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核心网

核心网;简单点说,可以把移动网络划分为三个部分,基站子系统,网络子系统,和系统支撑部分比如说安全管理等这些。核心网部分就是位于网络子系统内,核心网的主要作用是把A口上来的呼叫请求或数据请求,接续到不同的网络上。

主要是涉及呼叫的接续、计费,移动性管理,补充业务实现,智能触发等方面主体支撑在交换机。至于软交换则有两个很明显的概念,控制与承载的分离,控制信道与数据信道的分离。

从协议上规定就是起到核心交换或者呼叫路由功能的网元,对于2G/3G 核心网一般都是一样,在R4架构比如MSC SERVER 、MGW 、HLR、VLR 、EIR 及AUC等,主要作用是整个呼叫信令控制和承载建立。

核心网全面进入“IP”时代,IP、融合、宽带、智能、容灾和绿色环保是其主要特征。从电路域看,移动软交换已经全面从TDM的传输电路转向IP;从分组域看,宽带化、智能化是其主要特征;从用户数据看,新的HLR被广泛接受,逐步向未来的融合数据中心演进。另外,运营商纷纷将容灾和绿色环保提到战略的高度;移动网络在未来发展和演进上殊途同归,在4G时代,GSM和CDMA两大阵营将走向共同的IMS+SAE+LTE架构。

核心网的功能主要是提供用户连接、对用户的管理以及对业务完成承载,作为承载网络提供到外部网络的接口。用户连接的建立包括移动性管理(MM)、呼叫管理(CM)、交换/路由、录音通知(结合智能网业务完成到智能网外围设备的连接关系)等功能。用户管理包括用户的描述、Qos(加入了对用户业务Qos的描述)、用户通信记录(Accounting)、VHE(与智能网平台的对话提供虚拟居家环境)、安全性(由鉴权中心提供相应的安全性措施包含了对移动业务的安全性管理和对外部网络访问的安全性处理)。承载连接(Access to)包括到外部的PSTN、外部电路数据网和分组数据网、Internet和Intranets、以及移动自己的SMS服务器等等 核心网可以提供的基本业务包括移动办公、电子商务、通信、娱乐性业务、旅行和基于位置的服务、遥感业务(Telemetry)-简单消息传递业务(监视控制)等等。

核心网分成电路交换域和分组交换域。CS域需要的功能部件包括TRAU、MSC等,PS域需要的功能部件包括GGSN、SGSN和其它一些寄存器和服务器。规范中规定由RNC提供的Iu接口是开放的,在Iu CS域和Iu PS域上的信令和接口都是开放的。Iu CS域和Iu PS域上的信令平面都是RANAP协议,称为RANAP-CS和RANAP-PS。CS域的业务平面对应的是话音,需要完成AMR的速率适配和TRAU的码型转换,而DATA业务无需码型转换直接送往SGSN完成相应功能。北电网络在实现网络连接过程中引入了无线网关(Wireless Gateway)的概念,无线网关实际是设备的综合节点,在R99版本,CS域TRAU部分需添加新的功能,MSC和SGSN不需发生变化。从RNC提供的接口是光纤接口,传输的是ATM信元,话音承载AAL2,数据承载AAL5。通过OC-3/STM-1板卡接入之后在内部分成二个分支,AAL2将送往TRAU来完成码型转换和速率适配,适配到64kbps的TDM流——E1电路的同步流来传送用户信息。对于分组域,由SGSN转换成IP,业务将承载到IP骨干网上,送往GGSN。在Iu Cs接口上的信令对于TRAU来说是透明通过的,TRAU只是物理层的设备,不会分析信令消息。所以从信令角度来说,Iu CS上的信令是RNC和MSC之间的对话,透明穿过TRAU到达MSC,由MSC的CPU进行处理。作为PS域来说,由于中间不需要速率适配和码型转换,所以Iu PS端口就存在于RNC和SGSN之间,直接的协议仍然是RANAP-PS协议。从SGSN到GGSN协议将直接转换到GPRS的协议——GTP协议,包括GTP-C和GTP-U。与GSM最大的不同,作为GPRS来说,SGSN和GGSN之间是GTP-U,而SGSN和PCU之间仍然是帧中继的协议。在WCDMA中,Gn接口上的GTP-U协议将会被延展至Iu Ps接口上。也就是从RNC开始,业务将分配一个Tunnel ID,在Iu Ps和Gn接口上使用。

在R4和R5版本中都将引进多媒体网关MGW和Call Server的概念。在R4中,将MSC中有关电路交换部分以及面向用户业务传递的话音中继平面和中继模块全部都取消了,只保留了信令处理单元——CPU处理单元。增加的二个控制功能可以是软件实现或通过板卡来实现,称为WGC和PSTN GC,完成二个MGW之间的话音通路建立的控制。CPU集中处理中心称为Call Server。Call Server在初期仍然是原来MSC的平台,最终将真正实现服务器的处理平台。话音将通过WGC和PSTN-GC来完成建立在分组骨干网上以异步数据流的方式传递。分组骨干网选择何种类型取决于规范的发展趋势,按目前的趋势来看都会Over在IP上。所以从骨干承载来说,R4版本首先将话音和数据的传递方式实现了一体化。在这种情况下需要完成话音通信时,信令仍然通过Call Server实现通信,话音的通路只需要在不同的WGC之间或者是在不同的WGC和PSTN GC之间来建立连接关系就可以了。PSTN GC的引入就是提供专门到PSTN的64kbps 2M的话音电路中继的交换。移动拨打移动时只需要通过WGC之间完成,PSTN GC是针对PSTN设置的网关。到R5版本之后,都将成为分组骨干网的一个节点,不再区分不同的功能模块,每个节点都将分配一个IP地址,通过IP路由方案来寻址并完成路由的建立。在R4版本中强调的是CS域的变化,并没有强调对接入网络部分所需要发生的变化。如移动打固定时,移动用户呼叫,信令将送往Call Server进行相应处理,完成与公网之间的No.7信令的转移和对话,对端震铃,用户摘机,回复信息给Call Server,由Call Server完成内部控制,通知WGC和PSTN-GC建立MGCP协议,控制WG和PSTN G之间建立一条Voice over IP的通路,用户开始通信。Call Server将有路由分析的功能,确定不同WG和PSTNG之间的通路。

国内领先的通信技术论坛实现了R4版本后,将会用到TFO和TrFO的功能。TFO称为Tandem Free Operation,TrFO称为Trancoder Free Operation。TFO功能指的是当移动打移动时,双方已经协商好通信的速率保持不变的前提下,无需通过TRAU功能完成码型转换,这个过程就称为TFO功能。实现这一功能的前提是使用异步流的传送方式。TFO是可选的,指的是移动打移动时,是否需要通过码型转换将作为可选项,取决于二端速率是否协商。如一端用户选择的速率是12.2kbps,对端只有4.75kbps,经过分组骨干网时,承载的速率都是64kbps。在这种情况下二端都需要通过TRAU。如果中间有一端不通过TRAU,启动TFO功能就可实现一端不通过TRAU。而TrFO则需要事先协商好彼此的通信速率。MSCBSC 移动通信论坛2N9~,Z%S7f3j

所谓R5版本,就是全IP的骨干网。无论是接入网络还是核心骨干网,底层都是基于IP的骨干网。IP效率比ATM要高,而且底层以太网技术发展较快。所以完全可以选择IP的骨干网,实现一体化的网络。在R5版本所以的交换都是软交换,也就是在分组骨干网中的节点都可以通过服务器来实现。服务器平台包括HLR(归属位置寄存器)、SCP(智能网业务控制点平台)、UAS(播放录音通知平台),这些平台之间仍然通过No.7信令连接的,所以需要一个USP,USP功能相当于GPRS中SIG的功能,也就是No.7到IP的网关协议转换服务器。

协议栈的演进,R99版本中数据业务建立再IP,底层是AAL5以ATM为承载,话音选择AAL2以ATM为承载。R99+版本,数据选择的是MPLS,底层仍是ATM作承载,话音没有变化。到R4版本,对话音有二个选项,话音既可以Over在IP上,也可以仍然选择AAL2的承载。最终到R5版本,实现的是100%的Over IP,数据链路层仍是ATM信元。

核心网的信令平面:在GSM中,面向BSS的协议是BSSAP协议,而在WCDMA中面向无线接入网络的协议是RANAP,功能完全等同于BSSAP,是核心网与无线接入网之间的对话。RANAP协议同样在功能上被分成二部分,一部分是直接与RNC的对话,另一部分是透明的与移动台的对话。核心网内部的协议与GSM相比从上层角度来说没有任何变化,信令部分仍然使用MAP协议,各个到寄存器的协议MAP-B、MAP-C、MAP-D、MAP-E、MAP-F等都没变化,仍然是上层移动应用部分消息。MAP的底层仍然是TCAP(会话层能力应用部分),完成对上层各子系统(MAP-HLR、MAP-VLR等)的寻址。业务控制部分SCCP是对第3层MTP3层网络寻址的加强功能。唯一发生变化的是底层MTP3、MTP2和MTP1,GSM中MTP1、MTP2和MTP3完成的是No.7的完整的承载平台,在WCDMA中MTP3仍可以被选择作底层承载或者选择IP地址寻址。数据链路层和物理层选择的是ATM。在TCAP上层还会有CAP和INAP协议,与GSM完全一样。INAP主要在固定网中应用,在移动网中已不再使用。INAP可以称为智能网协议第1阶段的规范,主要用于固定网,没有对移动网的规范。GSM网络中使用的智能网协议采用的是Camel,协议称为CAP,是在INAP协议的基础之上提出了关于移动网业务的特性功能。目前已经完成了CAP2,到WCDMA 的R99版本可能会用CAP3或者CAP4。核心网与电话用户部分的通信协议UP,目前选择的都是TUP和ISUP协议。关于GPRS,分组核心网在Gn接口上的信令协议平面,仍然是GTP协议,封装在UDP协议上,再封装在IP网络层承载,底层仍可以是ATM承载或者其它。底层协议取决于实现方案。

在GPRS中,PDP Context(PDP场景)的激活过程是非常重要的,PDP场景由SGSN来管理,SGSN将管理每个用户的PDP场景。用户和外部网络要激活一个PDP场景,意味着在SGSN和GGSN之间为该用户建立了GTP的通道。在现在的GPRS网络中,每个用户只能激活1个PDP场景,不能同时激活多个。在3G规范中,提出1个用户可以激活多个PDP场景,SGSN具有管理多个PDP场景的能力,如用户通过GGSN1上了IP网络,同时它也可以通过GGSN2上自己的内部网。

智能网平台由三个主要的功能部分构成,分别是SSP、SCP和IP。SSP称为业务交换点,相当于每个交换机,必须能够提供到SCP点的接口。SCP是整个智能网业务逻辑的控制平台和它的环境存在,用来完成智能网业务逻辑的调用以及这个逻辑的存储环境,是个大型的数据库。IP称为智能外围,在SCP点的控制下来播放智能录音通知。不同厂家IP实现的方法不同。对于智能网的生存环境有个名称叫SMS——业务管理系统。SMS和工作终端将构成业务创建环境,也就是智能网的生成平台。通过业务创建环境可以产生新的智能网业务,并送入SCP数据库中,来完成智能网逻辑的调用。在3G中,使用Camel3和Camel4,将智能网功能更加细化,由运营商在人机接口上给出想要生成业务的功能,就会自动生成该业务的逻辑平台。不像现在业务的实现要设备厂家完成软件的编写和更新,如预付费业务等等。

R99业务分类,根据规范定义分为4类,每种业务根据Qos的要求对时延和块差错率的要求是不同的。对交互类业务,时延要求是100ms级,差错率可以高于5%,依次类推,在传真业务中,时延要求可以达到100s,但差错率要求低于3%。所以二者不可兼得。

计费系统:计费记录可以从MSC提供,基于时间的用户记录;也可以从SGSN提供统计每用户关于时间和字节量大小的计费;可以从GGSN提取记录,关于用户数据包流量的计费。所有计费记录都将送入统一的计费记录中心——CGF。由CGF对所有的计费记录进行整合,送往计费中心,由计费中心完成话单的产生。


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