CS网元系统的结构.docx
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CS网元系统的结构.docx
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CS网元系统的结构
CS网元系统结构
员工初级培训教材
中兴通讯股份有限公司
CS网元系统结构(2006-R1.0)
学习目标:
●了解ZXWNMSCS、MGW系统工作原理
●了解ZXWNMSCS、MGW硬件总体结构
●了解ZXWNMSCS、MGW软件件总体结构
●掌握ZXWNMSCS、MGW系统组网配置
策划移动南京用服部
编著吴拥军
审核吴拥军
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第一章MSCServer系统工作原理
知识点
本节介绍MSCServer系统工作原理。
介绍系统硬件结构及特点。
介绍系统软件结构、层次及特点。
介绍MSCSERVER的几种组网方式和典型的系统配置。
介绍模块及单板的结构;详细介绍逻辑模块CLKG、MNIC、UIM、MPX86、SPB的功能、原理和结构。
描述电缆的功能、两端连接位置、走线及信号特性。
一.1系统工作原理
MSCServer(简称MSCS)是CN系统的核心,是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体,也是移动通信系统与PSTN、ISDN、PSPDN等电路交换网络之间的接口。
它可完成网络接口、公共信道系统和计费等功能,还可完成RNS和CN之间的七号和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。
另外,为了建立至移动台的呼叫路由,每个MSCS还能完成关口MSCS(GMSCS)的功能。
MSCS还具有VLR(拜访位置寄存器)的功能和对智能呼叫完成SSP(业务交换点)的功能,并具有设计模块化、系统可靠性强、信令接口标准化等优点。
VLR是一个数据库,是MSCS为了处理所管辖区域中MS的来话、去话呼叫所需检索的信息,如用户的号码、所处位置区域的识别、向用户提供的服务等参数。
SSP是智能网络业务交换点,提供识别CAMELOSS业务呼叫请求处理的手段,并与MSCS呼叫处理以及呼叫业务逻辑交互动作,按要求修改呼叫/连接处理功能,在业务控制点SCP的控制下处理智能业务的请求。
MSCS的工作原里如图1.11所示。
从图中可以看出,MSCS主要由各种信令接口板和MP池组成,接口板功能主要是同各信令网络对接,SPB板用于接入到NO.7信令网,APB板用于接入到ATM信令网,IPI板用于接入到SIGTRAN信令网;MP池用于处理上层信令和业务。
SPB板提供E1/T1接口,并处理MTP2信令,将MTP3信令包通过FE接口转发给信令MP处理,通过SPB提供的接口,MSCS可以实现同BSC的对接,同HLR、STP、SCP、其他的MSCS和SC的对接。
APBE板提供STM-1接口,负责处理ATM适配,AAL5-SAR,SSCOP,SSCF等宽带NO7下层信令,将MTP3b信令包通过FE接口转发给信令MP处理。
通过APB板提供的接口,MSCS可以实现同RNC和MGW的对接(当采用ATM作为信令承载时)。
IPI板提供FE接口,负责处理SIGTRAN底层信令接口:
IP包转发,将从IP网络中收到的SCTP包转发给信令MP处理。
通过IPI板,MSCS可以实现同MGW、其他的MSCS和SG等设备的对接,IPI板采用网络处理器做IP包的处理,可以达到线速。
同时IPI板收到路由包后,要将路由包转发给RPU,由RPU维护路由表。
图1.11MSCS系统工作原理图
CLKG板是时钟板,提供2级加强钟,CLKG板能够从BITS或SPB板获取锁定时钟信号,同时向SPB板、APB板、IPI提供8kHz/s的时钟参考信号,保证整个设备的时钟与外部网络同步。
MP池包括各种MP板,物理上都是同一种单板,逻辑上可以分为OMMP、业务MP和信令MP,分别具有不同的功能。
信令MP需要处理各种接口过来的信令:
窄带NO.7信令:
MTP3、SCCP、TCAP、TUP、ISUP;
宽带NO.7信令:
MTP3B、B-SCCP;
A口接入信令:
BSSAP;
Iu口接入信令:
RANAP;
BICC信令;
H.248信令;
SIGTRAN信令:
SCTP、M3UA、M2UA、STC等。
信令MP从信令接口板收到信令包后,根据信令协议栈,一层层进行相应处理,最终送到应用层信令或业务MP。
业务MP处理各种应用层信令:
移动性管理信令、呼叫处理信令、SMS处理信令、MAP信令、CAP信令,并具有计费、呼叫观察、统计等功能。
当业务MP需要发送信令时,将信令包传送给信令MP,信令MP再根据信令协议栈,一层层向下转发,最终通过各信令接口板转发到其他网元。
RPU负责维护整个网元的路由表,当各IPI接口板收到路由包时,转发给RPU处理,RPU实时刷新自己的路由表,并根据路由表构建转发表,并将转发表同步给各IPI板。
OMMP是OMMServer的维护代理,保存设备的配置信息、版本文件等,并且是各单板设备同OMMServer的信息通道,传送各种告警信息、统计信息等。
OMMServer是整个系统的维护中心,OMMClient是维护系统的客户端,采用Client/Server架构,OMMServer保存了整个设备的配置数据,具有网络配置、告警管理、性能统计、信令跟踪、业务观察等各种维护功能。
OMMServer同时提供NEF功能,通过Q3或CORBA接口同上级网管系统对接。
为了保证系统计费的可靠性,系统提供一个JFServer,主要功能是收集各业务MP和信令MP产生的CDR,并通过FTP或FTAM接口将CDR传送到计费中心去。
USI板是计费信息接口板,各MP通过USI板将CDR传送给JFServer。
各接口板、MP、USI板都通过一个高速Switch连接起来,保证相互间的信息传递。
MSCS是一个分布式处理平台,具有非常强大的扩容能力。
各MP和接口板都是通过Switch连接起来的,因此整个系统的最大容量是受限于Switch的端口数,Switch是一个28+2的FE交换机,一个Switch最多可以提供28个端口,当端口数不够时,可以通过一个46+2的FESwtich级联最多11个28+2的FESwitch(每个下级FESwtich通过4个FETrunking同上级FESwitch级联),形成一个3级交换网,最多提供11×28=308个FE接口,足够大量的MP板和接口板使用。
一.2硬件总体结构
MSCS物理上主要由宽窄带信令接入单板、信令链路层处理单板、高层信令处理MP、业务处理MP(含前台分布式数据库)及后台商用数据库(ORACLE、SQLServer)构成。
MSCS承担原MSC的呼叫控制和移动性管理功能,疏通本控制域MS呼叫始呼和终结的各种事务:
呼叫事务、SMS事务、LCS事务等等,MSCS通常同VLR在一起,保存本控制域内MS的用户数据。
在CS-MGW应用中,MSCS控制呼叫状态中的保持媒体信道的部分。
GMSCS用于疏通移动用户同PSTN网络或其他运营商网络间的话务。
(G)MSCS的接口有多个,但基本接入方式为ATM、IP和E1三种,实际组网时可根据情况灵活采用一种、二种或三种。
在硬件实现MSCS时,用到的机框主要是控制框BCTC。
而为满足特定的组网需求,也可能用到资源接入框BUSN。
MSCS结构框图如图1.21所示。
对于MSCS系统,主要分成3类单元:
接口单元、交换单元和处理单元。
接口单元主要实现系统对外的各种接口,同时完成L2的协议处理。
接口单元一般分为L1物理接口和与之相关的L2协议处理;
处理单元的功能是完成上层协议的处理;
交换单元的功能是接口单元和处理单元连接在一起,同时实现多个机框之间的互连。
综合考虑系统的需求,MSCS对外应该能够提供如下接口:
1.ATM接口:
物理上可以采用E1/IMA或者STM-1光口接入;
2.IP接口:
物理上采用百兆/千兆以太网接入;
3.SS7接口:
物理上采用E1/SDH接入在逻辑接口板上完成L2的协议处理,高层的协议采用高性能的主处理板(MPB)实现。
图1.21MSCServer系统硬件框图
一.3软件总体结构
MSCS软件系统主要9个子系统构成:
BSP驱动子系统、操作系统子系统、系统控制子系统、数据库子系统、承载子系统、微码子系统、信令子系统、业务子系统和网管子系统,这些软件子系统之间的相互关系示意如图1.31所示。
图1.31ZXWNMSCS软件结构
各软件子系统概述及其相互关系描述如下:
1.BSP子系统
BSP子系统对整个系统的硬件进行自举和驱动,具体来讲有三方面的功能:
Boot、CPU最小系统、硬件设备驱动。
为了使操作系统以上的软件子系统独立于硬件,BSP能够:
(1)对上层软件模块屏蔽硬件设备操作细节,对硬件功能进行抽象,仅向其他软件模块提供硬件设备的逻辑功能层面;
(2)向上层软件子系统,主要是实时操作系统提供统一的、经过封装的函数接口,屏蔽对上层软件不必要的参数。
(3)能够支持对硬件单板进行在线测试、离线测试,并提供必须的接口。
2.操作系统子系统
操作系统工作于BSP子系统之上、所有其它子系统以下,对用户进程屏蔽所有的设备驱动接口,并提供基于单处理机的进程调度、定时器、内存管理、文件系统、基于多处理机的进程间通信等方面的服务。
3.数据库子系统
数据库子系统工作于操作系统之上,负责管理ZXWNMSCS网元的物理资源,并管理业务、信令、协议的配置信息,同时向其它子系统提供数据库访问接口。
数据库为关系数据库,分为前台数据库、后台数据库两部分。
4.承载子系统
承载子系统工作于操作系统和DataBase子系统之上,向业务子系统、信令子系统、OAM和网管子系统提供ATM、IP、TDM等方面的承载服务。
它一方面管理网元对外的IP、ATM接口,为网元之间的IP报文、ATM信元通信提供服务,另一方面,在数据库配置数据的基础上管理内部用户面通信的接口,为网元内部各单板之间的用户面IP报文通信提供服务。
5.微码子系统
微码子系统作为承载子系统的延伸,实现的功能与承载子系统相同。
微码子系统工作在网络处理器的微引擎上,不依赖于操作系统。
它向承载子系统提供接口。
6.信令子系统
信令子系统工作于操作系统、DataBase子系统和承载子系统之上,实现窄带No.7信令、宽带No.7信令、承载与呼叫控制无关控制信令(BICC)、IP信令(SIGTRAN)、网关控制信令(H.248),向业务处理子系统提供服务。
对于宽带、窄带No.7信令的链路层协议,MTP2、SSCOP、SSCF在信令接口板上处理,MTP3以上部分在信令处理板处理。
信令处理板支持1+1主备功能,信令的链路层实现链路级负荷分担,当系统容量大时,支持多对信令处理板负荷分担。
窄带No.7信令支持64kbps、2Mbps、n×64kbps信令链路。
支持不同信令网上的多信令点功能。
7.系统控制子系统
系统控制子系统工作于操作系统和DataBase子系统之上,负责对整个系统的监控、启动、版本下载等。
核心处理板,如MP板、交换网板,必须支持1+1主备,1+1主备的处理板通过专用的主备通道而不是控制面通道来传递主备信息。
系统控制提供监测进程执行时间的功能。
8.业务子系统
业务处理子系统实现MSCServer网元提供的各种业务及VLR功能,是整个MSCSServer网元的核心,它工作于操作系统、数据库子系统、承载子系统、信令子系统之上。
业务移动用户的基本交换模块:
完成移动用户寻呼接入、RAB指配、呼叫接续、话务量控制和GMSC等功能,并提供面向固定网(PSTN,ISDN和PSPDN)的呼叫接续功能;移动性管理和安全性管理模块:
完成移动用户位置区登记和合法性检验;重定位处理模块:
完成移动用户在呼叫过程中发生位置区变更时的业务处理;补充业务模块:
用于补充业务的登记、删除、激活、去活、询问、口令的增加与获取等;短消息处理模块:
完成短消息的发送和接收处理;完成信息交互,实现MAP的各种业务,其中会从DB模块查询获得用户的有关信息,并将用户的最新数据通知给DB模块进行更改;移动智能业务模块实现CAMEL功能将MSCServer升级为SSP,主要包括以下几部分功能gsmCCF模块、gsmSSF模块、gsmSRF、smsCCF模块。
9.网管子系统
网管子系统工作于所有子系统之上,操作维护人员通过网管子系统对网络中运行的设备进行配置、分析、计费、诊断测试工作,并可获得设备的告警、统计数据。
网管子系统分为前台模块、服务器模块、客户端模块、计费模块四部分。
前台部分,驻留在各个被管理的网元上,和操作维护服务器进行提供网元操作信息的交互。
包括告警信息的收集上报,告警信息的同步,人机命令的执行,诊断命令的执行,配置管理数据的处理,性能统计数据的采集,各种业务、信令的信息采集等。
前台程序通过以太网口和网管服务器进行通讯,响应服务器发送过来的各种指令,并回馈结果。
服务器模块是操作维护子系统的核心,解析执行客户端发送来的各种操作指令,处理执行后,发送往前台,把前台的各种反馈结果发送给客户端。
实现网络的管理功能、网络的代理功能、网元集中和适配功能、上级网管接入功能、FTP服务器功能等,是实现性能管理、配置管理、告警管理、网络诊断、本地维护功能的网管功能中心。
满足网管的级联、集中控制、反向操作等。
客户端模块是操作维护子系统的用户接口,为客户端提供直观的接口,集中操作控制各种维护网元的接口,形成各种操作命令,发送往服务器。
计费管理模块:
计费管理模块实现话单的采集和传送。
计费管理模块按功能可分为前台计费原始话单收集及传送、计费原始话单采集处理及备份和计费话单的传送三个部分。
对于MSCServer来说,它本身并不能完成计费功能,而是提供准确和详细的计费数据。
一.4系统组网配置
一.4.1组网方式
一.4.1.1作为VMSC/GMSCSever组网
MSC网元按照控制和承载分离的原则,分离为MSCS和MGW两个网元,MSCS负责完成业务和呼叫的控制功能,MGW负责承载控制功能。
MSCS可以作为VMSCServer,用于接入移动用户。
MSCS也可以作为GMSCServer,作为与其它网络互通的网元,例如与PSTN互通。
相应的MGW也可以作为MGW、GMGW使用。
作为VMSC/GMSCServer的组网模型如图1.41所示:
图1.41VMSC/GMSCSERVER的典型组网
MSCS作为VMSCServer时,与以下网元存在接口:
1.与UTRAN/BSS的Iu/A口,用于提供移动用户接入的功能。
VMSCServer与UTRAN的接口为Iu口,底层承载为AAL5/ATM,走业务和呼叫相关的控制信令。
VMSCServer与BSS的接口为A口,底层承载为TDM,走业务和呼叫相关的控制信令。
2.与IW/GMSC+SC之间的MAP接口,底层承载基于TDM,用于发送和接收短消息相关信令。
3.与HLR之间的MAP接口,底层承载基于TDM,用于获得终呼用户的路由信息。
4.与SCP之间的CAP接口,底层承载基于TDM,用于用户触发智能业务时,与SCP交互。
此时VMSCServer内置SSP功能。
5.与GMSCServer及其它VMSCServer之间的Nc口,底层承载可以基于TDM/ATM/IP,用于局间呼叫、固定呼叫移动用户和移动呼叫固定用户时,走半呼叫信令,在R4组网中,走BICC信令。
6.与MGW之间的Mc口,底层承载可以基于ATM/IP,用于走标准的H248信令。
一个MSCSERVER可以管理多个MGW。
MSCS作为GMSCServer时,与以下网元存在接口:
1.与IW/GMSC+SC之间的MAP接口,底层承载基于TDM,用于发送和接收短消息相关信令。
2.与HLR之间的MAP接口,底层承载基于TDM,用于获得终呼用户的路由信息。
3.与SCP之间的CAP接口,底层承载基于TDM,用于用户触发智能业务时,与SCP交互。
此时VMSCServer内置SSP功能。
4.与GMSCServer及其它VMSCServer之间的Nc口,底层承载可以基于TDM/ATM/IP,用于固定呼叫移动用户和移动呼叫固定用户时,走半呼叫信令,在R4组网中,走BICC信令。
5.与GMGW之间的Mc口,底层承载可以基于ATM/IP,用于走标准的H248信令。
6.与PSTN之间的Ai口,底层承载基于TDM,用于传送局间的TUP/ISUP信令。
一.4.1.2作为TMSCServer组网
MSCS可以作为TMSCServer参与组网,在大区组网中,TMSCServer可以汇接本地网中MSCS的信令,减少大区内MSCServer之间的信令流量,也可以转接大区间的信令路由。
作为TMSCServer的典型组网如图1.42所示:
图1.42TMSCServer的典型组网
MSCS作为TMSCServer时,与以下网元存在接口:
1.与大区内的MSCS间的Nc口,底层可以基于ATM/IP,用于汇接大区内MSCS间的信令流量,大区内没有直达信令的MSCS,可以通过TMSCServer将信令路由到被叫MSCS。
2.与其它大区的TMSCServer间的Nc口,底层可以基于ATM/IP,用于转接大区间的信令流量。
一.4.1.3大区组网方式
在R4组网中,单一MSCS设备纵向分离为基于控制面的MSCS及承载面MGW两个设备,MSCS仅负责移动网控制面的信令及业务处理,处理功能更加单一和集中化,这使得MSCS作为独立设备的容量与集成度相对承载控制合一的MSC有了质的提高,因此在移动组网规划中完全可能将MSCS的位置适当提高到地区或省局网的地位,由同一MSCS来控制分布在各本地网的多个小容量MGW,实现对各MGW关联的UTRAN接入网的接入控制。
对于3GR4,最明显的差别在于MSCS的容量及组网位置已超出了本地网的界限,并且MSCS已具备了跨地域管理或虚拟MSC的概念。
在R99中一个本地网存在一个或多个MSC网元,即MSC网元仅管理一个本地网的资源,而在R4中,由于MSCS处理能力的增加,初期组网时,一个MSCS可以管理多个本地网内的资源,如图1.43所示:
图1.43大区组网示意图
一.4.1.4容灾组网方式
大容量的MSCS在组网时的诸多优势,在大区组网方式已有介绍,但因此也带来一些问题,用户信息和业务控制的集中管理,使网络系统的可靠性受这些集中点的可靠性影响非常大,所以对于大容量的MSCS这种集中点,需要提高它们的可靠性,否则一个大容量的MSCS的瘫局,带来的影响是巨大的。
除了提高MSCS自身的可靠性外,也可以通过不同的组网方式,提高这些网元的可靠性。
如可以采用多个MSCS的负荷分担方式,即正常时这些网元同时工作,当一个网元异常时,由其它网元接手异常网元负责的业务。
也可以采用主备方式,即正常时,由主用网元负责业务处理,而备用网元不负责业务处理,当主用网元瘫局时,备用网元可以立即接手主用网元的业务,将损失减少到最少,建议采用1+1备份方式,备份时的数据同步可以采用热备份或温备份的方式。
对于GMSCServer,一般不需要备份,因为GMSCServer一般都是成对配置。
对于TMSCServer,情况相同。
对于VMSCServer来说,由于同VLR在一起,保存有用户相关数据,并且控制区内的RNC只同本VMSCServer通信,因此一旦故障后,会导致本VMSCServer控制区内的所有用户无法接收服务,影响很大。
我们说MSCS主备指的是VMSCServer的主备。
组网如图1.44所示:
图1.44VMSCSERVER1+1备份组网
图1.44中,VMSCServer1和VMSCServer2是1+1主备,因此各网元都同这两个VMSCServer有连接,对于SCCP信令,利用SCCP的子系统备份的方式实现主备的切换,即将VMSCServer2的SCCPSSN配置为VMSCServer1的SCCPSSN的备用SSN。
对于BICC话务和TUP、ISUP话务,可以利用路由备份的方式,将到VMSCServer2的中继电路配置为到VMSCServer1的备份路由。
一.4.2系统配置
MSCS可以具有多种组网方式,灵活配置,具有很高的灵活性。
下面分别介绍几种典型的系统配置。
一.4.2.1各单板的配置计算方法
参考3GCS用户的话务模型(参见附录)。
各单板的处理容量如下:
1.业务处理单元:
支持8万用户/MP;
2.信令处理单元:
支持6万用户/MP,或1万路中继/MP;
3.信令业务综合处理单元:
支持4万用户/MP;
4.SPB板:
支持32条64kbps/板;
(1)IPI板:
支持80Mbps信令流量/板;
(2)APB板:
支持2Mbps信令流量/板;
对于其他单板,可以根据上面各单板的数量,占用资源计算出来。
具体计算方法如下:
1.VMSC网元计算方法:
设支持的用户数为Nuser,各单板所需个数如表1.41:
表1.41各单板配置数量的计算方法
单板名称
计算方法
说明
业务处理单元
Ncmp=2×(Nuser/16万)注1
当Ncmp做GMSC时,Ncmp=2×(Nuser/25万)
信令处理单元
Nsmp=2×(Nuser/12万)注1
业务处理单元可以和信令处理单元合并,Nump=2×(Nuser/8万)
操作维护单元
Nomm=2注1
OMMP数量固定为一对
通用接口板
Nuim=机框数*2
每个机框固定一对UIM板
SPB板
Nspb=E1数/16;
SPB只在需要出E1接口时需要。
通常是由E1接口数量决定Nspb的数量。
但SPB数量最少为2块。
APB板
Napb1=Nuser/10万
Napb2=STM-1数量/2
APB板只在需要出ATM接口时需要。
实际数量取Napb1和Napb2的最大值,至少为2个。
IPI板
Nipi1=FE数/4;
Nipi2=流量数/80M
IPI板只在需要IP接口时需要。
实际数量取Nipi1和Nipi2的最大值,至少为2个。
通用服务器接口板
Nusi=2
固定为2个。
CLKG板
Nclkg=2
固定为2个。
USI板
Nusi=机框数
固定为1个。
路由处理单元
Nrpu=2注1,注2
RPU单元数量固定为一对
CHUB板
Nrpu=0或2
当机框数>=3时才需要CHUB板做各框的级联
注1:
2表示这个板是主备,每个MP板上有两个处理单元
注2:
RPU和OMMP共用一个MP。
一个处理单元做OMMP,另外一个处理单元做RPU。
一.4.2.2单机框典型配置
MSCS可以单框成局。
做VMSCServer时最大可以支持24万用户,如图1.45所示:
图1.45单机框典型配置
此配置采用业务处理单元和信令处理单元合一的方式,提供IP信令接口和NO.7信令接口。
如果做GMSCServer,配置不变,最多可以支持48万用户。
一.4.2.3单机架典型配置
单机架典型配置如图1.46所示:
图1.46单
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