下一代网络NGN复习

下一代网络复习概要

文章目录

  • 下一代网络复习概要
    • 特级标题
    • 一、电信业务的历史
    • 二、NGN的意义和内容
      • 2.1 NGN的定义(必须掌握)
      • 2.2 NGN的网络特征
      • 2.3 NGN的移动性管理
      • 2.4 NGN标准演进
      • 2.5 移动核心网的演进(必须要掌握)
      • 2.6 通信交互的流程描述
        • 2.6.1 MSC
        • 2.6.2 MSC的主要特点
        • 2.6.3 MSC图
        • 2.6.4 SDL图
    • 三、智能网技术
      • 3.1 基本介绍
      • 3.2 800业务流程
      • 3.3 智能网概念模型
        • 3.3.1 智能网业务
        • 3.3.2 总功能平面GFP
      • 3.4 固网智能化
        • 3.4.1 业务介绍
      • 3.5 软交换技术
        • 3.5.1 软交换与NGN的关系
        • 3.5.2 软交换网络的系统架构(非常重要)
        • 3.5.3 软交换网组网结构
          • 3.5.3.1软交换平面组网模型
        • 3.5.4 路由
    • 四、IMS技术
      • 4.1 基本介绍
      • 4.2 网元功能
      • 4.3 IMS用户注册流程
      • 4.4 IMS业务触发机制
    • 五、EPC演进中的分组核心网
      • 5.1 基本介绍
      • 5.2 系统架构演进
      • 5.3 EPC主要网元功能
    • 六、5G核心网
      • 6.1 5G的应用场景
      • 6.2 5G的优点及其架构(重要)
        • 6.2.1 网络架构选项:NR独立子网与非独立子网
      • 6.3 5G核心网关键技术
        • 6.3.1 关键技术1-网络切片管理
        • 6.3.2 关键技术2-移动性管理&会话管理
        • 6.3.3 关键技术3-边缘计算&业务连续性
        • 6.3.4 关键技术4-基于流的新型Qos机制(无承载)
        • 6.3.5 关键技术5-集中化的智能策略中心
        • 6.3.6 关键技术6-计算与数据分离(C/D分离)(重要)
    • 7. SIP协议及其应用
      • 7.1 基本介绍
    • 8. BNF范式

特级标题

缩略语(20):
PSTN 公共电话交换网 Public Switch Telephone Network
PLMN 公共陆地移动网 Public Land Mobile Network
ITU 国际电信联盟
IN 智能网 Intellgent Network
3GPP 第三代合作伙伴计划 The 3rd Generation Partner Plan
MSC 消息序列图 Message Sequence Chart
IP 智能外设&IP协议

FPH 被叫付费业务
ACC记账卡呼叫业务
VPN 虚拟专用网业务
VOT 电话投票业务
MAS 大众呼叫业务
UPT 通用个人通信业务
WAC 广域集中用户交换机

SSP 业务交换点
SCP 业务控制点
STP 信令转换点
SMS 业务管理系统
SCE 业务生成环境

SF 业务特征
FPH 免费电话业务
SIB 业务独立构件
BCP 基本呼叫处理
GSL 总业务逻辑
AAB 自动更换记账
DFP 分布功能平面
SCF 业务控制功能
IMS IP多媒体系统
IFC 初始过滤规则
SBA 基于服务的系统构架
SDL 规范说明和描述语言
S-CSCF(Serving-CSCF,服务CSCF)
P-CSCF(Proxy-CSCF,接入CSCF)
I-CSCF(Interrogation-CSCF,问询CSCF)
HSS(Home Subscriber Server,归属用户服务器)
BGCF(Border Gateway Control Function,边界网关)
E-CSCF(Emergency CSCF,紧急CSCF)
MGCF(媒体网关控制器)
IM-MGW(IP Media MGW)
SBC(Session Border Controller)
SLF(Subscription Locator Function,签约用户定位服务)
MSC (Message Sequence Chart 消息序列图)
PP 物理平面

SAE 分组域核心网的演进项目
EPC 演进的分组核心网
EPS 演进的分组域系统

SDN 软件定义网络

(1)业务交换点(SSP)
(2)业务控制点(SCP)
(3)业务数据点(SDP)
(4)智能外设(IP)
(5)紧连控制点(AD)
(6)业务节点(SN)
(7)业务交换和控制点( SSCP)
(8)业务管理点(SMP)
(9)业务生成环境点(SCEP)
(10)业务管理接入点(SMAP)

一、电信业务的历史

NGN(Next Generation Network)下一代网络

1876 年3 月10日 发出了第一条电话信息

史瑞乔-进入交换机时代

PSTN(Public Switch Telephone Network)公用电话交换网,PSTN是电信服务系统

PLMN(Public Land Mobile Network)公共陆地交换网

本课程就是研究电信服务网络演进

ITU(International Telecommunication Union)国际电信联盟

电信业务:电信业务是指可以独立的、以商业形式提供给终端用户的服务。大多以呼叫形式完成某种通信或信息传递功能的服务。

补充业务:包括传统的电信业务和在其基础上附加某些新业务特征的新业务。

增值业务:新类型业务。

PSTN业务:

  • 入呼业务:白名单、黑名单
  • 出呼业务:号码限制、主叫号码显示给对方

二、NGN的意义和内容

2.1 NGN的定义(必须掌握)

NGN是一个分组网络,它提供包括电信业务在内的多种业务,能够利用多种带宽和具有QoS能力的传送技术,实现业务功能和底层传送技术的分离;它允许用户对不同业务提供商网络的自由接入,并支持通用移动性,实现用户对业务使用的一致性和统一性

2.2 NGN的网络特征

简单描述为,四个融合,两个分离

四个融合

  • 技术
  • 网络
  • 业务
  • 产业

两个分离

  • 业务与控制
  • 控制与承载

2.3 NGN的移动性管理

移动性可以划分为两个级别

  1. ”游牧“的移动性:指用户在移动时能够改变其网络接入点,但正在进行的网络会话会完全停止,需要重新启动
  2. 无缝移动:指当前用户或终端移动时,能够随时改变其网络接入点而不中断正在进行的网络会话

涉及的软硬切换概念阐述

  • 硬切换:简单来说就是先切断与原对象的连接,后连接需要连接的对象。
  • 软切换:先与要连接的对象连接,然后在适当的时候切断与原对象的连接。

2.4 NGN标准演进

3GPP(3rd Generation Partnership Project)第三代合作伙伴计划

R99:第一个3G标准,过渡版本,没有商用

R4:商用版本,在核心网电路域引入软交换,实现控制与承载分离

R5:在核心网引入了IMS网络,实现核心网的融合发展,未商用

R6:增强了IMS的功能,实现了商用

R8:提出了EPC,较为完善的EPC商用版本

2.5 移动核心网的演进(必须要掌握)

下一代网络NGN复习_第1张图片

主要是分析3G → 4G → 5G的演进过程:

​ 3G到4G的演进主要是在接入网进行扁平化、IP化操作,去掉了RNC的物理实体,功能实体分解到了基站和核心网元,其中大部分的功能放在了E-NodeB,以减少时延和增强调度能力,少部分放在了核心网,加强移动性管理,核心网方面,为使得控制/承载分离,原有的SGSN实体分解为MME和Gateway,GGSN演进为PGW。

​ 4G到5G,首先是架构上发生了变化,5G采用的是SBA架构,架构核心是把MME、HSS等控制面的功能与转发面的功能进行重新划分,形成新的控制面,即新控制功能,4G到5G在3G控制/承载分离的基础上进一步进行C/U分离,即从网络重构的角度,将控制功能集中化,进一步简化转发功能,降低成本,提高效率。

2.6 通信交互的流程描述

  • 通信交互各实体的行为描述
  • 通信协议实体行为设计与SDL

2.6.1 MSC

MSC(Message Sequence Chart)消息序列图

  • ITU建议定义的形式化描述语言
  • 用于规范和描述系统实体间,实体与系统环境间的消息交互顺序
  • 完全图形化,易于使用
  • 一般用于实时系统,特别是电信交换系统

2.6.2 MSC的主要特点

  • 跟踪:MSC是一种消息跟踪语言。MSC描述通信及其他事件发生的顺序,同时也可以表示对数值传递和事件定时的限定。
  • 场景:MSC是一门“场景”语言。每张MSC图只描述系统在某种情况下的通信行为,不同的”场景“不同的情况需要用不同的MSC图来描述。

2.6.3 MSC图

含义

  • 描述系统实体之间,实体与环境之间的消息流。
  • 实体以实例的形式出现。

图形语法

  • MSC图包括简单MSC图和高级MSC图
  • 简单MSC图包括MSC头部和主体部分
  • MSC头部包括关键字msc,名称,参数等

棒棒图:MSC图实例

下一代网络NGN复习_第2张图片

其中的解释:

Message有一个Input和Output的事件,Idle表示初始条件,Door unlocked表示结束条件。

下一代网络NGN复习_第3张图片

MSC资料上的题目弄懂问题就不大

题目的意思是要画一个闹钟服务时的MSC图。

首先用户要设置一个闹钟服务,时间是自己定,闹钟到了预定的时间就开始服务,此时自动向用户振铃,用户摘机后听提示语音,则表明用户是醒的,此次服务结束。如果振铃一分钟没有人接听,则停止振铃,休息5分钟然后再次振铃,如果第二次过了一分钟还是没有人则自动取消服务。如果到了预定时间,电话正在被使用,表明用户已经醒了,服务取消。

以上的分析可以得出:

时间到就开始服务,呼叫用户,振铃,通话中忙音,则成功,服务结束。如果回复的是回铃音,表明未接听,此时启动一分钟振铃,一分钟发现用户摘机行为,则客户醒了,服务结束,一分钟振铃到了,还是没有人摘机,则表明人还在睡,此时挂机,休息5分钟,然后再次开启loop2的服务。每一次成功都会有一条虚线区分开来。

下一代网络NGN复习_第4张图片

对应的SIP消息:

  • 振铃:180消息

  • 客户摘机表示成功:200

  • 忙音:486

  • 回铃音:488

  • 回环:482

2.6.4 SDL图

SDL(Specification Description Language)图是通信功能实体的行为描述。

  • MSC所描述的是一个交互需求
  • SDL完成的是一个具体实现
  • MSC 描述交互双方或多方的某交互的一个场景
  • SDL 描述交互的一方的,能够满足多个场景的实现行为

SDL系统组成

下一代网络NGN复习_第5张图片

SDL图形基本框图表示的含义:

下一代网络NGN复习_第6张图片

例题:

有一个双向门禁系统,进门出门都要验证。门禁系统有三部分组成前端读卡器和卡号输入键盘(有一个双向门禁系统,进门出门都要验证。门禁系统有三部分组成前端读卡器和卡号输入键盘(Input)、开关门驱动(GateDriver)后台服务器(Server )、管理员终端(Terminal)。
MSC图
一个客户来到门禁系统前,他的卡号为4位号码,他在卡号输入键盘上输入,但在输第3 个号码输入时超时(超过30秒),第二次输入正常,门开。画出这一场景的MSC。

**分析:**知道在第三个号码时一定会停顿30秒,也就意味这个第一个号码输入以后开始启动计时器,30s内第二个号码输入成功,第三个号码因为超时,也就是失败,门禁前端返回一个输入超时请重输,此时由于这是在已经启动了门禁前端的情况下,所以第一个卡号时候就开始计时,第二次正常所以所有的号码都在30s内输入完毕,最后合成完整卡号去服务器查询此卡号是否存储在数据库中,有的话,表示卡号合法,门开。

下一代网络NGN复习_第7张图片

SDL图

请画出该双向门禁系统,后台服务器的执行逻辑的请画出该双向门禁系统,后台服务器的执行逻辑的SDL图。该门禁系统不允许有两个或超过两个以上的人持相同的卡进入或走出房间,(图。该门禁系统不允许有两个或超过两个以上的人持相同的卡进入或走出房间。(10分)

**分析:**首先程序开始框图,进门流程,输入卡号,输入框,卡号输入完毕,则到程序调用框,查询卡号是否合法,出现判断框,不合法,输出框输出非法警告,结束操作。合法的话,进一步判断是在室内还是室外,如果不在室外,表示不能进门,输出框非法警告,在室外,则输出框输出开门指示,此时人已经进门,程序调用框调用程序,将当前用户状态置为室内。结束操作。出门刷卡类似,不再赘述。

这里的管理员指示用户数据更新消息,因为要反馈给用户,用户需要输入更新的信息,肯定是输入框,然后到程序调用程序增删改查数据库操作,结束。

系统初始化的话,管理员要输入初始化指令,程序调用初始化程序执行,程度调用数据库中的操作,将所有用户都置为在室外状态,结束。

下一代网络NGN复习_第8张图片

例题:

下图是一个有限状态机,它接收满足{AnBm CpD |n,m,p ∈N} 要求的序列信息,并打印“OK”,对不满足要求的信息系列,打印,对不满足要求的信息系列,打印“Error” 。

状态机:

下一代网络NGN复习_第9张图片

画出对应的SDL图

分析:框图开始,表状态,

  • 令进入S0的连接点为4,也就是所有的地方都是通过4到达S0。S0时候只有输入A的话才会到S1,其他的都是输出“Error",进入到S1以后,令进入S1的连接点为1,进入后,输入A回到自身,也就是1,输入其他字符打印”Error",回到S0,也就是4,输入B的话,进入S2
  • 令进入S2的连接点为2,进入后,输入B回到自身也就是2,输入其他的字符,打印“Error",然后回到S0,也就是4,输入C的话,进入S3
  • 设置进入S3的连接点为3,进入后输入C回到S3,即3,输入其他字符打印”Error",回到S0,即4,输入D打印“OK",回到S0,即4。

(所有的打印都是调用打印程序,使用的是程序调用框,使用输出框也是可以的,连接点使用的是圆框,上面SDL常用图形有解释)

下一代网络NGN复习_第10张图片

三、智能网技术

3.1 基本介绍

智能网的定义

  • 在现有的交换和传输的基础网络结构上,为快速、方便、经济地提供电信新业务而设置的一种附加网络结构。

智能网的业务简介

  • FPH:被叫付费业务
  • ACC:计帐卡呼叫业务
  • VPN:虚拟专用网业务
  • VOT:电话投票业务
  • MAS:大众呼叫业务
  • UPT:通用个人通信业务
  • WAC:广域集中用户交换机

智能网体系结构

下一代网络NGN复习_第11张图片

缩略语:

SSP (Service Switch Point) 业务交换点

SCP (Service Control Point) 业务控制点

STP (Signaling Transfer Point) 信令转接点

IP (Intelligent Peripheral) 智能外设

SMS (Service Management System) 智能管理系统

SCE (Service Creation Environment) 业务生成环境

3.2 800业务流程

800业务:是一种由被叫集中付费的业务,因为使用号码800作为该项业务的接入码,所以称为800业务。

800业务流程介绍:

下一代网络NGN复习_第12张图片

  • 首先主叫用户拨打800业务号码
  • SSP(服务交换点)收集800号码,上报给SCP(服务控制点)
  • SCP负责从数据库中查询译码表,将此号码翻译成普通的电话号码(真正被叫号码),将此号码发送给SSP
  • SSP负责通知被叫振铃,并完成主被叫之间的连接

3.3 智能网概念模型

业务平面:

  • 呈现了面向业务的表示形式
  • 只看到与业务有关的网络性能不包含任何业务实现有关的信息。

业务特征:最基本的业务单元

业务与业务特征之间的关系:业务 = ∑ 业务特征

业务特征种类:

  • 核心业务特征:必备的业务特征
  • 可选业务特征:完善得业务特征

举出两个以上的业务特征

免费电话业务(FPH)至少需要两个核心业务特征:其一是一个号码(One Number);其二为反向计费(Reverse Charging),由被叫集中计费,主叫用户无需付费。

3.3.1 智能网业务

智能网业务FPH: 核心就为一个号码,反向计费。

智能网业务触发方式:接入号

3.3.2 总功能平面GFP

平面内容:

  • 业务独立构件SIB
  • 基本呼叫处理BCP
  • 总业务逻辑GSL

**业务独立构件SIB (Service Independence Blocks):**用来生成业务特征的标准的可再用的网络范围的能力

**基本呼叫处理BCP (Basic Call Processing): **实质就是交换机的呼叫处理功能,由它向业务逻辑上报发生的只能呼叫事件,再接收业务逻辑发回来的控制命令,完成一次呼叫。

自动更换记账AAB (Automatic Alternative Billing)

分布功能平面DFP (Distributed Functional Plane)

功能实体FE (Functional Entity)

物理平面PP (Physical Plane)

3.4 固网智能化

业务触发方式:拿起电话就触发

实现思路:

  • 用户信息与网络的分离
  • 实现用户数据的集中管理

三个方面的工作:

  • 引入**智能归属位置寄存器SHLR (Smart HLR)**是一种智能的用户数据库
  • PSTN向软交换网络演进
  • 引入统一增值业务平台

逻辑号码DN (Directory Number) - 用户号码

用户物理号码LRN (Location Routing Number) - 路由号码


3.4.1 业务介绍

号码携带类业务:

  • 移机不改号
  • 混合放号等

业务流程:

在这里插入图片描述

下一代网络NGN复习_第13张图片

具体流程:

​ 首先1号机需要拨打二号机的电话,1号机的物理地址是6660001,电话号码是8888887,此时它先到SHLR中进行处理,传入信息需要拨打的号码88888888,SHLR中查询之后,获取到2号机的物理地址,然后传给1号机,也就是传入88888887,以及7770001,然后1号机和2号机根据这个物理地址通信。

SHLR解决思路:

​ SHLR作为用户属性数据库,保存主被用户叫智能业务的签约信息,本地网所有呼叫先发送到SHLR,由SHLR查询完用户的签约信息后将智能业务的接入码返回,交换机根据SHLR返回的智能业务接入码接续到SSP,实现智能业务的触发。

业务触发的两种模式:

  • 对本地端局的本地网发话,原则上由端局触发到SHLR进行业务鉴权后再接续。
  • 在端局不支持与SHLR配合的相关信令及修改的情况下,端局需要触发的发话业务可经过汇接局,由汇接局触发到SHLR进行业务鉴权后在进行接续。

3.5 软交换技术

3.5.1 软交换与NGN的关系

  • 软交换网络是 NGN ( NGN- the Next Generation Network 下一代网络)实现方式之一。
  • NGN是基于分组的网络,它使用多种具有 QOS 保证的宽带传送技术,提供包括电信业务在内的各种业务。
  • NGN 具备业务与控制分离、控制与承载分离的特征,具有通用移动性的功能,用户通过 NGN 能够灵活、自由的接入不同业务提供者 。
  • 软交换网络以软交换设备为呼叫控制核心,在分组交换网上提供实时语音和多媒体业务的网络。

3.5.2 软交换网络的系统架构(非常重要)

软交换网络的系统架构图:

下一代网络NGN复习_第14张图片

注意图中的SAC,软交换,信令网关。(上面的信令网前面有No.7也就是7号信令)

软交换主要设备的作用:

  • 应用服务器:软交换网络中向用户提供各类增值业务的设备,负责增值业务逻辑的执行、业务数据和用户数据的访问、业务的计费和管理等。
  • 第三方服务器:由第三方运营,通过应用网关(如PARLAY网关)接入到软交换网络向用户提供业务的应用服务器。
  • 媒体服务器:提供基本和增强业务中的媒体处理功能。
  • 应用网关:提供应用服务器的初始接入、注册和发现等功能,对第三方应用服务器还需要提供认证和授权功能。
  • HLSR(Home Location and Service Register)归属位置寄存器: 负责对软交换用户和软交换终端进行认证、鉴权、密钥分发和管理,负责保存和软交换用户相关的网络位置信息, HLSR 还负责保存和用户相关的所有业务属性信息。
  • Web服务器:向用户提供各种Web页面。
  • 软交换设备软交换设备是软交换网络的核心设备,主要完成以下功能:
    • 呼叫控制
    • 媒体网关接入控制
    • 资源分配
    • 协议处理
    • 路由、认证、计费等主要功能
    • 向用户提供各种基本业务和补充业务
  • SAC(Softswitch Services Access Control Device)软交换业务接入控制设备:用于接入软交换网络中的不可信任设备,对通过不可信任设备接入到软交换网络中的用户进行接入和业务控制,提供用户的信令流和媒体流的代理功能,配合软交换核心设备实现用户管理、业务管理、配合承载网实现QOS管理。
  • NBP(Network Border Point)网络边界点:跨接在软交换网络和其他运营商基于NGN 的网络之间
  • 位置服务器:路由信息放置在位置服务器上,位置服务器之间可以形成分层结构,软交换可以配置一个首选位置服务器及一个或多个备份位置服务器 , 软交换向位置服务器发送地址解析请求。
  • 转接软交换:转接软交换需要提供地址解析功能,即根据被叫用户的E.164 号码或SIP URI 解析出下一跳软交换所对应的IP地址。

3.5.3 软交换网组网结构

  • 软交换业务应用平面的组网
  • 软交换控制平面组网模型
3.5.3.1软交换平面组网模型

软交换控制平面可以采用以下两种组网结构:

  • 平面路由结构
    • 相对分级路由结构来说,相对路由简单,建设成本低,在网络运营的初期可以使用
  • 分级路由结构
    • 建网规模逐渐上升,建议采用分级的路由结构

3.5.4 路由

路由种类:

  • 信令路由
  • 媒体路由

媒体流和信令流的走向:

下一代网络NGN复习_第15张图片

会话初始协议SIP(Session Initiation Protocol)

四、IMS技术

4.1 基本介绍

IMS含义:

  • IMS:Ip Multimedia Subsystem IP多媒体子系统
    • IP=
      • 基于IP的传输
      • 基于IP的会话控制
      • 基于IP的业务实现
    • Multimedia=
      • 语音、视频、图片、文本等多种媒体的组合
      • 支持多种接入方式,各种不同能力终端
    • Subsystem=
      • 依赖于现有的网络技术和设备最大程度重用现有网络系统
      • 无线网络把PS/GPRS网络作为承载网络
      • 固定网络把基于固定接入IP系统作为承载网络

IMS在3GPP的R5阶段引入,叠加在PS域上,目的是在基于全IP的网络上为移动用户提供多媒体业务。

中国移动系统架构图(重要):

下一代网络NGN复习_第16张图片

注意图中的绿色模块

4.2 网元功能

S-CSCF(Serving CSCF)服务CSCF:在IMS核心网中处于核心的控制地位,负责对UE的注册鉴权和会话控制,执行针对主叫端及被叫端IMS用户的基本会话路由功能,并根据用户签约的IMS触发规则,在条件满足时进行到SIP AS/OSA SCS的业务路由触发

P-CSCF(Proxy CSCF)接入CSCF:提供注册和注销、鉴权和授权、信令压缩、媒体授权、信令路由、数据管理、紧急呼叫、Qos、计费等功能。提供代理功能,即接收业务请求并转发它们。

I-CSCF(Interrogation CSCF)问询CSCF:IMS的边界点,主要功能包括指派S-CSCF。提供本域用户服务节点分配、路由查询以及IMS域间拓扑隐藏功能。

4.3 IMS用户注册流程

这张图中的I-CSCF、P-CSCF、S-CSCF、SIP-AS、HSS注意看

媒体流的走向:GGSN-GGSN

信令流的走向:信令控制平台获取到响应的信息,此时经过IMS的边界点,(其中包括I-CSCF向HSS中查询,然后选择S-CSCF),由边界点指派并流向S-CSCF ,S-CSCF通知AS(SIP-AS基于SIP的应用服务器)进行第三方注册,AS从HSS获取到用户数据(可选项,图中没有获取),然后P-CSCF向S-CSCF订阅事件注册通知。

下一代网络NGN复习_第17张图片

下一代网络NGN复习_第18张图片

CSCF:呼叫会话控制单元,分为I-CSCF、P-CSCF、S-CSCF

HSS:归属用户服务器,存储IMS用户的签约数据以及无线用户的鉴权五元组

DNS:负责URI的地址到IP地址的解析,在IMS网络中负责将归属网络( I-CSCF)的SIP URI转换成归属网络的IP地址

AS:应用服务器,为IMS用户提供增值业务

4.4 IMS业务触发机制

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业务触发方式:

(网上的)

  • S-CSCF在IMS用户注册过程中,通过Cx接口从HSS下载iFC
  • 呼叫过程中,按照初始过滤准则(iFC)的优先级依次匹配每一条iFC,匹配成功后触发相应的应用服务器AS来执行业务,由应用服务器完成业务逻辑处理。

(PPT)

  • 采用基于规则的业务触发机制:SPT(Service Point Trigger)
  • 根据用户的签约数据的初始过滤规则iFC
  • 由CSCF分析并触发到规则指定的应用服务器,由应用服务器完成业务逻辑处理

五、EPC演进中的分组核心网

5.1 基本介绍

2004年12月,3GPP在希腊雅典会议上启动了面向全IP的分组域核心网的演进项目SAE(System Architecture Evolution),其核心网也被称为演进的分组核心网EPC(Evolved Packet Core)

LTE(Long Time Evolution)长期演进

演进的分组域系统 EPS(Evolved Packet System)

EPS = EPC + LTE接入网

5.2 系统架构演进

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核心网的用户面和控制面分离

  • 原有的SGSN实体分解为**MME(控制面实体)**和 Gateway(用户面实体)

5.3 EPC主要网元功能

MME( Mobility Management Entity)的主要功能:

  • NAS非接入层信令的加密和完整性保护
  • AS接入层安全性控制、空闲状态移动性控制
  • EPS承载控制
  • 支持寻呼、切换、漫游、鉴权

S-GW(Serving Gateway)服务网关的主要功能:

  • 分组数据路由及转发
  • 移动性及切换支持
  • 合法监听
  • 收费

P-GW(PDN Gateway)PDN网关的主要功能:

  • 分组数据过滤
  • UE的IP地址分配
  • 上下行计费及限速

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六、5G核心网

6.1 5G的应用场景

下一代网络NGN复习_第22张图片

eMBB(Enhanced Mobile Broadband)增强移动带宽

mMTC(Massive Machine Type Communications)大规模物联网

uRLLC(Ultrareliable and Low Latency Communication)超可靠低时延连接

6.2 5G的优点及其架构(重要)

5G的优点5G网络引入服务化功能设计,实现网络功能的灵活定制与组合;核心网通过控制和转发理念,降低简化用户面,实现高效转发;接入网通过CU/DU分离,实现无线资源的集中控制和协作

5G的系统架构图:

下一代网络NGN复习_第23张图片

UDM: Unified Data Management,统一数据库

AUSF: Authentication Server Function,认证服务器功能

AMF:Core Access and Mobility Management Function,接入及移动性管理终端接入权限和切换等由它来负责。

SMF:Session Management Function,会话管理提供服务连续性,服务的不间断用户体验,包括IP地址和/或锚点变化的情况。

UPF:User Plane Function,用户面功能

NEF:Network Exposure Function,网络开放功能

NRF:Network Repository Function,网络仓库功能


5G与4G的核心区别:基于服务的架构/控制面与转发面完全分离

  • 基于服务的系统架构SBA(Service-based Architecture) 采用“服务”来设计通信网元及主要功能,以“服务调用”取代传统的信令交流
  • 借助IT领域的“微服务”设计理念,将网络功能定义多个相对独立可被灵活调用的服务模块

6.2.1 网络架构选项:NR独立子网与非独立子网

NR(New Radio)新无线电

以下图片和解释引自:https://www.iyiou.com/intelligence/insight75105.html

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选项3主要使用的是4G的核心网络,分为主站和从站,与核心网进行控制面命令传输的基站为主站。 由于传统的4G基站处理数据的能力有限,需要对基站进行硬件升级改造,变成增强型4G基站,该基站为主站,新部署的5G基站作为从站进行使用。

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选项7和选项3类似,唯一的区别是将选项3中的4G核心网变成了5G核心网,传输方式是一样的。

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**选项5可以理解为先部署5G的核心网,**并在5G核心网中实现4G核心网的功能,先使用增强型4G基站,随后再逐步部署5G基站。

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**选项4与选项3的不同之处就在于,选项4的4G基站和5G基站共用的是5G核心网,5G基站作为主站,4G基站作为从站。**由于5G基站具有4G基站的功能,所以选项4中4G基站的用户面和控制面分别通过5G基站传输到5G核心网中,而选项4a中,4G基站的用户面直接连接到5G核心网,控制面仍然从5G基站传输到5G核心网。

简单的理解就是看组网方式中部署的核心网是不是新一代的无线网,如果核心网都是5G的就意味着这就是独立子网,运用了4G核心网的都是非独立子网。

6.3 5G核心网关键技术

6.3.1 关键技术1-网络切片管理

网络切片是端到端的逻辑功能集合和其所需的物理或虚拟资源,包括接入网、核心网功能等,甚至需要回传网络和IP网络的协同支持,网络切片可以认为是5G网络中的虚拟化“专网”

6.3.2 关键技术2-移动性管理&会话管理

从单一移动性管理到按需的个性话移动性管理

相对于4G网络,5G网络采用了CU分离,即控制面与用户面分离,目的是让网络摆脱“中心化”的囚禁,使其即可灵活的部署于核心网(中心数据中心),也可部署于接入网(边缘数据中心),最终实现可分布式部署。

6.3.3 关键技术3-边缘计算&业务连续性

边缘计算:优化网络架构,使内容更靠近用户,提升用户体验,结合能力开放提供增值服务

5G业务连续性:定义多种会话和业务连续性模式,为应用提供按需的连续性

6.3.4 关键技术4-基于流的新型Qos机制(无承载)

4G基于承载的Qos 控制粒度较粗,无法满足5G业务精细的Qos控制需求

核心网取消承载概念,基于流Qos管控更精细

6.3.5 关键技术5-集中化的智能策略中心

5G网络在第一阶段已经形成了以PCF为集中策略节点的策略控制架构

6.3.6 关键技术6-计算与数据分离(C/D分离)(重要)

从2G/3G -> 4G -> 5G,移动核心网的控制和转发逐代分离,逐代扁平

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具体实现:

​ 将核心网控制面内各网元内的用户上下文中,相对静态的消息(Data)(如用户状态、网络给用户分配的临时ID、鉴权信息、路由信息等)从负责逻辑处理(Compute)的网元中剥离出来单独部署,供控制面各网元共享调用。

分离的优势:

  • 有利于虚拟化环境下的系统容灾、负载均衡、NF迁移
  • NF之间共享数据,减少NF解耦后数据获取导致的信令交互
  • 可基于集中的用户数据进行大数据分析,便于网络故障诊断,网络优化。
  • 可基于统一的数据层实现数据信息开放

7. SIP协议及其应用

7.1 基本介绍

SIP(Session Initiation Protocol)协议,会话初始协议

作用:作为信令;作为传输层协议

SIP的特点:

信令建立与能力协商分离,可支持多种会话能力支持

SIP消息分为消息头和消息体

消息头部分:路由选择或业务标识

消息体:会话能力协商

SIP消息的消息体一般采用会话描述协议(SDP),随着应用的不断扩展,也可以采用其他协议。

常用的SIP请求消息如下:

  • INVITE:表示主叫用户发起会话请求,邀请其他用户加入一个会话。也可以用在呼叫建立后用于更新会话(此时该INVITE又称为Re-invite)。
  • ACK:客户端向服务器端证实它已经收到了对INVITE请求的最终响应。
  • PRACK:表示对1xx响应消息的确认请求消息。
  • BYE:表示终止一个已经建立的呼叫。
  • CANCEL:表示在收到对请求的最终响应之前取消该请求,对于已完成的请求则无影响。
  • REGISTER:表示客户端向SIP服务器端注册列在To字段中的地址信息。
  • OPTIONS:表示查询被叫的相关信息和功能。

响应消息共分为 6 大类:
1xx:Provisional—请求已经接收到,正在处理 (临时的);
2xx:Success—请求已经收到、理解,并接收
3xx:Redirection—为完成请求,还需进行下一步动作,用在重定向场合;
4xx:Client Error—请求有语法错误或不能被此服务器执行;
5xx:Server Error—服务器不能执行明显的有效请求;
6xx:Global Failure—网络中所有的服务器不能执行请求。

SIP将1xx定义为临时响应,也就是不需要用ACK去确认,除特殊情况,如彩铃。

SIP会话呼叫流程

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8. BNF范式

描述语言–乔姆斯基做出了巨大贡献


通信语言(信息)的语法描述技术:

  • 消息的语法定义:BNF(Backus-Naur Form)巴克斯范式
  • 消息的交互流程:MSC(Message Sequence Chart)消息序列图

BNF的语法:

1 在双引号中的字(“word”)代表着这些字符本身。而double_quote用来代表双引号。

2 在双引号外的字(有可能有下划线)代表着语法部分。

3 尖括号( < > )内包含的为必选项。

4 方括号( [ ] )内包含的为可选项。

5 大括号( { } )内包含的为可重复0至无数次的项。

6 竖线( | )表示在其左右两边任选一项,相当于"OR"。

7 ::= 是“被定义为”。

举例:

  • <电话号码> ::= <号码类型1>|<号码类型2> 表示电话号码被定义为从两种类型的号码中选择一种
  • <号码类型1> ::= 1<数字><数字> 表示此电话号码为3位,第一位必须为1,后两位为任意的数字,必须选择
  • <号码类型2> ::= 8<数字><数字><数字><数字><数字><数字><数字> 表示电话号码为8位,第一位必须为8,后七位必须选择任意的数字
  • <数字>::= 1|2|3|4|5|6|7|8|9 ,表示此数组为123456789中的任意一个

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