Chapter2TDSCDMA网络结构.docx

1、Chapter2TDSCDMA网络结构第二章TD-SCDMA 网络结构2.1 TD-SCDMA 网络结构（3GPP R4） 42.1.1 PS域与CS域的公共实体 62.1.1.1 HLR (本地位置寄存器) 62.1.1.2 VLR (访问位置寄存器) 72.1.1.3 AuC（鉴权中心） 82.1.1.4 EIR（设备识别寄存器） 92.1.2 CS域实体 102.1.2.1 MSC Server （MSC服务器） 102.1.2.2 CS-MGW（电路交换-媒体网关） 102.1.2.3 GMSC 服务器 102.1.3 PS域实体 112.1.3.1 SGSN（服务GPRS支持节点）

2、112.1.3.2 GGSN（网关GPRS支持节点） 112.1.3.3 BG（边界网关） 112.1.4 R4核心网外部接口名称与含义 122.2 3GPP R5版本介绍 132.3 UTRAN接入网结构 142.3.1 通用协议结构 152.3.2 Iu接口信令协议（3GPP R5 25410-530） 192.3.3 Iub接口信令协议（3GPP R5 25430-520） 242.3.4 Iur接口信令协议（3GPP R5 25420-510） 282.3.5 Iupc接口信令协议 （3GPP R5 25450-510） 292.4 本章练习 30本章目标： 了解TD-SCDMA 系统

3、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2.1 TD-SCDMA 网络结构（3GPP R4） 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 2.1 TD-SCDMA 网络组成及标准接口缩写英文解释中文解释 MSMobile St

4、ationUSIMUMTS Subscriber Identity ModuleMEMobile EquipmentRNSRadio Network SubsystemRNCRadio Network ControllerNodeBNodeBBSSBase Station SubsystemBSCBase Station ControllerBTSBase Transceiver StationCNCore NetworkCS-MGWCircuit Switch Media GatewayMSSMobile Switch Center ServerHLRHome Location Regist

5、erVLRVisitor Location RegisterEIREquipment Identity RegisterAuCAuthentication CenterSGSNServing GPRS Support NodeGGSNGateway GPRS Support Node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 2.2 TD-SCDMA 3GPP R4 网络结构2.1.1 PS域与CS域的公共实体2.1.1.3 HLR (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

6、、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

7、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IMSIInternational Mobile Subscribers IdentityMCCMNCMSIN460 00 XXXXXXMCCMobile Country CodeMNCMobile Network CodeMSINMobile Subscriber Identification NumberMSISDNMobile Subscriber Internationa

8、l ISDN NumberCC+NDC+SN+86 138 XXXXXCCCountry CodeNDCNational Destination CodeSNSubscriber NumberPDPPacket Data Protocol表 2.1 HLR中用到的号码2.1.1.4 VLR (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

9、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。2.1.1.5

10、 AuC（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 2.1 3G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-home Environment）。UIC： 提供常规用户身份机密性的传统机制 (用户与服务网

11、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。2.1.1.6 EIR（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： white listed白单, grey listed灰单 和 black listed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

12、# 即可看到自己手机中的IMEI号。2.1.2 CS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）。2.1.2.2 MSC Server （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（Customised Applications for Mobile network Enhanced Logic 智能网）相关的数据。MSC 服务器

13、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。2.1.2.3 CS-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

14、； 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。 2.1.2.4 GMSC 服务器GMSC服务器主要由GMSC的呼叫和移动控制组成。2.1.3 PS域实体UMTS PS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

15、行所有必要的功能来处理发往/来自移动台的数据包。2.1.3.2 SGSN（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。 2.1.3.3 GGSN（网关GPRS支持节点）GGSN中的位置寄存器存储了来自HLR和SGS

16、N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。2.1.3.4 BG（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.

17、1.4 R4核心网外部接口名称与含义接口名称连接实体 信令协议AMSC-BSCBSSAPIu-CSMSC-RNSRANAPBMSC-VLRCMSC-HLRMAPDVLR-HLRMAPEMSC-MSCMAPFMSC-EIRMAPGVLR-VLRMAPGsMSC-SGSNBSSAP+HHLR-AuCMSC-PSTN/ISDN/PSPDNTUP/ISUPGaSGSN-CGGTPGbSGSN-BSCBSSGPGcGGSN-HLRMAPGdSGSN-SM-GMSC/IWMSCMAPGeSGSN-SCPCAPGfSGSN-EIRMAPGiGGSN-PDNTCP/IPGpGSN-GSN(inter PLMN

18、)GTPGnGSN-GSN(intra PLMN)GTPGrSGSN-HLRMAPIu-PSSGSN-RNCRANAPMc(G)MSC server-CS MGWH.248NcMSC server-GMSC serverISUP/TUP/BICCNbCS-MGW-CS MGW表 2.1 R4核心网外部接口名称与含义 2.2 3GPP R5版本介绍图 2.1 3GPP R5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，

19、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 TG

20、SW：信令传输网关功能 RGSW：漫游信令网关功能 IMS：IP多媒体子系统2.3 UTRAN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 2.1 UTRAN 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

21、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

22、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 2.1 Uu和Iu接口的用户平面图 2.2 Uu和Iu接口的控制平面缩写英文解释中文解释NASNon-Access StratumCMCommunication Management

23、SMSession ManagementCCCall ControlSSSupplementary Service SupportMMMobility ManagementGMMGPRS Mobility ManagementGSMSGPRS Short Message Service SupportRRMRadio Resource ManagementASAccess Stratum表 2.1 通用协议结构名词解释图 2.3 NAS （非接入层）结构- UTRAN接口基本协议结构：图 2.4 OSI 参考模型图 2.5 UTRAN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

24、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

25、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。

26、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。2.3.3 Iu接口信令协议（3GPP R5 25410-530）图 2.1 Iu 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

27、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R99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R99中，每个电路交换业务都要预留一个AAL2专用连接，在R5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

28、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 2.2 Iu-CS 接口协议缩写英文解释中文解释ATMAsynchronous Transfer ModeSSCOPService Specific Connection Oriented ProtocolSSCF-NNIService Specific Coordination Function-Network Node InterfaceMTP-3bMessage Transfer Part-3 BroadbandSCTPStream Control Tra

29、nsmission ProtocolM3UAMTP3 User Adaptation LayerSCCPSignaling Connection Control PartRANAPRadio Access Network Application PartQ.2105.1AAL2 Signaling Transport Converter for MTP3bQ.2630.2AAL2 connection signalingFFSFor Future StudyAAL2ATM Adaptation Layer 2AAL5ATM Adaptation Layer 5UDPUser Datagram ProtocolRTCP* (可选)Real Time Control ProtocolRTPReal Time Protocol表 2.1 Iu-CS接口协议名词解释2：Iu-PS 协议结构图 2.3 Iu-PS 接口协议缩写英文解释中文解释GTP-UGPRS Tunnel Protocol-User Pl