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1、中国移动3G核心网R4系列之R4技术体制,无线营销工程部 杨联,R4网络架构和功能R4网络接口和协议,3G R4组网架构,Intranet/Internet,传统网络,HLR,SCP,Node B,RNC,Node B,RNC,Iur,Iub,Iub,Iu-CS,Iu-PS,Nc,Mc,Mc,Nb,电路域（IP/ATM/TDM),Gn,Gi,Iu-CS,分组域（IP）,MGW,MGW,MSC-SERVER,MSC-SERVER,呼叫控制和处理功能：软交换设备为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能，包括呼叫处理、路由分析、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等；协议处理功能：软交换设备提供丰富
2、的协议功能，包括呼叫控制协议、传输控制协议、媒体控制协议、业务应用协议以及维护管理协议，分别应用于软交换设备与其他网络部件间，体现软交换体系开放性这一重要特点；业务交换功能：识别智能呼叫并上报业务控制功能，最终由SCF控制呼叫，从而保证软交换网络内的用户继续享用现有智能业务；操作维护功能：操作维护功能是软交换设备中负责系统管理和操作维护的部分，是用户使用、配置、管理、监视软交换设备运行的功能集合；计费功能：软交换设备根据计费对象进行计费和信息采集的功能，并负责将采集到的信息送往计费中心；,R4 MSC SREVER功能,用户面关口接入功能：MGW是3G R4核心网的用户承载面的网关接入设备，位
3、于3G CS核心网通往无线接入网（UTRAN/BSS）及传统固定网（PSTN/ISDN）的边界处；是Iu接口、PSTN/PLMN接口的关口承载通道，以及宽带媒体流（如RTP流）的终结点。宽带核心网接入功能：MGW以宽带手段接入核心宽带网络（IP/ATM)，并提供Qos的保证；用户面媒体流映射功能：MGW 可以支持媒体转换、承载控制等功能，如GSM/UMTS各类语音编解码器，回音消除器，静音压缩，舒适噪音，IWF，接入网与核心网侧终端媒体流的交换，会议桥、放音收号资源等。受控操作功能：MGW可通过H.248信令，接受来自 MSC server的资源控制命令。管理和统计功能：受网管系统统一管理，向
4、网管系统报告相关的统计信息，包括设备相关统计消息、端口相关的统计消息、连结或终结点相关的统计消息等；,R4 MGW功能,信令承载转换功能信令网关（SG）在基于TDM的窄带SS7信令网络与基于IP的宽带信令网络之间，完成MTP3用户的传输层信令协议栈的双向转换(SIGTRAN M3UA/SCTP/IP SS7 MTP3/2/1)。SG在物理实现上可与(G)MSC server或MGW合一设置,R4 SG功能,R4关键特征承载控制分离,IPATM,软交换,SS7,MGW,MGW,IPATM,H.248/MGCP,H.248/MGCP,R4软交换模型,TDM,TDM,分组网,扩展业务,管理系统,计费
5、系统,将传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件，各个部件可以按相应的功能划分各自独立发展；而传统交换将控制，承载和交换封闭在同一实体之内,相互之间的制约使用户的业务能力受限;承载和控制的分离使核心网组网的概念发生根本的改变，MSC-SERVER可以基于方便控制和业务开展的原则集中设置，而MGW则可以基于方便接入和互通的原则分散设置;,IP Core,CSCF,3G RAN,MSC-SERVER/MGCF,固定SIP终端,CALL SERVER(GCF),AG/TG/IAD,固定非SIP终端,SGSN/GGSN,MGW,HSS,SIP,SIP,SIP,SIP,SIP,GCP,H.248,MA
6、P/DIAMETER,控制层,边缘接入,R4在核心网电路域引入IP宽带承载，从传统电路交换向分组数据交换转变，形成以IP core为基础的电信网络新框架，是传统网络向NGN演进的必经之路；TDM核心到IP核心的转变将引发核心网运营,规划,管理,维护上深刻的变化；,R4关键特征IP承载的引入,核心交换层,R4关键特征TrFO的引入,Transcoder Free Operation(TrFO)是一种带外的Transcoder控制协议,通过带外信令建立免编解码的通道；Tandem Free Operation(TFO)是一种带内的通信协议，通过带内信令建立免编解码器操作，但是通话中需要TC单元继续
7、工作；TrFO可以避免有损的语音编解码操作，提升语音质量，同时可以大大减少TC资源的配置，降低设备投资成本；,MSC server,MGW,MSC server,MGW,AMR Voice,AMR,AMR,RNC,RNC,AMR,AMR,OoB Codec Negotiation,OoB Codec Negotiation,OoB Codec Negotiation,RANAP,RANAP,节省了TC资源及带来的话质损失,节省了TC资源及带来的话质损失,AMR结合静音检测技术，节省2/3左右带宽,R4网络架构和功能R4网络接口和协议Mc接口、协议和流程；Nc接口、协议和流程；Nb接口、协议和流
8、程；SIGTRAN协议,Mc接口及其协议栈,Nb,Nc,MGW,MGW,MSC Server,MSC Server,Mc,Mc,Mc接口主要由三个协议定义：H.248/MEGACO:由ITU-T和IETF共同制定，主要定义了基本的协议框架和基础包，有很强的扩展性；Q.1950由ITU-T制定，主要针对VoIP业务以及和BICC协议的配合，对H.248的参数取值和包进行了扩充，同时定义了Nb接口的BCP控制过程；3GPP TS 29.232由3GPP制定，主要定义了无线应用中的H.248包以及Q.1950在3G R4阶段的相关应用；,Mc接口的特点,Mc接口提供了(G)MSCserver在呼叫处
9、理过程中控制MGW中各类传输方式（IP/ATM/TDM）的静态及动态资源的能力（包括终端属性、终端连接交换关系及其承载的媒体流）；H.248协议是非常灵活的协议，同样的功能可以用不同的方式实现。因此对于Mc接口的检查主要应集中在对H.248/29.232协议的遵从性即消息中参数的正确使用；Mc接口提供了独立于呼叫的MGW状态维护与管理能力；Mc接口的协议消息编码采用二进制方式或文本方式，由于在用户面IP承载的情况下，需要Mc接口支持IP BCP(SDP RFC2327),而该部分只支持文本方式；底层传输机制将采用MTP3B（基于ATM的信令传输）或SCTP（基于IP的信令传输）为其提供协议承载
10、；,Mc接口的基本概念,在R4网络连接模型中，对MGW内可被MSC server所控制的实体或对象的描述，主要通过“关联”和“终端”2个抽象概念来描述：终端(Termination):一个终端是MGW中媒体/控制流的起源或终结点。一个终端由一系列特征属性来描述。而相关特征属性则通过包含在命令中的一系列描述符来表征。每个终端都拥有一个唯一的标识符(TerminationID)；关联(Context):一个关联是一组终端的关联的抽象。若上下文关联中包含了多于一个的承载终端，则该上下文描述了终端间的拓扑关系（如谁听取/看到谁）、媒体混合和/或交换参数；,H.248协议的消息机制,Message,消息
11、,TransactionI,事务,TransactionIDn,ContextID1,关联,ContextIDn,CMD1,命令,CMDn,Des-n,Des-1,描述符,.,.,Mc接口的消息机制,消息（Message）H.248协议发送或接受的信息单元称为消息，消息从消息头（Header）开始，后面是若干个事务。消息内的事务是相互独立的，当多个被独立处理时，消息没有规定处理的先后次序。事务（Transaction）：SERVER和MGW之间的一组命令构成事务，事务由TransactionID进行标识。事务包含一个或多个动作，一个动作由一系列局限于一个关联的命令组成。这些动作必须顺序执行。若
12、某动作中的一个命令执行失败，该事务中以后的命令将终止执行（Optional命令除外）。引入事务的一个重要功能是可以保证命令的顺序执行。动作（Action）动作是由一系列局限于一个关联的命令组成。动作由ContextID进行标识。在一个动作内，命令需要顺序执行。,Mc接口的消息机制,命令(Command)：是H.248消息的主要内容，实现对关联和终端属性的控制，包括指定终端报告检测到的事件，通知终端使用什么信号和动作，以及指定关联的拓扑结构等。H.248协议定义了八个命令：ADD:增加一个Termination到一个Context中，当不指定Context ID时(或第一次增加一个Termina
13、tion)，将生成一个Context，然后加入Termination。MODIFY:修改一个Termination的属性、事件和信号参数。如：修改终端的编码类型、通知终端检测摘机/挂机事件、修改终端的拓扑结构(双向/单向/隔离等)。SUBSTRACT:从一个Context中删除一个Termination，同时返回Termination的统计状态。如果Context中再没有其它的Termination，将删除此Context。NOTIFY:允许MG将检测到的事件通知给MGC。例如：MGW将检测到的摘机事件上报给MGC。MOVE:将一个Termination从一个Context转移到另一个Cont
14、ext中。AUDITVALUE:返回Termination的当前的Properties、Events、Signals、Statistics。AUDITCAPABILITIES:返回MG中Termination特性的能力集。SERVICECHANGE:允许MG向MGC通知一个或者多个终端将要脱离或者加入业务。用来MG向MGC进行注册、重启通知。MGC可以使用ServieceChange对MG进行重启。MGC可以使用ServiceChange通知MG注销一个或一部分的Termination。,Mc接口呼叫流程示例,假定MGW1的关联C1（T1,T2）,MGW2的关联是C2（T3,T4）,呼叫模型,
15、呼叫建立流程,UE1,RNC1,MSC SERVER1,MGW1,MGW2,MSC SERVER2,RNC2,UE2,SETUP,CALL PROCEEDING,与HLR交互,COT,寻呼和鉴权加密过程,SETUP,CALL PROCEEDING,ADD_req（C$）,ADD_rsp（C2,T3）,ADD_req（C$）,ADD_rsp（C1,T2）,承载建立过程,APM,NbUP Init req,NbUP Init ack,RAB_ASSIGN_req,RAB_ASSIGN_rsp,承载建立，IuUP初始化,NTF_req(T2),NTF_rsp(T2),NTF_req(T3),NTF_
16、rsp(T3),ADD_req（T$）,ADD_rsp（T1）,准备承载,建立承载,准备承载,IAM,呼叫建立流程续,UE1,RNC1,MSC SERVER1,MGW1,MGW2,MSC SERVER2,RNC2,UE2,RAB_ASSIGN_req,RAB_ASSIGN_rsp,承载建立，IuUP初始化,ADD_req（T$）,ADD_rsp（T4）,ALERTING,ACM,ALERTING,MOD_req（T3）,MOD_rsp（T3）,CONNECT,MOD_req（T4）,MOD_rsp（T4）,MOD_req（T3）,MOD_rsp（T3）,ANC,MOD_req（T2）,MOD_
17、rsp（T2）,MOD_req（T1）,MOD_rsp（T1）,CONNECT,准备承载,送回铃音,激活承载,停回铃音并激活,激活承载,激活承载,R4网络架构和功能R4网络接口和协议Mc接口、协议和流程；Nc接口、协议和流程；Nb接口、协议和流程；SIGTRAN协议,Nc接口及其协议栈,Nb,Nc,MGW,MGW,MSC Server,MSC Server,Mc,Mc,Nc接口主要由四个协议定义：Q.1902(BICC CS2):由ITU-T制定，主要定义了和承载无关呼叫信令的基本框架、参数和流程；Q.1990,Q.1970（IP BCP,BCTP)由ITU-T制定，对IP承载控制以及隧道方式
18、的定义；Q.765.5（APM for BICC)由ITU-T制定，主要定义APP承载相关参数在BICC中的使用；,Nc接口MSCserver间的标准接口，运行ITU-T制定的BICC协议，为UMTS/GSM的窄带电路域业务提供独立于用户面承载技术及控制面信令传输技术的局间呼叫控制能力；Nc接口的BICC信令在在对基本呼叫流程及补充业务特性的支持方面基本向下兼容ISUP协议；BICC协议和ISUP协议中的CIC的含义是不同的，BICC协议中CIC是呼叫实例码，指为本次呼叫所分配的一个逻辑号，不对应物理电路，而ISUP中CIC指电路识别号，对应唯一的物理电路；Nc接口采用BICC协议可以支撑用户
19、面采用IP/ATM承载方式，如果用户面采用TDM承载，则Nc接口应采用ISUP协议，原因是ISUP协议必须明确呼叫所对应的物理电路；BICC新增的“应用信息传输”（APM）机制使得Nc接口两端的呼叫控制节点间可以交互承载相关的信息：包括承载地址、连接参考、承载特性、承载建立方式及支持的Codec列表等；BICC可为MGW间的承载信令在Nc接口提供控制面隧传功能；理论上，BICC协议可部署在各种各样的信号传输协议栈之上，提供与具体业务承载无关的呼叫控制。目前比较成熟的可承载BICC协议的传输协议是：MTP3、MTP3b和SCTP等。,Nc接口特点,BICC模型简介,BICC网络两种模型,SN模型
20、,CMN模型,CMN和SN的区别是CMN不控制网关，SN要控制网关；SN模型对应对R4的移动端局，关口局模型，而CMN模型对应于R4的汇接局模型；,BICC消息结构,CIC 呼叫实例码，用来标识两局之间属于同一呼叫的消息Message type code 消息类型，如：IAM/APM/ACM/ANM 等消息Mandatory fixed part 强制固定长度参数部分Mandatory variable part 强制可变长度参数部分Optional part 可选参数部分,BICC主要消息,按照Q.1902.3中定义，BICC协议大约有40多消息。其中呼叫过程中最常看到的消息有：IAM：初始
21、化地址消息APM：应用传输消息ACM：地址全参数ANM：应答参数REL：释放消息RLC：释放完成消息,五种不同的承载建立方式(IP 三种,ATM两种)IP Bearer快速前向延迟后向(支持TrFO)延迟前向(支持TrFO)ATM Bearer后向前向(支持TrFO）对于中国移动而言，由于R4建设必然采用IP承载方式，所以可以只考虑IP承载的建立方式，同时由于考虑对TrFO的支持，所以承载建立模式应该优先考虑延迟前向或者延迟后向模式；面向连接的ATM有一个承载控制协议(BCP)即Q.2630。所以IP也就有了相应的看法为了实现承载分离要开发一个基于IP的承载控制协议(IP BCP)Q.1970
22、；IP BCP不允许直接在MGW之间传递，它必须使用隧道的方法经由Mc、Nc接口传输。因此隧道承载控制协议应运而生(BCTP Q.1990)。可实际上这个控制协议只是一个有2 字节的头；,BICC承载建立方式(Q.1902),1:,Tunnel Info,5:,APM(tunnel,data),2:,IAM(tunnel,data),4:,Tunnel Info,6:,Tunnel Info,3:,Tunnel Info,CSF,BCF,CSF,BCF,IP快速前向隧道建立模型,请求隧道,H.248 ADD Reply,BICC IAM Action=Connect Forward,BNCCh
23、ar=IP,Codec=G.711,Tunnel Data=IPBCP Request,H.248 ADD Tunneling Option=1,H.248 ADD Tunneling Option=1 IPBCP Request,H.248 NOTIFY IPBCP Request,H.248 ADD Reply,H.248 NOTIFY IPBCP Accepted,BICC APM Action=Connect Forward,Codec=G.711,Tunnel Data=IPBCP Accepted,IP快速前向隧道建立方式,H.248 MODIFY Reply,H.248 MODI
24、FY IPBCP Accepted,Nb UP Init,Nb UP Init Ack,3:,Tunnel Info,2,:,APM,1:,IAM,6:,Tunnel Info,8:,Tunnel Info,5:,Tunnel Info,CSF,BCF,CSF,BCF,4:,APM(tunnel,data),7:,APM(tunnel,data),IP延迟前向隧道建立模型,发送Codec列表,H.248 ADD Reply,BICC IAM Action=Connect Forward,BNCChar=IP,Supported Codecs=UMTS_AMR,G.711,Tunneling T
25、o Be Used,H.248 ADD Tunneling Option=1,H.248 ADD Tunneling Option=1 IPBCP Request,H.248 NOTIFY IPBCP Request,H.248 ADD Reply,H.248 NOTIFY IPBCP Accepted,BICC APM Action=Connect Forward,Tunnel Data=IPBCP Requested,BICC APM Action=Connect Forward,Selected Codec=UMTS_AMR,Available Codecs=UMTS_AMR,G.711
26、,IP延迟前向隧道建立方式（TrFO),H.248 MODIFY Reply,H.248 MODIFY IPBCP Accepted,Nb UP Init,Nb UP Init Ack,BICC APM Action=Connect Forward,Tunnel Data=IPBCP Accepted,IP延迟前向隧道建立方式（TrFO)续,5:,Tunnel Info,3:,APM(tunnel,data),1:,IAM,2:,Tunnel Info,4:,Tunnel Info,7:,Tunnel Info,CSF,BCF,CSF,BCF,6:,APM(tunnel,data),IP延迟后
27、向隧道建立模型,发送 Codec列表,H.248 ADD Reply,BICC IAM Action=Connect Backward,BNCChar=IP,Supported Codecs=UMTS_AMR,G.711,Tunneling To Be Used,H.248 ADD Tunneling Option=1 IPBCP Request,H.248 NOTIFY IPBCP Accepted,BICC APM Action=Connect Backward,Selected Codec=UMTS_AMR,Available Codecs=UMTS_AMR,G.711,Tunnel D
28、ata=IPBCP Request,IP延迟后向隧道建立方式（TrFO),Nb UP Init,Nb UP Init Ack,BICC APM Action=Connect Backward,Tunnel Data=IPBCP Accepted,IP延迟后向隧道建立方式（TrFO)续,承载建立方式的比较说明,前向承载建立表示承载建立请求（IPBCP Request)发送的方向与IAM的方向相同；后向承载建立意味着承载建立请求(IPBCP Request)发送的方向与IAM的方向相反；呼叫始发局将在IAM中指示采用哪种承载建立方式；快速方式表示IPBCP Reqeust必须在IAM消息中携带，同
29、时传送。因此快速方式只可能是前向的。同时IAM消息就开始承载建立，因此没有Codec协商机会，快速方式不能支持TrFO;延迟方式表示IPBCP Reqeust可以在后续的APM消息中携带，因此延迟方式可以是双向的,可以进行Codec协商支持TrFO;,R4网络架构和功能R4网络接口和协议Mc接口、协议和流程；Nc接口、协议和流程；Nb接口、协议和流程；SIGTRAN协议,Nb接口及其协议栈,Nb,Nc,MGW,MGW,MSC Server,MSC Server,Mc,Mc,物理层（PHY）,ATM,AAL5,SSCOP,SSCF-NNI,MTP3B,SCTP,IP,IPBCP,ATM,IP,S
30、TC,ALCAP,TDM,无,物理层（PHY）,ATM,AAL2,Nb UP,UDP,IP,AMR,ATM,IP,RTP,AMR,TDM,Nb UP,PCM,G.711,NbUP,BCP,MGW间的Nb接口用来在R4核心网内承载用户业务流，并以承载控制信令管理业务流连接的建立、释放与维护；Nb接口可选择采用ATM、IP或TDM作为物理承载方式，对于ATM承载，传输网络用户面业务流的协议栈为AAL2 SAR-SSCS(I.366.1)/AAL2(I.363.2)/ATM，承载控制信令的协议栈为Q.AAL2(Q.2630.2)/STC(Q.2150.1)/MTP3B/SSCF-NNI/SSCOP/
31、AAL5/ATM；对于IP承载，传输网络用户面业务流的协议栈为RTP/UDP/IP，承载控制信令的协议栈为Q.1970/SCTP/IP，或通过Mc接口及Nc接口以Q.1990 BCTP协议在MGW间实现承载控制信令的隧传；Nb UP协议在承载面MGW间提供业务数据流的组帧、差错校验、速率匹配及定时控制等功能，与Iu UP基本相同，支持压缩语音、数据流的传输,Nb接口特点,IP承载情况下网络结构及承载建立机制,Node B,RNC,Iub,Iu,MGW,MGW,TMSC Server,TMSC Server,IP Backbone,承载控制（IPBCP）,BICC,BICC,BICC,H.248
32、,H.248,VMSC Server,VMSC Server,汇接网,本地网,承载流（RTP）,NbUP的初始化过程,Nb,Iu,Iu,Iu UP Init(RFCI,SDU sizes),),Iu UP Init Ack,IP BCP 承载控制交互过程（Q.1970),Nb UP Init(RFCI,SDU sizes),),Nb UP Init Ack,Iu UP Init(RFCI,SDU sizes),),Iu UP Init Ack,用户面数据传输,RNC,MGW,MGW,RNC,R4网络架构和功能R4网络接口和协议Mc接口、协议和流程；Nc接口、协议和流程；Nb接口、协议和流程；S
33、IGTRAN协议,SIGTRAN协议概述,SIGTRAN本身不是一个协议而是一个协议簇，包含有传输协议（SCTP）和适配协议（M2UA、M3UA）。SIGTRAN（Signaling Transport）协议栈支持通过IP网络传输传统电路交换网SCN（Switched Circuit Network）信令。SIGTRAN协议栈担负信令网关和媒体网关控制器间的通信，有两个主要功能：适配和传输,SIGTRAN在R4的应用,提供三种方式与传统SCN信令互通：1）独立设置的SG；2）SG内置在MGW中；3）SG内置在MSC-Server中；,流控制传输协议SCTP,SCTP（STREAM CONTRO
34、L TRANSMISSION PROTOCOL，流控制传输协议）链路与TCP链路类似，是面向连接的可靠传送协议，能保证上层应用数据的无错误无重复的可靠传输，继承了TCP协议中流量控制机制，相比TCP协议，SCTP协议在安全性和可靠性方面做了较大的增强，主要有：支持关联的多宿主机特性，实现网络级容错；SCTP在连接建立时使用“cookie”机制，增强了防DOS、伪装攻击的能力；SCTP链路的建立需要四次握手过程，相比TCP协议需要消耗更多的系统处理能力，这一特性决定了SCTP链路与传统七号信令链路一样，更适合于静态配置；,SIGTRAN适配协议M2PA,SCCP,MTP3,M2PA,SCTP,IP,SCCP,MTP3,MTP2,L1,IP STP/SG,MSC Server,TDM,IP,IP STP/SG,HLR/SCP,IP,M2PA,SIGTRAN适配协议M3UA、M2UA,MGW/SG,MSC Server,RNC,ATM,IP,MGW/SG,MSC Server,PSTN,TDM,IP,M3UA,M2UA,
