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1、概述PLMN和IMS的架构和配置,An overview of the PLMN and IMS architecture and configuration,什么是PLMN,PLMN全称是Public Land Mobile Network（公共陆地移动网络），由政府或它所批准的经营者，为公众提供陆地移动通信业务目的而建立和经营的网络。该网络必须与公众交换电话网（PSTN）互连，形成整个地区或国家规模的通信网。PLMN=MCC+MNC，例如中国移动的PLMN为46000、46002，中国联通的PLMN为46001，中国电信的PLMN为46003。PLMN是一个无线通讯系统，趋向于面向陆地上的
2、乘坐交通工具移动或步行移动的用户。由于移动和便携的因特网用户也越来越普及。一个理想的PLMN系统提供给移动和便携用户和固定网络相当的服务，这在地形比较复杂的区域是一个特殊的挑战，因为基站会难以被找到和维持。在都市的环境中有很多的障碍，像是建筑物，和各种射频都能引起杂音和干扰的辐射。大多数的PLMN系统今天使用数字技术而不是过去的模拟技术。这一个过渡已经改善了通信质量和可靠度，但是还没有达到完美的地步。,PLMN的发展,第一代模拟蜂窝,第一代（1G）移动通信系统20世纪70年代诞生的模拟蜂窝移动通信系统，1G系统采用模拟信号传输方式实现语音业务，使用频分多址FDMA接入技术划分信道。第一代移动通
3、信标准包括AMPS、NMT-450/900、TACS等。,第一代（1G）,第二代GSM/CDMA,第二代（2G）移动通信系统始于20世纪90年代，是由数字无线电技术组成的数字蜂窝移动通信系统，提供更高的网络容量，改善了话音质量和保密性，并为用户提供无缝的国际漫游。第二代数字无线标准包括GSM、D-AMPS。PDC（日本数字蜂窝系统）和IS-95CDMA等，均仍然是窄带系统。,第二代（2G）,第三代TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000,第三代移动通信系统即IMT-2000（International Mobile Telecommunications-2000），在第二代移动通信技术基
4、础上进一步演进的以宽带CDMA技术为主,并能同时提供话音和数据业务的移动通信系统。目前3G存在三种标准：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA。,第三代（3G）,第四代TDD-LTE/FDD-LTE,第四代移动通信系统可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力。其关键技术是正交频分复用（O F D M）、智能天线、多入多出天线（M I M O）、软件无线电等技术。第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能。目前3G存在三种标准：TDD-LTE、FDD-LTE。,第四代（4G）,典型PLMN网络架构,GSM系统架构,典型PLMN网络架构,GSM/GPRS系统架构
5、,典型PLMN网络架构,3G系统架构,典型PLMN网络架构,UTRAN架构,通信网络架构的变化其实就是保持AN不变，升级CN.一个显著的变化就是业务和控制平台的分离，即将MSC拆分为MSC server和Media Gateway（MGW），将GMSC同样的拆分成GMSC server和一个Media gateway.另外新增了IMS（IP multimedia subsystem）,CS域（CS Domain）,CS域（Circuit Switched Domain）：指核心网中为用户业务提供电路交换类型连接的所有网元实体，以及所有支持相关信令的网元实体。电路交换型连接在连接建立时分配专用网
6、络资源，在连接释放时释放专用资源。CS域特有实体：MSC（Mobile-services Switching Centre，移动服务交换中心）GMSC（Gateway MSC，网关MSC）VLR（Visitor Location Register，访问者位置寄存器）,CS域（CS Domain）,MSC是第二代移动通信系统的核心网元之一，是在电话和数据系统之间提供呼叫转换服务和呼叫控制的地方。MSC 转换所有的在移动电话和 PSTN 和其他移动电话之间的呼叫。MSC是移动网络完成呼叫连接、过区切换控制、无线信道管理等功能的设备，同时也是移动网与公用电话交换网（PSTN）、综合业务数字网（ISD
7、N）等固定网的接口。MSC从系统内的三个数据库，即归属位置寄存器（HLR）、访问者位置寄存器（VLR）和鉴权中心（AUC）中获取用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。另外，MSC也根据最新获取的信息请求更新数据库的部分数据。作为GSM网络的核心，MSC还支持位置登记、越区切换、自动漫游等具有移动特征的功能及其它网络功能。,CS域（CS Domain）,但在3GPP R4以后，MSC实体被拆分为MSC Server和MGW两个新的功能实体。MSC Server的主要职责是链接管理。它负责所有的呼叫控制信令，例如呼叫建立、呼叫转移、位置更新、路由、切换、计费、话务统计等。同时负责“指 挥”MGW。
8、MSC-Server负责CS域中主叫和被叫的呼叫，响应网络用户层信令（3GPP TS 24.008），通过Nc接口传输呼叫控制信令，通过Mc接口控制MGW。MGW（Media Gateway，媒体网关）同时负责来自电路交换网络的TDM承载和来自多媒体流网络的IP或ATM承载，例如话务交换、回音控制、铃音的广播等。它通过Mc接口接受来自MSC-Server的控制信令，通过Iu和Nb接口传输控制承载。自此实现了呼叫控制和业务承载的分离。R4网络采用这种呼叫控制和承载控制相分离的方式向全IP的核心网结构迈出了重要一步。,CS域（CS Domain）,GMSC具有从HLR查询得到被叫MS当前的漫游号码
9、，并根据此信息选择路由。GMSC 可以是任意的MSC，也可以单独设置。单独设置时，不处理 MS的呼叫，因此不需设VLR，不与BSC 相连。当固定电话用户拨打GSM网用户时，根据就近入网的原则，该呼叫将被接续至最近的移动网。由于移动电话用户漫游的特殊性，网络必须先查询用户归属的HLR以获得该用户当前的位置信息，才能继续进行接续。向HLR查询用户当前的位置并获得包含路由信息的漫游号码的功能称为“InterrogationHLR”，由Gateway MSC（简称GMSC）完成。当网络规模较小时，各MSC与PSTN直联，该项功能由MSC完成。随着网络的逐步扩容，MSC数目的增加，若仍采用各MSC与PS
10、TN直联的方式，网络结构会存在诸多弊病。由此可见，GSM网的多局制使得GSM网原有与PSTN之间的组网方式，已不再继续适用。因此为维护网络界面的清晰，保障网间结算的准确便捷，需要在移动网与其他网之间设置独立的GMSC，以实现本地移动网与其他网间的话务、信令转接。,CS域（CS Domain）,VLR是服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。VLR从该移动用户的归属用户位置寄存（HLR）处获取并存储必要的数据。一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。因
11、此，VLR可看作为一个动态用户数据库。在某一MSC区域内漫游的移动用户受控于负责该区域的拜访位置寄存器，当某移动台出现在某一位置区内，VLR将启动位置更新程序，VLR包含在它管辖区域内出现的移动用户的数据。,CS域（CS Domain）,VLR中主要包括以下信息单元 IMSI（International Mobile Subscriber Identity，国际移动用户身份）MSISDN（Mobile Station International ISDN number，移动台国际ISDN码）MSRN（Mobile Station Roaming Number，移动台漫游码）TMSI（Tempo
12、rary Mobile Station Identity，临时移动台身份）LMSI（Local Mobile Station Identity，本地移动台身份）移动台登记所在的位置区 移动台最后的已知位置区和最初位置区,PS域（PS Domain）,PS域（Packet Switched Domain）：是完成数据业务部分，分为SGSN和GGSN，一个是业务处理部分，一个是控制部分.PS域特有实体：SGSN（Serving GPRS Support Node，GPRS服务支持节点）GGSN（Gateway GPRS Support Node，GPRS网关支持节点）,PS域（PS Domain）
13、,SGSN是核心网分组域设备重要组成部分，功能类似于CS域的MSC/VLR。它可以为多个RNC提供类似于MSC/VLR功能。主要完成分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密、话单产生和输出等功能。SGSN即GPRS服务支持节点，它通过Gb接口提供与无线分组控制器BSC的连接，进行移动数据的管理，如用户身份识别，加密，压缩等功能；通过Gr接口与HLR相连，进行用户数据库的访问及接入控制；它还通过Gn接口与GGSN相连，提供IP数据包到无线单元之间的传输通路和协议变换等功能；SGSN还可以提供与MSC的Gs接口连接以及与SMSC之间的Gd接口连接，用以支持数据业务和电路
14、业务的协同工作和短信收发等功能。,PS域（PS Domain）,GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文献中，把GGSN称为GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP网络。GGSN的主要功能有：1.通过Gi接口与外部IP分组网络连接。2.GPRS会话管理，建立与外部网络的通信。3.通过Gn接口与SGSN连接。4.输出与外部数据网络使用相关的计费信息。,IMS概述,IP Multimedia Subsystem（IMS）即IP多媒体子系统，本质上说是一种网络结
15、构。该项技术植根于移动领域，最初在3GPP R5为移动网络定义的，而在NGN的框架下，IMS应同时支持固定接入和移动接入。涵盖IMS增强特性的3GPP R6已经基本冻结，这标志着IMS技术已经走向成熟。顺应网络IP化的趋势，IMS系统采用SIP协议进行端到端的呼叫控制。但 IMS 远不止是一个SIP协议，它是一个融合了数据、语音、图像、消息、基于Web的技术和移动网络的体系。同时，IMS还允许运营商提供统一的开放接口，允许第三方供应商使用这些接口为用户提供服务，从而使整个电信网成为一个更加开放的系统，而且更加适用于与Internet应用的兼容性。因此，IMS能把Internet和无线通信网络的
16、发展结合起来，使得不论是移动网还是固定网均在向基于IP的网络演进。,IMS概述,IMS功能实体：CSCF（Call Session Control Function，呼叫会话控制功能）MGCF（Media Gateway Control Function，媒体网关控制功能）IMS-MGW（IP Multimedia Subsystem-Media Gateway Function，IMS媒体网关）MRFC（Multimedia Resource Function Controller，多媒体资源功能控制器）MRFP（Multimedia Resource Function Processor，
17、多媒体资源功能处理器）SLF（Subscription Locator Function，签约用户位置功能）BGCF（Breakout Gateway Control Function，出口网关控制功能）,IMS实体,CSCF是整个IMS网络的核心。主要负责处理多媒体呼叫会话过程中的信令控制。它管理IMS网络的用户鉴权、IMS承载面QoS、与其它网络实体配合进行SIP会话的控制，以及业务协商和资源分配等。CSCF根据功能分为P-CSCF（Proxy CSCF，代理CSCF），S-CSCF（Serving CSCF，服务CSCF），I-CSCF（Interrogating CSCF，查询CSCF
18、），本质上它们都是SIP服务器，处理SIP信令。P-CSCF是IMS拜访网络的统一入口点。所有发起于IMS终端和终止于IMS终端的会话消息都要通过P-CSCF。P-CSCF作为一个SIP Proxy，负责与接入网络相关的用户鉴权与IPSec管理，网络防攻击与安全保护，为节约无线网络资源进行SIP信令压缩与解压，用户的漫游控制，通过PDF（Policy Decision Function）进行承载面的NAT与QoS等功能等。,IMS实体,S-CSCF在IMS网络会话控制中处于核心地位，它接受来自拜访网络通过P-CSCF转发来的注册请求，与HSS配合进行用户鉴权。并从HSS处下载用户签约的业务数据
19、。S-CSCF对于用户主叫及被叫侧进行路由管理，根据用户签约的初始过滤规则（iFC：Initial Filter Criteria），进行SIP AS触发，实现丰富的IMS业务功能。I-CSCF是IMS归属网络的入口点。在注册过程中，I-CSCF通过查询HSS，为用户选择一个S-CSCF。在呼叫过程中，去往IMS网络的呼叫首先路由到I-CSCF，由I-CSCF从HSS获取用户所注册的S-CSCF地址，将消息路由到S-CSCF。,IMS实体,MGCF是IMS的一个组成部分，与呼叫会话控制功能（CSCF）通信和控制媒体信道在一个 IMS-MGW 中的连接。它在 ISDN 部分（ISUP）和 IMS
20、 呼机控制协议之间执行协议转换。IMS-MGW在MGCF控制下完成资源控制，通过回波消除器和码转换器，实现媒体转换和帧协议转换功能，将媒体从一个形式转换到另一个形式，即它终结来之电话交换网的承载信道和来自分组网的媒体流，并执行这些终结之间的转换。,IMS实体,MRFC（Multimedia Resource Function Controller，多媒体资源功能控制器）和MRFP（Multimedia Resource Function Processor，多媒体资源功能处理器）是3G核心网中实现多方呼叫和多媒体业务提供和控制的逻辑功能实体。在核心网分层模型中，MRFP是处于接入层的逻辑功能实
21、体，主要实现控制Mb接口点的承载，处理多媒体流（如语音编码的转换、媒体流分析等），在多方会议时，混合输入的媒体流。MRFC则是处于控制层的逻辑功能实体，主要实现控制MRFP中的媒体流资源，翻译来自应用服务器和S-CSCF的信息。,IMS实体,SLF是IMS体系结构中的主要数据库之一。SLF作为一种地址解析机制，当网络运营商部署了多个独立可寻址的HSS的时候，这种机制使I-CSCF、S-CSCF 和AS能够找到用于给定用户身份的订购关系数据的HSS地址。SLF包括：在注册和会话建立期间，I-CSCF/S-CSCF查询SLF获得包含所需用户特定数据（呼叫控制相关）的HSS。AS查询SLF获取包含所
22、需用户特定数据（业务相关）的HSS。SLF与不同的HSS之间的同步是由IMS运维系统完成的。SLF在单HSS环境下是不需要的，如果AS预先配置了相关的HSS，则也不需要查询SLF。,IMS实体,BGCF是控制传输到PSTN或来自PSTN的呼叫。如果BGCF发现自己所在的网络与接口点相连，那么BGCF就选择一个媒体网关控制功能(MGCF)，该MGCF负责与PSTN的交互。如果接口点在另一个网络，那么BGCF就把会话信令转发给另一个网络的BGCF。BGCF在选择与PSTN相连的网络的时候，可以使用本地路由配置，也可能会利用收到的其他协议交换得到的信息。由此可见，BGCF主要是实现呼叫路由功能，用来选择与PSTN/CS域切入点相连的网络，收到S-CSCF请求，为呼叫选择适当的PSTN接口点。,THANK YOU,研五队 研修班主讲：程 亮参与：陈汉德、陈勇、程橙等,
