1.2.2 系统设备功能

1.2.2.1 cdma2000-1x EV-DO系统设备功能

基于系统网络结构，cdma2000-1x EV-DO全套组网设备，包括接入终端设备、无线接入网设备和分组核心网设备，其设备功能描述如下。

（1）接入终端

接入终端是为用户提供数据连接的设备。它可以与计算设备（如个人电脑）连接，或自身为一个独立的数据设备（如手机）。接入终端包括移动设备（Mobile Equipment，ME）和用户识别模块（User Identity Module，UIM）两部分，ME由终端设备2（Terminal Equipment 2，TE2）和移动终端2（Mobile Terminal 2，MT2）组成。

UIM作为用户数据和签约信息的存储及处理模块，通过UIM-MT2接口与MT2相连，该接口作为接入终端的内部接口，取决于设备实现。

MT2作为网络通信设备，可以是手机等移动终端，通过Um接口与RAN相连，Um接口在IS-856标准中定义。

TE2作为数据终端处理设备，可以是手机或便携机，通过Rm接口与MT2相连，Rm接口在IS-707标准中定义。

（2）无线接入网

RAN提供PCN与AT之间的无线承载，传送用户数据和非接入层面的信令消息，AT通过这些信令消息与PCN进行业务信息的交互。RAN主要负责无线信道的建立、维护及释放，进行无线资源管理和移动性管理。它主要包括接入网（Access Network，AN）、分组控制功能（Packet Control Function，PCF）和接入网鉴权/授权/计费（AN-Authentication，Authorization and Accounting，AN-AAA）等功能实体。

AN是在分组网（主要为因特网）和接入终端之间提供数据连接的网络设备，完成基站收发、呼叫控制及移动性管理功能。AN类似于cdma2000-1x系统中的基站，可以由基站控制器（Base Station Controller，BSC）和基站收发器（Base Transceiver Station，BTS）组成。通常，BTS完成Um接口物理层协议功能；BSC完成Um接口其他协议层功能、呼叫控制及移动性管理功能。A8/A9、A12、A13接口在AN的附着点是BSC；BSC与BTS之间通过A bis接口相连。A bis接口是非标准接口，在cdma2000相关规范中未规定其协议层结构。

AN-AAA是接入网执行接入鉴权和对用户进行授权的逻辑实体。它通过A12接口与AN交换接入鉴权的参数及结果。在空中接口PPP-LCP协商阶段，可以协商进行CHAP鉴权。在AT与AN之间完成CHAP查询-响应信令交互后，AN向AN-AAA发送A12接入请求消息，请求AN-AAA对该消息所指示的用户进行鉴权。AN-AAA根据所收到的鉴权参数和保存的鉴权算法，计算鉴权结果，并返回鉴权成功或失败指示。若鉴权成功，则同时返回用户标识MNID（或IMSI），用作建立R-P会话时的用户标识。

AN-AAA可以与分组核心网的AAA合设，此时需要在AN与AAA之间增设A12接口。接入鉴权功能是可选的，可以选择不实现AN-AAA。

PCF（分组控制功能）主要提供无线链路与有线链路的映射、呼叫控制、移动性管理、会话管理以及数据缓冲与转发、计费信息搜集等功能。并负责与基站控制器配合，完成与分组数据有关的无线信道控制功能，包括帧的选择与复制､功率控制等。由于与无线接入部分关系密切，大部分厂商将PCF与BSC集成到一起，cdma2000-1x EV-DO网络中的PCF在功能和地位上类似于GPRS网络中的分组控制单元｡

PCF与AN配合完成与分组数据业务有关的无线信道控制功能。在具体实现时，PCF可以与AN合设，此时A8/A9接口变成AN/PCF的内部接口。PCF通过A10/A11接口与PDSN进行通信。cdma2000-1x EV-DO的PCF与cdma2000-1x的PCF的功能相同，详细介绍参见IS-2001标准。

（3）分组核心网

PCN构成与cdma2000-1x类似，同cdma2000-1x EV-DO终端接入因特网的方式有关。当使用简单IP时，PCN主要包含PDSN及AAA等功能实体；当使用移动IP时，PCN还应增加外地代理（Foreign Agent，FA）和归属代理（Home Agent，HA）等功能实体。

PCN逻辑实体主要包括PDSN与AAA。AAA可以分为三类：归属地AAA（Home AAA，HAAA）、拜访地AAA（Visited AAA，VAAA）及代理AAA（Broker AAA，BAAA）。PCN通过A10/A11接口或R-P接口与RAN进行通信。PCN主要用于提供AT接入到因特网。为了接入到因特网，AT必须获得一个IP地址。PCN提供两种接入方法：简单IP接入和移动IP接入。两者之间的主要区别是AT获得IP地址及其数据分组路由转发的方法不同。如果支持“Always-On”，在停止分组数据呼叫后，仍然保持AT与PDSN之间的PPP连接，而且AT仍然保留其IP地址，这样在发起新的分组数据呼叫时，不需要重新分配IP地址和建立PPP连接。

1）PDSN

PDSN（Packet Data Serving Node）即分组数据服务节点，位于无线接入网和外部数据网之间，它是RAN和PDN之间的接口，实现分组数据接入网关的功能；是用户点对点协议（PPP）会话的终结点，保证PPP封装的IP包能在无线接入网和IP分组网间正确传输；负责管理用户状态，转发用户数据；还负责收集AAA服务器需要的分组会话计费数据和无线会话计费数据，并把这些计费信息送到AAA服务器；PDSN对外连接各种ISP的IP分组网；支持通用路由封装（GRE）、IPsec、第二层隧道协议（L2TP）等隧道功能，提供链路管理、移动性管理、地址分配、计费信息搜集、数据路由与隧道封装等功能。

此外，它还负责建立、维持和释放与AT之间的PPP连接。终端侧PPP的实现与其参考协议模型有关：在中继层协议模型中，PPP协议层由TE2提供；在网络层协议模型中，PPP协议层由MT2提供；负责完成移动IP接入时的代理注册。当PDSN收到AT的鉴权及注册请求时，协助HAAA完成对用户的鉴权及注册功能。PDSN根据HAAA的鉴权结果，允许或拒绝AT的分组数据业务接入请求；转发来自AT或因特网的业务数据。对于AT发起的分组数据业务，PDSN在收到的数据分组包头中添加DSCP（Differential Service Code Point）标识，指示该数据业务的优先级或QoS要求，因特网根据DSCP标识进行路由选择和执行流控等。在移动IP情况下，PDSN收到来自因特网的数据分组后，根据该数据分组包头中的用户QoS信息，执行流控，并送往RAN，由RAN为该业务分配无线资源，并将该数据分组发送给目的AT。

在采用简单IP接入时，PDSN作为NAS使用，负责为AT分配IP地址。在采用移动IP接入时，HA为AT分配IP地址，PDSN作为FA使用，负责实现HA-IP与FA的转交地址（Care of Address，CoA）之间的绑定。cdma2000-1x网络中的PDSN在功能和地位上类同于GPRS网络中的GPRS服务支持节点（SGSN）和GPRS网关支持节点（GGSN）功能的综合｡

2）FA

移动IP接入时，FA提供的主要功能包括移动IP的注册、FA-HA反向隧道（Reverse Tunneling）的协商以及数据分组的转发等。为了保证FA与HA之间的通信安全，FA可以选择采用因特网密钥交换（Internet Key Exchange，IKE）协议建立与HA之间的安全联盟（Security Association，SA）后，并通过IPSec提供它们之间的信息安全保护。FA通过HA-FA鉴权扩展支持移动IP注册，FA为AT分配动态的转交地址CoA，HA为AT分配归属IP地址，并由PDSN负责实现CoA和归属IP地址的绑定（PDSN提供FA的功能）。如果FA与HA之间协商了反向隧道，PDSN根据地址绑定记录向HA转发来自AT的数据分组或向AT转发来自HA的数据分组。

3）HA

HA提供用户漫游时的IP地址分配、路由选择和数据加密等功能，负责将分组数据通过隧道技术发送给移动用户，并实现PDSN之间的宏移动管理。HA有一个公开的、可路由的IP地址，它与HAAA相互关联。HA截获送往其所属AT的数据分组，然后通过隧道技术转发给FA；当FA支持反向隧道时，HA也可以接收FA送来的数据分组，然后解隧道封装，将数据分组转发给目的地。HA可以选择是否建立、维持以及中止与FA之间的安全联盟；在建立FA和HA之间的安全联盟后，采用IPSec提供安全通信。此外，HA也支持HA-FA鉴权扩展，在收到PDSN/FA转发的移动IP注册请求消息后，HA为AT分配动态或静态的IP地址作为其归属IP地址。

4）AAA

AAA（Authentication，Authorization，and Accounting）即认证、授权和计费，服务器通过与PDSN和HA的交互完成移动用户的身份认证、数据业务授权、计费信息的处理地址分配功能。也就是说，通过用一些预先登记的用户信息来验证用户的注册信息，进而提供身份认证；确定移动用户是否有权访问其目前申请的网络资源；搜集资源使用信息，用于计费和其他分析等｡在实际使用中，AAA服务器都带有一个用户数据库，这个数据库中包括用户的初始化信息、属性值和每个用户的使用权限。

AAA负责管理分组网用户的权限、开通的业务、认证信息、计费数据等内容。由于AAA采用的主要协议是RADIUS，故AAA也常被称为RADIUS服务器。如前所述，AAA可以分为VAAA、HAAA和BAAA三类。采用移动IP接入时，HAAA根据来自PDSN/FA或VAAA的请求对用户进行鉴权，并通过鉴权响应消息返回鉴权的结果以及所授权的用户QoS规格；HAAA可以向HA及VAAA提供密钥信息，VAAA向PDSN/FA转发密钥信息（密钥信息可以被IKE协议用作预共享密钥或用于HA-FA鉴权扩展）；此外，在通过移动IP用户的鉴权后，HAAA还向PDSN/FA提供HA的IP地址，辅助完成后续的移动IP注册过程。

采用简单IP时，VAAA向HAAA转发来自PDSN的用户鉴权请求。HAAA执行用户鉴权，并返回鉴权结果，同时进行用户授权。VAAA收到鉴权结果后，保存计费信息，并向PDSN转发用户授权。

采用移动IP时，VAAA向HAAA转发来自PDSN的移动IP注册请求，HAAA执行鉴权并返回HA的IP地址。如果VAAA与HAAA之间不存在安全联盟，则可以通过BAAA转发移动IP注册请求和响应消息。

此外，基站收发信台主要完成无线信号的编码/解码､调制/解调､扩频/解扩､功率放大和功率控制等功能｡基站控制器主要完成与语音业务有关的无线信道控制､码型变换和速率适配等功能｡

1.2.2.2 UMTS系统设备功能

在1.2.2.1节中，我们介绍了UMTS系统的网络结构，现就对其相关的设备功能介绍如下。（1）UE

UE通过Uu接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分组域内的各种业务功能，包括普通话音、数据通信、移动多媒体、Internet应用（如E-mail、WWW浏览、FTP等）。

（2）UTRAN

UTRAN，即陆地无线接入网，结构如图1-5所示。

陆地无线接入网分为基站（Node B）和无线网络控制器（RNC）两部分。

RNC，即无线网络控制器，用于控制UTRAN的无线资源。它通常通过Iu接口与电路域（MSC）和分组域（SGSN）以及广播域（BC）相连，在移动台和UTRAN之间的无线资源控制（RRC）协议在此终止。它在逻辑上对应GSM网络中的基站控制器（BSC）。控制Node B的RNC称为该Node B的控制RNC（CRNC），CRNC负责对其控制的小区的无线资源进行管理。

如果在一个移动台与UTRAN的连接中用到了超过一个RNS的无线资源，那么这些涉及的RNS可以分为服务RNS（SRNS）和漂移RNS（DRNS）。

服务RNS（SRNS），管理UE和UTRAN之间的无线连接。它是对应于该UE的Iu接口（Uu接口）的终止点。无线接入承载的参数映射到传输信道的参数，是否进行越区切换，开环功率控制等基本的无线资源管理都是由SRNS中的SRNC（服务RNC）来完成的。一个与UTRAN相连的UE有且只能有一个SRNC。

漂移RNS（DRNS），除了SRNS以外，UE所用到的RNS称为DRNS。其对应的RNC则是DRNC。一个用户可以没有，也可以有一个或多个DRNS。

通常在实际的RNC中包含了所有CRNC、SRNC和DRNC的功能。Node B是WCDMA系统的基站（即无线收发信机），通过标准的Iub接口和RNC互连，主要完成Uu接口物理层协议的处理。它的主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，还包括基带信号和射频信号的相互转换等功能。同时它还完成一些如内环功率控制等的无线资源管理功能。它在逻辑上对应于GSM网络中基站（BTS）。

Node B由下列几个逻辑功能模块构成：RF收发放大、射频收发系统（TRX）、基带部分（Base Band）、传输接口单元、基站控制部分。如图1-6所示。

（3）UTRAN各接口的基本协议结构

UTRAN各个接口的协议结构是按照一个通用的协议模型设计的。设计的原则是层和面在逻辑上是相互独立的。如果需要，可以修改协议结构的一部分而无需改变其他部分，如图1-7所示。

（4）UTRAN完成的功能

● 和总体系统接入控制有关的功能：准入控制、拥塞控制、系统信息广播；

● 和安全与私有性有关的功能：无线信道加密/解密、消息完整性保护；

● 和移动性有关的功能：切换、SRNS迁移；

● 和无线资源管理和控制有关的功能：无线资源配置和操作、无线环境勘测、宏分集控制（FDD）、无线承载连接建立和释放（RB控制）、无线承载的分配和回收、动态信道分配DCA（TDD）、无线协议功能、RF功率控制、RF功率设置；

● 时间提前量设置（TDD）；

● 无线信道编码；

● 无线信道解码；

● 信道编码控制；

● 初始（随机）接入检测和处理；

● NAS消息的CN分发功能。

（5）CN

核心网CN从逻辑上可划分为：电路域（CS域）、分组域（PS域）和广播域（BC域）。R99中CS域的功能实体包括有MSC/VLR等。其中，运营商可以根据连接方式的不同将MSC设置为GMS、CSM-GMSC、M-IWMSC等。为实现网络互通，在系统中配置IWF，一般结合于MSC。

除上述功能实体之外，PS域特有的功能实体包括：SGSN和GGSN，为用户提供分组数据业务。HLR、AuC、EIR为CS域和PS域共用设备。

R99的主要功能实体包括如下几个。

1）移动交换中心MSC

MSC为电路域特有的设备，用于连接无线系统（包括BSS、RNS）和固定网。MSC完成电路型呼叫所有功能，如控制呼叫接续，管理MS在本网络内或与其他网络（如PSTN/ISDN/PSPDN、其他移动网等）的通信业务，并提供计费信息。

2）拜访位置寄存器VLR

VLR为电路域特有的设备，存储着进入该控制区域内已登记用户的相关信息，为移动用户提供呼叫接续的必要数据。当MS漫游到一个新的VLR区域后，该VLR向HLR发起位置登记，并获取必要的用户数据。当MS漫游出控制范围后，需要删除该用户数据。因此，VLR可看作为一个动态数据库。一个VLR可管理多个，MSC但在实现中通常都将MSC和VLR合为一体。

3）归属位置寄存器，HLR

HLR为CS域和PS域共用设备，是一个负责管理移动用户的数据库系统。PLMN可以包含一个或多个HLR，具体配置方式由用户数、系统容量以及网络结构所决定。HLR存储着本归属区的所有移动用户数据，如识别标志、位置信息、签约业务等。

当用户漫游时，HLR接收新位置信息，并要求前VLR删除用户所有数据。当用户被叫时，HLR提供路由信息。

4）鉴权中心AUC

AUC为CS域和PS域共用设备，是存储用户鉴权算法和加密密钥的实体。AUC将鉴权和加密数据通过HLR发往VLR/MSC以及SGSN，以保证通信的合法和安全。每个AUC和对应的HLR关联，只通过该HLR和外界通信。通常AUC和HLR结合在同一物理实体中。

5）设备识别寄存器EIR

EIR为CS域和PS域共用设备，存储着系统中使用的移动设备的国际移动设备识别码（IMEI）。其中，移动设备被划分为白、灰、黑三个等级，并分别存储在相应的表格中。

6）网关MSC/GMSC

GMSC是电路域特有的设备。GMSC作为系统与其他公用通信网之间的接口，同时还具有查询位置信息的功能。如MS被呼时，网络如不能查询该用户所属的HLR，则需要通过GMSC查询，然后将呼叫转接到MS目前登记的MSC中。具体由运营商决定哪些MSC可作为GMSC，如将部分MSC或所有的MSC作为GMSC。

7）服务GPRS支持节点（SGSN）

SGSN为PS域特有的设备，SGSN提供核心网与无线接入系统BSS/RNS的连接。在核心网内，SGSN与GGSN/GMSC/HLR/EIR/SCP等均有接口，SGSN完成分组型数据业务的移动性管理、会话管理等功能，管理MS在移动网络内的移动和通信业务，并提供计费信息。

8）网关GPRS支持节点（GGSN）

GGSN也是分组域特有的设备。GGSN作为移动通信系统与其他公用数据网之间的接口，同时还具有查询位置信息的功能。如MS被呼时，数据先到GGSN，再由GGSN向HLR查询用户的当前位置信息，然后将呼叫转接到目前登记的SGSN中。GGSN也提供计费接口。R99中核心网的接口协议如表1-3所示。

R99中核心网的各接口功能如下：

1）A接口

A接口指MSC与BSC之间的接口。BSS-MSC接口用于传送的信息包括BSS管理、呼叫处理、移动性管理。

2）Iu-CS接口

Iu-CS接口是MSC与RNS之间的接口。具体定义在UMTS 25.41系列技术规范中。RNS-MSC接口用于传送的信息包括RNS管理、呼叫处理、移动性管理。

3）B接口

B接口是MSC和VLR间的接口，其所依赖的信令方式没有具体规定。B接口实现的功能有：MSC从VLR中获得用户信息；当MS进行位置更新操作时，MSC通知VLR记录位置信息；当MS激活一个特定补充业务或修改业务相关数据时，MSC通过VLR通知HLR更新数据。

4）C接口

C接口是MSC与HLR之间的接口。在此接口上，MSC采用基于No.7信令方式的MAP协议来实现以下功能：在MS被呼时，HLR将路由信息传递到GMSC短消息业务；对于CAMEL应用，本接口主要用于获取移动用户终呼时的路由信息、用户状态、签约信息等。

5）D接口

D接口是VLR与HLR之间的接口。本接口用于交换有关MS位置信息及用户管理信息，通过基于No.7信令系统中的MAP协议实现如下功能：鉴权、位置更新、在呼叫建立时检索用户数据、补充业务、VLR恢复。为支持移动用户能够在整个服务区内发起或接收呼叫。HLR和VLR间进行数据交换。当MS发生位置更新时，VLR通知HLR当前MS的位置以及漫游号码，HLR则向VLR发送支持业务处理所需要的用户数据。同时，HLR指示MS以前所在的VLR，删除该用户信息。HLR与VLR间的数据交换还发生在用户更新签约业务，或者管理者修改相关签约业务参数时。

6）E接口

E接口指MSC与MSC之间的接口。通过基于No.7信令的MAP协议，本接口主要完成以下功能：切换、短消息业务、MSC间切换后的呼叫控制。

MAP控制MSC间的切换，如MS通话时，从一个MSC区域移动到另一个MSC区域，这时为保证正常通话需要进行切换。MSC间通过MAP协议保证切换操作顺利进行，在切换操作完成后，MSC间传送一些A接口消息。

7）F接口

F接口是MSC与EIR之间的接口。当MSC需要检查国际移动设备识别码（IMEI）的合法性时，需要通过F接口与EIR交换与IMEI有关的信息，本接口通过基于No.7信令的MAP协议实现以上功能。

8）G接口

G接口是VLR与VLR之间的接口。通过基于No.7信令的MAP协议完成位置更新和鉴权功能。

位置更新：当MS漫游到一个新的VLR后，向前VLR索取IMSI；

鉴权：将鉴权参数由先前VLR传送给当前的VLR。

9）Gs接口

Gs接口是MSC与SGSN间的接口。Gs接口采用基于No.7信令（使用无连接的SCCP，没有TCAP）的BSSAP+协议来完成信令互通。SGSN可通过Gs接口向MSC/VLR发送MS位置信息，SGSN也可通过Gs接口接收到来自MSC/VLR的寻呼信息。通过Gs接口，MSC/VLR可向SGSN声明MS正执行由MSC处理的业务。

10）H接口

H接口是HLR与AUC之间的接口。接口形式没有具体标准。主要完成的功能是，当HLR接收到一个请求用户鉴权和加密数据的消息时，如HLR没有这些信息，则向AUC请求这些数据。

11）MSC与外部网络的接口

这里是指MSC与PSTN/ISDN等外部网络的接口，由于MSC是基于普通的ISDN交换，在呼叫控制方面具有和固定网交换一样的接口。对于电路呼叫，GSM技术规范中给出的信令接口是SS7的TUP和ISUP。

12）Ga接口

Ga接口是指GSN（包括SGSN/GGSN）与CG之间的接口。接口协议GTP基于UDP/IP或者TCP/IP协议栈，主要完成计费信息的输出功能。

13）Gb接口

Gb接口是2.5G GPRS系统使用的接口，为兼容GPRS而保留的。

14）Gc接口

Gc接口是GGSN与HLR之间的接口。实现GGSN与HLR之间的信息交互功能有两种实现方法：一是基于MAP协议在GGSN上直接出七号接口；另一种方法是GGSN借助SGSN提供与HLR之间的MAP接口。这部分与GPRS相同。

15）Gd接口

Gd接口是SGSN与SMS-GMSC/IWMSC之间的接口。基于MAP协议，实现短消息的收发功能。

16）Ge接口

Ge接口是SGSN与SCP之间的接口，基于CAP协议实现分组域的智能业务。在R99中MSC与SCF之间的接口没有特定名称，它们之间通信采用CAP方式。如图1-8中所示。

17）Gf接口

Gf接口是SGSN与EIR之间的接口。当SGSN需要检查国际移动设备识别码（IMEI）的合法性时，需要通过Gf接口与EIR交换与IMEI有关的信息，本接口通过基于No.7信令的MAP协议实现以上功能。

18）Gi接口

Gi接口是GGSN与外部数据网之间的接口，基于TCP/IP协议实现外部分组网络的互连功能。

19）Gn/Gp接口

Gn/Gp接口是GSN与GSN之间的接口，基于GTP协议实现隧道传输功能，包括信令面GTP-C和用户面GTP-U。GTP-C完成隧道的管理和其他信令消息的传输功能，GTP-U传输用户面的数据包。Gn是PLMN内部GSN间接口，Gp是不同PLMN的GSN间的接口。

20）Gr接口

Gr接口是SGSN与HLR之间的接口。本接口用于交换有关MS位置信息及用户管理信息，通过基于No.7信令系统中的MAP协议实现如下功能：鉴权、路由区更新、在会话建立时检索用户数据、SGSN恢复。

为支持移动用户能够在整个服务区内发起或接收呼叫，HLR和SGSN间进行数据交换。当MS发生路由区更新时，SGSN通知HLR当前MS的位置以及漫游号码。HLR则向SGSN发送支持业务处理所需要的用户数据。同时，HLR指示MS以前所在的SGSN删除该用户信息。HLR与SGSN间的数据交换还发生在用户更新签约业务，或者管理者修改相关签约业务参数时。

21）Iu-PS接口

Iu-PS接口是SGSN与RNC间的接口，具体定义在UMTS 25.41系列技术规范中。RNC-SGSN接口传送的信息包括：会话管理和移动性管理。