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核心网基础知识培训


核心网基础

网络设计室

李昊

本次课程的目的-----?掌握核心网电路域基础知识、发展方向 ?掌握核心网分组域基础知识、发展方向 ?了解核心网相关的产品

湖南中移通信技术工程有限公司核心网培训

课程内容

1 2

CS域基础知识 PS域基础知识

3

相关产品介绍

湖南中移通信技术工程有限公司核心网培训

核心网电路域基础知识
1
基础网元简介

2
3 4

核心网电路域网络架构

典型业务流程
核心网电路域发展和演进趋势

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核心网的基本概念
核心网
由一系列完成用户位置管理、网络功能和业务控制等功能的物 理实体组成,物理实体包括MSC、HLR等(3GPP 23.101)

CS域

电路域,负责话务及短信业务的实现。

PS域

分组域,负责宽带分组业务的实现。

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GSM服务区的概念
?PLMN国家网:公共陆地移动网络 ?PLMN服务区:通常指一个PLMN运营商服务区域 ?MSC服务区:一个交换机覆盖区域 ?位置区:MSC服务区内管理区,用于系统内部寻呼 ?小区:移动区最小的服务区,表示移动用户的物理位置

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GSM电路域的组成部分
移动通信系统主要是由交换网路子系统(NSS)、无线基站子
系统(BSS)和移动台(MS)三大部分组成。 Visitor Location Register
SONOFON M N

VLR

HLR Home Location Register

MSC
Mobile Switching Centre

BSC Base Station Controller

BTS

Base Transceiver Station

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GSM核心网电路域的组成部分
交换网路子系统(NSS)主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数
据库功能。 NSS 由一系列功能实体所构成,各功能实体介绍如下: MSC:是GSM系统的核心,是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功 能实体,也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。它可完成网路接口、公共信道信令 系统和计费等功能,还可完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等 。另外,为了建立至移动台的呼叫路由,每个MS、还应能完成入口MSC(GMSC)的功能, 即查询位置信息的功能。 VLR:是一个数据库,是存储MSC为了处理所管辖区域中MS(统称拜访客户)的来话、去话 呼叫所需检索的信息,例如客户的号码,所处位置区域的识别,向客户提供的服务等参数。 HLR:也是一个数据库,是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归 属位置寄存器(HLR)注册登记,它主要存储两类信息:一是有关客户的参数;二是有关客户 目前所处位置的信息,以便建立至移动台的呼叫路由,例如MSC、VLR地址等。 AC:用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数(随机号码RAND ,符合响应SRES,密钥Kc)的功能实体。 EIR:也是一个数据库,存储有关移动台设备参数。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁 等功能,以防止非法移动台的使用。

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GSM核心网电路域主要接口
F接口:用于交换相关的国 际移动设备识别码管理信息, 国内较少使用 A接口:核心网与无线网的接口,传递的 信息包括移动台管理、基站管理、移动性 管理、接续管理等,接口协议为BSSAP C接口:用于传递路由选择和管理信息

EIR
F A MSC C

HLR/AUC
D
D接口:用于交 换有关移动台位 置和用户管理的 信息,为移动用 户提供的主要服 务是保证移动台 在整个服务区内 能建立和接收呼 叫

Um MS
BTS

Abis
BSC

B

VLR

E
E接口:交换机之间的接口,采用MAP协 议,用于切换过程中交换有关切换信息以 启动和完成切换

G
VLR

MSC

B接口:内部接口,用于移动业务交换中 心(MSC)向访问用户位置寄存器 (VLR)询问有关移动台(MS)当前位 置信息或者通知访问用户位置寄存器 (VLR)有关移动台(MS)的位置更新 信息等

G接口:用于向 分配临时移动用 户识别码(TMSI) 的访问用户位置 寄存器(VLR) 询问此移动用户 的国际移动用户 识别码(IMSI) 的信息

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软交换技术
1、软交换的基本概念 软交换从广义上看,是指一种分层的体系结构;从狭义上来说,软交换单指软交换 设备,它是NGN的核心设备,处于NGN分层结构的控制层,负责提供呼叫控制和连接控

制功能。
在传统的电路交换网络中,呼叫控制、业务提供以及电路交换矩阵都集成在一个交 换设备中。而软交换网络的基本思想是采用分层的网络结构,将业务和呼叫控制分离、 呼叫与承载分离。各实体之间通过标准的协议进行连接和通信,以便在NGN上更加灵活 的提供业务。

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软交换技术
传统MSC方案
传统 MSC交换机
MSC

软交换方案
MSC服务器
MSC-S

(控制与承载)
MGw

(Contr控制层)

媒体网关
(承载层)

传统电路域交换网络

分层结构网络
控制层

MSC-S MSC MGw

连接层

MSC

TDM

MSC

MGw

IP

MGw

MSC

MSC

MGw

MGw

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软交换技术
2、软交换与传统交换的比较

软交换与传统电路交换相比较,有以下优点:
? 软交换是一个开放的网络体系结构,既能在PSTN中传送数据业务,又能在分组网 中传送话音,克服了异构网络环境下进行业务交换的难题; ? 软交换将网络的媒体传输部分、呼叫控制部分以及业务生成部分相分离,解决了上

层服务交替时难以平滑过渡的问题;
? 软交换网络采用标准的协议和开放的接口进行通信,有利于不同厂家网络设备之间 的互通和集成; ? 软交换通过利用基于分组交换的网络(如IP、ATM等)进行承载传送,克服了基于 TDM的传统网络容量不足的缺点。

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软交换技术
3、软交换功能实体

MSC Server:控制面实体;主要完成MM(移动性管理)、CM(呼叫控制)、MGC(
媒体网关控制)等功能; MGW:承载面实体;主要完成语音及媒体流的交换,以及提供各种资源,比如TC、 EC、放音、收号等资源。

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软交换技术
4、软交换技术的优势

? 组网类似NGN四层架构
? 更多选择、更低成本 ? 利用MGW内置SG功能节省传输链路 ? 业务控制更加集中

? 分布式网络,组网更加灵活
? 网络集中管理与维护 ? 利用TFO及TrFO技术提高语音质量

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软交换核心网电路域主要接口
Mc接口:媒体网关控制 接口,MSC Server控制 MGW的资源等。
HLR

CN
GMSC Server

A BTS BSC

MSC Server C/D

Nc Mc Iu-cs Mc

PSTN
MGW Nb

GMGW

NodeB

RNC

Nb接口:分为Nb-CP和Nb- UP,即控制面和媒体面,承载控 制接口和承载业务接口

Nc接口:呼叫控制接口, 与具体承载相独立

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GSM/UMTS核心网演进
GSM/ 3GPP R99
A

HLR
TDM backbone

BTS

BSC
RNC

Gb Iu-CS Iu-PS

MSC/VLR

GMS C GGSN

HLR提供用户 数据管理、移 动性管理、支 持呼叫相关处 PSTN 理、鉴权中心 等功能

Node B

SGSN

IP backbone

MSC Server提供BSS/UTRAN的接入,负 责完成CS域的移动性管理、安全性管理、 切换处理、信令处理、呼叫处理、用户业 务数据管理(VLR功能)等控制功能

HLR MSC Server GMSC Server

3GPP R4

Node B

Iu-CS

RNC
Iu-PS

MGW

IP backbone

GMGW

MGW是PSTN/PLMN的传输终结点,负责 Node B 完成媒体转换、承载控制、数字信号编解 码、回声抑制、会议桥接等功能

SGSN

GGSN

GMSC Server充当移 PSTN 动关口局,与PSTN、 NGN、ISDN或其他 PLMN网络进行信令 互通,承担路由分析、 网间接续、网间结算 等功能。

IMS

HSS MSC Server MSC Server/ MGCF CSCF

MRF

3GPP R5/R6/R7

Node B

Iu-CS

RNC
Iu-PS

MGW

IP backbone

PSTN

MGW

Node B

SGSN

GGSN

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信令网
在通信网络中,除了传递业务信息外,还要在通信设备之间传递控制信 号。信令就是通信设备之间传递的控制信号。信令网就是传输这些控制信号 的网络。 信令网一般由信令点(SP),信令转接点(STP)和信令链路组成。 ?信令点是信令消息的起源点或目的地点,它可以是具有No.7信令功能 的各种交换局。 ?信令转接点(STP)是信令网中的核心设备,他是负责把一条信令链 路收到的信令消息转发至另一条信令链路的信令转接中心;HSTP是指高 级信令转接点,负责省外信令的转接;LSTP是指低级信令转接点,负责 省内信令的转接。 ?信令链路是连接SP与STP之间的通路。

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核心网电路域基础知识
1
基础网元简介

2
3 4

核心网电路域网络架构

典型业务流程
核心网电路域发展和演进趋势

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全TDM承载移动网络典型结构
A省 B省
TMSC1-1/2
HSTP1/2 HSTP1/2

省际

TMSC1-1/2

省内

TMSC2-1/2

LSTP1/2

LSTP1/2

TMSC2-1/2

本地
GMSC VMSC VMSC HLR HLR VMSC VMSC GMSC

TDM语音

信令

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引入软交换后移动网络典型架构
省际
LSTP TMSS/CMN TMSC1 TMSC1 TMSS/CMN HSTP HSTP

省内
GMSS MSS

TMSC2
TMGW

TMSC2 TMGW MSS

LSTP

GMSS

本地

GMGW HLR MGW VMSC 他网 MGW

IP承载网
MGW

GMGW

HLR

VMSC

本地网1

本地网2

他网

TDM语音

IP语音

信令

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端局组网方式
基本组网
MSS TMSS/CMN MGW1 本地网1 LSTP 主用 MSS MSS2 MGW1

多网关组网
MSS TMSC1 TMSC1 MGW2

大本地组网
MSS TMSS/CMN MGW1 HSTP 本地网1 MGW2 本地网2 LSTP

省际

HSTP 本地网1 TMSC2

省内

主用 GMSS MSS1

SCP 双归属

TMSC2 Pool MSC

SCP GMSS

TMGW

MSS1 MSS2 MSS3 MSS TMGW

本地

容灾 MSS GMGW
MGW1 HLR MGW2

IP承载网

IP 承载网 GMGW MGW1 MGW2 MGW 本地网1 HLR MGW3

MGW 一个MGW归属于两个MSS。正常运行情况下,MGW MGW 只注册到主用MSS上,而当该MSS发生故障时, VMSC MGW可注册到另一个备用MSS上,继续在此MSS的 管理下提供业务。 他网 双归属有四种组网方案:“1+1备份”、“1+1互 助”、“N+1备份”、“N+1互助” 。

本地网2 VMSC MSC Pool共同服务于一组BSC/RNC。 组成MSC Pool的MSC和软交换与接入网全互连 。 他网 引入NNSF功能节点,实现负荷的均衡。

本地网1

本地网2

通常将MSC Server 集中放置在省会城市,MGW与BSC/RNC放置在各本地网内
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TDM语音

IP语音

信令

关口局网络结构
关口局组网形态

省际
LSTP

TMSS/CMN

TMSC1 TDM 关口局 HSTP

TMSC1 TMSS/CMN 软交换 关口局 HSTP GMSS TMSC2
GMGW

IP化软交换 关口局 GMSS

省内

SCP
GMSS

TMSC2 GMSC
TMGW

LSTP IP承载网 MSS
GMGW

SCP

MSS

TMGW

GMSS

本地

GMGW HLR MGW VMSC 他网 MGW

IP承载网
MGW

GMGW

HLR

VMSC

本地网1

本地网2

他网

TDM语音

IP语音

信令

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HLR网络结构
省际
LSTP TMSC1 TMSS/CMN 基本组网 HSTP HLR HLRn

HLR组网形态
HSTP

TMSC1 TMSS/CMN N+1容灾 容灾 HLR TMSC2

分布式HLR BE LSTP FE BE
IP承载网

省内

SCP
GMSS

TMSC2
VMSC TMGW STP VMSC

FE SCP STP GMSS

MSS

STP TMGW GMGW

VMSC MSS HLR

本地

GMGW HLR MGW VMSC 他网 MGW

IP承载网
MGW

VMSC

本地网1

本地网2

他网

TDM语音

IP语音

信令

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信令网分级分层结构
省际
LSTP TMSS/CMN TMSC1 TMSC1 TMSS/CMN HSTP HSTP

省内

SCP
GMSS

TMSC2
TMGW

TMSC2 TMGW

LSTP 高级信令汇接网 SCP

低级信令汇接网
GMGW

MSS

HSTP2A MSS
HLR

HSTP3A GMSS A平面

本地

IP承载网
MGW

HSTP1A GMGW
MGW

HSTP4A

HLR H/LSTP H/LSTP VMSC

HSTP HSTP

HSTP MGW HSTP

SP

他网

LSTP LSTP LSTP LSTP 本地网1 SP SP TDM语音 IP语音

HSTP2B 本地网2 HSTP1B

VMSC 他网

HSTP3B B平面

HSTP4B

? A、B双平面
? 多数省HSTP网状互联 信令 ? 部分省HSTP与LSTP合设,接 入两个平面

?二、三级混合组网 ?H/LSTP双平面

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静态组网总结
类别
软交换 端局

网元
VMSC Server VMGW GMSC

备注
1、由MSC Server和MGW组成,可以合一部署或分离组网; 2、一般MSC Server集中部署大区中心,MGW部署于地市;部分省份MSC Server部署于地市; 2、端局一般独立建设,现网少量端局与关口局合设 1、由GMSC Server和GMGW组成,可以合一部署或分离组网; 2、一般GMSC Server集中部署于大区中心,成对部署,MGW部署于地市; 3、现网存在TDM关口局的地市,可以与软交换关口局形成业务双平面负荷分担组 网; 4、联通现网存在G/C的传统综合关口局; 6、软交换关口局可以与端局合设,有些省份存在关口局兼作T2汇接局的场景。 1、由TMSC Server和TMGW组成,未带MGW的TMSC Server就是CMN; 2、运营商的汇接局包括T1和T2汇接局,T1部署与全国大区中心,双平面部署,按 比例负荷分担,可兼作T2;T2部署于省会,负责省内业务汇接。

软交换

Server

关口局
GMGW TMSC 软交换 汇接局 TMGW Server

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静态组网总结(续)
类别 网元 备注
1、现网HLR一般部署于地市,部分省份开始进行集中化部署 于省会或大区中心,集中部署是趋势; 2、HLR主要与端局和STP有信令连接,HLR与端局的信令有 直连或准直连两种方式; 3、HLR的主流信令链路是TDM,信令IP化是趋势,但未启动 4、业务与数据分离架构的分布式HLR是下一代HLR的组网形 态 1、部署于省会或中心城市,双平面组网; 2、现网大部份LSTP不支持IP信令; 1、部署于全国大区中心,可兼作所在省份LSTP; 2、采用双平面组网;

HLR

HLR

LSTP
HSTP

LSTP
HSTP

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核心网电路域基础知识
1
基础网元简介

2
3 4

核心网电路域网络架构

典型业务流程
核心网电路域发展和演进趋势

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移动用户呼移动用户流程
主叫方
BSS

被叫方 HLR MSC/VLRb
BSS

MSC/VLRa

MS

发MSISDN 请求MSRN 请求MSRN

取路由
返回MSRN

返回MSRN

建立信令连接 建连 MS

寻呼
呼叫建立

? 移劢台完成了信道请求, 业务请求,鉴权请求,信 道指配等步骤以后,发 MSISDN. ? MSCa向HLR/AUC要 MSRN,HLR/AUC向VLRb 转发该消息 ? VLRb 提供MSRN并回送至 MSCa ? MSCa与MSCb建立了连接 ? MSCb向BSSb发出寻呼请 求并找到MSb.

通话

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PSTN用户呼移动用户流程
PSTN GMSC
HLR

MSC/VLR

BSS

⑴发IAM ⑵请求MSRN 请求MSRN ⑶返回MSRN ⑶返回MSRN ⑷建立信令连接 ⑸寻呼 ⑹寻呼证实 MS

取路由

建连
⑼响应呼叫 ⑼响应呼叫

⑺连接证实 ⑻鉴权加密

通话

呼叫建立

? 主叫固定用户发起呼叫,发IAM ? 网关GMSC向被叫所在的HLR/AUC 请求MSRN号,HLR到被叫所在的 VLR请求MSRN. ? VLR回送GMSC漫游号 MSRN ? GMSC与被叫所在的MSC建立连接. ? MSC向BSS发寻呼请求,找到被叫 移劢台. ? 被叫移劢台通过BSS向MSC发寻呼 响应. ? MSC连接证实(CON-CONF) ? MSC完成被叫MS的鉴权、加密、呼 叫建立等过程. ? MSC向主叫PSTN呼叫响应发回地 址全消息(ACM)呾应答消息 (ANC).

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鉴权
? 通过鉴权,系统可以为合法的用户提供服务,对不合法的用户拒绝 服务 ? 当用户要进行呼叫,位置更新等操作时,先需对其鉴权 ? AUC不断地为每个用户提供一组参数(包括随即数RAND、符号响 应SRES呾密匙KC等三个参数)

在SIM卡中进行的算法: Ki (IMSI) + RAND + A3 ---------> SRES Ki (IMSI) + RAND + A8 ---------> Kc

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鉴权流程
MS

MSC/VLR

HLR

AUC

⑴发IMSI到VLR 取信息 ⑵IMSI判断 ⑶请求鉴权信息 ⑷返回鉴权信息 ⑸选择三元组 ⑹发RAND 鉴权

⑺鉴权计算 ⑻发鉴权计算结果
⑼鉴权结果

鉴权结果

? 主叫用户发出IMSI号到VLR ? MSC/VLR判断该IMSI是否为新.如为 新卡,则向 AUC申请五个三数组; 如为旧卡,则调用VLR中的一个三数 组. ? VLR发请求三数组消息到AUC ? AUC送回五个三数组 ? VLR使用一个三数组进行鉴权,其余 四组待用 ? MSC/VLR通过BSS向MS发RAND. ? MS在SIM卡进行计算,得到SRES呾 KC值 ? MS将SRES呾KC送回MSC/VLR进 行核对 ? 若两个SRES一致,则鉴权成功,向 MS返回接受消息:TMIS、CKSN等

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位置更新
? 位置更新 – 改变位置区及位置区的确认过程则称为位置更新 ? 分类 – 常规位置更新 – IMSI附着 M – IMSI分离 S – 强迫登记(周期性位置更新) – 隐式分离

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位置更新流程——常规位置更新
MS 新MSC/VLR 原MSC/VLR HLR

?
⑴请求(TMSI) (2)请求IMSI和鉴权参数

?
(2)IMSI和鉴权参数

请求

(3)鉴权 (4)位置更新请求 (5)存储VLR号码

处理

(6)删除位置消息和确认 (7)插入用户数据和确认 (8)位置更新响应

? ? ? ? ? ?

以TMSI为标识,发位置 更新请求 向原VLR取IMSI呾鉴权数 据 鉴权 发送位置更新请求 存储VLR号码 取消原VLR的位置信息 插入用户数据 位置更新完成

证实

(8)位置更新接受

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切换
BSC/MSC

?在MS通话阶段中MS小区的改 变引起的系统相应操作,包括: – 小区内切换 – 同基站内小区间切换 – 同BSC内基站间切换 – 同MSC内基站间切换 – 同PLMN不同MSC之间切换

? 切换的依据是MS对周邻的BTS信号强度的测量报告呾BTS对 MS发射信号及通话质量.BSS统一评价后决定是否进行切换. ? 切换的决定主要由BSS作出,当BSS对当前BSS与移劢用户的 无线连接质量不满意,BSS根据现场情冴发起不同的切换要求, 也可由NSS根据话务信息要求MS开始切换流程

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切换流程
源业务区 MS BTS 目的业务区

BSC

MSCa

MSCb

BSC

BTS

⑴切换请求 ⑵切换请求

请求

⑶切换请求

⑷激活信道
⑸切换响应 ⑹建立连接 ⑺发切换命令

响应

⑺切换命令 ⑻发接入脉冲
⑼回时间信息 ⑽切换成功响应

证实

⑽切换成功信息 ⑽切换成功信息 ⑽切换成功信息

? 旧BSC把切换目标小区标志呾切换 请求发至旧MSC ? 旧MSC判断出小区属另一MSC管辖 ? 新MSC分配一个切换号(路由呼叫 用),并向新BSC发送切换请求 ? 新BSC激活BTS的一个TCH ? 新MSC收到BSC回送信息并与切换 号一起转至旧MSC ? 在MSC间建立连接(也许会通过 PSTN网) ? 旧MSC通过旧BSC向MS发送切换命 令,其中包含频率,时隙呾发射功 率 ? MS在新频率上发一接入突发脉冲 (通过FACCH) ? 新BTS收到后,回送时间提前量信 息(通过FACCH) ? MS通过新BSC呾新MSC向旧MSC 发送切换成功信息

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短消息业务流程

省内移动用户发送短信流程图
LSTP
取路由消息 返回路由消息 下发MT消息

SMSC HLR
取路由消息 返回路由消息

MSC

MSC

A发送手机用户
B接受手机用户 湖南中移通信技术工程有限公司核心网培训

短消息业务流程
省际间移动用户发送短信流程图
A省SMSC A省H/LSTP
取路由消息 返回路由消息

B省H/LSTP
取路由消息 返回路由消息 取路由消息 返回路由消息

B省HLR

A省MSC
下发MT消息 MT消息应答
下发MT消息 MT消息应答 下发MT消息 MT消息应答

B省MSC

B省手机用户 A省手机用户

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短消息业务流程
互通/SP发送短信流程图
HLR

互通网关
取路由消息

其他运营商互通网关
互通短消息
互通短消息

A省MSC

上行/MO短消息

下行/MT短消息 SP/集团单位短消息

SMSC

SP/集团单位短消息

手机用户

短信网关/行业网关

SP/集团单位

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本地话务路由组织:网内呼叫1
省际
LSTP TMSS/CMN TMSC1 TMSC1 TMSS/CMN HSTP LSTP 场景1:MGW兼作SG TMSC2 HSTP

省内

SCP
GMSS

TMSC2
TMGW

?MAP信令:

SCP

MSS

MSS→MGW(兼作SG) →HLR MSS GMSS TMGW

?话路:MGW IP直达
IP承载网

本地

GMGW HLR MGW VMSC 他网 MGW

MGW→MGW GMGW
MGW

HLR

VMSC

本地网1 IP语音连接 信令路由

本地网2

他网

TDM语音连接

信令连接 话音路由

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本地话务路由组织:网内呼叫2
省际
LSTP TMSS/CMN TMSC1 TMSC1 TMSS/CMN HSTP LSTP ?场景2:MSS/HLR通过STP连接 TMSC2 SCP HSTP

省内

SCP
GMSS

TMSC2
TMGW

?MAP信令

MSS

MSS→LSTPTMGW →HLR

MSS

GMSS

本地

GMGW HLR MGW VMSC 他网 MGW

MGW→MGW GMGW IP承载网
MGW

?话路:MGW IP直达
HLR

VMSC

本地网1 IP语音连接 信令路由

本地网2

他网

TDM语音连接

信令连接 话音路由

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本地话务路由组织:IP→TDM
省际
互通网元 TMSC1 TMSS/CMN ? 优先选择IP化关口局兼作 ? 也可以由一级汇接局兼作 HSTP
LSTP TMSC1 TMSS/CMN HSTP

省内

SCP
GMSS

TMSC2
TMGW

TMSC2

LSTP

SCP
GMSS

MSS

?信令
IP承载网

TMGW MSS(BICC)→GMSS(ISUP)→VMSC

MSS

本地

GMGW HLR MGW VMSC 他网 MGW

?话路

MGW(IP)→GMGW(TDM) →VMSC HLR
MGW VMSC

GMGW

本地网1 IP语音连接 信令路由

本地网2

他网

TDM语音连接

信令连接 话音路由

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本地话务路由组织:本地他网→本网IP
省际
LSTP TMSS/CMN TMSC1 TMSC1 TMSS/CMN HSTP HSTP

省内

SCP
GMSS

TMSC2
TMGW

TMSC2

LSTP

SCP
GMSS

MSS

?信令
IP承载网 ?话路

他网(ISUP)→GMSS(BICC)→MSS

TMGW

MSS

本地

GMGW HLR MGW VMSC 他网 MGW

GMGW

他网(TDM)→GMGW(IP)→MGW MGW
VMSC

HLR

本地网1

本地网2

他网

TDM语音连接 信令路由

IP语音连接 话音路由

信令连接

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省际长途话务路由组织:IP→IP
省际
LSTP TMSS/CMN TMSC1 TMSC1 TMSS/CMN HSTP HSTP

省内

SCP
GMSS

TMSC2
TMGW

TMSC2 TMGW MSS GMGW MGW

LSTP

SCP
GMSS

MSS

本地

GMGW HLR MGW VMSC 他网 MGW

IP承载网

HLR

VMSC

本地网1 MSS(BICC)→CMN1(BICC) →CMN2(BICC)→MSS 本地网2

?信令:ISUP路由
IP语音连接 MGW(IP)→MGW

他网

?话路:通过IP承载网直达
话音路由

TDM语音连接

信令连接

信令路由

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省际长途话务路由组织:IP→TDM
省际
LSTP TMSS/CMN TMSC1 TMSC1 TMSS/CMN HSTP HSTP

省内

SCP
GMSS

TMSC2
TMGW

TMSC2 TMGW MSS GMGW MGW

LSTP

SCP
GMSS

MSS

本地

GMGW HLR MGW VMSC 他网 MGW

IP承载网

HLR

VMSC

?信令 本地网1

本地网2 IP语音连接

他网

?话路 TDM语音连接

MSS→CMN1(BICC) →TMSS2(BICC)→TMGW(ISUP)→VMSC MGW(IP)→TMGW(TDM)→MGW 话音路由 信令路由
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省际长途话务路由组织:本网→他网
省际
LSTP TMSS/CMN TMSC1 TMSC1 TMSS/CMN HSTP HSTP

省内

SCP
GMSS

TMSC2
TMGW

TMSC2 TMGW MSS GMGW MGW

LSTP

SCP
GMSS

MSS

本地

GMGW HLR MGW VMSC 他网 MGW

IP承载网

HLR

VMSC 他网

?信令 ?话路

本地网1 本地网2 MSS(BICC)→CMN1(BICC) →CMN2(BICC)→GMSS(ISUP)→他网 信令连接

MGW(IP)→GMGW(TDM)→他网 TDM语音连接 IP语音连接
信令路由 话音路由

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核心网电路域基础知识
1
基础网元简介

2
3 4

核心网电路域网络架构

典型业务流程
核心网电路域发展和演进趋势

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核心网发展趋势

IP化

POOL化

核心网演进

融合化

绿色化

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POOL化:提高资源利用率
原理
Pool

价值

?

降低潮汐效应

?

利用设备安

?

降低C/D流

?

利用用户接

产生的

全配置进行 网元容灾


Pool内设备负荷分担

量 减少信令负荷

入选择机制 平滑升级扩容

设备冗余

? 价值分析(300万用户,40%流动性)
非POOL POOL

VS

综合考虑设备和配套因素,组Pool后可节省投资10%
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POOL化:全面的网络容灾体系
核心网网络容灾体系

MSC Server

MGW

GGSN

SGSN

HLR

M2000

N+1

MSC Pool

Mini Flex

MSC Pool

GGSN Pool

N+1

SGSN Pool

N+1

自容灾

HLR

双机备份

?实现MSC Server、MGW、GGSN、SGSN、HLR、M2000等所有核心网网元的容灾 ?N+1容灾提供业务实时接管,快速恢复能力 ?容灾的技术是伴随着IP化的进展逐步演进 ?Pool是发展呾演进方向

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IP化:核心网设备全面支持IP化
HLR SS7 over IP

Gb over IP SGSN

GGSN

所有核心网设备(包括MSS、 MGW、HLR 、 SGSN以及 GGSN)均需要具备IP化的能力

A/Iu over IP

MSS

IP承载
Nb over IP MGW

MSS

MGW

? ?

节省传输投资

符合核心网演进特性:Nb over IP、 A/Iu over IP、Gb over IP、SS7 over IP

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融合化:面向未来的演进方案
基 于 IP 的 融 合
固定移动融合(FMC)

网络层面 ? 融合业务平台 ? 融合核心网 ? 融合承载网 ? 综合接入

业务层面 ?互通 ?捆绑 ?整合 运维层面 ?融合网管 ?融合OSS/BSS

电信互联网融合

融合成为通信行业发展的大趋势
?

产业融合:电信行业与其他产业的融合,固网与移动的融合,使行业边界变得模糊,相

互渗透、合作、竞争
?

技术融合:基于IP的新技术发展,促进了网络融合和资源融合

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融合化:数据集中部署的优势
符合趋势网络稳定

网络趋势

? 核心网少局所、集中化趋势 ? HLR向融合数据中心演进

资源共享节省投资
? 资源全省共享,统一调配 ? 减少局点建设,节能减排 ? 信令就近接入,节省传输

投资 收益

集中化 部署

网络 运维

简化网络高效运维
? 网元减少,优化网络, ? 集中维护,运维高效

? HLR集中化部署是核心网长期发展的必然选择,也是建
设高效核心网的必要条件
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绿色化:核心网全方位绿色方案
核心网 CS域 PSTN/ 其他运 营商 PS域 GGSN HLR CG

下一代HLR
?单位能耗低 ?大容量集中化建设 ?平滑演进至融合数据中心

GMG W

UMG Click to add Text A接口 BSC BTS 2G

MSOFTX3000 Iu-CS

SGSN Iu-PS RNC

M2000

Gb接口

PCU

Iub Node B 3G

Pool化、IP化
? 高效组网方案 ? 节能降耗

绿色设备
? 大容量高集成度 ? 选用低功耗器件 ? 设备级热仿真

统一网管
? 统一操作 ? 降低OPEX

2G/3G共核心网
? 平滑演进 ? 保护投资

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课程内容

1 2 3

CS域基础知识 PS域基础知识 相关产品介绍

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核心网分组域基础知识
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基础网元简介

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接口协议

典型业务流程
核心网分组域发展和演进趋势

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分组域网元在移动网络中的位置
?

Node B RNC

MSC
TDM /ATM

GMSC

? ? ? ? ?

HLR Iu-PS

路由选择与转发 封装和隧道传输 用户数据和会话管理 PSTN 动态分配IP地址 计费信息收集 用户认证、安全管理

BTS
BSC Gb

SGSN

GGSN

IP
Gn Gn Ga CG Gi

Internet
Gp
Inter-PLMN

? ? ? ? ?

移动性管理 网络接入控制 用户数据和会话管理 计费信息收集 路由选择和转发

?

Billing Center

?

计费信息收集 话单格式转换

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SGSN主要功能
无线资 源管理 路由选 择转发 用户数 据管理 移动性 管理 计费话 单处理
?GPRS寻呼、Gs联合寻呼、RNC无线资 源管理 ?支持对PDP PDU的封装和去封装功能

?存储、修改和删除当前用户数据并支持 HLR插入或删除用户数据 ?附着、分离、位置管理、清除、业务请 求 ? 话单采集、话单格式转换 ? 话单存储
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GGSN主要功能
? 路由选择与转发、地址翻译和映射

? 封装和隧道传输
? 用户数据管理(包括SGSN向HLR要签约信息)

? 会话管理、互通功能
? IP地址管理 ? 计费信息收集 ? 用户认证,支持透明/非透明的Internet接入功能 (非透明:企业网或isp提供的,透明:运营商自己的 接入方式)
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CG的功能
GPRS Bore
SGSN/GGSN
TCP/UDP GTP'协议 SGSN/GGSN

FTAM/FTP FTAM/FTP

计费中心BS CG

TCP/IP网络

CG OMM Server

CG OMM Client

CG OMM Client

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CG处理的的话单类型
S-CDR S-SMO-CDR S-SMT-CDR M-CDR G-CDR

SGSN
Backbone Network

GGSN

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核心网分组域基础知识
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接口协议

典型业务流程
核心网分组域发展和演进趋势

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PS网络接口概况
Ga接口 Gb接口: (1)Fr; (2)IP Gr接口: (1)SS7; (2)IP

SS7 网络
HLR Gr Ga

CG

PCU Gb 接入 承载网 MS Iu

路由器

IP 骨干网

Gn接口

Gn SGSN

GGSN

Gi

RNC
Iu接口: (1)ATM; (2)IP OM接口

OM 防火墙 Gi接口 OM交换机 OMC

Internet

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PS域主要接口
接口 Iu-PS 接口 Gr 接口 Gn 接口 Gb 接口 Gi 接口 OM 接口 相关实体 SGSN- RNC SGSN-HLR 接口功能 用于传送会话管理(SM)和移动性管理(MM)信息。

完成用户位置信息的交换和用户签约信息的管理。同 C 接口功能相似。 (29.002) SGSN-GGS 采用 GTP 协议,在 GSN 设备间建立隧道,传送数据 N 包。 (29.060) SGSN-BSC 用于传送会话管理(SM)和移动性管理(MM)信息。

GGSN-Inter GGSN 与外部数据网之间的接口,基于 TCP/IP 协议 net 实现外部分组网络的互联功能。 SGSN/GGS SGSN、GGSN 等核心设备同维护网络间的接口。 N-OMC

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Gr接口——MAP实现PS域移动性管理
Node B
RNC SGSN Iu-PS Gr HLR

SS7

GMM/SM /SMS RRC RLC MAC L1

GMM/SM /SMS RANAP SCCP MTP3b MAP TCAP

MAP
TCAP SCCP MTP3 MTP2

SCCP
MTP3 MTP2 L1

Uu Iu-PS

SAAL ATM

Gr

Gr

L1

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2.5G分组域协议结构

Application IP Relay SNDCP LLC Relay RLC MAC GSM RF RLC MAC GSM RF BSSGP BSSGP Network Service SNDCP LLC GTP UDP/ TCP IP GTP IP

Relay

Application

IP UDP/ TCP IP

IP

Network Service

L2

L2 L1

L2

L2 L1

L1bi s

L1

MS

Um

BSS

Gb

SGSN

Gn

GGSN

Gi

ISP

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3G分组域控制面结构

MS

UTRAN

3G-SGSN

3G-GGSN

GMM/SM /SMS RRC RLC RRC RLC RANAP SCCP Signalling Bearer
AAL5 L1 L1 ATM

GTP传输
GMM/SM /SMS RANAP SCCP Signalling Bearer
AAL5 ATM

GTP-C TCP/UDP

GTP-C TCP/UDP IP
L2 L1

MAC

MAC

IP
L2 L1

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3G分组域用户面结构

MS

UTRAN

3G-SGSN

3G-GGSN

Eg:IP,PPP

GTP传 输

Eg:Ip,PPP

PDCP
RLC MAC L1
Uu

PDCP
RLC MAC L1

GTP-U
IP/UDP AAL5 ATM

GTP-U IP/UDP AAL5 ATM

GTP—U IP/UDP L2 L1
Gn

GTP—U IP/UDP L2 L1

Iu-PS

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3G PS域和GPRS协议栈结构对比
? Iu PS接口控制面与用户面分离,而Gb接口的控制面 与用户面协议栈相同 ? 3G分组域中GTP传输在用户面存在于RNC -SGSN- GGSN,控制面存在于SGSN-GGSN;而GPRS协议结构中 GTP传输仅存在于SGSN-GGSN中

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典型业务流程
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MS发起的分组数据业务过程
Node B

2

GGSN RNC SGSN

HLR

3
1 1.GPRS附着(首先确保手机可以附着到数据网络中) ?附着请求 ?鉴权加密 ?位置更新(用户的位置信息从HLR中将签约信息获取) ?P-TMSI 重分配

2.PDP 上下文激活
3. 分组数据传送

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网络发起的分组数据业务
MS UTRAN SGSN HLR GGSN PDN

1.GGSN收到 PDP PDU 2.GGSN从HLR获得MS路由信息 3.GGSN通知SGSN收到外部网络 PDP PDU 4.在RA对MS寻呼 5.SGSN向MS请求激活PDP

6.PDP 上下文激活
7. Transmission of packet data

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接口协议

典型业务流程
核心网分组域发展和演进趋势

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分组域演进(1)--SGSN POOL
GGSN

IP network

SGSN4

SGSN POOL

SGSN1

SGSN2

SGSN3

SGSN Pool是一种新的组网方式,这种组 网模式打破了传统网络中一个BSC/RNC只 能连接到一个SGSN的限制。在SGSN Pool 组网中,一个BSC/RNC可以连接多个SGSN, 由多个SGSN共同组成一个资源池,为所连 接的BSC/RNC提供服务。与传统的网络相 比,SGSN Pool组网具有以下的优点:

IP network
BSC1
RA1

?负荷分担:在SGSN间分担网络负荷,提 升整个核心网资源利用率,节省设备投资;
RNC1
RA6

RNC1
RA2

BSC1
RA3

BSC2
RA4

BSC3
RA5

?网络容灾:实现SGSN级的容灾备份; ?降低信令负荷:减少位置更新次数,提升 用户的网络连接质量

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分组域演进(2)--SAE
SAE(系统架构演进)是LTE无线接入的核心网架构,以IP为基础,以分组交换为核心,在移动宽带化时代,将 为运营商提供更有竞争力的核心网解决方案。SAE能够与传统的GPRS网络无缝演进,也能够与非3GPP接入 系统互连。

1、控制承载分离
Gb

GPRS

BTS BSC/PCU

Iu

SGSN
Gi Gn Gp

?MME仅负责控制面,承载面由E-UTRAN直 接到SAE GW ?彻底的控制承载分离架构

UMTS

GGSN NodeB RNC

Operator Service Network
Gi/SGi

2、All IP ?所有网元之间接口基于IP承载 3、多种接入控制能力 ?支持2G/3G/LTE/WiFi等多种接入方式

S1-MME

S11

LTE

S1-U

MME SAE GW

4、网络扁平化

eNodeB

?数据面传输更趋于扁平化 ?控制面网元更趋于大容量、集中式管理

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课程内容

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CS域基础知识 PS域基础知识 相关产品介绍

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CS域产品介绍
华为CSOFTX3000
性能指标 ? 用户数:300万 ? VMSCe BHCA:6000K ? GMSCe BHCA:10000K ? TMSCe BHCA:10000K

功能特性
?高处理能力:分布式的硬件结构 ,支持在线平滑扩容。 ?灵活组网能力:提供开放、标准的协议接口,支持 VMSC/GMSC/TMSC等多种组网应用。 ?平滑演进能力:支持TDM/IP双承载,平滑的IP化改造,可升级为 MGCF。

?宽600,深800,高2000 ?满配3个机柜
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CS域产品介绍
华为UMG8900
性能指标 ?TDM交换网容量:256K * 256K ?分组交换网容量:128G ?接口能力: ?IP接口:112个FE,14个GE ?TDM E1:7680E1 ?TDM STM-1:140个STM-1 功能特性 ?宽窄带合一平台:可同时满足TDM和IP的应用。 ?丰富接口类型:支持E1/ STM-1/STM-4/FE/GE等接口类型,满足各 种组网需求。 ?灵活组网能力:支持TDM/IP双承载,平滑的IP化改造,可升级为IMMGW。

?宽600,深800,高2000 ?满配4个机柜
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CS域产品介绍
华为HLR
?最大容量:2000万动态/2000万静态

?营业厅指令处理速度:2000条/秒
?支持信令链路数:1856条64K链路,116条2M链路 ?支持IP信令链路数:2496条 ?功耗:9.18KW(1000万)/15.45KW(2000万) ?接口支持能力:TDM/ATM/IP

?宽600,深800,高2000

?满配4个机柜
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CS域产品介绍
中兴MSCS ? 最大容量 – BHCA:3456K

– 用户数:192万(每用户0.03Erl)
? 集成度 – 64K链路:2048条 – 2M链路:128条

– FE接口:4个
– ATM STM-1:8 – 满配置:2机架,功耗:7KW

?宽600,深800,高2000

?满配2个机柜

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CS域产品介绍
中兴MGW ? 最大容量 – 交换容量: 256K*256K TDM交换 / 80G IP交换 – 话务容量: 53.76K Erl 集成度 – TDM接口:5120 E1 – IP接口:128 FE / 32 GE – ATM接口:48 STM-1 / 1512 E1 – 满配置:5~6机架,功耗:10KW

?

?宽600,深800,高2000 ?满配5个机柜

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CS域产品介绍
中兴HLR ? 最大容量 – 动态用户容量:4000万 – 静态用户容量:1亿 集成度 – 64K链路:2048条 – 2M链路:128条 – FE接口:20个 – ATM STM-1:8

?

– 满配置:2机架,功耗:3KW

?宽600,深800,高2000 ?满配2个机柜

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CS域产品介绍
诺西MSCS

?宽1200,深600,高2000 ?基本配置3个机柜,满配5个机柜 ?最大用户数:250万户 ?最大BHCA:250万

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CS域产品介绍
诺西MGW

端口容量 E1: 2,520 (40 x STM-1) IP Ports: 120,000 最大呼叫处理能力 BHCA: 2,500,000 并发呼叫: 50,000

?宽1200,深600,高1800 ?满配3个机柜

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CS域产品介绍
诺西HLR

?宽1200,深600,高2000 ?基本配置3个机柜,满配5个机柜 ?最大用户数:500万户

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