寄存器 EIR EIR为CS域和PS域共用设备 存储着系统中使用的移动设备的国际移动设备 识别码 IMEI 其中 移动设备被划分 白 灰 黑 三个等级 并分别存储在相应的中 目前中国没有用到该设备 一个 最小化的EIR可以只包括最小 白表 设备属于 白 等级 (6) 网关MSC GMSC GMSC是电路域特有的设备 GMSC作为系统与其它公用通信网之间的接口 同时还具有查询位置信息的功能 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查询 然后将呼叫转接到MS目前登记的 MSC中 具体由运营商决定那些 MSC可作为GMSC 如部分MSC或所有的MSC (7) 服务GPRS支持节点 SGSN SGSN为PS域特有的设备 SGSN提供核心网与无线接入系统BSS RNS的连 接 在核心网内 SGSN与GGSN/GMSC/HLR/EIR/SCP等均有接口 SGSN完 成分组型数据业务的移动性管理 会话管理等功能 管理MS在移动网络内 的移动和通信业务 并提供计费信息 (8) 网关GPRS支持节点 GGSN GGSN也是分组域特有的设备 GGSN作为移动通信系统与其它公用数据网 之间的接口 同时还具有查询位置信息的功能 如MS被呼时 数据先到 GGSN 再由GGSN向HLR查询用户的当前位置信息 然后将呼叫转接到目 前登记的SGSN中 GGSN也提供计费接口 R99中核心网的接口协议如表2-1所示 表2-1 R99 核心网的接口名称与含义 BSSAP+MSC SGSNGs MAPVLR VLRG MAPMSC EIRF MAPMSC MSCE MAPVLR HLRD MAPMSC HLRC MSC VLRB RANAPMSC RNSIu-CS BSSAPMSC BSCA 信令与协议连接实体接口名 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-13 RANAPSGSN RNCIu-PS MAPSGSN HLRGr GTPGSN GSN Intra PLMNGn GTPGSN GSN Inter PLMNGp TCP/IPGGSN PDNGi MAPSGSN EIRGf CAPSGSN SCPGe MAPSGSN SMS-GMSC/IWMSCGd MAPGGSN HLRGc BSSGPSGSN BSCGb GTP'GSN CGGa TUP/ISUPMSC PSTN/ISDN/PSPDN HLR AuCH 信令与协议连接实体接口名 R99中核心网的各接口功能如下 (9) A接口 A接口指MSC与BSC之间的接口 BSS-MSC接口用于传送如下信息 y BSS 管理 y 呼叫处理 y 移动性管理 (10) Iu-CS接口 Iu-CS接口是MSC与RNS之间的接口 具体定义在UMTS 25.41x-series技术规 范中 RNS-MSC接口用于传送如下信息 y RNS管理 y 呼叫处理 y 移动性管理 (11) B接口 B接口是MSC和VLR间的接口 其所依赖的信令方式没有具体规定 B接口 实现的功能有 y MSC从VLR中获得用户信息 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-14 y 当MS进行位置更新操作时 MSC通知VLR位置信息 y 当MS激活一个特定补充业务或修改业务相关数据时 MSC通过VLR通知 HLR更新数据 (12) 接口 C接口是MSC与HLR之间的接口 在此接口上 MSC采用基于No.7信令方式 的MAP协议来实现以下功能 y 在MS被呼时 HLR将路由信息传递到GMSC y 短消息业务 对于CAMEL应用 本接口主要用于获取移动用户终呼时的路由信息 用户 状态 签约信息等 (13) D接口 D接口是VLR与HLR之间的接口 本接口用于交换有关MS位置信息及用户管 理信息 通过基于No.7信令系统中的MAP协议实现如下功能 y 鉴权 y 位置更新 y 在呼叫建立时检索用户数据 y 补充业务 y VLR恢复 为支持移动用户能够在整个服务区内发起或接收呼叫 HLR和VLR间进行数 据交换 当MS发生位置更新时 VLR通知HLR当前MS的位置 以及漫游号 码 HLR则向VLR发送支持业务处理所需要的用户数据 同时 HLR指示 MS以前所在的VLR删除该用户信息 HLR与VLR间的数据交换还发生在用 户更新签约业务 或者管理者修改相关签约业务参数时 对于CAMEL应用 本接口用以向拜访PLMN传送CAMEL用户数据以及提供 MSRN (14) E接口 E接口指MSC与MSC之间的接口 通过基于No.7信令的MAP协议 本接口主 要完成以下功能 y 切换 y 短消息业务 y MSC间切换后的呼叫控制 MAP控制MSC间的切换 如MS通话时 从一个MSC区域移动到另一个 MSC区域 这时为保证正常通话需要进行切换 MSC间通过MAP协议保证 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-15 切换操作顺利进行 在切换操作完成后 MSC间传送一些A接口消息 (15) F接口 F接口是MSC与EIR之间的接口 当MSC需要检查国际移动设备识别码 IMEI 的合法性时 需要通过F接口与EIR交换与IMEI有关的信息 本接 口通过基于No.7信令的MAP协议实现以上功能 (16) G接口 G接口是VLR与VLR之间的接口 通过基于No.7信令的MAP协议完成如下功 能 y 位置更新 当MS漫游到一个新的VLR后 向前VLR索取IMSI y 鉴权 将鉴权参数由先前VLR传送给当前的VLR (17) Gs接口 Gs接口是MSC与SGSN间的接口 Gs接口采用基于No.7信令 使用无连接的 SCCP 没有TCAP 的BSSAP+协议来完成信令互通 SGSN可通过Gs接口向 MSC/VLR发送MS位置信息 SGSN也可通过Gs接口接收到来自MSC/VLR的 寻呼信息 通过Gs接口 MSC/VLR可向SGSN声明 MS正执行由MSC处理 的业务 (18) H接口 H接口是HLR与AuC之间的接口 接口形式没有具体标准 主要完成的功能 是 当HLR接收到一个请求用户鉴权和加密数据的消息时 如HLR没有这些 信息 则向AuC请求这些数据 (19) MSC与外部网络的接口 这里是指MSC与PSTN/ISDN等外部网络的接口 由于MSC是基于普通的 ISDN交换 在呼叫控制方面具有和固定网交换一样的接口 对于电路呼叫 GSM技术规范中给出的信令接口是SS7的TUP和ISUP (20) Ga接口 Ga接口是指GSN 包括SGSN/GGSN 与CG之间的接口 接口协议GTP'基于 UDP/IP或者TCP/IP协议栈 主要完成计费信息的输出功能 (21) Gb接口 Gb接口是2.5G GPRS系统使用的接口 为兼容GPRS而保留的 (22) Gc接口 Gc接口是GGSN与HLR之间的接口 实现GGSN与HLR之间的信息交互功能 有两种实现方法 一是基于MAP协议 在GGSN上直接出七号接口 另一种 方法是GGSN借助SGSN提供与HLR之间的MAP接口 这部分与GPRS相同 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-16 (23) Gd接口 Gd接口在SGSN与SMS-GMSC/IWMSC之间的接口 基于MAP协议 实现短 消息的收发功能 (24) Ge接口 Ge接口是SGSN与SCP之间的接口 基于CAP协议实现分组域的智能业务 在R99中MSC与SCF之间的接口没有特定名称 它们之间通信采用CAP方式 如图2-7中所示 MSC GMSC HLR C D VLR B gsmSCF gsmSSF gsmSSF gsmSRF SGSN gprsSSF Gr 粗线 表示支持用户业务的接口 点划线 表示支持信令的接口 图2-7 CAMEL相关结构图 说明 CAMEL系列接口没有特定的名称 它们直接由两个互连实体名表示 如 gsmSSF-gsmSCF接口 (25) Gf接口 Gf接口是SGSN与EIR之间的接口 当SGSN需要检查国际移动设备识别码 IMEI 的合法性时 需要通过Gf接口与EIR交换与IMEI有关的信息 本接 口通过基于No.7信令的MAP协议实现以上功能 (26) Gi接口 Gi接口是GGSN与外部数据网之间的接口 基于TCP/IP协议实现外部分组网 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-17 络的互联功能 (27) Gn/Gp接口 Gn/Gp接口是GSN与GSN之间的接口 基于GTP协议实现隧道传输功能 包 括信令面GTP-C和用户面GTP-U GTP-C完成隧道的管理和其它信令消息的 传输功能 GTP-U传输用户面的数据包 Gn是PLMN内部GSN间接口 Gp是 不同PLMN的GSN间的接口 (28) Gr接口 Gr接口是SGSN与HLR之间的接口 本接口用于交换有关MS位置信息及用户 管理信息 通过基于No.7信令系统中的MAP协议实现如下功能 y 鉴权 y 路由区更新 y 在会话建立时检索用户数据 y SGSN恢复 为支持移动用户能够在整个服务区内发起或接收呼叫 HLR和SGSN间进行 数据交换 当MS发生路由区更新时 SGSN通知HLR当前MS的位置 以及 漫游号码 HLR则向SGSN发送支持业务处理所需要的用户数据 同时 HLR指示MS以前所在的SGSN删除该用户信息 HLR与SGSN间的数据交换 还发生在用户更新签约业务 或者管理者修改相关签约业务参数时 (29) Iu-PS接口 Iu-PS接口是SGSN与RNC间的接口 具体定义在UMTS 25.41x-series技术规范 中 RNC-SGSN接口用于传送如下信息 y 会话管理 y 移动性管理 2.3.2 R4网络结构及接口 图2-8是R4版本的PLMN基本网络结构 图中所有功能实体都可作为独立的物 理设备 关于Nb Mc和Nc等接口的标准包括在23.205和29-系列的技术规范 中 在实际应用中一些功能可能会结合到同一个物理实体中 如MSC/VLR HLR/AuC等 使得某些接口成为内部接口 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-18 BSS BSC RNS RNC CN Node B Node B IuPS Iur Iub USIM ME MS Cu Uu MSC server SGSN Gs GGSN GMSC server Gn HSS(HLR) Gr Gc C D Nc H EIR F Gf Gi PSTN IuCS VLR B Gp VLR G BTS BTS Um RNC Abis SIM SIM-ME i/f or MSC server B PSTN cell CS-MGW CS-MGW CS- MGW AuC Nb T-SGW R-SGW Mc Mc Nb PSTN PSTN Nc Mc Mh A Gb E 粗线 支持用户业务的接口 点划线 支持信令的接口 图2-8 R4的网络结构图 说明 (G)MSC Server和MGW可集成为单个物理实体(G)MSC R4版本中PS域的功能实体SGSN和GGSN没有改变 与外界的接口也没有改 第二章 WCDMA系统结构WCDMA系统基本原理 2-19 变 CS域的功能实体仍然包括有 MSC VLR HLR AuC EIR等设备 相互间关系也没有改变 但为了支持全IP网发展需要 R4版本中CS域实体 有所变化 如 (1) MSC根据需要可分成两个不同的实体 MSC服务器 MSC Server 仅用 于处理信令 和电路交换媒体网关 CS-MGW 用于处理用户数据 MSC Server和CS-MGW共同完成MSC功能 对应的GMSC也分成GMSC Server和CS-MGW (a) MSC服务器 MSC Server MSC Server主要由MSC的呼叫控制和移动控制组成 负责完成CS域的呼叫 处理等功能 MSC Server终接用户-网络信令 并将其转换成网络-网络信令 MSC Server也可包含VLR以处理移动用户的业务数据和CAMEL相关数据 MSC Server可通过接口控制CS-MGW中媒体通道的关于连接控制的部分呼叫 状态 (b) 电路交换媒体网关 CS-MGW CS-MGW是PSTN/PLMN的传输终接点 并且通过 Iu接口连接核心网和 UTRAN CS-MGW可以是从电路交换网络来的承载通道的终接点 也可是 分组网来的媒体流 例如 IP网中的RTP流 的终接点 在Iu上 CS-MGW 可支持媒体转换 承载控制和有效载荷处理 例如 多媒体数字信号编解码 器 回音消除器 会议桥等 可支持CS业务的不同 Iu选项 基于 AAL2/ATM 或基于 RTP/UDP/IP CS-MGW y 与MSC服务器和GMSC服务器相连 进行资源控制 y 拥有并使用如回音消除器等资源 y 可具有多媒体数字信号编解码器 CS-MGW可具有必要的资源以支持UMTS/GSM传输媒体 进一步 可要求 H248裁剪器支持附加的多媒体数字信号编解码器和成帧协议等 CS-MGW的承载控制和有效载荷处理能力也用于支持移动性功能 如SRNS 重分配/切换 和定位 目前期待H.248标准机制可运用于支持这些功能 (c) GMSC服务器 GMSC S