铁路GSM-R数字移动通信系统网络结构

主讲：李华主讲：李华目的及主要内容32020/3/3•GSM-R系统的3个子系统及其接口;•每个GSM-R子系统的不同设备;•每件设备的功能描述;•子系统内的接口，是否标准，接口内使用的主要协议。主讲：李华通信链路移动用户←→基站←→交换机←→固定网络←→固定用户移动用户←→基站←→交换机←→基站←→移动用户主讲：李华移动通信网络中使用的交换机通常称为移动交换中心(MSC)。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)。主讲：李华蜂窝移动网络结构按如下方式进行划分：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。主讲：李华OSS管理子系统NSS网络交换子系统BTSCell1Cell2Cell3BTSBSS基站子系统公众交换电话网络(PSTN)ISDN,PSDNMSUm(无线接口)OMN接口(X.25)BSSHLR-AUC信令系统No.7SS7OMC-SOMC-RBSCEIRTRAUGMSCVLRA-接口Abis接口MSCVLRGCR主讲：李华TRAUBSCOMC-RMSC无线接口A接口Ater接口Abis接口NSSBSSOMN接口公众电话网MSMSBTS室内BTS室外BTSSunStorEdgeA5000无线接口两种基本组成设备，分别是基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC）主讲：李华92020/3/3发射耦合器接收耦合器天线耦合系统BCF(基站公共功能)BSCTRX(收发信机)Abis接口-编码,加密,调制,然后将射频信号馈送给天线-将信号解密,均衡,然后解调-移动呼叫检测-上行链路信道测量-跳频-将语音和用户数据信道合成以后送给BSC-将信令信道合成以后送给BSC双工器-天线与每个小区的收发信机之间的接口BTS主讲：李华10BTSAbis接口A接口-对BTS无线资源管理-小区之间越区切换-通信信道安排-BTS之间的频率重新分配-BTS时间和频率同步-控制频率跳变O&M至网络子系统PCM控制器PCM控制器处理单元交换矩阵BSCX.25控制器主讲：李华外部PCM接口BSCMSC编译码器编译码器控制器Ater接口A接口E1中继线120路用户信道T1中继线92路用户和控制信道将13kbpsGSM语音帧格式转换成64kbpsT1PCMµ-律或E1PCMA-律帧格式E1中继线=31路用户信道T1中继线=24用户信道将用户数据流路由至相应的互联功能TRAU主讲：李华VLRMSCGMSCGCRBSSIWF统计服务器GCRHLRVLRAUCEIRSMS-SC统计服务器IWFBSS其他GSM-RPSTNISDN其他GSM-RPSTNISDNB接口D接口G接口I接口I接口H接口C接口B接口E接口F接口F接口E接口E接口A接口A接口移动交换中心（MSC）归属位置寄存器（HLR）拜访位置寄存器（VLR）鉴权中心（AuC）设备识别寄存器（EIR）互连功能单元（IWF）主讲：李华如果GSM-R网络收到的一个呼叫不能查询HLR，这时将此呼叫路由到一个特定的MSC，由此MSC在相应的HLR中进行查询，找到被叫移动台所在的位置。这种具有路由功能的MSC就称作网关MSC（GMSC）13它是无线电系统与公众电话交换网之间的接口设备，完成全部必须的信令功能以建立与移动台的往来呼叫。其主要责任是：①路由选择管理；②计费和费率管理；③业务量管理；④向归属位置寄存器(HLR)发送有关业务量信息和计费信息。主讲：李华用户管理中心HLR永久纪录-MSISDN-IMSI-用户业务临时纪录-VLR地址-加密参数(Kc,Sres,Rand)HLR为归属位置寄存器，负责移动台数据库管理。其主要责任是：①对在HLR中登记的移动台(MS)的所有用户参数的管理、修改等；②计费管理；③VLR的更新。主讲：李华VLR为访问位置寄存器，是动态数据库。其主要责任是：①移动台漫游号管理；②临时移动台标识管理；③访问的移动台用户管理；④管理无线信道(如信道分配表、动态信道分配管理、信道阻塞状态)。⑤管理MSC区、位置区及基站区；⑥HLR的更新；当漫游用户进入某个MSC区时，必须向与该MSC相关的VLR登记，并被分配一个移动用户漫游号（MSRN），在VLR中建立该用户的有关信息，包括移动用户识别码（MSI）、移动台漫游号（MSRN），所在位置区的标志以及向用户提供的服务等参数，这些信息是从相应的HLR中传送过来的VLR永久纪录-IMSI-用户注册业务临时纪录-加密参数(Kc,Sres,Rand)-LAI-TMSILA1LA4LA2LA3主讲：李华16AUC加密A3,A8算法Ki5SRES,Kc,RANDRANDAUC提供加密参数IMSIHLR请求鉴权中心（AuC）有两个功能：一是对用户的IMSI号进行鉴权；二是为移动台和网络之间在无线路径上的通信进行加密。主讲：李华17EIR黑单(被禁ME)灰单(故障ME)白单(有效ME)移动台设备IMEI用来存储移动设备识别号（IMEI）主讲：李华移动交换中心MSCIWFMSBSSPSTNDTE有线DTE速率适配DTE信令ModemModem数据+DTE信号提供GSM-R网络与其他固定网络的互连主讲：李华NSSBSCBTSMSMMBSSAPSCCPMTP3MTP2TCAPMAPPCMCMMMMTP3MTP2SCCPPCME1/T1PCMSCCPMTP3MTP2DTAPRRO&MRSMLAPDRSMO&M无线无线RRISUP/TUPCMUm接口Abis接口A-接口BSSAPMTP1RRBSSMAPLAPDLAPDmLAPDmDTAPBSSMAP主讲：李华各接口的主要功能是：(1)人机接口(Sm接口)。Sm是用户与移动网之间的接口，在移动设备中包括键盘、液晶显示以及实现用户身份卡识别功能的部件。(2)移动台与基站之间的接口(Um接口)。Um是移动台与基站收发信机之间的无线接口，是移动通信网的主要接口。主讲：李华语音1TS=4信道LAPD•无线•O&MPCMPCM数据300,1200,1200/75,2400,4800,9600,14400bit/s基站系统(BSS)包括BSC与BTS两部分，它们之间的接口称为Abis接口。主讲：李华语音/数据1TS=1信道SS7BSSNSSX.25基站与移动交换中心之间的接口(A接口)。A接口连接着系统的两个重要组成部分：基站和移动交换中心此接口所传递的信息主要有：基站管理、呼叫处理与移动特性管理等。主讲：李华(5)移动交换中心(MSC)与访问位置寄存器(VLR)之间的接口(B接口)(6)移动交换中心(MSC)与归属位置寄存器(HLR)之间的接口(C接口)C接口用于传递管理与路由选择的信息。(7)归属位置寄存器(HLR)与访问位置寄存器(VLR)之间的接口(D接口)(8)移动交换中心之间的接口(E接口)E接口主要用于MSC之间交换有关越区切换的信息主讲：李华(9)移动交换中心(MSC)与设备标志寄存器(EIR)之间的接口(F接口)F接口用于在MSC与EIR之间交换有关移动设备管理的信息，例如国际移动设备识别码等。(10)访问位置寄存器VLR之间的接口(G接口)当某个移动台使用临时移动台标识号(TMSI)在新的VLR中登记时，G接口用于在VLR之间交换有关信息。主讲：李华GSM-R核心网络采用二级网络结构，包括移动汇接网和移动本地网，设立TMSC和MSC。（1）TMSC:3个,北京、武汉、西安，兼作MSC和GMSC；（2）MSC：共计19个，在18个铁路局所在地及拉萨设置MSC。TMSC、MSC设置及汇接表大区汇接中心TMSC（3个）汇接的移动业务本地网端局MSC（19个）北京北京、沈阳、太原、呼和浩特、哈尔滨、济南武汉武汉、上海、南昌、广州、郑州、柳州西安西安、昆明、成都、拉萨、西宁、兰州、乌鲁木齐1、移动交换网主讲：李华北京TMSC武汉TMSC西安TMSC呼和浩特哈尔滨沈阳北京太原南昌上海济南拉萨西宁乌鲁木齐兰州广州武汉郑州柳州西安昆明成都主讲：李华（3）网关局（GMSC）：与MSC同址设置，作为与其他网间的互联互通点。网络建设初期由MSC兼任，当网络规模和业务量达到一定程度时，可考虑独立设置。（4）HLR的设置：全路在北京和武汉设置2个HLR，采用地理冗余成对配置，北京主用，武汉备用，成对的两个HLR间实时数据复制。容量按照全网MSC用户容量的120～150％进行配置，确定HLR容量为800000用户，远期可进行扩容。（5）短消息服务中心（SMSC）：在北京、武汉分别设置1套SMSC，并互为备用。根据全路19个MSC的用户容量，按每用户每天发送3条短信的话务模型，确定SMSC容量为40万BHSM，远期可根据全路GSM-R系统建设的情况进行扩容。（6）紧急呼叫确认中心（AC）：在MSC所在地各设置1套AC记录存储设备，对紧急呼叫的相关信息进行记录、储存。1、移动交换网主讲：李华（1）TMSC之间采用网状网连接。（2）MSC与相邻两TMSC之间采用双星形连接。（3）GMSC与本地铁通专用电话交换机之间采用点对点连接。（4）MSC到BSC之间采用星型连接，并有不同物理路由的迂回保护通道。（5）BSC与BTS之间尽量采用环形链接，条件不具备可采用星型、链型及混合型连接，要求有不同物理路由的迂回保护通道。（6）主备用HLR、SCP、SMSC之间通过广域网实现高速互联（7）GPRS节点之间通过IP数据网互连。2、连接方式主讲：李华用户数据管理1、与移动台有关的数据(IMSI、MSISDN、TMSI、LMSI、IMEI)；2、加密和鉴权数据(三参数组RAND/SRES/Kc、加密密钥序列号)；3、与漫游有关的数据(MSRN、LAI、VLR、MSC、HLR)；4、业务禁止信息；5、与基本业务有关的数据；6、与补充业务有关的数据；7、全球小区识别码和业务域识别码；8、移动台状态数据(IMSI分离标志、复位标志)；9、与切换有关的数据(HON)；10、与短消息有关的数据；11、语音组呼和VBS数据。292020/3/3主讲：李华无线资源管理无线资源管理是：建立、维护和释放RR连接，所谓RR连接就是允许网络和MS之间点到点的通话，包括小区选择/重选和切换过程、接收单向的BCCH和CCCH信道、接收语音组呼信道和语音广播信道、组接收模式下MS的自动小区重选、VGCS用户角色变化时抢占和释放语音组呼信道等功能。无线资源管理向上层提供的业务有：1、空闲模式；2、专用模式；3、组接收模式；4、组发送模式。302020/3/3主讲：李华移动性管理移动性管理（MM）的主要功能是支持用户终端的移动性，例如向网络通知它当前的位置和为用户提供身份验证。MM包括三个主要过程：1.位置更新，包括常规位置更新、周期性位置更新和IMSI附着；2.切换，将一个正处于呼叫建立状态或忙状态的MS转换到新的业务信道上的过程称为切换；3.漫游，是指在归属GSM-R网络外的其它GSM-R网络（拜访GSM-R网络）中使用移动业务。312020/3/3主讲：李华连接管理连接管理功能（CM）是GSM-R协议模型中最高层的管理功能，CM功能主要提供对基本呼叫控制、补充业务的呼叫控制和短消息的连接管理功能。322020/3/3MSVMSCVLRVPLMN无线接口信令呼出呼叫发送的信息完成呼叫初始化地址消息(ISUP)BSSA接口信令