无线广域接入技术课件

第10章无线广域接入技术引言无线广域接入体系陆地无线广域接入数据通信系统陆地无线广域接入技术简介GPRSCDMA2000-1X3G10/8/20231第10章无线广域接入技术引言10/7/20231引言无线广域接入技术的产生人们可能频繁处于快速移动中频繁改变地理位置人们希望随时随地的接入移动数据业务增长迅速技术的发展移动终端体积越来越小、功能越来越强各种移动接入技术推陈出新10/8/20232引言无线广域接入技术的产生10/7/20232第10章无线广域接入技术引言无线广域接入体系陆地无线广域接入数据通信系统陆地无线广域接入技术简介GPRSCDMA2000-1X3G10/8/20233第10章无线广域接入技术引言10/7/20233无线广域接入体系无线广域接入的概念无线广域接入的基本结构无线广域接入类型无线广域接入数据业务10/8/20234无线广域接入体系无线广域接入的概念10/7/20234无线广域接入的概念无线广域网WWAN(WirelessWideAreaNetwork)广域的概念小至一个城市，大至一个国家，乃至整个地球范围无线广域接入用户终端用一个身份或帐号在广域范围和快速移动下的无线接入包含两方面的含义：快速移动下随时随地的接入快速移动下通信的连续性（动中通）基本特点终端在大范围内快速移动支持切换和漫游实现时需要借助于基础网络接入速率目前还不高10/8/20235无线广域接入的概念无线广域网WWAN(WirelessWiWWAN与WLAN的对比理解WWAN广域范围实现需要借助于基础网络，因此也受限于基础网络速率不高，目前为100kbps左右，近期目标2Mbps接入自由、灵活WLAN局域范围（100m左右）实现不需借助于基础网络速率较高，目前达54Mbps，下一步目标500Mbps接入的方便程度不如WWAN10/8/20236WWAN与WLAN的对比理解WWAN10/7/20236无线广域接入体系无线广域接入的概念无线广域接入的基本结构无线广域接入类型无线广域接入数据业务10/8/20237无线广域接入体系无线广域接入的概念10/7/20237无线广域接入的基本结构有中心的结构，一般包括：移动终端和中心站网络交换和管理设施中心站每个中心站覆盖一定的区域，负责所辖用户接入中心站之间通过网络互连，可相互通信移动终端移动终端可以在任何中心站的覆盖区接入，即自动切换和漫游10/8/20238无线广域接入的基本结构有中心的结构，一般包括：10/7/20无线广域接入体系无线广域接入的概念无线广域接入的基本结构无线广域接入类型无线广域接入数据业务10/8/20239无线广域接入体系无线广域接入的概念10/7/20239无线广域接入的类型根据接入中心转发站的类型不同，分为：“陆基”和“空基”无线广域接入“陆基”无线广域接入基于陆地移动通信系统的接入采用交叠蜂窝结构，每个蜂窝一个基站，位置固定，每基站负责所辖用户的接入基站之间通过网络互连，实现互连互通用户可自由在有基站覆盖的地方接入和移动建设有的放矢，适合密集用户区典型的接入系统如：基于GSM的接入系统基于CDMA的接入系统………“空基”无线广域接入基于移动卫星系统的接入通常单独归入卫星接入系统（本章不涉及）10/8/202310无线广域接入的类型根据接入中心转发站的类型不同，分为：“陆基无线广域接入体系无线广域接入的概念无线广域接入的基本结构无线广域接入类型无线广域接入数据业务10/8/202311无线广域接入体系无线广域接入的概念10/7/202311无线广域接入数据业务早期，无线广域业务主要是话音业务如今，无线广域数据业务需求增长迅猛无线广域数据业务可分为：从技术体制分：电路交换业务、分组交换业务从转发方式分：陆地移动数据业务、卫星移动数据业务10/8/202312无线广域接入数据业务早期，无线广域业务主要是话音业务10/7电路交换VS.分组交换电路交换：完全依托移动电话网，数据传输时占用话音信道面向连接适合实时话音和固定速率的长时间数据业务不适合突发、短暂的数据业务分组交换适合突发、短暂的数据业务可以动态分配资源10/8/202313电路交换VS.分组交换电路交换：10/7/202313CircuitSwitching步骤建立连接数据传输拆除连接10/8/202314CircuitSwitching步骤10/7/202314PacketSwitching数据报（Datagram）ABYXIIIIIIIV12321ABYXIIIIIIIV231虚电路（VirtualCircuit）10/8/202315PacketSwitching数据报（Datagram）A电路交换移动数据业务依托移动电话网通过无线modem接入移动电话网需要拨号，占用话音信道和网络资源采用电路交换技术，面向连接且信道独占速率很低，最高9.6kbps不适合突发的数据业务典型的电路交换移动数据业务AMPS系统和GSM系统的传真、短消息及低速数据10/8/202316电路交换移动数据业务依托移动电话网10/7/202316分组交换移动数据业务技术上的实现可有两种方式在原有移动话音网络上增加分组网络设备，与原有系统共享无线链路部分，实现数话业务共存建设完全的无线分组网络采用分组交换技术资源可统计复用，用户不独占资源只有在收发数据时才占用信道，有效利用资源特别适合突发的、流量不均衡的数据业务典型的分组交换移动数据业务CDPD、GPRS、CDMA1x、3G分组数据业务10/8/202317分组交换移动数据业务技术上的实现可有两种方式10/7/202第10章无线广域接入技术引言无线广域接入体系陆地无线广域接入数据通信系统陆地无线广域接入技术简介GPRSCDMA2000-1X3G10/8/202318第10章无线广域接入技术引言10/7/202318陆地无线广域数据通信系统移动通信网是无线广域接入网的基础网络移动通信网络的发展1G模拟、窄带系统频分双工话音电路交换AMPS系统（美国）1G目前已被淘汰数字、窄带系统频分双工话音、低速数据电路交换GSMIS-95(基于CDMA)2G目前正在使用2G3G数字、宽带系统频分双工、时分双工话音、数据、多媒体分组交换第一阶段已运行真正的3G已经投入使用（WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA）10/8/202319陆地无线广域数据通信系统移动通信网是无线广域接入网的基础网络第10章无线广域接入技术引言无线广域接入体系陆地无线广域接入数据通信系统陆地无线广域接入技术简介GPRSCDMA2000-1X3G10/8/202320第10章无线广域接入技术引言10/7/202320GPRS技术GPRS技术概述GPRS技术特点GPRS网络结构GPRS信道分配GPRS数据传输10/8/202321GPRS技术GPRS技术概述10/7/202321GPRS系统概述GPRS(GeneralPacketRadioService)通用分组无线业务系统构成在GSM上叠加分组设备、增加分组能力、提供数据传送业务GPRS共享GSM网络的无线资源系统特点是GSM走向3G前的过渡技术GSM是电路交换网络，传送数据效率低GPRS使用分组交换技术，传送数据效率高GPRS不影响GSM网络的话音业务移动话音业务与移动分组数据业务共存10/8/202322GPRS系统概述GPRS(GeneralPacketRGPRS技术GPRS技术概述GPRS技术特点GPRS网络结构GPRS信道分配GPRS数据传输10/8/202323GPRS技术GPRS技术概述10/7/202323GPRS技术特点数据传送采用分组交换技术无线信道统计复用、利用率高多个用户共享一个信道实际传输时才占用信道数据传送速率高，可达100~200kb/s随时在线：一直与网络保持连接，无须拨号可用于多种应用，例如网上的浏览、Email、游戏、交易、……10/8/202324GPRS技术特点数据传送采用分组交换技术10/7/20232GPRS技术GPRS技术概述GPRS技术特点GPRS网络结构GPRS信道分配GPRS数据传输10/8/202325GPRS技术GPRS技术概述10/7/202325GPRS网络结构基于GSM的GPRS网络结构在GSM网络上增加3个新的功能组件：PCU、SGSN、GGSNPCU：PacketControlUnit，分组控制单元SGSN：ServingGPRSSupportNode，GRPS服务支持节点GGSN：GatewayGPRSSupportNode，GPRS网关支持节点MS

BSCMSCBTSPSTNGSMIP、X.25网等

GPRS主干网分组数据网（PDP网）SGSNGGSNPCUGPRS10/8/202326GPRS网络结构基于GSM的GPRS网络结构MSBSCMSGPRS网络结构－细节更详细的连接示意图IP、X.25网等

GPRSMSBSCMSC/VLRBTSPCUSGSN分组数据网（PDP网）HLRAUCEIRPSTNSGSNGGSNGGSN其他GPRS网络MS10/8/202327GPRS网络结构－细节更详细的连接示意图IP、X.25网等GSGSN(GPRS服务支持节点)在GPRS网络中，SGSN类似于GSM的MSC(MobileSwitchingCenter)SGSNisresponsibleforthedeliveryofdatapacketsfromandtothemobilestationswithinitsgeographicalservicearea对GPRS用户（MS）接入控制与管理对MS身份识别和设备检查将MS接入GPRS网络，并与MS保持逻辑连接逻辑连接目的是使MS随时都可与外网通信为MS建立起移动管理环境，包括移动和安全性信息主要作用：记录MS当前位置负责分组在移动台和SGSN之间的收发10/8/202328SGSN(GPRS服务支持节点)在GPRS网络中，SGSNGGSN(GPRS网关支持节点)GGSN是GPRS的网关，类似路由器GGSNactsasaninterfacebetweentheGPRSbackbonenetworkandtheexternalpacketdatanetworks(radionetworkandtheIPnetwork).连接外部的分组数据网络，例如IP网络目的是：将MS接入到外部网络（网关）使用隧道技术将PDU发送至MS当前的接入点SGSN可以从HLR查询MS地址信息，记录MS的路由信息为GPRS用户分配IP地址10/8/202329GGSN(GPRS网关支持节点)GGSN是GPRS的网关，SGSN与GGSNSGSN与GGSN的功能可以在一个物理节点实现，也可以在不同节点上实现具有IP路由功能10/8/202330SGSN与GGSNSGSN与GGSN的功能可以在一个物理节点GPRS网络结构——MS描述GPRS移动台（MS）分为A、B、C三类A类：支持GSM和GPRS业务且GSM和GPRS业务可同时进行B类：支持GSM和GPRS业务但GSM和GPRS业务不能同时进行GSM和GPRS业务可自动或人工切换C类：只有GPRS功能或支持GSM和GPRS业务对于后一种情况，两种业务必须经过人工切换运行GSM时，不能运行GPRS,反之亦然两种方式是完全独立的10/8/202331GPRS网络结构——MS描述GPRS移动台（MS）分为A、BGPRS的协议模型子网相关汇聚协议（SNDCP，SubnetworkDependantConvergenceprotocol）完成数据的分组、打包，确定TCP/IP地址以及加密方式逻辑链路控制（LLC）一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议。主要功能是提供高可靠的加密逻辑链路，对SNDC数据单元进行封装，形成完整的LLC帧格式无线链路控制（RLC，RadioLinkControl）控制无线链路，提供一条独立于无线解决方案的可靠链路10/8/202332GPRS的协议模型子网相关汇聚协议（SNDCP，SubneGPRS的协议模型GPRS基站系统协议（BSSGP）传输在BSS和SGSN之间与选路服务质量有关的信息网络服务（NS，NetworkService）网络服务主要功能是传输BSSGP数据BSS和SGSN之间通过帧中继连接，因此网络服务是以帧中继为基础的。GPRS隧道协议（GTP，GPRSTunnelProtocol）是GPRS骨干网中GSN节点之间的互连协议，用于传送GPRS骨干网中GSN间的用户数据和信令TCP/UDP用于封装隧道协议（GTP协议），根据具体情况可选用TCP或UDP来承载GTPPDUIPIP协议是GPRS骨干网络协议，主要完成对用户数据和控制信令的选路和转发10/8/202333GPRS的协议模型GPRS基站系统协议（BSSGP）10/7GPRS技术GPRS技术概述GPRS技术特点GPRS网络结构GPRS信道分配GPRS数据传输10/8/202334GPRS技术GPRS技术概述10/7/202334GSM中的信道（补充）GSMuses124frequencychannels,eachofwhichusesaneight-slotTDMsystem物理信道10/8/202335GSM中的信道（补充）GSMuses124frequeGPRS信道分配GPRS业务占用信道的特点可为１个GPRS的MS分配多个时隙或多个GPRS的MS可同时共享１个时隙MS只有在传输时才占用信道可以为GPRS指定物理信道在原有GSM信道中专门拿出部分时隙用于GPRS用户共享占用了GSM的信道，会影响GSM用户的容量至少能保证有一个物理信道用于GPRS业务和信令传输可以与GSM共享物理信道不专门设置GPRS信道，而是与GSM共享通常情况话音优先无话音业务时占用信道，尽力做到不影响GSM业务，但GPRS的实际速率不高10/8/202336GPRS信道分配GPRS业务占用信道的特点10/7/2023GPRS信道分配（补充）物理信道（slot）被映射为逻辑信道例如：1个逻辑信道可以用于下行传输分组到MSMS如果要发送分组，首先需要向基站申请时隙若申请被基站正确接收，基站用广播的形式应答，其中指明了分配给该MS的频率和时隙10/8/202337GPRS信道分配（补充）物理信道（slot）被映射为逻辑信道GPRS技术GPRS技术概述GPRS技术特点GPRS网络结构GPRS信道分配GPRS数据传输10/8/202338GPRS技术GPRS技术概述10/7/202338GPRS的数据传输传输前的准备MS－外部网络的数据传输（MS发起呼叫）MS在归属地接入外部网络MS在漫游地接入外部网络10/8/202339GPRS的数据传输传输前的准备10/7/202339GPRS数据传输前的准备接入到GPRS网络，此过程主要完成SGSN对GPRS用户的身份认证建立MS与SGSN的唯一连接接入到PDP网络（PacketDataProtocolContext活）MS请求PDPContext激活MS向SGSN发送PDP激活请求消息消息中带有MS需要接入的接入点名称（APN，AccessPointName）、MS的PDP地址、NSAP1以及服质量参数等。APN为GGSN与外部分组数据网的接口的符号名（GGSN对GPRS用户的身份认证SGSN向GGSN请求“建立PDPContext”：SGSN通过DNS得到APN所对应的GGSN接口的IP地址，并向GGSN发送PDPContext请求，包含MS的IP地址请求，建议使用的隧道标识（TID，TunnelIdentity）GGSN响应“建立PDPContext”：响应中包含为MS动态分配的IP地址及确认TID等。PDPContext激活完成：SGSN向MS返回一个PDPContext激活完成消息，该消息中含有MS的IP地址建立MS与GGSN的逻辑连接MS所接入的SGSN与GGSN之间建立起1条对应的隧道10/8/202340GPRS数据传输前的准备接入到GPRS网络，此过程主要完成1GPRS的数据传输传输前的准备MS－外部网络的数据传输（MS发起呼叫）MS在归属地接入外部网络MS在漫游地接入外部网络10/8/202341GPRS的数据传输传输前的准备10/7/202341GPRS技术数据传输从应用的角度看GPRS网络GPRS网络为一个IP子网与外部网络（如Internet）通信每个MS都有一个IP地址（一般为内部的）GGSN为一个网关负责提供MS到Internet的接入负责完成内部地址到公共IP地址的映射负责MS到Internet数据的路由与转发10/8/202342GPRS技术数据传输从应用的角度看GPRS网络10/7/20GPRS数据通信示意图BTSBSCBSSGPRS主干网GPRS主干网BTSBSCBSSInternetMS移动台A主机B归属地（家乡）漫游地GGSNSGSNGPRS主干网GGSNSGSN移动台在归属地时，与外网通信的路由移动台在漫游地时，与外网通信的路由隧道隧道10/8/202343GPRS数据通信示意图BTSBSCBSSGPRSGPRS主干MS在归属地向外部IP网发起呼叫假设MS需要动态获得IP地址(IP地址也可静态设置）首先MS接入归属地SGSN（认证、分配连接ID，建立MS的管理等）归属地SGSN通过隧道传送MS连接请求到归属地GGSN归属地GGSN对MS用户身份和设备认证，认证通过则分配一个IP地址给MS（一般分配的是内部IP地址)MS可以通过GPRS网络归属地GGSN与外部IP网实现通信（GGSN进行IP地址映射）10/8/202344MS在归属地向外部IP网发起呼叫假设MS需要动态获得IP地址MS在漫游地向外部IP网发起呼叫假设MS需要动态获得IP地址(IP地址也可静态设置）首先MS接入漫游地SGSN〔认证(需要到归属地查询）、分配连接ID，建立MS的管理等〕漫游地SGSN通过GPRS主干网隧道传送MS连接请求到归属地GGSNGGSN对MS用户身份和设备认证，认证通过则分配一个IP地址给MS（一般分配的是内部IP地址)MS可以通过漫游地SGSN及GPRS主干网连接归属地GGSN，通过GGSN接入到外部IP网（GGSN进行IP地址映射）10/8/202345MS在漫游地向外部IP网发起呼叫假设MS需要动态获得IP地址GPRS用户与外部IP网通信小结MS与外部网通信前先与SGSN建立逻辑连接，接入到GPRS网络再由SGSN与GGSN之间通过隧道协议互连，使MS接入到GGSN，再经过GGSN接入外部网络MS需要一个IP地址可以是内部IP（静态或GGSN动态分配），此时只能由MS主动发起呼叫，且由GGSN作地址映射也可以是公共IP（静态或动态）（地址缺，一般不用）无论MS在归属地还是在漫游地与外部网的数据通信，网关一定是归属地GGSN10/8/202346GPRS用户与外部IP网通信小结MS与外部网通信前10/7/第10章无线广域接入技术引言无线广域接入体系陆地无线广域接入数据通信系统陆地无线广域接入技术简介GPRSCDMA2000-1X3G10/8/202347第10章无线广域接入技术引言10/7/202347CDMA2000-1xCDMA2000CDMA2000-1X概述CDMA2000-1X网络结构CDMA2000-1X简单IP业务CDMA2000-1X移动IP业务10/8/202348CDMA2000-1xCDMA200010/7/202348CDMA2000CDMA2000是3G标准之一CDMA2000包括三个标准系列CDMA2000-1X前向信道采用单载波速率最高384kbpsCDMA2000-1XEV采用与CDMA2000-1x相同的频段速率最高2MbpsCDMA2000-3X前向信道采用3载波，比CDMA2000-1x占频更宽速率最高2Mbps10/8/202349CDMA2000CDMA2000是3G标准之一10/7/20CDMA2000-1xCDMA2000CDMA2000-1X概述CDMA2000-1X网络结构CDMA2000-1X简单IP业务CDMA2000-1X移动IP业务10/8/202350CDMA2000-1xCDMA200010/7/202350CDMA2000-1x概述是CDMA2000的第一阶段采用分组交换技术速率384kbps密切联系IP网络，实现分组业务支持简单IP和移动IP业务10/8/202351CDMA2000-1x概述是CDMA2000的第一阶段10/CDMA2000-1xCDMA2000CDMA2000-1X概述CDMA2000-1X网络结构CDMA2000-1X简单IP业务CDMA2000-1X移动IP业务10/8/202352CDMA2000-1xCDMA200010/7/202352CDMA2000-1x的网络结构CDMA2000-1x的分组部分PCF：分组控制功能PDSN：分组数据业务节点AAA服务器：用户认证、授权、记账服务器HA：归属代理（移动IP业务时需要）MSBSCBSPCFIP网络PSTNPDSNMSC/VLR数据通路话音通路HLRAAA服务器HA10/8/202353CDMA2000-1x的网络结构CDMA2000-1x的分组CDMA2000-1x的分组实体简介移动台MS（MobileStation）CDMA2000-1x手机或终端建立、维护和终止与PDSN的数据链路协议无线资源的请求BS与BSC建立、维护与终止为分组用户提供的无线资源管理无线资源，记录无线资源状态分组控制功能PCF（packetControlFunction）无线资源的请求、管理与资源使用记录建立、维护和终止与PDSN的第二层连接缓存分组数据10/8/202354CDMA2000-1x的分组实体简介移动台MS（MobileCDMA2000-1x的分组实体简介分组数据业务节点PDSN（PacketDataServiceNode）实现PLMN（publiclandmobilenetwork）与外部IP网的连接，即将MS接入到外部IP网络（网关）建立、维护和终止与移动用户的PPP连接，以及与PCF的第二层连接；为SIP（simpleIP）用户提供IP地址为MIP（mobileIP）用户提供外地代理FA(ForeignAgent）AAA为MS的接入提供认证、授权和记帐归属（家乡）代理HA（HomeAgent）归属网络上的一台路由器只有移动IP业务才需要HA为MIP用户发起的移动IP注册请求进行认证为移动IP用户指定归属IP地址与FA一起，将目的IP地址为移动用户的IP分组传送到MIP用户10/8/202355CDMA2000-1x的分组实体简介分组数据业务节点PDSNCDMA2000-1xCDMA2000CDMA2000-1X概述CDMA2000-1X网络结构CDMA2000-1X简单IP业务CDMA2000-1X移动IP业务10/8/202356CDMA2000-1xCDMA200010/7/202356简单IP数据业务SIP：SimpleIP基本特点类似于通过Modem拨号上网PDSN是MS上网的网关每次上网都需要PDSN动态分配IP地址不支持跨PDSN的漫游IP地址仅在一个PDSN范围内有效正在通信的MS从一个PDSN移动到另一个PDSN时，通信会中断每到一个新的PDSN，都必须重新拨号并获取新的IP地址才能上网由于IP地址不固定，因此只能由MS发起呼叫，而不能实现网络侧发起的呼叫10/8/202357简单IP数据业务SIP：SimpleIP10/7/202简单IP网络结构RCC：RadioResourceControlMSIPNetworkPDSNVisitedAAASS7NetworkVLRHomeAccessProviderNetworkHLRHomeIPNetworkHomeAAAAAABrokerNetworkBrokerAAAVisitedAccessProviderNetworkRadioNetwork(RRC,PCF)10/8/202358简单IP网络结构RCC：RadioResourceCo简单IP数据通信过程MS在归属地接入IP网络此时被访网络为归属网络MS与归属PDSN建立PPP的LCP连接启动认证（PDSN向HomeAAA请求对MS的认证）认证通过，AAA授权接入PDSN与MS建立PPP的IPCP，完成PPP连接。同时PDSN为MS分配一个IP地址10/8/202359简单IP数据通信过程MS在归属地接入IP网络10/7/202简单IP数据通信过程MS在外地接入IP网络此时被访网络为外地网络MS与外地被访PDSN建立PPP的LCP连接启动认证，认证信息的传递与认证过程为外地被访PDSN－被访AAA－代理AAA－归宿AAA由归属AAA对MS认证，并将认证结果逐一逆向返回，最后到被访PDSNPDSN对认证通过的合法MS分配IP地址10/8/202360简单IP数据通信过程MS在外地接入IP网络10/7/2023CDMA2000-1xCDMA2000CDMA2000-1X概述CDMA2000-1X网络结构CDMA2000-1X简单IP业务CDMA2000-1X移动IP业务10/8/202361CDMA2000-1xCDMA200010/7/202361移动IP数据业务MIP:MobileIP基本特点支持跨PDSN的漫游，MS可在CDMA2000－1x分组网中任意移动与简单IP相比，需要增加HAMIP用户的IP地址由HA分配，且MS离开归宿网时其IP地址保持不变当MS漫游到外地时，外地的PDSN为MS的外地代理FA既可实现MS发起的呼叫，也支持由网络侧发起的呼叫10/8/202362移动IP数据业务MIP:MobileIP10/7/20移动IP基本原理移动IP要解决的问题是一个主机无论在哪里上网，保持其IP地址不变实现原理移动主机保持一个主地址不变（归属网地址）移动主机同时需要另一个转交地址（漫游到不同地方时不同）移动主机能检测到自己已