1.2.5　层叠的金字塔——GSM网络结构

在1.1.4小节介绍中我们已经大概知道在无线网络中，除了手机终端——专业名称是移动台（Mobile Station，MS），起码还有另一个被称为基站的设备，基站的专业名称为基站收发信台（Base Transceiver Station，BTS）。我们把移动台和基站这些构成无线网络的设备称之为网元（Network Element，NE）。那么在GSM网络里面除了MS和BTS还有没有其他设备呢？如果没有其他设备，我们能不能采用最简单的星形结构把无线网络搭建起来呢？如图1-20所示。

虽然我们都希望网络结构越简单越好，但在讨论GSM网络的结构时，需要把讨论的时间定格在20世纪80年代，也就是GSM网络兴起的时候。因为GSM的网络结构之所以会是现在看到的这个样子，基本是由当时的电子技术水平所决定的。例如当时一块内存估计最大就几十兆比特，指望它能存多少数据？一块CPU的频率就几百千赫兹，难道还想要它有现在双核、四核甚至八核处理器的处理效果？因此，当大家看到GSM网络结构图的时候请不要问那么多为什么，因为很多问题只能在当时才能回答。

现在我们来探讨一下，采用最简单的星形结构能不能构建一个功能齐全的无线网络？先给大家看个数据，以中国移动为例，截至2013年年底，中国移动在全国大约有100万个GSM基站（BTS）。这100万个GSM基站里，假如没有高一级的网元对BTS进行管理，能不能让它们互通互联，和平共处？如果没有高一级的管理者这些基站，那基站之间要采用哪种拓扑结构进行互联？可以想象得到的是，不管采用星形还是环形结构，都不可能让这100万个基站互通互联。别说这100万级别的基站，就算是一个城市里的100个基站要互联都够你吓一跳了。大家可以动手用笔画一下，如果要让图纸上的100个点都两两连接，那到底要花多少根线？所以为了管理如此庞大数目的基站，非常有必要在BTS上层增加一个基站管理者，这个管理BTS的网元称之为基站控制器（Base Station Controller，BSC）。不过，是否设置了BSC以后就万事大吉了？还不行，一般情况下1个BSC只能管理100～200个BTS，也就是说中国移动在全国大约有1万个BSC，这1万个BSC的信息交换和存储依然是个大问题。那没办法，只能再增加比BSC高一级的管理网元——移动交换中心或移动业务交换中心（Mobile Service Switch Center，MSC）。在MSC以后还需不需要增加更高的管理者？不用了，GSM的网络分层到此为止，如图1-21所示。

在上面的讨论中，我们是以GSM网络容量为出发点来推理的，但在实际当中仅有这四种网元是不足以实现GSM网络的全部功能。我们还需要考虑GSM网络一个很重要的特性——移动性管理，所谓移动性就是说在GSM网络中的用户位置是不固定的。这些用户随时有可能在各个基站间来回奔走切换，而且用户的数量也是不确定的，手机关机了以后用户就会从网络中消失了。手机用户的移动性管理会产生大量的数据，所以在GSM网络中还会有两个专门管理用户移动性的网元——拜访位置寄存器（Visitor Location Register，VLR）和归属位置寄存器（Home Location Register，HLR）。由于GSM网络中的移动用户可以随意选择关机从网络上消失或者重新开机接入网络，所以每当用户重新开机接入无线网络请求服务的时候，GSM网络都需要对这个用户进行身份认证，证实用户的身份合法以后才准许接入网络，这是保护用户账户安全非常重要的一个措施。对此，GSM网络中有个专门对用户身份进行认证的网元鉴权中心（Authentication Center，AUC）。

综上所述，GSM网络当中有七个网元，这七个网元分别是MS、BTS、BSC、MSC、VLR、HLR和AUC。这七个网元的连接关系如图1-22所示。