7．2．5　WCDMA核心网标准及规范

WCDM A核心网是按照R99—R4—R5—R6—A LL　IP的路线演进的，总的来说，演进的思路就是分层、分离、宽带、IP。这里将详细介绍R99、R4、R5、R6版本的核心网。

1．R99版本核心网

R99版本冻结时间为2000年3月，在R99网络结构设计中继承了GSM／GPRS核心网络结构。其基本的网络结构如图7－8所示。

图7－8　R99网络结构图

R99核心网络分为CS域和PS域。CS域以原有的GSM网络为基础，PS域以原有的GPRS网络为基础。

CS域用于向用户提供电路型业务的连接，实现方式包括TDM方式和A T M方式。它包括MSC／VLR、GMSC等交换实体以及用于与其他网络互通的IWF实体等。

PS域用于向用户提供分组型业务的连接，实现方式为IP包分组方式。它包括SGSN、GGSN以及与其他PL MN互连的BG等网络实体。

（1）CS域主要功能实体

①共用功能实体

归属位置寄存器（Home Location Register，HLR）：是一个负责管理移动用户的数据库系统。H LR所存储的用户信息分为两类：一类是一些永久性的信息，例如，用户类别、业务限制、电信业务、承载业务、补充业务、用户的国际移动用户识别码（IMSI）以及用户的保密参数等；另一类是有关用户当前位置的临时性信息，例如，移动用户漫游号（MSRN）等，用于建立至移动台的呼叫路由。存储在H LR的数据由授权维护人员设置。

鉴权中心（Authentication Center，A UC）：是认证移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实体。A UC对任何试图入网的用户进行身份认证，只有合法用户才能接入网中并得到服务。每个AUC只和对应的一个H LR相关联。

设备识别寄存器（Equipment Identity Register，EIR）：目前中国没有用到该设备。该设备存储着系统中移动设备的国际移动设备识别码（IMEI）。EIR实现对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台使用。

②CS域特有实体

移动业务交换中心（Mobile－services Switching Centre，MSC）：完成电路型呼叫所有的功能，MSC作为一个交换机，完成在一个MSC区域内所有的移动终端的电路型业务接续交换和信令的转接，并提供计费信息。与固网交换机不同的是，MSC还要完成位置管理功能和移动性管理功能。

关口移动业务交换中心（Gateway　MSC，GMSC）：作为系统与其他公用通信网之间的接口，同时还具有查询位置信息的功能。运营商具体决定哪些MSC作为GMSC。

拜访位置寄存器（Visitor Location Register，VLR）：是一个动态数据库，存储进入该MSC区域内已经登记用户的相关信息，为移动用户提供呼叫接续的漫游号码。在实现中通常都将MSC和VLR合为一体。

互操作功能（Interworking Function，IWF）：提供PL M N和固定网络（ISDN、PSTN与PDN）互联互通的功能，用于将PL M N的信令和协议转换成固定网络的信令和协议。通常和MSC合为一体。

（2）CS域主要接口

R99核心网CS域依然是基于GSM　MAP和TDM承载的网络，其主要接口协议如表7－1所示。

表7－1　R99 CS域主要接口

（3）PS域功能实体

R99分组域网络结构设计中继承了GSM／GPRS的核心网结构，其基本结构如图7－9所示。PS域特有的实体包括：SGSN、GGSN等。

图7－9　分组域逻辑结构图

SGSN（Serving GPRS Support Node）保存和追寻每一个移动台之间的位置信息，同时执行安全功能和接入控制。SGSN完成GPRS所有功能，并作为一个桥接器，完成在一个SGSN区域内所有MS的数据业务通道建立和信令控制，并提供计费信息。SGSN提供如下功能：

·移动性管理（Mobility Management）；

·计费（Charging）；

·分组路由和传送功能。

GGSN（Gateway GPRS Support Node）提供与外部互联网和包交换网络的接口，并通过PS的IP　PL MN骨干网与SGSN相连，作为每一个MS发起的PPP连接的终结点，相当于MS对外连接的网关，可以提供计费信息。GGSN提供如下功能：

·分组路由和传送功能；

·负责管理和回收IP地址池；

（4）PS域主要接口

R99中PS域是基于IP承载的网络，其主要接口协议如表7－2所示。

表7－2　PS域主要接口协议

2．R4版本核心网

（1）R4网络的主要特点

·R4电路域实现呼叫控制与承载层相分离，话音、信令分组化。

·采用NGN的相关协议，各实体之间提供标准化的接口。

·纳入TD－SCDM A无线空中接口技术。

·使用TFO、Tr FO技术，明显改善语音质量。

TFO通过带内信令建立免编码器的连接，Tr FO通过带外信令建立免编码器的连接。TFO和Tr FO可以提高话音质量。MGW的A MR编解码器提供A MR和PCM码流之间的转换，由于编码器对话音编码是有损压缩，每经过一次编解码就会降低话音质量。采用TFO／Tr FO技术，A MR码流承载在IP之上，直接在两个MGW透明传输，减少编解码的次数，同时也减少了话音的传输时延，从而提高了话音质量。

另外，TFO和TrFO可以节约成本，提高传输效率。R4核心网电路域直接采用IP组网，MGW之间透明传输A MR码流，只有当MGW介于R4核心网和PSTN或其他TDM网络之间时，需要提供A MR编解码单元。因此可以根据具体组网情况选择MGW是否需要提供A MR编解码单元，从而节省设备成本，另外经过压缩的A MR语音可以节省传输资源。

R4网络结构如图7－10所示，和R99相比，PS域无变化，CS域的MSC基本上被分成MSC服务器（MSC Server）和媒体网关（Media Gateway，MGW）两个部分。

其中MSC服务器包含着一个标准MSC的移动性管理和呼叫控制逻辑电路。交换矩阵（Switching　Matrix）不是被包含在MSC服务器中的，而是被包含在媒体网关（MGW）中。这个MGW受MSC服务器的控制，并可以被放置在远离MSC的位置处。电路交换呼叫控制信令存在于RNC和MSC服务器之间。电路交换呼叫的媒体路径则存在于RNC和MGW之间。

图7－10　R4网络结构

（2）新增功能实体

MSC服务器（MSC　Server）：主要由MSC的呼叫控制和移动控制组成，负责完成呼叫控制、移动性管理、用户业务数据和CA MEL相关数据的管理（V LR功能）等信令处理功能。

电路交换媒体网关（CS－MGW）：是PSTN／PL M N的传输终结点，并且通过Iu接口连接核心网和U TRAN。CS－MGW可以是从电路交换网络来的承载通道的终结点，也可以是分组网来的媒体流的终结点。CS－MGW主要功能如下：

·与MSC服务器和GMSC服务器相连，进行资源控制；

·拥有并使用回音消除器等资源；

·可具有多媒体数字信号编解码器。

GMSC服务器（GMSC　Server）：主要由GMSC的呼叫控制和移动控制组成，负责完成PSTN／PLMN的呼叫处理和信令转换功能。

信令网关功能（SGW）：网络必须利用媒体网关（Media　Gateway）与传统网络进行接口，同时网络也必须与标准SS7网络接口，这个接口是通过使用一个SS7网关（SS7 GW，SS7 Gateway）来实现的。SGW在基于No．7信令的R4之前的网络和基于IP传输信令的R99之后的网络之间完成传输层信令的双向转换（Sigtran SCTP／IP对No．7 M TP），通常与MSC　Server合设。

（3）主要接口协议

R4主要接口协议如表7－3所示，CS域接口增加了Mc、Nc、Nb，并且接口之间的协议可以基于IP方式。

表7－3　R4核心网CS域的接口

（G）MSCserver与MGW之间的Mc接口（媒体控制接口）：支持多种呼叫模式、多种媒体的灵活的连接处理。使用IETF　M EGACO（即H．248）协议。

MSCserver与（G）MSC　Server之间的Nc接口（呼叫控制接口）：完成局间的呼叫控制。使用基于ISUP的BICC呼叫控制协议。

MGW之间的Nb接口（网络承载接口）：完成承载方式的控制和用户信息（语音、数据、图像、多媒体）的传送，完成不同媒体帧格式之间的转换。可以使用RTP／UDP／IP或AAL2／ATM协议。

在MSC服务器或（GMSC服务器）与媒体网关之间采用的控制协议是IT U的H．248协议。这个协议是由ITU和因特网工程特别任务组（Iinternet Engineering Task force，IETF）共同发展的。它有时还被称为媒体网关控制协议（Media　Gateway　Control，MEGACO）。

MSC服务器和GMSC服务器之间的呼叫控制协议可以是任何一种合适的呼叫控制协议。3GPP建议使用承载独立呼叫控制协议（Bearer　Independent　Call　Contro1，BICC），但3GPP对这种协议的使用未作强制规定。这种BICC协议是基于IT U－T建议Q．1902的。

3．R5版本核心网

UM TS发展演化的下一步将是一种全IP多媒体网络体系结构的引入，R5网络结构如图7－11所示。

在从用户终端到最终目的地的所有路径上，话音和数据自始至终都是以同一方式进行处理的。这种体系结构可以被认为是话音和数据的最终统一化。图7－11中，话音和数据不再需要相互独立的两个接口，而是由同一个Iu接口来传送所有的媒体。这个Iu接口在核心网内部中止于SGSN，而不再需要独立的媒体网关。

图7－11　R5网络结构

还能在图中发现一些新的网络部件，主要是：呼叫状态控制功能（Call State Control Function，CSCF）、多媒体资源功能（Multimedia　Resource Function，MRF）、媒体网关控制功能（Multimedia Gateway Control　Function，MGCF）、传输信令网关（Transport Signaling Gateway，T－SGW）、漫游信令网关（Roaming Signaling Gateway，R－SGW）等。

所有IP体系结构的一个重要特征是用户设备（UE）的性能将大为提升。用户设备内将放置重要的逻辑电路。用户设备实际上将支持会话发起协议（Session　Initiation　Protocol，SIP），用户设备具有比以前更强的业务控制能力。

SGSN和GGSN是经过对GPRS和U M TS协议R99以及R4中所使用的相同节点进行了增强后得到的。它们在增强前后的区别在于：这些节点在增强后不仅能支持数据业务，还能支持传统上应属于电路交换的业务（如话音业务）。因此在SGSN和GGSN中，或者至少是在直接与SGSN及GGSN相连的路由器中，必须支持合适的服务质量（Quality of Service，QoS）功能。

MGW受到一个媒体网关控制功能（MGCF）的控制。这些实体间的控制协议是IT U－T H．248协议。MGCF同时还可以与CSCF进行通信。这个接口选择的协议是“会话发起协议（SIP）”。

3GPP协议第5版的全IP体系结构是对现有的R99以及R4的增强（提升）。这种增强在实际上是增加了核心网内一个新的域——“IP多媒体域（IM domain）”。这个新的域使得话音和数据从手机话筒开始一直能够自始至终通过IP进行传送。

（1）R5核心网络的特色

R5核心网络有以下特色：

·A LL　IP网络的出现，不但在核心网络实现IP，在无线接入部分也引入IP。

·使用IPv6协议作为基本的IP承载协议。

·为适应IP多媒体业务的出现，新增IMS子域。引入大量新的功能实体。

·可连接多种无线接入技术（U TRAN、EGRAN）。

·智能业务的控制更加灵活，CA MEL4完成。

（2）IMS网络模型

归属用户服务器（Home Subscriber Server，HSS）：H LR的功能是存储用户的标识、业务数据、位置数据等信息。HSS和H LR在功能上是等价的，HSS功能在H LR的基础上功能更加强大、支持更多的接口，可以处理更多的用户信息。HSS的功能包括IP多媒体功能、PS域必须的H LR功能、CS域必须的H LR功能等。它们两者的区别在于，与HSS的接口采用的是像IP这样的基于分组的传输方式，而H LR则倾向于使用基于No．7信令系统的标准接口形式。

状态控制功能（Call State Control　Function，CSCF）：对来自以及发往用户装置的多媒体会话（Multimedia Session）的建立、保持和释放进行管理，其中包括了像翻译和路由选择这样的功能。

网关控制功能（Media Gateway Control Function，MGCF）：对一个特定网络而言，媒体网关控制功能是PSTN／PL MN网络的终结点。

多媒体资源功能（Multimedia Resource Function，MRF）：提供多方呼叫和多媒体会议功能。它与H．323网络中的多点控制单元（MCU）的功能相同。在多方／多媒体会议中，与GGSN和MGW共同负责承载业务控制。可以与CSCF进行通信，对多方／多媒体会话进行业务认证（validation）。

传送信令网关（Transport Signalling Gateway，T－SGW）：是PSTN／PL MN网络的终结点，包括以下功能，即在IP层上对来自PST N／PL M N的与呼叫有关的信令进行映射，然后将它发送给MGCF；或者接收来自于MGCF的与呼叫有关的信令，然后在IP层上对其进行映射，再将它发送给PST N／PL M N，提供PSTN／PL MN与IP传输层之间的地址映射。

（3）相关接口

R5在R99、R4基础上，由于引入IMS的概念带来了接口上的变化。IP多媒体子系统提供相关接口有Mj、Mk、Mm、Mg、Mc、Mw、Mr、Cx等。

Cx接口：HSS与CSCF之间的接口，支持CSCF和HSS之间的信息传输。

Gm接口：CSCF与UE之间的接口，UE通过该接口与CSCF联系，通过该接口实现在CSCF登记、呼叫始发与终接、补充业务控制等。

Mc接口：MGCF与IM－MGW之间的接口，完全遵从H．248标准，支持不同呼叫模型的灵活连接处理；MGW物理节点资源的动态共享，一个物理的MGW可以分割成多个分离的逻辑MGW；根据H．248协议实现在MGW控制的承载和管理资源之间动态的传输资源共享；支持移动特定的功能，如SRNS重定位／切换等。

Mg接口：MGCF与CSCF之间的接口，基于外部网络定制，如SIP。

Mm接口：CSCF和IP网络之间的IP接口，该接口用于从另一个VoIP呼叫控制服务器或终端接收呼叫请求。

Mr接口：CSCF与MRFC之间的接口，用于S－CSCF和MRFC的交互，接口协议使用SIP。

Mp接口：MRFC与MRFP之间的接口，MRFC通过Mp接口控制MRF提供的媒体流资源，该接口的特征完全遵从H．248标准，是一个开放的接口。

Mw接口：CSCF与CSCF之间的接口，通过该接口，询问CSCF和服务CSCF之间交互信息。

Mi接口：CSCF与BGCF之间的接口，通过该接口，服务CSCF前转会话到BGCF以达到与PSTN交换的功能。基于SIP协议。

Mj接口：BGCF与MGCF之间的接口，该接口允许BGCF前转相关信令到MGCF以完成PSTN网络的交互。基于SIP协议。

Mk接口：BGCF与BGCF之间的接口，该接口允许BGCF前转相关信令到另外一个BGCF。基于SIP协议。

4．R6版本的核心网

到了R6版本阶段，网络架构方面已没有太大变更，主要是增加了一些新的功能特性，以及对已有功能特性的增强。目前，R6版本还在制订过程中，实际的最终冻结时间尚未确定。