移动通信交换概论

《移动通信交换项目课程Ⅰ》第一章第一节移动通信交换概论国脉科技股份有限公司网络规划部林海2009年2月提纲二、移动通信交换的发展及趋势一、移动通信交换概念移动通信概念现代交换技术概念移动通信交换概念交换技术的发展我国移动通信发展所处的阶段主流运营商的网络及网络演进1.1移动通信概念移动通信是指通信双方至少有一方在移动中（或者临时停留在某一非预定的位置上）进行信息传输和交换，这包括移动体（车辆、船舶、飞机或行人）和移动体之间的通信，移动体和固定体（固定无线电台或有线用户）之间的通信。移动通信主要特点必须利用无线电波进行信息传输在复杂的干扰环境中运行的可以利用的频谱资源非常有限，而移动通信业务量的需求却与日俱增移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效现代通信系统建立在多点之间，构成了我们常见的通信网络。在这一背景下，产生了交换（switching）技术，又称转接。其思路是建立一个交换中心，设置一部或多部交换机，将信息在用户点间进行转移，这样可以大大减少用户点数，使键路数减小。通信中交换的要领源于电话交换。从通信资源分配的角度来看，交换就是按照某种方式动态地分配传输线路资源的一种运作。当然，这也是一门技术，称之为交换技术。1.2现代交换技术概念开放系统互连参考模型（OSI／RM）。它是国际标准网络体系结构，是一个七层模型。该模型包括七层功能及其对应的协议，每层完成一个明确定义的功能集合，并按协议相互通信。每层向上层提供所需服务，同时为了完成本层协议也要使用下层提供的服务。七个层次由下向上依次是：物理层、数据链路层、网络层、传送层、会话层、表示层与应用层。1.2现代交换技术概念•主要功能是对高层屏蔽传输介质的物理特性，保证两个连接接点（共享一条物理信道）间的无错数据传输，给上层提供无错的信道服务。•数据链路层为两个通信实体间提供建立、维持和拆除一条或多条数据链路所必须的功能和过程。它遵循HDLC（高级数据链路控制）规程。数据链路层•为进网报文提供具体的逻辑信道（虚拟线路），并控制子网有效地运行，可提供建立、保持和释放连接的手段，包括路由选择、流量控制、传输确认等，从而保证传输层实体之间进行透明地数据传输。网络层•主要功能是为两个用户进程之间建立、管理和删除端对端连接通路，使之可靠而有效。•传送层为会活层提供进程间连接的接口和服务，它利用通信子网的功能，同时又与之相独立传输层1.2现代交换技术概念移动通信交换就是将程控交换技术应用于移动通信中。移动通信网络中使用的交换机通常称为移动交换中心MSC（MobileSwitchingCenter）。它与常规交换机的不同之处是：MSC除了要完成常规交换机的所有功能外，它还负责移动性管理和无线资源管理（包括越区切换、漫游、用户位置登记管理等）。1.3移动通信交换概念在蜂窝移动网络中，为便于网络组织，将一个移动通信网分为若干个服务区，每个服务区又分为若干个MSC区，每个MSC区又分为若干个位置区，每个位置区由若干个基站小区组成。一个移动通信网由多少个服务区或多少个MSC区组成，它取决于移动通信网所覆盖地域的用户密度和地形地貌等。1.3移动通信交换概念服务区MSC区位置区小区提纲二、移动通信交换的发展及趋势一、移动通信交换概念移动通信概念现代交换技术概念移动通信交换概念交换技术的发展我国移动通信发展阶段主流运营商的网络及网络演进交换领域的技术变迁映射了电信网络的发展，从交换技术的发展历史来看，数据交换经历了电路交换、报文交换、分组交换和综合业务数字交换等。各种交换技术各有特点，适用于不同的业务种类。2.1交换技术的发展电路交换（CS:CircuitSwitching）•最早出现的一种交换方式。它是以电路连接为目的的交换方式。•它的基本特点是采用面向连接的方式，在双方进行通信之前，需要为通信双方分配一条具有固定带宽的通信电路，通信双方在通信过程中将一直占用所分配的资源，直到通信结束，并且在电路的建立和释放过程中都需要利用相关的信令协议。这种方式的优点是在通信过程中可以保证为用户提供足够的带宽，并且实时性强，时延小，交换设备成本较低，但同时带来的缺点是网络的带宽利用率不高，一旦电路被建立不管通信双方是否处于通话状态，分配的电路都一直被占用。•目前广泛应用于公众电话网（PSTN网）和移动网（包括GSM网和CDMA网）。2.1交换技术的发展分组交换（PS：Packet-Switching）•分组交换是伴随着计算机网络的发展而发展的。•它的基本特点是面向无连接而采用存储转发的方式，将需要传送的数据按照一定的长度分割成许多小段数据，并在数据之前增加相应的用于对数据进行选路和校验等功能的头部字段，作为数据传送的基本单元即分组。采用分组交换技术，在通信之前不需要建立连接，每个节点首先将前一节点送来的分组收下并保存在缓冲区中，然后根据分组头部中的地址信息选择适当的链路将其发送至下一个节点，这样在通信过程中可以根据用户的要求和网络的能力来动态分配带宽。•分组交换比电路交换的电路利用率高，但时延较大。2.1交换技术的发展A1A2A3B1B2B3交换结点交换结点A1A2A3B1B2B3交换结点交换结点电路交换:分组交换:2.1交换技术的发展报文交换•报文交换技术和分组交换技术类似，也是采用存储转发机制，但报文交换是以报文作为传送单元，由于报文长度差异很大，长报文可能导致很大的时延，并且对每个节点来说缓冲区的分配也比较困难，为了满足各种长度报文的需要并且达到高效的目的，节点需要分配不同大小的缓冲区，否则就有可能造成数据传送的失败。•在实际应用中报文交换主要用于传输报文较短、实时性要求较低的通信业务，如公用电报网。2.1交换技术的发展ATM（AsynchronousTransferMode）•异步传输模式（ATM）是基于电路交换和分组交换技术而提出的。•ATM技术将面向连接机制和分组机制相结合，在通信开始之前需要根据用户的要求建立一定带宽的连接，但是该连接并不独占某个物理通道，而是和其他连接统计复用某个物理通道，同时所有的媒体信息，包括语音、数据和图像信息都被分割并封装成固定长度的分组在网络中传送和交换。•ATM另一个突出的特点就是提出了保证QoS的完备机制，同时由于光纤通信提供了低误码率的传输通道，所以可以将流量控制和差错控制移到用户终端，网络只负责信息的交换和传送，从而使传输时延减少，ATM非常适合传送高速数据业务。•目前ATM交换机主要用在骨干网络。2.1交换技术的发展软交换技术•软交换技术的主要特点是将业务呼叫控制和交换的功能相分离。•软交换技术仍然采用分组网络作为承载网络。传统的电路交换和分组交换网络在每个网络节点上都集中了太多的智能，网络节点不仅要负责呼叫控制、业务处理，同时还需要负责进行通路的建立，同时，在电路交换网络中，许多业务都需要在网络节点上配置相关的业务逻辑，这样也制约了业务的及时提供。软交换技术提出的一个新的概念就是将呼叫控制、承载建立、业务逻辑相分离，各实体之间通过标准的协议进行连接和通信，在网上可更加灵活地提供业务。•软交换技术作为NGN（NextGenerationNetwork）中的核心技术，吸取了IP、ATM、IN和TDM等众家之长，借鉴了业务由第三方开发实现这一思想，形成分层、全开放的体系架构，使得各个运营商可以根据自己的需要，全部或部分利用软交换体系的产品，采用适合自己的网络解决方案。2.1交换技术的发展1987年11月第一个TACS模拟蜂窝移动电话系统在广东省建成并投入商用；1993年9月我国第一个GSM数字程控移动交换局在嘉兴成功运行；2001年12月22日联通新时空CDMA网络建成；2001年12月31日中国移动通信关闭TACS模拟移动电话网，停止经营模拟移动电话业务。目前我国移动通信采用的交换技术主要是电路交换，同时随着IP技术的发展，软交换技术发展迅速。软交换技术正逐渐开始取代电路交换。2.2我国移动通信交换发展阶段中国移动中国移动目前的主要网络为GSM网。中国移动GSM网网络采用二级网和三级网的混合结构。每个省设置一级汇接中心(TMSC1)负责省际话务接续；省内设置二级汇接中心(TMSC2)，负责省内话务接续。以福建移动为例：福建移动在福州和厦门各设置了一个一级汇接中心(TMSC1)，与其他省市的一级汇接中心直连，负责福建移动与其它省之间的省际话务接续。福州、厦门、泉州、漳州各设置1个二级汇接中心TMSC2（福州B、厦门B、泉州B、漳州B），负责省内移动业务的汇接。全省分福泉、厦漳两个汇接区，福州、泉州、莆田、宁德、南平，由福州B、泉州B完成汇接功能，厦门、漳州、龙岩、三明，由厦门B、漳州B完成汇接功能。2.3主流运营商的网络福建移动GSM网话路网结构图中国电信CDMA中国电信CDMA网采用三级网结构。即一级汇接中心(简称TMSC1)、二级汇接中心(简称TMSC2)、本地交换中心(简称MSC)。CDMA一级汇接网工程，已在全国九城市(包括北京、上海、广州、沈阳、济南、武汉、成都、杭州、南京、西安)建设独立的一级汇接中心(TMSC1)，除北京、上海为直辖市不存在二级汇接中心的问题，及杭州另建有二级汇接中心外，其他点均为一级与二级合设的汇接中心，以疏通省际长途话务。CDMA二期福建省新建一对独立的一/二级汇接中心TMSC1/2。即新建福州TMSC1/2-1和TMSC1/2-2，完成全省移动用户的省内、省际来去话话务疏通。2.3主流运营商的网络CDMA网话路网结构图其他TMSC1-1福州MSC1厦门MSC莆田MSC/GMSC福州MSC2宁德MSC/GMSC南平MSC/GMSC三明MSC/GMSC上海TMSC1-1北京TMSC1-1广州TMSC1-1福州TMSC2-1厦门TMSC2-2泉州MSC1泉州MSC2漳州MSC1漳州MSC2龙岩MSC/GMSC福州GW(一对)厦门GW(一对)泉州GW(一对)漳州GW(一对)移动交换网络演进的动力－业务发展和运营的要求移动交换网络演进的趋势－软交换化、IP化移动交换网络演进的目标－IMS＋SAE＋LTE2.3移动交换网络演进2.3移动交换网络演进GGSNSGSN分组域简化IMS域SIPProxySIPProxyMSCA省TMGMGWMGWTMSS/CMNTMSS/CMNMSSMGWMGWB省HLRHLRSCPSCPMSSTMG电路域业务平台业务平台核心网窄带无线+固定P/S/I-CSCFBGCFMGCFMRFPMRFCIMSMGWHSSSLFIMS域移动：非实时业务VideoSharingIMPoCVoIPCentrex固定CSIOFFICE发展愿景：核心网IP化，网络结构扁平化；2G/3G一张网；与IMS互通；面向SAE的发展；固移融合网络演进中的重要技术－软交换移动软交换主要针对核心网络的交换部分，其核心概念是实现了控制面与用户面的分离。移动交换中心（MSC）被分解为MSC服务器（MSS）和媒体网关（MGW），所有的控制功能集中在MSS中，所有的交换功能在MGW中完成。MSS通过标准的H.248接口控制MGW完成话务的交换。同时，MSS通过传统的MAP信令与HLR交互，通过传统的信令完成对接入网络的控制。控制面与用户面的分离决定了移动软交换技术符合未来电信网络面向全IP发展的趋势，同时兼顾原有的TDM承载需要。此外，当引入IP承载话音时，可以将话音承载平面化。由于IP网络本身具备路由与交换的特性，因此原有的汇接局将不再需要，而且整个网络的结构将趋于简单，使得网络优化工作效率大为提高，成本也随之下降。2.3移动交换网络演进网络演进现状目前移动软交换正逐步走向成熟并不断向纵深发展。早在2004年12月，中国移动就用软交换成功替换传统的长途电路交换机，中国移动长途汇接软交换网络已建成；中国联通则构造了一个覆盖全国的基于分组技术的全新业务网。福建移动于2006年开始引入软交换技术，在福州、泉州各建成了一个软交换局，从而启动了核心网的软交换工作。截至2008年底，福建移动2/3以上的用户承载在软交换网络