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業界一般把這張網叫做“蜂窩移動通信網”。如果你手邊有蘋果手機話，打開設置，就能看到關于“蜂窩網絡”的相關選項，點進去之后，還能看到“蜂窩數據”相關的選項。下文將會經常出現的“網絡”這個詞，就是指的由多個基站組成的蜂窩網絡。手機，又稱“移動電話”，和固定電話最大的區別就在于手機可以被人隨身攜帶，到處移動。這個過程就叫做“小區選擇”。 單個基站的力量是非常渺小的，因此，需要把多個基站緊密地連接起來，組成一張蜂窩移動通信網，才能正常提供服務。 看完本篇內容，你將會了解： ① 什么是蜂窩網？ ② 蜂窩網實現移動性管理？ ③ 2345G的通信網絡架構有何不同？ 01、讓我們開始吧！ 單個基站的力量其實是非常渺小的。看似一個個復雜的龐然大物，也就只能覆蓋方圓幾百米的范圍。在密集城區，一個1800MHz頻段的4G基站，覆蓋半徑也就是300米左右。 如果你邊打電話邊走路，不知不覺地從一個基站的覆蓋范圍跑到了另外一個基站的覆蓋范圍，那么對你的服務就必須在這兩個基站間無縫交接，才能保證電話不斷。 因此，一個個孤立的基站單打獨斗是沒法提供良好服務的，需要讓眾多的基站聯合起來，遵守相同的規則，互通有無，協同工作才能滿足移動通信需求。 這大量的基站聯合起來，再加上其他的一些傳輸，控制節點，就組成了一張“網”。業界一般把這張網叫做“蜂窩移動通信網”。 不難看出，“蜂窩移動通信網”這個詞中包含了3個概念：“蜂窩”，“移動”和“通信網”。下面將進行逐一介紹。 02、啥是蜂窩？ 說到蜂窩可以理解為蜜蜂的蜂巢，如果我們深入到蜂巢的內部，就會發現它們是由許多個完美的正六邊形組成。這些正六邊形無縫銜接起來，組成了一張大網，并且還會隨著蜂群的壯大而不斷地擴張。 雖然單個基站的覆蓋范圍很有限，但如果我們讓每一個基站的覆蓋都是一個完美的正六邊形，多個基站聯合起來，不就能實現大面積的無縫覆蓋了嗎？ 蜂窩網絡 如上圖所示，多個基站整齊地排布在一起，每一個正六邊形的“蜂房”就叫一個“Cell”（中文翻譯為小區），多個這樣的Cell組成的系統就叫做Cellular Network（蜂窩網絡）。 如果你手邊有蘋果手機話，打開設置，就能看到關于“蜂窩網絡”的相關選項，點進去之后，還能看到“蜂窩數據”相關的選項。 雖然看起來這么玄乎，其實目前所有運營商的網絡都是蜂窩網絡，蘋果的設置里面無非就是關于關于運營商，語音，數據，熱點之類的基本功能的一些設置。 下文將會經常出現的“網絡”這個詞，就是指的由多個基站組成的蜂窩網絡。 03、怎樣移動？ 手機，又稱“移動電話”，和固定電話最大的區別就在于手機可以被人隨身攜帶，到處移動。 這就導致了蜂窩網絡必須解決一個最關鍵的問題：怎樣讓這些跑來跑去，不知道在哪里的用戶隨時隨地可以打電話并上網？ 第一招：小區選擇和重選 手機在開機時，會不斷地檢測哪個基站的信號強，并進行排序確認最優的服務小區。一旦選定，手機就會駐扎在這個小區里，手機上也就顯示出了信號標識，到底有幾格信號一目了然。這個過程就叫做“小區選擇”。 并且，由于手機是可以被拿著到處移動的，它不可能對一個小區從一而終，必須時刻掃描相鄰小區的信號強度，一旦發現更優的小區，就會毫不猶豫地拋棄原小區，投入這個新小區的懷抱。這個過程就叫做“小區重選”。 第二招：位置更新 首先，網絡會按照地理區域，劃分為多個“位置區”。一個位置區包含了一組基站所覆蓋的區域，在此區域內，每個基站都在源源不斷地向用戶廣播自己的位置區編碼。 手機開機后，檢測到自己所在的位置區，并向網絡報告，這個過程就叫做“位置更新”。這樣網絡就知道了手機的位置，以后如果來電話了也就到這個位置區去提醒手機接電話。開機時的位置更新見下圖 如果只在開機的時候上報位置，網絡還是會擔心：如果過段時間手機要是故障了，或者沒電關機了的話，不是又聯系不上了嗎？這還得了，必須讓手機每隔幾分鐘主動就吱一聲，告訴我它還在原地，還活著，還能聯系上！周期性位置更新見下圖 如果手機到時不主動上報，那網絡就會認為這手機已經跑到沒信號的地方，沒法聯系上了。如果有人撥打這個手機的號碼，就會提示：“對不起，您撥打的用戶不在服務區。” 更進一步，如果手機跑啊跑，發現自己到了另外一個位置區的地界，那就必須給網絡打個招呼：我到了新的位置，以后在這里找我吧，不用再去原來的地方了！位置區改變的位置更新見下圖 第三招：切換 想想看，如果你拿著手機，坐在車上打著電話，從一個小區移動到了另一個小區的邊界，眼看著信號越來越弱，隨時都有可能掉話，形勢十分危急。這可咋辦呢？ 好在手機一直在測量著相鄰小區的信號強度，服務小區一旦發現鄰區信號強到一定的程度，就可判斷手機到了邊界，該把電話移交給另外一個小區了，于是火速聯系新小區做好一切業務移交準備，得到肯定的答復之后才能讓手機接入到新小區，電話得以持續。切換流程見下圖 這個過程就叫做“切換”。 注意：小區選擇，重選和位置更新都是手機在空閑態時的行為，沒有那么緊急；而切換是在手機處于通話狀態的行為，必須快速準確完成，否則可能導致切換失敗，電話斷開。因此切換成功率是一項非常關鍵的考核指標。切換過程示意圖見下圖 一旦多個基站連成了一張蜂窩網絡，靠各個基站之間彼此互通，進行自治效率太低，這就需要引入一個中央控制點，對多個基站進行統一管理了。 在2G和3G時代，多個基站由一個控制器管理，多個控制器又由核心網來管理，組成了一個三層的金字塔型架構。2G/3G通信網絡架構見下圖 控制器這個名字非常直白，就是用來控制基站的。其中2G的控制器就叫做“基站控制器（BSC：Base Station Controller）”，3G的控制器為了彰顯逼格，取名為“無線網絡控制器（RNC：Radio Network Controller）”。業界一般直接就叫英文縮寫BSC/RNC或者干脆就統一叫控制器。 核心網的名字里也有個“網”字，它自身也是一張非常復雜的網絡。但在這里我們不去展開說，只需把核心網想象成一個功能強大的路由器，連接并管理所有的基站和控制器，讓一切的服務，不管是打電話，還是發短信，彩信，還是上網都能順利地找到目的地。 在4G時代，為了降低時延，簡化架構，去掉了基站控制器，基站直接由核心網來進行管理。但是這個架構雖然簡單，但用起來卻不是那么方便。4G通信網絡架構見下圖 這是因為如果讓核心網把一切都管起來的話，負荷太大；如果放權讓基站之間點對點地互相協調資源調度，干擾等問題的話，效率低，效果差，結果就是4G終其一生都在跟這個架構死磕。 到了5G時代，吸取了4G時代的教訓，又走回到了2G和3G時代的老路，那就是把基站拆分成了集中單元（CU）和分布單元（DU），一個CU管理多個DU，然后核心網再來管理數量較少的CU。5G通信網絡架構見下圖 然而5G是非常靈活的，CU和DU可以分離，也可以不分離，如上圖所示。具體是否進行DU和CU的拆分要看5G的發展階段以及具體業務的時延需求。這也算是通信網架構螺旋式上升的表現了。 奇跡物聯（北京）科技有限公司：專注eSIM應用方案落地 04、蜂窩網絡的意義 中國擁有世界最好的4G網絡，4G基站的數量相當于世界其他國家4G基站數量的總和，這樣的大規模建設在世界其他地方是不可想象的，投入非常巨大，但為什么我們要建設好這一張網絡呢？ 蜂窩網絡跟公路、電網一樣，是一個國家最重要的基礎設施，得力于基礎設施的建設，我們才能有更好的發展，中國短時間內移動互聯網的崛起，一方面得力于人口紅利，另外一方面，就得力于網絡的基礎，所以才會出現騰訊、阿里、百度、字節跳動等一眾優秀的互聯網企業，所以移動互聯網是蜂窩網絡建設的既得利益者。 除了手機、平板電腦等移動設備，我們身邊還有很多基于蜂窩網絡的設備，我們出門的共享單車、小區樓下的自動快遞柜、商場里的自動售賣機、汽車里的OBD、家里的智能電表、公司里的智能煙感報警，各個場景下都有蜂窩網絡的身影，他們覆蓋2G/4G/NB-IOT，未來的自動駕駛、人工智能、醫療健康、工業自動化，他們有一個共同的名字---物聯網，通過設備接入網絡，實現更好的體驗、更高的效率。萬物互聯的時代，物聯網將來會是比互聯網更龐大的產業，將會改版每一個人的生活。 奇跡物聯是一家eSIM物聯網應用解決方案供應商，SIM卡是蜂窩網絡的一個鑰匙，eSIM是一把智能鑰匙，把傳統SIM卡集成到2mm*2mm的芯片上，省去卡槽的空間，貼片式集成，讓SIM更穩定，適應更多的物聯網場景。奇跡物聯同時提供內置eSIM的2G模塊、4G模組、NB-IOT模組、GPS模組，讓eSIM集成更簡單、更高效、更低成本。 |
