前言

? ? ? ?4G的到來仿佛還在昨日，5G卻已近在咫尺。根據(jù)3GPP的規(guī)劃， 5G的大規(guī)模測(cè)試和部署，最早將于2019年開始。也就是說，最快還有一年多的時(shí)間，我們就可以享受到5G帶來的全新體驗(yàn)。無線通信技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)經(jīng)歷了5次的技術(shù)更新?lián)Q代，而在整個(gè)過程中，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展及演進(jìn)，是引起速率及性能提升的一個(gè)關(guān)鍵。前段時(shí)間實(shí)驗(yàn)室技術(shù)交流，搜集了一些關(guān)于無線系統(tǒng)演進(jìn)的資料，并且形成一個(gè)PPT做介紹，而在其中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，在接下來幾篇博文做一些介紹，其中參考以及引用了網(wǎng)絡(luò)上的很多資料，如果有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系本人刪除，在此也感謝各位的分享。博主目前剛剛是一枚通信小白，不正確的地方，還請(qǐng)各位大佬指出并留言！

? ? ? ?首先，引入兩個(gè)概念，無線接入網(wǎng)以及核心網(wǎng)：

? ? ? ?無線接入網(wǎng)：?Radio Access Network，簡(jiǎn)稱RAN，是移動(dòng)通信系統(tǒng)中的一部分，它存在于設(shè)備（例如，一個(gè)移動(dòng)電話，一個(gè)計(jì)算機(jī)，或任何被遠(yuǎn)程控制的機(jī)器）與核心網(wǎng)（Core Network，簡(jiǎn)稱：CN）之間，提供兩者間的通信連接。

? ? ? ?核心網(wǎng)：?提供用戶連接、對(duì)用戶的管理以及對(duì)業(yè)務(wù)完成承載，作為承載網(wǎng)絡(luò)提供到外部網(wǎng)絡(luò)的接口。核心網(wǎng)從邏輯結(jié)構(gòu)上可以劃分為3個(gè)域：歸屬網(wǎng)絡(luò)域、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)域和傳送網(wǎng)絡(luò)域。歸屬網(wǎng)絡(luò)域是指客戶開戶的網(wǎng)絡(luò)，是自己的開戶地；正在為客戶提供服務(wù)或者能夠?yàn)榭蛻籼峁┓?wù)的網(wǎng)絡(luò)稱為服務(wù)網(wǎng)絡(luò)域；傳送網(wǎng)絡(luò)域是指一旦用戶發(fā)生了漫游，比如到了非洲，可能會(huì)用到其它的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到歸屬網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)稱為傳送網(wǎng)絡(luò)域。

Figure CN and RAN

GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（2G）

? ? ? ?GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),即全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communication），是應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)。它的結(jié)構(gòu)主要由四部分構(gòu)成：移動(dòng)臺(tái)（Mobile Station，MS）、基站系統(tǒng)（BaseStation System，BSS）、網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)（Network Switching System，NSS）和操作維護(hù)系統(tǒng)（Operations and Maintenance System，OMS），如下圖所示：

移動(dòng)臺(tái)（Mobile Station，MS）

? ? ? ? 移動(dòng)臺(tái)是移動(dòng)用戶的終端設(shè)備，通過無線空中接口Um給用戶提供接入網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的能力，有兩部分組成：移動(dòng)設(shè)備（Mobile Equipment，ME）和用戶識(shí)別模塊（SubscriberIdentity Module，SIM）。其中，ME通常指我們所使用的手機(jī)，用于完成語音、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)在空中的接收和發(fā)送；SIM也就是指手機(jī)當(dāng)中的手機(jī)卡，用于識(shí)別唯一的移動(dòng)臺(tái)使用者。SIM是一張符合GSM規(guī)范的"智能卡"，內(nèi)部包含了與用戶有關(guān)的、被存儲(chǔ)在用戶這一方的信息，移動(dòng)電話上只有裝上了SIM卡才能使用。

基站系統(tǒng)（BSS）

? ? ? ?BSS提供移動(dòng)臺(tái)與移動(dòng)交換中心（MSC）之間的鏈路，是GSM網(wǎng)絡(luò)中的接入網(wǎng)。BSS由以下3部分組成：

? ? ? ?基站控制器（BaseStation Controller，BSC）：BSC可以控制單個(gè)或多個(gè)BTS，隨著廠商的不同，BSC控制的BTS數(shù)目也會(huì)有所不同。對(duì)所控制的BTS下的MS執(zhí)行切換控制；傳遞BTS和MSC間的話務(wù)和信令，連接地面鏈路和空中接口信道。

? ? ? ?基站收發(fā)信臺(tái)（BaseTransceiver Station，BTS）：BTS包含有射頻部件，這些射頻部件為特定小區(qū)提供空中接口，可支持一個(gè)或多個(gè)小區(qū)；提供和移動(dòng)臺(tái)（MS）的空中接口鏈路，能夠?qū)σ苿?dòng)臺(tái)和基站進(jìn)行功率控制。我們通?？珊?jiǎn)單記BTS的功能，第一是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，第二是完成信號(hào)的收發(fā)。

? ? ? ?變碼器（Transcoder，XCDR）：將來自移動(dòng)交換中心MSC的語音或數(shù)據(jù)輸出（64kbps PCM）轉(zhuǎn)換成GSM規(guī)程所規(guī)定的格式（16kbps），以便更有效地通過空中接口在BSS和移動(dòng)臺(tái)之間進(jìn)行傳輸（即將64kbps壓縮成16 kbps）；反之，可以解壓縮。但是實(shí)際上編碼器已集成在BSC當(dāng)中。

網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)NSS

? ? ? ?網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)具有GSM網(wǎng)絡(luò)的主要交換功能，還具有用戶數(shù)據(jù)和移動(dòng)管理所需的數(shù)據(jù)庫。網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)由移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）、訪問位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權(quán)中心（AUC）、移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器（EIR）、互通功能部件（IWF）和回聲消除器（EC）等組成。

? ? ? ?移動(dòng)交換中心（MSC）：MSC（MobileSwitching Center）是GSM 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)完成呼叫處理和交換控制，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶的尋呼接入、信道分配、呼叫接續(xù)、話務(wù)量控制、計(jì)費(fèi)和基站管理等功能，還可以完成BSS和MSC之間的切換和輔助性的無線資源管理等，并提供連接其他MSC和其他公用通信網(wǎng)絡(luò)(如PSTN和ISDN等）的鏈路接口功能。MSC與其他網(wǎng)絡(luò)部件協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶位置登記、越區(qū)切換、自動(dòng)漫游、用戶鑒權(quán)和服務(wù)類型控制等功能。

? ? ? ?歸屬位置寄存器（HLR）：HLR（HomeLocation Register）是一種用來存儲(chǔ)本地用戶信息的數(shù)據(jù)庫，一個(gè)HLR能夠控制若干個(gè)移動(dòng)交換區(qū)域。在GSM通信網(wǎng)中，通常設(shè)置若干個(gè)HLR，每個(gè)用戶必須在某個(gè)HLR（相當(dāng)于該用戶的原籍）中登記。登記的內(nèi)容分為兩種：一種是永久性的參數(shù)，如用戶號(hào)碼、移動(dòng)設(shè)備號(hào)碼、接入優(yōu)先等級(jí)、預(yù)定的業(yè)務(wù)類型以及保密參數(shù)等；另一種是暫時(shí)性需要隨時(shí)更新的參數(shù)，即用戶當(dāng)前所處位置的有關(guān)參數(shù)，即使用戶漫游到了HLR所服務(wù)的區(qū)域外，HLR也要登記由該區(qū)傳送來的位置信息。這樣做的目的是保證當(dāng)呼叫任意一個(gè)不知處于哪一個(gè)地區(qū)的移動(dòng)用戶時(shí)，均可由該移動(dòng)用戶的HLR獲知它當(dāng)時(shí)處于哪一個(gè)地區(qū)，進(jìn)而建立起通信鏈路。相應(yīng)地，HLR存儲(chǔ)兩類數(shù)據(jù)：一是用戶永久性參數(shù)信息，包括MSISDN、IMSI、用戶類別、Ki和補(bǔ)充業(yè)務(wù)等參數(shù)；二是暫時(shí)性用戶信息，包括當(dāng)前用戶的MSC/VLR，用戶狀態(tài)（登記／已取消登記），移動(dòng)用戶的漫游號(hào)碼。

? ? ? ?訪問位置寄存器（VLR）：VLR（VisitLocation Register）是一種存儲(chǔ)來訪用戶信息的數(shù)據(jù)庫。一個(gè)VLR通常為一個(gè)MSC控制區(qū)服務(wù)。當(dāng)移動(dòng)用戶漫游到新的MSC控制區(qū)時(shí)，它必須向該地區(qū)的VLR申請(qǐng)登記。VLR要從該用戶的HLR查詢有關(guān)的參數(shù)，要給該用戶分配一個(gè)新的漫游號(hào)碼（MSRN），并通知其HLR修改該用戶的位置信息，準(zhǔn)備為其他用戶呼叫此移動(dòng)用戶時(shí)提供路由信息。當(dāng)移動(dòng)用戶由一個(gè)VLR服務(wù)區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)VLR服務(wù)區(qū)時(shí)，HLR在修改該用戶的位置信息后，還要通知原來的VLR，刪除此移動(dòng)用戶的位置信息。因此，VLR可以看做是一個(gè)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)庫。VLR存儲(chǔ)的信息有：移動(dòng)臺(tái)狀態(tài)（遇忙／空閑／無應(yīng)答等）、位置區(qū)域識(shí)別碼（LAI）、臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼（TMSI）和移動(dòng)臺(tái)漫游碼（MSRN）。

? ? ? ?鑒權(quán)中心（AUC）：AUC（AUthenticationCenter）的作用是可靠地識(shí)別用戶的身份，只允許有權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)并獲得服務(wù)。由于要求AUC必須連續(xù)訪問和更新系統(tǒng)用戶記錄，因此，AUC一般與HLR處于同一位置。AUC產(chǎn)生為確定移動(dòng)用戶身份及對(duì)呼叫保密所需的鑒權(quán)和加密的3參數(shù)分別是：隨機(jī)碼RAND（RANDom number）、符合響應(yīng)SRES（Signed RESponse）和密鑰Kc（Ciphering Key）。

? ? ? ?設(shè)備識(shí)別寄存器（EIR）：EIR（EquipmentIdentity Register）是存儲(chǔ)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，用于對(duì)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備的鑒別和監(jiān)視，并拒絕非法移動(dòng)臺(tái)入網(wǎng)。EIR數(shù)據(jù)庫由以下幾個(gè)國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼（IMEI）表組成：白名單，保存那些已知分配給合法設(shè)備的IMEI；黑名單，保存已掛失或由于某種原因而被拒絕提供業(yè)務(wù)的移動(dòng)臺(tái)的IMEI；灰名單，保存出現(xiàn)問題（例如，軟件故障）的移動(dòng)臺(tái)的IMEI，但這些問題還沒有嚴(yán)重到使這些IMEI進(jìn)入黑名單的程度。在我國(guó)，基本上沒有采用EIR進(jìn)行設(shè)備識(shí)別。

? ? ? 互通功能部件（IWF）：IWF（InterWorkingFunction）提供使GSM系統(tǒng)與當(dāng)前可用的各種形式的公眾和專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連接。IWF的基本功能是：完成數(shù)據(jù)傳輸過程的速率匹配；協(xié)議的匹配。

? ? ? 回聲消除器（EC）：EC（EchoCanceller）用于消除移動(dòng)網(wǎng)和固定網(wǎng)（PSTN）通話時(shí)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的回聲。對(duì)于全部語音鏈路，在MSC中，與PSTN互通部分使用一個(gè)EC。即使在PSTN連接距離很短時(shí)，GSM固有的系統(tǒng)延遲也會(huì)造成不可接收的回聲，因此NSS系統(tǒng)需要對(duì)回聲進(jìn)行控制。

操作維護(hù)系統(tǒng)（OMS）

? ? ? ?OMS（Operation and Maintenance System）提供在遠(yuǎn)程管理和維護(hù)GSM網(wǎng)絡(luò)的能力。OMS由網(wǎng)絡(luò)管理中心（Network Management Center，NMC）和操作維護(hù)中心（Operations and Maintenance Center，OMC）兩部分組成。NMC總攬整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，處于體系結(jié)構(gòu)的最高層，它從整體上管理網(wǎng)絡(luò)，提供全局性的網(wǎng)絡(luò)管理，用于長(zhǎng)期性規(guī)劃。OMC提供區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)管理，用于日常操作，供網(wǎng)絡(luò)操作員使用，支持的功能有：事件告警管理、故障管理、性能管理、配置管理和安全管理。

參考

[1] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%97%A0%E7%BA%BF%E7%94%B5%E6%8E%A5%E5%85%A5%E7%BD%91

[2]http://www.huberylee.com/2016/06/02/2G%E5%88%B0C-RAN%E7%BD%91%E7%BB%9C%E7%BB%93%E6%9E%84%E6%BC%94%E8%BF%9B/

[3] http://lnboxue.net/yidongtongxin/2G_3G/451.html