CN1412992A - 一种简化的3g核心网网络设备控制面结构的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3G核心网网络设备控制面结构的实现方法，在将分组域功能实体SGSN分离成SGSNSERVER和PS－MGW时，两设备之间采用标准Mp接口。本发明将Gb接口连接于基站***与PS－MGW之间；将原来在SGSN SERVER设备上实现的2G－SGSN用户面功能放在原本就是处理用户数据的PS－MGW上实现，并利用原Mp接口或通过私有协议传送与这部分用户面功能相关的控制信息；让设置于SGSN服务器与同一公共陆地网(PLMN)内的GPRS支撑节点(GSN)及不同PLMN内的GSN之间原本既传送用户面数据又传送控制面信令的Gn接口、Gp接口，分别改为只传送控制面信令的Gn－c接口、Gp－c接口，有利于优化用户数据的传送、减轻网络设备控制面的负担和降低设备实现的复杂性。

Description

一种简化的3G核心网网络设备控制面结构的实现方法

技术领域

本发明涉及网络互联领域数字信息的传输技术，包括各种分组数据网络，例如通用分组无线业务(GPRS)网络、通用移动通信***(UMTS)网络以及这些网络和全球移动通信***(GSM)网络混合组网而成的网络。

背景技术

为了满足日益增长的对数据业务的需求，在现有的GSM网络上又叠加了一个GPRS(通用分组无线业务)网络，专门处理各种移动数据应用。GPRS网络中主要包括两个功能实体：服务GPRS支撑节点(SGSN)和网关GPRS支撑节点(GGSN)，这两个功能实体之间用分组骨干网连接起来。为了使移动台(MS)既可以进行GSM网络中的话音业务，也可以进行GPRS网络中的分组数据业务，增加了一个新的接口：Gb接口，用于连接SGSN和GSM网络中的基站控制***(BSS)，专门负责传送各种控制信令以建立分组数据业务的连接，然后在这些连接上传送用户数据。

随着移动网络技术的演进，GSM网络和GPRS网络的功能将逐渐融合，形成一个统一的网络，称为第三代移动通信(3G)网络，该网络既可以处理电路域的话音业务，也可以处理分组域的数据业务，此外还可以处理各种已经出现的业务和还未出现的新业务。在3G网络中同样存在SGSN和GGSN这两个功能实体，但在3G网络中的SGSN和GGSN的功能要比GPRS网络中的SGSN和GGSN的功能强大，尤其是SGSN，在实现上有很大不同。为了加以区分，在SGSN功能实体的名称前加一个前缀，表明它所处的阶段，惯例是称GPRS网络中的SGSN为2G-SGSN，而3G网络中的SGSN为3G-SGSN或者简称为SGSN。GGSN因为可以实现兼容，所以可以不加区分，统一用GGSN来指代。

未来的网络结构是一种分层的网络结构，将业务层和控制层、承载层相分离，业务层只处理各种应用业务，控制层根据业务层的要求，控制承载层上承载通道的建立，各层之间采用开放的接口，彼此可以独立演进而不会影响其他层面。按照第三代移动通信的3GPP标准规范，本着控制和承载相分离的原则，将SGSN分离实现，即将分组域网络功能实体SGSN分离成两部分：负责处理控制信令的SGSN服务器(SGSN SERVER)和负责处理用户数据的分组域媒体网关(PS-MGW)，SGSN SERVER和PS-MGW之间出现一个新的标准接口Mp接口，该接口可使用H.248或通用分组无线业务隧道控制协议(GTP-C)下传控制命令和上传需要的计费信息等信令消息。在分离之后，两个功能实体可以分别演进，在组网时可以灵活选择。经过这种分离之后，3G网络结构就基本上具备了分层网络结构的布局。

在SGSN进行分离的过程中，需要对各个接口进行划分，根据接口的功能分别划分到控制面和用户面。这些接口包括：SGSN与移动交换中心(MSC)/拜访位置寄存器(VLR)之间的接口Gs、SGSN与短消息服务-移动交换中心网关(SMS-GMSC)或短消息服务-内部工作移动交换中心(SMS-IWMSC)之间的接口Gd、SGSN与归属位置寄存器(HLR)之间的接口Gr、SGSN与服务控制点(SCP)之间的接口Ge、SGSN与设备标识寄存器(EIR)之间的接口Gf等，以及今后出现新的功能实体之后，彼此之间会出现的新的接口。

按照现有规范中的分离方法来分离SGSN，得到如图1所示的现有的网络结构分离示意图。该图在此仅仅起到示意的作用，并不是3G网络中的所有接口，只显示了与本发明相关的几个接口和功能实体。图中实线代表该接口上既可以传送用户数据，也可以传送控制信令，虚线表示该接口上只能传送控制信令消息。无线网络控制器(RNC)和SGSN之间的Iu接口，其用户面和控制面本来使用的就是不同的协议，因而容易分离。同一个公共陆地移动网(PLMN)内的GPRS支撑节点(GSN，是SGSN与GGSN的总称)之间的Gn接口和不同PLMN内的GPRS支撑节点(GSN，是SGSN与GGSN的总称)之间的Gp接口，该Gn或Gp接口上使用的是GPRS隧道协议(GTP协议)，由于其本身是由两个协议——处理用户面的通用分组无线业务隧道用户协议(GTP-U)和处理控制面的GTP-C协议组成的，因而也易于分离实现。但在划分Gb接口时，由于其用户面和控制面结合的很紧密，数据包要依次经过Llbis层、Network Service层、BSSGP层、逻辑链控制层(LLC)解包，到LLC层才可以识别用户面数据和控制面信令，如图2、图3中所示，图2是Gb接口的协议栈在用户面中的位置，图3是Gb接口的协议栈在控制面中的位置。因此要想将Gb分为控制面和用户面两个层面，要到LLC层才可以进行。

为了不对现有的实现过程产生大的影响，目前的做法是将原来的GPRS网络负责处理Gb接口的功能实体2G-SGSN全部放在了3G-SGSN SERVER上实现，组成2G-SGSN/SGSN SERVER，即这个分离后的SGSN SERVER中还包含一个完整的2G-SGSN。Gb接口成为BSS和2G-SGSN/SGSNSERVER之间的接口，在这个接口上既传送控制信令也传送用户数据。数据在2G-SGSN/SGSN SERVER中经过2G-SGSN的处理，处理过程与GPRS中的完全一样，然后封装成GTP包从Gn接口发送到GGSN，这个Gn接口上因为要传送这些GTP包，因而也要同时传送控制信令和用户数据。由图1中可以看到，Gn接口的连线为实线。

如果没有Gb接口的存在，根据分离的结果，SGSN SERVER上只需要处理控制信令，使用GTP-C协议，从而网络设备在实现上可以得到简化，但是因为将Gb接口的实现也放在了2G-SGSN/SGSN SERVER功能实体中，使得SGSN SERVER中不得不将2G-SGSN的功能全部实现，实质上没有真正实现完全意义上的分离，对Gb接口的处理使得分离后的控制面部分没有得到应有的简化，违背了分离的目的，抵消了实现分离带来的好处。

发明内容

本发明目的是提供一种简化的3G核心网网络设备控制面结构的实现方法，通过采用一种新的实现分离结构的方法，简化控制面设备结构，减轻控制面设备SGSN SERRVER的负担，降低设备成本。

本发明通过以下技术方案实现：

一种简化的3G核心网网络设备控制面结构的实现方法，将通用分组无线业务(GPRS)网络中的服务GPRS支撑节点(SGSN)功能实体分离为SGSN服务器(2G-SGSN/SGSN SERVER)和分组域媒体网关(PS-MGW)，SGSN服务器与分组域媒体网关(PS-MGW)之间采用标准接口Mp连接，其特征在于包括以下处理步骤：

A.将原本连接于基站***(BSS)与SGSN服务器之间的Gb接口，改为连接于基站***(BSS)与分组域媒体网关(PS-MGW)之间；

B.将原来在SGSN服务器上实现的Gb接口功能改为由分组域媒体网关(PS-MGW)处理；

C.让设置于SGSN服务器与同一公共陆地网(PLMN)内的GPRS支撑节点(GSN)之间、原本既传送用户面数据又传送控制面信令的Gn接口，改为Gn-c接口，该接口只传送控制面信令；

D.让设置于SGSN服务器与不同PLMN内的GSN之间、原本既传送用户面数据又传送控制面信令的Gp接口，改为Gp-c接口，该接口只传送控制面信令。

所述的分组域媒体网关(PS-MGW)处理Gb接口的功能包括用户面数据的传送及控制面信令的传送。

所述的Gb接口的控制面信令是通过所述的Mp接口由分组域媒体网关(PS-MGW)传送至SGSN服务器。

所述的Gb接口的控制面信令是通过内部私有协议利用专用链路由分组域媒体网关(PS-MGW)传送至SGSN服务器。

由于将过去在SGSN SERVER设备上实现的2G-SGSN用户面功能放在PS-MGW设备上实现，从而SGSN SERVER设备的结构得以简化，优化了用户数据的传送，降低了网络设备实现的复杂性；而PS-MGW设备本身就是用于处理用户数据的，增加用户面功能之后，不会对该功能实体产生影响，从而网络设备的实现上可以得到简化；Gb接口设置在PS-MGW与BSS之间，根据分离的结果，SGSN SERVER上只需要处理控制信令，使用GTP-C协议；Gb接口功能放在PS-MGW上实现，使得处理控制信令的控制面功能实体SGSN SERVER的实现变得简单，不需实现和Gb接口用户面有关的处理，带来了结构上的简化，进而带来设备成本的降低；在简化了SGSN SERVER结构基础上没有增加PS-MGW实现的复杂性，Gb接口用户数据的传输效率并未因此降低。

附图说明

图1为现有的3G网络分离结构示意图；

图2为Gb接口协议栈在用户面中的位置示意图；

图3为Gb接口协议栈在控制面中的位置示意图；

图4为改进的3G网络分离结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

通过分析分组数据业务实现的流程和Gb接口的功能，可发现Gb接口的主要功能是进行用户数据传送的，其控制信令的传送只占到很小的一部分，所占的比例大约是16％，因而更适合将Gb接口放在用户面上实现。

PS-MGW功能实体的主要作用是接收来自SGSN SERVER的控制信令，根据信令内容建立相应的用户面隧道，对收到的分组数据包进行封装/解封装，从所建立相应的用户面隧道中传送给对端功能实体如GGSN、RNC、BSS，所以它的功能是进行用户数据的传送。

参见图4，图中示意出经过改进的网络分离结构。BSS(BSC与BTS的总称)与PS-MGW间设置Gb接口，由于将Gb接口的功能全部放在PS-MGW上实现，使原本复杂的2G-SGSN/SGSN SERVER只需要完成各种控制功能，无需再实现GTP-U等和控制面无关的协议，所以本网的GGSN与实体SGSNSERVER之间的Gn-c接口、外网的GGSN与实体SGSN SERVER之间的Gp-c接口都只传送控制面信令，其中，用Gn-c、Gp-c表示出与图中其他Gn接口(用户面PS-MGW与本网的GGSN之间为Gn接口)、Gp接口(用户面PS-MGW与外网的GGSN之间为Gp接口)的不同，用增加的下标特别表明这个接口只传送控制面信令。

Gb接口放在PS-MGW上实现之后，有少量的控制信令需要和SGSN服务器的控制面进行交互，对这部分信令可以根据实际情况灵活处理，既可以封装在H.248协议或者GTP-C协议中利用Mp接口传送，也可以根据具体情况使用内部私有协议传送。比如当SGSN SERVER和PS-MGW是同一个设备商的产品时，在组网时可以将这两个设备合设，这时两个设备之间无需实现标准接口，只用自己内部私有协议采用专线就可以实现SGSN SERVER对PS-MGW的控制，从而简化了很多处理。实际中可以有多种实现方法，为了不限制其实现，在此不对该部分信令的实现做规定，所以在图4中SGSNSERVER和PS-MGW之间除了原有的Mp接口之外，还有一条没有标记的虚线，表示对这部分控制信令的处理。

对照图1与图4，可见，将Gb接口放在PS-MGW上实现，使得原本复杂的2G-SGSN/SGSN SERVER只需要完成各种控制功能，无需再实现GTP-U等和控制面无关的协议，不但减轻了控制面设备SGSN SERRVER的负担，对用户面设备PS-MGW也没有造成影响，因而是一种比较合理的实现方式；同时Gb接口放在PS-MGW上实现不会给用户面带来任何复杂度，对于少量控制信令的处理，可以用Mp接口实现，也没有增加复杂度；3G网络中的SGSN SERVER无需实现Gb接口的协议栈。

Claims (4)

1.一种简化的3G核心网网络设备控制面结构的实现方法，将通用分组无线业务(GPRS)网络中的服务GPRS支撑节点(SGSN)功能实体分离为SGSN服务器(2G-SGSN/SGSN SERVER)和分组域媒体网关(PS-MGW)，SGSN服务器与分组域媒体网关(PS-MGW)之间采用标准接口Mp连接，其特征在于包括以下处理步骤：

A.将原本连接于基站***(BSS)与SGSN服务器之间的Gb接口，改为连接于基站***(BSS)与分组域媒体网关(PS-MGW)之间；

B.将原来在SGSN服务器上实现的Gb接口功能改为由分组域媒体网关(PS-MGW)处理；

C.让设置于SGSN服务器与同一公共陆地网(PLMN)内的GPRS支撑节点(GSN)之间、原本既传送用户面数据又传送控制面信令的Gn接口，改为Gn-c接口，该接口只传送控制面信令；

D.让设置于SGSN服务器与不同PLMN内的GSN之间、原本既传送用户面数据又传送控制面信令的Gp接口，改为Gp-c接口，该接口只传送控制面信令。

2.根据权利要求1所述的一种简化的3G核心网网络设备控制面结构的实现方法，其特征在于：所述的分组域媒体网关(PS-MGW)处理Gb接口的功能包括用户面数据的传送及控制面信令的传送。

3、根据权利要求1或2所述的一种简化的3G核心网网络设备控制面结构的实现方法，其特征在于：所述的Gb接口的控制面信令是通过所述的Mp接口由分组域媒体网关(PS-MGW)传送至SGSN服务器。

4、根据权利要求1或2所述的一种简化的3G核心网网络设备控制面结构的实现方法，其特征在于：所述的Gb接口的控制面信令是通过内部私有协议利用专用链路由分组域媒体网关(PS-MGW)传送至SGSN服务器。

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