移動(dòng)通信交換概論

1、移動(dòng)通信交換項(xiàng)目課程移動(dòng)通信交換項(xiàng)目課程第一章第一節(jié)第一章第一節(jié) 移動(dòng)通信交換概論移動(dòng)通信交換概論 國脈科技股份有限公司網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部國脈科技股份有限公司網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部 林海林海 2009年年2月月提綱提綱二、移動(dòng)通信交換的發(fā)展及趨勢二、移動(dòng)通信交換的發(fā)展及趨勢一、移動(dòng)通信交換概念一、移動(dòng)通信交換概念移動(dòng)通信概念移動(dòng)通信概念現(xiàn)代交換技術(shù)概念現(xiàn)代交換技術(shù)概念移動(dòng)通信交換概念移動(dòng)通信交換概念交換技術(shù)的發(fā)展交換技術(shù)的發(fā)展我國移動(dòng)通信發(fā)展所處的階段我國移動(dòng)通信發(fā)展所處的階段主流運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)主流運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)演進(jìn) 移動(dòng)通信是指通信雙方至少有一方在移動(dòng)中（或者臨時(shí)停留在某一非預(yù)定的位置上）進(jìn)行信息傳

2、輸和交換，這包括移動(dòng)體（車輛、船舶、飛機(jī)或行人）和移動(dòng)體之間的通信，移動(dòng)體和固定體（固定無線電臺(tái)或有線用戶）之間的通信。必須利用無線電波進(jìn)行信息傳輸在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運(yùn)行的可以利用的頻譜資源非常有限，而移動(dòng)通信業(yè)務(wù)量的需求卻與日俱增移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多種多樣，網(wǎng)絡(luò)管理和控制必須有效 現(xiàn)代通信系統(tǒng)建立在多點(diǎn)之間，構(gòu)成了我們常見的通信網(wǎng)絡(luò)。在這一背景下，產(chǎn)生了交換（switching）技術(shù)，又稱轉(zhuǎn)接。其思路是建立一個(gè)交換中心，設(shè)置一部或多部交換機(jī)，將信息在用戶點(diǎn)間進(jìn)行轉(zhuǎn)移，這樣可以大大減少用戶點(diǎn)數(shù)，使鍵路數(shù)減小。 通信中交換的要領(lǐng)源于電話交換。從通信資源分配的角度來看，交換就是按照某種方式動(dòng)態(tài)

3、地分配傳輸線路資源的一種運(yùn)作。當(dāng)然，這也是一門技術(shù)，稱之為交換技術(shù)。 開放系統(tǒng)互連參考模型（OSIRM）。它是國際標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，是一個(gè)七層模型。該模型包括七層功能及其對應(yīng)的協(xié)議，每層完成一個(gè)明確定義的功能集合，并按協(xié)議相互通信。每層向上層提供所需服務(wù)，同時(shí)為了完成本層協(xié)議也要使用下層提供的服務(wù)。七個(gè)層次由下向上依次是：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳送層、會(huì)話層、表示層與應(yīng)用層。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層主要功能是為兩個(gè)用戶進(jìn)程之間建立、管理和刪除端對端連接通路，使之可靠而有效。傳送層為會(huì)活層提供進(jìn)程間連接的接口和服務(wù)，它利用通信子網(wǎng)的功能，同時(shí)又與之相獨(dú)立傳輸層傳輸層 移動(dòng)通信交換就是將程控交換技術(shù)應(yīng)用

4、于移動(dòng)通信中。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中使用的交換機(jī)通常稱為移動(dòng)交換中心MSC（Mobile Switching Center）。 它與常規(guī)交換機(jī)的不同之處是：MSC除了要完成常規(guī)交換機(jī)的所有功能外，它還負(fù)責(zé)移動(dòng)性管理和無線資源管理（包括越區(qū)切換、漫游、用戶位置登記管理等）。 在蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，為便于網(wǎng)絡(luò)組織，將一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)分為若干個(gè)服務(wù)區(qū)，每個(gè)服務(wù)區(qū)又分為若干個(gè)MSC區(qū)，每個(gè)MSC區(qū)又分為若干個(gè)位置區(qū)，每個(gè)位置區(qū)由若干個(gè)基站小區(qū)組成。一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)由多少個(gè)服務(wù)區(qū)或多少個(gè)MSC區(qū)組成，它取決于移動(dòng)通信網(wǎng)所覆蓋地域的用戶密度和地形地貌等。服務(wù)區(qū)服務(wù)區(qū)MSC區(qū)區(qū)位置區(qū)位置區(qū)小區(qū)小區(qū)提綱提綱二、移動(dòng)通信交換的

5、發(fā)展及趨勢二、移動(dòng)通信交換的發(fā)展及趨勢一、移動(dòng)通信交換概念一、移動(dòng)通信交換概念移動(dòng)通信概念移動(dòng)通信概念現(xiàn)代交換技術(shù)概念現(xiàn)代交換技術(shù)概念移動(dòng)通信交換概念移動(dòng)通信交換概念交換技術(shù)的發(fā)展交換技術(shù)的發(fā)展我國移動(dòng)通信發(fā)展階段我國移動(dòng)通信發(fā)展階段主流運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)主流運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)演進(jìn) 交換領(lǐng)域的技術(shù)變遷映射了電信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，從交換技術(shù)的發(fā)展歷史來看，數(shù)據(jù)交換經(jīng)歷了電路交換、報(bào)文交換、分組交換和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字交換等。各種交換技術(shù)各有特點(diǎn)，適用于不同的業(yè)務(wù)種類。電路交換（電路交換（CS:Circuit Switching） 最早出現(xiàn)的一種交換方式。它是以電路連接為目的的交換方式。 它的基本特點(diǎn)是采

6、用面向連接的方式，在雙方進(jìn)行通信之前，需要為通信雙方分配一條具有固定帶寬的通信電路，通信雙方在通信過程中將一直占用所分配的資源，直到通信結(jié)束，并且在電路的建立和釋放過程中都需要利用相關(guān)的信令協(xié)議。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是在通信過程中可以保證為用戶提供足夠的帶寬，并且實(shí)時(shí)性強(qiáng)，時(shí)延小，交換設(shè)備成本較低，但同時(shí)帶來的缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率不高，一旦電路被建立不管通信雙方是否處于通話狀態(tài)，分配的電路都一直被占用。 目前廣泛應(yīng)用于公眾電話網(wǎng)（PSTN網(wǎng)）和移動(dòng)網(wǎng)（包括GSM網(wǎng)和CDMA網(wǎng)）。分組交換（分組交換（PS：Packet-Switching） 分組交換是伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展而發(fā)展的。 它的基本特點(diǎn)是

7、面向無連接而采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式，將需要傳送的數(shù)據(jù)按照一定的長度分割成許多小段數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)之前增加相應(yīng)的用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行選路和校驗(yàn)等功能的頭部字段，作為數(shù)據(jù)傳送的基本單元即分組。采用分組交換技術(shù)，在通信之前不需要建立連接，每個(gè)節(jié)點(diǎn)首先將前一節(jié)點(diǎn)送來的分組收下并保存在緩沖區(qū)中，然后根據(jù)分組頭部中的地址信息選擇適當(dāng)?shù)逆溌穼⑵浒l(fā)送至下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣在通信過程中可以根據(jù)用戶的要求和網(wǎng)絡(luò)的能力來動(dòng)態(tài)分配帶寬。 分組交換比電路交換的電路利用率高，但時(shí)延較大。A1A2A3B1B2B3交換結(jié)點(diǎn)交換結(jié)點(diǎn)A1A2A3B1B2B3交換結(jié)點(diǎn)交換結(jié)點(diǎn)電路交換:分組交換:報(bào)文交換報(bào)文交換 報(bào)文交換技術(shù)和分組交換技術(shù)類似，也

8、是采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，但報(bào)文交換是以報(bào)文作為傳送單元，由于報(bào)文長度差異很大，長報(bào)文可能導(dǎo)致很大的時(shí)延，并且對每個(gè)節(jié)點(diǎn)來說緩沖區(qū)的分配也比較困難，為了滿足各種長度報(bào)文的需要并且達(dá)到高效的目的，節(jié)點(diǎn)需要分配不同大小的緩沖區(qū)，否則就有可能造成數(shù)據(jù)傳送的失敗。 在實(shí)際應(yīng)用中報(bào)文交換主要用于傳輸報(bào)文較短、實(shí)時(shí)性要求較低的通信業(yè)務(wù)，如公用電報(bào)網(wǎng)。ATM（Asynchronous Transfer Mode） 異步傳輸模式（ATM）是基于電路交換和分組交換技術(shù)而提出的。 ATM技術(shù)將面向連接機(jī)制和分組機(jī)制相結(jié)合，在通信開始之前需要根據(jù)用戶的要求建立一定帶寬的連接，但是該連接并不獨(dú)占某個(gè)物理通道，而是和其他連接

9、統(tǒng)計(jì)復(fù)用某個(gè)物理通道，同時(shí)所有的媒體信息，包括語音、數(shù)據(jù)和圖像信息都被分割并封裝成固定長度的分組在網(wǎng)絡(luò)中傳送和交換。 ATM另一個(gè)突出的特點(diǎn)就是提出了保證QoS的完備機(jī)制，同時(shí)由于光纖通信提供了低誤碼率的傳輸通道，所以可以將流量控制和差錯(cuò)控制移到用戶終端，網(wǎng)絡(luò)只負(fù)責(zé)信息的交換和傳送，從而使傳輸時(shí)延減少，ATM非常適合傳送高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 目前ATM交換機(jī)主要用在骨干網(wǎng)絡(luò)。軟交換技術(shù)軟交換技術(shù) 軟交換技術(shù)的主要特點(diǎn)是將業(yè)務(wù)呼叫控制和交換的功能相分離。 軟交換技術(shù)仍然采用分組網(wǎng)絡(luò)作為承載網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的電路交換和分組交換網(wǎng)絡(luò)在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上都集中了太多的智能，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅要負(fù)責(zé)呼叫控制、業(yè)務(wù)處理，同時(shí)還

10、需要負(fù)責(zé)進(jìn)行通路的建立，同時(shí)，在電路交換網(wǎng)絡(luò)中，許多業(yè)務(wù)都需要在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上配置相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯，這樣也制約了業(yè)務(wù)的及時(shí)提供。軟交換技術(shù)提出的一個(gè)新的概念就是將呼叫控制、承載建立、業(yè)務(wù)邏輯相分離，各實(shí)體之間通過標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議進(jìn)行連接和通信，在網(wǎng)上可更加靈活地提供業(yè)務(wù)。 軟交換技術(shù)作為NGN（Next Generation Network）中的核心技術(shù)，吸取了IP、ATM、IN和TDM等眾家之長，借鑒了業(yè)務(wù)由第三方開發(fā)實(shí)現(xiàn)這一思想，形成分層、全開放的體系架構(gòu)，使得各個(gè)運(yùn)營商可以根據(jù)自己的需要，全部或部分利用軟交換體系的產(chǎn)品，采用適合自己的網(wǎng)絡(luò)解決方案。 1987年11月第一個(gè)TACS模擬蜂窩移動(dòng)電話系統(tǒng)

11、在廣東省建成并投入商用；1993年9月我國第一個(gè)GSM數(shù)字程控移動(dòng)交換局在嘉興成功運(yùn)行；2001年12月22日 聯(lián)通新時(shí)空CDMA網(wǎng)絡(luò)建成；2001年12月31日 中國移動(dòng)通信關(guān)閉TACS模擬移動(dòng)電話網(wǎng)，停止經(jīng)營模擬移動(dòng)電話業(yè)務(wù)。目前我國移動(dòng)通信采用的交換技術(shù)主要是電路交換，同時(shí)隨著IP技術(shù)的發(fā)展，軟交換技術(shù)發(fā)展迅速。軟交換技術(shù)正逐漸開始取代電路交換。p 中國移動(dòng)中國移動(dòng) 中國移動(dòng)目前的主要網(wǎng)絡(luò)為GSM網(wǎng)。中國移動(dòng)GSM網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)采用二級網(wǎng)和三級網(wǎng)的混合結(jié)構(gòu)。每個(gè)省設(shè)置一級匯接中心(TMSC1)負(fù)責(zé)省際話務(wù)接續(xù)；省內(nèi)設(shè)置二級匯接中心(TMSC2)，負(fù)責(zé)省內(nèi)話務(wù)接續(xù)。 以福建移動(dòng)為例：福建移動(dòng)在福州

12、和廈門各設(shè)置了一個(gè)一級匯接中心(TMSC1)，與其他省市的一級匯接中心直連，負(fù)責(zé)福建移動(dòng)與其它省之間的省際話務(wù)接續(xù)。福州、廈門、泉州、漳州各設(shè)置1個(gè)二級匯接中心TMSC2（福州B、廈門B、泉州B、漳州B），負(fù)責(zé)省內(nèi)移動(dòng)業(yè)務(wù)的匯接。全省分福泉、廈漳兩個(gè)匯接區(qū)，福州、泉州、莆田、寧德、南平，由福州B、泉州B完成匯接功能，廈門、漳州、龍巖、三明，由廈門B、漳州B完成匯接功能。福建移動(dòng)福建移動(dòng)GSM網(wǎng)話路網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖網(wǎng)話路網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖p 中國電信中國電信CDMA 中國電信CDMA網(wǎng)采用三級網(wǎng)結(jié)構(gòu)。即一級匯接中心(簡稱TMSC1)、二級匯接中心(簡稱TMSC2)、本地交換中心(簡稱MSC)。 CDMA一級匯接網(wǎng)

13、工程，已在全國九城市(包括北京、上海、廣州、沈陽、濟(jì)南、武漢、成都、杭州、南京、西安)建設(shè)獨(dú)立的一級匯接中心(TMSC1)，除北京、上海為直轄市不存在二級匯接中心的問題，及杭州另建有二級匯接中心外，其他點(diǎn)均為一級與二級合設(shè)的匯接中心，以疏通省際長途話務(wù)。 CDMA二期福建省新建一對獨(dú)立的一/二級匯接中心TMSC1/2。即新建福州TMSC1/2-1和TMSC1/2-2，完成全省移動(dòng)用戶的省內(nèi)、省際來去話話務(wù)疏通。CDMA網(wǎng)話路網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖網(wǎng)話路網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖其他TMSC1-1福州MSC1廈門MSC莆田MSC/GMSC福州MSC2寧德MSC/GMSC南平MSC/GMSC三明MSC/GMSC上海TMSC1-1

14、北京TMSC1-1廣州TMSC1-1福州TMSC2-1廈門TMSC2-2泉州MSC1泉州MSC2漳州MSC1漳州MSC2龍巖MSC/GMSC福州GW(一對)廈門GW(一對)泉州GW(一對)漳州GW(一對)u移動(dòng)交換網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的動(dòng)力業(yè)務(wù)發(fā)展和運(yùn)營的要求u移動(dòng)交換網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的趨勢軟交換化、IP化u移動(dòng)交換網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的目標(biāo)IMSSAELTEGGSNSGSN分組域簡化IMS域SIP Proxy SIP ProxyHLRHLRSCPSCP電路域業(yè)務(wù)平臺(tái)業(yè)務(wù)平臺(tái)核心網(wǎng)窄帶無線+固定IMS域移動(dòng)：非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)Video SharingIMPoCVoIPCentrex固定CSI 發(fā)展愿景：核心網(wǎng)IP 化，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平

15、化 ；2G/3G一張網(wǎng)；與IMS互通；面向SAE的發(fā)展；固移融合網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中的重要技術(shù)軟交換網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中的重要技術(shù)軟交換 移動(dòng)軟交換主要針對核心網(wǎng)絡(luò)的交換部分，其核心概念是實(shí)現(xiàn)了控制面與用戶面的分離。移動(dòng)交換中心（MSC）被分解為MSC服務(wù)器（MSS）和媒體網(wǎng)關(guān)（MGW），所有的控制功能集中在MSS中，所有的交換功能在MGW中完成。MSS通過標(biāo)準(zhǔn)的H.248接口控制MGW完成話務(wù)的交換。同時(shí)，MSS通過傳統(tǒng)的MAP信令與HLR交互，通過傳統(tǒng)的信令完成對接入網(wǎng)絡(luò)的控制。 控制面與用戶面的分離決定了移動(dòng)軟交換技術(shù)符合未來電信網(wǎng)絡(luò)面向全I(xiàn)P發(fā)展的趨勢，同時(shí)兼顧原有的TDM承載需要。 此外，當(dāng)引入IP承載

16、話音時(shí)，可以將話音承載平面化。由于IP網(wǎng)絡(luò)本身具備路由與交換的特性，因此原有的匯接局將不再需要，而且整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)將趨于簡單，使得網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作效率大為提高，成本也隨之下降。網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)現(xiàn)狀 目前移動(dòng)軟交換正逐步走向成熟并不斷向縱深發(fā)展。早在2004年12月，中國移動(dòng)就用軟交換成功替換傳統(tǒng)的長途電路交換機(jī)，中國移動(dòng)長途匯接軟交換網(wǎng)絡(luò)已建成；中國聯(lián)通則構(gòu)造了一個(gè)覆蓋全國的基于分組技術(shù)的全新業(yè)務(wù)網(wǎng)。 福建移動(dòng)于2006年開始引入軟交換技術(shù)，在福州、泉州各建成了一個(gè)軟交換局，從而啟動(dòng)了核心網(wǎng)的軟交換工作。截至2008年底，福建移動(dòng)2/3以上的用戶承載在軟交換網(wǎng)絡(luò)上，預(yù)計(jì)2009年福建移動(dòng)將完成

17、全網(wǎng)的軟交換化。中國移動(dòng)核心網(wǎng)中國移動(dòng)核心網(wǎng)CS域目標(biāo)網(wǎng)架構(gòu)圖域目標(biāo)網(wǎng)架構(gòu)圖網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)目標(biāo) 移動(dòng)核心網(wǎng)全面進(jìn)入“IP”時(shí)代，IP、融合、寬帶、智能、容災(zāi)和綠色環(huán)保是其主要特征。從電路域看，移動(dòng)軟交換已經(jīng)全面從TDM的傳輸電路轉(zhuǎn)向IP；從分組域看，寬帶化、智能化是其主要特征；從用戶數(shù)據(jù)看，新的HLR被廣泛接受，逐步向未來的融合數(shù)據(jù)中心演進(jìn)。另外，運(yùn)營商紛紛將容災(zāi)和綠色環(huán)保提到戰(zhàn)略的高度；移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在未來發(fā)展和演進(jìn)上殊途同歸，在4G時(shí)代，GSM和CDMA兩大陣營將走向共同的IMSSAELTE架構(gòu)。 在核心網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展上，WCDMA和CDMA2000的電路域核心網(wǎng)都不約而同地選擇了軟交換架構(gòu)，

18、并向未來共同的統(tǒng)一核心控制層IMS逐步演進(jìn)；在無線接入網(wǎng)絡(luò)發(fā)展上，4G時(shí)代WCDMA陣營和CDMA陣營將統(tǒng)一走向LTE。名詞解釋名詞解釋(IP Multimedia Subsystem)是IP多媒體系統(tǒng),是一種全新的多媒體業(yè)務(wù)形式，它能夠滿足現(xiàn)在的終端客戶更新穎、更多樣化多媒體業(yè)務(wù)的需求。目前，IMS被認(rèn)為是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，也是解決移動(dòng)與固網(wǎng)融合，引入語音、數(shù)據(jù)、視頻三重融合等差異化業(yè)務(wù)的重要方式。IMS(Long Term Evolution,長期演進(jìn))項(xiàng)目是3G的演進(jìn)，LTE是3G與4G技術(shù)之間的一個(gè)過渡，是3.9G的全球標(biāo)準(zhǔn),它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率。改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。LTE面向全I(xiàn)P的