客户端开发基础知识——移动网络

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一、运营商无线资源控制设备(RRC

  • 背景:与PC不同,移动设备需要平衡耗电量与传输效率,无线模块一直开启会耗费很多电量

  • 方案:移动设备默认处于休眠状态,发送和接收数据都需要先联系运营商的无线资源控制设备(RRC)分配资源(或等待RRC通知),RRC负责指定:

    • 传输时机
    • 传输功率:休眠时15mW,活跃时1000mW3500mW

二、端到端移动运营商网络结构

运营商网络主要包含以下两部分:

  • 无线接入网 (RAN)

    • RRC设备布于基站上(如图中的eNodeB
  • 核心网(CN

    核心网主要包含以下几部分:

    • PGWPacket Gateway):运营商网络的公网出/入口,负责为设备分配IP地址,以及相关策略的执行,如:包过滤和检查、QoS设置、DoS防御等
      • PCRFPolicy and Charging Rules Function ):此模块负责协助PGW执行相关策略
    • SGWServing Gateway):在PGW收到下行消息后,SGW负责将包转发给用户
      • MMEMobility Management Entity):维护与用户相关的所有信息,包括手机位置、资费情况等

三、数据包传输路径

1. 上行数据

  1. 手机向基站请求建立无线连接
  2. 手机以特定速度和功率向基站传输数据
  3. 数据由基站发往核心网(经SGWPGW
  4. 数据由核心网发到公网
  • 数据上行过程中的传输延迟

    • 手机首次连接会进行RRC握手和状态转换(Control-plane latency

      • 休眠活跃 < 100ms
      • 搁置活跃 < 50ms
    • 手机到基站之间的传送延迟(User-plane latency

    • 核心网路由延迟

    • 公网路由延迟

数据上行基本流程如下图:

2. 下行数据

  1. 数据到达运营商网络后,先由PGW发送给SGW, SGWMME 发起查询
  2. 如果手机处于休眠状态,MME不知道它连接到了哪个基站,则向其覆盖范围内的所有基站发送paging消息
  3. 所有基站广播此paging消息,让设备重新向基站建立无线连接
  4. 设备在休眠状态也会定时接收paging消息,发现自己在paging列表中时,发起向附近基站重建无线连接的握手消息
  5. 与基站之间的无线连接建立后,基站给MME发送消息,通知其用户所在位置,MME将此信息转发给SGW
  6. SGW将下行数据发送给基站
  7. 基站将数据发送给手机
  • 手机处于连接状态后,其对应的基站与SGW之间会建立一条直连通道,后续的下行数据会直接发到基站,省去paging消息的开销(步骤2-5)。

数据下行基本流程如下图:

参考资料

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