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通訊網路的演進過程

       首先,需要了解兩個名詞概念:無線接入網與核心網。

       無線接入網:負責接收使用者終端的無線訊號,由此接入到通訊網路;

       核心網:對使用者資料的管理及具體業務處理,並作為承載網路提供到外部網路的介面。

       下面,就從2G網路開始:

一、GSM網路結構(2G)

       通常,我們所說的2G網路指的就是基於GSM的網路,它的結構主要由四部分構成:

       移動臺MS(Mobile Station),它的功能是負責無線訊號的收發及處理;

       基站子系統BSS(Base Station Subsystem),它屬於接入網部分,由基站收發信臺BTS(Base Transceiver Station)和基站控制器BSC(Base Station Controller)兩部分構成。BTS通過Um空中介面收到MS傳送的無線訊號,然後將其傳送給BSC,在BSC負責無線資源的管理及配置(諸如功率控制,通道分配等),然後通過A介面傳送至核心網部分;

       網路子系統NSS(Network and Switching Subsystem),它是核心網的核心部分,主要由MSC、VLR、HLR、AUC、EIR等功能實體組成。其中,移動業務交換中心MSC(Mobile service Switching Center)是NSS核心,負責處理使用者具體業務;訪問位置暫存器VLR(Visit Location Register)和歸屬位置暫存器HLR(Home Location Register)主要負責移動性管理及使用者資料庫管理的功能;鑑權中心AUC(Authentication Center)和裝置識別暫存器EIR(Equipment Identity Register)主要負責安全性方面的功能;閘道器型GMSC負責提供接入外部網路介面;

       操作管理系統OMS(Operations Management System),它主要負責網路的監視,狀態報告及故障診斷等,在此不作具體介紹。

       GSM網路結構圖如下:

       

二、GPRS疊加網路結構(2.5G)

       從GSM網路(2G)演進到GPRS網路(2.5G),最主要的變化是引入了分組交換業務。原有的GSM網路是基於電路交換技術,不具備支援分組交換業務的功能。因此,為了支援分組業務,在原有GSM網路結構上增加了幾個功能實體,相當與在原有網路基礎上疊加了一小型網路,共同構成GPRS網路。

       接入網方面,在BSC上增加了分組控制單元PCU(Packet Control Unit),用以提供分組交換通道;

       核心網方面,增加了服務型GPRS支援節點SGSN(Service GPRS Supported Node)和閘道器型GPRS支援節點GGSN(Gateway GPRS Supported Node),功能方面與MSC和GMSC一致,只不過處理的是分組業務,外部網路接入IP網;

       從GPRS疊加網路結構開始,引入了兩個概念。一個是電路交換域,一個是分組交換域,也就是我們常說的Cs域與Ps域。

       GPRS疊加網路結構圖如下:

       

三、UMTS網路結構(3G)

       通訊技術發展到3G,在速率發麵有了質的提高,而網路結構上,同樣發生巨大變化。

       首先,伴隨技術的發展,空中介面也隨之改變。之前網路結構中的Um空中介面換成了Uu介面,而接入網與核心網介面也換成了Iu口;然後,在接入網方面,不再包含BTS和BSC,取而代之的是基站NodeB與無線網路控制器RNC(Radio Network Controller),功能方面與之前保持一致,在核心網方面基本與原有網路共用,無太大區別。

        UMTS網路結構圖如下:

        

四、LTE網路結構(4G)

       很多人說所謂的4G,即LTE技術不是一種演進,而是一場變革。其實,我們不需要太多的瞭解技術細節,但從網路結構方面,我們就能看出一二。

       介面方面不容多說,或多或少的變化,具體的我也沒有細節研究。整個LTE網路從接入網和核心網方面分為E-UTRAN和EPC。首先,接入網方面,它不再包含兩種功能實體,整個網路只有一種基站eNodeB,它包含了整個NodeB和部分RNC的功能;其次,EPC(Evolved Packet Core)方面,它對之前的網路結構能夠保持前向相容,而自身結構方面,也不再有之前各種實體部分,取而代之的主要就換成了移動管理實體MME(Mobile Management Entity)與服務閘道器S-GW,分組資料閘道器,外部網路只接入IP網。

       LTE網路結構如下圖:

       

總結

       從以上四幅結構圖,基本就可以包括2G到4G網路結構的演進過程,過程中發生的變化也比較清晰,對比總結,可以得出兩個趨勢吧,也是眾口相傳,講爛了的。不過,我從這幾個連續的圖能夠有更感性的認識:一,網路結構趨向於實體減少,也就是網上書中所謂的扁平化,帶來的好處就是減少成本,降低時延;二,所有的通訊最終連線至全IP網路。通過這樣一番的學習過程,我對通訊技術與計算機網路的融合,特別是VoIP技術更加期待。之前在看《浪潮之巔》一書中,有關思科與微軟部分,都早已在VoIP方面都有長遠的規劃,這個領域大有作為,對我自己拭目以待。

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