《GSM協(xié)議棧原理》課件

GSM協(xié)議棧原理GSM協(xié)議棧是移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要組成部分，它定義了移動(dòng)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(gè)層級(jí)，幫助您理解移動(dòng)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(lèi)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(huì)話(huà)層、表示層和應(yīng)用層。層間協(xié)議各層之間通過(guò)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(hào)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(wú)線(xiàn)電信號(hào)并在移動(dòng)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(shí)分多址接入：將時(shí)間分割成多個(gè)時(shí)隙，每個(gè)用戶(hù)使用不同的時(shí)隙進(jìn)行通信擴(kuò)頻技術(shù)：將數(shù)據(jù)信號(hào)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(tīng)調(diào)制解調(diào)技術(shù)：將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以便在無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)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(guò)程中的完整性。差錯(cuò)控制：使用CRC校驗(yàn)碼檢測(cè)和糾正傳輸過(guò)程中的錯(cuò)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(dòng)性管理跟蹤移動(dòng)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(huà)呼叫，連接用戶(hù)。信令系統(tǒng)No.7用于在GSM網(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點(diǎn)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(chǎng)景。會(huì)話(huà)層會(huì)話(huà)層提供端到端的用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。它負(fù)責(zé)建立、維護(hù)和釋放會(huì)話(huà)連接，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院晚樞蛐?。?huì)話(huà)層在GSM協(xié)議棧中起著關(guān)鍵作用，它為用戶(hù)數(shù)據(jù)提供了一個(gè)穩(wěn)定的傳輸通道，并負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的各種問(wèn)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(duì)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的安全性。應(yīng)用層電話(huà)服務(wù)語(yǔ)音通話(huà)，視頻通話(huà)，會(huì)議短信服務(wù)文本消息，彩信，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)GSM物理層概述1無(wú)線(xiàn)傳輸GSM物理層負(fù)責(zé)在無(wú)線(xiàn)信道上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用無(wú)線(xiàn)電波進(jìn)行信號(hào)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(duì)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(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，接收端再進(jìn)行解調(diào)。物理信道傳輸方向上行鏈路：移動(dòng)臺(tái)到基站下行鏈路：基站到移動(dòng)臺(tái)物理信道類(lèi)型廣播信道：基站到所有移動(dòng)臺(tái)公共信道：移動(dòng)臺(tái)到基站專(zhuān)用信道：?jiǎn)蝹€(gè)移動(dòng)臺(tái)到基站時(shí)分多址接入共享信道多個(gè)用戶(hù)共享同一頻率的無(wú)線(xiàn)信道。時(shí)間分割將信道的時(shí)間軸分成多個(gè)時(shí)隙，每個(gè)用戶(hù)分配一個(gè)時(shí)隙。輪流傳輸用戶(hù)在各自的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)異步傳輸。擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)通過(guò)將信號(hào)的帶寬擴(kuò)展到遠(yuǎn)大于信息帶寬的方式，將信號(hào)“隱藏”在更寬的頻率范圍內(nèi)，從而降低信號(hào)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(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以便通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道傳輸。2解調(diào)將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，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(gè)邏輯信道對(duì)應(yīng)于一種特定類(lèi)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(cuò)誤處理。幀格式和差錯(cuò)控制GSM數(shù)據(jù)鏈路層使用特定的幀格式來(lái)組織數(shù)據(jù)，并利用循環(huán)冗余校驗(yàn)碼進(jìn)行差錯(cuò)控制。邏輯信道概念邏輯信道是指GSM系統(tǒng)中用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的虛擬信道，它是基于物理信道建立的。分類(lèi)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(yǔ)音、數(shù)據(jù)、短信等業(yè)務(wù)信息。特點(diǎn)邏輯信道具有透明性，即傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不經(jīng)過(guò)處理，方便不同業(yè)務(wù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)在信道上進(jìn)行傳輸。SAPI和SAPSAPI服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符（SAPI）是用于識(shí)別數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)（SAP）的唯一標(biāo)識(shí)符。SAP服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)（SAP）是數(shù)據(jù)鏈路層中的一個(gè)邏輯點(diǎn)，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(wú)線(xiàn)信道并提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。幀格式和差錯(cuò)控制LAPD定義了幀格式和差錯(cuò)控制機(jī)制，確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)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(cuò)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(cuò)控制采用循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）碼進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，并使用ARQ機(jī)制進(jìn)行重傳。GSM網(wǎng)絡(luò)層概述1移動(dòng)性管理負(fù)責(zé)移動(dòng)終端在不同基站之間的切換，確保用戶(hù)持續(xù)通話(huà)。2呼叫管理管理呼叫建立、接續(xù)和釋放過(guò)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(diǎn)之間交換控制信息，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的協(xié)調(diào)和管理。移動(dòng)性管理位置更新移動(dòng)臺(tái)向網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)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(dòng)臺(tái)無(wú)法接聽(tīng)電話(huà)時(shí)，呼叫可以轉(zhuǎn)移到另一個(gè)號(hào)碼。切換在移動(dòng)臺(tái)漫游時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)將呼叫從一個(gè)基站切換到另一個(gè)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(yǔ)音和數(shù)據(jù)呼叫。呼叫路由通過(guò)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(guò)程，例如呼叫等待、呼叫轉(zhuǎn)移和會(huì)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(gè)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(hào)。主要功能呼叫建立和拆除呼叫路由和管理移動(dòng)性管理優(yōu)點(diǎn)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(hù)接口應(yīng)用層為用戶(hù)提供與GSM網(wǎng)絡(luò)的交互接口，例如撥打電話(huà)、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(huà)、短信、數(shù)據(jù)、移動(dòng)支付等，滿(mǎn)足用戶(hù)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(hù)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(huà)服務(wù)語(yǔ)音通話(huà)提供高質(zhì)量的語(yǔ)音通話(huà)服務(wù)，支持多種通話(huà)類(lèi)型，如普通通話(huà)、會(huì)議通話(huà)等。呼叫轉(zhuǎn)移允許用戶(hù)將呼叫轉(zhuǎn)移到其他號(hào)碼，方便用戶(hù)在不同情況下接聽(tīng)電話(huà)。呼叫等待當(dāng)用戶(hù)正在通話(huà)時(shí)，如果有人撥打您的電話(huà)，則會(huì)提示呼叫等待，讓您選擇接聽(tīng)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(hù)在移動(dòng)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(xiě)，它使用特定的協(xié)議和信道來(lái)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(yùn)營(yíng)商和國(guó)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(hù)提供不同速率的數(shù)據(jù)服務(wù)?；ヂ?lián)網(wǎng)接入用戶(hù)可以通過(guò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)，獲取各種信息，包括網(wǎng)頁(yè)瀏覽、電子郵件、視頻流等。數(shù)據(jù)共享用戶(hù)可以通過(guò)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(huà)等。移動(dòng)支付1移動(dòng)支付簡(jiǎn)介移動(dòng)支付是一種利用移動(dòng)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