GSM 网络架构

黄林欢

GSM 网络架构分析

The GSM network architecture consists of different elements including Base Station Subsystem BSS, Network & Switching Subsystem NSS, Operation & Support Subsystem as well as elements including- MSC, AuC, HLR, VLR, etc.

GSM 网络架构

为了使GSM系统作为一个完整的系统一起运行，整个网络架构将一系列数据网络身份聚集在一起，每个身份都有几个元素。

GSM网络架构在GSM规范中定义，可以分为四个主要领域：

• 网络和交换子系统 - Network and Switching Subsystem (NSS)  
• 基站子系统- Base-Station Subsystem (BSS)  
• 移动站- Mobile station (MS)  
• 操作和支撑子系统- Operation and Support Subsystem (OSS)  
  

2G GSM移动通信系统整体系统架构的基本图包括四个主要元素，如下所示：

在此图中，可以看到不同的网络区域 - 它们被分为四个区域，这些区域提供不同的功能，但所有区域的操作都以实现可靠的移动通信。

提供的整体网络架构非常成功，并进一步发展，使2G演进能够承载数据，然后进一步演进，以建立3G。

网络交换子系统 （NSS）

GSM系统架构包含各种不同的元素，通常被称为核心网络。它本质上是一个具有各种实体的数据网络，这些实体为整个移动网络提供主要控制和接口。核心网络中的主要元素包括：

• 移动服务交换中心 -Mobile Services Switching Centre (MSC)：整个GSM网络架构的核心网络区域内的主要元素是移动交换服务中心（MSC）。MSC 的作用类似于 PSTN 或 ISDN 中的普通交换节点，但也提供了其他功能，以支撑移动用户的要求。这些包括注册，身份验证，呼叫位置，MSC间切换和呼叫路由到移动用户。它还提供 PSTN 的接口，以便移动通信呼叫可以从移动网络路由到连接到固定电话的电话。提供了与其他 MSC 的接口，以便能够对不同网络上的移动设备进行呼叫。
• 归属位置注册 -Home Location Register (HLR)：此数据库包含有关每个订户的所有管理信息及其最后一个已知位置。通过这种方式，GSM网络能够将呼叫路由到MS的相关基站。当用户打开其电话时，电话将向网络注册，从中可以确定它与哪个BTS通信，以便可以适当地路由传入呼叫。即使手机未处于活动状态（但已打开），也会定期重新注册，以确保网络（HLR）知道其最新位置。每个网络有一个HLR，尽管出于运营原因，它可能分布在各个分中心。
• 访问者位置登记 -Visitor Location Register (VLR)：这包含从 HLR 中选择的信息，这些信息允许为单个订户提供选定的服务。VLR可以作为一个单独的实体实施，但它通常被实现为MSC的一个组成部分，而不是一个单独的实体。通过这种方式，访问变得更快，更方便。
• 设备身份寄存器 -Equipment Identity Register (EIR)：EIR是决定是否可以允许给定移动设备进入网络的实体。每个移动设备都有一个称为“国际移动设备标识”的编号。如上所述，此编号安装在设备中，并在注册期间由网络进行检查。根据EIR中保存的信息，可以分配到三种状态之一 - 允许进入网络，禁止访问或在出现问题时进行监控。
• 身份验证中心 -Authentication Centre (AuC)：AuC是一个受保护的数据库，其中包含也包含在用户的SIM卡中的密钥。它用于身份验证和无线电信道上的加密。
• 网关移动交换中心 -Gateway Mobile Switching Centre (GMSC)：GMSC 是最初将 ME 终止呼叫路由到的点，而不知道 MS 的位置。因此，GMSC 负责根据 MSISDN（移动站 ISDN 号码，MS 的“目录号”）从 HLR 获取 MSRN（移动站漫游号码），并将呼叫路由到正确访问的 MSC。术语GMSC的“MSC”部分具有误导性，因为网关操作不需要任何链接到MSC。
• 短信网关 -SMS Gateway (SMS-G)：SMS-G 或 SMS 网关是用于统称为 GSM 标准中定义的两个短消息服务网关的术语。这两个网关处理定向到不同方向的消息。SMS-GMSC（短消息服务网关移动交换中心）用于发送到 ME 的短消息。SMS-IWMSC（短消息服务工作间移动交换中心）用于源自该网络上的移动设备的短消息。SMS-GMSC 角色类似于 GMSC 的角色，而 SMS-IWMSC 提供到短消息服务中心的固定接入点。
  

这些实体是GSM网络中使用的主要实体。它们通常位于同一地点，但通常整个核心网络分布在网络所在的国家/地区。这在发生故障时提供了一些弹性。

虽然GSM系统是必不可少的语音系统，但核心网络是一个数据网络，因为所有信号都是以数字方式处理的。

基站子系统 （BSS）

2G GSM 网络架构的基站子系统 （BSS） 部分，从根本上与网络上的移动设备通信相关联。

它由两个元素组成：

• 基站收发站 -Base Transceiver Station (BTS)：GSM网络中使用的BTS包括无线电发射器接收器及其相关的天线，这些天线发射和接收以直接与手机通信。BTS 是每个单元的定义元素。BTS与手机通信，两者之间的接口称为Um接口及其相关协议。
• 基站控制器-Base Station Controller (BSC)：平衡计分卡形成下一阶段，回到GSM网络。它控制着一组BTS，并且通常与其组中的一个BTS位于同一位置。它管理无线电资源并控制诸如BTS组内的切换，分配频道等项目。它通过所谓的 Abis 接口与 BTS 进行通信。
  

GSM网络的基站子系统元件利用无线接入技术使许多用户能够同时访问系统。每个信道最多支撑八个用户，通过使一个基站具有多个信道，每个基站可以容纳大量用户。

网络提供商仔细定位基站，以实现对某个区域的完全覆盖。被覆盖的区域是一个基站，通常被称为小区。

由于无法防止信号重叠到相邻小区中，因此在下一个小区中不使用一个小区中使用的通道。通过这种方式，降低了降低通话质量的干扰，同时仍保持足够的频率重用。

重要的是将不同的BTS与BSS链接，并将BSS链接回核心网络。

使用各种技术来实现这一目标。由于GSM网络中使用的数据速率相对较低，因此经常使用E1或T1线路，特别是用于将BSS链接回核心网络。

随着GSM网络使用的增加，以及3G等其他蜂窝技术变得越来越普遍，许多链路都使用运营商级以太网。

通常，远程BTS使用小型微波链路进行链接，因为如果没有可用的线路，这可以减少安装特定线路的需求。由于基站通常需要定位以提供良好的覆盖范围，而不是在可以安装线路的区域，因此微波链路选项为网络提供数据链路提供了一种有吸引力的方法。

移动设备（MS）

移动台（MS），移动设备（ME）或最广为人知的手机或移动电话是用户看到和操作的GSM移动通信网络的一部分。近年来，它们的规模急剧下降，而功能水平却提高。另一个优点是充电之间的时间增加。

手机有许多元素，尽管两个主要元素是主要硬件和SIM卡。

硬件本身包含手机的主要元素，包括显示器，外壳，电池以及用于生成信号，处理数据接收器和要传输的电子设备。

移动站或 ME 还包含一个称为国际移动设备标识 （IMEI） 的数字。这是在制造时安装在手机中，“不能”更改。在注册期间，网络可以访问它，以检查设备是否已报告为被盗。

SIM 或订户标识模块包含向网络提供用户标识的信息。它包含各种信息，包括称为国际移动用户标识（IMSI）的数字。由于这包含在SIM卡中，这意味着通过将SIM卡从一个手机移动到另一个手机，用户可以轻松地更换手机。更换手机的便利性，同时保持相同的数量意味着人们会定期升级，从而为网络提供商创造进一步的收入来源，并有助于提高GSM的整体财务成功率。

操作和支撑子系统（OSS）

OSS或操作支撑子系统是整个GSM移动通信网络架构中的一个元素，连接到NSS和BSC的组件。它用于控制和监视整个GSM网络，也用于控制BSS的流量负载。必须注意的是，随着BS数量的增加，随着用户数量的扩大，一些维护任务被转移到BTS，从而节省了系统的拥有成本。

2G GSM网络架构遵循逻辑操作方法。它比目前的移动电话网络架构简单得多，后者使用App定义的实体来实现非常灵活的操作。然而，2G GSM架构确实显示了所需的语音和操作基本功能以及它们如何组合在一起。由于GSM系统都是数字化的，因此网络是一个数据网络。