GPRS网络结构及功能、协议总结.doc

二、GPRS概述1、小区和路由区一个路由区有若干个邻近小区组成小区（CGI）：一组无线电基站提供服务的区域路由区：用来平衡位置更新业务和寻呼业务小区重新选择：MS从一个基站转移到另一个基站位置更新：MS改变了小区，则执行位置更新程序通知网络。寻呼：数据到达空闲的MS，网络便发布通告，要求与此移动台建立通信。小区追踪：正在发送和接收数据的移动台，网络在小区级别上进行追踪，即网络对正在使用的小区进行追踪。路由区追踪：处于空闲状态的移动台，网络在路由区级别上进行追踪，即网络追踪路由区域。GSM网中每个小区和一个位置区域（LA）相联系GPRS网中每个小区和一个路由区（RA）相联系2、接入SGSN授权：验证移动台用户信息的过程鉴权：验证移动台身份的过程SGSN追踪MS，确定MS的位置MS创建一个PDP地址（如IP地址）后，才可以开始传输数据分组3、PDP数据分组协议前后关系（上下文）PDP地址可以是X.25、IP或两者都是每个PDP地址都固定在GGSN静态分配的PDP地址：通常锁定在用户本网的GGSN中动态分配的PDP地址：通常锁定在用户本网或用户所访问的网络中创建PDP地址：在现有SGSN和锁定PDP地址的GGSN之间建立联系PDP前后关系（上下文）：SGSN保持的记录和GGSN认定这一联系一个MS只能附属于一个SGSN，而它却可以拥有多个PDP地址，并且同时处于活动状态。每一个地址锁定在不同的GGSN中。4、GPRS终端分为A、B、C三类5、GPRS的应用网上聊天、文本和可视信息、静态图像、动态图像、网页浏览、文档共享/协同工作、音频、工作分派、企业内部电子邮件、因特网电子邮件、车辆定位、远程局域网接入、文件传输、家庭自动化6、GPRS网络结构GPRS/NSSGSM/NSSPSTN/ISDNInternet或 IntranetsSGSNGGSNPCU新的标准,提供与分组数据网之间的高效数据分组路由和传送提供的业务包括: 直接 IP 连接 点对点 或 点对多点使用现有的BSS基础设施提供增值业务新增两个网络单元：SGSN、GGSNPCU分组控制单元：将数据业务指向GPRS网，PCU在基站子系统外为分组数据业务提供物理接口和逻辑接口。当话音和数据业务在用户终端初始化时，就通过空中接口传输到BTS，且以标准GSM呼叫的同样方式从BTS传输到BSC。在BSC的输出端，话务量被分开了：语音信号传送到标准GSM的MSC，数据信号通过帧中继接口的PCU发送到SGSN上。分组数据传输速率9.6171kbit/sSGSN/VLRMSC/VLR域名服务器（DNS）：把域名转化为IP，反之亦然动态主机配置协议（DHCP）：为移动台提供自动寻址和重新寻址。数据路由：GPRS网络的主要特点之一是移动用户收发的数据分组路由。这一特点可以分为两方面：数据分组路由和移动性管理GPRS移动性管理：MS3个状态：空闲、守候、就绪向激活移动台的分组传输是从分组寻呼开始的，分组寻呼通知移动台准备接收数据分组。分组寻呼通过有寻呼消息表示的信道后，数据传输立即开始进行。分组寻呼消息的目的是简化接收分组的过程。移动台只接听分组寻呼消息，而不是下行信道中所有数据分组，从而大大减少电池的耗费。设置守候状态的主要原因：减少GPRS网中由于小区信息更新所引起的负荷并保留移动台的电池消耗。当移动台处于守候状态时，SGSN无需知道每个小区的变化，只需知道每个路由区的变化。7、GPRS协议GSM RF层：管理MS和BSS间的物理连接，这一层实际上对应于BTS中的信道编解码单元CCU。分为物理RF层（与调制与解调任务相对应，GSM中采用GMSK调制和Viterbi解调）、物理链路层（在射频接口的物理信道上提供信息的传输：主要完成信道编码（FEC前向纠错）、交织、射频信道测量（接收质量和信号电平、定时提前量、物理链路拥塞检测）、无线电管理过程（小区选择/再选择、功率控制、DRX）注：加密功能由LLC逻辑链路控制层完成。媒体接入控制层（MAC）：使多个MS分享同一的传输媒体。它直接与物理层连接。在上行链路上（如一MS初始接入），MAC作用是对在多个用户同时提出申请接入时，对有限的物理资源进行合理的管理。解决机制：基于时分的ALOHA协议。MAC层的协调功能还解决一个MS内不同业务对有限的无线信道资源的竞争。在下行链路上（如MS终端），MAC对接入请求进行排队并制定接入时间表。MAC层也对将发送的数据赋予不同的优先级，而后按优先级的次序进行传输。信令数据比用户数据有更高的优先级。信令和用户数据复合后进入传输介质。MAC层关键标识符：TBF、TFI。3种媒体接入方式：固定分配、动态分配、扩展动态分配。无线链路控制层（RLC）：主要负责对发网空中接口的数据进行分段和重组。支持两种操作模式：回复（进行有选择的重发）或不回复（不能保证RLC块的成功发送）。逻辑链路控制层（LLC）：在MS和SGSN之间提供了一个高可靠性的加密逻辑链路。该逻辑链路通过TLLI来识别。LLC层独立于低层无线接口协议，支持MS和SGSN间点对点及点对多点的数据传输。LLC层用户SNDCP、GMM/SM、SMS。功能：证实用非证实消息的传递、流量控制、帧错误检测。LLC层业务接入点（SAP）指第三层协议提供业务的地方，LLC层共给上层用户提供了6个SAP（4个专用于SNDCP层、1个专用于GMM、1个专用于SMS）。每个SAP通过SAPI来标识。GPRS移动性/会话管理（GMM/SM）：包括连接、认证和传递会话管理报文（包括PDP上下文激活和去激活）等。GMM子层中使用分组TMSI（P_TMSI）来标识一个MS，但要用TLLI来对无线资源寻址。子网相关汇聚协议层（SNDCP）：主要功能是多个PDP上下文的复用、用户数据的压缩和解压缩、协议控制消息的压缩和解压缩、将网络层分组数据单元（N-PDU）分解为LLC-PDU，同时将LLC-PDU组装成N-PCU。网络业务层（NS）：主要功能是网络业务PDU的传输、网络拥塞指示、状态指示。分为网络业务子网部分（定义了所用的第二层协议（如帧中继、ATM等）和网络业务控制部分（NS-VC网络业务控制实体对等层之间的虚电路，由NS-VCI标识；对于帧中继网络，NS-VC就是PVC永久虚连接，由DLCI标识PVC）。负荷分担。BSS的GPRS协议层（BSSGP）：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BSS和SGSN之间传输用户数据时的需要。BSSGP虚连接（BVC）是网络业务给BSSGP实体提供的通信路径，由BSSGP虚连接标识符（BVCI）标识。每个BVC由一组NS-VC支持，每组NS-VC支持一个或多个BVC。BVCI和NSEI一起标识SGSN中的一个BVC。BSSGP中用BVCI来标识一个小区。GPRS隧道协议（GTP）：用于GPRS骨干网中GSN节点之间的接口协议，由GTP信令和数据传输程序组成。GTP协议仅由SGSN和GGSN执行。GPRS规范中规定了采用无连接路径协议UDP/IP传送GTP信令信息，选取UDP/IP无连接路径或TCP/IP面向连接路径上建立的隧道传送用户分组数据。BSSAP+ Subset of BSSAP procedures BSSAP程序子集GPRS的RR状态:分组传输模式、分组空闲模式GTP协议（GPRS隧道协议）：GPRS网把所有的数据网络协议封装到自己的封装协议中。目的为了确保骨干网的安全性，简化路由机理及数据在GPRS网上的传输。Gb：PCU与SGSN之间，用于帧中继；Gr：SGSN与HLR之间，用于移动应用部分（MAP）的扩展；Gn：SGSN与GGSN之间，用于GTP（隧道）协议；Gi：GGSN与PDN之间（X.25和因特网协议（IP）；Gs：SGSN与MSC/VLR之间，用于支持同步的GPRS和GSM操作，它与基站移动请求部分（BSSMAP）相同，但可任意选择；Gd：通过GPRS传送SMS消息（与GSM的MAP相同）；Gc：GSN与HLR之间（与MAP相同，可选项）。每个SGSN用帧中继网络连接到PCUSGSN和GGSN在基于IP路由的GPRS骨干网连接在一起。GPRS利用GTP协议来开拓协议数据单元（PDU）。GPRS通过封装和拆装传输相应的PDU。GTP IPv4被用作GPRS骨干网网络层协议。GPRS支持MS与IP和X.25的互通，IP优先，X.25次之。8、TDMA-GPRS物理信道（时隙）已经分配给GPRS业务的物理信道叫做分组数据信道（PDCH）各种逻辑信道的组合可以映射成一个物理信道。物理信道也可以合起来以提供更高的数据传输速率。网络可以根据需求动态地为GPRS优选可变的物理信道的数目。9、GPRS逻辑信道GSM中，逻辑信道表示特定的实体之间的信息流。逻辑信道是在物理信道（如PDCH）中实现。多个逻辑信道利用一个超帧结构以时分方式映射到同一个物理信道。几个组合逻辑信道可以通过多元化方式映射到同一个物理信道。10、GPRS设备的功能信道编解码单元（CCU）：处理新的编码方案（及任何压缩编码技术），位于BTS中，其功能是信道编解码功能（如前向纠错和空中接口的交织）、无线信道测量（接受信号的质量）、无线管理等。分组控制单元（PCU）：提供与GPRS网（帧中继）的接口并管理时隙分配第三层的业务要通过一个业务接入点（SAP）提供，每一个节点都分配了称为业务接入点标识（SAPI）的不同标识。与SAP相连的可以是一个或多个终端，该SAP通过一个数据链路连接标识（DLCI）来识别。数据链路连接：MS与BTS之间存在对等协议，两者之间的虚拟连接叫做数据链路连接。Agprs接口（分组化的无线接口）：BSC与PCUSN之间，同步面向连接的链路，由专用Agprs PCM64kbps信道组成，支持一个信令64kbps的LAPD信道（T1上是TS-24；E1上是TS-16或TS-31），传输3种不同的SAPI：SAPI0：Agprs RSL无线信令链路=共享GSM和GPRS，传送专用于对GSM和GPRS之间GPRS时隙和动态无线电时隙进行分配的所有消息SAPI1：Agprs GSL GPRS无线信令链路=RACH，直接分配，寻呼，为MS建立许可的临时块流（TBF）的信道请求，为TBF下行链路建立从PCU到MS的寻呼请求。SAPI62：Agprs OML操作维护链路=无线电配置，传送专用于对GSM和GPRS之间GPRS时隙和动态无线电时隙进行分配的所有消息Gb接口（分组网络接口）：异步非连接的SGSN功能：移动性管理（MM）（可实现会话管理，状态控制-移动台状态，数据分组在下行链路的传输，包括位置跟踪等）、利用网际协议（IP）在第三层传输分组数据、鉴权、加密、压缩等；临时存储功能、SGPR连接、启动去连接请求、用户的入网信息。GGSN功能：SGSN和外部数据网之间的互连点，提供GPRS用户和IP之间的安全通信，在GPRS网络系统自身内提供隧道能力，完成类似于网关移动交换中心的功能，接近于IP的路由器。HLR：网络数据库，任何网络中（逻辑上）只存在一个HLR，尽管HLR可能是分布式的。存储的信息与网络中注册的所有用户有关，包括用户的ID、MSISDN、IMSI、当前（交换区）位置和所选择的用户开户入网服务（包括给定的服务质量（QoS）、静态分配PDP地址、漫游许可等）等。VLR功能：拥有与HLR类似的信息、与每个MSC一对一的关系、暂存存储器（LAI、存储鉴权参数、MSRN、TMSI或P_TMSI）BG边界网关：提供PLMN间和内部PLMN骨干网之间的接口，提高了网络的安全性，支持不同网络间的漫游协议。SS7到IP的网关(SIG)功能：提供IP网络中GPRS节点和SS7网络中GSM节点之间的互连。SIG负责从GSM HLR到恰当的SGSN的路由消息。SIG把SS7网上由GSM HLR引起的TCAP/GSM MAP编码消息转换成用户数据报协议/因特网协议消息，对Gr接口实现MAP/IP到MAP/TCAP的转换。域名系统：建立域名和IP地址之间的映射关系动态主机配置协议（DHCP）：配置参数动态分配IP地址、子网掩码、缺省路由器（GGSN地址）、域名系统（DNS）服务器；将IP地址和配置信息动态分配给网络设备，减少为网络使用的手动配置计算机的管理负荷。为了实现通信，每个系统必须至少应拥有IP地址、子网掩码、路由器地址。计费网关功能（CGF）：确保计费准确无误。由计费记录采集器、集中处理器、数据流分配器三个功能区组成。管理维护中心（OMC）功能：所有交换部件和规程的事件和报警，故障管理，性能管理，安全管理等。包括OMC-R（管理PCUSN）、OMC-D（管理GPRS核心网设备，包括GGSN、SGSN、SIG、公共服务（PS）（如DNS/DHCP）、RADIUS）、OMC-S（管理GSM核心网设备）。网络管理中心（NMC）功能：主干路由管理、高级报警、OMC辅助。在整个国家或地区网络中，所有OMC都要向NMC提供报告。11、GPRS主要工作过程移动管理（MM）：MS能够发送数据前，必须先进行GPRS连接（MS与网络（SGSN）之间的连接过程），建立与某个SGSN的连接，并被分配P_TMSI后，分配一个临时逻辑链路标识（TLLI）。连接后，就能为一个或多个分组数据协议（PDP）的一个或多个路由环境而与SGSN进行协商。GPRS用户3种MM状态：空闲、就绪（定位到小区级）、等待状态（定位到路由区级）GPRS附着：需要MS的P_TMSI和其所在区域的（RAI）IMSI附着：GSM所特有，若MS还没分配TMSI或P_TMSI，则可通过GPRS连接实现IMSI/GPRS附着由MS发起的GPRS去附着由网络发起的GPRS去附着由MS发起的PDP上下文激活由网络发起的PDP上下文激活来自MS的GPRS数据传输GPRS数据向MS传输由MS发起的PDP上下文去激活由网络发起的PDP上下文去激活安全功能：鉴权（加密密钥Kc、随机数RAND、认证响应SRES）、加密Web接入12、射频和MS-PCUSN接口GSM RF层：管理MS和BSS间的物理连接，这一层实际上对应于BTS中的信道编解码单元CCU。分为物理RF层（与调制与解调任务相对应，GSM中采用GMSK调制和Viterbi解调）、物理链路层（在射频接口的物理信道上提供信息的传输：主要完成信道编码（FEC前向纠错）、交织、射频信道测量（接收质量和信号电平、定时提前量、物理链路拥塞检测）、无线电管理过程（小区选择/再选择、功率控制、DRX）注：加密功能由LLC逻辑链路控制层完成。分组逻辑信道：PRACH UL-MS利用它发起上行链路传输，来发送数据或信令信息，获取任一定时提前信息，采用8bit或11bit的接入突发序列。PPCH DL-寻呼MS，寻呼优先级高于数据传输，寻呼在路由区域内处于待机模式的MS。PAGCH DL-在分组传输的建立过程中。它用来发送资源分配信息。若MS当前正处于接入一个分组传输的过程中，那么资源