2G-3G-4G网络结构演进过程

关于移动2G,3G,4G网络拓扑结构解析

无线接入网:负责接收用户终端的无线信号,由此接入到通信网络;

核心网:对用户数据的管理及具体业务处理,并作为承载网络提供到外部网络的接口。

一、GSM网络结构(2G)

通常,我们所说的2G网络指的就是基于GSM的网络,它的结构主要由四部分构成:

移动台MS(Mobile Station),它的功能是负责无线信号的收发及处理;

基站子系统BSS(Base Station Subsystem),它属于接入网部分,由基站收发信台BTS(Base Transceiver Station)和基站控制器BSC(Base Station Controller)两部分构成。BTS通过Um空中接口收到MS发送的无线信号,然后将其传送给BSC,在BSC负责无线资源的管理及配置(诸如功率控制,信道分配等),然后通过A接口传送至核心网部分;

网络子系统NSS(Network and Switching Subsystem),它是核心网的核心部分,主要由MSC、VLR、HLR、AUC、EIR等功能实体组成。其中,移动业务交换中心MSC(Mobile service Switching Center)是NSS核心,负责处理用户具体业务;访问位置寄存器VLR(Visit Location Register)和归属位置寄存器HLR(Home Location Register)主要负责移动性管理及用户数据库管理的功能;鉴权中心AUC(Authentication Center)和设备识别寄存器EIR(Equipment Identity Register)主要负责安全性方面的功能;网关型GMSC负责提供接入外部网络接口;

操作管理系统OMS(Operations Management System),它主要负责网络的监视,状态报告及故障诊断等,在此不作具体介绍。

GSM网络结构图如下:

2g


二、GPRS叠加网络结构(2.5G)

从GSM网络(2G)演进到GPRS网络(2.5G),最主要的变化是引入了分组交换业务。原有的GSM网络是基于电路交换技术,不具备支持分组交换业务的功能。因此,为了支持分组业务,在原有GSM网络结构上增加了几个功能实体,相当与在原有网络基础上叠加了一小型网络,共同构成GPRS网络。

接入网方面,在BSC上增加了分组控制单元PCU(Packet Control Unit),用以提供分组交换通道;

核心网方面,增加了服务型GPRS支持节点SGSN(Service GPRS Supported Node)和网关型GPRS支持节点GGSN(Gateway GPRS Supported Node),功能方面与MSC和GMSC一致,只不过处理的是分组业务,外部网络接入IP网;

从GPRS叠加网络结构开始,引入了两个概念。一个是电路交换域,一个是分组交换域,也就是我们常说的Cs域与Ps域。

GPRS叠加网络结构图如下:

2.5g


三、UMTS网络结构(3G)

通信技术发展到3G,在速率发面有了质的提高,而网络结构上,同样发生巨大变化。

首先,伴随技术的发展,空中接口也随之改变。之前网络结构中的Um空中接口换成了Uu接口,而接入网与核心网接口也换成了Iu口;然后,在接入网方面,不再包含BTS和BSC,取而代之的是基站NodeB与无线网络控制器RNC(Radio Network Controller),功能方面与之前保持一致,在核心网方面基本与原有网络共用,无太大区别。

NodeB的功能:主要完成射频处理和基带处理两大类工作。射频处理:主要完成发送或接收高频无线信号,以及高频无线信号和基带信号的相互转换功能;基带处理:主要完成信道编/译码、复用/解复用、扩频调制及解扩/解调功能。

RNC的功能:主要负责控制和协调基站间配合工作,主要完成系统接入控制、承载控制、移动性管理、宏分集合并、无线资源管理等控制功能。

CS域:电路交换,主要包括一些语音业务,也包括电路型数据业务,最常见的是传真业务;

PS域:分组交换,主要是常见的数据业务,也包括流媒体业务、VOIP(voice over IP)等等。

UMTS网络结构图如下:

3g


四、LTE网络结构(4G)

很多人说所谓的4G,即LTE技术不是一种演进,而是一场变革。其实,我们不需要太多的了解技术细节,但从网络结构方面,我们就能看出一二。

整个LTE网络从接入网和核心网方面分为E-UTRAN和EPC。首先,接入网方面,它不再包含两种功能实体,整个网络只有一种基站eNodeB,它包含了整个NodeB和部分RNC的功能,演进过程可以概括为:“少一层,多一口,胖基站”;其次,EPC(Evolved Packet Core)方面,它对之前的网络结构能够保持前向兼容,而自身结构方面,也不再有之前各种实体部分,取而代之的主要就换成了移动管理实体MME(Mobile Management Entity)与服务网关S-GW,分组数据网关,外部网络只接入IP网。

1.无线接入网:

少一层:四层组网架构变为三层,去掉了RNC(软切换功能也不复存在),减少了基站和核心网之间信息交互的多节点开销,用户平面时延大大降低,系统复杂性降低;

多一口:以往无线制式基站之间是没有连接的,而eNodeB直接通过X2接口有线连接,可以以光纤为载体,实现无线侧IP化传输,使得基站网元之间可以协调工作。当eNodeB互连后,形成类似于“mesh”的网络,避免某个基站成为孤点,增强了网络的健壮性;

胖基站:eNodeB的功能由3G阶段的NodeB,RNC,SGSN,GGSN的部分功能演化而来,新加了系统接入控制、承载控制、移动性管理、无线资源管理、路由选择等。

2.核心网:1)CS域的业务承载在PS域,实现了核心网的IP化。通常所说的“单一网络了架构”,就是指全网为基于分组业务的网络架构;

​ 2)全网IP化:各网元节点间的接口也使用IP传输。互联网中的IP传输比无线通信中的ATM传输效率高,但IP传输是Best Effort的传输方式,缺乏QoS保障。LTE全网IP化的关键支撑就是端到端的QoS保障机制。

​ 3)控制面和用户面相分离。

LTE网络结构如下图:

LTE


从以上四幅结构图,基本就可以包括2G到4G网络结构的演进过程,过程中发生的变化也比较清晰,对比总结,可以得出两个趋势吧,也是众口相传,讲烂了的。不过,我从这几个连续的图能够有更感性的认识:一,网络结构趋向于实体减少,也就是网上书中所谓的扁平化,带来的好处就是减少成本,降低时延;二,所有的通信最终连接至全IP网络。

转自:https://blog.csdn.net/tiyatiyatiya/article/details/25707871