支持CDMA漫游到GSM的互操作网关实现原理及组网方案分析

“　CDMA网络建设与中国电信的发展”专题

收稿日期：2009年2月10日

跨网络漫游有两种应用场景，一种是国际漫游，另一种是归属网络无线覆盖质量差切换到同地区另一个协议运营商网络。目前移动通信制式主要有两大系列：GSM/

W C D M A 和C D M A /C D M A 2000。若用户归属网络和漫游网络不同制式，则核心网间采用的协议流程不相同，需要在两种网络间增加互操作网关（IIF，Interworking and Interoperability Function），以支持用户在两种网络间的漫游。考虑到现有G S M /W C D M A 和C D M A /C D M A 2000网络数量及用户数的差异，本文集中阐述支持CDMA用户漫游到GSM网络的互操作网关实现原理。

【摘 要】文章阐述了支持CDMA用户漫游到GSM网络的互操作网关实现原理，说明了其网络架构和功能实体，深入分析了实现语音、短信和分组业务的消息流程；然后结合实际网络情况，提出分组域漫游组网方案；最后指出现阶段存在的问题及后续的研究方向。

【关键词】互操作网关 IIF GSM CDMA 消息流程 分组域组网

余永聪 广东省电信规划设计院有限公司宋 琦 陈秀俊 中国电信集团公司移动建设部吴英娜 广东省电信规划设计院有限公司

支持CDMA漫游到GSM的

互操作网关实现原理及组网方案分析

1 前提假设

（1）用户在CDMA网络开户，并漫游到GSM网络；

（2）用户使用GSM终端及SIM或GSM/CDMA双模终端及双模UIM卡。

2 支持业务及网络架构

互操作网关支持业务有：基本语音业务、短消息业务和分组域业务，虽然并不能涵盖全部业务，但已满足大部分用户的需求。

互操作网关介于基于G S M M A P的G S M电路域和基于A N S I41M A P的C D M A电路域之间，和介于基于G P R S的G S M分组域和基于P D N的C D M A分组域之间，如图1所示：

图1 互操作网关网络架构及功能实体

当注册/鉴权/位置更新、和被叫路由寻址时，从GSM VLR看互操作网关就是用户归属GSM HLR，从CDMA HLR 看互操作网关就是CDMA VLR；

当收发短消息时，从GSM MSC看互操作网关就是用户归属G S M S M S C及H L R，从C D M A M C看互操作网关就是CDMA MSC；

当使用分组域业务时，从SGSN看互操作网关就是用户归属GSM HLR及GGSN，从LNS/HA/AAA看互操作网关就是PDSN/FA/AAA。3 消息流程说明及分析

3.1 注册/鉴权/位置更新

用户在GSM网络开机注册登记，网络进行鉴权及位置更新的消息流程如图2所示。

（1）终端在GSM网络开机注册登记，发送位置更新请求消息（含IMSI）给MSC；

（2）MSC向IIF（GSM HLR）发送请求鉴权信息消息（含IMSI）；

（3）IIF（GSM HLR）根据IMSI及相应的Ki，计算出鉴权三元组下发给MSC；

（4）MSC下发鉴权随机数给终端；

（5）终端根据鉴权随机数及SIM内的Ki，计算出鉴权三元组，反馈给MSC；

（6）MSC判断鉴权结果匹配，向IIF（GSM HLR）发送位置更新请求（含IMSI）；

（7）IIF（CDMA MSC）根据GSM

IMSI查找出相应的

CDMA A_key、ESN（UIMID）及MIN，计算鉴权结果并发送给HLR；

（8）HLR根据MIN及相应的A_key、ESN（UIMID）计图2 注册/鉴权/位置更新消息流程

算鉴权结果，若结果匹配，则向IIF（CDMA MSC）发送鉴权通过消息；

（9）IIF（CDMA MSC）向HLR发送位置登记消息（含MIN）；

（10）HLR修改MSCID指向IIF（CDMA MSC），并反馈位置登记成功消息（含MDN）；

（11）I I F（G S M H L R）向G S M插入用户信息（含MSISDN＝MDN）；

（12）GSM确认收到用户信息；

（13）IIF（GSM HLR）的MSCID指向MSC，并下发位置更新成功消息；

（14）MSC向终端下发位置更新成功消息。

从以上流程可以得出，用户在GSM网络的IMSI、Ki及CDMA网络的A_key、ESN（UIMID）及MIN，需要预先写入互操作网关。当用户在GSM网络内漫游到另一个MSC时，只需在GSM网络和互操作网关间完成消息流程，从CDMA网络看用户仍然在互操作网关内。

3.2 被叫路由寻址

用户注册到GSM网络后，作为主叫时的流程不涉及互操作网关，作为被叫时的消息流程如图3所示：

图3 路由查询消息流程

（1）GMSC向用户归属HLR查询用户当前位置；

（2）HLR中用户当前MSCID指向IIF（CDMA MSC），HLR向IIF发送路由查询消息；

（3）IIF（GSM HLR）向MSC发送提供漫游号码消息；

（4）MSC向IIF（GSM HLR）反馈漫游号码MSRN；

（5）IIF（CDMA MSC）反馈给HLR漫游号码TLDN＝MSRN；

（6）HLR漫游号码给GMSC；

（7）C D M A G M S C根据T L D N（M S R N）和G S M M S C 建立话路。

从以上流程可以得出，话路是直接在CDMA GMSC和GSM MSC间建立的，无需经过互操作网关。当GSM网络用户呼叫此用户时，由于此用户的MSISDN属于其他运营商，因此话路还是需要首选路由到CDMA GMSC。

3.3 收发短消息

用户接收短消息MT的消息流程如图4所示：

图4 接收短消息流程

（1）短消息中心MC接收到一条发向用户的短消息后，向HLR查询用户当前位置；

（2）HLR反馈用户当前MSCID为IIF；

（3）MC向IIF（CDMA MSC）发送短信点对点消息；

（4）IIF（GSM SMSC）把短信从CDMA格式转换为GSM格式，向MSC转发短消息；

（5）MSC反馈短信发送成功；

（6）IIF（CDMA MSC）反馈短信发送成功。

用户发送短消息MO的消息流程与上图是类似的，另外

GSM网络还需要配置用户的HLR和短消息中心号码指向互操作网关。

3.4 分组域业务激活

用户附着GPRS网络并激活业务的消息流程如图5所示。

漫游（后文简称C to G漫游），因此有必要讨论实际网络中的部署方案。虽然从上文可知分组域C to G 漫游在流程协议上不存在问题，但在应用中必须考虑到网络现状及尽量减少对现有网络的改动。另外，

在业务开放时，还需要一个GSM运营商作

为合作方，提供GSM IMSI号段资源，借助已有GPRS国际漫游网络，实现C to G国际漫游的快速部署。

根据现有CDMA和GSM分组域组网方案，分组域C to G 组网方案有以下四种情况：

4.1 归属网络BG直联SGSN

IIF演化为两部分：信令网关和边界网关BG。信令网关功能与上述电路域IIF功能一致，BG专用于分组域数据流传输。BG外侧虚拟为GGSN，与漫游所在SSGN直联；内侧虚拟为PDSN，与网内平台相连。合作GSM网络负责七号信令的Gr接口转接。组网如图6所示：

图6 归属网络BG直联SGSN的组网图

SGSN根据IMSI号段判断为合作方网络用户，Gr接口信令转接到合作方网络；合作方网络判断为特殊IMSI号段，信

令再转接到归属网络信令网关。后续流程与上文一致。

Gr接口鉴权通过后，获得终端提供的APN（配置指向

图5 分组域业务激活消息流程

（1）终端负责在G P R S 网络，S G S N 在I I F （G S M HLR）鉴权及位置更新；

（2）终端向SGSN发送激活PDP上下文请求，SGSN根据终端上报的APN解析出IIF（GGSN）地址，并发送创建PDP上下文请求；

（3）IIF（GGSN）响应创建PDP上下文请求，SGSN接受终端PDP上下文激活；

（4）IIF（PDSN）把APN转换为NAI，向AAA发送接入请求；

（5）AAA根据NAI，向IIF（PDSN）反馈LNS地址；（6）终端和IIF（GGSN/LAC）间进行LCP协商，IIF （PDSN/LAC）和LNS间建立L2TP隧道；

（7）终端和LNS间进行PAP或CHAP鉴权及IPCP协商；（8）鉴权协商通过后，IIF（PDSN）向AAA发送计费请求；

（9）AAA开始计费，并响应请求；

（10）分组数据在终端、SGSN、IIF、LNS间传输。从以上流程可以得出，分组数据需要经过互操作网关传输。以上流程为CDMA网络采用简单IP的情况，采用移动IP 的流程是类似的，IIF作为FA且GPRS网络需支持移动IP。

4 分组域组网方案

目前国际上还没有真正实现分组域CDMA到GSM网络的

图8 合作方提供标准GGSN组网图

此方案基本思路与方案二相同，但GGSN要求较低，一般G G S N 也支持L 2T P 。但由于采用G i 接口封装，隧道中不含信令，难以实现BG控制终端，终端状态也难以传送给B G 。另外，还需终端、G G S N 、B G 配合解决N A I 的传送问题。

4.4 合作方提供G/SGSN

合作方提供GGSN和SGSN集成的G/SGSN，组网如图9所示。

图9 合作方提供GGSN和SGSN集成的G/SGSN组网图

此方案能够快速部署业务，归属网络能够控制终端，合作方提供G/SGSN比BG更容易，但是归属网络的BG要求也相对较高。

4.5 组网方案比较

三种组网方案比较如表1所示。

具体采用哪种组网方案，需要根据归属C D M A 网络和合作方GSM网络的特点及运营商间的合作力度进行选择。

归属网络），由DNS解析出BG地址，通过Gp接口建立PDP context。BG内部进行GSM和CDAM信令转换，APN和NAI 映射，IMSI和MIN映射，并进行AAA鉴权，完成后续业务应用。终端IP地址由BG负责分配。

此组网方案是3GPP2协议流程对应的标准模式，网络结构简单，数据流不经合作方网络。但是需要漫游所在网络的SGSN配置与BG的GTP隧道，DNS配置归属网络APN，而全球GSM网络众多，因而难以快速实现广泛的GSM网络分组域漫游。

4.2 合作方网络提供BG

BG由合作方网络提供，通过Radius协议与归属网络AAA互联，并作为LAC建立L2TP隧道与归属网络LNS互联。由于采用L2TP方式，终端IP地址由LNS分配，受归属网络管理，且LNS还需要支持IMSI和MIN映射。组网如图7所示。

图7 合作方网络提供BG的组网图

用户终端APN沿用合作方网络APN，由DNS解析出合作方BG地址，沿用漫游网络与合作方网络的GTP隧道。借助合作方已有漫游网络，可以快速实现C to G漫游区域与合作方相同，避免与众多漫游网络的谈判与配置。另外，归属网络LNS的功能与CDMA网络间（C to C）漫游实现方式相同，对归属网络要求较低。但是由于BG功能复杂，让合作方提供比较困难。

4.3 合作方提供GGSN

合作方提供标准G G S N ，G i 接口进行L 2T

P

封

装后，GGSN作为LAC与归属网络BG相连。组网如图8所示：

参考文献

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X.S0004 to GSM[S]. ★

【

作者简介】余永聪：

毕业于华南理工大学通信与信息系统专业，工学硕士，现就职于广东省电信规划设计院有限公司，任移动核心网总工，一直从事3G、NGN等网络规划与设计工作。

宋 琦：毕业于北京邮电大学，工学博士，现就职于中国电信集团公司移动建设部，从事CDMA移动通信网络建设管理相关工作。

陈秀俊：毕业于武汉大学电信学院，现就职于中国电信集团公司移动建设部，长期从事移动通信网络维护、规划、建设管理相关工作。

5 总结

C to G互操作网关IIF仅提供语音、短信业务时，互操作网关只涉及MAP信令互通，实现较简单；若提供分组业务，互操作网关还需完成媒体流封装路由。随着分组域漫游业务成熟，分组域组网方案将待到完善与细化。另外，由于互操作网关需要存储用户鉴权密钥，增加了不安全性，若改造CDMA HLR支持GSM鉴权算法，则互操作网关无需存储用户鉴权密钥。随着W C

D M A 和C D M A 2000的广泛应用，互操作网关应向支持跨3G网络及实现3G特色业务互通的方向研究。

表1 三种组网方案比较