Chapter2TDSCDMA网络结构.docx
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Chapter2TDSCDMA网络结构
第二章
TD-SCDMA网络结构
2.1TD-SCDMA网络结构（3GPPR4）4
2.1.1PS域与CS域的公共实体6
2.1.1.1HLR（本地位置寄存器）6
2.1.1.2VLR（访问位置寄存器）7
2.1.1.3AuC（鉴权中心）8
2.1.1.4EIR（设备识别寄存器）9
2.1.2CS域实体10
2.1.2.1MSCServer（MSC服务器）10
2.1.2.2CS-MGW（电路交换-媒体网关）10
2.1.2.3GMSC服务器10
2.1.3PS域实体11
2.1.3.1SGSN（服务GPRS支持节点）11
2.1.3.2GGSN（网关GPRS支持节点）11
2.1.3.3BG（边界网关）11
2.1.4R4核心网外部接口名称与含义12
2.23GPPR5版本介绍13
2.3UTRAN接入网结构14
2.3.1通用协议结构15
2.3.2Iu接口信令协议（3GPPR525410-530）19
2.3.3Iub接口信令协议（3GPPR525430-520）24
2.3.4Iur接口信令协议（3GPPR525420-510）28
2.3.5Iupc接口信令协议（3GPPR525450-510）29
2.4本章练习30
本章目标：
∙了解TD-SCDMA系统R4网络结构
∙了解TD-SCDMA系统RAN中包括哪些网元
∙至少说出3个Iub接口的功能
∙了解Iu-CS接口协议栈结构
∙了解Iu-PS接口协议栈结构
∙了解Iur接口协议栈结构
∙了解Iub接口协议栈结构
2.1TD-SCDMA网络结构（3GPPR4）
TD-SCDMA网络主要包括核心网和无线接入网两部分，核心网主要处理UMTS内部所有的语音呼叫，数据连接和交换，以及与外部其他网络的连接和路由选择。
无线接入网完成所有与无线有关的功能。
在核心网与接入网之间，接口为Iu接口，终端与接入网之间为Uu接口。
图2.1TD-SCDMA网络组成及标准接口
缩写
英文解释
中文解释
MS
MobileStation
USIM
UMTSSubscriberIdentityModule
ME
MobileEquipment
RNS
RadioNetworkSubsystem
RNC
RadioNetworkController
NodeB
NodeB
BSS
BaseStationSubsystem
BSC
BaseStationController
BTS
BaseTransceiverStation
CN
CoreNetwork
CS-MGW
CircuitSwitchMediaGateway
MSS
MobileSwitchCenterServer
HLR
HomeLocationRegister
VLR
VisitorLocationRegister
EIR
EquipmentIdentityRegister
AuC
AuthenticationCenter
SGSN
ServingGPRSSupportNode
GGSN
GatewayGPRSSupportNode
表2.1移动通信系统发展术语缩写
图例:
粗线:
用户通信接口
虚线:
信令接口
图2.2TD-SCDMA3GPPR4网络结构
2.1.1PS域与CS域的公共实体
2.1.1.3HLR（本地位置寄存器）
HLR是一个数据库，它负责移动用户的管理。
一个PLMN可能包含一个或若干个HLR，这取决于移动用户的数目、设备容量以及网络架构。
HLR中存储了以下信息：
1.用户信息
2.CS――位置信息
它用于对移动台当前注册的MSC发起的呼叫进行计费和路由（如：
MS漫游号，
VLR号，MSC号以及MS身份标识等）。
如果支持GPRS，则还有：
3.PS――位置信息
用于向MS当前注册的SGSN中的分组消息进行计费和路由（如：
SGSN号）。
4.HLR中存储的识别号
每个移动台可以同时有不同类型的识别号，它们被存储在HLR中。
可以有以下几种类型的识别号：
✓IMSI－（国际移动用户识别号）；
✓MSISDN－（一个或多个移动台ISDN号）
如果支持GPRS，则还存储有以下识别号：
✓零个或多个分组数据协议（PDP）地址
数据库还包含了其它信息，如：
✓电信业务和承载业务信息；
✓业务限制（如：
漫游限制）；
✓用户用于组呼和广播呼叫的ID组号；
✓增值业务；
✓GGSN是否允许为用户动态分配PDP地址（如果支持GPRS业务）
缩写
英文解释
参数组成
中文解释
IMSI
InternationalMobileSubscribersIdentity
MCC＋
MNC＋
MSIN
46000XXXXXX
MCC
MobileCountryCode
MNC
MobileNetworkCode
MSIN
MobileSubscriberIdentificationNumber
MSISDN
MobileSubscriberInternationalISDNNumber
CC+NDC+SN
+86138XXXXX
CC
CountryCode
NDC
NationalDestinationCode
SN
SubscriberNumber
PDP
PacketDataProtocol
表2.1HLR中用到的号码
2.1.1.4VLR（访问位置寄存器）
当一个移动台漫游在一个MSC区域时，它由负责这个区域的访问位置寄存器控制。
当一个移动台（MS）进入一个新的位置区域，它会发起注册进程。
负责这个区域的MSC监测到这个注册用户并将他转到本地的VLR中。
如果这个移动台还没有注册，则VLR和HLR需要交换信息，接纳这个MS，使之能正常地呼叫。
一个VLR可以服务一个或多个MSC。
VLR也包含了用于处理在本地数据库中注册的移动台的呼叫建立或接收的信息。
（对于一些增值业务，VLR可能需要从HLR中获得额外的信息）。
主要包含以下信息：
✓国际移动用户标识（IMSI）；
✓移动台国际ISDN号（MSISDN）；
✓移动台漫游号（MSRN）—移动台做被叫时，VLR负责分配；
✓临时移动台标识（TMSI），如果可用的话；
✓本地移动台标识（LMSI），如果使用了的话；
✓移动台注册的位置区域；
✓移动台注册所在的SGSN号；
只有当PLMN支持GPRS时可用，这时在MSC/VLR与SGSN之间存在Gs接口；
✓移动台最后的位置和初始位置信息。
2.1.1.5AuC（鉴权中心）
鉴权中心主要验证每个移动用户的IMSI是否合法。
鉴权中心通过HLR向VLR、MSC以及SGSN这些需要鉴权移动台的网元发送所需的鉴权数据。
鉴权中心（AuC）与HLR协同工作。
它存储了每一个在相关的HLR注册的移动台的身份标识密钥。
这个密钥可以用来产生：
✓用于鉴权国际移动用户标识（IMSI）的数据；
✓对移动台与网络的无线路径进行加密通信的密钥。
鉴权中心只同与它相关的HLR在H接口进行通信。
图2.13G安全功能结构
EUIC：
提供增强用户身份机密性的机制
（可选,用户和HE-homeEnvironment）。
UIC：
提供常规用户身份机密性的传统机制
（用户与服务网络之间）。
AKA：
提供认证和密钥协商机制，包括用户触发再认证功能，
即控制接入密钥对生存期。
DC：
提供用户和信令数据的数据机密性的机制。
DI：
提供信令数据的数据完整性的机制。
2.1.1.6EIR（设备识别寄存器）
在GSM系统中设备标识寄存器（EIR）是一个逻辑实体，它负责存储GSM系统中使用到的网络的国际移动设备标识（IMEI）。
这个功能实体包含了一个或若干个数据库，它们存储了GSM系统的IMEI。
移动设备可以被分为：
"whitelisted白单","greylisted灰单"和"blacklisted黑单"，因此相应的设备标识可以被分别存储在三个列表中。
如果在手机中输入：
*#06#即可看到自己手机中的IMEI号。
2.1.2CS域实体
MSC根据需求可分成两个不同的实体：
MSC服务器（用于处理信令）和电路媒体网关（用于处理用户数据）。
2.1.2.2MSCServer（MSC服务器）
MSC服务器主要由呼叫控制（CC）和移动控制部分组成。
MSC服务器负责处理移动台发起和接收的CS域的呼叫，它终止了用户-网络的信令并将它转换成相关的网络-网络的信令。
MSC服务器还包含了一个VLR来存储移动用户服务数据和CAMEL（CustomisedApplicationsforMobilenetworkEnhancedLogic智能网）相关的数据。
MSC服务器可以通过接口控制CS-MGW中媒体通道的关于连接控制的部分呼叫状态。
2.1.2.3CS-MGW（电路交换-媒体网关）
CS-MGW是PSTN/PLMN传输终止点，并且通过Iu接口连接UTRAN。
CS-MGW可以是从电路交换网络来的承载信道的终止点，也可以是分组网络来的媒体流（如：
IP网络中的RTP流）的终止点。
在Iu接口上，CS-MGW可以支持媒体转换、承载控制和有效载荷处理（如：
编解码，回音抵消、会议桥），可以支持CS业务的不同Iu选项（基于AAL2/ATM以及基于RTP/UDP/IP）。
CS-MGW：
✓与MSC服务器和GMSC相连，进行资源控制；
✓拥有并处理资源如：
回音抵消等；
✓可具有多媒体数字信号编解码器。
CS-MGW将提供必要的资源来支持UMTS/GSM传输媒介。
进一步，需要H.248协议来支持附加的多媒体数字信号编解器和成帧协议等。
CS-MGW的承载控制和有效负荷处理能力也用于支持移动性功能，如：
SRNS重分配/切换以及定位。
可以使用当前的H.248标准机制来实现这些功能。
2.1.2.4GMSC服务器
GMSC服务器主要由GMSC的呼叫和移动控制组成。
2.1.3PS域实体
UMTSPS域（或GPRS）支持节点（GSN）包括网关GSN（GGSN）和服务GSN（SGSN）。
它们构成了无线系统和提供分组交换业务的固定网络间的接口。
GSN执行所有必要的功能来处理发往/来自移动台的数据包。
2.1.3.2SGSN（服务GPRS支持节点）
SGSN中的位置寄存器存储了两种类型的用户数据，它们被用于处理起始的和终止的数据包传输业务，它们是：
用户信息：
✓IMSI
✓一个或多个临时标识
✓零个或多个PDP地址
位置信息：
✓根据MS的运行模式，MS注册所在的小区或路由区域
✓相关的VLR编号（如果存在Gs接口）
✓一个激活的PDP上下文所在的GGSN地址
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在网络内的移动和通信业务，并提供计费信息。
2.1.3.3GGSN（网关GPRS支持节点）
GGSN中的位置寄存器存储了来自HLR和SGSN的用户数据。
需要两类的数据来处理起始的和终止的数据包传输：
用户信息：
✓IMSI
✓零个或多个PDP地址
位置信息：
✓MS注册的SGSN的地址
GGSN作为移动通信系统与其他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被呼叫时，数据先到GGSN，再由GGSN向HLR查询用户当前的位置信息，然后将呼叫转移到目前登记的GGSN中。
GGSN也提供计费接口。
2.1.3.4BG（边界网关）
边界网关（BG）是支持GPRS的PLMN和外部PLMN主干网的网关。
它用于同其它支持GPRS的PLMN互联。
BG的角色是提供适当的安全级别来保护PLMN和它的用户。
只有支持GPRS的PLMN需要BG。
2.1.4R4核心网外部接口名称与含义
接口名称
连接实体
信令协议
A
MSC-BSC
BSSAP
Iu-CS
MSC-RNS
RANAP
B
MSC-VLR
C
MSC-HLR
MAP
D
VLR-HLR
MAP
E
MSC-MSC
MAP
F
MSC-EIR
MAP
G
VLR-VLR
MAP
Gs
MSC-SGSN
BSSAP+
H
HLR-AuC
MSC-PSTN/ISDN/PSPDN
TUP/ISUP
Ga
SGSN-CG
GTP’
Gb
SGSN-BSC
BSSGP
Gc
GGSN-HLR
MAP
Gd
SGSN-SM-GMSC/IWMSC
MAP
Ge
SGSN-SCP
CAP
Gf
SGSN-EIR
MAP
Gi
GGSN-PDN
TCP/IP
Gp
GSN-GSN
（interPLMN）
GTP
Gn
GSN-GSN
（intraPLMN）
GTP
Gr
SGSN-HLR
MAP
Iu-PS
SGSN-RNC
RANAP
Mc
（G）MSCserver-
CSMGW
H.248
Nc
MSCserver-
GMSCserver
ISUP/TUP/BICC
Nb
CS-MGW-
CSMGW
表2.1R4核心网外部接口名称与含义
2.23GPPR5版本介绍
图2.13GPPR5版本介绍
R5版本的目标是构造全IP移动网络，在研究过程中分化为R5，R6两个版本。
R5主要定义了全IP网络的架构，R6的重点则集中于业务增强及与其他网络的互通方面。
R5在无线接入网和核心网领域进行了重大改进：
在无线接入网方面，提出了高速下行分组技术（HSDPA），使下行速率可以达到8-10Mbit/s，大大提高了空中接口的效率。
最大的变化使在R4的基础上增加了IP多媒体子系统（IMS），它与分组域一起实现实时和非实时的多媒体业务，并可实现与电路域的互操作，可在分组域提供增强型话音业务，代替传统的话音业务，实现话音从窄带到宽带迁移的目标。
R5版本中仍然保留了电路域，并实现与IMS的互操作，用于保护运营商在R99网络上的投资。
对于新运营商而言，在技术成熟的条件下，完全不需要建设电路域来实现话音业务，可直接在IMS和分组域实现话音业务。
✓MRF：
多媒体资源功能
✓CSCF：
呼叫状态控制功能
✓MGCF：
媒体网关控制功能
✓T－GSW：
信令传输网关功能
✓R－GSW：
漫游信令网关功能
✓IMS：
IP多媒体子系统
2.3UTRAN接入网结构
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（NodeB）组成。
RNC与CN之间的接口是Iu接口，NodeB和RNC通过Iub接口连接。
在无线网络内部，RNC之间的接口为Iur接口。
RNC用来分配和控制与之相连或相关的NodeB的无线资源。
图2.1UTRAN基本结构
-Iu接口：
Iu接口是连接UTRAN和核心网之间的接口，同GSM的A接口一样，Iu接口也是一个开放的接口，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。
Iu接口可以分为电路域的Iu-CS接口和分组域的Iu-PS接口。
-Iub接口：
Iub接口是RNC与NodeB之间的接口，用来传输RNC和NodeB之间的信令及无线接口的数据。
-Iur接口：
Iur接口是两个RNC之间的逻辑接口，用来传送RNC之间的控制信令和用户数据。
同Iu接口一样，Iur接口也是一个开放的接口。
Iur接口最初设计是为了支持RNC之间的软切换，但是后来也加入了其他的有关特性，现在Iur接口的主要功能是支持基本的RNC之间的移动性，支持公共信道业务，支持专用信道业务和支持系统管理过程。
-Uu接口：
空中接口（无线接口）主要用来建立，重配置和释放各种无线承载业务。
和Iu接口一样，空中接口也是一个完全开放的接口。
2.3.2通用协议结构
-用户平面接口协议：
执行实际无线接入承载服务，比如传输通过接入网的用户数据
-控制平面接口协议：
对无线接入承载及UE和网络之间的连接进行控制（包括业务请求，不同传输资源的控制和切换等）。
另外，控制平面也提供了非接入层消息的消息透明传输的机制。
接入层通过SAP（服务接入点）承载上层业务，下图为Uu和Iu接口的协议结构。
图2.1Uu和Iu接口的用户平面
图2.2Uu和Iu接口的控制平面
缩写
英文解释
中文解释
NAS
Non-AccessStratum
CM
CommunicationManagement
SM
SessionManagement
CC
CallControl
SS
SupplementaryServiceSupport
MM
MobilityManagement
GMM
GPRSMobilityManagement
GSMS
GPRSShortMessageServiceSupport
RRM
RadioResourceManagement
AS
AccessStratum
表2.1通用协议结构名词解释
图2.3NAS（非接入层）结构
-UTRAN接口基本协议结构：
图2.4OSI参考模型
图2.5UTRAN通用协议模型
从水平层看，协议结构主要包含两层：
无线网络层和传输网络层。
所有与UTRAN有关的协议都包含在无线网络层，而传输网络层使用标准的传输技术，根据UTRAN的具体应用进行选择。
从垂直平面看，包括4个平面：
控制平面，用户平面，传输网络层控制平面和传输网络层用户平面。
1：
控制平面：
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。
应用层协议和其他相关因素一起用于建立UE的承载（例如在Iu中的无线接入承载以及在Iur和Iub中的无线链路）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。
2：
用户平面：
用户收发的所有信息，例如语音和分组数据，都得经过用户平面传输。
用户平面包括数据流和相应的承载，每个数据流的特征都由一个或多个接口的帧协议来描述。
3：
传输网络层控制平面：
传输网络层控制平面为传输层内的所有控制信令服务，不包含任何无线网络层信息。
它包括为用户平面建立传输承载（数据承载）的ALCAP，以及ALCAP需要的信令承载。
传输网络层控制平面位于控制平面和用户平面之间。
它的引入使无线网络层控制平面的应用协议与在用户平面中为数据承载而采用的技术相互之间可以完全独立。
使用传输网络层控制平面的时候，无线网络层用户平面中数据承载的建立方式如下：
对无线网络层控制平面的应用协议进行一次信令处理，通过ALCAP协议建立数据承载。
该ALCAP协议是针对用户平面技术而定的。
控制平面和用户平面的独立性要求必须进行一次ALCAP的信令处理。
4：
传输网络层用户平面：
用户面的数据承载和控制平面的信令承载都属于传输网络层的用户平面。
传输网络层用户平面的数据承载在实时操作期间由传输网络层控制平面直接控制，但是为应用协议建立信令承载所需要的控制操作被认为是操作维护行为。
2.3.3Iu接口信令协议（3GPPR525410-530）
图2.1Iu接口结构
从结构上看，Iu接口可以分成3个域：
电路交换域（Iu-CS），分组交换域（Iu-PS），和广播域（Iu-BC）。
从功能上看，Iu接口主要负责传递非接入层的控制消息，用户消息，广播信息及控制Iu接口上的数据传递等。
1：
Iu-CS协议结构
IU-CS控制平面
在R’99中，控制面协议包括位于7号信令的无线接入网应用部分（RANAP），传输层包括信令连接控制部分（SCCP），消息传送部分（MTP-3B）和网间接口信令ATM适配层（SAAL-NNI），其中SAAL-NNI由三部分组成：
SSCF，SSCOP和AAL5。
在R5网络中，引入IP传输后，相应的协议栈组成为：
SCCP，M3UA，SCTP和IP协议。
IU-CS用户平面
在R’99中，每个电路交换业务都要预留一个AAL2专用连接，在R’5之后，将会使用能够进行实时处理的RTP/IP协议。
IU-CS传输网络层控制平面
传输网络层控制平面也在原来用于建立AAL2专用连接（Q.2630.1和适配层Q.2150.1）信令协议的基础上引入了相应的IP传输机制。
图2.2Iu-CS接口协议
缩写
英文解释
中文解释
ATM
AsynchronousTransferMode
SSCOP
ServiceSpecificConnectionOrientedProtocol
SSCF-NNI
ServiceSpecificCoordinationFunction-NetworkNodeInterface
MTP-3b
MessageTransferPart-3Broadband
SCTP
StreamControlTransmissionProtocol
M3UA
MTP3UserAdaptationLayer
SCCP
SignalingConnectionControlPart
RANAP
RadioAccessNetworkApplicationPart
Q.2105.1
AAL2SignalingTransportConverterforMTP3b
Q.2630.2
AAL2connectionsignaling
FFS
ForFutureStudy
AAL2
ATMAdaptationLayer2
AAL5
ATMAdaptationLayer5
UDP
UserDatagramProtocol
RTCP*（可选）
RealTimeControlProtocol
RTP
RealTimeProtocol
表2.1Iu-CS接口协议名词解释
2：
Iu-PS协议结构
图2.3Iu-PS接口协议
缩写
英文解释
中文解释
GTP-U
GPRSTunnelProtocol-
UserPl
升级会员 