《GSM協(xié)議棧原理》課件

GSM協(xié)議棧原理GSM協(xié)議棧是移動通信系統(tǒng)的重要組成部分，它定義了移動設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)之間通信的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)。本課程將深入探討GSM協(xié)議棧的各個層級，幫助您理解移動通信技術(shù)的核心原理。投稿人：GSM協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)概述分層結(jié)構(gòu)GSM協(xié)議棧采用分層結(jié)構(gòu)，類似于OSI參考模型，將通信功能劃分為七層，分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。層間協(xié)議各層之間通過協(xié)議進(jìn)行交互，確保數(shù)據(jù)在不同層之間正確傳輸和處理，保證通信的可靠性和效率。功能劃分每一層都負(fù)責(zé)特定的通信功能，例如物理層負(fù)責(zé)信號傳輸，數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)幀的傳輸，網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)路由和地址管理。物理層GSM物理層是協(xié)議棧中最底層，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成無線電信號并在移動設(shè)備與基站之間進(jìn)行傳輸。物理層主要包含以下關(guān)鍵技術(shù)：物理信道：定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率和帶寬時分多址接入：將時間分割成多個時隙，每個用戶使用不同的時隙進(jìn)行通信擴(kuò)頻技術(shù)：將數(shù)據(jù)信號擴(kuò)展到更寬的頻帶，提高抗干擾能力頻率跳頻：在不同的頻率之間快速跳躍，以避免干擾和竊聽調(diào)制解調(diào)技術(shù)：將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，以便在無線電信道上傳輸數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)將網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)封裝成幀，并在無線信道上進(jìn)行傳輸。該層主要負(fù)責(zé)以下功能：邏輯信道：將網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)分發(fā)到不同的邏輯信道，以便進(jìn)行不同的應(yīng)用。幀格式：定義幀結(jié)構(gòu)，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的完整性。差錯控制：使用CRC校驗碼檢測和糾正傳輸過程中的錯誤。流量控制：控制數(shù)據(jù)傳輸速率，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞。網(wǎng)絡(luò)層移動性管理跟蹤移動設(shè)備的位置，并為其分配網(wǎng)絡(luò)資源。呼叫管理建立、維護(hù)和釋放電話呼叫，連接用戶。信令系統(tǒng)No.7用于在GSM網(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點之間傳輸控制信息。傳輸層傳輸層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從源設(shè)備傳輸?shù)侥繕?biāo)設(shè)備，并確保數(shù)據(jù)的可靠性和順序性。傳輸層主要協(xié)議為**TCP**和**UDP**，它們提供了不同的數(shù)據(jù)傳輸方式，分別適用于不同的應(yīng)用場景。會話層會話層提供端到端的用戶數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。它負(fù)責(zé)建立、維護(hù)和釋放會話連接，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院晚樞蛐浴拰釉贕SM協(xié)議棧中起著關(guān)鍵作用，它為用戶數(shù)據(jù)提供了一個穩(wěn)定的傳輸通道，并負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)傳輸過程中的各種問題，例如數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)重復(fù)和數(shù)據(jù)亂序等。表示層數(shù)據(jù)壓縮在GSM網(wǎng)絡(luò)中，表示層負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，以提高傳輸效率。數(shù)據(jù)加密表示層還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性。應(yīng)用層電話服務(wù)語音通話，視頻通話，會議短信服務(wù)文本消息，彩信，移動互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸，移動互聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)GSM物理層概述1無線傳輸GSM物理層負(fù)責(zé)在無線信道上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用無線電波進(jìn)行信號傳輸。2信道編碼為了提高傳輸可靠性，物理層使用信道編碼技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，增加冗余信息。3調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)在傳輸之前需要進(jìn)行調(diào)制，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，接收端再進(jìn)行解調(diào)。物理信道傳輸方向上行鏈路：移動臺到基站下行鏈路：基站到移動臺物理信道類型廣播信道：基站到所有移動臺公共信道：移動臺到基站專用信道：單個移動臺到基站時分多址接入共享信道多個用戶共享同一頻率的無線信道。時間分割將信道的時間軸分成多個時隙，每個用戶分配一個時隙。輪流傳輸用戶在各自的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)異步傳輸。擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)通過將信號的帶寬擴(kuò)展到遠(yuǎn)大于信息帶寬的方式，將信號“隱藏”在更寬的頻率范圍內(nèi)，從而降低信號的功率譜密度，提高抗干擾能力。擴(kuò)頻技術(shù)還能提高保密性，防止信號被截獲或干擾，因此常應(yīng)用于軍事通信、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域。頻率跳頻降低干擾概率增強(qiáng)保密性提高系統(tǒng)容量調(diào)制解調(diào)技術(shù)1調(diào)制將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，以便通過無線信道傳輸。2解調(diào)將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便進(jìn)行處理和解碼。3GMSKGSM采用高斯最小移頻鍵控（GMSK）調(diào)制技術(shù)，具有良好的頻譜效率和抗噪聲性能。GSM數(shù)據(jù)鏈路層概述邏輯信道邏輯信道在物理信道之上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每個邏輯信道對應(yīng)于一種特定類型的服務(wù)。SAPI和SAPSAPI定義了邏輯信道，SAP定義了邏輯信道與網(wǎng)絡(luò)層之間的接口。LAPD協(xié)議LAPD負(fù)責(zé)管理邏輯信道的連接、數(shù)據(jù)傳輸和錯誤處理。幀格式和差錯控制GSM數(shù)據(jù)鏈路層使用特定的幀格式來組織數(shù)據(jù)，并利用循環(huán)冗余校驗碼進(jìn)行差錯控制。邏輯信道概念邏輯信道是指GSM系統(tǒng)中用來傳輸數(shù)據(jù)的虛擬信道，它是基于物理信道建立的。分類邏輯信道可以分為控制信道和業(yè)務(wù)信道，控制信道用于控制和管理通信連接，業(yè)務(wù)信道用于傳輸語音、數(shù)據(jù)、短信等業(yè)務(wù)信息。特點邏輯信道具有透明性，即傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不經(jīng)過處理，方便不同業(yè)務(wù)類型的數(shù)據(jù)在信道上進(jìn)行傳輸。SAPI和SAPSAPI服務(wù)訪問點標(biāo)識符（SAPI）是用于識別數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)訪問點（SAP）的唯一標(biāo)識符。SAP服務(wù)訪問點（SAP）是數(shù)據(jù)鏈路層中的一個邏輯點，用于連接不同的協(xié)議層。LAPD協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議LAPD是一種用于GSM數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議，負(fù)責(zé)管理無線信道并提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。幀格式和差錯控制LAPD定義了幀格式和差錯控制機(jī)制，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中完整性和可靠性。流量控制LAPD包含流量控制機(jī)制，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞和數(shù)據(jù)丟失。幀格式和差錯控制幀格式GSM數(shù)據(jù)鏈路層采用幀結(jié)構(gòu)傳輸數(shù)據(jù)，幀包含幀頭、數(shù)據(jù)域和幀尾。差錯控制采用循環(huán)冗余校驗（CRC）碼進(jìn)行差錯檢測，并使用ARQ機(jī)制進(jìn)行重傳。GSM網(wǎng)絡(luò)層概述1移動性管理負(fù)責(zé)移動終端在不同基站之間的切換，確保用戶持續(xù)通話。2呼叫管理管理呼叫建立、接續(xù)和釋放過程，包括尋呼、路由和資源分配。3信令系統(tǒng)No.7用于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間交換控制信息，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的協(xié)調(diào)和管理。移動性管理位置更新移動臺向網(wǎng)絡(luò)注冊其位置，以便網(wǎng)絡(luò)知道如何與其通信。呼叫轉(zhuǎn)移當(dāng)移動臺無法接聽電話時，呼叫可以轉(zhuǎn)移到另一個號碼。切換在移動臺漫游時，網(wǎng)絡(luò)會將呼叫從一個基站切換到另一個基站。呼叫管理呼叫建立呼叫管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)建立、維護(hù)和釋放GSM網(wǎng)絡(luò)中的語音和數(shù)據(jù)呼叫。呼叫路由通過網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層，呼叫管理系統(tǒng)將呼叫路由到正確的目的地。呼叫控制呼叫管理系統(tǒng)管理呼叫過程，例如呼叫等待、呼叫轉(zhuǎn)移和會議呼叫。信令系統(tǒng)No.7信令系統(tǒng)No.7概述信令系統(tǒng)No.7是一個基于分組交換的網(wǎng)絡(luò)，用于在GSM網(wǎng)絡(luò)中傳輸控制信號。主要功能呼叫建立和拆除呼叫路由和管理移動性管理優(yōu)點高可靠性和安全性靈活性和可擴(kuò)展性GSM應(yīng)用層概述用戶接口應(yīng)用層為用戶提供與GSM網(wǎng)絡(luò)的交互接口，例如撥打電話、發(fā)送短信、使用數(shù)據(jù)服務(wù)等。服務(wù)提供它負(fù)責(zé)提供各種GSM服務(wù)，包括電話、短信、數(shù)據(jù)、移動支付等，滿足用戶多樣化的通信需求。安全機(jī)制應(yīng)用層還包括安全機(jī)制，例如用戶身份認(rèn)證、加密和數(shù)據(jù)完整性保護(hù)，確保通信安全可靠。電話服務(wù)語音通話提供高質(zhì)量的語音通話服務(wù)，支持多種通話類型，如普通通話、會議通話等。呼叫轉(zhuǎn)移允許用戶將呼叫轉(zhuǎn)移到其他號碼，方便用戶在不同情況下接聽電話。呼叫等待當(dāng)用戶正在通話時，如果有人撥打您的電話，則會提示呼叫等待，讓您選擇接聽或忽略。短信服務(wù)短信服務(wù)是GSM網(wǎng)絡(luò)提供的一種基本服務(wù)，允許用戶在移動設(shè)備之間發(fā)送和接收短文本消息。SMS（ShortMessageService）是短信服務(wù)的縮寫，它使用特定的協(xié)議和信道來傳輸短文本消息。GSM網(wǎng)絡(luò)的全球互操作性使得短信服務(wù)能夠跨越不同的運營商和國家邊界。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包接入GSM網(wǎng)絡(luò)支持多種數(shù)據(jù)包接入技術(shù)，例如GPRS、EDGE、HSPA+等，為用戶提供不同速率的數(shù)據(jù)服務(wù)?；ヂ?lián)網(wǎng)接入用戶可以通過數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)訪問互聯(lián)網(wǎng)，獲取各種信息，包括網(wǎng)頁瀏覽、電子郵件、視頻流等。數(shù)據(jù)共享用戶可以通過數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)共享數(shù)據(jù)，例如文件傳輸、照片分享、視頻通話等。移動支付1移動支付簡介移動支付是一種利用移動設(shè)備進(jìn)行支付的方式，方便快捷，安全可靠。2GSM網(wǎng)絡(luò)中的