2.2 WCDMA系统网络模型

爱卫生

3GPP技术规范具有不同的版本，而在这些不同的版本中，为了满足不同的业务要求，使用了不同的网络结构，在本节中将介绍各个不同的版本中定义的网络结构。

2.2.1 移动通信网的一般体系结构

移动通信网通常由接入网和核心网两部分组成，如图2-3所示。

接入网负责确保用户终端在空中接口的接入，以及空中接口资源的管理和控制。用户接入网络进行信令或者业务信息交互，都会使用空中接口的无线信道资源，用户终端使用的无线资源可以是公共的（例如在用户最初接入网络的时候必须使用小区内的公共信道资源），也可能是专用的（例如终端和网络之间进行的专用信令交互，或者需要进行专用业务信息传输的时候)。

接入网最重要的一个功能就是对系统的无线资源进行有效管理和控制，根据实际需要，对用户和系统的无线资源进行分配、释放或者重配置，这样核心网就无需关心无线资源管理的细节了。无线资源管理涉及很多方面，包括准入控制、切换控制、功率控制、负载控制、无线接入承载控制及信道切换等各个方面。

空中接口的安全性功能（信令完整性保护、空中接口的加密）也都在UE和接入网之间完成。在WCDMA中，接入网还完成一部分移动性管理功能。

核心网的主要功能是负责用户的移动性管理和呼叫控制功能，以及相应的交换功能，核心网另外还需要负责管理用户数据和移动性所需的数据库。UE与网络之间的鉴权过程也是由核心网负责完成的。

WCDMA系统的R99版本基本继承了GSM/GPRS系统的核心网结构,而GSM 网络核心网的呼叫控制协议设计时参考了ISDN的原理和接入协议，所以终端与核心网的呼叫控制（Call Control)协议可以看作ISUP在移动通信网中的映射。对呼叫控制功能而言，核心网部分一方面需要和外部网络互通，另一方面是和用 户终端间完成呼叫控制信令的交互。

作为与外部网络的接口，核心网的一个重要功能是移动性管理，例如，当外部网络根据用户请求对网内的用户进行呼叫时,核心网需要保证总能寻呼到用户。核心网中很多复杂的体系结构和信令流程都是围绕如何实现有效的移动性管理功能来设计的。在GSM网络中，接入网不负责任何移动性管理功能，但在WCDMA 系统中，有一部分移动性管理功能实际是放在接入网中完成的，例如在有RRC连接的CELL—PCH状态或URA一PCH状态，要求接入网总能在Cell级别或URA级别知道用户当前的位置，这实际上是移动性管理功能的一个增强和优化功能，可更加精确地获知用户的位置，以避免在对用户寻呼时过大范围地进行搜索，从而节省整个系统的无线资源。

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移动通信系统的空中接口的设计通常釆用三层结构，如果将这种协议分层结构与OSI的七层协议模型去进行对比，往往会产生一些令人困惑的问题。

移动通信系统的整个协议栈结构是严格按照分层的模型来进行设计的。在终端一侧，所有的协议栈都在同一个物理实体（移动台）上实现。而在网络侧，移动通信网则具有自己鲜明的特殊性。整个移动通信网可以看作一个庞大的分布式系统，其中核心网负责完成与移动台之间的高层信令的交互（如移动性管理层和呼叫控制层），在WCDMA中这种核心网与移动终端之间的协议层称为NAS层，即非接入层。接入网则终结与移动台之间的空中接口协议，空中接口又可以根据功能的不同分为3层，这3层分别用LI、L2、L3表示，如图2-4 所示。

蜂窝系统的频率复用解决了移动通信系统容量和覆盖的问题，同时也带来了移动通信网络系统的分布性和复杂性，从整个移动通信网的结构来看，空中接口的三层协议可以看作只是起到传输作用，而在移动通信网内部的各个网络实体之间，同样存在着复杂的协议栈，这种网络节点之间的协议栈一方面负责完成两个网络节点间的资源管理和中继传输功能，另一方面也服务于整个网络与用户终端之间的整个协议栈功能。

在WCDMA空中接口的三层协议中，层1 (L1)的功能也即物理层是在NodeB上实现的，物理层的功能是通过CDMA技术实现系统和用户的信令以及业务数据在空中接口上传输，物理层包含CDMA技术的所有数据处理过程，包括编码和解码、交织、扩频和解扩等。

层2 (L2)包含两个子层：RLC层负责数据在空中接口上对端的可靠性传输; MAC层则实现对媒体接入的控制，从而满足不同业务数据（或者信令）在空中接口上传输的QoS要求。层2另外还包含PDCP和BMC, PDCP用于在RLC之上完成IP报文的IP包头压缩，以提高空中接口传输IP报文的传输效率；BMC则负责小区广播业务的实现。
层3 (L3)的控制面为RRC协议层。RRC主要负责接入网中无线资源的管理，例如无线信道的配置、分配、修改和删除等操作。

RRC层也是整个接入网UTRAN的支配中心，它的功能就像整个接入网的大脑一样。WCDMA的规范非常严谨详细，但因为规范太多，读者为了弄清楚一个问题，往往要将很多的技术规范结合起来研究，才能弄清问题的答案，RRC(3GPP TS 25.331)作为整个接入系统的管理核心，可以作为开始学习WCDMA系统时的较好的切入点，因为很多的底层详细技术往往是围绕RRC层要实现的功能来设计的。

有关空中接口的详细描述，以及无线信道的划分和分类，可以参见本书物理层以及空中接口两章的内容。空中接口的三层协议栈结构如图2-5所示。

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爱卫生 发表于 2012-12-1 11:41
移动通信系统的空中接口的设计通常釆用三层结构，如果将这种协议分层结构与OSI的七层协议模型去进行对比，往 ...

WCDMA的网络是从GSM网络演进而来的。WCDMA的R99版本在核心网结构上继承了GSM核心网的结构，并且在非接入层上，使用与GSM基本相同的信令流程。

R99相对于GSM的不同在于使用了全新的空中接口技术，同时引入了一个全新的使用WCDMA技术的无线接入网（RAN)。在GSM中，无线接入网由BSC和BTS构成。WCDMA的R99无线接入网结构则由RNC和Node B构成，在接入网（UTRAN)中使用ATM技术作为底层传输技术。有关ATM在WCDMA中的应用可参见传输技术一章。

R99的核心网方面基于GSM,其网络结构如图2-6所示。R99在系统能力方面，除了支持GSM/GPRS提供的所有业务以外，还支持上下行速率为384kbit/s 的数据业务。对于语音业务，WCDMA使用可变速率的AMR语音编码，智能网规范提出了支持能力级CS2的CAMEL3，并提出了OSA的初步架构。另外，WCDMA的鉴权方式与GSM相比也有所改进。

1. R99核心网结构和功能

WCDMA的核心网釆用与GSM核心网相同的结构，其核心网的各个网络实体及其接口如图2-7所示。R99中核心网的主要网络实体的功能如下。

(1) MSC/VLR:通常MSC和VLR是在同一个物理网络实体上实现的。MSC是WCDMA核心网CS域的功能节点，它通过Iu-CS接口与UTRAN相连。对外，MSC通过GMSC与PSTN/ISDN等外部网络相连。

通常情况下，MSC就像整个网络呼叫控制的大脑，负责决定如何对它所控制下的UE进行呼叫控制过程的处理，同时还负责对UE进行移动性管理。另外，MSC/VLR还负责完成鉴权和加密等功能。如果呼叫相关的UE是一个智能网业务的签约用户，MSC通常将呼叫控制的控制权转交给负责智能网业务的SCP去处理，SCP与MSC之间通过CAMEL协议进行信令交互。例如，对于预付费用户的呼叫处理就是通过SCP来完成的。

MSC通过C/D接口与HLR/AUC相连；通过E接口与其他MSC/VLR、GMSC或SMC相连；通过L接口与SCP相连；通过Gs接口与SGSN相连。MSC与SGSN之间的Gs接口是可选的，一个设备制造商的产品既可以支持该接口，也可以不支持该接口。如果支持Gs接口，通常也就支持电路域和分组域的统一注册。

(2) GMSC：GMSC是WCDMA移动网CS域与外部网络之间的网关节点。它通过PSTN/ISDN接口与外部网络（PSTN、ISDN)或其他PLMN相连。GMSC通过C接口与HLR相连，通过CAP接口与SCP相连。GMSC的主要功能是充当移动网和固定网之间的移动网关，完成PSTN用户呼叫移动用户时呼入呼叫的路由功能。

(3)SGSN：执行移动性管理、安全管理、接入控制和路由选择等功能。SGSN 通过Iu_PS接口与UTRAN相连，通过Gn/Gp接口与GGSN相连，通过Gr接口与HLR/AUC相连，通过Gs接口与MSC/VLR相连，通过Ge接口与SCP相连。它还通过Gn/Gp接口与其他SGSN相连。

(4) GGSN：负责提供GPRS PLMN与外部分组数据网的接口，并提供必要的网间安全机制（如防火墙）。为了完成分组会话，UE需要与GGSN之间建立一条PDPContext，—个PDP就如同UE与外部网络之间的管道。

(5) 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网络的HLR中注册登记。HLR的主要功能是存放用户的签约信息、支持新业务及鉴权等功能。

(6) AuC；鉴权中心负责产生相应鉴权参数的功能实体。

2. R99接入网的结构和功能

WCDMAR99版本使用一个与GSM完全不同的接入网，该接入网由RNC和Node B构成，如图2-8所示。

一个RNC可以与多个Node B相连，一个Node B只可能与一个RNC相连，相应的那个与Node B相连的RNC就称作该Node B的CRNC。在不使用Iu-Flex的情况下，一个RNC只会分别通过Iu-CS和Iu-PS与一个核心网电路域的MSC 以及一个分组域的SGSN相连。

与GSM网络结构不同的是，两个RNC之间还可以使用Iur接口相连，Iur接口是一个逻辑功能接口，可以通过两个RNC在物理上相连接实现，也可以通过核心网路由实现。

在跨RNC的软切换中，一个呼叫可以同时与两个RNC相连接。例如，用户在通话过程中，不断移动，并且移动到了两个RNC控制的不同Node B的重叠覆盖区域，这时用户的话音数据依然只通过原来的RNC送达核心网，经过新RNC的数据会通过Iur接口送达原RNC。在这种呼叫模型中，针对这个呼叫，新RNC也称为DRNC(Drift RNC),原RNC 也称为SRNC(Serving RNC）。SRNC 和DRNC只是针对一个跨RNC软切换呼叫的一个逻辑概念，在物理上，一个RNC既可以是一个SRNC，也可以是一个DRNC。对于图2-8所示的呼叫而言，居左的RNC为DRNC，居右的RNC为SRNC。

在软切换的情况下，SRNC会同时与多个Node B之间收发数据，但是SRNC并不能将所有的数据拷贝都发送给核心网，SRNC需要通过帧选择功能挑选质量好的数据帧发送给核心网。

Node B主要负责物理层资源的管理，空中接口物理层的功能就是在Node B 上实现的，例如信道编码、交织、速率匹配、扩频等操作。另外Node B还负责处理与RNC之间的信令过程,在RNC看来，Node B就相当于一个物理层资源池, RNC可以通过对Node B的控制来实现对一个小区中公共物理信道资源的分配和修改。同样，RNC也可以通过控制Node B来给用户分配、修改、删除其需要的物理层资源。RNC通过NBAP信令来完成对Node B的控制。

—个NodeB中可以包含几个小区，例如，如果一个NodeB支持2个载频， 使用三扇区的天线结构，则Node B可以支持：3x2=6个小区。Node B同时负责其中每个小区的系统信息广播，运营商可以通过接入网的操作维护中心对一个特定小区中的系统广播信息进行配置，这些小区配置参数被送达RNC，RNC可以通过NBAP消息通知Node B更新对应小区的系统参数。

对于UE而言，NodeB还负责完成物理层的相关过程，例如，随机接入的接纳指示、专用物理信道的内环（快速）功率控制等。

Node B还负责向RNC发送需要的数据报告，以提供RNC在执行无线资源管理功能时所需的输入数据。

RNC是接入网的大脑，空中接口的层2、层3都是在RNC上实现的（对于HSDPA，MAC层被放在Node B上实现)。需要说明的是，尽管在UE—侧，同样有与RNC上相同的协议栈（RRC/RLC/MAC),但是无线资源的控制管理都是由RNC来实现的。
对于UE而言，与呼叫相关的准入控制、切换控制、信道分配和信令连接的建立等都是由RNC来统一实现的。RNC负责UE (通过Node B)与核心网之间信令和数据的转发，这种数据转发在RNC上是通过ATM交换来实现的。

RNC负责对NodeB进行控制，以实现对物理层资源的管理，同时，RNC也通过Iub用户面完成与Node B之间的数据传输。RNC还通过与其他RNC之间的Iur接口，实现Iur接口上的信令传输、软切换数据传输等功能。

RNC同时与核心网的CS域和PS域相连,RNC会从核心网接收NAS信令和用户数据，并将之转发给UE。在上行方向上，RNC同时将来自UE的NAS信令和数据发送到核心网相应的域。

RNC还负责处理来自核心网的寻呼消息，根据当时UE所处的RRC状态的不同，RNC可以向UE发送不同类型的寻呼消息。

RNC除了处理信令和数据传输之外，还会与接入网的操作维护中心（OMC) 相连，负责完成与操作维护中心的通信。NodeB的操作维护中心与NodeB之间的通信也是通过RNC来实现的。

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1.网络分层结构

在传统电信网络中，承载的控制、呼叫控制及业务功能往往是不分开的，由同一个网络设备提供，例如交换机。网络设备的某一个子功能的改进往往就会涉及其他部分的改动，这就为网络升级、功能的扩充带来了限制。

现在电信网络的发展趋势是对新业务的需求大大增加，尤其是将互联网上出 现的新兴业务有效地移植到无线网络中，被公认为是无线网络发展的长远趋势。而在原有电信网上，当增加、修改业务时，需要对设备进行升级改造才能实现，不仅业务提供速度慢，业务种类单调，而且可能影响其他业务。如何设计一个电信网络，使得它能够满足灵活开发新业务的需求，已成为运营商关注的焦点。

原有的电信网不能很好地满足新业务增长要求的根本原因在于原有电信网共有的封闭性，正因为这种封闭性，使得新业务的开发者必须熟悉电信网络内部复杂的信令和协议结构。相反，Internet以及TCP/IP之所以成功的根本原因也正是其网络具有开放性。显然，新的电信网络的设计结构应该是能够满足系统开放性 的要求，例如使业务开发者不必更新电信网内部复杂的信令和协议。

在技术层面，网络的IP化是满足这种网络开放性的一种有效途径，使用IP 可以有效地利用现在已有的基于IP的各种应用。同时，在网络结构方面，网络分层结构也是实现这种网络幵放性的一个必要条件。使用分层的网络结构，将网络的应用业务、控制功能及传输功能分离开来，可以有效地提高网络的可扩展性。

2. R4网络结构

WCDMA R99的结构中，分组域己经使用了基于IP的网络结构，电路域则依然沿用传统的电路交换技术。在WCDMAR4版本中，很重要的一个改进就是对核心网电路域网络结构的改变。

R4版本与R99版本比较，在无线接入网方面网络结构没有变化，只是在无线技术方面提出了一些改进来提高系统性能。例如增加了Node B的同步选项，有利于降低与TDD的干扰，并有利于网管的实施；规定了直放站的使用，扩大特定区域的覆盖；增加了无线接入承载的QoS协商，使得无线资源管理效率更高。在核心网方面，最大的变化在电路域，引入了软交换的概念，将呼叫控制和承载分开。

在R99系统中，MSC/GMSC同时负责完成呼叫控制和承载控制。在R4 中将MSC的这两个功能分离开来,其中使用MSC Server来完成呼叫控制功能，使用媒体网关（MGW)来完成对传输资源的控制。R4电路域网络结构如图2-9所示。

R4网络采用这种呼叫控制和承载控制相分离的方式向全IP的核心网结构迈出了重要的一步。显而易见，这种网络结构比R99版本的电路域核心网更加开放。

R4中核心网内部的呼叫控制协议使用BICC, BICC协议是在ISUP的基础之上加以修改和扩充得到的。

R4核心网的结构设计以及呼叫控制协议（BICC)的选择，是因为R4网络需要充分考虑与己有的TDM电路域网络的互联互通，它还并不是一个真正的全IP网络，在R5的IMS网络中，从网络结构和会话控制协议的选择上都能更好地实现与Internet的融合。

(1) MSC 服务器（MSC Server)

MSC Server主要包含GSM/WCDMAMSC中的呼叫控制和移动控制部分。它负责对由移动发起和移动终结的电路域的呼叫控制，接收用户/网络信令，并将它转换为网络/网络信令。此外，它还保存移动用户的业务数据和与CAMEL有关的数据，通过接口管理MGW中媒体通道的连接控制呼叫状态。

(2)网关 MSC 服务器（GMSC Server)

GMSC Server主要包含GSM/WCDMA的GMSC中的呼叫控制和移动控制部分。

(3)媒体网关功能（MGW)

对一个特定网络而言，MGW是PSTN/PLMN网络的传输终结点，通过Iu与UTRAN连接。MGW可以接收来自电路交换网的承载通道，也可以接收来自于分组网络的媒体流。在Iu接口上，MGW可以支持媒体转换、承载控制以及净荷处理，可以支持CS业务的不同的Iu接口类型（基于AAL2/ATM或基于RTP/UDP/IP)。 MSC Server/GMSC Server之间使用H.248协议作为媒体网关控制协议。各个(G) MSC Server之间则使用BICC协议。

3. TrFO ( Transcoder-Free Operation )

R4的另一个重要的特点就是TrFO的引入。使用TrFO技术的一个最终目的是节省带宽。一个典型的实例是网络中的手机到手机的通话，在通话过程中，双方都支持AMR编码的话音模式，按照通常的网络处理方式，需要将发端用户的编码后的AMR语音信息，在核心网的MSC处经过解码过程，变为64k的TDM话音信号后传输到收端用户的MSC处，重新经过AMR的话音编码发送到收端的用户处。这样做首先浪费了在核心网传输的带宽，其次还有可能降低话音的服务质量。一种更好的解决方案就是对于这种情况可以在核心网中先不进行解码的处理，而是将发端的编码语音信号直接发送到接收端，在接收端再直接解码。这也就是网络的TrFO的功能。对于移动台和PSTN用户终端之间的通话，语音编解码器可以放在移动网的网关处，由移动网网关来完成AMR话音与64kTDM话音信号的转换。使用TrFO可以节省网络带宽，而且语音编码器可以不设或者设于核心网与外部网络互联互通的媒体网关上。

建立TrFO (Transcoder Free Operation)网的网络节点支持带外编码控制 (OoBTC)功能，OoBTC功能是指网络节点具有可以使用带外信令过程来对一个特定呼叫所使用的编解码方式和模式与其他网络节点进行协商的能力，此过程可能发生在呼叫建立的时候，也可能发生在呼叫建立后对语音编码方式进行重配置的时候。OoBTC操作在桉心网网络节点之间完成，在进行语音编码方式协商的时候，核心网节点必须考虑相关的网络实体的处理能力，例如UE和MGW具体支持的编码方式。OoBTC操作是在呼叫控制和承载控制相互分离的网络结构的基础上的。

图2-10所示为网络支持TrFO的愔况下，UE与UE呼叫、UE与固定电话通话的语音编码处理情况。

对于同一个移动网内部，UE呼叫UE的情况，只需要UE的声码器来处理语音编解码就可以了。对于UE呼叫固定电话的情况，声码器可以在核心网的接入点实现（MSC Server),这时核心网需要使用64kbit/s来传送话音信号。声码器也可以放置在移动网的出口处实现（GMSCServer)。在这种情况下，只需要在核心网中使用较低的数据速率来传输话音信息就足够了，可以有效地节约核心网内的传输资源。

4. BICC 协议（Bearer Independent Call Control protocol)

传统的信令系统不能满足上述要求。以ISUP为例，一个消息中总会有一个电路识别编码（CIC)作为参考，用来指示此消息用于哪个物理信道。

因为分组交换技术可以为运营商节省大量投资，并使运营商的网络被更加高效地利用，所以分组技术己经在电信网中变得越来越重要了。BICC协议设计的初衷是为了使用新的分组交换技术，同时要求保证支持己有的电路交换网络所提供的全部业务。这种方案适合于已经有大规模的电路交换网络的运营商将自己的网络向分组交换平滑演进。分组交换技术主要指两类，即ATM和IP。

BICC协议由ITU-T提出，它类似于ISUP，是一个承载与呼叫无关的协议。主要思想是承载控制和呼叫控制两种功能分开，呼叫控制只负责业务流程的实现，与具体的承载类型无关。而承载控制是在传统ISUP的基础上，去掉了与具体承载有关的消息和参数，增加了APM消息和APP参数，能够更加灵活地对多种承 载类型进行控制。BICC的CS1版本（1999年通过）支持ATM承载方式（AAL2 和AAL1),其后的CS2版本（2001年通过）增加了对IP承载（RTP)的支持。

根据实际网络构成的需要，BICC协议可以使用不同的传输层技术进行信令 的传输，这些传输技术包括MTP、MTP-b、M3UA/SCTP/IP。

电路交换使用TDM技术，通过ISUP消息使用CIC来指定传输信道就可以了；分组交换则要复杂一些，不能通过简单地制定一个承载标识来完成承载控制。WCDMA的R4网络需要釆用BICC和H.248协议完成上述任务。BICC在MSC Server之间交换呼叫建立的信息，在MSC Server上将BICC包含的信息映射为具体的承载控制信息,通过H.248协议在MSC Server与MGW之间交换承载建立的信息。

在WCDMA中，BICC协议是MSC Server之间的Nc接口的协议，与NGN 中的BICC是一致的。

理论上讲，R4的组网方式有很多优点，例如承载方式统一，在技术上具有先 进性，在组网方面可以降低建网的成本，并可以灵活扩展网络，是网络演进的方向并有利于与固网NGN的融合。所以，从网络演进的观点看，这种组网方式适合于全业务运营商，因为这样可以较好地实现资源的共享、业务的共享以及网络的综合管理。

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3GPP的R5版本第一次定义了IMS系统，3GPP2的标准也基本引用3GPP的IMS系统结构，IMS为WCDMA系统提供了一个全IP应用的平台。

无线接入网方而的改进包括以下方面：提出了高速下行分组接入HSDPA 技术，使得下行理论速率可以达到14.4Mbh/s，大大提高了空中接口的效率；Iu、Iur, lub接U增加了基于IP的可选传输方式，在无线接入网也引入了IP 化的概念。

在核心网方面，最大的变化是在R4的基础上增加了IP多媒休子系统（即 IMS)，它和分组域一起实现实时和非实时的多媒体业务，话音业务和分组数据业务都可以通过这个多媒体子系统来完成。在R5的网络模型中，即使没有电路域的交换设备，也可以实现话音呼叫。在R5中，仍然保留电路域并实现与IMS的互操作，主要是为了保护运营商的R99的网络投资，这一点正如前面所述。全IP的组网方式是网络演进的趋势。

在GSM网络以及R4和R99的电路域网络中，电路域的呼叫控制协议是TS24.008中规定的Call Control协议，Call Control协议实际上可以看作是ISUP在移动通信网中的一个映射。H5的网络特征是为了更好地支持多媒体会话以及与 Internet更好地融合，所以在呼叫控制方面，R5引入IETF的SIP作为多媒体会话和呼叫控制使用的协议。

在R5中引入IMS网络可以带来以下好处。
(1)利于支持基于Internet的新兴业务，从而对现有业务进行扩展。
(2)釆用归属控制的呼叫处理模型（Home Control)有利于对业务的集中控制，便于系统升级和维护。
(3)话音和分组业务由同一个网络提供。
(4)对多媒体业务而言，话音和数据业务可以看作是一种特定的多媒体业务，所以IMS可以更好地支持并发业务。
(5)便于计费。
(6)有利于无线网和有线网络的融合。

IMS的网络结构如图2-11所示。IMS直接与WCDMA的分组域相连，IMS 中真正实现了信令与承载路径的分离，在IMS中CSCF负责所有类型会话（呼叫）的控制，一般的会话控制都由用户的归属网络来完成。

1. IMS中的会话控制

为了与Intetnet应用更好地融合,对所有的多媒体会话,IMS选用IETF的SIP作为会话控制协议，SIP具有良好的可扩展性，在未来的多媒体通信中，SIP将会占据主导地位。

IMS中的会话控制放在CSCF上来实现，可以说，CSCF是整个IMS系统的核心部分，负责呼叫控制功能的实现。

根据一个CSCF在一个呼叫中所扮演的角色不同，CSCF可以分为查询CSCF (I-CSCF)、代理 CSCF (P-CSCF)和服务CSCF (S-CSCF)。

P-CSCF是UE与IMS通信的第一步。它将来自UE的SIP消息前转给一个位于归属网络的SIP服务器，反之亦然。I-CSCF的功能是提供到归属网络的入口，将归属网络的拓扑图对其他网络隐藏起来，并可以灵活选择S-CSCF。S-CSCF完成UE的会话控制功能，其中包括将UE的始呼SIP请求路由到外部网络，将UE的被呼SIP请求路由到UE当前所在的拜访网络。S-CSCF还根据会话的业务特性, 决定是否需要一个应用服务器来参与业务控制过程。

IMS中使用归属用户服务器（HSS)来存储用户的个人信息，HSS可以认为是在IMS系统中HLR功能的扩展，负责签约用户信息的管理。HSS由归属位置寄存器（HLR)和鉴权中心（AUC)演进而来的，是一个签约用户的主数据库，其中包含用户的登记信息，用于支持网络实体处理呼叫/会话。HSS还支持用户认证和授权功能（AAA)，通过认证、授权及名称/地址解析等服务，HSS帮助呼叫控制服务器完成选路/漫游功能。

HSS负责保存下列与用户相关的信息：（1)用户标识、编号及地址信息；(2)用户安全信息，用于认证和授权所需的网络接入控制信息；（3)在系统间级别上的用户位置信息，即如果用户完成了注册过程，则HSS会知道UE正在哪个网络中漫游；（4)其他用户信息，如应用业务相关信息等。

HSS除了给IMS系统提供支持，同样也可以支持R99、R4网络。

2. IMS网络与其他网络的互通

WCDMA R5版本的网络是基于全IP结构设计的，如何与传统电路域网络互通也是IMS网络必须具备的功能。WCDMA的PS域可以通过GGSN的Gi接口与IMS网络之间相连。一个IMS网络同样也可以与其他IMS网络通过IP传输相连接。但是对于非IP的网络，例如，PSTN、GSM网络等，fMS则要处理与这些非IP网络之间的互通。TMS网络互通功能包括信令的互通功能和承载的互通功能。

对于信令的互通，首先需要解决的问题是不同的底层信令传输技术的映射，在IMS网络内部使用IP作为信令传输技术，而传统网络则使用No.7信令作为信令传输技术。

IETF定义的SIGTRAN (信令传送协议）用来在实现IP承载的信令，从而实现与传统No.7信令系统的信令互通，通过信令网关（SGW)可以实现与电路域网络的互通，这种互通包括与R4版本以前的电路域的互通，也包括与PSTN之间的互通，如图2-12所示中允许多种接入方式，其中包括通过原有PSTN网络的接入，SGW完成这个接入过程的信令转换。

SGW作为IMS系统的信令网关负贵实现与其他网络（如PSTN以及原有移动网络）之间的信令互通接口。根据需要互通的网络类型不同，信令网关又可以分为漫游信令网关（R-SGW)和传输信令网关（T-SGW)，漫游信令网关负责IMS 与原有的移动网络之间的信令互通，而T-SGW负责IMS与PSTN网络的信令互通。作为分组网络与电路交换网络的信令接口，SGW主要负责对底层的信令传输协议进行转换，例如从电路域来的信令需要在IMS内部使用IP进行传输，这一功能就是由SGW来完成的。SGW—般不对上层协议进行修改，而只是将底层的协议根据网络传输的需要替换掉。高层的信令协议则可以被传送至MGCF完成呼叫处理。

在IMS中，MGCF负责对与外部网络互通的媒体资源进行控制，MGCF通过对媒体网关（MGW)的控制来实现对媒体资源的建立、修改和删除，MGCF 和MGW使用标准的H.248接口来实现控制功能。MGCF是PSTN/PLMN网络信令在IMS内的终结点。它具有以下功能：（1)对呼叫状态的控制，即对与 MGW中的媒体信道连接有关的部分进行控制；（2)与CSCF进行通信；（3) 对于来自传统网络的呼叫，MGCF依据它们的路由号选择相应的CSCF；(4) 实现传统网络呼叫控制协议（如ISUP)和IMS网络呼叫控制协议（SIP)之间的转换。

当一个呼叫处理和PSTN有关时，IMS还需要使用BGCF来选择PSTN入口点。

IMS网络与外部网络之间的承载互通。IMS使用MGW作为IMS网络与外部网络之间的承载的接口，在MGW中需要实现基于IP的传输技术与非IP传输技术的转换。例如，在IP网络内部可以使用RTP传送用户语音，而在PSTN中则使用64kbit/s的PCM语音格式，MGW就是负责在二者之间相互转换，以实现承载互通功能。

MRF (MRFC/MRFP)是提供用于多方通信以及提示语音等媒体资源相关功能的网络实体。

R6版本主要是引入了与HSDPA对应的HSUPA，另外对IMS系统做了进一步的细化工作。在核心网方面，目前研究的项目包括与PS域承载无关的网络框架的研究,即研究是否在分组域实现控制和承载的分离，也就是将SGSN和GGSN 分为GSN Server和媒体网关的形式；还研究IMS与PLMN/PSTN/ISDN等网络的互操作，以实现IMS与其他网络的互联互通；另外一个研究方向集中在业务方面，包括广播与多播MBMS、语音使能业务、网上聊天业务以及数字权限管理等。在无线方面，研究新的调制技术，如正交频分复用（OFDM)和多天线系统MIMO技术以及WLAN与3G系统的结合问题，其中OFDM也是后3G (或称为超3G)研究的重点技术。

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爱卫生 发表于 2012-12-1 14:02
3GPP的R5版本第一次定义了IMS系统，3GPP2的标准也基本引用3GPP的IMS系统结构，IMS为WCDMA系统提供了一个全I ...

在R99和R4中，智能网业务的提供是通过CAMEL协议来实现的，CAMEL早在GSM中就己经被广泛应用，在3GPP中，CAMEL协议在TS 23.078/TS 29.078中定义。

典型的智能网业务有：预付费业务、移动虚拟专用网业务及通用接入号码业务等。

R5网络由于IMS的引入，可以使用SIP和OSA对业务进行控制。有关IMS的业务控制模型，可以参见本书的IMS—章。IMS系统为了考虑网络的后向兼容，同吋也定义了CAMEL与传统智能能业务的互通，SIP与CAMEL的映射可以参见3GPP 的TS 23.278.

CAMEL设计的思想主旨是实现交換控制与业务控制的分离。也就是说将复杂的智能业务逻辑控制功能从交换机本身中分离出来，交换机仅完成最基本的接续功能，而所有智能业务都通过另一个网络层（智能网）来完成。交换机和智能网之间使用标准的接口，即CAMEL。其网络结构如图2-13所示。

gsmSCF是移动智能网的核心。gsmSSF/gprsSSF (SSF,业务交换功能）作为MSC/SGSN与gsmSCF CGSM业务控制功能）之间的接口，负责将MSC报备的呼叫状态信息进行转换，然后发给gsmSCF，同时SSF从gsmSCF接收指令，进行格式转换后转给MSC。gsmSCF是一个动态的数据库和事务处理单元，负责CAMEL业务逻辑，实现运营特定的业务，如控制呼叫和计费等。例如，对于预付费用户的呼叫，SCF就需要对用户进行实时计费；当用户的预存金额要用完时，还需要通过gsmSRF提供的语音提示功能通知用户；当用户金额用完后，gsmSCF 还要将用户正在进行的呼叫拆除。

爱卫生

爱卫生 发表于 2012-12-1 14:18
在R99和R4中，智能网业务的提供是通过CAMEL协议来实现的，CAMEL早在GSM中就己经被广泛应用，在3GPP中，CA ...

2.2.7 IMS中的业务体系结构

IMS的业务体系结构如图2-14所示。

IMS由于使用全IP的网络结构，所以IMS在业务与应用的支持上比传统的智能网更加强大。IMS可以使用基于SIP的应用服务器，也可以使用基于传统智能网的CAMEL业务平台。在这种情况下，使用IM-SSF功能实体完成SIP与CAMEL协议之间的映射与转换。IMS还允许使用基于parlay API的OSA结构提供业务，OSA通过向业务提供商提供一种开放的、标准的、统一的网络应用编程接口，为移动用户提供个性化业务，并通过将业务部署和网络运营的分离，使第三方业务提供商能公平地参与竞争，以利于实现多厂商环境和快速部署新业务。

2.2.8 OSA的简要介绍

OSA为业务的开发提供开放的接口，由于未来用户对业务的需求越来越多，要求的速度越来越快，而对于新业务、新应用的开发者而言，他们希望可以不必关心网络内部的结构，而是希望网络可以提供对网络能力的开放接口，OSA就是满足这种要求的一种技术。

Parlay/OS A 应用程序接 口是由 Parlay小组（http://www.parlay.org)定义的， 它是一个由65家通信和IT领域的公司共同参与的非盈利性组织。Parlay小组成立于1999年，到目前为止，它己经发布了4个版本的Parlay规范。Parlay小组的公司成员包括阿尔卡特、英国电信、爱立信、富士通、惠普、IBM、Incomit、朗讯、NTT、西门子、SUN、Telcordia科技、意大利电信、Tekier和其他50个北美、欧洲及亚洲的公司。0SA即开放式业务接口，它在3GPP的移动业务体协结构中被引用，而Parlay就是0SA中的API部分。

Parlay小组成立的目的主要是促进计算机和通信领域的融合，通过采用IT领域的开发技术来简化和加快通信应用的开发。在通信领域采用迎用API意味着可以编写出不需要修改就可以在各种底层协议之上运行的应用程序，比如可以开发一个电话会议的Parlay/OSA应用程序，软件人员可以不用理会该程序是在IS-41网、WCDMAR99网或基于SIP的网络上运行。