LTE-EPC原理.ppt

核心網(wǎng)全面進(jìn)入"IP"時代，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;移動網(wǎng)絡(luò)在未來發(fā)展和演進(jìn)上殊途同歸，在4G時代，GSM和CDMA兩大陣營將走向共同的IMS+SAE+LTE架構(gòu)。

核心網(wǎng)的功能主要是提供用戶連接、對用戶的管理以及對業(yè)務(wù)完成承載，作為承載網(wǎng)絡(luò)提供到外部網(wǎng)絡(luò)的接口。用戶連接的建立包括移動性管理(MM)、呼叫管理(CM)、交換/路由、錄音通知(結(jié)合智能網(wǎng)業(yè)務(wù)完成到智能網(wǎng)外圍設(shè)備的連接關(guān)系)等功能。用戶管理包括用戶的描述、Qos(加入了對用戶業(yè)務(wù)Qos的描述)、用戶通信記錄(Accounting)、VHE(與智能網(wǎng)平臺的對話提供虛擬居家環(huán)境)、安全性(由鑒權(quán)中心提供相應(yīng)的安全性措施包含了對移動業(yè)務(wù)的安全性管理和對外部網(wǎng)絡(luò)訪問的安全性處理)。承載連接(Access to)包括到外部的PSTN、外部電路數(shù)據(jù)網(wǎng)和分組數(shù)據(jù)網(wǎng)、Internet和Intranets、以及移動自己的SMS服務(wù)器等等 核心網(wǎng)可以提供的基本業(yè)務(wù)包括移動辦公、電子商務(wù)、通信、娛樂性業(yè)務(wù)、旅行和基于位置的服務(wù)、遙感業(yè)務(wù)(Telemetry)-簡單消息傳遞業(yè)務(wù)(監(jiān)視控制)等等。

折疊演進(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。Iu CS域和Iu PS域上的信令平面都是RANAP協(xié)議，稱為RANAP-CS和RANAP-PS。CS域的業(yè)務(wù)平面對應(yīng)的是話音，需要完成AMR的速率適配和TRAU的碼型轉(zhuǎn)換，而DATA業(yè)務(wù)無需碼型轉(zhuǎn)換直接送往SGSN完成相應(yīng)功能。北電網(wǎng)絡(luò)在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接過程中引入了無線網(wǎng)關(guān)(Wireless Gateway)的概念，無線網(wǎng)關(guān)實(shí)際是設(shè)備的綜合節(jié)點(diǎn)，在R99版本，CS域TRAU部分需添加新的功能，MSC和SGSN不需發(fā)生變化。從RNC提供的接口是光纖接口，傳輸?shù)氖茿TM信元，話音承載AAL2，數(shù)據(jù)承載AAL5。通過OC-3/STM-1板卡接入之后在內(nèi)部分成二個分支，AAL2將送往TRAU來完成碼型轉(zhuǎn)換和速率適配，適配到64kbps的TDM流――E1電路的同步流來傳送用戶信息。對于分組域，由SGSN轉(zhuǎn)換成IP，業(yè)務(wù)將承載到IP骨干網(wǎng)上，送往GGSN。在Iu Cs接口上的信令對于TRAU來說是透明通過的，TRAU只是物理層的設(shè)備，不會分析信令消息。所以從信令角度來說，Iu CS上的信令是RNC和MSC之間的對話，透明穿過TRAU到達(dá)MSC，由MSC的CPU進(jìn)行處理。作為PS域來說，由于中間不需要速率適配和碼型轉(zhuǎn)換，所以Iu PS端口就存在于RNC和SGSN之間，直接的協(xié)議仍然是RANAP-PS協(xié)議。從SGSN到GGSN協(xié)議將直接轉(zhuǎn)換到GPRS的協(xié)議――GTP協(xié)議，包括GTP-C和GTP-U。與GSM最大的不同，作為GPRS來說，SGSN和GGSN之間是GTP-U，而SGSN和PCU之間仍然是幀中繼的協(xié)議。在WCDMA中，Gn接口上的GTP-U協(xié)議將會被延展至Iu Ps接口上。也就是從RNC開始，業(yè)務(wù)將分配一個Tunnel ID，在Iu Ps和Gn接口上使用。

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MGW之間的話音通路建立的控制。CPU集中處理中心稱為Call Server。Call Server在初期仍然是原來MSC的平臺，最終將真正實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的處理平臺。話音將通過WGC和PSTN-GC來完成建立在分組骨干網(wǎng)上以異步數(shù)據(jù)流的方式傳遞。分組骨干網(wǎng)選擇何種類型取決于規(guī)范的發(fā)展趨勢，按趨勢來看都會Over在IP上。所以從骨干承載來說，R4版本首先將話音和數(shù)據(jù)的傳遞方式實(shí)現(xiàn)了一體化。在這種情況下需要完成話音通信時，信令仍然通過Call Server實(shí)現(xiàn)通信，話音的通路只需要在不同的WGC之間或者是在不同的WGC和PSTN GC之間來建立連接關(guān)系就可以了。PSTN GC的引入就是提供專門到PSTN的64kbps 2M的話音電路中繼的交換。移動撥打移動時只需要通過WGC之間完成，PSTN GC是針對PSTN設(shè)置的網(wǎng)關(guān)。到R5版本之后，都將成為分組骨干網(wǎng)的一個節(jié)點(diǎn)，不再區(qū)分不同的功能模塊，每個節(jié)點(diǎn)都將分配一個IP地址，通過IP路由方案來尋址并完成路由的建立。在R4版本中強(qiáng)調(diào)的是CS域的變化，并沒有強(qiáng)調(diào)對接入網(wǎng)絡(luò)部分所需要發(fā)生的變化。如移動打固定時，移動用戶呼叫，信令將送往Call Server進(jìn)行相應(yīng)處理，完成與公網(wǎng)之間的No.7信令的轉(zhuǎn)移和對話，對端震鈴，用戶摘機(jī)，回復(fù)信息給Call Server，由Call Server完成內(nèi)部控制，通知WGC和PSTN-GC建立MGCP協(xié)議，控制WG和PSTN G之間建立一條Voice over IP的通路，用戶開始通信。Call Server將有路由分析的功能，確定不同WG和PSTNG之間的通路。

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)移動打移動時，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，這個過程就稱為TFO功能。實(shí)現(xiàn)這一功能的前提是使用異步流的傳送方式。TFO是可選的，指的是移動打移動時，是否需要通過碼型轉(zhuǎn)換將作為可選項，取決于二端速率是否協(xié)商。如一端用戶選擇的速率是12.2kbps，對端只有4.75kbps，經(jīng)過分組骨干網(wǎng)時，承載的速率都是64kbps。在這種情況下二端都需要通過TRAU。如果中間有一端不通過TRAU，啟動TFO功能就可實(shí)現(xiàn)一端不通過TRAU。而TrFO則需要事先協(xié)商好彼此的通信速率。MSCBSC 移動通信論壇2N9~,Z%S7f3j

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)。服務(wù)器平臺包括HLR(歸屬位置寄存器)、SCP(智能網(wǎng)業(yè)務(wù)控制點(diǎn)平臺)、UAS(播放錄音通知平臺)，這些平臺之間仍然通過No.7信令連接的，所以需要一個USP，USP功能相當(dāng)于GPRS中SIG的功能，也就是No.7到IP的網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器。

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。R99+版本，數(shù)據(jù)選擇的是MPLS，底層仍是ATM作承載，話音沒有變化。到R4版本，對話音有二個選項，話音既可以O(shè)ver在IP上，也可以仍然選擇AAL2的承載。最終到R5版本，實(shí)現(xiàn)的是100%的Over IP，數(shù)據(jù)鏈路層仍是ATM信元。

折疊協(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，仍然是上層移動應(yīng)用部分消息。MAP的底層仍然是TCAP(會話層能力應(yīng)用部分)，完成對上層各子系統(tǒng)(MAP-HLR、MAP-VLR等)的尋址。業(yè)務(wù)控制部分SCCP是對第3層MTP3層網(wǎng)絡(luò)尋址的加強(qiáng)功能。唯一發(fā)生變化的是底層MTP3、MTP2和MTP1，GSM中MTP1、MTP2和MTP3完成的是No.7的完整的承載平臺，在WCDMA中MTP3仍可以被選擇作底層承載或者選擇IP地址尋址。數(shù)據(jù)鏈路層和物理層選擇的是ATM。在TCAP上層還會有CAP和INAP協(xié)議，與GSM完全一樣。INAP主要在固定網(wǎng)中應(yīng)用，在移動網(wǎng)中已不再使用。INAP可以稱為智能網(wǎng)協(xié)議第1階段的規(guī)范，主要用于固定網(wǎng)，沒有對移動網(wǎng)的規(guī)范。GSM網(wǎng)絡(luò)中使用的智能網(wǎng)協(xié)議采用的是Camel，協(xié)議稱為CAP，是在INAP協(xié)議的基礎(chǔ)之上提出了關(guān)于移動網(wǎng)業(yè)務(wù)的特性功能。已經(jīng)完成了CAP2，到WCDMA 的R99版本可能會用CAP3或者CAP4。核心網(wǎng)與電話用戶部分的通信協(xié)議UP，選擇的都是TUP和ISUP協(xié)議。關(guān)于GPRS，分組核心網(wǎng)在Gn接口上的信令協(xié)議平面，仍然是GTP協(xié)議，封裝在UDP協(xié)議上，再封裝在IP網(wǎng)絡(luò)層承載，底層仍可以是ATM承載或者其它。底層協(xié)議取決于實(shí)現(xiàn)方案。

在GPRS中，PDP Context(PDP場景)的激活過程是非常重要的，PDP場景由SGSN來管理，SGSN將管理每個用戶的PDP場景。用戶和外部網(wǎng)絡(luò)要激活一個PDP場景，意味著在SGSN和GGSN之間為該用戶建立了GTP的通道。在現(xiàn)在的GPRS網(wǎng)絡(luò)中，每個用戶只能激活1個PDP場景，不能同時激活多個。在3G規(guī)范中，提出1個用戶可以激活多個PDP場景，SGSN具有管理多個PDP場景的能力，如用戶通過GGSN1上了IP網(wǎng)絡(luò)，同時它也可以通過GGSN2上自己的內(nèi)部網(wǎng)。

智能網(wǎng)平臺由三個主要的功能部分構(gòu)成，分別是SSP、SCP和IP。SSP稱為業(yè)務(wù)交換點(diǎn)，相當(dāng)于每個交換機(jī)，必須能夠提供到SCP點(diǎn)的接口。SCP是整個智能網(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)用以及這個邏輯的存儲環(huán)境，是個大型的數(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，就會自動生成該業(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。

R99業(yè)務(wù)分類，根據(jù)規(guī)范定義分為4類，每種業(yè)務(wù)根據(jù)Qos的要求對時延和塊差錯率的要求是不同的。對交互類業(yè)務(wù)，時延要求是100ms級，差錯率可以高于5%，依次類推，在傳真業(yè)務(wù)中，時延要求可以達(dá)到100s，但差錯率要求低于3%。所以二者不可兼得。

計費(fèi)系統(tǒng):計費(fèi)記錄可以從MSC提供，基于時間的用戶記錄;也可以從SGSN提供統(tǒng)計每用戶關(guān)于時間和字節(jié)量大小的計費(fèi);可以從GGSN提取記錄，關(guān)于用戶數(shù)據(jù)包流量的計費(fèi)。所有計費(fèi)記錄都將送入統(tǒng)一的計費(fèi)記錄中心――CGF。由CGF對所有的計費(fèi)記錄進(jìn)行整合，送往計費(fèi)中心，由計費(fèi)中心完成話單的產(chǎn)生。