基于td-scdma的核心網cs域的通信技術研究畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 都具有較高的資源利用率、較為簡單的算法以及系統相對較輕的信令負荷等優點，它們的不同之處在于接力切換斷開原基站和與目標基站建立通信鏈路時，其上下行鏈路是分別進行的，因而克服了傳統硬切換掉話率較高、切換成功率較低的缺點。因此，可以認為接力切換帶給系統的突出優點是高切換成功率和高信道利用率。第三章 TDSCDMA的核心網 核心網的演進過程TDSCDMA網絡的規范是按R99R4R5階段演進的，演進過程中，核心網基本網絡邏輯上的劃分沒有變化，都分為電路域和分組域，只是到R5版本增加了多媒體子系統（IMS）。網元實體的變化主要體現為，R99的MSC到R4階段邏輯上分為MGW和MSCServer，同時增加了傳輸信令網關（TSGW）和漫游信令網關（RSGW），到R5階段在R4的基礎上增加了IMS（多媒體子系統）。同時，R4和R5階段增加了相應的接口。UMTS網絡基本構成如圖31所示：圖 31 UMTS網絡基本構成（1）UMTS R99的網絡演進核心網分為電路域（CS）和分組域（PS），電路域基于GSMPhase2+的電路核心網的基礎上演進而來，網絡單元包括移動業務交換中心（MSC）、訪問位置寄存器（VLR）、網關移動業務交換中心（GMSC），分組域基于GPRS核心網的基礎上演進而來，網絡單元包括業務GPRS支持節點（SGSN）、網關GPRS支持節點（GGSN），歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權中心（AuC）和設備標識寄存器（EIR）為電路域和分組域共用網元。從整個CN子系統來看，UMTSR99核心網與GSM、GPRS的核心網之間的差別主要體現在Iu接口與A接口的差別、CAMEL的差別以及業務上的差別等。無線接入網絡的網絡單元包括無線網絡控制中心（RNC）和TDSCDMA的收發信基站（NodeB）兩部分。無線網絡子系統與GSM、GPRS相比發生了革命性的變化。此外核心網PS域通過Gi、Gp接口接入其他PLMN網絡或PDN網絡，CS域通過PSTN接入固定網絡或其他PLMN。R99是3GPP關于第三代網絡標準化的第一階段版本，R99的協議標準化已于2001年6月凍結，以后修改在R4版本中進行。為了確保運營商的投資利益，R99的網絡結構設計中充分考慮了2G/3G的兼容性問題，以支持現網向3G的平滑過渡，因此基本網絡結構核心網部分沒有變化，為了支持3G業務，有些網元增加了相應的接口協議，對原有的接口協議也做了不同程度的改進。UMTS R99網絡與GSM和GPRS網絡結構相比接口以及協議具有一定的繼承性，同時由于TDSCDMA技術的采用，空中接口和無線接口發生了革命性的變化。（2）UMTS R4的網絡演進R4網絡基于3GPP，與R99網絡一樣，R4網絡基本結構同樣分為核心網和無線接入網，在核心網一側分為電路域和分組域兩部分，與R99網絡相比，主要變化發生在電路域，分組域沒有什么變化?；揪W元實體以及接口大部分繼承了R99網絡實體與接口的定義，與R99網絡定義相同的網絡實體從基本功能上來看沒有變化，相關協議也是相似的。R99網絡電路域的網元實體（G）MSC在R4階段演化為媒體網關MGW和（G）MSCServer兩部分，增加了漫游信令網關RMGW和傳輸信令網關TMGW。（3）UMTS R5的網絡演進R5階段的UMTS基本網絡的網元實體繼承了R4的定義，沒有變化，不同的是網元功能有所增強，由于增加了IP多媒體子系統，基本網絡和IM多媒體子系統間也增加了相應的接口。R5階段要求BSC提供IuCS接口和IuPS接口，這是R5網絡和R4以及R99網絡的一個主要不同。另外，到R5階段，增加了HSS實體替代HLR，HSS實體在功能上比HLR強，支持IP多媒體子系統。當不需要區分CS域實體和IP多媒體子系統實體時，MGW的概念用于R4CS域。當需要區分時，CSMGW用來定義CS域的媒體網關，IMMGW用來定義IP多媒體網關。表32 3G標準各版本特點無線接入網核心網（電路域）核心網（分組域）GSM/GPRS最高達72k到144kbps無線數據傳輸采用傳統電路交換方式組網基于IP，通過SGSN和GGSN采用GTP協議組網3GPP R99FDD WCDMA；最高達384k到2Mbps無線數據傳輸無重大改進無重大改進3GPP R4增加了TDSCDMA采用控制與承載相分離的軟交換方式組網無重大改進3GPP R5/R6增加了高速下行分組數據接入方式（HSDPA）無重大改進疊加了IP多媒體子系統（IMS），可提供IP多媒體的業務在R5階段，無線接入網絡從實體方面看，沒有大的變化，主要體現的變化思想是對無線部分進行IP化，從而形成真正意義上的全IP網絡。核心網絡在R5階段，除了在基本網絡結構上有如上的變化外，重要的是引入了IP多媒體子系統IMS(IPMultimediasubsystem)實體，即形成了一個以CSCF為核心的IMS系統，目的將在IP網絡上完全實現語音、數據和圖像等多種媒體流的傳輸。IP多媒體子系統包含了提供IP多媒體業務的所有相關實體，IMS包括CSCF、BGCF、MGCF、IMMGW、HSS、MRF等相關網絡實體。 核心網的主要功能實體核心網主要功能實體包括CS域實體、PS域實體、PS和CS域的公共實體和IP多媒體核心網子系統實體。(1) 公共實體包括：① 歸屬用戶服務器（HSS）IMS系統中HSS的主要功能是用戶和業務數據管理。在R5階段之前，移動網絡的用戶數據集中由HLR和AUC管理。引入IMS體系后，出現了HSS，并使用HSS替代了以前的版本HLR和AUC，作為CS域、PS域和IMS域通用的用戶和業務數據管理實體。② 訪問位置寄存器（VLR） 拜訪位置寄存器（VLR）是服務于其控制區域內的移動用戶的，它存儲著進入其控制區域內已登記的移動用戶的相關信息，為已登記的移動用戶提供建立呼叫接續的必要條件。VLR從該移動用戶的歸屬位置寄存器（HLR）獲取并存儲必要的數據。一旦移動用戶離開該VLR的控制區域，則重新在另一個VLR登記，原VLR將取消臨時記錄的移動用戶數據。因此，VLR可看作一個動態用戶數據庫。③ 設備標志寄存器（EIR）EIR是存儲移動臺設備參數的數據庫，用于對移動臺設備的鑒別和監視，并拒絕非法移動臺入網。EIR數據庫由以下幾個國際移動設備識別碼（IMEI）表組成：白名單，保存那些已知分配給合法設備的IMEI；黑名單，保存已掛失或由于某種原因而被拒絕提供業務的移動臺的IMEI：灰名單，保存出現問題（例如，軟件故障）的移動臺的IMEI，但這些問題還沒有嚴重到使這些IMEI進入黑名單的程度。④ 短信服務網關（SMSGMSC）作為短消息業務中心和PLMN之間的接口，使得短消息能夠從業務中心（SC）傳送到移動臺（MS）。（2）CS域實體在R99中包括移動業務交換中心（MSC）和網關MSC（GMSC）, 網關MSC（GMSC）是用于連接核心網CS域與外部的PSTN的實體。通過GMSC，可以完成CS域與PSTN的互通。它主要功能是為PSTN與CS域的互聯提供物理連接，并且在固定用戶呼叫移動用戶時具有向HLR要漫游號碼的功能。而在R4中，MSC演化為MSC Server和CSMGW，VLR和MSC Server集成在一起。GMSC也演化成CSMGW和GMSC服務器。（3）PS域實體則主要包括服務GPRS支持節點（SGSN）和網關GPRS支持節點（GGSN）。 核心網的功能（1）GPRS無線資源（GRR）管理GPRS無線資源管理的過程是建立、保持和釋放無線資源（RR）連結，以允許網絡和移動臺間的點對點的對話。這包括小區選擇/重選擇和切換過程。無線資源管理包括同公共傳輸資源管理相關的功能，如物理信道和控制信道上的數據鏈接。同時還包括在無RR連接建立時對單向BCCH和CCCH的接收，允許自動的小區選擇/重選擇等。（2）GPRS移動性管理（GMM）GMM主要由移動性管理子層來執行。其主要功能是支持用戶終端的移動性，例如，將用戶移動終端的當前位置通知給網絡并提供用戶標識的機密性；移動性管理子層的另一個功能是向上層連接管理子層的不同實體提供連接管理業務。移動性管理子層包括兩個程序：非GPRS業務的移動性管理（MM）程序和GPRS業務的GMM程序。所有的MM程序只有在一個MS和網絡之間的RR連接建立之后才能執行，否則MM子層必須發起一個RR建立連接。（3）連接管理（CM）CM連接管理子層包括有呼叫控制、短消息業務、會話管理和補充業務等，對網絡提供的業務進行控制和管理。① 呼叫控制在呼叫控制協議中有多個呼叫控制實體被定義，每個呼叫控制實體都是相互獨立的，并且應用其各自的MM連接與通信對等的實體進行通信，不同的呼叫控制實體用不同處理標識。由兩個對等實體之間使用的特定次序組成了基本過程，這些基本過程作為描述這個子層的基礎。其基本過程分類如下：l 呼叫建立過程l 呼叫清除過程l 呼叫通知階段過程l 其他過程② 短消息業務短消息業務是通過一個業務中心，在移動臺和下一個短消息實體間傳送消息。這個業務中心對于短消息來說是一個存儲和轉發中心。③ 會話管理會話管理的主要功能是支持用戶終端的PDP上下文處理。會話管理包括已被標識的PDP上下文的激活、去激活和修改過程。對于被標識接入的會話管理過程，只有在MS和網絡間的一個GMM上下文已經建立的情況下才能執行。如果沒有建立GMM上下文，MM子層將通過GMM來發起建立一個GMM上下文。第四章 核心網CS域 CS域網絡結構在標準化組織3GPP的系統架構中，網絡分為接入網和核心網。核心網和接入網之間的Iu接口是一個公共開放的，不限制核心網和無線接入網網絡結構的變化和演進的接口，可以說，核心網和接入網是相互獨立的，對于核心網來說，接入網采用何種具體的接入模式都一樣，TDSCDMA在3GPP R4版本后才成為UMTS標準的。R99的電路域和GSM核心網相同，接入網已分組化的AAL2語音仍須經過編/解碼轉換器轉化為64K TDM語音，傳輸資源利用率低；R4的電路域實現了媒體網關和媒體網關控制器（MGC）相分離，利用了軟交換技術思想，由于優化了語音編/解碼轉換器，改善了TDSCDMA系統網絡內部語音分組包的時延，提高了語音質量，編/解碼轉換又只需在與PSTN互通的網關上實現，提高了核心網傳輸資源的利用率；R5核心網增加了IMSIP多媒體子系統，實現了會話控制實體CSCF和承載控制實體MGCF在物理上的分離，它以分組域作為承載傳輸，更好地實施了對多媒體業務的控制，對其電路域不做要求。從R99到R4，UMTS基本結構在電路域上發生了變化，根據呼叫控制和承載以及承載控制分離的思想，R99網絡電路域的網元實體MSC在R4階段演化為媒體網關MGW和MSC Server兩部分，增加了漫游信令網關RMGW和傳輸信令網關TMGW；同時相關接口發生了變化，增加了MGW和MSC Sever之間的Mc接口、MSC Sever和GMSC Sever之間的Nc接口、MGW之間的Nb接口以及RMGW和HLR之間的Mh接口等。其核心網CS域網絡結構如圖41所示：圖41 核心網CS域網絡結構 CS域功能CS域的實體包括MSC和網關MSC(GMSC)，其主要功能介紹如下：1. MSCMSC是CS域的核心，執行處理與移動臺之間的電路交換業務必需的所有功能，是一個對位于本MSC控制區域的移動用戶執行信令和交換功能的交換機。MSC由兩個實體，即MSC Server和CSMGW來完成其所有功能。（1）MSC Server用于處理信令，主要由MSC的呼叫控制和移動性控制兩部分組成，負責CS域的呼叫控制，并完成將用戶/網絡信令轉換相關的網絡/網絡信令。MSC Server包含一個VLR，保存移動用戶的業務數據和CAMEL相關數據。（2）CSMGW用來處理用戶數據，可以終止電路交換網的承載信道和分組交換網的媒體流。通過Iu接口，CSMGW可以支持媒體轉換、承載控制和有效負荷的處理，能提供必需的資源來支持UMTS/GSM的傳輸媒體。2. GMSCGMSC負責移動網至固定網，以及固定網到移動網的轉接，執行到MS實際位置的路由功能。當網絡傳遞一個呼叫到PLMN，但無法查詢HLR時，該呼叫將轉換到GMSC，由GMSC查詢HLR。并將呼叫接入到MS所處的MSC。GMSC可以由處理信令的GMSC server和處理用戶數據的CSMGW完成其所有功能。GMSC server主要由GMSC的呼叫控制和移動性控制兩部分組成。CSMGW的功能如前所述。（1）媒體網關MGW（MediaGateway） 針對一個定義的網絡來說，MGW可以認為是PSTN/PLMN傳輸的終止點，包含斷點承載和媒體處理設備（如碼轉換器、回聲抑制單元等）。MGW可以終結從一個電路交換網絡和分組網絡（如，IP網中的RTP流等）的承載信道。在Iu接口上，MGW可以支持媒體轉化、承載控制和有效載荷處理。MGW將提供必須的支持UMTS/GSM傳輸媒體的必須資源。MGW承載控制和有效載荷處理能力將必須支持移動特定的功能，如SRNS重定位/切換等。 CS域接口核心網內部的電路域接口，是核心網內部為完成電路交換功能在各個功能實體之間的接口，主要有B、C、D、E、F、G、H、J和K接口；其中B、H接口為內部接口，C、D、E、F、G、。（1）核心網CS域內的接口主要有：① （G）MSC ServeCSMGW參考點（Mc參考點）Mc為（G）MSC Server和MGW之間的接口，有如下特點：l ；l ；l 開放的結構支持該接口的包定義和定義的擴充；l MGW物理節點資源的動