網絡拓撲架構介紹
移動網際網路可以簡單地了解為手機、平闆等智能移動裝置通過移動網絡通路網際網路的應用。這裡更多的讨論是網際網路資料内容的互動,比如網際網路中的視訊、文字、語音等内容,而不關心移動裝置比如手機自身的通話、短信等通信方面的内容。從端到端的資料通道看來,一條較為完整的通信鍊路為:
終端裝置 ————> 移動/無線接入網絡 ————> 核心網絡 ————> 承載網 ————> 網際網路上的應用伺服器
其中移動接入網絡,泛指2G、3G、4G的接入網部分(廣義上講2/3/4G包含接入網部分和核心網部分,但也可以俠義地指接入網部分,畢竟接入網部分是研究得最多也是最賺錢的部分,兩種了解都沒有錯,都能在網上和書上找到出處)。無線接入網絡,指代例如Wlan、Wimax這類接入網絡。其中Wlan和我們自己建一個wifi還不太一樣,這裡一般指代的是移動營運商在基站那兒建設的Wlan接入點,類似于CMCC這種無線接入。wifi其實是Wlan的一個标準,是屬于Wlan的子集。比如Wlan包含802.11的所有子協定,但是wifi一般就是指802.11b這個協定。是以我們也可以了解為wifi也屬于Wlan接入網絡,但wifi接入後其實後面就沒有核心網絡這個概念了,但這個不重要,不需要寫得那麼細。核心網絡其實是移動接入部分的擴充一旦使用營運商的移動/無線接入部分,那麼後面必然會有核心網絡。核心網絡的出口,便通向更廣域的網絡。這個網絡有的地方認為就是承載網,承載網上再出去就是應用了。
但是本文的鍊路圖跟上面有所不同,按照如下形式組織:
終端裝置 ————> 移動/無線接入網絡 ————> 核心網絡 ————> 網際網路 ————> 網際網路上的應用伺服器/雲計算平台
改變的原因是很多的網上和書上的資料都直接寫核心網絡出去就是internet通路了。我想最主要的原因是這樣的:
1.這種寫法和上面的寫法不沖突,上面的寫法更強調實際的拓撲,本種寫法更具有抽象和概括性。兩種都是對的。
2.移動網際網路其實更強調的是移動和網際網路,固網鍊路的情況它其實是不關心的,是以可以用一個抽象的實體來表示。
3。internet其實也可以反映這是一個網絡,很顯然這個基于IP的網絡肯定也是光纖作為骨幹網的,是以本質上也沒有錯。
下圖,為所畫的簡單的拓撲架構。
終端
終端廣義地講,其實隻要有無線接入能夠通路網際網路的終端都可以算。
比如:智能手機、智能平闆、帶wifi功能的筆記本電腦、手持PDA、GPS終端、kindle這類功能型終端等等。
俠義地來講,很多網上或者書上專門指代智能手機的會比較多。
在2G網絡中移動終端被稱為MS。Mobile station 移動終端。在2G中MS是移動終端MS+使用者識别卡SIM的合成。這個MS的概念也是被用壞了!!
在3G、4G網絡中移動終端被稱為UE。User Equipment。
在其他無線接入網絡中一般是沒有專門的名詞來稱為終端的。這是因為往往移動網際網路,研究得更多的還是2/3/4G網絡接入的那些終端。
移動通信系統
移動通信系統更多的是指1G 2G 3G 4G (Wlan Wimax廣義上講也可以劃分進去)的通信系統。
先來介紹下1G的移動通信系統。1G最大的特征是:
1.接入網部分:終端和基站之間傳的是模拟信号,信号無加密,帶寬很小。
2.核心網部分:隻有電路交換域。
1G終端就是大哥大這種啦。各國1G網絡的情況如下圖所示(來自《大話無線通信》)
2G移動通信系統
2G技術基本可被切為兩種,一種是基于TDMA所發展出來的以GSM為代表,另一種則是CDMA規格,複用﹙Multiplexing﹚形式的一種。
主要的第二代手機通訊技術規格标準有:
GSM:基于TDMA所發展、源于歐洲、目前已全球化。
IDEN:基于TDMA所發展、美國獨有的系統。被美國電信系統商Nextell使用。
IS-136﹙也叫做D-AMPS﹚:基于TDMA所發展,是美國最簡單的TDMA系統,用于美洲。
IS-95﹙也叫做cdmaOne﹚:基于CDMA所發展、是美國最簡單的CDMA系統、用于美洲和亞洲一些國家。
PDC﹙Personal Digital Cellular﹚:基于TDMA所發展,僅在日本普及。
其中用得最多的是GSM,其次為IS-95。IS-95也被稱為CDMA95,之後會發展為CDMA 1X,再之後會過渡到CDMA2000系列,就是3G了。
接下來介紹3G無線通信系統:
都是基于CDMA技術的,歐洲的WCDMA,中國的TD-SCDMA,美國的CDMA2000這個系列。
接下來就是4G無線通信系統:
兩種制式:FDD-LTE TDD-LTE。
此外,還有2.5G GPRS 2.75G EDGE,3G或者說4G的Wimax(有人認為是4G)。
接下來給出2G 3G 4G的典型網絡組圖。
上圖中,BSC和BTS構成了基站子系統BSS,交換子系統NSS負責實作資料的電路交換。
上圖為GPRS的網絡結構。
上圖為某個版本某個時間段内的3G的網絡結構。
上圖為4G某個版本某個時間段内的網絡結構。
上圖為2G 3G 4G 以及其他無線接入,通過4G核心網,通路網絡資源的示意圖。
其中可以用GSM泛指二代移動通信系統,UMTS來泛指三代移動通信系統,LTE來泛指四代移動通信系統。
接入網
2、2.5、2.7G的接入網被稱為GERAN;
3G及3G和4G之間的接入網被稱為UTRAN;
4G接入網被稱為E-UTRAN,
2G接入網技術:
2G接入網起源于20世紀90 年代初期,它有時分多址(TDMA)與碼分多址(CDMA)兩種多址方式,與第一代通信系統相比,第二代通信系統把時間與頻率相結合并以此來尋址,頻譜的使用率得到了提高,也提供了更大的容量;不僅能夠提供語音業務,而且能夠提供資料 業務;通話過程穩定、音質清晰;具有很好的抗幹擾性和保密性;能夠進行省内和省際漫遊;但是資料傳輸率低,而且業務發展有限,無法滿足人們日 益增長的對資料傳輸類業務的需求。具有代表性的2G接入網技術有歐洲的GSM 和美國的CDMA95。
2.5G接入網技術:
GPRS是介于2G和3G之間的技術,也被稱為2.5G。GPRS接入技術基于GSM接入技術,GPRS在原GSM網絡的基礎上疊加了支援高速分組資料的網絡,向使用者提供WAP浏覽(浏覽網際網路頁面)、E-mail等功能,推動了移動資料業務的初次飛躍發展,實作了移動通信技術和資料通信技術(尤其是Internet技術)的完美結合。GPRS的峰值速率可達到 153.6kbps。
2.75G的EDGE。
3G接入網技術:
3G接入網技術的尋址方式是碼分多址(CDMA),因為使用僞随機碼來區分使用者,是以可以共用帶寬。由于尋址方式是碼分多址,使其具有比較強的抗幹擾和抗多徑的能力,與第二代通信系統相比,其通信速度顯著提高,在高速移動環境中,其傳輸速率支援144kbps,步行慢速移動 環境中支援384kbps,靜止狀态下支援2Mbps。3G移動通信系統能夠覆寫全球範圍,可以支援高速的資料傳輸服務,并且可以與網際網路進行快速對接,能夠通過有效利 用寬頻帶順暢完成對圖像、聲音、視訊流等多種數 據形式的處理過程,可以提供豐富多彩的移動多媒體業務。3G接入網在使用過程中暴露了以下 缺點:由于缺乏全球統一的标準,各接入網彼此不相容,給使用者帶來了很多不便;3G接入網的帶寬有限,抗幹擾能力與傳輸速度之間存在沖突; 3G通信系統的高速資料傳輸還不夠成熟,接入速率有限。 3G接入網技術包括美國倡導 的CDMA2000、歐洲提出的WCDMA以及中國主推的TD-SCDMA。
4G接入技術:
4G接入網以OFDM技術為 核心技術,它是多載波傳輸的一種。與3G接入網相比,4G接入網不管是上行速度還是下行速度都 有了顯著提高。OFDM技術将頻帶劃分為一個個正交的子帶,再把信号調制到這些子帶上,以使這些信号在時間上也是正交的,在接收端采用相反的技術,能顯著提高頻帶使用率和系統的抗幹擾能力。 4G系統應該具備很高的資料傳輸 速率;極強相容,4G标準能夠達到GSM、 CDMA、TDMA相容,實作全球漫遊,人們 可以随時随地進行通信;能夠支援多種QoS 等級,通過動态帶寬配置設定以及調節發生功率來提供品質不同的業務;具有良好的覆寫性能, 能提供高速以及可變速傳輸;網絡結構自治,完全 自治、自管,動态變換結構以配合系統的變化要 求,具有很強的靈活性與智能性。4G接入網技術有TDD-LTE和FDD-LTE這兩大類。
核心網
2G核心網技術:
2G采用的是時分複用電路交換技術,無法應對突發的分組業務。所采用的電路交換技術比較浪費資源,即使使用者不使用這個時隙,該時隙仍然分給使用者。
2.5G核心網技術:
GPRS核心網在GSM的基礎上,引入分組交換技術,實作了分組域。分組域中,固定時隙配置設定改成了統計時分複用,進而使資料傳輸速率有所突破。
3G核心網技術:
3G核心網在由電路域和分組域組成,電路域引入軟交換,實作IP傳輸;分組域以IP為主要傳輸手段傳輸分組資料,支援多媒體業務,能夠實作Qos的保障。
4G核心網技術:
4G技術的核心網隻有分組域而無電路域。EPC是分組域演進的核心網架構,為LTE無線接入提供業務服務,同時支援2G/3G和WLAN等接入。它以IP為基礎,以分組交換為核心,在移動寬帶化時代,将會為營運商提供更有競争力的核心網解決方案。EPC的特點是控制承載分離(LTE接入),全IP的資料通道,支援多種接入以及單一分組域架構,且網絡結構扁平化。