WA000010 WCDMA系統(tǒng)基本原理 WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第3章 WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3.1 概述 UMTS（Universal Mobile Telecommunications System、通用移動(dòng)通信系統(tǒng)）是采用WCDMA空中接口技術(shù)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，通常也把UMTS系統(tǒng)稱為WCDMA通信系統(tǒng)。UMTS系統(tǒng)采用了與第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)類似的結(jié)構(gòu)，包括無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)（Radio Access Network，RAN）和核心網(wǎng)絡(luò)（Core Network，CN）。其中無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)用于處理所有與無(wú)線有關(guān)的功能，而CN處理UMTS系統(tǒng)內(nèi)所有的話音呼叫和數(shù)據(jù)連接，并實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的交換和路由功能。CN從邏輯上分為電路交換域（Circuit Switched Domain, CS）和分組交換域（Packet Switched Domain, PS）。UTRAN、CN與用戶設(shè)備（User Equipment，UE）一起構(gòu)成了整個(gè)UMTS 系統(tǒng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。 圖3-1 UMTS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 從3GPP R99標(biāo)準(zhǔn)的角度來(lái)看，UE和UTRAN（UMTS的陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò)）由全新的協(xié)議構(gòu)成，其設(shè)計(jì)基于WCDMA無(wú)線技術(shù)。而CN則采用了GSM/GPRS的定義，這樣可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的平滑過(guò)度，此外在第三代網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初期可以實(shí)現(xiàn)全球漫游。 3.1.1 UMTS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成 UMTS網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成如圖3-2所示。 圖3-2 UMTS網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成示意圖 從圖3-2的UMTS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成示意圖中可以看出，UMTS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)單元包括如下部分： 1. UE （User Equipment） UE是用戶終端設(shè)備，它通過(guò)Uu接口與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，為用戶提供電路域和分組域內(nèi)的各種業(yè)務(wù)功能，包括普通話音、數(shù)據(jù)通信、移動(dòng)多媒體、Internet應(yīng)用（如E-mail、WWW瀏覽、FTP等）。 UE包括兩部分： l ME（The Mobile Equipment），提供應(yīng)用和服務(wù) l USIM（The UMTS Subscriber Module），提供用戶身份識(shí)別 2. UTRAN（UMTS Terrestrial Radio Access Network，UMTS） UTRAN，即陸地?zé)o線接入網(wǎng)，分為基站（Node B）和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）兩部分。 l Node B Node B是WCDMA系統(tǒng)的基站（即無(wú)線收發(fā)信機(jī)），通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的Iub接口和RNC互連，主要完成Uu接口物理層協(xié)議的處理。它的主要功能是擴(kuò)頻、調(diào)制、信道編碼及解擴(kuò)、解調(diào)、信道解碼，還包括基帶信號(hào)和射頻信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換等功能。 l RNC（Radio Network Controller） RNC是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器，主要完成連接建立和斷開(kāi)、切換、宏分集合并、無(wú)線資源管理控制等功能。具體如下： (1) 執(zhí)行系統(tǒng)信息廣播與系統(tǒng)接入控制功能； (2) 切換和RNC遷移等移動(dòng)性管理功能； (3) 宏分集合并、功率控制、無(wú)線承載分配等無(wú)線資源管理和控制功能。 3. CN（Core Network） CN，即核心網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)與其他網(wǎng)絡(luò)的連接和對(duì)UE的通信和管理。在WCMDA系統(tǒng)中，不同協(xié)議版本的核心網(wǎng)設(shè)備有所區(qū)別。從總體上來(lái)說(shuō)，R99版本的核心網(wǎng)分為電路域和分組域兩大塊，R4版本的核心網(wǎng)也一樣，只是把R99電路域中的MSC的功能改由兩個(gè)獨(dú)立的實(shí)體：MSC Server和MGW來(lái)實(shí)現(xiàn)。R5版本的核心網(wǎng)相對(duì)R4來(lái)說(shuō)增加了一個(gè)IP多媒體域，其他的與R4基本一樣。 R99版本核心網(wǎng)的主要功能實(shí)體如下： (1) MSC/VLR MSC/VLR是WCDMA核心網(wǎng)CS域功能節(jié)點(diǎn)，它通過(guò)Iu-CS接口與UTRAN相連，通過(guò)PSTN/ISDN接口與外部網(wǎng)絡(luò)（PSTN、ISDN等）相連，通過(guò)C/D接口與HLR/AUC相連，通過(guò)E接口與其它MSC/VLR、GMSC或SMC相連，通過(guò)CAP接口與SCP相連，通過(guò)Gs接口與SGSN相連。MSC/VLR的主要功能是提供CS域的呼叫控制、移動(dòng)性管理、鑒權(quán)和加密等功能。 (2) GMSC GMSC是WCDMA移動(dòng)網(wǎng)CS域與外部網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，是可選功能節(jié)點(diǎn)，它通過(guò)PSTN/ISDN接口與外部網(wǎng)絡(luò)（PSTN、ISDN、其它PLMN）相連，通過(guò)C接口與HLR相連，通過(guò)CAP接口與SCP相連。它的主要功能是完成VMSC功能中的呼入呼叫的路由功能及與固定網(wǎng)等外部網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)間結(jié)算功能。 (3) SGSN SGSN（服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）是WCDMA核心網(wǎng)PS域功能節(jié)點(diǎn)，它通過(guò)Iu-PS接口與UTRAN相連，通過(guò)Gn/Gp接口與GGSN相連，通過(guò)Gr接口與HLR/AUC相連，通過(guò)Gs接口與MSC/VLR，通過(guò)CAP接口與SCP相連，通過(guò)Gd接口與SMC相連，通過(guò)Ga接口與CG相連，通過(guò)Gn/Gp接口與SGSN相連。SGSN的主要功能是提供PS域的路由轉(zhuǎn)發(fā)、移動(dòng)性管理、會(huì)話管理、鑒權(quán)和加密等功能。 (4) GGSN GGSN（網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）是WCDMA核心網(wǎng)PS域功能節(jié)點(diǎn)，通過(guò)Gn /Gp接口與SGSN相連，通過(guò)Gi接口與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（Internet /Intranet）相連。GGSN提供數(shù)據(jù)包在WCDMA移動(dòng)網(wǎng)和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的路由和封裝。GGSN主要功能是同外部IP分組網(wǎng)絡(luò)的接口功能，GGSN需要提供UE接入外部分組網(wǎng)絡(luò)的關(guān)口功能，從外部網(wǎng)的觀點(diǎn)來(lái)看，GGSN就好象是可尋址WCDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中所有用戶IP的路由器，需要同外部網(wǎng)絡(luò)交換路由信息。 (5) HLR HLR（歸屬位置寄存器）是WCDMA核心網(wǎng)CS域和PS域共有的功能節(jié)點(diǎn)，它通過(guò)C接口與MSC/VLR或GMSC相連，通過(guò)Gr接口與SGSN相連，通過(guò)Gc接口與GGSN相連。HLR的主要功能是提供用戶的簽約信息存放、新業(yè)務(wù)支持、增強(qiáng)的鑒權(quán)等功能。 3.2 UTRAN的基本結(jié)構(gòu) UTRAN的結(jié)構(gòu)如圖3-3所示： UTRAN包含一個(gè)或幾個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（RNS）。一個(gè)RNS由一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）和一個(gè)或多個(gè)基站（Node B）組成。RNC與CN之間的接口是Iu接口，Node B和RNC通過(guò)Iub接口連接。在UTRAN內(nèi)部，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）之間通過(guò)Iur互聯(lián)，Iur可以通過(guò)RNC之間的直接物理連接或通過(guò)傳輸網(wǎng)連接。RNC用來(lái)分配和控制與之相連或相關(guān)的Node B的無(wú)線資源。 Node B則完成Iub接口和Uu接口之間的數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)換，同時(shí)也參與一部分無(wú)線資源管理。 圖3-3 UTRAN的結(jié)構(gòu) 3.2.1 系統(tǒng)接口 UTRAN主要有如下接口： 1. Cu 接口 Cu接口是USIM卡和ME之間的電氣接口，Cu接口采用標(biāo)準(zhǔn)接口。 2. Uu接口 Uu接口是WCDMA的無(wú)線接口。UE通過(guò)Uu接口接入到UMTS系統(tǒng)的固定網(wǎng)絡(luò)部分，可以說(shuō)Uu接口是UMTS系統(tǒng)中最重要的開(kāi)放接口。 3. Iur接口 Iur接口是連接RNC之間的接口，Iur接口是UMTS系統(tǒng)特有的接口，用于對(duì)RAN中移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)管理。比如在不同的RNC之間進(jìn)行軟切換時(shí)，移動(dòng)臺(tái)所有數(shù)據(jù)都是通過(guò)Iur接口從正在工作的RNC傳到候選RNC。Iur是開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)接口。 4. Iub接口 Iub接口是連接Node B與RNC的接口，Iub接口也是一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)接口。 這也使通過(guò)Iub接口相連接的RNC與Node B可以分別由不同的設(shè)備制造商提供。 5. Iu接口 Iu接口是連接UTRAN和CN的接口。類似于GSM系統(tǒng)的A接口和Gb接口。Iu接口是一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)接口。這也使通過(guò)Iu接口相連接的UTRAN與CN可以分別由不同的設(shè)備制造商提供。 Iu接口可以分為電路域的Iu-CS接口和分組域的Iu-PS接口。 3.2.2 UTRAN各接口的基本協(xié)議結(jié)構(gòu) UTRAN各個(gè)接口的協(xié)議結(jié)構(gòu)是按照一個(gè)通用的協(xié)議模型設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)的原則是層和面在邏輯上是相互獨(dú)立的。如果需要，可以修改協(xié)議結(jié)構(gòu)的一部分而無(wú)需改變其他部分，如圖3-4所示。 圖3-4 UTRAN接口的通用協(xié)議模型 從水平層來(lái)看，協(xié)議結(jié)構(gòu)主要包含兩層：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層和傳輸網(wǎng)絡(luò)層。所有與陸地?zé)o線接入網(wǎng)有關(guān)的協(xié)議都包含在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層，傳輸網(wǎng)絡(luò)層是指被UTRAN所選用的標(biāo)準(zhǔn)的傳輸技術(shù)，與UTRAN的特定的功能無(wú)關(guān)。 從垂直平面來(lái)看，包括控制面和用戶面。 控制面包括應(yīng)用協(xié)議（Iu接口中的RANAP，Iur接口中的RNSAP，Iub接口中的NBAP）及用于傳輸這些應(yīng)用協(xié)議的信令承載。應(yīng)用協(xié)議用于建立到UE的承載（例如在Iu中的無(wú)線接入承載及在Iur、Iub中無(wú)線鏈路），而這些應(yīng)用協(xié)議的信令承載與接入鏈路控制協(xié)議（ALCAP）的信令承載可以一樣也可以不一樣，它通過(guò)O&M操作建立。 用戶面包括數(shù)據(jù)流和用于承載這些數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)承載。用戶發(fā)送和接收的所有信息（例如話音和數(shù)據(jù)）是通過(guò)用戶面來(lái)進(jìn)行傳輸?shù)?。傳輸網(wǎng)絡(luò)控制面在控制面和用戶面之間，只在傳輸層，不包括任何無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制平面的信息。它包括ALCAP協(xié)議（接入鏈路控制協(xié)議）和ALCAP所需的信令承載。ALCAP建立用于用戶面的傳輸承載。引入傳輸網(wǎng)絡(luò)控制面，使得在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層控制面的應(yīng)用協(xié)議的完成與用戶面的數(shù)據(jù)承載所選用的技術(shù)無(wú)關(guān)。 在傳輸網(wǎng)絡(luò)中，用戶面中數(shù)據(jù)面的傳輸承載是這樣建立的：在控制面里的應(yīng)用協(xié)議先進(jìn)行信令處理，這一信令處理通過(guò)ALCAP協(xié)議觸發(fā)數(shù)據(jù)面的數(shù)據(jù)承載的建立。并非所有類型的數(shù)據(jù)承載的建立都需通過(guò)ALCAP協(xié)議。如果沒(méi)有ALCAP協(xié)議的信令處理，就無(wú)需傳輸網(wǎng)絡(luò)控制面，而應(yīng)用預(yù)先設(shè)置好的數(shù)據(jù)承載。ALCAP的信令承載與應(yīng)用協(xié)議的信令承載可以一樣也可以不一樣。ALCAP的信令承載通常是通過(guò)O&M操作建立的。 在用戶面里的數(shù)據(jù)承載和應(yīng)用協(xié)議里的信令承載屬于傳輸網(wǎng)絡(luò)用戶面。在實(shí)時(shí)操作中，傳輸網(wǎng)絡(luò)用戶面的數(shù)據(jù)承載是由傳輸網(wǎng)絡(luò)控制面直接控制的，而建立應(yīng)用協(xié)議的信令承載所需的控制操作屬于O&M操作。 綜上所述，UTRAN遵循以下原則： (1) 信令面與數(shù)據(jù)面的分離； (2) UTRAN/CN功能與傳輸層的分離， 即無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層不依賴于 (3) 特定的傳輸技術(shù)； (4) 宏分集（FDD Only）完全由UTRAN處理； (5) RRC連接的移動(dòng)性管理完全由UTRAN處理。 3.2.3 UTRAN完成的功能 (1) 和總體系統(tǒng)接入控制有關(guān)的功能 l 準(zhǔn)入控制 l 擁塞控制 l 系統(tǒng)信息廣播 (2) 和安全與私有性有關(guān)的功能 l 無(wú)線信道加密/解密 l 消息完整性保護(hù) (3) 和移動(dòng)性有關(guān)的功能 l 切換 l SRNS遷移 (4) 和無(wú)線資源管理和控制有關(guān)的功能 l 無(wú)線資源配置和操作 l 無(wú)線環(huán)境勘測(cè) l 宏分集控制（FDD） l 無(wú)線承載連接建立和釋放（RB控制） l 無(wú)線承載的分配和回收 l 動(dòng)態(tài)信道分配DCA（TDD） l 無(wú)線協(xié)議功能 l RF功率控制 l RF功率設(shè)置 (5) 時(shí)間提前量設(shè)置（TDD） (6) 無(wú)線信道編碼 (7) 無(wú)線信道解碼 (8) 信道編碼控制 (9) 初始（隨機(jī)）接入檢測(cè)和處理 (10) NAS消息的CN分發(fā)功能 3.2.4 RNC（Radio Network Controller） RNC，即無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器，用于控制UTRAN的無(wú)線資源。 它通常通過(guò)Iu接口與電路域（MSC）和分組域（SGSN）以及廣播域（BC）相連（圖上未標(biāo)），在移動(dòng)臺(tái)和UTRAN之間的無(wú)線資源控制（RRC）協(xié)議在此終止。它在邏輯上對(duì)應(yīng)GSM網(wǎng)絡(luò)中的基站控制器（BSC）。 控制Node B的RNC稱為該Node B的控制RNC（CRNC），CRNC負(fù)責(zé)對(duì)其控制的小區(qū)的無(wú)線資源進(jìn)行管理。 如果在一個(gè)移動(dòng)臺(tái)與UTRAN的連接中用到了超過(guò)一個(gè)RNS的無(wú)線資源，那么這些涉及的RNS可以分為： l 服務(wù)RNS（SRNS）：管理UE和UTRAN之間的無(wú)線連接。它是對(duì)應(yīng)于該UE的Iu接口（Uu接口）的終止點(diǎn)。無(wú)線接入承載的參數(shù)映射到傳輸信道的參數(shù)，是否進(jìn)行越區(qū)切換，開(kāi)環(huán)功率控制等基本的無(wú)線資源管理都是由SRNS中的SRNC（服務(wù)RNC）來(lái)完成的。一個(gè)與UTRAN相連的UE有且只能有一個(gè)SRNC。 l 漂移RNS（DRNS）：除了SRNS以外，UE所用到的RNS稱為DRNS。其對(duì)應(yīng)的RNC則是DRNC。一個(gè)用戶可以沒(méi)有，也可以有一個(gè)或多個(gè)DRNS。 通常在實(shí)際的RNC中包含了所有CRNC、SRNC和DRNC的功能。 3.2.5 NodeB Node B是WCDMA系統(tǒng)的基站（即無(wú)線收發(fā)信機(jī)），通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的Iub接口和RNC互連，主要完成Uu接口物理層協(xié)議的處理。它的主要功能是擴(kuò)頻、調(diào)制、信道編碼及解擴(kuò)、解調(diào)、信道解碼，還包括基帶信號(hào)和射頻信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換等功能。 同時(shí)它還完成一些如內(nèi)環(huán)功率控制等的無(wú)線資源管理功能。它在邏輯上對(duì)應(yīng)于GSM網(wǎng)絡(luò)中基站（BTS）。 3.3 核心網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu) 核心網(wǎng)（CN）從邏輯上可劃分為 電路域（CS域）、分組域（PS域）和廣播域（BC域）。CS域設(shè)備是指為用戶提供“電路型業(yè)務(wù)”，或提供相關(guān)信令連接的實(shí)體。CS域特有的實(shí)體包括： MSC、GMSC、VLR、IWF。PS域?yàn)橛脩籼峁胺纸M型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)”，PS域特有的實(shí)體包括：SGSN和GGSN。其他設(shè)備如HLR（或HSS）、AuC、EIR等為CS域與PS域共用。 WCDMA的網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)定義在3GPP TS 23.002中。目前具有三個(gè)版本，分別為： l R99 —3GPP TS 23.002 l R4 —3GPP TS 23.002 l R5 —3GPP TS 23.002 & 說(shuō)明： R表示Release。 3GPP在98年底99年初開(kāi)始制定3G的規(guī)范。R99版本原計(jì)劃在1999年底完成，最后是在2000年3月完成。R99后不再按年來(lái)命名版本，同時(shí)把R2000的功能分成兩個(gè)階段實(shí)施：R4和R5。原則上R99的規(guī)范是R4規(guī)范集的一個(gè)子集，若在R99中增加新的特征，就把它升級(jí)到R4。同樣R4規(guī)范集是R5規(guī)范集的子集，若在R4中增加了新的特征就把它升級(jí)到R5。 對(duì)于以上三個(gè)版本，PS域特有設(shè)備主體沒(méi)有變化，只進(jìn)行協(xié)議的升級(jí)和優(yōu)化，其中R99版本的電路域與GSM網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有根本性改變。但在R4網(wǎng)絡(luò)中，核心網(wǎng)絡(luò)電路域MSC被拆分為MSC Server和MGW，新增了一個(gè)SGW功能實(shí)體，HLR也可被替換為HSS（規(guī)范中沒(méi)有給出明確說(shuō)明）。在R5網(wǎng)絡(luò)中，支持端到端的VOIP，核心網(wǎng)絡(luò)引入了大量新的功能實(shí)體，改變了原有的呼叫流程。如果有IMS（IP 多媒體子系統(tǒng)），則網(wǎng)絡(luò)使用HSS以替代HLR。 3.3.1 R99網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及接口 為了確保運(yùn)營(yíng)商的投資利益，在R99網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分考慮了2G/3G 兼容性問(wèn)題，以支持GSM/GPRS/3G的平滑過(guò)渡。因此，在網(wǎng)絡(luò)中CS域和PS域是并列的，R99核心網(wǎng)設(shè)備包括：MSC/VLR、IWF、SGSN、GGSN、HLR/AuC、EIR等。為支持3G業(yè)務(wù)，有些設(shè)備增添了相應(yīng)的接口協(xié)議，另外對(duì)原有的接口協(xié)議進(jìn)行了改進(jìn)。 圖3-5是PLMN的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（包括CS域和PS域），圖中所有功能實(shí)體都可作為獨(dú)立的物理設(shè)備。 粗線：表示支持用戶業(yè)務(wù)的接口 細(xì)線：表示支持信令的接口 圖3-5 R99網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 R99中CS域的功能實(shí)體包括有：MSC、VLR等。其中，運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)連接方式的不同將MSC設(shè)置為GMSC、SM-GMSC、SM-IWMSC等。為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互通，在系統(tǒng)中配置IWF（一般結(jié)合于MSC）。 除上述功能實(shí)體之外，PS域特有的功能實(shí)體包括SGSN和GGSN，為用戶提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。HLR 、AuC、EIR為CS域和PS域共用設(shè)備。 R99的主要功能實(shí)體包括： (1) 移動(dòng)交換中心（MSC） MSC為電路域特有的設(shè)備，用于連接無(wú)線系統(tǒng)（包括BSS、RNS）和固定網(wǎng)。MSC完成電路型呼叫所有功能，如控制呼叫接續(xù)，管理MS在本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)或與其他網(wǎng)絡(luò)（如PSTN/ISDN/PSPDN、其他移動(dòng)網(wǎng)等）的通信業(yè)務(wù)，并提供計(jì)費(fèi)信息。 (2) 拜訪位置寄存器（VLR） VLR 為電路域特有的設(shè)備，存儲(chǔ)著進(jìn)入該控制區(qū)域內(nèi)已登記用戶的相關(guān)信息，為移動(dòng)用戶提供呼叫接續(xù)的必要數(shù)據(jù)。當(dāng)MS漫游到一個(gè)新的VLR區(qū)域后，該VLR向HLR發(fā)起位置登記，并獲取必要的用戶數(shù)據(jù)；當(dāng)MS漫游出控制范圍后，需要?jiǎng)h除該用戶數(shù)據(jù)，因此VLR可看作為一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。 一個(gè)VLR可管理多個(gè)MSC，但在實(shí)現(xiàn)中通常都將MSC和VLR合為一體。 (3) 歸屬位置寄存器（HLR） HLR為CS域和PS域共用設(shè)備，是一個(gè)負(fù)責(zé)管理移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。PLMN可以包含一個(gè)或多個(gè)HLR，具體配置方式由用戶數(shù)、系統(tǒng)容量、以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所決定。HLR存儲(chǔ)著本歸屬區(qū)的所有移動(dòng)用戶數(shù)據(jù)，如識(shí)別標(biāo)志、位置信息、簽約業(yè)務(wù)等。 當(dāng)用戶漫游時(shí)，HLR接收新位置信息，并要求前VLR刪除用戶所有數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶被叫時(shí)，HLR提供路由信息。 (4) 鑒權(quán)中心（AuC） AuC為CS域和PS域共用設(shè)備，是存儲(chǔ)用戶鑒權(quán)算法和加密密鑰的實(shí)體。AuC將鑒權(quán)和加密數(shù)據(jù)通過(guò)HLR發(fā)往VLR、MSC以及SGSN，以保證通信的合法和安全。每個(gè)AuC和對(duì)應(yīng)的 HLR關(guān)聯(lián)，只通過(guò)該HLR和外界通信。通常 AuC和HLR結(jié)合在同一物理實(shí)體中。 (5) 設(shè)備識(shí)別寄存器（EIR） EIR為CS域和PS域共用設(shè)備，存儲(chǔ)著系統(tǒng)中使用的移動(dòng)設(shè)備的國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼（IMEI）。其中，移動(dòng)設(shè)備被劃分“白”、“灰”、“黑”三個(gè)等級(jí)，并分別存儲(chǔ)在相應(yīng)的表格中。目前中國(guó)沒(méi)有用到該設(shè)備。 一個(gè) 最小化的EIR可以只包括最小“ 白表”（設(shè)備屬于“白”等級(jí)）。 (6) 網(wǎng)關(guān)MSC（GMSC） GMSC是電路域特有的設(shè)備。GMSC作為系統(tǒng)與其它公用通信網(wǎng)之間的接口，同時(shí)還具有查詢位置信息的功能。如MS被呼時(shí)，網(wǎng)絡(luò)如不能查詢?cè)撚脩羲鶎俚腍LR，則需要通過(guò)GMSC查詢，然后將呼叫轉(zhuǎn)接到MS目前登記的MSC中。 具體由運(yùn)營(yíng)商決定那些 MSC可作為GMSC，如部分MSC或所有的MSC。 (7) 服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（SGSN） SGSN為PS域特有的設(shè)備，SGSN提供核心網(wǎng)與無(wú)線接入系統(tǒng)BSS、RNS的連接，在核心網(wǎng)內(nèi)，SGSN與GGSN/GMSC/HLR/EIR/SCP等均有接口。SGSN完成分組型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的移動(dòng)性管理、會(huì)話管理等功能，管理MS在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的移動(dòng)和通信業(yè)務(wù)，并提供計(jì)費(fèi)信息。 (8) 網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（GGSN） GGSN也是分組域特有的設(shè)備。GGSN作為移動(dòng)通信系統(tǒng)與其它公用數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的接口，同時(shí)還具有查詢位置信息的功能。如MS被呼時(shí)，數(shù)據(jù)先到GGSN，再由GGSN向HLR查詢用戶的當(dāng)前位置信息，然后將呼叫轉(zhuǎn)接到目前登記的SGSN中。GGSN也提供計(jì)費(fèi)接口。 R99中核心網(wǎng)的接口協(xié)議如表3-1所示。 表3-1 R99 核心網(wǎng)的接口名稱與含義 接口名 連接實(shí)體 信令與協(xié)議 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 GSN——CG GTP' Gb SGSN——BSC BSSGP Gc GGSN——HLR MAP Gd SGSN——SMS-GMSC/IWMSC MAP Ge SGSN——SCP CAP Gf SGSN——EIR MAP Gi GGSN——PDN TCP/IP Gp GSN——GSN（Inter PLMN） GTP Gn GSN——GSN（Intra PLMN） GTP Gr SGSN——HLR MAP Iu-PS SGSN——RNC RANAP 3.3.2 R4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及接口 圖3-6是R4版本的PLMN基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，圖中所有功能實(shí)體都可作為獨(dú)立的物理設(shè)備。關(guān)于Nb、Mc和Nc等接口的標(biāo)準(zhǔn)包括在23.205和29-系列的技術(shù)規(guī)范中。 在實(shí)際應(yīng)用中一些功能可能會(huì)結(jié)合到同一個(gè)物理實(shí)體中，如MSC/VLR、HLR/AuC等，使得某些接口成為內(nèi)部接口。 粗線：支持用戶業(yè)務(wù)的接口 細(xì)線：支持信令的接口 圖3-6 R4的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 & 說(shuō)明： (G)MSC Server和MGW可集成為單個(gè)物理實(shí)體(G)MSC。 R4版本中PS域的功能實(shí)體SGSN和GGSN沒(méi)有改變，與外界的接口也沒(méi)有改變。CS域的功能實(shí)體仍然包括有：MSC、VLR、HLR、AuC、EIR等設(shè)備，相互間關(guān)系也沒(méi)有改變。但為了支持全I(xiàn)P網(wǎng)發(fā)展需要，R4版本中CS域?qū)嶓w有所變化，如： 1、MSC根據(jù)需要可分成兩個(gè)不同的實(shí)體：MSC服務(wù)器（MSC Server，僅用于處理信令），和電路交換媒體網(wǎng)關(guān)（CS-MGW，用于處理用戶數(shù)據(jù)），MSC Server和CS-MGW共同完成MSC功能。對(duì)應(yīng)的GMSC也分成GMSC Server和CS-MGW。 (1) MSC服務(wù)器（MSC Server） MSC Server主要由MSC的呼叫控制和移動(dòng)控制組成，負(fù)責(zé)完成CS域的呼叫處理等功能。MSC Server終接用戶-網(wǎng)絡(luò)信令，并將其轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)信令。MSC Server也可包含VLR以處理移動(dòng)用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和CAMEL相關(guān)數(shù)據(jù)。 MSC Server可通過(guò)接口控制CS-MGW中媒體通道的關(guān)于連接控制的部分呼叫狀態(tài)。 (2) 電路交換媒體網(wǎng)關(guān)（CS-MGW） CS-MGW是PSTN/PLMN的傳輸終接點(diǎn)，并且通過(guò)Iu接口連接核心網(wǎng)和UTRAN。CS-MGW可以是從電路交換網(wǎng)絡(luò)來(lái)的承載通道的終接點(diǎn)，也可是分組網(wǎng)來(lái)的媒體流（例如，IP網(wǎng)中的RTP流）的終接點(diǎn)。在Iu接口上，CS-MGW 可支持媒體轉(zhuǎn)換、承載控制和有效載荷處理（例如，多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器、回音消除器、會(huì)議橋等），可支持CS業(yè)務(wù)的不同Iu選項(xiàng)（基于AAL2/ATM，或基于 RTP/UDP/IP）。 CS-MGW： l 與MSC服務(wù)器和GMSC服務(wù)器相連，進(jìn)行資源控制； l 擁有并使用如回音消除器等資源； l 可具有多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器。 CS-MGW可具有必要的資源以支持UMTS/GSM傳輸媒體。進(jìn)一步，可要求 H.248裁剪器支持附加的多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器和成幀協(xié)議等。 CS-MGW的承載控制和有效載荷處理能力也用于支持移動(dòng)性功能，如SRNS 重分配/切換 和定位。目前期待H.248標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制可運(yùn)用于支持這些功能。 (3) GMSC服務(wù)器（GMSC Server） GMSC Server主要由GMSC的呼叫控制和移動(dòng)控制組成。 2、HLR可更新為歸屬位置服務(wù)器（HSS），詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)R5網(wǎng)絡(luò)介紹。 3、R4新增一個(gè)實(shí)體：信令網(wǎng)關(guān)（SGW） 在R4網(wǎng)絡(luò)中可以使用兩種信令傳送方式：基于TDM的傳統(tǒng)SS7方式和基于IP的SS7方式（也稱為SIGTRAN信令傳送網(wǎng)絡(luò)）。 當(dāng)使用兩種不同信令傳送方式的設(shè)備互相通信時(shí)，就需要一個(gè)信令網(wǎng)關(guān)SGW來(lái)完成相關(guān)承載協(xié)議的轉(zhuǎn)換。SGW主要完成傳輸層的信令轉(zhuǎn)換，也就是完成傳統(tǒng)SS7的MTP協(xié)議與SIGTRAN的SCTP/IP之間的轉(zhuǎn)換。對(duì)于MTP之上的應(yīng)用層，如MAP/CAP/ISUP/BICC等協(xié)議，SGW是不會(huì)加以處理的。 在R4網(wǎng)絡(luò)中也新增一些接口協(xié)議，如表3-2所示。 表3-2 R4核心網(wǎng)外部接口名稱與含義 接口名 連接實(shí)體 信令與協(xié)議 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（Inter PLMN） GTP Gn GSN——GSN（Intra PLMN） GTP Gr SGSN——HLR MAP Iu-PS SGSN——RNC RANAP Mc (G)MSC Server——CS-MGW H.248 Nc MSC Server——GMSC Server ISUP/TUP/BICC Nb CS-MGW ——CS-MGW Mh HSS——R-SGW 3.3.3 R5網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及接口 粗線：支持用戶業(yè)務(wù)的接口 細(xì)線：支持信令的接口 圖3-7 R5的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 & 說(shuō)明： (G)MSC Server和MGW可集成為單個(gè)物理實(shí)體(G)MSC。 R5版本的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和接口形式和R4版本基本一致。差別主要是：當(dāng)PLMN包括IM子系統(tǒng)時(shí)，HLR被HSS所替代；另外，BSS和CS-MSC、MSC-Server之間同時(shí)支持A接口及Iu-CS接口，BSC和SGSN之間支持Gb及Iu-PS接口。 為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，不再贅述R5的接口協(xié)議。 圖3-8是R5版本的IMS基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要表示的是IMS域的功能實(shí)體和接口。圖中所有功能實(shí)體都可作為獨(dú)立的物理設(shè)備。相關(guān)功能實(shí)體介紹可以參看R5 的23.002協(xié)議 粗線：支持用戶業(yè)務(wù)的接口 點(diǎn)劃線： 支持信令的接口 圖3-8 R5的IMS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 R5新增的主要物理實(shí)體有： 1. 歸屬位置服務(wù)器（HSS） 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)具有IM子系統(tǒng)時(shí)，需要利用HSS替代HLR。 HSS是網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)用戶的主數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)有支持網(wǎng)絡(luò)實(shí)體完成呼叫/會(huì)話處理相關(guān)的業(yè)務(wù)信息。例如，HSS通過(guò)進(jìn)行鑒權(quán)、授權(quán)、名稱/地址解析、位置依賴等，以支持呼叫控制服務(wù)器能順利完成漫游/路由等流程。 和HLR一樣，HSS負(fù)責(zé)維護(hù)管理有關(guān)用戶識(shí)別碼、地址信息、安全信息、位置信息、簽約服務(wù)等用戶信息?；谶@些信息，HSS可支持不同控制系統(tǒng)（CS域控制、PS域控制、IM控制等）的CC/SM實(shí)體。HSS的基本結(jié)構(gòu)與接口如圖3-9所示。 圖3-9 HSS的基本結(jié)構(gòu)與接口 HSS可集成不同類型的信息，在增強(qiáng)核心網(wǎng)對(duì)應(yīng)用和服務(wù)域的業(yè)務(wù)支持同時(shí)，對(duì)上層屏蔽不同類型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。HSS支持的功能包括：IM子系統(tǒng)請(qǐng)求的用戶控制功能；PS域請(qǐng)求的有關(guān)HLR功能子集；CS域部分的HLR功能（如果容許用戶接入CS域，或漫游到傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)）。 2. 呼叫狀態(tài)控制功能（CSCF） CSCF的功能形式有：Proxy CSCF（P-CSCF）、Serving CSCF（S-CSCF）或 Interrogating CSCF（I-CSCF）。 P-CSCF：是UE在IM子系統(tǒng)中的第一個(gè)接入點(diǎn) S-CSCF：處理網(wǎng)絡(luò)中的會(huì)話狀態(tài) I-CSCF：主要用于路由相關(guān)的SIP呼叫請(qǐng)求，類似電路域GMSC的作用。 Policy Decision Function (PDF) 策略判決功能是P-CSCF中的一個(gè)邏輯功能實(shí)體。如果PDF單獨(dú)作為一個(gè)物理實(shí)體來(lái)實(shí)現(xiàn)的話，那么PDF與P-CSCF之間的接口是未標(biāo)準(zhǔn)化的接口。 3. 媒體網(wǎng)關(guān)控制功能（MGCF） l 控制IM-MGW中媒體信道中關(guān)于連接控制的部分呼叫狀態(tài)。 l 與CSCF通信。 l 根據(jù)從傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)的呼叫路由號(hào)碼選擇 CSCF。 l 進(jìn)行ISUP 與IM 子系統(tǒng)的呼叫控制協(xié)議的轉(zhuǎn)換。 l 接收帶外信息并轉(zhuǎn)發(fā)到 CSCF/IM-MGW。 4. IP多媒體子系統(tǒng)-媒體網(wǎng)關(guān)（IMS-MGW） IMS-MGW是來(lái)自電路交換網(wǎng)絡(luò)來(lái)的承載通道和來(lái)自組網(wǎng)來(lái)的媒體流的終結(jié)點(diǎn)。IM-MGW 可支持媒體轉(zhuǎn)換、承載控制和有效載荷處理（例如，多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器、回音消除器、會(huì)議橋等）。 IMS-MGW的功能： l 與 MGCF，MSC服務(wù)器和GMSC服務(wù)器相連，進(jìn)行資源控制； l 擁有并使用如回音消除器等資源； l 可能需要具有多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器。 IMS-MGW可具有必要的資源以支持 UMTS/GSM傳輸媒體。進(jìn)一步，可要求 H.248裁剪器支持附加的多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器和成幀協(xié)議等。 5. 多媒體資源功能控制器（MRFC） MRFC完成的功能： l 控制MRFP中的媒體流資源； l 解釋從應(yīng)用服務(wù)器和S-CSCF發(fā)來(lái)的信息（如會(huì)話標(biāo)識(shí)符），用以控制MRFP； l 產(chǎn)生CDR。 6. 多媒體資源功能處理器（MRFP） l 控制Mb接口的承載資源； l 提供資源以供MRFC控制； l 混合各種入局的媒體流（如多方通話） l 為多媒體通知音提供媒體流； l 處理媒體流（如音頻編碼轉(zhuǎn)換，媒體分析） 7. 用戶定位功能（SLF） CSCF在注冊(cè)和會(huì)話建立過(guò)程中，會(huì)查詢SLF，用以獲得保存某用戶詳細(xì)簽約信息的HSS的地址信息。S-CSCF在注冊(cè)過(guò)程中也會(huì)查詢SLF。 在單HSS環(huán)境中不需要配置SLF。 8. 穿透網(wǎng)關(guān)控制功能Breakout Gateway Control Function (BGCF) BGCF用于選擇那些將發(fā)生PSTN/CS域穿透（也就是互通）的網(wǎng)絡(luò)。如果BGCF判定穿透將在其所在的網(wǎng)絡(luò)發(fā)生的話，它會(huì)選擇一個(gè)MGCF，用于負(fù)責(zé)PSTN與CS域的互通。如果穿透是位于其他網(wǎng)絡(luò)的話，該BGCF將把相關(guān)的會(huì)話信令轉(zhuǎn)發(fā)給該選定網(wǎng)絡(luò)的BGCF。 BGCF的功能： l 接收從S-CSCF送來(lái)的、要求為某會(huì)話選擇合適的PSTN/CS域穿透點(diǎn)的請(qǐng)求； l 選擇將發(fā)生PSTN與CS域互通（穿透）的網(wǎng)絡(luò)。如果網(wǎng)絡(luò)的互通是發(fā)生在其他網(wǎng)絡(luò)的，那么該BGCF將把SIP信令轉(zhuǎn)發(fā)給那個(gè)網(wǎng)絡(luò)的BGCF。如果網(wǎng)絡(luò)的互通是發(fā)生在其他網(wǎng)絡(luò)，并且運(yùn)營(yíng)者要求網(wǎng)絡(luò)隱藏的話，那么該BGCF會(huì)通過(guò)I-CSCF把相關(guān)SIP信令轉(zhuǎn)發(fā)給相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的BGCF。 l 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)互通（穿透）是發(fā)生在本網(wǎng)絡(luò)時(shí)，BGCF會(huì)選擇一個(gè)MGCF，并把相關(guān)SIP信令轉(zhuǎn)發(fā)給該MGCF。 l 產(chǎn)生CDR。 在選擇將發(fā)生網(wǎng)絡(luò)互通的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，BGCF可以根據(jù)其他接口獲取的信息，也可以根據(jù)管理信息來(lái)作出決定。 3-25