3G网络数据处理原理与实现

3G网络数据处理原理与实现Page1一、3G概述及其体系结构二、3G网络接口与协议三、3G数据采集与分流应用最广泛的3G网络是CDMA2000和WCDMA，WCDMA包括WCDMA(FDD)和TD-SCDMA(TDD)两种无线标准3G无线标准3G概述Page2WCDMA技术演进CDMA2000技术演进Page33G业务的应用E-mail网页浏览信息业务交通工具定位静态图像远程局域网接入文件传送交通情况体育报道天气预报股市行情公众信息服务个人信息服务商业应用收发Email网页浏览静态图像文件传送移动银行实时新闻WCDMA体系结构国内用户无线上网主要包括如下方式：电信：CDMA2000EV-DO/CDMA1X移动：TD-SCDMA/GPRS新联通：WCDMA/GPRSMSPC3G概述Page4CDMA是一种基于扩频通信的码分多址连接技术。WCDMA通信系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构，包括无线接入网络（RadioAccessNetworkRAN）和核心网络（CoreNetworkCN）。其中无线接入网络处理所有与无线有关的功能，而CN处理WCDMA系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。CN从逻辑上分为电路交换域（CircuitSwitchedDomain,CS）和分组交换域（PacketSwitchedDomain,PS）。UTRANCN与用户设备UserEquipmentUE一起构成了整个WCDMA系统其系统结构。WCDMA体系结构Page5WCDMA体系结构简单示意图Page6WCDMA系统网络构成WCDMA体系结构Page7CNCoreNetworkCN即核心网络，负责与其他网络的连接和对UE的通信和管理。主要功能实体如下:(1)MSC/VLRMSC/VLR的主要功能是提供CS域的呼叫控制移动性管理鉴权和加密等功能(2)GMSCGMSC的主要功能是充当移动网和固定网之间的移动关口局，完成PSTN用户呼移动用户时呼入呼叫的路由功能，承担路由分析网间接续网间结算等重要功能。(3)SGSNSGSN的主要功能是提供PS域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等功能。(4)GGSNGGSN类似可寻址WCDMA移动网络中所有用户IP的路由器,需要同外部网络交换路由信息。(5)HLR（类似G网)WCDMA体系结构Page8ExternalNetworks：ExternalNetworks即外部网络可以分为两类：电路交换网络（CSNetworks）：提供电路交换的连接服务象通话服务。ISDN和PSTN均属于电路交换网络分组交换网络（PSNetworks）：提供数据包的连接服务。Internet属于分组数据交换网络WCDMA体系结构Page9BSCMSCPSTNVLRHLRPCFPDSNAAAPacketNetworkTelephoneNetworkHomeAgentHomeAAASS7NetworkPage10CDMA2000体系结构CDMA200系统网络构成3G网络数据处理原理与实现Page11一、3G概述及其体系结构二、3G网络接口与协议三、3G数据采集与分流Page12WCDMA/GPRS网络接口类型SGSNSGSNGGSNGnIP类接口七号信令类接口BSSMSCSMS-GMSCAUmPDPnetwork(IP/X.25)GiTEMTMSHLRGsGrGdGcGb3G网络接口与协议Page13PCU(PacketControlUnit)的功能分组无线资源管理功能(RLC/MAC协议功能)接口处理功能GbSGSNG-AbisPCUPbAbisBTSBTSBTSBSCPCUBSCPCUMSMSMSMSBTS3G网络接口与协议Page14网络接入控制鉴权计费信息收集IMEI检查逻辑链路管理SGSN-MS之间逻辑链路的管理支持确认/不确认传输路径管理移动性管理路由和隧道传输加密与解密SGSN(ServingGPRSSupportNode)的功能3G网络接口与协议Page15GGSN(GatewayGPRSSupportNode)的功能网络接入控制（外部PDN侧）消息过滤计费信息收集移动性管理和会话管理路由选择与转发存储转发路由选择地址翻译和映射封装和隧道传输动态分配IP地址3G网络接口与协议Page16GTP数据传输协议•MAC:MediaAccessControl•RLC:RadioLinkControl•LLC:LogicalLinkControlBSSGP:BSSGPRSProtocolSNDCP:Sub-NetworkDependencyConvergenceProtocolGTP:GPRSTunnelingProtocolApplicationIP/X.25IP/X.25IP/X.25SNDCPGTPUDP/TCPUDP/TCPRLCBSSGPBSSGPIPIPMACMACNetworkServiceNetworkServiceL2L2L2(MAC)PhysicalLayerPhysicalLayerPhysicalLayerPhysicalLayerPhysicalLayerPhysicalLayerPhysicalLayerMSBSSSGSNGGSNrelaySNDCPGTPUmGbGnGiLLCLLCrelayRLC3G网络接口与协议BSCMSCPSTNVLRHLRPCFPDSNAAAPacketNetworkTelephoneNetworkHomeAgentHomeAAASS7NetworkPage173G网络接口与协议A10/A11A8/A9CDMA2000网络接口类型PCF（packetcontrolfunction）一般与BSC在一起。PCF的功能主要是在BSC和PDSN提供PPP帧的传输，它是RLP（无线链路协议)连接的终止点。PDSN是CDMA分组网中的核心设备，是一种无线接入网（RAN）和分组交换公共数据网（PacketSwitchedPublicDataNetwork，PSPDN）之间的网关，简言之，是CDMA2000网络中移动终端访问互联网的接入设备。PDSN是PPP连接的终止点，提供IP数据包的路由。PCF/PDSN的功能Page183G网络接口与协议BSCPCFPDSNAAAPacketNetworkMSPage193G网络接口与协议1、申请建立空中链路3、R-P链路响应5、认证请求7、IPCP请求2、R-P链路请求4、启动链路层连接6、认证通过8、分配动态IP地址15642387CDMA呼叫流程就分组数据业务来说涉及到三个层次的移动性管理问题1.RN切换：无线网络内部，如扇区切换，基站切换；2.PCF/SGSN切换：这一层次的移动性管理为R－P会话的移动性，但仍然在同一PDSN管辖范围内，此时移动终端应保持相同的PPP连接和同样的IP地址；跨省只切换SGSN；3.PDSN/GGSN切换：IP层的移动性管理，当用户发生PDSN间切换后，由于需要重新建立PPP连接，重新获取IP地址。简单IP/移动IPABPage203G网络接口与协议21BSC/PCFPDSNRS-232RLPRS-232GREAIRInter-faceRLPAIRInter-faceIPLinkPhysEndHostIPPPPA10IPPPPIPLinkPhysIPLinkPhysGREIPLinkPhysCDMA2000数据传输协议CDMA2000体系结构3G网络数据处理原理与实现Page22一、3G概述及其体系结构二、3G网络接口与协议三、3G数据采集与分流移动/联通接入点选择由于TD-SCDMA和WCDMA网络在核心交换网（PS域，即分组交换域）中的逻辑拓扑结构相同，根据TD-SCDMA/WCDMA分组域的结构和组网特点，我们的接入点通常选择在SGSN和GGSN的交换设备上，采集Gn接口的所有数据。若移动和新联通的分组交换核心网为R4版本时，Gn口中可能会没有供定位的基站信息，因此我们还需要再针对核心网内获取到SGSN和CG（计费网关）之间的数据（即Ga口），得到基站信息，通过基站信息可以定位用户的位置信息。Page233G网络数据采集与分流电信接入点选择BTS/BSCPCFPDSNAAAInternetHomeAgentHomeAAA空中接口UmA8/A9A10/A11旁路点移动台Page243G网络数据采集与分流接入点通常选择在PCF和PDSN的交换设备上，采集A10/A11接口的所有数据。GTP控制/数据报文的识别控制报文：GTPv0：UDP3386、GTPmessage非0xff的报文GTPv1：UDP2123数据报文：GTPv0：UDP3386、GTPmessage为0xff的报文GTPv1：UDP2152GRE控制/数据报文的识别控制报文：UDP699、PPPIPCP/LCP数据报文：符合CDMA2000A10标准Page253G网络数据采集与分流GPRS控制报文分流：识别出GGSN组，按照GGSN的IP所在的GGSN组进行分流控制报文示例：Page263G网络数据采集与分流GRE控制报文分流：1、识别出PDSN地址，按照PDSN进行分流2、或用户指定的分流目的控制报文示例：Page273G网络数据采集与分流GRE控制报文IPCP/LCP的分流：1、识别出源/宿IP中的PDSN地址，按照PDSN进行分流2、或用户指定的分流目的控制报文示例：指定格式输出：IP+构造UDP+GREKEY(4Byte）+0（6Byte）+原始的IPCP/LCP内容（涉及长度的内容要求正确，checksum可选）Page283G网络数据采集与分流1、将GTP/GRE中32位的key分段保存在IP头部输出；2、分流模式按照规则指定的方式：SIP/DIP/SIP+DIP/SPEC/ACCOUNT对内层的IP和PORT进行处理。GTP/GRE数据报文的分流要求IP-1LUDP-1LGTPIP-2LTCP/UDPDATAGTP报文IP-1LGREPPPIP-2LTCP/UDPDATAGRE报文Page293G网络数据采集与分流3、涉及长度的内容要求正确，checksum可选IP协议标准格式采集输出格式ver/lenTOSTTLProtocolsipdipTotallengthIdentificationfragmentoffsetChecksumver/lenTEID-1/KEY-1TEID-2/KEY-2ProtocolSIP-L2DIP-2LTotallengthIdentificationfragmentoffsetTEID-3/KEY-3注：GTPv0的TID是E.212编码，8个字节，使用原始内容的后4个字节。Page303G网络数据采集与分流MoreinformationIP分片：RFC815压缩：VJ压缩：RFC1144CompressingTCP/IPHeaders全文压缩：Page313G网络数据采集与分流