江姜北京郵電大學(xué)

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無線核心網(wǎng)概況介紹

江姜
北京郵電大學(xué)

摘要：主要介紹了無線核心網(wǎng)的概念和各部分組成以及GPRS無線核心網(wǎng)的概念及各部分組成，以及其發(fā)展的前景。

1　無線核心網(wǎng)組成

1.1模塊

主要是涉及呼叫的接續(xù)、計(jì)費(fèi)，移動(dòng)性管理，補(bǔ)充業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)，智能觸發(fā)等方面主體支撐在交換機(jī)。至于軟交換則有兩個(gè)很明顯的概念，控制與承載的分離，控制信道與數(shù)據(jù)信道的分離。

1.2協(xié)議

從協(xié)議上規(guī)定就是起到核心交換或者呼叫路由功能的網(wǎng)元，對于2G/3G 核心網(wǎng)一般都是一樣，在R4架構(gòu)比如MSC SERVER 、MGW 、HLR、VLR 、EIR 及AUC等，主要作用是整個(gè)呼叫信令控制和承載建立。

2　無線核心網(wǎng)發(fā)展方向

核心網(wǎng)全面進(jìn)入“IP”時(shí)代，IP、融合、寬帶、智能、容災(zāi)和綠色環(huán)保是其主要特征。從電路域看，移動(dòng)軟交換已經(jīng)全面從TDM的傳輸電路轉(zhuǎn)向IP；從分組域看，寬帶化、智能化是其主要特征；從用戶數(shù)據(jù)看，新的HLR被廣泛接受，逐步向未來的融合數(shù)據(jù)中心演進(jìn)。另外，運(yùn)營商紛紛將容災(zāi)和綠色環(huán)保提到戰(zhàn)略的高度；移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在未來發(fā)展和演進(jìn)上殊途同歸，在4G時(shí)代，GSM和CDMA兩大陣營將走向共同的IMS+SAE+LTE架構(gòu)。

可以把移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)劃分為三個(gè)部分，基站子系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)，和系統(tǒng)支撐部分比如說安全管理等這些。核心網(wǎng)部分就是位于網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)，核心網(wǎng)的主要作用是把A口上來的呼叫請求或數(shù)據(jù)請求，接續(xù)到不同的網(wǎng)絡(luò)上。

2.1演進(jìn)和構(gòu)成

核心網(wǎng)分成電路交換域和分組交換域。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務(wù)器。規(guī)范中規(guī)定由RNC提供的Iu接口是開放的，在Iu CS域和Iu PS域上的信令和接口都是開放的。

在R4和R5版本中都將引進(jìn)多媒體網(wǎng)關(guān)MGW和Call Server的概念。在R4中，將MSC中有關(guān)電路交換部分以及面向用戶業(yè)務(wù)傳遞的話音中繼平面和中繼模塊全部都取消了，只保留了信令處理單元――CPU處理單元。增加的二個(gè)控制功能可以是軟件實(shí)現(xiàn)或通過板卡來實(shí)現(xiàn)，稱為WGC和PSTN GC，完成二個(gè)MGW之間的話音通路建立的控制。

國內(nèi)領(lǐng)先的通信技術(shù)論壇實(shí)現(xiàn)了R4版本后，將會(huì)用到TFO 和TrFO的功能。TFO稱為Tandem Free Operation，TrFO稱為Trancoder Free Operation。TFO功能指的是當(dāng)移動(dòng)打移動(dòng)時(shí)，雙方已經(jīng)協(xié)商好通信的速率保持不變的前提下，無需通過TRAU功能完成碼型轉(zhuǎn)換，這個(gè)過程就稱為TFO功能。

所謂R5版本，就是全I(xiàn)P的骨干網(wǎng)。無論是接入網(wǎng)絡(luò)還是核心骨干網(wǎng)，底層都是基于IP的骨干網(wǎng)。IP效率比ATM要高，而且底層以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展較快。所以完全可以選擇IP的骨干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)一體化的網(wǎng)絡(luò)。在R5版本所以的交換都是軟交換，也就是在分組骨干網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)都可以通過服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)。協(xié)議棧的演進(jìn)，R99版本中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)建立再IP，底層是AAL5以ATM為承載，話音選擇AAL2以ATM為承載。

2.2協(xié)議支持

核心網(wǎng)的信令平面：在GSM中，面向BSS的協(xié)議是BSSAP協(xié)議，而在WCDMA中面向無線接入網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議是RANAP，功能完全等同于BSSAP，

是核心網(wǎng)與無線接入網(wǎng)之間的對話。RANAP協(xié)議同樣在功能上被分成二部分，一部分是直接與RNC的對話，另一部分是透明的與移動(dòng)臺的對話。核心網(wǎng)內(nèi)部的協(xié)議與GSM相比從上層角度來說沒有任何變化，信令部分仍然使用MAP協(xié)議，各個(gè)到寄存器的協(xié)議MAP-B、MAP-C、MAP-D、MAP-E、MAP-F等都沒變化，仍然是上層移動(dòng)應(yīng)用部分消息。

智能網(wǎng)平臺由三個(gè)主要的功能部分構(gòu)成，分別是SSP、SCP 和IP。SSP稱為業(yè)務(wù)交換點(diǎn)，相當(dāng)于每個(gè)交換機(jī)，必須能夠提供到SCP點(diǎn)的接口。SCP是整個(gè)智能網(wǎng)業(yè)務(wù)邏輯的控制平臺和它的環(huán)境存在，用來完成智能網(wǎng)業(yè)務(wù)邏輯的調(diào)用以及這個(gè)邏輯的存儲環(huán)境，是個(gè)大型的數(shù)據(jù)庫。IP稱為智能外圍，在SCP點(diǎn)的控制下來播放智能錄音通知。不同廠家IP實(shí)現(xiàn)的方法不同。對于智能網(wǎng)的生存環(huán)境有個(gè)名稱叫SMS――業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。SMS和工作終端將構(gòu)成業(yè)務(wù)創(chuàng)建環(huán)境，也就是智能網(wǎng)的生成平臺。通過業(yè)務(wù)創(chuàng)建環(huán)境可以產(chǎn)生新的智能網(wǎng)業(yè)務(wù)，并送入SCP數(shù)據(jù)庫中，來完成智能網(wǎng)邏輯的調(diào)用。在3G中，使用Camel3和Camel4，將智能網(wǎng)功能更加細(xì)化，由運(yùn)營商在人機(jī)接口上給出想要生成業(yè)務(wù)的功能，就會(huì)自動(dòng)生成該業(yè)務(wù)的邏輯平臺。不像現(xiàn)在業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)要設(shè)備廠家完成軟件的編寫和更新，如預(yù)付費(fèi)業(yè)務(wù)等等。

3　GPRS核心網(wǎng)

3.1一般支撐功能

GPRS 核心網(wǎng)提供在 GSM 和 WCDMA 網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)性管理、會(huì)話管理，以及 IP 數(shù)據(jù)包的傳輸業(yè)務(wù)。該核心網(wǎng)同時(shí)還為其它附加的功能提供支撐，包括計(jì)費(fèi)和合法監(jiān)聽。GPRS 核心網(wǎng)曾一度被建議要在美國的 D-AMPS TDMA 系統(tǒng)中支持分組無線業(yè)務(wù)，但事實(shí)上，所有這些網(wǎng)絡(luò)都已經(jīng)被轉(zhuǎn)換為 GSM，因此該選項(xiàng)已經(jīng)與它無關(guān)了。

PRS模塊是一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。它的標(biāo)準(zhǔn)化主體是3GPP。

3.2GPRS隧道協(xié)議(GTP)

GPRS 隧道協(xié)議是 GPRS 核心網(wǎng)目前定義的基于 IP 的協(xié)議。大體上說，這個(gè)協(xié)議允許 GSM 或WCDMA 網(wǎng)絡(luò)的最終用戶可以隨處移動(dòng)，而同時(shí)持續(xù)地連接到因特網(wǎng)，如同只是從 GGSN 的同一個(gè)位置進(jìn)行的。

它通過承載從當(dāng)前正在為簽約用戶提供服務(wù)的 SGSN到當(dāng)前正在處理該簽約用戶的會(huì)話的 GGSN 的簽約用戶數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)。GPRS 核心網(wǎng)使用三種形式的 GTP。

GTP-U：用于在多個(gè)獨(dú)立的隧道中為每個(gè) PDP 上下文（Packet Data Protocol context）傳輸用戶數(shù)據(jù)。

GTP-C：用于控制目的，包括：PDP 上下文的建立和刪除、GSN 可及性的驗(yàn)證、更新；例如，當(dāng)一個(gè)簽約用戶從一個(gè) SGSN移動(dòng)到另一個(gè)的時(shí)候

GTP’：用于從各個(gè) GSN 向計(jì)費(fèi)功能傳輸計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)。

GGSN 和 SGSN在 UDP 端口 2123 上監(jiān)聽 GTP-C 消息，而在端口 2152 上監(jiān)聽 GTP-U 消息。這個(gè)通信直接在一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行，或者在國際漫游的有情況下，通過一個(gè) GPRS漫游交換進(jìn)行。

計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)功能在 TCP 或 UDP 端口 3386 上監(jiān)聽發(fā)送自各個(gè) GSN 的 GTP' 消息。核心網(wǎng)向 CGF 發(fā)送的計(jì)費(fèi)信息，通常包含 PDP 上下文激活次數(shù)和最終用戶所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的質(zhì)量。然而，發(fā)生在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的這個(gè)通信可能不完全按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，甚至可能，根據(jù)供應(yīng)商和配置選項(xiàng)的不同，使用私有的編碼甚至完全私有的系統(tǒng)。

GTP 版本 0 支持在同一個(gè)消息頭下面同時(shí)包含信令和用戶數(shù)據(jù)。它可以在已注冊的 3386 端口上同時(shí)和UDP 或 TCP 一起使用。GTP 版本 1 僅在 UDP 上使用。

3.3GPRS支撐節(jié)點(diǎn)

一個(gè) GSN 是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，它支持在 GSM 核心網(wǎng)中對GPRS 的使用。所有的GSN都應(yīng)當(dāng)擁有一個(gè) Gn 接口，并支持GPRS 隧道協(xié)議。GSN 有兩個(gè)關(guān)鍵的變種，即網(wǎng)關(guān)和業(yè)務(wù)GPRS支撐節(jié)點(diǎn)。

GGSN：網(wǎng)關(guān) GPRS 支撐節(jié)點(diǎn)是 GRPS 網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)主要組件。GGSN 負(fù)責(zé)在 GPRS 網(wǎng)絡(luò)和外部包交換網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)，例如在因特網(wǎng)和X.25 網(wǎng)絡(luò)之間。

SGSN：一個(gè)業(yè)務(wù) GPRS 支撐節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)在它的地理位置服務(wù)區(qū)域內(nèi)從移動(dòng)臺接收或向其發(fā)送數(shù)據(jù)包。它的任務(wù)包括數(shù)據(jù)包路由和傳輸、可移動(dòng)性管理、邏輯鏈路管理以及鑒權(quán)和計(jì)費(fèi)功能。SGSN 的位置寄存器存儲所有在它上面注冊的 GPRS 用戶的位置信息和用戶概要。

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