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MSS系统结构
MSS系统结构
GS-6001-C1GSM-MSS系统结构
课程目标:
●了解GSM网络组成及各部分功能、接口协议规范。
●掌握ZXG10-MSC/VLR组网结构、模块结构。
●掌握ZXG10-MSC/VLR组网配置。
●掌握ZXG10-HLR/AUC组网结构、模块结构。
●掌握ZXG10-HLR/AUC组网配置。
第一章GSM网络结构
一.1系统总体结构
数字公用陆地移动通信网PLMN的网络结构如图1.11所示,从物理实体来看,数字PLMN网包括:
移动终端、BSS子系统和MSS子系统等部分。
移动终端与BSS子系统通过标准的Um无线接口通信,BSS子系统与MSS子系统通过标准的A接口通信。
图1.11PLMN网络结构
其中部分网络实体的缩写参见表1.11。
表1.11缩写说明表
缩写
英文
中文
BSC
BaseStationController
基站控制器
BTS
BaseTransceiverStation
基站收发信机
MSC
MobileservicesSwitchingCenter
移动交换中心
OMC
OperationandMaintenanceCenter
操作维护中心
AUC
AuthenticationCentre
鉴权中心
EIR
EquipmentIdentificationRegister
设备识别登记器
HLR
HomeLocationRegister
归属位置登记器
VLR
VisitorLocationRegister
拜访位置登记器
ISDN
IntegratedServiceDigitalNetwork
综合业务数字网
PSTN
PublicSwitchingTelephoneNetwork
公用电话交换网
PSPDN
PublicSwitchedDataNetwork
公用数据交换网
PLMN
PublicLandMobileNetwork
公用陆地移动网
一.2BSS子系统
基站子系统BSS为PLMN网络的固定部分和无线部分提供中继。
一方面BSS通过无线接口直接与移动台实现通信连接,另一方面BSS又连接到移动交换子系统MSS的移动交换中心MSC。
基站子系统BSS可分为两部分。
通过无线接口与移动台相连的基站收发信台(BTS)以及与移动交换中心相连的基站控制器(BSC),BTS负责无线传输、BSC负责控制与管理。
一个BSS系统由一个BSC与一个或多个BTS组成,BSS子系统可由多个BSC和BTS组成。
一个基站控制器BSC根据话务量需要可以控制数十个BTS。
BTS可以直接与BSC相连,也可以通过基站接口设备BIE与远端的BSC相连。
基站子系统还应包括码变换器(TC)和子复用设备(SM)。
BSS由以下几个部分组成:
(1)基站收发信台(BTS)
基站收发信台(BTS)属于基站系统的无线部分,是由基站控制器控制,服务于某个小区的无线收发信设备,完成BSC与无线信道之间的转换,实现BTS与MS之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。
当BTS与BSC为远端配置方式时,则需采用Abis接口。
这时,BTS与BSC两侧都需配置BIE设备;而当BSC与BTS之间的间隔不超过10米时,可将BSC与BTS直接相连,采用内部BS接口,不需要接口设备BIE。
(2)基站控制器(BSC)
BSC是基站系统(BSS)的控制部分,在BSS中起交换作用。
BSC一端可与多个BTS相连,另一端与MSC和操作维护中心OMC相连,BSC面向无线网络,主要负责完成无线网络管理、无线资源管理及无线基站的监视管理,控制移动台和BTS无线连接的建立、接续和拆除等管理,控制完成移动台的定位、切换和寻呼,提供语音编码、码型变换和速率适配等功能,并能完成对基站子系统的操作维护功能。
BSS中的BSC所控制的BTS的数量随业务量的大小而改变。
(3)码型变换器(TC)
码型变换器TC主要完成16kbit/sRPE-LTP(规则脉冲激励长期预测)编码和64kbit/sA律PCM之间的语音变换。
在典型的实施方案中,ZXG10-TC位于MSC与BSC之间。
当TC位于MSC侧时,通过MSC和BSC之间以及BSC和BTS之间的传输线路子复用器SM、BIE,可以充分利用在空中接口使用的低语音编码传输速率,降低传输线路的成本。
BSC与TC之间的接口称为Ater接口;在TC与MSC之间的接口称为A接口。
一.3MSS子系统
移动交换子系统MSS完成GSM的主要交换功能,同时管理用户数据和移动性所需的数据库。
MSS子系统的主要作用是管理GSM移动用户之间的通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间的通信。
移动交换子系统MSS包括六个功能单元。
●移动交换中心(MSC)
●拜访位置寄存器(VLR)
●归属位置寄存器(HLR)
●鉴权中心(AUC)
●设备识别寄存器(EIR)
●短消息中心(SC)
1.移动交换中心(MSC)
MSC是PLMN的核心。
MSC对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路接续的功能,也是PLMN和其他网络之间的接口。
它完成通话接续,计费,BSS和MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等功能。
另外,为了建立至移动台的呼叫路由,每个MSC还完成GMSC的功能,即查询移动台位置信息的功能。
MSC从三种数据库,拜访位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器(HLR)和鉴权中心(AUC)中取得处理用户呼叫请求所需的全部数据。
反之,MSC根据其最新数据更新数据库。
2.拜访位置寄存器(VLR)
VLR通常与MSC合设,其中存储MSC所管辖区域中的移动台(称拜访客户)的相关用户数据,包括:
用户号码、移动台的位置区信息、用户状态和用户可获得的服务等参数。
VLR是一个动态用户数据库。
VLR从移动用户的归属位置寄存器(HLR)处获取并存贮必要的数据,一旦移动用户离开该VLR的控制区域,则重新在另一个VLR登记,原VLR将取消该移动用户的数据记录。
3.归属位置寄存器(HLR)
HLR存储管理部门用于移动用户管理的数据。
每个移动用户都应在其归属位置寄存器(HLR)注册登记,它主要存储两类信息:
一是有关移动用户的参数,包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据;一是有关移动用户目前所处位置的信息,以便建立至移动台的呼叫路由,例如MSC、VLR地址等。
4.鉴权中心(AUC)
AUC属于HLR的一个功能单元部分,专门用于GSM系统的安全性管理。
鉴权中心产生鉴权三参数组(随机数RAND、符号响应SRES、加密键Kc),用来鉴权用户身份的合法性以及对无线接口上的话音、数据、信令信号进行加密,防止无权用户接入和保证移动用户通信的安全。
5.设备识别寄存器(EIR)
EIR存储有关移动台设备参数。
完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能,以防止非法移动台的使用。
EIR中存有三种名单:
●白名单——存贮已分配给可参与运营的GSM各国的所有设备识别标识IMEI。
●黑名单——存贮所有应被禁用的设备识别标识IMEI。
●灰名单——存贮有故障的以及未经型号认证的设备识别标识IMEI,由网路运营者决定。
6.短消息中心(SC)
短消息中心提供短消息业务功能。
短消息业务(ShortMessageService:
SMS)提供在GSM网络中移动用户和固定用户之间或移动用户和移动用户之间发送讯息长度较短的信息。
短消息业务功能是一种类似于传呼机的业务功能,但是它具有寻呼网络无法具备的优点:
即保证到达和双向寻呼功能。
点对点短消息业务包括移动台MS发起的短消息业务MO/PP及移动台终止的短消息业务MT/PP。
点对点短消息的传递与发送由短消息中心SC进行中继。
短消息中心的作用像邮局一样,接收来自各方面的邮件,然后把它们进行分拣,再发给各个用户。
短消息中心的主要功能是接收、存储和转发用户的短消息。
通过短消息中心能够更可靠地将信息传送到目的地。
如果传送失败,短消息中心保存失败消息直至发送成功为止。
短消息业务的另一个突出特点是,即使移动台处于通话状态,仍然可以同时接收短消息。
一.4操作维护中心(OMC)
OMC即操作维护中心,用于对GSM系统的交换实体进行管理。
包括系统分析、系统维护与信令维护三大部分,具体包括权限管理、数据配置、计费管理、性能统计、故障管理、诊断测试、用户跟踪、信令跟踪、版本管理、文件管理、语音装载、业务观察、时钟管理、数据库管理等功能。
OMC的功能大部分分布在MSC/VLR、HLR/AUC、BSS等实体中与操作维护相关的有关模块中完成,OMC操作台主要实现OMC的人机接口。
OMC功能与一般的维护台功能类似,但需遵守相关规范要求。
第二章ZXG10-MSC/VLR系统硬件结构
二.1系统组网
根据用户要求,采用全模块化设计方案,组成小、中、大容量的交换局,满足不同容量交换局的需求。
目前,系统组网方式可以分三种:
●MPM单模块成局;
●以MPM为中心模块带多个MPM的方式组网;
●以中心交换模块CSM带多个MPM的方式多模块成局组网。
图2.11为ZXG10-MSC/VLR系统以中心交换模块CSM带多个MPM的方式组网的结构。
图2.11ZXG10-MSC/VLR系统组网
其中:
CSM(CentralSwitchingModule)中心交换模块
SNM(SwitchingNetworkModule)交换网络模块
MSM(MessageSwitchingModule)消息交换模块
OMM(OperationMaintenanceModule)操作维护模块
OMC(OperationMaintenanceCenter)操作维护中心
MPM(MobilePeripheralModule)移动外围模块
VPM(VisitorPeripheralModule)访问外围模块
BSS(BaseStationSystem)基站系统
PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)公众电话交换网
PLMN(PublicLandMobileNetwork)公共陆地移动网
二.1.1移动外围模块MPM
MPM是ZXG10-MSC/VLR中基本的独立模块,可完成本模块内部用户之间的话路接续和信令的处理,可将本MPM模块内部的用户和其他MPM模块的用户之间的信令和话路接到SNM中心交换网络模块上。
二.1.2访问外围模块VPM
VPM模块完成VLR功能。
二.1.3中心交换模块CSM
CSM由消息交换模块(MSM)和交换网络模块(SNM)组成,主要完成各模块之间的消息交换和话路交换。
二.1.4消息交换模块MSM
消息交换模块MSM主要完成各模块之间的消息交换。
MPM经光纤连接到SNM,由SNM的半固定接续将其中的通信时隙连至MSM,MSM中的MP根据路由信息完成消息的交换。
二.1.5交换网络模块SNM
SNM是多模块局的核心模块,主要完成多模块系统的各个模块之间的话路交换,并将来自多模块的通信时隙经半固定连接后送至MSM。
二.1.6操作维护模块OMM
OMM用于对系统的交换实体进行管理,包括系统分析、系统维护与信令维护三大部分,主要完成包括权限管理、数据配置、计费管理、性能统计、故障管理、诊断测试、用户跟踪、信令跟踪、版本管理、文件管理、语音装载、业务观察、时钟管理、数据库管理等功能。
二.2模块结构
二.2.1MPM模块
MPM是MSC/VLR系统中基本的独立模块,可完成本模块内部用户之间的话路接续和信令的处理,可将本MPM内部的用户与其他MPM模块的用户之间的信令和话路接到SNM中心交换网络模块上。
MPM硬件结构原理如图2.21所示。
图2.21MPM模块硬件原理
由图2.21可知,MPM由下列基本单元组成:
1.数字中继单元DTU(DigitalTrunkUnit),包括以下两种类型的单板:
DTI:
数字中继接口板
DTEC:
带回声消除功能数字中继接口板
2.ASIG:
模拟信令单元,包括
MFC:
多频互控记发器信号子单元
DTMF:
双音多频信号子单元
TONE:
信号音子单元
3.CTLU:
主控单元,包括:
MP:
模块处理机
COMM:
通信板
PEPD:
外部环境参数监测板
MON:
监控板
4.NETU(NetworkUnit)交换网络单元(有时简称T网单元),包括:
DDSN:
16K×16K数字交换网络板
DSNI:
数字交换网络接口板
5.FBIU(FiberBusInterfaceUnit)光接口单元:
FBI在与多模块局的MPM一侧可以包含在NETU中,当在多模块局中心一侧时,FBI换为CFBI,一对CFBI可以与四对FBI对接,CFBI与网板在同一层。
FBI的主要功能是将MPM与中心模块网之间用多对主备光纤(主备用光纤对数视具体配置而定,最多一个MPM可配置4对主备用FBI)连接起来。
6.SDTU(STM-1DigitalTrunkUnit)STM-1光接口单元(图中未给出):
SDT板具有SDHSTM-1的电接口和光口,可处理随路信令(CAS),共路信令(CCS)等,一块单板的容量接近十六块DT板。
主要用于与PSTN网大容量汇接时,提供传输与中继处理功能,该单元处于网层,背板与DSNI/FBI兼容。
当SDT板需要回声抑制功能时,可以配合ECC/MECC回声抑制单元实现。
7.ECC/MECC回声抑制单元(图中未给出),包括:
ECC:
回声抑制板
MECC:
多通道回声抑制板
8.同步时钟单元(图中未给出),包括:
SYCK:
同步振荡时钟板
CKI:
时钟基准接口板
二.2.2VPM模块
VPM模块完成VLR功能。
VPM模块可以通过以下方式实现:
●VPM独立成模块;
●在MSM上叠加VPM功能(多用于有中心模块的多模块成局);
●在MPM上叠加VPM功能(多用于无中心模块的多模块成局和单模块成局);
●分布式大容量VLR应用。
MSM、SNM和MPM上同时叠加VPM功能,同时还可以再单独使用一个外围模块作为VPM(在大容量的多模块局中使用)。
单个VPM模块可支持60万用户。
对于独立成模块的VPM,硬件结构与MPM基本相同,只比MPM模块少了ASIG、IWU、中继单元(当模块间连接不采用中继单元时)和回声抑制单元。
二.2.3CSM模块
CSM中心交换模块由消息交换模块MSM和中心交换模块SNM组成。
1.MSM模块
MSM与MPM中的主控单元结构相同,由一对主备MP和若干COMM板组成。
MPM经光纤连接到SNM,由SNM的半固定接续将其中的通信时隙连至MSM,MSM中的MP根据路由信息完成消息的交换。
如图2.22所示。
图2.22MSM原理
2.SNM模块
交换网络模块(SNM)是多模块局系统的核心模块,主要完成多模块系统的各个模块之间的话路交换,并将来自多模块的通信时隙经半固定连接后送至MSM。
交换网络模块(SNM)的结构如图2.23所示。
图2.23SNM原理
交换网络模块SNM可以有以下几种单元:
(1)中心数字交换网单元(简称S网),由主备复用的单平面32K或64K交换网组成。
(2)主控单元,其结构与MPM中的主控单元结构相同。
主要是控制中心交换网的接续监控。
(3)多模块局时CSM侧还配备光接口单元。
与MPM中的光接口单元对接,用于下带一些外围模块。
二.2.4OMM模块
OMM系统按照功能分为前台和后台两个子模块,强调各模块的独立性以及模块间接口的通用性,以适应系统结构的变化及功能的增加。
OMM系统如图2.24所示。
图2.24OMM结构
OMM的操作维护部件采用客户/服务器结构方式,客户/服务器方式能够在数据完整性、管理和安全性方面提供严格的控制,对数据采用集中存储,能让管理员集中备份数据和定期维护,并且很容易扩展。
如果系统的容量与负荷很大,可以配置多个服务器与操作终端。
本地采用局域网方式工作,通过路由器接入广域网,实现远程访问。
OMM部件集中管理维护ZXG10-MSC/VLR系统,并可通过多种方式(DDN,X.25等)与网管中心相连,支持省级网管中心(也有可能是本地网管中心)的查询、设置、修改、取消、要求报告等操作。
第三章ZXG10-MSC/VLR组网配置
三.1模块间连接方式
模块间的连接有三种方式:
第一种:
数字中继相连,如图3.11所示,如果两模块间的距离很长,中间可以增加传输设备。
图3.11数字中继连接示意图
第二种:
CFBI/FBI相连(直接光纤相连)。
图3.12光纤连接示意图
第三种:
采用内置SDH进行传输。
随着通信的发展,局间话务量增长较快,对带宽的要求也提高。
则传统的E1连接方式无法满足新的需求。
为适应电信的发展,以及向宽带交换网络转换,提供宽带网络的接口。
图3.13传输连接示意图
三.2通信端口配置
通信端口主要是由两种单板组成:
1.一种是MPMP板(13、14板位),这种单板每板可同时处理32个HDLC信道,16个HDLC信道组成一个超信道,负责一个模块间通信。
因此,每板可配置为2个通信端口。
单板采用1:
1负荷分担的工作方式。
2.一种是MPPP板(15、16板位,可扩展),这种单板能够同时处理32个HDLC信道(对应于物理层的2MHW线),是负责模块内通信的处理板。
单板采用1:
1负荷分担的工作方式。
不同的单元需要占用不同的HDLC信道:
(1)数字中继单元、网络互连单元、ECC板均占用一对HDLC信道;每个4时隙ASIG需要占用4对HDLC信道;每个SDT需要占用8对HDLC信道。
(2)T网占用8对HDLC信道,占用15、16板位的MPPP板的前8对时隙。
(3)其它单元、单板不用HDLC信道,主要是通过MON板提供RS485串口、RS232串口来实现通信与告警监控。
烟雾、红外、温湿度主要是通过PEPD板来实现监控。
三.3单板说明
1.数字中继接口板DTI
(1)功能:
数字中继接口板是数字交换系统与数字交换系统之间(局间)或数字交换系统与数字传输系统之间的接口单元,其作用是根据PCM时分复用原理,将32路64Kbs的话务信号和信令复接成2048kb/s信号,在本系统内进行交换接续处理。
(2)配置原则:
由外接中继数量决定,每块中继板支持4条E1。
2.带回声消除数字中继接口板DTEC
(1)功能:
除了具有数字中继接口DTI的全部功能外,DTEC还具有回声消除功能。
完成对2.048Mb/sPCM传输网络的回音消除,并且提供TD(ToneDisable)功能,即当检测到信道有2100Hz信号或ITU_TG.168建议规定的2100Hz周期性反相信号时,可自动将该信道EC功能禁止。
通过一条8MHW与网板相连,它能4条E1接口提供120路64ms尾端延时的回声的消除功能,通过板内跳线可以选择对入中继或者出中继方向进行回声消除。
一般用在移动MSC的面向PSTN的一侧(消除入中继方向)。
(2)配置原则:
根据需要配置,主要用在PSTN方向,其他局向若有回声,可酌情采用。
每块中继板支持4条E1。
3.网络互连功能板IWF
(1)IWF用来实现移动数据业务,主要提供:
●对PSTN和ISDN网络的互连功能;
●透明/非透明,异步/同步300b/s,1.2kb/s,2.4kb/s,4.8kb/s,9.6kb/s及12kb/s非限制数字等双工电路型承载能力;
●传真、交替语音/数据及语音后随数据的电信业务。
(2)配置原则:
完成18路的数据业务处理功能,可同时连接18个数据通信呼叫。
根据需要进行配置,配置在接A口电路的模块上。
4.STM-1数字中继板SDT
(1)功能:
作为STM-1速率的数字中继板,目前用于传输共路、随路、V5,ISDN,透明等5类业务。
(2)配置原则:
提供一对SDH的标准STM-1电接口或光口,供21条随路信令的处理能力。
3.回声抑制板ECC
(1)功能:
为SDT、DTI单板的中继信号提供回声消除的功能。
(2)配置原则:
提供120路回声抑制资源。
4.多通道回声抑制板MECC
(1)功能:
为中继信号提供回声消除的功能。
(2)配置原则:
提供480路回声抑制资源。
5.模拟信令板ASIG
(1)根据不同的功能,分为以下子单元:
●音子单元,用于播放录音通知;
●MFC子单元,局间采用多频互控随路信令时需要;
●DTMF,根据手机的请求发送DTMF信号,用于拨分机等功能;
●会议电路,用于支持多方通话功能。
(2)配置原则:
根据需要进行配置。
单板包含两个独立的且配置完全相同的DSP子单元,每个子单元可以实现对60路的同种资源的处理,在ASIG-M0107中,两个DSP子单元可总计可对240通道的资源进行处理。
这些资源包括语音发送、DTMF收发号、MFC收发号、CID传送、忙音检测等。
6.MP
MP位于控制层,是交换机的中央控制部分,主要完成呼叫处理和系统管理功能。
提供前台程序的运行平台,运行DOS、iRMX等软件和交换机系统软件,提供IDE、KEYBOARD、VGA、RTC、FDC、FLASHDISK等外围接口及两个10M/100M以太网接口;提供标准PCI总线接口,背板ISA总线接口;还有总线逻辑、总线仲裁、总线监控、主备倒换、提供时钟基准等功能;并有控制寄存器和数据寄存器可由主板设置功能或交换状态数据。
7.通讯板COMM
(1)功能:
通信板是MP的通信辅助处理机。
完成MP-MP通信、MP-SP通信、七号信令等的链路层。
最多可同时处理32个HDLC信道。
物理层为2MHW线。
完成MP-MP通信、MP-SP通信、七号信令功能的COMM板,在硬件上是相同的,只是加载不同的PP软件,称为模块间通讯板MPMP、模块内通讯板MPPP、和No.7信令板。
(2)配置原则
●对于MPMP板,多模块局时需要配置,每对MPMP单板可以连接两个模块。
●一块COMM最多可提供32条HDLC信道。
对于MPPP板,至少配置一对。
第一对MPPP板提供8个时隙与主备网板通信,其余时隙和其余MPPP板提供的32个时隙用于连接SP层。
每个DTI、DTEC需要占用一个时隙;每个4时隙ASIG需要占用4个时隙;每个SDT需要占用8个时隙。
●No.7信令板根据CPU的分类有两种,一种CPU采用的是386处理器,提供8条链路;一种CPU采用的是860处理器,提供16条链路或2M链路。
提供8条链路的称为STB,提供16条链路的称为NSTB,提供2M链路的称为STB32。
8.共享内存板SMEM
共享内存板为主备MP提供可同时访问的8kbyte的双端口RAM和共享的2MbyteRAM,同时提供相应容量的1位数据奇偶校验位,以保证数据的正确性。
MP可利用它作消息交换通道和数据备份,便于主备MP之间快速倒换。
9.监控板MON
GSM网络侧单板有两种:
一种是可以进行本身监控并与MP通过COMM和半固定接续交换进行通信;另一种是用异步串行半双工总线与监控板相连进行通信,总线层采用RS485标准。
通过MON板实现监控的单板为:
POWERB板元、FBI板、
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