• 浅谈移动通信和无线通信


    比较早期的2G网络上网是通过CSD(Circuit Switch Data,电路数据交换)方式进行的,但是CSD是基于电路交换的,在应对以IP封包为主的internet业务时并不高效,因此GSM在后续的演进中引入了GPRS技术

    BTS(Base Transceiver Station,基站)分布在我们周围,

    BSC(Base Station Controller,基站控制器)放置在各地市运营商的中心机房,

    PCU(Packet Control Unit,分组控制单元)作用主要是把从基站传至BSC的数据中的分组业务数据单独剥离出来,然后传递给SGSN

    BTS和BSC/PCU组成了无线接入网

    Um是MS(Mobile Station,移动台)和BTS之间的接口,也称为Um接口,或空中接口,

    Abis是BTS和BSC之间的接口,也称为Abis接口

    SGSN(Serving GPRS Support Node,服务GPRS支持节点)可以简单的理解为一个大型的、多功能的交换机,负责鉴权、移动性管理、加密、计费、路由选择等等

    GGSN(Gateway GPRS Support Node,网关GPRS支持节点)则是网关设备,简单理解就像是一个“翻译家”,把internet上的“语言”翻译成SGSN能听懂的“语言”,同时也把SGSN的“语言”翻译成internet能听懂的“语言”,另外又像是一个“海关+国家安全部门”,控制着整个GPRS网络的对外出口,什么数据不能进,什么数据能进都由GGSN来把关,通过GGSN,就可以将GPRS和internet连接起来,另外手机等终端需要上internet,就需要IP地址,IP地址也由GGSN来分配
     
    上述的三个网元设备构成了划时代的核心网分组交换域(即PS(Packet Switch)域,原先只有CS电路交换域)
     
    手机从基站接入,传递数据给基站,然后基站传递给上层BSC,PCU从中剥离出分组业务数据,传递给SGSN,最后通过SGSN经由GGSN这个网关将数据汇入到茫茫internet中~

    备注:
    HLR: 归属位置寄存器(Home location register),是GSM系统的中央数据库,存储着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据,所有移动用户重要的静态数据都存储在HLR中,这包括移动用户识别号码、访问能力、用户类型和补充业务等数据。HLR还存储这归属用户有关的动态数据信息,如用户位置更新信息或漫游用户所在的MSC/VLR地址以及分配给用户的补充业务。
     
    AUC: 鉴权中心(Authentication center),GSM系统采取了特别的安全措施,例如用户鉴权、对无线接口上的话音、数据和信号信息进行保密等。因此AUC存储着鉴权算法和加密密钥,用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的用户通信的安全。
     
    MSC: 移动业务交换中心(mobile switching center),是网路的核心,它提供交换功能以及面向系统其他功能实体。MSC可以从三种数据库(HLR,VLR,AUC)获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。反之,MSC也根据其最新获取的信息请求更新数据库的部分数据。MSC具有号码储存译码、呼叫处理、路由选择、回波抵消、超负荷控制等功能;MSC作为网路核心,应能支持位置登记、越区切换和自动漫游等移动管理功能;MSC还应支持信道管理、数据传输,以及包括鉴权、信息加密、移动台设备识别等安全保密功能。
     
    VLR: 访问位置寄存器(visiting location register ),服务于其控制区域内移动用户的,存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息,为已登记的移动用户提供建立呼叫连接的必要条件。VLR从该移动用户的归属用户位置寄存器(HLR)出获取并储存必要的数据。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将取消临时记录的该移动用户数据。
     
     
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    上图是CDMA2000的网络拓扑图,其中PCF、PDSN/FA、HA、AAA是在IS95后引入的,这点和GSM类似,早期都没考虑到internet业务,后来需要了才加上这些网元。

    PCF可以类比GPRS里的PCU,PDSN的功能则具备了SGSN和GGSN的大部分功能,AAA服务器则主要是用户身份认证/归属登记和鉴权计费等等功能。FA和HA设备现网应用比较少,就不说了。上述的几个网元也构成了CDMA2000网络的“PS域”

    PSTN(Public Switched Telephone Network,公共交换电话网络)

    ISDN(Integrated Services Digital Network,综合业务数字网络)

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    上图是WCDMA早期版本的网络结构图,NodeB即基站,RNC相当于原来GSM中BSC+PCU两个的集合。所以可以看到整个架构和GPRS时代没什么不同,核心网分组域也还是SGSN和GGSN这两个网元。而CDMA2000 1x EVDO的整体架构也和原来的CDMA2000 1x是一样的。
     
    所以3G更多的是在无线接入网的技术方面做修改,核心网方面动得并不大。但是在后续演进中,3GPP组织也不断对核心网做出改变,包括但不限于R4版本中,电路域(CS)的软交换(把图中MSC拆为MSC-server和MGW,实现信令和业务承载分离)以及R5和后续版本中提出核心网全IP化及其特性的增强(典型应用则为IMS系统)。
     
     
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    LTE的网络整体架构有了很大的变化。

    LTE中全面取消了电路域(CS),这也是为什么LTE目前无法承载语音业务的主要原因之一。
     
    eNodeB是基站,分布在我们周围,BSC/RNC也不见了,所以整个无线接入网由eNodeB组成。
     
    S-GW(Serving GateWay,服务网关)类似于SGSN+GGSN一部分功能的集合,P-GW(PDN GateWay,PDN网关,PDN=Public Data Network公用数据网)具备GGSN中的IP地址分配功能,PCRF(Policy and Charging Rules Function策略与计费规则功能单元)设备用以控制用户行为(比如限速),PCRF需要和P-GW配合使用。HLR负责记录用户归属信息、鉴权信息、开户信息等等。MME则是信令方面的承载设备。
     
     
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    上面谈的是移动通信网络,下面来看家里的无线wifi网络,以ADSL和FTTH为例
     
    请先自行把“用户终端”脑补成无线路由器,这是ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line,非对称数字用户线路)宽带接入网基本结构。
     
    手机从无线路由器通过802.11x系列协议接入,无线路由器通过以太网协议向ADSL猫传递数据(ADSL猫放在家里),ADSL猫负责调制解调,然后通过语音/数据分离器和电话线路向ADSL局端设备传递数据,然后再进入到宽带接入服务器BAS(Broadband Access Server)中,最后汇入茫茫的internet大洋中。
     
    BAS(宽带接入服务器)与AAA服务器通过RADIUS协议相配合,实现AAA功能(即验证Authentication、授权Authorization、记账Accounting )。可以将BAS和AAA服务器类比为移动通信网络中的“核心网”。注:此处提到的AAA Server和上文中CDMA2000里提到的AAA Server并不是同种设备,只是说具备相似的功能,但是一个是固网的AAA,一个是CDMA2000的AAA。
     
     
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    这是目前流行的所谓“光纤宽带”中EPON(Ethernet Passive Optical Network,以太网无源光网络)的接入网结构(另外一种流行的光接入网为GPON(Gigabit-Capable Passive Optical Networks,千兆无源光网络)),因为是FTTH(Fibre (Fiber) To The Home,光纤到户),所以先自行脑补把图中ONU(Optical Network Unit,光网络单元)替换成ONT(Optical Network Teminal,光网络单元,即光猫),然后再脑补把ONT后面加上无线路由器。
     
    手机一样从无线路由器接入,经过ONT(光猫)的电光转换后通过ODN(Optical Distribution Network,光分配网络)传递给OLT(optical line terminal,光线路终端),然后OLT经由各种交换机把数据汇入到茫茫Internet大洋中。
     
    ONT现实中多指光猫,放在我们的家里,ODN是无源光配线网络,由光纤和各种无源器件组成,实际上就是传递光的,OLT则是局端设备,放置在运营商中心机房中,其作用可以简单理解为一个移动通信网络中的“BSC/RNC”,负责控制和管理底下的ONU/ONT,并提供到上层交换机(核心网)的接口。
     
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    到此介绍了各个制式中的各个设备的具体功能和它们之间的连线,应该就不难理解手机是如何接入到互联网的吧?简单的说就是在一个个网元间不断的传递、转换格式、再传递、再转换格式直到让接收端收到并成功解调为止
     
    当然了,具体的各个接口是如何对接、如何转换格式、如何传递的在这里就没法说了,因为单单空中接口这一项的电信号如何传递、转换成电磁波,帧结构等等就够写一本书的!有兴趣的可以百度维基谷歌或者买本相关的书来看。
     
     

    参考博客:https://www.zhihu.com/search?type=content&q=%E7%8E%B0%E5%9C%A8%E8%BF%98%E6%9C%89GPRS%E5%9F%BA%E7%AB%99%E4%B9%88
     
     
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/shuaishuaidefeizhu/p/13856669.html
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