目前2G数据业务通过GPRS技术实现，在原GSM网络基础上增加一系列功能实体来实现分组数据的传输，如PCU和SGSN等，新增功能实体和软件升级后的原功能实体组成GPRS网络，实现了2G数据业务。3G与2G相比，主要改进在无线部分，其核心网在逻辑上仍划分为电路域与分组域，分组域基于GPRS技术，与2G架构基本一致，因此，将2G／3G数据业务协议架构放入本小节进行统一介绍。

2G／3G系统架构如图3-1所示，由核心网（CN）、无线接入网（GERAN、UTRAN）、用户设备（MS、UE）三部分组成。核心网（CN）主要包括移动交换中心（MSC Server／VLR）、媒体网关（MGW）、服务GPRS支持节点（SGSN）、网关GPRS支持节点（GGSN）、归属位置寄存器（HLR）等网元；2G／3G无线接入网（GERAN、UTRAN）方面，2G无线接入网包括基站控制器（BSC）、分组控制单元（PCU）、基站收发台（BTS），3G无线接入网包括无线网络控制器（RNC）、无线基站（NodeB）；用户设备（MS、UE）主要指终端设备，其中MS和UE是行业内对2G／3G终端设备的惯称，实质一致，终端设备正常工作必须要有用户数据卡，其中2G用户数据卡称为SIM卡，3G用户数据卡称为USIM卡。

GSM／EDGE无线接入网（GERAN）由基站控制器（BSC）和其管辖的基站收发台（BTS）组成，一般还包括分组控制单元（PCU，通常与BSC集成在一个实体），从功能上看，BTS主要负责无线传输，BSC主要负责控制和管理，PCU则是为数据业务增加的分组业务管理实体，主要负责数据业务的控制和管理。

图3-1 2G／3G系统架构示意图

1.2G数据业务涉及的主要接口及协议栈

1）Um接口。

MS与BTS之间的接口称为Um接口，实现MS和GERAN之间的通信，Um接口在协议上划分5层，自下而上依次为物理层（GSM RF）、数据链路层（MAC／RLC）、逻辑链路控制层（LLC）、子网汇聚层（SNDCP）和网络层（GMM／SM／NAS），如图3-2所示。

图3-2 Um接口协议栈结构

物理层（GSM RF）执行物理波形的调制和解调功能，通过纠错、交织等手段为空口（空中接口）提供各种逻辑信道。

数据链路层包括媒体接入控制协议（MAC）和无线链路控制协议（RLC），MAC的主要作用是定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动终端共享；RLC层主要负责LLC-PDU包的拆分和组装，采用确认或非确认模式在对等层之间传送数据。

逻辑链路控制层（LLC）是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议，目的是在MS与SGSN之间提供一条可靠的逻辑链路用于数据传输。LLC层负责在高层SNDC层的SNDC数据单元上形成LLC地址、帧字段，从而生成完整的LLC帧。另外，LLC可以实现一点对多点的寻址和数据帧的重发控制。

子网汇聚层（SNDCP）主要用在用户面，作用是完成传送数据的分组、打包，确定TCP／IP地址和加密方式。在SNDCP层，移动终端和SGSN之间传送的数据被分割为一个或多个SN-PDU数据包单元。SN-PDU数据包单元生成后被放置到LLC帧内。

网络层的协议分为控制面和用户面两种，控制面协议主要有GPRS移动性管理（GMM）和会话管理（SM），其中GMM主要的功能是支持用户终端的移动性，如将用户当前的位置通知网络以及提供用户标识的机密性，SM是指GPRS移动台连接到外部数据网络的处理过程，主要功能是支持用户终端对PDP移动场景的处理。用户面协议主要有IP、X2.5，实现用户到外部网络的通信，这些协议都是直接透传的。

2）G-Abis接口。

G-Abis接口是GPRS中PCU与BTS之间的内部接口，采用G-TRAU帧传输分组交换业务的数据和信令，实现分组信令传输、分组数据传输、带内信令传输和块同步功能。

3）Gb接口。

Gb接口是SGSN和GERAN间的接口，通过该接口SGSN实现同GERAN系统、MS之间的通信，以完成分组数据传送、移动性管理、会话管理方面的功能，Gb协议架构如图3-3所示。

图3-3 Gb接口协议栈结构

物理层（L1）由帧中继网络实现，为Gb接口的上层提供共用的传输通路。

网络服务协议（NS）对于SGSN和GERAN是对等的，主要完成SGSN和GERAN间的NS SDUs传输，还可实现网络拥塞指示和NSVC间的负荷分担功能。

BSS-GPRS协议（BSSGP）的主要功能是提供与无线相关的数据、QoS和选路信息，以满足在GERAN和SGSN之间传输用户数据时的需要。在GERAN中，通过Re1ay的方式与RLC／MAC进行PDU数据包的交互，然后在Gb接口间实现与对端的无连接的数据包传送功能。

2.3G数据业务涉及的主要接口及协议栈

1）Uu接口。

UE与NodeB之间的接口称为Uu接口，Uu接口的主要作用是建立、重新配置和释放各种3G移动通信无线承载业务，实现终端与基站的连接，共分三个协议层：物理层（L1）、数据链路层（L2）和网络层（L3），如图3-4所示。

物理层（L1）是Uu接口的最底层，具体功能与无线接入技术相关，主要完成无线射频通信功能，包括频率和时间的同步、物理信道的调制／解调和扩频／解扩、传输信道的检错／编码／解码／交织／解交织／复用和解复用、闭环功率控制等。

数据链路层（L2）又可分为媒质接入控制（MAC）、无线链路控制（RLC）、分组数据聚合协议（PDCP）和多播控制（BMC）。MAC层利用物理层提供的数据传递业务向高层提供数据传递、无线资源和MAC参数的重新分配、测量报告等业务；RLC层向高层提供RRC连接的建立／释放、透明模式数传、非确认模式数传、确认模式数传、Qos设定等业务；PCDP和BMC只存在于用户平面中，其中PDCP层负责IP头压缩和解压、传输用户数据，即对IP数据分组进行头压缩和加密，然后递交到RLC子层，反方向的，PDCP也具有解头压缩和解加密的功能；BMC则在用户平面以透明或非确认的方式为通用用户数据提供广播／组播传输业务（不涉及数据业务）。

网络层（L3）协议包括RRC和NAS，分别对应控制平面和用户平面。其中RRC处理UE和UTRAN间层三的控制平面信令，主要完成来自非接入层和接入层信息的广播、UE和UTRAN间RRC连接和用户平面无线承载的建立／重配置和释放、RRC连接移动性功能、为高层PDU选择路由、对UE测量控制、外环功率控制、UE和UTRAN间的加密、慢速动态信道分配等；NAS信令是UE与核心网之间的信令，UTRAN对其进行透传。

图3-4 Uu接口协议栈结构(www.daowen.com)

2）Iub接口。

RNC和NodeB之间的接口称为Iub接口，完成RNC和NodeB之间的用户数据及信令的处理和数据传递、公共资源与专用资源管理、公共测量与专用测量、定时与同步管理和基站维护等，与2G系统中BTS与BSC之间的Abis接口功能类似，最终实现用户终端和RNC之间的通信，Iub接口协议栈如图3-5所示。

图3-5 Iub接口协议栈结构

物理层主要提供ATM信元（ATM传输方式）、IP数据包（IP传输方式）的传输通道，目前地面基站一般采用ATM传输方式。

传输网络层主要是信令承载（Signa1ing Bearer）和数据承载（Data Bearer），信令承载包括AAL5、SSCOP、SSCF等协议，数据承载主要是AAL2协议。AAL代表ATM传输的适配层，主要针对不同的业务进行不同的处理，将上层传送而来的信息流分割成48 B长的ATM业务数据单元（SDU），同时，将ATM层传送而来的ATM SDU组装、恢复再传给上层；AAL2协议是将多个用户复用在一个ATM通道上，即用来自多个用户的数据包去填充信元，每个数据包前面需要加一个头，用以表示它是属于哪个用户的；AAL5协议是专门针对C类面向连接的业务而制定的一种AAL协议；SCCOP主要为上层提供传输信息长度可达64 KB可靠性传输过程；SSCF的功能是完成SSCOP和上层用户的适配。

接入链路控制应用协议（ALCAP）是传输网络控制面的高层协议，其基本功能是在两个信令点之间建立、释放AAL2连接，同时，对该信令系统内微信元的通道、通路等资源进行必要的维护和管理，由ALCAP所控制的这些AAL2连接将作为无线网络层控制面和无线网络层用户面的传输载体。

NodeB应用协议（NBAP）作为无线网络控制面协议，用于NodeB与RNC之间的连接，主要完成小区配置管理、无线链路的监控／管理、公共信道／专用信道的测量、系统信息管理等，以实现Iub接口的管理与控制功能。

帧协议（FB）是用户面高层协议，用来传输通过Iub接口上的公共传输信道和专用传输信道数据流的协议，主要功能是把无线接口的帧转化为Iub接口的数据帧，同时产生一些控制帧进行相应的控制，Iub FB的帧结构种类很多，主要分为数据帧和控制帧。

3）Iu-PS接口。

SGSN通过Iu-PS接口与UTRAN相连，来实现数据业务会话管理、移动性管理、无线资源管理等PS域的控制和业务，Iu-PS接口协议栈如图3-6所示。

图3-6 Iu PS接口协议栈结构

Iu-PS接口通常使用ATM传输方案。AAL5协议用来满足上层用户与ATM层的速率适配。在控制层面的SCCP与AAL5两个层次之间，有两种协议方案，只能任选其一，这两种协议方案分别为基于宽带7号信令系统协议和基于IP信令承载协议，其中基于宽带7号信令系统协议包括MTP-3B、SSCF-UNI、SSCOP，基于IP信令承载协议包括M3UA、SCTP、IP，该协议层提供了传输网络的信令承载（Signa1ing Bearer）功能。

Iu-PS控制层面基于上述信令承载层，高层协议为信令连接控制协议（SCCP）、无线接入网络应用协议（RANAP）协议，其中SCCP具有增强的寻址选路功能，能传送各种与电路无关的信令消息，为RANAP提供了可靠的传输。RANAP是负责UTRAN与SGSN之间的信令交互，包括无线接入承载RAB的分配和释放请求、IU连接的请求和释放、寻呼、透传NAS信令等功能。Iu-PS用户层面则基于IP信令协议，利用GPRS隧道用户面协议（GTP-U）传输Iu-PS用户数据以及数据传输出错指示、握手消息、支持的扩展头列表等用户面传输的辅助信令。

3.2G、3G数据网络的其他接口

2G／3G系统中其他重要接口还有Gn、Mc、A、Iu-CS、Iur等接口，具体功能及主要协议见表3-1。

表3-1 2G、3G其他重要接口及协议

4.2G/3G数据业务端到端协议栈

2G和3G系统数据业务均在GPRS网络架构上实现，在核心网部分基本一致，主要区别在于无线接入网不同，故2G／3G系统协议栈框架类似但具体协议不同。

1）2G／3G数据业务控制面协议栈架构。

2G／3G数据业务控制面协议栈结构如图3-7所示。2G数据业务控制面协议栈主要涉及Um接口和Gb接口。GERAN通过Um接口建立与终端之间的无线连接，主要协议为无线链路控制协议（RLC），通过Gb接口建立与SGSN之间的传输连接，主要协议为BSS-GPRS协议（BSSGP）。3G数据业务控制面协议栈主要涉及Uu接口和Iu-PS接口。UTRAN通过Uu接口建立与终端之间的无线连接，主要协议为无线资源控制协议（RRC），通过Iu-PS接口建立与SGSN之间的传输连接，主要协议为无线接入网络应用协议（RANAP）。

无线接口控制面协议主要有两个目的：一是建立终端到接入网的可靠连接，二是传递终端到SGSN之间的高层信令。而地面接口Gb和Iu-PS接口控制面协议主要完成SGSN对接入网无线资源的管理、承载传递SGSN到终端的信令。通过各接口协议配合，最终实现SG-SN对于数据业务的会话管理（SM）、GPRS移动性管理（GMM）等功能。

图3-7 2G／3G数据业务控制面协议栈结构

图3-8 2G／3G数据业务用户面协议栈结构

2）2G／3G数据业务用户面协议栈架构。

2G／3G数据业务用户面协议栈结构如图3-8所示，2G系统主要涉及Um接口、Gb接口和Gn接口。3G系统主要涉及Uu接口、Iu-PS接口和Gn接口。用户面协议架构的主要目的就是建立可靠的数据传输隧道，在终端与分组数据网之间传递用户数据。