《华为GPRS系统原理》PPT课件.ppt

1,GPRS核心网络技术,2,GPRS网络结构和网元 GPRS网络接口和协议 GPRS地址、编号和标识 GPRS移动性管理 GPRS会话管理,3,什么是GPRS,通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的英文缩写 GPRS是在GSM技术的基础上提供的一种端到端分组交换业务 GPRS最大限度重用已有的GSM网络基础设施 GPRS提供高效的无线资源利用率 GPRS提供高达171.2Kbps的无线接入速率 与已有的GSM电路交换系统有很多交互 GPRS系统基于标准的开放接口,4,GPRS网络结构图,FR,EIR,HLR,SMS-GMSC SMS-IWMSC,MSC/VLR,BSS,BSS,MS,MS,SGSN,SGSN,GGSN,BG,GGSN,CG,TE,TE,Other PLMN,Internet,X.25,SS7,ATM DDN ISDN Ethernet.etc,GPRS Backbone,Gs,Gd,Gr,Gf,Gc,Gb,Gb,Um,Um,Gp,Gi,Gi,Gn,Gn,FR,Ga,5,中国移动GPRS网络体系结构,6,网络接入控制（MS侧）： 鉴权 计费信息收集 IMEI检查 逻辑链路管理 SGSN-MS之间逻辑链路的管理 支持确认/不确认传输 路径管理 SGSN-BSS之间数据传输路径管理 移动性管理和会话管理,SGSN功能,路由和隧道传输 压缩与解压 加密与解密 用户数据的存储转发 路由选择：围绕PDP上下文来进行 地址翻译和映射：包括DNS、由APN推导出GGSN地址等 封装与隧道传输,7,网络接入控制（外部PDN侧） 消息过滤 计费信息收集 移动性管理和会话管理 路由选择与转发 存储转发 路由选择 地址翻译和映射 封装和隧道传输 可以动态分配IP地址 可以内置防火墙功能,GGSN功能,8,封装和隧道传输,FW,SGSN,GGSN,FW,BSS,MS,GPRS 骨干网,Internet,应用服务器,9,非透明接入外部IP网络,RADUS client,SGSN,GGSN,BSS,MS,GPRS 骨干网,ISP,RADIUS server,RADIUS服务器的主要用途是用户鉴权 RADIUS服务器也可以分配IP地址 一个GGSN可以支持多个APN,HLR,Router&Firewall,Internet/ Intranet,10,CG功能,实时采集GPRS话单 临时存储和缓冲GPRS话单 GPRS话单预处理 向计费中心传送GPRS话单,11,BG实现以下运营商互通必须的协议 安全性协议：推荐使用IPSec和防火墙 路由协议：推荐使用BGP 计费协议：运营商协商确定，也许需要BG收集计费信息 一般基于路由器 可与GGSN合设,BG功能,12,DNS功能,SGSN,GGSN(A),BSS,MS,GPRS 骨干网,ISP A,在PDP激活时，解析手机接入IP网络所用的接入点名（APN），以确定本次激活所用的GGSN SGSN之间路由区更新过程中，解析旧SGSN的IP地址,ISP B,Internet/ Intranet,GGSN(B),DNS,SGSN在PDP激活的时候，将APN翻译为与外部网络连接的GGSN的 IP地址,13,GPRS骨干网,用于连接GPRS各节点SGNS、GGSN、CG、BG、DNS、router等 一期GPRS工程GPRS骨干网物理上由CMNet承载，逻辑上和CMNet其他部分划分开来 随着CMNet省网的建设，省内GPRS组网更加灵活,GPRS骨干网,14,GPRS骨干网组网同址局域网连接,告警台,GGSN,SGSN,主用DNS,Gn,Gb,各地的BSS,Gn,Gi,CMNet,备用DNS,LAN Switch,路由器,省网路由器,主用CG,备用CG,OMC Server,维护台,计费中心,Gn业务平面 Gi业务平面 网管平面 计费平面,GPRS网络,15,GPRS骨干网组网异址专线连接（一）,GGSN,SGSN,主用DNS,Gb,各地的BSS,Gn,Gi,CMNet,备用DNS,LAN Switch,路由器 1,GPRS网络,省网路由器,主用CG,备用CG,维护台,计费中心,路由器 2,LAN Switch,SGSN,备用CG,主用CG,BSS,Gn业务平面 Gi业务平面 网管平面 计费平面,OMC Server,告警台,16,GPRS骨干网组网异址专线连接（二）,告警台,GGSN,SGSN,主用DNS,Gn,Gb,各地的BSS,Gn,Gi,CMNet,备用DNS,LAN Switch,路由器 1,GPRS网络,省网路由器,主用CG,备用CG,OMC Server,维护台,计费中心,路由器 2,LAN Switch,合一的GSN,备用CG,主用CG,BSS,城市A,城市B,Gn业务平面 Gi业务平面 网管平面 计费平面,17,保存和更新GPRS用户签约数据 用户鉴权 提供移动性管理和路由选择所需的位置/路由信息及相关处理，如 保存和更新用户服务SGSN号码和地址 GPRS用户位置删除指示 MS是否可及标志 用户跟踪(可选),HLR/AUC功能,18,HLR GPRS用户信息,19,MSC/VLR功能,安装了Gs接口时，MSC/VLR可以支持: SGSN与MSC/VLR的关联的建立和维护 GPRS的联合移动性管理规程 联合IMSI/GPRS附着/分离 联合位置区/路由区更新 电路寻呼协调功能 提高无线资源利用率,20,SMS-GMSC/IWMSC的功能,安装了Gd接口后： 能够通过GPRS发送短消息，减少对SDCCH的占用，从而减少SMS业务对话音业务的影响 原有短消息信息源可以共享 可以由运营者来选择优先通过MSC还是SGSN来传送SMS,21,GPRS网络结构和网元 GPRS网络接口和协议 GPRS地址、编号和标识 GPRS移动性管理 GPRS会话管理,22,GPRS网络接口类型,Gn,BSS,MSC,SMS- GMSC,A,Um,TE,MT,MS,HLR,23,数据传输平面,24,MS-BSS/SGSN信令平面,GMM: GPRS Mobility Management SM: Session Management,25,SGSN内用户数据包传输示例,SNDCP PDU,LLC PDU(来自Gb接口),用户IP包,用户数据,LLC头,SNDCP头,LLC FCS,IP头,UDP头,GTP头,GTP包,UDP包,IP包(去往Gn接口),26,Um接口,物理层：无线编解码、信道复用与映射、无线链路控制和无线测量。 RLC/MAC：无线接口的媒体接入和链路控制功能。 LLC：在MS与SGSN之间提供一条可靠的逻辑链路用于数据传输。LLC协议可同时支持有确认和无确认两种模式，支持加密和不加密两种方式。 SNDCP：层三传输协议，作为网络层与子网层的过渡，对IP/X.25用户数据进行分段/组装、压缩/解压缩等处理。 GMM/SM：层三信令协议,27,L1bis：物理传输层，基于E1或T1 NS：基于帧中继，用于传送上层的BSSGP PDU BSSGP：在传输平台上，该协议用于在BSS与SGSN之间提供一条无连接的链路进行无确认的数据传送；信令平台上用来传送与无线相关的QoS、路由等信息，处理寻呼请求，对数据传输实现流量控制,Gb接口,28,L1/L2：底层传输网络相关的协议，底层传输网络可以是ATM、以太网、DDN、ISDN、帧中继等； IP：用于骨干网内的路由选择。 UDP/TCP：UDP提供差错保护，用于承载不要求可靠传输的PDU；TCP提供流量控制以及丢失和差错保护，用于承载要求可靠传输的PDU。用户数据的传输可以采用UDP也可采用TCP，信令传输采用UDP。 GTP协议：用于GPRS骨干网GSN之间的数据和信令的隧道传输,Gn&Gp接口,29,Gi接口,对应不同的外部PDN，Gi接口也有所不同 最常见的外部网是IP网络（LAN、Intranet或Internet），其它的外部网如X.25分组交换网 基本上应具有安全功能、与外部PDN的相关网络协议相适配的功能 对应于外部IP网络的的Gi接口可以视为一个TCP(UDP)/IP协议栈,30,Ga接口,SGSN/GGSN和CG之间的CDR传输机制 检测CDR处理实体（SGSN、GGSN或CG）之间的通信故障 通报对端CDR处理实体自己的CDR传输能力（如在故障恢复时） 防止由于冗余措施造成的重复CDR的能力,使用GTP协议，该协议相对于GTP有如下增强功能：,31,Gs接口为可选接口，采用BSSAP+协议实现联合的移动性管理、寻呼等功能，提高无线资源有效利用率。,基于BSSMAP+的七号信令接口,32,模式I：SGSN与MSC/VLR通过Gs接口配合进行寻呼，CS的寻呼与PS寻呼在同一寻呼信道下发，MS只需监视一个寻呼信道。如果给MS分配了分组数据信道，则对该MS的寻呼就在该分组数据信道上下发。 模式II：小区中未配置分组寻呼信道，CS寻呼和GPRS寻呼都使用CCCH寻呼信道。MS只需监视CCCH寻呼信道。 模式III：CS寻呼在CCCH寻呼信道上发送，而GPRS寻呼在分组寻呼信道（如果配置了的话）或CCCH寻呼信道上发送。MS需要监视CCCH寻呼信道和分组寻呼信道这两个信道。,Gs接口与网络工作模式,33,GPRS手机类型,A类： 可同时进行分组交换业务和电路交换业务 B类： 可同时附着在GPRS网络和GSM网络上，但不能同时进行电路交换和分组交换业务 C类： 不能同时附着在GPRS网络和GSM网络上,手机将主要以B类和C类为主流！,34,SGSN提供Gs接口,提供Gs接口的情况下，可以通过SGSN下发电路寻呼，这样手机只需要监控一个寻呼信道，有利于降低手机功耗； 提供Gs接口的情况下，可以进行联合的路由区/位置区更新，能够有效提高无线资源利用率，减轻系统信令负荷,Gs,PCU,Internet,CS-Paging,CS-Paging,CS-Paging,A,CS-Paging,Gs接口有无将会影响B类手机！,35,基于MAP+的七号信令接口,Gr接口：SGSNHLR 鉴权、移动性管理所必须 Gd接口：SGSNSMS-MSC 通过GPRS传送SMS，可选 Gf接口：SGSNEIR IMEI检查，可选 Gc接口：GGSNHLR 网络发起PDP上下文激活，可选,36,短消息发送流程,1） SMC决定是否需将一个SMS发给某个MS，然后SMC将SMS发给SMS-GMSC 2） SMS-GMSC检查SMS的目的地址，向相关的HLR发送“Send Routing Info For Short Message“ 3） HLR向SMS-GMSC返回“Send Routing Information For Short Message”。该消息可能包括MS当前所在的SGSN或MSC号，也可能两者都有。如果该消息不包括SGSN号，则HLR知道该MS无法通过SGSN可及。如果不包括MSC号，则 noneGPRS SMS同样可通过GPRS发送。通过SGSN下发SMS比通过MSC/VLR下发更节约无线资源，在SGSN、MSC号都包含的情况下SMS-GMSC将优先选择SGSN下发SMS。 4） 如果返回消息包括SGSN号，则SMS-GMSC将SMS发给SGSN。 5） SGSN将SMS发给MS。 6） SGSN向SMC返回“Forward SMS result“，表明SMS已成功发送。,37,SGSN提供Gd接口,SMS,Gd,PCU,SMS-GMSC SMS-IWMSC,SMS,SMS,Internet,减少对SDCCH的占用，从而减少SMS对话音业务的影响 通过无线分组业务信道下发，适应于短消息业务量不断增长的需求 如果不提供Gd接口，当用户仅仅附着在GPRS网上时，移动用户将无法收发短消息 如果不提供Gd接口，短消息应用业务资源将不能共用,没有Gd接口， 短信都发不成,Gd接口有无将会影响C类手机！,38,SS7组网,三种方式：1 SGSN直接与MSC/VLR连接；2 MSC兼做STP；3 通过独立STP。,SS7 Network,IP Backbone,STP,MSC/STP,SMC-GMSC SMC-IWMSC,MSC/VLR,MSC/VLR,STP,STP,STP,SMC,HLR,EIR,SGSN,SGSN,GGSN,GGSN,SGSN,Gr / Gs / Gd / Gc,Gr / Gs / Gd / Gc,Gr / Gs / Gd / Gc,Gn,Gn,Gn,Gn,Gr,Gf,Gd,Gs,Gc接口采用GTP-MAP转接方式,39,GPRS网络结构和网元 GPRS网络接口和协议 GPRS地址、编号和标识 GPRS移动性管理 GPRS会话管理,40,地址、编号和标识,BSS,SS7,GPRS骨干网,GPRS MS PDP地址 NSAPI P-TMSI IMSI,TLLI,SS7编号 SGSN 内部IP地址,SS7编号 GGSN 内部IP地址,TID=IMSI+NSAPI,X.25/X.75网 X.121地址,IP网 IP地址,外部地址,MS的PDP地址与所接入的外部网络相对应 MS的PDP地址可以静态分配，也可以由GGSN动态分配,41,地址、编号和标识,P-TMSI：附着在GPRS上的用户由SGSN分配一个用于分组域的临时移动用户标识（P-TMSI），与电路域的TMSI相对应 TLLI：用于标识MS和SGSN之间的逻辑链路，根据P-TMSI导出 NSAPI ：NSAPI主要用于指定移动用户的特定PDP Context，用IMSI/NSAPI对或者一个路由区内的NSAPI/TLLI对可以唯一指定一个特定用户的特定PDP Context TID：隧道标识，由IMSI和NSAPI组成，用于在GSN之间（SGSN和GGSN之间，或新SGSN和原SGSN之间）唯一地标识一个PDP上下文,42,地址、编号和标识,GSN地址：为与GPRS骨干网上的其他GSN通信，每个SGSN、GGSN都有一个或多个IP地址（IP v4/IP v6），这些IP地址是GPRS网的内部地址，每个地址可以有一个或几个相应的域名 GSN编号：为与HLR、MSC等通信，每个SGSN还有一个SGSN SS7编号。若GGSN选择了通过Gc接口与HLR相连，则它也应有一个GGSN SS7编号 PDP地址：PDP地址可为：IP地址（IP4地址或IP6地址）或x.121地址（对于X.25业务）,43,RA编号,RAI MCC + MNC + LAC + RAC,路由区是位置区的子集，相等是特殊情况 路由区的划分与业务量的分布和SGSN的处理能力有关,- RAI: Routing Area Identifier - MCC: Mobile Country Code - MNC: Mobile Network Code - LAC: Location Area Code - RAC: Routing Area code,44,接入点名APN,.mnc.mcc.gprs,APN网络标识,APN运营商标识,由以下两部分组成： A）APN网络标识：这部分必有，它是由网络运营者分配给ISP或公司的、与其固定Internet域名一样的一个标识 B）APN运营者标识：这部分可选的，其形式为“xxx.yyy.gprs”，用于标志归属网络 仅APN网络标识通常作为用户签约数据存储在HLR中，用户在发起分组业务时也可向SGSN提供APN，用于SGSN选择应接入相应的GGSN以及用于GGSN判断接入相应的外部网络。此外，HLR中也可存储一个通配符，这样用户或SGSN就可以选择接入一个没有在HLR中存储的APN。 用户可以通过不同的APN选择GGSN，这就是说用户可以激活多个PDP上下文，每个与一个APN相联系。用户选择不同的APN目的就是通过不同的GGSN选择外部网络 APN需要通过DNS进行名字解析才能获取GGSN或外部网络节点的真实的IP地址,45,公有APN和私有APN,SGSN,GGSN,BSS,MS,GPRS 骨干网,,公有APN可以被任何用户访问 私有APN只能被该私有APN的注册用户访问 GGSN对私有APN的接入请求进行鉴权,HLR,MS,163.net,46,GPRS节点,GPRS MS (Subscriber),IP网络地址规划,GSN节点的IP地址可以是私有的或公有的，需要在整个GPRS骨干网内统一规划 对于IPv4，现实的做法是采用位于55范围内的私有地址 一个GSN节点可以分配多个IP地址,网络可以在用户签约时分配给其静态IP地址，或在PDP上下文激活时分配动态IP地址 静态IP地址必须是公有地址，而动态IP地址可以是私有的，也可以是公有的（对IPv4网络来说是不可能的） 分配了私有地址的用户在访问外部IP网络时，网络需要做地址映射和转换工作 用户的IP地址可以由ISP、网络运营商或Intranet分配,47,IP地址分配原则,IP地址的划分应充分考虑GPRS网络未来发展的需要 IP地址的分配要有足够的灵活性 采用CIDR（无类型内部域路由）技术，并且在同一节点内部分配的IP地址应尽量连续 地址划分有层次，便于网络互联，简化路由表 应充分合理利用地址资源，采用VLSM（可变长子网掩码）技术，保证IP地址的利用效率,48,设备IP地址规划,网管和计费接口： 内部接口，安全性要求较高，最好采用私有地址,Gi： Gi接口由于是接入外部数据网的接口，采用公有地址是必然的选择,Gn： 由于需要考虑未来用户国际漫游情况下必须同其它GPRS运营商的设备通信的问题，所以也最好采用公有地址,49,用户IP地址规划（一）,方式： 用户使用WAP业务时使用保留IP地址；用户使用其他业务时（如手机便携上网）采用公有IP地址,优点： 当大量用户使用WAP业务时，节省IP地址空间。 通过GPRS网络使用其他业务的用户相对较少，不需要分配太多IP地址，可以直接给这类用户分配公有IP地址。此时不需要NAT转换，提高效率。 在地址资源的分配方面，WAP业务和其他业务不会相互影响。,缺点： 当大量用户使用类似手机便携上网的业务时，由于这种业务持续时间长，会长期占用公有IP地址，可能使同样使用同类用户分配不到地址资源 GPRS各网络设备的IP地址不在同一地址空间，用户接入时必须根据接入点名决定分配的地址空间，增加了维护的难度。,50,用户IP地址规划（二）,缺点： 用户地址全部使用私有地址，使得手机便携方式上网时也必须经过NAT转换，因此效率略有降低,方式： 用户地址全部分配保留IP地址,优点： 更为节省IP地址，而且在地址分配方案、APN规划方面都更为简洁，网络的维护管理也更加简单方便。,51,GPRS网络结构和网元 GPRS网络接口和协议 GPRS地址、编号和标识 GPRS移动性管理 GPRS会话管理,52,路由区：位置区的子集 移动性管理实体：SGSN、HLR和MS GMM状态 空闲：GMM上下文未建立，MS不可及 待命：GMM上下文已建立，MS可接收寻呼，但不能进行数据传送； 就绪：MS可以进行数据传送； GMM上下文 MS相关标识 GMM状态 MS的位置信息（路由区标识、小区标识） 当前服务SGSN的地址、VLR编号(MS only) 加密算法、鉴权参数,移动性管理概念,53,一般功能 GPRS附着：建立起MM上下文，MM状态转为就绪 GPRS分离：删除MM上下文，MM状态转为空闲 可以由MS发起或由网络侧发起 安全性功能：鉴权、加密、标识校验等 位置管理：路由区更新、周期性路由区、小区更新 网络侧特定功能 与HLR配合进行GMM上下文清除 用户数据管理 MS类标处理 与MSC/VLR配合进行联合位置更新、联合寻呼等,移动性管理 主要功能,54,移动性管理 GMM与MM的协同,目的 提高无线资源有效利用率 减少网络信令流量 前提 SGSN和MSC/VLR支持Gs接口 功能 联合IMSI/GPRS附着 联合IMSI/GPRS分离 联合路由区/位置区更新（包括周期性的）,55,GPRS 手机状态,空闲(Idle)状态： 用户未连到GPRS用户移动性管理(MM) MS和SGSN Context不包含该用户的有效位置及路由信息 GPRS MS不可及 保持(Standby)状态： 用户被连到移动性管理，MS和SGSN为用户建立MM Context SGSN MM Context中包含GPRS RA信息 MS可接收寻呼，但不能进行数据传送 就绪(Ready)状态： MS执行移动性管理程序，网络获知用户小区位置信息 MS可以发送和接收数据 MM Context保持在就绪状态（无数据发送），直到定时器超时，转为保持状态,56,Idle,GMM状态模型,57,IMSI current SGSN,GPRS手机附着规程,SGSN,MS 空闲状态,IMSI TLLI + current RA+ subscription data,58,SGSN内的路由区更新,SGSN,RA1,RA2,MS 处于准备 或就绪状态,59,SGSN间的路由区更新 (1),Routing_Area_update_req (RA1),SGSN_context_resp (MM_ctxt, PDP_ctxt),new,old,SGSN,SGSN,GGSN,RA1,RA2,DNS,60,SGSN间的路由区更新 (2),new,old,SGSN,SGSN,RA1,RA2,61,GPRS网络结构和网元 GPRS网络接口和协议 GPRS地址、编号和标识 GPRS移动性管理 GPRS会话管理,62,会话管理和路由的概念,会话管理实体：SGSN、GGSN和MS PDP上下文状态 非激活状态：PDP上下文不包含处理分组数据包所需的路由及映射信息，对于用户的路由区更新信息不作修改，不能进行数据传送 激活状态： PDP上下文包含处理分组数