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解析3G CS域核心網(wǎng)

2019-11-03 09:33:09
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供稿:網(wǎng)友
張靜
 (本文作者為愛立信(中國)有限公司無線產(chǎn)品部高級產(chǎn)品經(jīng)理)


  目前有許多移動運營商已經(jīng)選擇 WCDMA 作為3G移動網(wǎng)絡的標準,在本文中我們將重點討論 WCDMA 的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和信令系統(tǒng)。網(wǎng)絡的分層結(jié)構(gòu)是 WCDMA 系統(tǒng)與GSM系統(tǒng)的區(qū)別之一,隨之而來的BICC和GCP是 WCDMA 系統(tǒng)中重要的信令協(xié)議。本文中所討論的是電路交換域的內(nèi)容,不涉及分組交換域的內(nèi)容,也不涉及應用層的內(nèi)容。

    網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)模型

  現(xiàn)在有許多正在使用的網(wǎng)絡可以用“垂直化的集成網(wǎng)絡”結(jié)構(gòu)。垂直化的集成網(wǎng)絡對提供某些特定的業(yè)務是有優(yōu)勢的,主要是提供一種業(yè)務或一套相關(guān)性很強的業(yè)務。PSTN網(wǎng)和PLMN網(wǎng)就是典型的垂直化的集成網(wǎng)絡。在自己擁有的網(wǎng)絡中,運營商要提供用戶的接入、業(yè)務的創(chuàng)建以及到業(yè)務的實施,運營商要負責所有的一切。每一個垂直化的集成網(wǎng)絡要集成自己的協(xié)議、節(jié)點和終端設備,電話和數(shù)據(jù)業(yè)務一般是分開的。由于垂直化的集成網(wǎng)絡需要支持業(yè)務面一般不是很寬,相對來說比較容易保證可靠性,并滿足用戶對服務質(zhì)量的需求。

  電信技術(shù)和數(shù)據(jù)技術(shù)的迅速融合,使得垂直化的集成網(wǎng)絡向多業(yè)務網(wǎng)絡演進,希望能在一個網(wǎng)絡中為所有類型的業(yè)務提供可靠的實時的通信。為了簡化骨干網(wǎng)的設計,漸進地采用新技術(shù),第三代網(wǎng)絡已經(jīng)開始考慮采用分層結(jié)構(gòu)。如果在網(wǎng)絡中采用分層結(jié)構(gòu),使用開放的標準化的接口,網(wǎng)絡中的每一層都可以自己決定前進的步伐,與網(wǎng)絡其它層相互獨立,不受制約。網(wǎng)絡的分層思想可以用“水平化的集成”來形容。網(wǎng)絡劃分成連接層、控制層和應用層。在這種模式下,運營商可以更好利用新的技術(shù),與應用提供商更好的合作,為用戶提供更多的業(yè)務和服務。

    層和節(jié)點

  3G網(wǎng)絡的水平化結(jié)構(gòu),意味著對所有類型的業(yè)務使用同一個傳輸網(wǎng)絡,這就是連接層。連接層傳輸和處理用戶數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù),例如用戶的語音編碼/解碼,語音數(shù)據(jù)的傳輸。為多種業(yè)務使用一個共同的傳輸層,運營商可以減少設備投資,降低運營成本,因為多種業(yè)務用同一傳輸網(wǎng)絡傳輸時,可以大大優(yōu)化網(wǎng)絡資源,提供帶寬利用率。連接層由傳輸設備和媒體網(wǎng)關(guān)(M GW ) 組成。骨干傳輸設備可以是ip路由器、ATM交換機,或者是其它任何滿足靈活性和服務質(zhì)量(Q OS ) 要求的節(jié)點。他們的任務是將用戶數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)透明的傳過核心網(wǎng)絡。

  媒體網(wǎng)關(guān)作為核心網(wǎng)絡和接入網(wǎng)絡的接口,處理協(xié)議和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。例如,你可以在MGW中看到自適應多速率編碼器(A MR ) ,MGW也會有一些設備負責處理提示音,DTMF收發(fā),回聲抑制等。GSM/EDGE 無線接入網(wǎng)(G ERAN ) 和 WCDMARAN 通過MGW與連接層相連,外部網(wǎng)絡,如 IN TERNET 和 IS DN / PSTN 也通過MGW與連接層相連。

  控制層是整個網(wǎng)絡的靈魂所在,具有業(yè)務智能。對每種業(yè)務類型來說,業(yè)務智能是特定的,支持的業(yè)務類型有GSM、GPRS和UMTS。控制層的節(jié)點通常被稱為控制服務器,服務器的主要功能是提供呼叫控制功能,如呼叫建立、切換等等。但是控制層不負責控制承載的建立,這是由連接層來完成的。這一點是GSM網(wǎng)絡和3G網(wǎng)絡的不同之處。對電路交換域來說,主要的服務器節(jié)點有:MSC服務器、GSMC服務器、SSP服務器和TSC服務器。

  在GSM網(wǎng)絡中,MSC負責呼叫的控制和承載的控制,例如,MSC負責呼叫控制,做被叫號碼分析和IMSI分析,決定路由,同時負責承載控制,需要在交換機內(nèi)部建立物理連接,管理相關(guān)資源。在3G網(wǎng)絡中,隨著控制層和連接層的分離,需要新的信令系統(tǒng)來支持,因為控制層只負責話務控制,不負責承載的建立,這就需要新的信令用來分別交換控制和承載的信息。在控制層,主要有兩種要求:一是控制服務器(即媒體網(wǎng)管控制器MGC)必須能控制遠端MGW。在3G網(wǎng)絡中,MGW和MGC可以不在一起,甚至在不同的城市。二是控制服務器之間必須能交換信息,以便建立端到端的呼叫。傳統(tǒng)的信令系統(tǒng)不能滿足上面的要求,以ISUP為例,在一個消息中,總會有一個電路識別編碼(C IC ) 作為參考,用來指示此消息是用于哪一個物理信道,如果傳輸和控制是分離的,呼叫是獨立于傳輸?shù)模珹TM或IP沒有指定信道,不能使用CIC來指定傳輸信道,所以BICC和GCP被用來完成上述的任務。BICC是用在MSC服務器之間,主要用來交換呼叫建立的信息,GCP是用在MSC服務器和MGW之間,主要用來交換承載建立的信息。   

承載獨立呼叫控制協(xié)議

  為了解決控制與承載分離的問題, IT U - T 的方案是修改ISUP,克服ISUP的限制,使得傳輸網(wǎng)絡真正變成與控制獨立。標準化的結(jié)果是 IT U - T 的承載獨立呼叫控制(B IC C ) 協(xié)議。

  BICC可以被用在承載任何分組網(wǎng)絡的環(huán)境中,如ATM和IP或其它技術(shù),但目前BICC只定義了ATM和IP為承載技術(shù)。BICC完全支持 PSTN / IS DN 的全套業(yè)務,包括補充業(yè)務。BICC可以在控制服務器之間交換呼叫控制信息,如被叫號碼和業(yè)務需求。另外,BICC也可以傳送與承載相關(guān)的信息和所選擇的MGW的標識號碼,讓下一個控制服務器選擇MGW,并幫助建立承載。

  ITU已經(jīng)定義了兩種版本,它們是:BICC能力組1(C S1);BICC能力組2(C S2)能力組1(C S1)。CS1是BICC的第一個版本。在2000年完成(IT U - T Q.1 901 系列),CS1支持窄帶ISDN業(yè)務在ATM傳輸層上傳輸,它的網(wǎng)絡模式假定呼叫控制和承載控制沒有物理分開,它假定MGC和MGW是集成在一個節(jié)點中,對水平化集成的網(wǎng)絡來說,這是很大的一個限制。能力組2(C S2)為了克服CS1的限制,ITU在2000年到2001年間完成了 BIC C CS2(Q .1 902 系列)。

  CS2增加的最重要的內(nèi)容是:在網(wǎng)絡模型中包括了本地交換機、MSC、TSC和GMSC;將呼叫控制和承載控制物理分開,支持IP作為承載技術(shù)。BICC定義了4種承載網(wǎng)絡: AALTYPE 1(A TM ) 、 AALTYPE 2, STRUCTURED AAL1 , IP / RTP 如何映射BICC的參數(shù)到其它的承載控制協(xié)議,是在補充協(xié)議中定義的。   

網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議

  控制服務器為了能在分層網(wǎng)絡中控制遠端的MGW,使用了網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議(G CP ) 。GCP可以用來控制承載的建立,控制MGW中的資源,如回聲抑制器、編解碼器、語音通知機等。IETF與 IT U - T 合作開發(fā)可GCP協(xié)議,ITUT將GCP稱之為 H.248 ,而IETF稱之為媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議(M EGAGO ) 。需要指出的是盡管兩個標準化體各自給了GCP協(xié)議不同的名字——— H.248 和 RFC3015 ,它們的內(nèi)容是完全一樣的,在本文中的GCP僅討論 H.2 48 協(xié)議。

  H.2 48 是工作在主從模式,控制服務器(M GC ) 為主,MGW是從。MGC通過命令啟動在承載網(wǎng)絡中的一個連接,請求在承載的路徑上加入一些設備,如錄音通知機等。MGW執(zhí)行MGC的命令,通常會回復執(zhí)行的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)可在最大范圍內(nèi)降低傳輸技術(shù)改變時對網(wǎng)絡的影響。到目前為止, H.2 48 已經(jīng)有兩個版本。在V2版本中,增加了對GCP在SCTP上傳輸?shù)囊?guī)范部分。 H.2 48 定義了連接模型。連接模型中有終端、流、以及上下文。終端是出/入分組網(wǎng)絡的媒體流的連接,它允許信號應用到媒體流上,如發(fā)送忙音,也允許從媒體流中接受發(fā)生的事件,如收到DTMF信號。上下文則是將終端上媒體流混合和橋接在一起,描述了媒體流之間的關(guān)系。在呼叫建立過程中,GCP協(xié)議通過命令建立終端,描述終端的屬性,控制在MGW中的資源。   

信令的傳輸

  現(xiàn)在網(wǎng)絡中的SS7信令的下3層采用的是MTP,而BICC和GCP定義了多種傳輸技術(shù)。在BICC的規(guī)范中定義了BICC使用信令傳輸轉(zhuǎn)換器(S TC ) 層來傳輸信令消息。 Q.2 150.0 描述了通用的STC業(yè)務,不同的STC業(yè)務在 Q.2 150. X 中被定義,目前已有以下規(guī)范: IT U - T Q.2 150.1 (2001),用于MTP3和 MTP3 B 的信令傳輸轉(zhuǎn)換器; IT U - T Q.2 150.2 (2 001),用于 SSCOP 和 SSCOPM CE 的信令傳輸轉(zhuǎn)換器; IT U - T Q.2 150.3 (2 001),用于 SCTP.的信令傳輸轉(zhuǎn)換器。由此看出,BICC可以利用現(xiàn)有的STM、ATM和IP來傳輸。

  H.2 48 也定義了幾種傳輸技術(shù),在 H.2 48 附件I中,定義了用ATM作為傳輸;在附件H中,定義了使用SCTP傳輸。上面是根據(jù)BICC和GCP規(guī)范的定義列出的協(xié)議棧,在3GPP相關(guān)規(guī)范中,為BICC和GCP在UMTS網(wǎng)絡中使用時,除上面所述的協(xié)議棧,還同時定義了M3UA為適配層。在實際的產(chǎn)品實施時,可能會有不同的選擇,尤其是信令的適配層,有可能因為這個原因造成互通存在問題。由于現(xiàn)有的分組網(wǎng)絡多為ATM和IP,在使用ATM或IP作為3G骨干網(wǎng)的問題上會有不同的考慮。

 文章來源:通信產(chǎn)業(yè)報-賽迪網(wǎng)
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