3G标准篇.docx
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3G标准篇
3G标准篇
一. 3G标准篇
1. 什么是第三代移动通信系统
答复:
第三代移动通信系统IMT2000,是国际电信联盟(ITU)在1985年提出的,当时称为陆地移动系统(FPLMTS)。
1996年正式更名为IMT2000。
与现有的第二代移动通信系统相比,其主要特点可以概括为:
● 全球普及和全球无缝漫游
● 具有支持多媒体业务的能力,特别是支持Internet的能力
● 便于过渡和演进
● 高频谱利用率
● 能够传送高达2Mbit/s的高质量图象
2. IMT-2000标准组织简要介绍
答复:
3G标准组织主要由3GPP、3GPP2组成,以CDMA码分多址技术为核心。
国际上目前最具代表性的第三代移动通信技术标准有三种,它们分别是CDMA2000,WCDMA和TD-SCDMA,其中,CDMA2000和WCDMA属于FDD方式,TD-SCDMA属于TDD方式,系统的上、下行工作于同一频率。
1. 3GPP协议版本的发展路线
答复:
3GPP协议版本分为R99/R4/R5/R6等多个阶段,其中R99协议于2000年3月冻结功能,R4协议于2001年3月冻结功能。
R99、R4目前已经成熟商用,R5、R6协议还在进一步完善过程中。
1. 3GPP各个版本的主要特点是什么
答复:
R99是目前最成熟的一个版本,目前国外已经商用。
它的核心网继承了传统的电路语音交换。
R4的电路域实现了承载和控制的分离,引入了移动软交换概念及相应的协议,如BICC、H.248,使之可以采用TrFO等新技术以节约传输带宽并提高通信质量。
此外,R4还正式在无线接入网系统中引入了TD-SCDMA。
R5版本在空中接口上引入了HSDPA技术,使传输速率大大提高到约10Mbps。
同时IMS域的引入则极大增强了移动通信系统的多媒体能力;智能网协议则升级到了CAMEL4。
在R6版本中,将会实现WLAN与3G系统的融合,并加入了多媒体广播与多播业务。
2. 3GPPR99和R4版本的主要区别
答复:
1)R4与R99版本在核心网电路域的区别
R4在核心网电路域在网络架构上发生了革命性变化,引入了承载控制分离的软交换架构。
在承载类型上,支持在IP/ATM分组网络上承载话音,当然也支持TDM上承载话音。
在信令承载方面引入了SIGTRAN技术,支持承载在IP上的宽带七号信令网。
R4核心网电路域新增功能为:
● 控制与承载分离的软交换架构,引进媒体网络控制协议H.248
● 新的呼叫控制协议,如BICC
● 宽带七号信令承载SIGTRAN
● 支持多种承载技术:
TDM/ATM/IP
● TrFO功能,以节约TC资源和提高语音质量
● 网络互连互通等等
2)R4与R99版本在核心网分组域的区别
R4在核心网分组域网络结构没有大的改动,主要是做了一些业务和功能的增强,详细情况见下表:
R4增强特性
简要描述
LCS业务增强
支持延迟定位:
MM增强
在连接态下,保证数据传输的无损
流程的修改
PDP激活、二次激活流程的修改
RNC发起的RAB修改流程
另外,在R4阶段PS域的Gs、Gr、Gd、Ge接口也可选SIGTRAN信令替代R99阶段的传统基于TDM承载SS7,从而为实现PS域全IP组网奠定了基础。
3)R4与R99版本在接入网的区别
● 协议上有所完善;
● 标准中引入TD-SCDMA相关规范;
● 引入动态AMR的TrFO;
● 更高精度的定位业务;
3. 3GPPR4版本为什么使用BICC协议而不是SIP-T?
答复:
BICC是BearerIndependentCallControl的缩写,称为与承载无关的呼叫控制。
BICC直接面向电话业务的应用提出,是在ISUP基础上发展起来的。
在语音业务支持方面比较成熟,能够支持ISDN业务集,如语音业务、补充业务等。
3GPP采用了BICC协议制定第三代移动通信网络的标准,成为R4版本Nc接口信令协议。
其可以承载于ATM和IP之上。
BICC与ISUP其中一个主要的不同之处是:
增加了APM(应用传送)消息和APP参数。
BICC通过APP参数传送封装应用信息;另外通过APM消息在呼叫的过程中实现编解码协商。
由于BICC由ISUP演进而来的,因此从操作维护的角度看,建立BICC网络和建立ISUP网络没有过多的区别。
为了控制承载网,网管系统经过更新可以重用。
已经具备运营ISUP网络的技术人员也能够操作BICC的网络。
SIP-T的标准化由IETF组织完成,已经有相应的RFC协议。
SIP-T就是将SIP和ISUP消息封装到隧道的新的协议结构。
SIP用于会话识别,ISUP用于呼叫控制。
SIP消息中的SDP部分描述了承载的属性,例如RTP端口和编码方式等。
ISUP消息中的路由标记和电路识别码被剥离,因此只有ISUP消息类型和ISUP参数才会显示。
在SIP-T中传输时采用MIME编码。
ISUP的某些维护功能例如封锁和电路重启等不再支持。
SIP中的信令相关性比BICC中的更为动态。
信令联系建立在呼叫基础上,更为灵活。
但是同时削弱了运营商对网络的控制和对网络行为的理解。
另外,SIP-T在支持智能网和与H.248的互通方面也存在问题。
总之,BICC是一个成熟的标准协议,不同设备制造商之间实现互通极为简单,就象两个不同设备制造商的交换机用ISUP互通一样。
而采用SIP-T互通会有一些问题。
从体系架构看,SIP-T更为复杂。
4. 在R4中使用的扩展的H.248与H.248有什么不同?
答复:
扩展的H.248使用在MSCServer与MGW间。
一般以ITU定义的H.248.1作为基准,其后包括ITU自身在内的标准组织所定义的相关规范都可看作是H.248的扩展。
H.248主要通过Package(包)来进行扩展,R4在Mc接口上并不是简单的H.248扩展,而是对H.248既有精简又有扩展,主要如下:
精简了H.248中一些无线系统中不会使用的标准包;增加了BICC包;增加了UMTS包。
8. 3GPPR99和R4核心网电路域差异
1)R99和R4在网络结构差异
如图所示,R99电路域核心网主要设备为GMSC/MSC/VLR,MSC/VLR和RNC之间用ATM相连接,设备之间通过ATM信令来交互,媒体流使用AAL2承载的AMR编码。
MSC和GMSC,GMSC和PSTN以及MSC和传统的2GBSS设备相联等均使用TDM连接,设备之间通过TDM承载的窄带NO7信令交互,媒体流使用G.711格式的PCM编码。
R4电路域核心网设备在网络实体上分为MSCServer和MGW,在MSCServer和MGW之间通过H.248协议进行网关控制;在MSCServer/GMSCServer之间增加了BICC协议来控制局间的媒体流。
控制和承载分离是R4网络的主要特色,它的好处是MSCServer和MGW在技术上可以分别向两个不同的方向发展,可以在需要时分别对其容量进行扩充。
2)R99和R4在承载网的差异
在R99的组网中,GMSC和MSC之间或者MSC之间只能是TDM承载,从RNC上来的媒体流到了MSC以后进行编解码操作转换成G.711的PCM编码;而到了R4的组网中,GMSC-MGW和MSC-MGW以及MSC-MGW和MSC-MGW之间的承载方式除了原有的TDM方式以外,还新增加了IP承载和ATM承载两种方式。
媒体流在IP上的分组复用极大地节约了传送带宽,可以建立起端到端地连接,使得传统长途电话的概念象因特网一样在逐渐消失。
3)R99和R4在信令网的差异
R99核心网电路域的信令网除了和RNC交互是ATM信令以外,同其它如PSTN/GMSC/HLR/SCP等实体交互都是在TDM上承载的窄带NO7信令。
R4核心网电路域的信令网除了可以继续支持传统的TDM上承载NO7信令以外,还可以支持在IP上承载的NO7信令。
可以把传统窄带NO7信令在SG(信令网关,也可以内置在MSCServer或者MGW上)设备上汇聚以后在接入到MSCServer设备上,从而解决了窄带NO7信令浪费传输(特别是长途传输)和带宽不足的问题。
窄带NO7信令目前普遍使用的是64K,2M也在逐步投入运用,而IP上承载的NO7信令只需要一个接口(如FE口)接入到MSCServer设备就可以把带宽提高到100M,这使得信令传送技术有了一个质的提高。
在IP上承载的NO7信令在R4中主要是采用的M3UA/SCTP/IP协议。
4)R99和R4在组网模式上的差异
R99和R4的最大差别是承载和控制分离,原有的MSC实体被分离为MSCServer和MGW两个实体。
控制和承载的分离使得组网模式发生了很大的变化。
由于在R99的组网中MSC之间的传输是TDM话路,如果把MSC集中设置必然会造成传输的长途迂回,从而增加运营商的成本;因此在规划网络的时候一般都采取把MSC设置到每个本地网(也有少部分经济不发达地区1个MSC管理多个本地网)的方式,MSC之间直接互联或者在省会或中心城市来设置一级或者二级汇结局来疏通MSC之间的话务。
而在R4的组网中,由于控制和承载分离并且MSCServer和MGW之间只是IP上承载的信令(其他PSTN等窄带信令可以通过SG转换到IP上承载),占用的带宽非常少,使得MSCServer和MGW之间可以经济地拉远放置,因此在R4的规划过程中,完全可以考虑将MSCServer只设置在省会或者中心城市,在经济不发达地区可以只设置MGW来和PSTN以及RNC互通。
由于MSCServer较为复杂并且负责有关业务逻辑、呼叫控制、计费等与业务相关地部分,因此MSCServer的集中设置一方面有利于系统软件升级和新业务普及,另外一方面运营商也可以考虑只需要在中心机房配备维护人员,节约维护运营成本。
设置在每个本地网的MGW也可以根据原有本地网的机房情况灵活配置,如设置在和PSTN同址的机房,从而节省传输资源,降低成本,还可以起到容灾的作用。
另外一方面适当地集中配置部分共享资源(如放音资源等)到某个MGW,也可以减少相关资源配置更新的维护工作量,加快新业务的响应速度。
MSCServer的集中设置需要MSCServer设备在功能上支持管理多个本地网,容量要足够大。
因此这就带来网络安全性的问题,如R99的组网模式下,一个MSCServer出现故障仅仅影响一个本地网,而在R4的组网模式下,一个MSCServer的故障可能会造成很大的影响。
针对这个问题,部分设备厂商都提出了DUALHOMING(双归属)的解决方案,即让一个MGW可以在故障的时候注册到另外一个MSCServer上。
R4的控制和承载分离也影响了汇接网的组网模式。
传统的R99组网模式一般为多级组网方式,端到端之间的话路需要多级转接。
而在R4的组网中,由于媒体流可以在IP上承载,使得承载可以看作是一个平面上交互;只要相关信令通过MSCServer或者TMSCServer协商完成,就可以建立起端到端到承载。
5)R99和R4在业务功能上的差异
R99到R4在功能上差别比较小,主要是引入了TrFO功能。
由于话音编码器对话音编码是有损压缩,每经过一次编解码会降低话音质量,因此减少语音解码次数可以改善语音质量。
同时减少语音解码次数还可以减少话音的传输时延和节省网络设备功率。
另外,相对R99,R4在业务上对MMS、LCS等也进一步地完善和明确规范。
6)R99和R4在设备开发的差异
在3G的网路建设中,由于业务个性化多样化和开放的业务平台将产生越来越多的业务,因此对设备提出了更高处理能力需求;而R4的分离式建设和组网使得设备越来越集中设置,提出了大容量建设的需求。
所以R4的核心网电路域设备必须满足大容量,高处理能力的需求。
同时由于在R4阶段核心网络分组化,使信令传输和内部交换带宽得到了质的提高;控制和承载分离和网络构件化,使得各个业务实体分工明确并且可以分别针对不同的技术方向发展。
因此相对R99的核心网电路域设备,R4核心网电路域设备一般具有更高的集成度、更大的容量和更强的处理能力。
9. 承载与控制分离的结构有什么好处?
答复:
承载与控制分离的结构是指控制面的信令和用户面的承载分别由独立的网元,Server和MGW来负责,Server通过H.248控制MGW,3GR4的核心网电路域采用的就是这种结构。
承载与控制分离的结构给组网带来的最大变化就是:
Server和MGW可以分开放置。
通常Server集中在省会和区域中心,而MGW可以按最佳的话务吸收点进行设置。
这种组网方式带来的好处有:
升级方便,便于新业务的开展。
业务的处理逻辑主要在Server上,因此开展新业务时,一般只需要Server升级,而Server容量大,网元少且集中设置,升级的工作量相对少,从而加快了新业务的开展。
因为移动网的服务要求能全程全网提供,所以这个优点对新业务的开展很有意义。
Server的集中管理,便于提高运维的效率。
业务的处理,计费,信令的监控等主要集中在Server上,维护人员主要配置在Server的所在地,从而提高了运维的效率。
组网灵活性增强,MGW可按最佳的话务吸收点设置。
采用承载控制合一的设备组网时,在非用户密集地区,为了实现广覆盖,往往需要将MSC下放到各小本地网,网元数多,网络结构较复杂。
如果采用大容量的MSC负责多个本地网的业务处理又会导致大量本地话务长途迂回的问题,这样就出现了广覆盖、大容量与路由迂回间的矛盾,且采用承载控制合一的设备无法解决这个矛盾。
R4阶段,因Server和MGW可分离设置,Server大容量,集中设置在省会和区域中心,而MGW按照最佳话务吸收点设置在各本地网,可以和RNC共址,解决以上所提的问题,网络结构更优化。
10. 3GPPR4相对于R99的优势
答复:
相对于传统电路交换网络,软交换网络可以实现更简单的目标网络结构,主要是从节约运营成本、易于维护和保护投资三方面为运营商带来利益。
1)简单的目标网络结构
● 简单清晰的网络结构
软交换架构的核心网采用IP承载方式可以实现无级组网,无需建设汇接网。
在承载网方面,IP承载网节点与TDM汇接网节点相比,节点容量大大增加。
TDM的终局容量一般在2000-4000E1左右,交换容量在4-8G左右;而目前主流高性能IP路由器的交换容量已经可以达到40-80G,部分厂家IP路由器的交换容量可以达到数百G。
大容量的交换节点可以使网络结构更加清晰,节点之间的连接大大减少。
● 简单灵活的路由方式
较之于传统的电话网络,在软交换网络中没有了传统的汇接局之间固定的中继接口和局间中继群的操作维护的概念,取而代之的是“虚拟中继”概念:
话路不再是预先设置好而是根据需要在数据网络上动态建立的。
这一改变大大降低了设备成本和与之相应的操作维护成本,以及网络的总带宽需求量。
2)可快速提供新业务
采用IP承载技术的软交换网络,最大的特点是承载与控制的相分离,这一特征应用于实际的组网就是MSCSERVER的集中设置和MGW的分散设置相结合。
我们知道,很多业务的推行往往需要全网的业务控制功能实体的升级,在GSM时代,MSC是业务控制的实体,分布于各本地网,数量很大,升级工程困难,导致业务推出周期长。
采用R4组网时,MSCSERVER是业务控制的功能实体,容量大,局点少,集中设置,升级很方便,这在3G建设初期,新业务不断涌现的情况下尤为重要,便于帮助运营商尽快推出3G特色新业务,在未来业务竞争中赢得优势。
在2G时代,控制和承载合一,集于MSC一身。
在话路量少的地区,往往不设置MSC,通过将BSS接入到临近地区的MSC来提供移动业务,这样本地区的移动、固定间的呼叫就存在话路迂回的问题。
采用R4组网时,在话务量少的地区仅仅设置一个MGW与当地PSTN互通和接入RAN,MSCSERVER远程控制MGW,就可以很好的解决话路迂回的问题。
3)降低建网成本和运营成本
● IP承载技术的软交换网络容量利用率高
基于TDM连接的传统汇接网络各网元之间网状网相连,造成各个网元两两之间局向的N平方问题,随着网络节点的增加,各个局向的中继利用率很低;采用IP承载技术的软交换网络中的MGW通过千兆以太网口或STM-1接口连接至分组骨干传输网,组成一个平面网络,由骨干网本身进行用户层话务的路由、连接,不必象传统CS网络那样需要规划和配置各个局向的电路,大大提高了话务的收敛比和端口的利用率,从而有效的提高了网络利用率、减少了网络建设容量、节省了传输,有利于降低建网成本。
● 减少局点数目,降低配套设施成本
由于控制层与用户层的分离,在网络的组织方面,处于控制层面的MSCserver可采用集中部署的方式,如只在大区城市设置,可以更有效地利用控制资源,减少网络中的闲置容量,从而大幅度减少局点数量。
MSCServer的容量可达100万用户以上,大容量的网元具有集成度高,耗电量低,占地面积小等特点,自然就减少了网元数目和局点数目,从而降低了配套设施的成本。
● IP承载技术带来的传输成本的节约和运营维护成本的降低;
IP传输建设和维护成本远低于TDM交换成本。
对于分组传输骨干网络,MSCServer系统还可以通过AMR(AdaptiveMulti-Rate)达到节省传输的目的。
AMR使用12.2K的语音编码,而不是象基于TDM连接的传统网络,无论语音编码的实际带宽多少总要占用多达64kb/s的一个时隙,从而极大地节省了传输。
而核心分组交换网络具有规划简单、易于维护的特点,也将大大降低网络的整体运营维护成本。
● 语音、数据和多媒体等可以共用同一分组骨干网
软交换系统支持IP/ATM传输网,未来可以与分组核心网共用同一个IP/ATM骨干网,从而使运营商不必运营和管理两个独立的传输网络。
4)对网络的维护变得更容易及更有效
传统的交换网络是基于2MbpsTDM的固定连接,需要根据话务量模型,规划骨干网络带宽,存在两两节点之间的N平方问题,配置工作量很大。
一旦网络中的某个节点即使只需要少量的扩容或数据修改,往往就会引起波及网络其它部分甚至整个网络的连锁反应,网络规模越大情况就越严重。
采用IP承载技术的软交换网络中的MGW可以通过千兆以太网口或STM-1接口灵活地连接至分组骨干传输网,使它的安装、开通、配置和扩容等网络操作比传统的交换网元简单易行、对网络影响小,同时减少运营商的规划工作量,网络可按需边规划边建设,缩短了网络扩容所需时间,可以更好地根据网络的实际情况和需要决定安装的数量和地点,使得网络维护工作量大大下降。
5)易于向下一代网络演进
● 具备全业务提供潜力
为运营商部署软交换网络主要不是源于技术驱动,而是市场驱动。
中国电信目前的业务收入主要来自于传统的话音业务。
而软交换网络做为可以同时支持移动和固定业务的融合网络,具有潜在的提供丰富业务的能力,可以为将来的基于分组网络的固定语音、宽带多媒体和新的增值业务提供坚实的网络基础。
● 长远的投资保护
采用软交换方案可使运营商以最快的速度,及时地向3G网络和全IP网络迈进。
运营商用于软交换网络的投资可充分地用于3G网络和全IP网络,保护了运营商的长远投资。
当网络发展到R5/R6和全IP阶段,软交换网络的所有网元都可以得到利用,同时无需改变网络的体系结构。
建设3GR5网络时,MSCServer系统仍然会在网络中存在相当长的时间,也可以平滑升级成为MGCF功能实体,MGW功能不变或平滑升级成为综合媒体网关。
所以软交换系统可以确保平滑的网络演进,向未来3GPPR5/R6全IP核心网迈出了第一步。
11. R4版本基本体系结构
答复:
1) R43G网络的基本网元设备包括:
a) 移动终端和用户识别模块(SIM/USIM卡)。
b) 收发信基站(Node-B):
为一个小区服务的无线收发信设备。
c) 无线网络控制器(RNC):
具有对一个或多个Node-B进行控制以及相应呼叫控制的功能。
d) 移动业务软交换中心服务器(MSCserver):
提供呼叫控制和移动性管理功能。
终结用户-网络信令,处理移动用户的业务数据和CAMEL相关数据,同时具有智能网的SSP节点功能。
e) 拜访位置寄存器(VLR):
MSCserver为所管辖区域中MS的呼叫接续,所需检索信息的数据库。
VLR存储与呼叫处理有关的一些数据,例如用户的号码,所处位置区的识别,向用户提供的服务等参数。
中国移动3G网络中MSCserver与VLR设备合设。
f) 媒体网关设备(MGW:
支持媒体转换,提供承载控制和有效载荷处理能力。
g) 关口局服务器GMSC(GMSCserver):
3G核心网络电路域子系统通过关口局GMSC(GMSCserver)实现与其他运营商多种网络的互通,包括PSTN、ISDN、PLMN和PSPDN。
h) 归属位置寄存器(HLR):
管理部门用于移动用户管理的数据库。
每个移动用户都应在其归属位置寄存器注册登记。
HLR主要存储两类信息,有关用户的参数和有关用户目前所处位置的信息。
i) 设备识别寄存器(EIR):
存储有关移动台设备参数的数据库。
主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。
中国移动3G网络暂不包括本设备。
j) 鉴权中心(AUC):
为认证移动用户的身份和产生相应鉴权参数的功能实体。
中国移动3G网络中HLR设备与AUC设备合设。
k) 服务GPRS支持节点(SGSN):
该功能实体提供移动性管理、安全管理功能和网络接入控制功能。
l) 网关GPRS支持节点(GGSN):
该功能实体提供和外部分组交换网络的互通、网络屏蔽和分组路由功能。
m) 边界网关(BG):
该功能实体提供和其它运营者的分组网络的互通功能。
BG应具有基本的安全功能,此外还可以根据运营商之间的漫游协定增加相关功能。
a) 3G系统的无线子系统
RNC以及相应的Node-B组成了无线网络子系统(RNS)。
RNS是在一定的无线覆盖区中,与移动终端进行通信,并接入到软交换移动业务器(MSCserver)和业务GPRS支持节点(SGSN)。
2) 3G系统的电路域网络
RNS与MSCserver、MGW、VLR、GMSCserver、HLR、AUC功能实体组成为3G电路域网络(3GCS域网络)。
3) 3G系统的分组域网络
RNS与SGSN、GGSN、HLR、AUC功能实体组成为3G分组域网络(3GPS域网络)。
3GCS域网络和PS域网络共用RNS和HLR/AUC功能实体。
12. 3GPPR5版本为什么要引入IMS域
答复:
IMS的主要特点是使用SIP协议和它的接入无关性。
基于SIP协议的IMS域,为在3G网络上运行的IP业务提供了一个统一的会话管理机制。
现在的IP网络,基本上每一种应用都需要使用一套独特的会话信令协议。
相比之下SIP协议为大部分的IP业务提供了一套简化了的统一会话控制机制,这将有助于在移动网络开展不同的应用业务。
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