核心网技术课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/11/30,#,2024/8/30,核心网技术交流,中兴通讯股份有限公司,移动产品事业部3,G,产品部,2023/9/6核心网技术交流中兴通讯股份有限公司,1,2024/8/30,WCDMA,核心网技术,第三代移动通信标准简介,WCDMA,核心网结构及协议,GSM,向,WCDMA,的演进,WCDMA,网络安全,WCDMA,与,GSM/GPRS,核心网比较,2023/9/6WCDMA核心网技术 第三代移动通信标准简,2,2024/8/30,1985年，提出,FPLMTS,概念，1996年更名为,IMT2000,1992,年，,WRC-92,为,IMT2000,在2,GHz,分配230,MHz,的带宽,1997年，在世界范围内征求,RTT,技术候选方案,1998年，已提交,RTT,技术候选方案的技术性能评估,1999年，确定,IMT-2000,的关键技术和参数、完成,IMT-2000,无线接口技术规范的建议,1999年11月，成立,ITU-R WP 8F,工作组，研究,IMT-2000,及后续系统的技术、频谱和推广等,IMT-2000,标准化发展历程,第三代移动通信标准简介,2023/9/61985年，提出FPLMTS概念，1996年,3,2024/8/30,IMT-2000,的,标准化分为核心网和无线接入网两部分；,ITU,最初的愿望：制定一个统一的无线接口标准，制定一个公共的网络标准。因种种原因，网络部分提出“家族概念”，基于现有的第二代两大网络，即,GSM MAP,和,IS-41,核心网。,无线接口部分,形成多个无线技术标准，在不断融合和演进中。,第三代移动通信标准简介,IMT-2000,标准化发展历程,2023/9/6IMT-2000的标准化分为核心网和无线接入,4,2024/8/30,10个地面,RTT,方案,第三代移动通信标准简介,2023/9/610个地面RTT方案第三代移动通信标准简介,5,2024/8/30,核心网（,CN）,无线接入网（,RAN）,2G,3G,GSM,IS-41,核心网,(,CDMA,网络),GSM,核心网,IS-95 CDMA,cdma2000-1x、3x,W-CDMA,无线接口后向兼容,核心网络后向兼容,新的无线接口,NNI,TD-CDMA/,TD-SCDMA,第三代移动通信标准简介,2023/9/6核心网（CN）无线接入网（RAN）,6,2024/8/30,ITU、3GPP、3GPP2,的关系,第三代移动通信标准简介,ITU,IMT-2000,3,GPP,3,GPP2,ETSI,SMG,ARIB,TTC,TTA,ITU-R,WP 8F,CWTS,T1P1,TIA,Europe,North America,Asia,ITU-T,WP 3/11、SG2、,SG13、SG16,2023/9/6ITU、3GPP、3GPP2的关系第三代移动,7,2024/8/30,制定,WCDMA,标准的 3,GPP,Standard,Organizations,i.e. ITU,Regional,Markets,Third,Generation,Partnership,Project,ARIB,Japan,Standards,ETSI,Europe,TTC,Japan,ANSI T1,USA,TTA,Korea,Specs,CWTS,China,Work,第三代移动通信标准简介,2023/9/6制定WCDMA标准的 3GPPStandar,8,2024/8/30,3,GPP,3,GPP2,ETSI,ARIB,TTC,TTA,CWTS,T1P1,TIA,ARIB,TTC,TTA,CWTS,第三代移动通信标准简介,2023/9/63GPP3GPP2ETSIARIBTTCTT,9,2024/8/30,WCDMA,核心网技术,第三代移动通信标准简介,WCDMA,核心网结构及协议,GSM,向,WCDMA,的演进,WCDMA,网络安全,WCDMA,与,GSM/GPRS,核心网比较,2023/9/6WCDMA核心网技术 第三代移动通信标准简,10,2024/8/30,网络结构相关协议,WCDMA,网络总体结构定义在3,GPP TS 23.002,中,（2001-06）,R993GPP TS 23.002 V3.4.0,R4 3GPP TS 23.002 V4.3.0,R53GPP TS 23.002 V5.3.0,WCDMA,核心网结构及协议,2023/9/6网络结构相关协议WCDMA 网络总体结构定义,11,2024/8/30,R99,的网络结构图,HLR,Gn,SGSN,GGSN,MSC/VLR,Gr,Gs,Node B,Iub,Iub,GMSC,IuCS,IuPS,Internet,PSTN/ISDN,C,D,Gi,信令数据,信令,UE,RNC,Iur,IuCS,IuPS,CN,RNS,Iub,RNC,Node B,Node B,BTS,BSC,A,Gb,Abis,Gc,2023/9/6R99的网络结构图HLRGnSGSNGGSN,12,2024/8/30,基于,ALL IP（R4）,网络结构,SGSN,RNC,BSC,MGW,IP over Anying,Backbone,MGW,HLR,GMSC Server,MSC Server,GGSN,Iu-PS,Iu-CS,Mc,Nc,D,C,Mc,Nb,Gb,A,Gr,Node,B,BTS,T-SGW,R-SGW,External,IP networks,Other PLMN,PSTN/ISDN,2,G NET,2023/9/6基于ALL IP（R4）网络结构SGSNRN,13,2024/8/30,MSC,MGW,MSC Server,主要包括,MSC,的,呼叫控制和移动控制部分,负责处理信令.,是,CN,和,UTRAN,在,Iu,口上的接口实体；对一定义网络来说，是,PSTN/PLMN,的传输终点；实体负责处理用户数据.,R99,MSC,的变化,R4/5.,2023/9/6MSCMGW MSC Server 主要包,14,2024/8/30,实体变化,连接3,G CN,与传统,PSTN/PLMN,的信令网关，用于转换与呼叫有关的信令，完成,IP,地址与,PSTN/PLMN,地址的映射转换,T-SGW,(,Transport Signaling Gateway Function),R-SGW,(,Roaming Signaling Gateway Function),完成2,G,与3,G,的电路/分组交换网之间的漫游信令的转换。即执行在传输级转换信令的工作,不处理,MAP,或,CAP,但必须处理,SCCP.,WCDMA,核心网结构及协议,2023/9/6实体变化连接3G CN与传统PSTN/PLM,15,2024/8/30,实体变化,Gr,(,MAP,based ),Gc,(,MAP,based ),Cx,(,IP based,interface),Mh,SGSN,Location,information,Subscription,information,HSS (HLR / UMS),.,WCDMA,核心网结构及协议,GGSN,R-SGW,CSCF,2023/9/6实体变化Gr(MAPbased )Gc(MA,16,2024/8/30,UE,Node B,(,LMU,Type B),HLR,Gateway,MLC,External,LCS client,Le,Lg,Lg,Lh,Gateway,MLC,Other PLMN,LMU,Type A,Uu,Iu,Iub,gsmSCF,Lc,CBC,Iu,BC,3,G-,SGSN,3,G-,MSC/VLR,RNC,Node B,(,LMU,Type B),Iur,Iub,SRNC,(,SMLC,functio-,nality),SMLC,SMLC,Lp,UMTS PLMN,的,LCS,配置,2023/9/6UENode B(LMUType B)HLR,17,2024/8/30,MSC,GMSC,HLR,C,D,VLR,B,gsmSCF,gsmSSF,gsmSSF,gsmSRF,用户数据,信令,CAMEL,实体的配置,gprsSSF,SGSN,Gr,2023/9/6MSCGMSCHLRCDVLRBgsmSCF,18,2024/8/30,CBS,实体的配置,UE,IuBC,BSS,Abis,BSC,BTS,BTS,RNS,Iub,RNC,Node B,Node B,CN,Note 1,CBC,2023/9/6CBS实体的配置UEIuBCBSSAbisB,19,2024/8/30,基于,ALL IP（R5）,网络结构,SGSN,RNC,BSC,MGW,IP over Anying,Backbone,MGW,HSS( HLR),GMSC,Server,MSC Server,GGSN,Iu-PS,Iu-CS,Mc,Nc,D,C,Mc,Nb,Gb,A,Gr,Node,B,BTS,T-SGW,R-SGW,PSTN/ISDN,2,G NET,Cx,IP Multimedia,Networks,CSCF,Iu-CS,Iu-PS,2023/9/6基于ALL IP（R5）网络结构SGSNRN,20,2024/8/30,IP Multimedia,Networks,Legacy mobile,signalling Networks,IM,子系统实体配置,IM Subsystem,CSCF,MGCF,HSS,Cx,MGW,T-SGW,R-SGW,PSTN,Mc,Mh,Mg,Mm,MRF,Mr,Gi,Gi,Gi,Gi,CSCF,Mw,Ms,(IP Multimedia),WCDMA,核心网结构及协议,2023/9/6IP MultimediaNetworksL,21,2024/8/30,CSCF（Call State Control Function）,CSCF,SPD (Serving Profile Database),逻辑功能组成,是全,IP,网络中的新概念，,作用类似与,MSC。,在全,IP,网络中完成呼叫接续与控制等，,通过与,HSS,交互，得到,配置信息.,AH(Address Handing),ICGW(Incoming call gateway),CCF (Call Control Function),WCDMA,核心网结构及协议,2023/9/6CSCF（Call State Contro,22,2024/8/30,RNS,RNC,RNS,RNC,核心网络(,CN),Node B,Node B,Node B,Node B,Iu,Iu,Iur,Iub,Iub,Iub,Iub,UE,Uu,Uu,UE,WCDMA,系统组成,2023/9/6RNS RNC RNS RNC 核心网络(C,23,2024/8/30,Iu,接口结构,WCDMA,核心网结构及协议,Core Network (CN),UTRAN,Node B,Node B,Node B,Node B,RNC,Iu Interface,“,Iu-BC”,“,Iu-CS”,BC Domain,CS Domain,PS Domain,“,Iu-PS”,RNC,2023/9/6Iu 接口结构WCDMA核心网结构及协议Co,24,2024/8/30,Physical Layer,ATM,Q.2150.1,Q.2630.1,RANAP,Iu UP Protocol,Layer,Transport,Network,Layer,Control Plane,User Plane,Control Plane,Radio,Network,Layer,SSCOP,AAL5,SSCOP,SSCF-NNI,AAL2,MTP3b,MTP3b,SCCP,SSCF-NNI,AAL5,User Plane,User Plane,Iu_CS,接口协议栈,WCDMA,核心网结构及协议,2023/9/6Physical LayerATMQ.215,25,2024/8/30,WCDMA,核心网结构及协议,CN,UTRAN,ATM,接口,Iu,接口底层承载,2023/9/6WCDMA核心网结构及协议CNUTRANAT,26,2024/8/30,ATM,信元长度较小，保证实时业务的短时延。,ATM,综合了电路交换（支持实时业务、数据透明传输、端到端）和分组交换（支持可变比特率、业务统计复用）的优点。,IP,技术,适合于实时性要求不高的业务，它无法克服自身延迟的缺点。,为什么引入,ATM,技术，而不是,IP,技术？,2023/9/6 ATM信元长度较小，保证实时业务的短时延。,27,2024/8/30,应用协议,数据流,ALCAP(s),物理层,信令承载,传输,用户,网络,平面,控制平面,用户平面,传输网络,控制平面,无线,网络层,Iu,接口协议模型,信令承载,数据承载,传输,网络层,传输,用户,网络,平面,WCDMA,核心网结构及协议,2023/9/6应用协议数据流ALCAP(s)物理层信令承载,28,2024/8/30,“层面分离”的思想是什么？,层：无线网络层,（RNL）,和传输网络层,（TNL）,面：控制面,Control Plane,和用户面,User Plane,2023/9/6“层面分离”的思想是什么？ 层：无线网络层（,29,2024/8/30,高层,ATM,层,I.361,物理层,用户面,控制面,管理面,面 管 理,高层,层 管 理,ATM,适配层,I.362/363,WCDMA,核心网结构及协议,ATM,网络协议参考模型,2023/9/6高层ATM 层 I.361物理层用户面,30,2024/8/30,Iu_CS,接口,协议栈,Physical Layer,ATM,Q.2150.1,Q.2630.1,RANAP,Iu UP Protocol,Layer,Transport,Network,Layer,Control Plane,User Plane,Control Plane,Radio,Network,Layer,SSCOP,AAL5,SSCOP,SSCF-NNI,AAL2,MTP3b,MTP3b,SCCP,SSCF-NNI,AAL5,User Plane,User Plane,AAL2,用于承载,CS,域,的用户平面,数据流。,AAL5,适,用于非实时,、,VBR,数据流。,2023/9/6Iu_CS 接口协议栈Physical La,31,2024/8/30,Iu-CS,接口协议栈,Physical Layer,ATM,Q.2150.1,Q.2630.1,RANAP,Iu UP Protocol,Layer,Transport,Network,Layer,Control Plane,User Plane,Control Plane,Radio,Network,Layer,SSCOP,AAL5,SSCOP,SSCF-NNI,AAL2,MTP3b,MTP3b,SCCP,SSCF-NNI,AAL5,User Plane,User Plane,2023/9/6Iu-CS接口协议栈Physical Lay,32,2024/8/30,RAB：Radio Access Bearer,UTRAN,UE,CN,Access Stratum,Non-Access Stratum,Radio,(,Uu),Iu,Iu UP,Radio,Iu UP,Transport,Layer,NAS Data,Streams,NAS Data,Streams,Radio,protocols,User plane,Data,Bearers,Protocols,User plane,Data,Bearers,Protocols,protocols,承载能力的描述,WCDMA,核心网结构及协议,2023/9/6RAB：Radio Access Beare,33,2024/8/30,RANAP,从消息传递方式上，,分面向连接和无连接型,在应答方式上，,分有响应、无响应和多响应,负责,Iu,接口,CN,和,RNC,之间的信令交互,封装和承载高层协议,RANAP,应用分析举例（1）,WCDMA,核心网结构及协议,2023/9/6RANAP从消息传递方式上，在应答方式上，负,34,2024/8/30,UTRAN,UTRAN,Core Network,Iu,After SRNS Relocation,UE,Core Network,Iur,UE,Before SRNS Relocation,Cells,Iu,SRNS,DRNS,RANAP,应用分析举例（2）,SRNS,RNS,WCDMA,核心网结构及协议,2023/9/6UTRANUTRANCore Network,35,2024/8/30,RANAP,应用分析举例（3）,SRNS Relocation and Routeing Area Update,Before,After,LA2, RA2,LA1, RA1,HLR/,AuC,old SGSN,GGSN,new SGSN,source SRNC,new MSC/VLR,old MSC/VLR,MS,target RNC,WCDMA,核心网结构及协议,Iur,2023/9/6RANAP应用分析举例（3） SRNS R,36,2024/8/30,由,UE,发起的到,PSTN,的呼叫的建立,WCDMA,核心网结构及协议,VLR,3G MSC,RNC,UE,PSTN,1,2,3,4,5,6,2023/9/6由UE发起的到PSTN的呼叫的建立WCDMA,37,2024/8/30,3,G-MSC/VLR,RNC,Node B,UE,AAL- 2,AMR,Iu UP,ATM,Time Slot,PCM,Iu-cs,ATM,AAL-2,UP FP,L1 RF,Physical Channels,L1 RF,Physical Channels,RLC,MAC,AMR,AAL- 2,Iu UP,ATM,AAL-2,RLC,MAC,UP FP,Uu,Iub,User data,PSTN,ISDN,3,GUTRAN3GMSCPSTN,的话音信息流向,WCDMA,核心网结构及协议,2023/9/63G-MSC/VLRRNCNode BUEA,38,2024/8/30,WCDMA,和,GSM,语音业务的区别,编码方式不一样,GSM,语音编码方案为,REPLTP（,规则脉冲激励长期预测）,编码速率为13,Kbps,WCDMA,语音编码方案为,AMR（,自适应可变速率编码），可提,供8种编码速率（,4.7512.2kbit/s）。,最重要的是3,G,可以根据网络资源的当前状况为用户分,配合适的带宽资源。,2023/9/6WCDMA和GSM语音业务的区别 编码方式不,39,2024/8/30,SSCF-NNI,SSCOP,AAL5,IP,SCTP,SCCP,SSCF-NNI,MTP3-B,M3UA,RANAP,Iu UP Protocol,Layer,Transport,Network,Layer,Physical Layer,Control Plane,User Plane,User Plane,Control Plane,Radio,Network,Layer,ATM,AAL5,IP,GTP-U,Physical Layer,ATM,User Plane,Iu_PS,协议结构,WCDMA,核心网结构及协议,UDP,2023/9/6SSCF-NNISSCOPAAL5IPSCT,40,2024/8/30,分组数据包传输过程,WCDMA,核心网结构及协议,Gn,子网,SGSN,GGSN,Firewall,Router,Gn,Gn,Gn,Gi,用户,IP,地址池,DNS,Internet,RNS,Iu-PS,2023/9/6分组数据包传输过程WCDMA核心网结构及协议,41,2024/8/30,数据在各层进行的处理,源,IP,地址是,GGSN,分配,给,PDP,上下文的,IP,目的,IP,地址是应用服务器的地址,源和目的,IP,地址是,RNC、,SGSN,和,GGSN,的,IP,WCDMA,核心网结构及协议,2023/9/6数据在各层进行的处理源IP地址是GGSN分配,42,2024/8/30,Iu UP Protocol,Layer,User Plane,User Plane,AAL5,IP,UDP,GTP-U,Iu UP Protocol,Layer,User Plane,AAL2,Q.2150.1,Q.2630.1,Control Plane,AAL5,SSCOP,SSCF-NNI,MTP3b,User Plane,建立连接,Physical Layer,ATM,Transport,Network,Layer,RANAP,Control Plane,Radio,Network,Layer,为什么,Iu-CS,和,Iu-PS,协议栈相比，,Iu-CS,在,TNL,上需要控制平面？,2023/9/6Iu UP ProtocolLayerUse,43,2024/8/30,Physical Layer,MTP,SCCP,BSSAP,MTP,SCCP,BSSOMAP,A,三种接口控制面的比较,Gb,GMM/SM,LLC,BSSGP,L1bis,Network,Service,L1,RRC,MAC,ATM,RANAP,AAL5,Relay,Uu,RLC,Signalling,Bearer,SCCP,ATM,AAL5,Iu-Ps,SCCP,Signaling,Bearer,RANAP,GMM,SM/SMS,3,G-SGSN,RNS,2,G-,SGSN,A,接口信令模型,R99 Iu-PS,从信令承载方式上的比较.,A/Gb/Iu,接口的比较(1),2023/9/6Physical LayerMTPSCCPB,44,2024/8/30,Iu-PS,ATM,UDP/IP,GTP,-,U,AAL5,L1,UDP/IP,GTP,-,U,L2,Relay,3,G-SGSN,Relay,GTP,-,U,SNDCP,LLC,BSSGP,L1bis,L2,L1,IP,Gb,Network,Service,UDP,2,G-SGSN,Iu-PS,和,Gb,接口用户面的比较,WCDMA,核心网结构及协议,2023/9/6Iu-PSATMUDP/IPGTP-UAAL,45,2024/8/30,WCDMA,核心网技术,第三代移动通信标准简介,WCDMA,核心网结构及协议,GSM,向,WCDMA,的演进,WCDMA,网络安全,WCDMA,与,GSM/GPRS,核心网比较,2023/9/6WCDMA核心网技术 第三代移动通信标准简,46,2024/8/30,Home,stratum/,Serving,Stratum,USIM,HE,Transport,stratum,ME,SN,AN,Application,stratum,User Application,Provider Application,(,IV),(,III),(,II),(,I),(,I),(,I),(,I),(,I),3,G,的安全结构,网络接入安全,用户域的安全,网络域安全,应用域的安全,2023/9/6Homestratum/ServingStr,47,2024/8/30,3,G,网络无线接入安全机制,UIC,HE,VLR,(,SGSN),UIC,SN,AKA,VLR,AKA,SN,USIM,AKA,USIM,UE,UIC,UE,DC,UE,DI,UE,RNC,DC,RNC,DI,RNC,HLR,AKA,VLR,AKA,HLR,EUIC,USIM,UIDN,EUIC,UIDN,EUIC,：,提供增强用户身份机密性的机制,（,optional）,。,UIC,：,提供用户身份机密性的传统机制。,AKA,：,认证和密钥协商机制。,DC,：,用户和信令数据加密。,DI,：,信令数据的数据完整性保护。,2023/9/63G网络无线接入安全机制UICHEVLR(S,48,2024/8/30,MS,SN/VLR,HE/HLR,Generate authentication,vectors AV(1.n),Store authentication,vectors,Select authentication vector AV(i),Authentication data,request,Authentication data response,AV(1.n),User authentication,request,RAND(i) | AUTN(i),User authentication response,RES(i),Compare RES(i) and XRES(i),Verify AUTN(i),Compute RES(i),Compute CK(i) and IK(i),Select CK(i) and IK(i),Authentication and,key establishment,Distribution of,authentication,vectors,from HE,to SN,AV=(RAND, X