15.2 从GSM/GPRS至WCDMA网络演讲在线视频

下面我们就按照技术路线

按先讲 GSM这条路线

移动通信网络的发展与演进

然后我们再讲

IS-95这条技术路线

移动通讯网络的发展演进

我们先看看GSM网络

首先我们先看一看

GSM的一些主要的参数

GSM他的标准化

是分成两个阶段来进行

第一个阶段我们称为是

GSM900

第二个阶段

我们称为是DCS1800

900指的是GSM的工作频段

1800是后来第二阶段的

标准化之后扩展的频段

那么它的 GSM900的工作

频段

它实际上原来是兼容的

Tax知识的

它的下行大概是在

935~960

一阶段

或者925的960

上行的是在890~915

或者是880~915

那么这两个频段

GSM900兆

因为都在900兆附近

就是我们所说GSM900的

这个核心频段DCS1800

它的工作频段

是在1800兆附近

就不再详细说明了

请大家自己看一看

GSM的信道也是划分为

这个逻辑信道和物理信道

那么这张胶片

我们给出了GSM的帧格式

GSM最大的断代技术

就是它的多址方式

它采用的是TDMA时分多址

方式

它的帧结构划分为5个层级

那么最基本的层级是

时隙

那么对于GSM而言

有4位时隙结构

因为每一个时延

都是突发式发送

包括比如说常规的normal

But

以及频率校正的best

同步突发的best

还要接入突发的best

那么把8个时期组合起来

就构成了第二个层级的数据结构

也就是1个TDMA的帧

然后我们把这多个帧再复用起来

就构成了两种复帧结构

叫复帧1

复帧2 复帧

结构

然后把多个复帧的再组合起来

有两种超帧结构

也就超帧一超帧二结构

最高的一个数据结构的超高帧

传播真的很长

那么GSM它的逻辑信道

也是按照功能来划分的

主要划分为业务信道和控制信道

细节我们不介绍了

同学们直接看书

下面我们来看

GSM的网络

GSM的网移动通信网络

我们从结构组成上来

看呢

可以把它划分为4个组成部分

同学们观察

主要包括移动

移动台我们称为是MS移动终端

那么还有第二个部分就是

基站

子系统

就BSS以及第三个部分

网络子系统

NSS还有第四个

第四个是面向运营商的操作支撑

子系统

就OSS 所以GSM的网络

其实就是由这4个子系统构成的

就基站

子系统

网络子系统

操作维护子系统

还有移动终端

这4个部分构成的

下面我们给出来GSM的

详细的网络结构

大家观察

这就是这4个子系统的

构成了一个GSM网络

最左侧呢这就是移动终端

那么右面对应的就是基站子系统

在后面其实就是网络子系统

下面这部分就是OSS就是操作

维护管理的子系统

我们看重点要观察的是

移动盘

和基站子系统之间

这之间是

我们称它为是空中接口

AIR interface

在空口上面

实际上是无线电波来进行传播的

我们看移动台

请大家注意

移动台是一个子系统

并不是单个的移动

手机

并不只是指的是移动终端

可以主体是移动设备

也就是手机

还可以是汽车

就汽车上的移动终端

车载终端

还可以是调制解调器

无线调制解调器等等都可以

并且还包括了sim卡

新卡在上面

那么在BSS子系统里面

主要是两类网元

一类网元我们称为是

BTS

BTS它的全称叫做是

如图所示

如图所示

所谓transiver的意思

实际上是

收发信机的

缩写叫transmeter

and reciever 我们把它缩写到

一起

叫transiver

实际上全称

应当叫做是基站收发信息

但是一般我而言

我们简称BTS 就叫基站

所以大家在路边上

看到一些大铁塔

塔就是基站

实质上讲的是

铁塔下面的机房

塔下机房

除掉BTS之后

我们多个BTS还可以汇聚

信号

后面还有一个网元

这个网源我们叫的是BSC

所谓BSC它指的是

基站控制器

叫base station controller

它的主要功能

是

把多个基站的信号

进行业务汇聚

或者说我们把移动交换机

它的业务分流的多个基站

所以它主要是对基站

进行汇聚业务汇聚和管理

我们再看

在后侧

在 BSS系统的后面

我们接的是网络子系统

网络子系统当中的网源

是非常丰富的

其中最主要的网源

移动交换中心

也就是 MSC

这是它的核心网源

因为移动交换中心

是核心网当中最重要的网源

那么它的主要功能

就是负责话音业务的建立

拆解

以及管理等等

最终的这些功能

那么与之相配合的

还有一个网源

我们叫做GMSC

前面加个G

它的意思是说

它是个网关KTV

你比如举个例子

你比如说我是移动的用户

那么我给我的朋友

他是联通的用户

两个用我们这两个用户之间的打

电话

我话音

我主被叫的话音

实际上就是

既要跨移动的GSM网络

又要跨联通的GSM网络

在两个不同的GSM网络中间

来进行话音业务的交互

那就需要一个一段网关

移动的业务传到呢联通

联通的业务

传到移动都需要网关

那么GMS就完成这个功能

在两个不同运营商的

GSM网络之间

来进行

这个协议和数据换业务数据的

交互

除掉这些基重要网源之外

还有核心网源

还有网源

比如说

VLR HLR

所谓HLR它里面存储的是

我们用户的一些基本信息

你比如说我们到运营商

比如移动联通电信的业务

服务就是客服中心

或者他去的

业务中心与商户

你要出示身份证

然后给运营商给你一个sim卡

那么你身份证的信息

实际上就留到了运营商

那儿去了

最后 sim卡里面的标识

和你用户的

身份证的基本信息就绑定了

那么这样的一些用户信信息

都存储在 HLR中间

这HLR我们就称为是

归属位置寄存器

Home

Registrer

实质上讲

它不是一个硬件寄存 归属位置

寄存器HLR 它就是个数据库

是你开户地

你归属地的运营商

他维护的一个数据库

那么与之相对还有一个概念

叫做VLR 叫做是拜访位置

寄存器

这什么意思

比如说

我用户带着手机

跑出了我的原来上户的区域

比如说北京的用户呢

出差去了上海

那么去了上海之后的话

他就不是他的信息

应当是在北京的

对于上海而言

它就是个外地用户

那么网络就先得翻

看到有这个业务请求了

他就先翻了

翻一翻我

上海本地的数据库

它是不是有用户的信息

如果没有

我知道

还是一个漫游客户

那么我们就应当去访问北京

这一次他原来本地的

用户的信息

所以在这个过程当中

VLR和HLR 就拜访位置

寄存器和归属位置寄存器

实际上就是一个

大数据库和小数据库

或者说本地数据库

和远端数据库之间的关系

还有其他的一些网源

比如说

Auc

这个AUC

大家注意一下

我们在前面曾经介绍过

它主要是进行这种健全认证

是对合法用户进行健全认证

非常重要的一个网源设备

还有像SMSC

这个是短信服务中心等等

我们就不再一一列举

以上就是GSM的这些

网络单元

下面我们重点给大家讲讲

GSM网络当中的接口

我们以这张图为实例

来给大家说明

GSM当中的接口

主要有

这样的一些代表性的接口

第一个最重要的借口在这

也就是空中接口

GSM的空中接口

我们命名为叫做是UM接口

M是小写 mobile的意思

这UM就指的是GSM空中接口

第二个重要的接口是

GSM的接入网

也就是BSS子系统与

核心网

也就NSS子系统

他们之间的接口

这个接口

我们称为是A接口

这个结口很重要

是核心网与接入网之间接口

那么第三个重要的接口

BSS子系统内部

BTS和BSC之间

这个接口

我们称为是

是Abis接口

需要说明的是

请大家注意

当年进行移动通信标准化的时候

并不是什么的接口都标准化

实际上最主要标准化就是UM

接口

和A接口

因为UM接口

一定要完全标准化

否则的话

就没有办法支持

不同厂家的手机

与基站之间的互联了

你比如说爱立信的

基站

和华为的手机

假如说都是严格按照UM

口的标准开发的

那么它们两者之间

就可以互联

就没有什么影响

但是像Abis这不一样

Abis接口

当年在这种GSM协议当中

就没有进行标准化

或者说标准化的不够彻底

这样的话就导致了

在当年GSM时代

这个运营商要进行扩容

或者是商市购买设备

扩建网络的话

或者听见网络的话

那么你要买了一家的的设备商的

基站

就BTS 但是它的 Abis

接口并不开放

你就必须绑定去买

同一家厂商的基站

控制器

就BTS和BSC

必须绑定

你不可能说

那是我买的是爱立信的基站

控制器

然后我我买

另外再去买华为的基站

这两设备是没法接的

因为Abis接口是

不是一个通用的开放标准

而是厂商自定义的

那么后来我明白了

这一点就是说

这种Abis接口没有标准化

并不是当年这些厂商

他技术力量不够做不到

而是当年标准化厂商

故意这么做的

因为他们要考设备厂商

考虑到保护自己的技术

那么你对于运营商而言

你必须进行整体采购

你要采购了

一家厂商的基站

你同时就得采购

这家厂商的基站控制器

这样他们就能保护设备商的

利益啊

这是它的主要原因

那么后面像

除了核心网里面

除了A接口之外

还有好多别的接口

比如说B接口

D接口

还有 H F接口

I接口H等等

我们都不再一一列举

所有这些接口全都是

在7号信令上

所涉及的接口

在核心网当中

传输7号信令的协议

那么细节我们不介绍

下面我们再详细给大家介绍一下

GSM系统

它主要的一些协议

咱就要看胶片

GSM系统当中的接口

我们刚才提到过了

主要就是这三个接口

UM Abis

还有A接口

就这三个接口

所以他这个协议

我们看看

在这三个接口的两侧

协议呢是不一样的

我们分别介绍一下

我们先看看UM接口

在空口两侧的协议

我们看左侧应当是移动台的

他的协议

主要定义的是

下面的三层 层一层二层三

这三层的协议

一最下层就是GSM的物理层

最下从GSM的物理层

上面这一层

实际上这个协议叫ARA

PDM ARA PDM

加个M他的意思实际上是一个

精简版本的数据

链路的控制协议

再上层

层三有三个基本功能

大家看是

RR MM CM

或者我们有时候喜欢叫

CC

这是什么意思

我们分别来说明

这个RR指的是无线

链路的控制

也就是我分配什么资本

分配子频道

分配时隙

那么对于时隙和频道的管理和

控制

就在RR上完成

MM是移动性管理mobile management

这是什么意思呢

主要是负责管理

用户的寻呼

漫游

切换

都是在MM管理

那么第三个是CC CC或者

CM

这个叫做是呼叫控制

或者呼叫管理

那么这个主要是对话音业务

进行的

信令的传输话音业务

信令话音业务建立

维持终止

来进行管理和控制

所以这就是他们三者的基本功能

请大家注意

这三者的功能是不能颠倒的

这个协议是最底

在层三的底层是RR

中间是MM 最高层是CC 并且

我们按照对等通信这三层协议

他并没有和UM右侧的基站

来进行统一

这是BTS直接连到了

Abis接口的左侧和右侧

也就是连到了 BFC和MSC

所以大家看观察这

就是个对等的过程

那么下面我们再从

UM接口的右侧

我们从 BTS讲起

大家放在BTS我们可以看到

它的底层也是

遵循GSM物理层协议的

还有与移动台呢

可以进行对等通信

那么上层是LAPDM再

上层大家看有一个

这个R撇

对基站而言

BTS而言

它只负责他本小区

他能控制的范围内的

一部分时隙

和频道的管理和分配

它属于是RR的底层

我们接着再看

Abis接口的两侧

底层也是用L1

但大家注意这个地方的L1

它已经不是无线而变成了有线

用有线电缆或者光纤互联了

而上层我们左侧加的是LAPDM

但是Abis结构的右侧

就在BSC的左侧来看

已经不是LAPDM了

我们把

因为它是在有线网络当中

有线电路当中传输数据的

没有必要进行精简了

直接是LAPDM协议

上层用的是叫BTSM

所谓BTSM

就指的是基站管理协议

那么基站控制器

要通过BTSM协议

对基站进行管控

BSC的高层

它要对RR进行的管理和控制

我们再看 A接口的两侧

那么在底层已经不再是L1了

它变成了7号信令的底层

就是MTP

MTP123

那么在上面直接只支持的是SCCP

那么在上面叫BSSAP
那么在上面直接只支持的是SCCP

那么在上面叫BSSAP

BSSAP实际上就是基站子

系统的应用协议

那么在上面还有 MAP的

MAP

我们刚才提到过的MM

和CM

或者CC实际上就是在MSC的

高层

来进行对等通信和交付的管理的

好

这就是 GSM的协议

它的基本分层结构

前面我们讲的是

GSM的信令和协议

随着技术的发展

人们不仅仅希望

在移动通信网络当中传输

反映业务

还希望传输数据业务

所以就引入来了GPRS

这样的一套体制

GPRS

请大家注意

它实际上是一类

单纯的分组业务

通信的网络

他只支持分组业务

它是依附在GSM网络上

但它是一个分组交换网络

GPRS

它为了能够保证兼容性

GPRS网络

它的的物理信道的结构

与GSM是类似的

那么它的帧格也是类似的

我们就不介绍了

它的逻辑信道的功能划分

也是类似的

我们重点讲一讲

GPRS网络与GSM网络

他们的共同点和差异性

大家看这张胶片

就给出了GPRS的

网络的基本特点

为了能够在移动通信网络当中

支持数据业务传输

就支持分组交换

这个GPRS呢

他在接入网部分

引入了一个新的网源

网源

我们称为是PCU PCU

全称叫做是patter control unit

PCU是干什么用的呢

PCU顾名思义

实际上它就是单独负责

把分组业务的数据包

从接入网转发给了核心网

所以PCU就是它是个二传

那么大家看 PCU的位置

它在这儿

它实际上是一个插板

插到 BSC基站控制器的

插槽当中的

在移动台这一侧

移动端这一侧

它发出的数据包

如果是话音业务

那就直接走了BSC

走BTS走BSC

假如说数据业务 BTS不管

透明传输

走到了汇聚

到了BSC之后

他就扔给PCU PCU

然后就送给了核心网

这就是在接入网部分

我们增加了一个新的网源

叫PCU我们再看核心网

核心网里面最主要的网源是两个

一个我们称为是SDSN一个

我们称为是GGSN 一般

我们讲协议的时候

必须要进行类比

才能够理解它的功能

SDSN和GGSN

都属于叫做是支撑节点

SGSN就是业务网关支撑节点

GGSN叫做是GPRS网

关支撑节点

它的功能类同于什么

我们可以类比

SGSN它主要是对

分组业务

完成路由和交换功能

其实它的功能

就类似于我们前面

GSM网络当中提到的

移动交换机 有MSC因为MSC

是对话音业务

进行交换和管理的

那么GGSN他是网关

它的功能就类似于

我们在前面提到过的GMSC也就是

网关移动交换机

所以他这两类节点

一个是管业务交换的

一个是管网关的

这就是他们的基本功能

除了这两个主要的节点之外

GPRS网络当中

核心网里面还有其他的网源

比如说这儿有一个

DNS

是域名解析的服务器

还有边界网关BG

还有一计费网关CT

除此以外

GPRS为了与节省硬件设备

降低了网络运营的成本

最大限度的

与GSM进行了兼容

所以GPRS网络

它通过7号信令的网络

与 GSM核心网当中的网源

MSC

SMSC HL2

等等都可以进行的

通过7号信令来进行互联互通

而且我们看一下 GPRS的

接口

GPRS网络当中

也为了能够支持数据业务的传输

引入了几个新的接口

第一个就是在

PCU和SGSN之间

我们引入一个接口

这个接口叫做GB口

GB

它主要是传送是分组数据

郁我们前面提到过的 A接口

传输的实际上是话音业务

对吧

它俩的功能是等同的

A接口传话音

他是把话音业务

BSS和NSS也就是

接入网

核心网之间交互的

那么GB口它是传数据的

也就是数据业务在

在分接入网和核心网之间的交互

就要通过 GB接口

所以这个接口很重要

还有一个接口是

叫GI口

GI口是GGSN和外网

之间的接口

一般来讲都是IP化的

还有一个接口叫GN口

GN口是SGSN

GGSN之类的借口

那么通过GI和GN的配合

外网就能够

通过代理的方式

与内网

与GPS内外

这两个GGSN

这两个数据节点

进行消息交互和联系

我们看一下 GPRS的协议栈

Gprs的协议栈

我们把这三个基本的接口列出来

也就是UM GB GN 口

这三个接口两侧的协议站

我们以这张图片为示例来说明

大家看呢我们要重点说一说

因为这个协议我经常讲的这是

通信网络当中

最复杂的一种协议了

我们先数一下 MS这一侧

它共有几层

也可以从上面说

你简单一说就知道有7层

特别冗余的一个协议

我们看到最下面的是GSM

也就是物理层

这是物理层

上面的这叫媒体

已接入控制层叫MAC层

一般来讲

对数据

我们都需要有个MAC

在上面叫无线电路

控制成RLC 下面

这三层实际上就对应层一

层二层三

那么上面叫LLC LLC叫

逻辑链路控制层

这个主要是对他应用的路由机制

或者交换方式

实际上就是

面向连接的方式

比如说对1万链路进行

虚连接虚通路的建初始化

和建立

或者是释放等等

在往上叫SNDCP这一层的

协议

叫做子网

数据汇聚协议

这一层是干什么

实际上就是把不同

分组业务支持的

这个数据报能够进行汇聚

在上面叫IP层

或者 X.25

这是非常古老的计算机协议了

那么这一层主要是给

这个网络的高层

那么主要是来实现与外网通对等

通信

那么这一层的IP

实际上是和万物

通过 GPS代理和网通信

在上面是应用

大家观察

为什么GPRS

它的数据传输的效率及其低下

或者说数据业务速率非常的低

因为他层太多了

层多了之后

每一层都要加入包头

要引入开销

所以真正有效的数据传输

道理就很差

那么为什么这么设计

请大家注意

不是说当年的专家就笨

就现在我们变聪明了

不是这个意思

是因为当年设计 GPRS协议

的时候

或者标准的时候

这个是在90年代的早期

在时间段的时候

IP TCPIP才

刚刚应用

包括美国也才刚开始发展

人们研究电信的这些标准的

专家呢

他还没有看到技术的大趋势

所以当年的标准制定的时候

Gprs采用参考的分组

交换的协议

主要参考的是计算机网络

以及有线通信网络的交换协议

所以参考这两类协议

那么制定出来的GPS企业里面

既有计算机网络的协议

也有 SDN的协议

但是在 GPRS标准化的后期

IP TCPIP网络

或者互联网

它就突飞猛进的发展

人们认识到

它有巨大的技术优势

所以在 GPRS网络协议的

制定过程当中

又补充了IP协议

一所以最后 GPRS网络的

协议

实际上就是三类协议

的一个组合

也就是计算机

还有有线通信网络

以及 TCPIP

大家想想

这不是一个大杂烩

你组合的越多

网络协议设计的效率就越低

所以当年这是有一定历史背景

我们看一看 BSS网源的

两端

那么底端

下三层叫RLC MAC

或者是射频物理层是类似的

我们不再提到了

而在BSS的高层

他就要需要用到LLC做一些

中继

那么在右端

主要就是BSSGP

它受SGS SGSN

这个节点的控制

还是在上层 SGSN上层主要关注

的是 LLC还有SNDCP

我们再看看GN口的右侧是

GGSN GGSN

大家注意一个下层的

没有什么差距

都是一样的

但是我们有一个特点

GGSN

他的 IP

是双层IP

下层有一层IP

已经看到了吧

上层有一层IP

对吧

大家可能会想

这是不是浪费

其实不然

同学们观察

下层的 IP

这一层的IP的主要目的

是实现SGSN和GGSN之间

对等 经过 TCPIP的通道

进行通信

通过这样的对等通信

那么以GGSN作为代理

外网往原式可以返回SGSN

那么上层的这一层IP

这个是也

与移动台进行对等通信的

认识到这个问题

那么实际上GPRS确实

现在这个

GGSN需要两层的IP机制

对吧

中间还有一层

这一层叫做是GDP

正因为考虑到

它的层间的冗余太大了

所以专门定制了一个

叫做

GPRS的隧道线叫GDP

协议

它的效率设计的比较经典

所以相对来讲

传输效率就大大提高

好

以上就是GPRS协议栈

我们的一些介绍

最后对于短消息业务

SMS的一些特点

我们就不介绍了

同学们看看书上

能够进一步了解就可以了