1G~5G 网络结构演进过程

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。

1、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：

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

　　（2）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；

　　（3）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；

　　（4）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：

 GSM数据业务：http://www.tlsun.com.cn/tc/index_menu2.asp?menu_serial=17&menu_id=68

2、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。

　　（1）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；

　　（2）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：

3、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。

　　（1）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。

　　（2）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。

　　（3）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；

　　（4）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：

4、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

　　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；

　　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。

　　控制面和用户面相分离。

LTE网络结构如下图：

　　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。通过这样一番的学习过程，我对通信技术与计算机网络的融合，特别是VoIP技术更加期待。之前在看《浪潮之巅》一书中，有关思科与微软部分，都早已在VoIP方面都有长远的规划，这个领域大有作为，对我自己拭目以待。