（信号与信息处理专业论文）基于gprs的配电负荷监测管理系统.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文主要论述利用g p r s 技术和电力管理信息系统进行配电负荷监测的方法和 具体实现过程。首先介绍g p r s 技术的基础理论，通过对g p r s 优越性的论证及对 g p r s 在电力通信网中的可行性分析，确定利用g p r s 网络进行数据传输；其次介绍 管理信息系统的相关知识及开发工具的选用，经过详细的分析以及与指导老师的讨 论，本系统选择e c l i p s e 来开发电力m i s ；然后介绍系统总体设计方案及g p r s 通信 规约；接着详细介绍数据库和基于g p r s 配变监测中心软件的设计。论文的成果将 对实现对配变的实时监测、保证配网的正常优化运行提供科学依据，本系统可作为 用电管理的重要组成部分，也是城区配网自动化的有益补充，有利于合理调度和分 配负荷，因而具有良好的社会效益和经济效益。 关键词g p r s ，配电变压器，监测系统，主站软件 a b s t r a c t t h i sp a p e l m a i n l yd i s c u s s e st h em e t h o d sa n dc o n c r e t er e a l i z a t i o no ft h ep r o c e s sf o rp o w e r d i s t r i b u t i o nl o a dm o n i t o r i n gu s i n gg p r st e c h n o l o g ya n dm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m s f i r s t l y , i n t r o d u c e st h eb a s i ct h e o r yo fg p r st e c h n o l o g ya n dd e t e r m i n e st ou s eg p r sn e t w o r k f b rd a t a 仃a n s m i s s i o nt h r o u g ht h ed e m o n s t r a t i o no ft h es u p e r i o r i t yo ft h eg p r sa n dt h e a n a l y s i st og p r si nt h ee l e c t r i cp o w e rc o m m u nic a tio n sn e t w o r kf e a s i b i l i t y ：s e c o n d l y , i n t r o d u c e s t h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mr e l a t e dk n o w l e d g ea n dd e v e l o p m e n tk i t s e l e c t i o n , p a s s e st h r o u g ht h ed e t a i l e da n a l y s i sa sw e l la sw i t hi n s t r u c t st e a c h e r sd i s c u s s i o n t h i ss y s t e mc h o s ee c l i p s et od e v e l o pt h ep o w e rm i s ；t h i r d l y , i n t r o d u c e st h es y s t e md e s i g n p r o g r a m m e r sa n dg p r sc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ；t h e nm a i n l yi n t r o d u c e st h ed e s i g no ft h e d a t a b a s ea n dd i s t i l b u t i o nt r a n s f o r m e rm o n i t o r i n gc e n t r es o 小c v a r eb a s e do ng p r s t h er e s u l t s o ft i l ep a p e l w i l lp r o v i d eas c i e n t i t l eb a s i sf o ra c h i e v i n gr e a l t i m em o n i t o r i n go fd i s t r i b u t i o n t r a n s f o r m e ra n de n s u r i n gt h en o r m a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r ko p f i m i z a t i o n a lo p e r a t i o n g p r s m o n i t o ra n dm a n a g e m e n ts y s t e mc a nb eu s ea sap a r to fp o w e ru s a g es y s t e mo r d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o ns y s t c m i th a si m p o r t a n ts i g n i f i c a t i o nt od i s p a t c ha n dd i s t r i b u t e l o a d i th a sg r e a t b e n e f i t st os o c i e t ya n d e c o n o m y s h a nl i h u a ( s i g n a la n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ) d i r e c t e db yp r o f s u nf e n g i i e k e y w o r d s ：g p r s ，d i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e r , m o n i t o r i n gs y s t e m ，s y s t e ms o f t w a r e 华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文主要论述利用g p r s 技术和电力管理信息系统进行配电负荷监测的方法和 具体实现过程。首先介绍g p r s 技术的基础理论，通过对g p r s 优越性的论证及对 g p r s 在电力通信网中的可行性分析，确定利用g p r s 网络进行数据传输；其次介绍 管理信息系统的相关知识及开发工具的选用，经过详细的分析以及与指导老师的讨 论，本系统选择e c l i p s e 来开发电力m i s ；然后介绍系统总体设计方案及g p r s 通信 规约；接着详细介绍数据库和基于g p r s 配变监测中心软件的设计。论文的成果将 对实现对配变的实时监测、保证配网的正常优化运行提供科学依据，本系统可作为 用电管理的重要组成部分，也是城区配网自动化的有益补充，有利于合理调度和分 配负荷，因而具有良好的社会效益和经济效益。 关键词g p r s ，配电变压器，监测系统，主站软件 a b s t r a c t t h i sp a p e l m a i n l yd i s c u s s e st h em e t h o d sa n dc o n c r e t er e a l i z a t i o no ft h ep r o c e s sf o rp o w e r d i s t r i b u t i o nl o a dm o n i t o r i n gu s i n gg p r st e c h n o l o g ya n dm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m s f i r s t l y , i n t r o d u c e st h eb a s i ct h e o r yo fg p r st e c h n o l o g ya n dd e t e r m i n e st ou s eg p r sn e t w o r k f b rd a t a 仃a n s m i s s i o nt h r o u g ht h ed e m o n s t r a t i o no ft h es u p e r i o r i t yo ft h eg p r sa n dt h e a n a l y s i st og p r si nt h ee l e c t r i cp o w e rc o m m u nic a tio n sn e t w o r kf e a s i b i l i t y ：s e c o n d l y , i n t r o d u c e s t h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mr e l a t e dk n o w l e d g ea n dd e v e l o p m e n tk i t s e l e c t i o n , p a s s e st h r o u g ht h ed e t a i l e da n a l y s i sa sw e l la sw i t hi n s t r u c t st e a c h e r sd i s c u s s i o n t h i ss y s t e mc h o s ee c l i p s et od e v e l o pt h ep o w e rm i s ；t h i r d l y , i n t r o d u c e st h es y s t e md e s i g n p r o g r a m m e r sa n dg p r sc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ；t h e nm a i n l yi n t r o d u c e st h ed e s i g no ft h e d a t a b a s ea n dd i s t i l b u t i o nt r a n s f o r m e rm o n i t o r i n gc e n t r es o 小c v a r eb a s e do ng p r s t h er e s u l t s o ft i l ep a p e l w i l lp r o v i d eas c i e n t i t l eb a s i sf o ra c h i e v i n gr e a l t i m em o n i t o r i n go fd i s t r i b u t i o n t r a n s f o r m e ra n de n s u r i n gt h en o r m a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r ko p f i m i z a t i o n a lo p e r a t i o n g p r s m o n i t o ra n dm a n a g e m e n ts y s t e mc a nb eu s ea sap a r to fp o w e ru s a g es y s t e mo r d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o ns y s t c m i th a si m p o r t a n ts i g n i f i c a t i o nt od i s p a t c ha n dd i s t r i b u t e l o a d i th a sg r e a t b e n e f i t st os o c i e t ya n d e c o n o m y s h a nl i h u a ( s i g n a la n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ) d i r e c t e db yp r o f s u nf e n g i i e k e y w o r d s ：g p r s ，d i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e r , m o n i t o r i n gs y s t e m ，s y s t e ms o f t w a r e 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于g p r s 的配电负荷监测管理系 统，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：堕旦翌日期：鲨墨：! 多 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 重函晕 导师签名： 日期：巡乏多 华j 匕屯力大学硕+ 学位论文 1 1 选题意义及背景 第一章绪论 电力工业是关系到国计民生的基础产业，随着我国加入w t o 以及电力改革的 深入发展，电力供应将以卖方市场逐步走向买方市场，对直接将电能供给低压用户 的配电网的供电可靠性、电能质量等提出了更高的要求。配电变压器( 简称配变 是 将电能直接分配给低压用户的电力设备，其运行数据是整个配电网基础数据的重要 组成部分，其运行水平对国民经济的发展及人民群众生活的提高有重大影晌n 1 。配 电变压器量大面广，其安装及运行情况十分复杂，运行中常出现电压质量不合格、 功率因数低、三相不平衡等情况。实时监测配电变压器运行中的各种参数，依据采 集的数据进行分析，及时发现配电变压器运行中出现的异常情况并加以控制和解 决，可以实现电阚的稳定优化运行口舢。 长期以来，低压配电网络一直是供电系统运行可靠性的薄弱环节之一，一些配 电变压器和配电线路因过载发热、线损率高、电压质量合格率低等，既容易烧毁设 备，也容易危及低压电网安全可靠运行h 3 。多年来，由于低压配电网络缺乏这方面 的自动化检测手段，供电部门对配电变压器的监视与管理大多限于入工巡视，配变 的运行工况、负荷变化情况、配变的损耗情况等仅靠目测与估算，没有准确的数据。 这样一方面造成了配变的利用率低下，另一方面配变还在不断地增容，加大了投资， 另外对配变的电能质量无法监测和控制岱h 引。因此，研究开发出维护成本低、性价 比较高的配电负荷监测管理信息系统势在必行。 在已有的监测系统中，通信经常成为这类系统的瓶颈，总是存在着可靠性与经 济性两者不可调和的矛盾。在配电变压器监测系统的通信中，可以采用数传电台、 g s m 短消息、光纤接入等方式。数传电台的优势是除了每年的频点费以外，平时运 行无需额外费用；缺点是受地形、气候的影响较大，造成系统的可靠性、实时性较 差，无法主动上报。g s m 短消息方式可以实现主动上报；缺点是按条收费，运行费 用高，而且在节假日短消息中心服务器繁忙时延时相当长。光纤通信稳定可靠，但 是施工成本投入大、扩展性差、设备维护方面不方便。而g p r s 具有永远在线、传输 速率高、按流量收费、连接速度快、适合不定期和长时期数据传输的特点，避免了 华北电力大学硕士学位论文 以上问题，使得配变监测系统实现远距离、宽范围的数据传输和管理成为可能口引。 综上所述，将g p r s 技术与配电负荷监测的实际需求相结合，解决对配电负荷的 实时监测问题，形成功能强大、实用、性能可靠、使用方便的配电负荷监测管理系 统。 1 2 论文的主要工作 本论文的主要工作，进行配电负荷监测管理系统的分析和软件的设计，利用 g p r s 无线通信技术实现数据传输，具体工作分为分析和设计两大部分。 1 2 1 配电负荷监测管理系统的分析 1 分析g p r s 网络技术，对g p r s 网络通信方案的可行性和先进性进行论证，确 定利用g p r s 网络进行数据传输； 2 分析电力m i s 及开发工具的相关技术，选用e c l i p s e 作为开发平台，采用m i s 系统开发，对系统各模块进行划分。 1 2 2 配电负荷监测管理系统的设计 1 总体方案设计，配变监控终端( t t u ) 的硬件结构和通信协议设计。 2 数据库的设计：分析关系数据库，根据关系数据库的设计规则，创建系统 所需的后台数据表。 3 配变监测主站软件的设计：根据实际使用情况，实现监测管理系统的所有 功能。 4 系统软件测试：对主站软件进行功能和性能测试，整个系统联试，保证系 统的可靠运行。 2 华北电力大学硕士学位论文 第二章g p r s 技术介绍 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 系统通过在原有的g s m 系统中引入分组 数据单元提供无线系统上的数据业务。作为承载网络，g p r s 系统本身采用i p 网络 结构，并对用户分配独立地址，将用户作为独立的数据用户，从而实现了从网络到 移动用户的端到端的数据应用阳1 。g p r s 采用与g s m 同样的无线调制标准、同样 的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的t d m a 帧结构，这种新的分 组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。g p r s 可以看作是原有的 g s m 电路交换系统的基础上进行的业务扩充：由新增的网络实体对g s m 数据进行 旁路，支持移动用户利用分组数据移动终端接入i n t e m e t 或其他分组数据网络，原 g s m 网络完成语音功能，因此，现有的基站子系统( b s s ) 从一开始就可提供全面的 g p r s 覆盖。g p r s 允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要 利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。 g p r s 技术在端到端的高层提供了灵活的差错控制和流量控制，减少了中间网络低 层环节不必要的开销，并在网络部分环节上增加控制，提高了安全性。通过设置服 务等级q o s 等手段，可有效的控制和分配延时、带宽等性能，特另i j 适用于间断的、 突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。当g p r s 系 统占用8 个时隙并且采用c s 4 编码方式( 速率2 1 4 k b s ) 时，其理论带宽可达 1 7 1 2 k b s ，实际应用带宽大约在1 0 一7 0 k b s ，在此信道上提供t c p i p 连接，可以 用于i n t e r n e t 连接、数据传输应用，具有广泛的应用前景0 。 在g s m 的系统上构建g p r s 时，g s m 系统中的绝大部分部件都不需要作硬件 改动，只需要软件升级。g p r s 系统构成方法如下： 1 在g s m 系统中引入3 个主要组件 1 ) g p r s 服务支持结点( s g s n ，s e r v i n gg p r ss u p p o r t i n gn o d e ) ； 2 ) g p r s 网关支持结点( g g s n ，g a t e w a yg p r ss u p p o r tn o d e ) ； 3 ) 分组控制单元( p c u ) ； 2 对g s m 相关部件进行软件升级 2 1 g p r s 网络结构及相关接口 2 1 1g p r s 网络结构 g p r s 是基于g s m 的现有网络，在网络中增加新的节点用来支持g p r s 业务 2 m 引。其网络的基本结构如下： 3 华北电力人学硕士学位论文 l b i l l i n g i l 墨y 兰! 宝坚l 图2 1g p r s 网络结构 在9 0 0 1 8 0 0 m 的g s m 的系统中提供g p r s 的业务，其增加的主要节点有g p r s 网关支持节点g g s n ( g a t e g p r s s u p p o r t i n gn o d e ) 、g p r s 的业务支持节点 ( s e r v i n g g p r s s u p p o r tn o d e ) 和p c u ( 分组处理单元) ，还有如：d n s 域名服务器，c g 计费网关，b g 边界网关等等。要使用g p r s 网络，需要对原有g s m 系统设备的 h l r ，v l r ，m s c ，s m c ，b s c 和b t s 硬件和软件升级使之能够支持g p r s 业务，移动 台也必须是g p r s 移动台或g p r s g s m 双模移动台。 p c u 与b s c 协同作用，提供无线数据的处理功能，如逻辑链路与物理链路的 映射、数据包的拆封、数据包的确认、无线数据信道的分配等。 s g s n 主要进行移动数据的管理、用户数据库的访问及接入控制、提供i p 数据 包到无线单元的的传输通路和协议变换等功能。 g g s n 主要起网关作用，负责和外部数据网络的接口，进行数据包的转发n 钔。 g p r s 的规范中定义了三种类型的终端( a ，b ，c 类) ，a 类终端可同时支持g p r s 业务和电路交换业务，两种业务可同时进行。b 类终端，支持g p r s 业务和电路交 换业务同时连接，但不是同时工作，当终端工作在电路交换业务g p r s 的虚电路将 会取消，其g p r s 的虚电路连接会处于忙或保持的状态。c 类终端不能同时支持 g p r s 业务和电路交换业务，只能选择其中之一。 2 1 2g p r s 网络接口 和原来g s m 的网络相比，g p r s 增加了几个主要的接口n 5 6 3 ： 1 g b 接口：提供b s s 和s g s n 之间的连接，用以传送小区管理和路由区切换 信息、进行m s 与s g s n 之间的数据传送、移动性管理( 位置跟踪) 和安全管理功能 并提供m s 鉴权和登记功能。 2 g r 接口：s g s n h l r 之问的接口，用以传送m s 的加密信息、鉴权信息和 4 华北电力大学硕士学位论文 用户数据库信息等。h l r 保存g p r s 用户数据和路由信息( i m s i ，s g s n 地址) ，每 个i m s i 还包含分组数据协议p d p 信息，包括p d p 类型( x 2 5 或i p ) ，p d p 地址及其 q o s 等级以及路由信息。 3 g n 接口：s g s n 和g g s n 之间的接口，通过g p r s 隧道协议( g t p ) 建立s g s n 和外部数据网( x 2 5 或i p ) 之间的通道，实现m s 和外部数据网的互联。 4 jg i 接口：g g s n 与外部数据网之间的接口，g g s n 通过g i 口实现g p r s 网 和外部数据网的互联。g g s n 实际上是两个互联网网关，g p r s 本身属于i p 领域网 络，g i 接口支持x 。2 5 和i p 协议。根据协议和i p 网络的基本要求，可由运营商在 g i 接口上配置防火墙，进行数据和网络安全性管理；配置域名服务器进行域名解析； 配置动态地址服务器进行m s 地址的分配；配置r a d i u s 服务器进行用户接入鉴权等。 增加的其他接口为： g d 接口：s g s n 与s m s g m s c ( 短消息业务的网关m s c ) s m s i w m s c ( 短消息业 务的网间m s c ) 之间的接口。 g s 接口：s g s n 与m s c ( 移动交换中心) v l r ( 访问位置寄存器) 之间的接口。 g c 接口：g g s n 与h l r 之间的接口。 g a 接口：g g s n s o s n 与c g f ( 计费网关) 之间的接口。 g f 接口：s g s n 与e i r ( 设备标识寄存器) 之间的接口。 2 2g p r s 协议 交换子系统b s s 的传输平面是基于分组交换的i p 网络的，它通过g b 接口和基 站子系统通信，保持彼此之间的相互独立。g p r s 移动台和s g s n 之间通过 s n d c p ( s u b n e t w o r kd e p e n d e n tc o n v e r g e n c ep r o t o c 0 1 ) 协议建立逻辑链路。s n d c p p d u 通过l l c 层，透明的经过基站子系统进行传输，实现了与用户无线子系统以 及媒体接入技术无关的、相对稳定的接口。g p r s 骨干网中采用“隧道 技术在g s n 之间传输数据。隧道协议将其他协议的数据帧或包重新封装后通过隧道发送。新的 帧头提供路由信息，以便通过互联网传递被封装的负载数据。图2 2 是移动台( m s ) 和b s s 、s g s n 、g g s n 之间的g p r s 分层协议模型。 5 华北电力大学硕十学位论文 a p p l i c a t i o n i p x 2 5 l p ) ( 2 5 s n d c p 溢竺么 g t p l i cu d p u d p l l c t c p t c p r e l a v b s s g p r l c y p 1 1 r l cb s s g p n e t w o r k n e t w o r k m a c m a cs e r v i c e l 2 s e r v i c el 2 g s m i 己f l l b i s l l b i s l l l 1g s m l 强 m su mb s sg b s g s n g n g g s ng j 说明： b s s g p -b s sg p r sp r o t o c o l 基站子系统g p r s 协议 g t p ：g p r st u n n e l l i n gp r o t o c o l g p r s 隧道协议 l l c ：l o g i c a ll i n kc o n t r o l 逻辑链路控制协议 m a c ：m e d i u ma c c e s sc o n t r o l 媒体接入控制协议 r l c ：r a d i ol i n kc o n t r o l 无线链路控制协议 s n d c p ：s u b n e t w o r kd e p e n d a n tc o n v e r g e n c ep r o t o c o l 依赖子网的汇聚协议 图2 2g p r s 协议结构 1 u m 接口： 1 ) 射频部分：采用与g s m 相同的传输模式。g s m 空中接口的载频带宽为 2 0 0 k h z ，一个载频分为8 个物理信道【1 7 】。如果8 个物理信道都分配为传送g p r s 数 据，则原始数据速率可达2 0 0 k b i t s ，考虑前向纠错码的开销，最终的数据速率可达 1 6 4 k b i t s 左右。 2 ) m a c r l c 协议：这个层具备两个功能：一是无线链路控制功能，它能提供 一条独立于无线解决方案的可靠链路；二是介质访问控制功能，它的主要作用是定 义和分配空中接口的g p r s 逻辑信道，使得不同的移动台可共享这些信道。g p r s 共有3 类逻辑信道，它们是公共控制信道、分组业务信道和g p r s 广播信道。公共控 制信道又分为寻呼和应答等信道，用来传送数据通信的控制信令；分组业务信道主 要用于传送分组数据；广播信道则是用来给移动台发送网络信息。m a c 除了控制着 信令传输所用无线信道外，还将l l c 帧映射到g s m 物理信道中去。 3 ) l l c 协议：它与r l c 协议是相对独立的，在m s 与s g s n 之间提供一条高 度可靠的加密的逻辑链路用于数据传输。l l c 协议也可同时支持有确认和无确认两 种模式，l l c 层可支持多种q o s 延时级别。 4 ) s n d c p 协议：这个传输功能将网络级特性映射到底层网络特性中去。它的主要 作用是完成传送数据的分组、打包，确定t c p i p 地址和加密方式。在s n d c 层，移动 台和s g s n 之间传送的数据被分割为一个或多个s n d c 数据包单元。s n d c 数据包单 6 华北电力大学硕士学位论文 元生成后被放置到l l c 帧内。 2 g b 接口： 1 ) l l b i s ：物理传输层。 2 ) 网络业务( n e t w o r ks e r v i c e ) ：该层基于帧中继，用于传送上层的b s s g pp d u 。 3 ) b s s g p 协议：在传输平台上，该协议用于在b s s 与s g s n 之间提供一条无 连接的链路进行无确认的数据传送，b s s g p 没有纠错功能。 4 ) r e l a y ( 中继转发) ：在b s s 中，这项功能中继转发u m 和g b 接1 2 1 间的l l cp d u ， 在s g s n 中，这项功能是转发g b 和g n 接口间的p d p p d u 。 3 g n 接口： ， 1 ) g t p - 该协议支持g p r s 骨干网各支持节点之间的数据和信令传输。所有 的p t pp d up d p 都要用g t p 封装。g t p 是g p r s 骨干网中g s n 节点之间的互联协议。 2 ) u d p t c p ：t c p 携带在g p r s 骨干网中需要可靠数据链路( 如x 2 5 ) 支持 的g t pp d u ，u d p 携带那些不需可靠数据链路( 如i p ) 支持的g t pp d u ；t c p 提 供流量控制并保护g t pp d u 不被丢失和损坏，u d p 保护g t pp d u 不被损坏。 3 ) i p 这是g p r s 骨干网络协议，用于用户数据和控制信令的选路。g p r s 骨 干网最初是建立在i p v 4 协议基础上的，随着i p v 6 的广泛使用，g p r s 会最终采用 i p v 6 协议。 2 3g p r s 的信道类型 g p r s 系统为了保持和原来g s m 的兼容性，无线传输方式和原来是一样的，在 g p r s 系统中分组的逻辑信道中有以下几种类型： 表2 1g p r s 信道类型 分组随机接入信道p r a c h ( 上行) 分组寻呼信道p p c h ( 下行) 分组公共控制信道p c c c h 分组接入准予信道p a g c h ( 下行) 分组通知信道p n c h ( 下行) 分组广播控制信道p b c c h分组广播控制信道p b c c h ( 下行) 分组数据传输信道p d t c h 分组传输信道 p d t c h u p d t c h d 分组随路控制信道p a c c h 分组时间提前量控制上行信道 分组专用控制信道p t c c h u 分组时间提前量控制信道 p t c c h d 7 华北电力大学硕士学位论文 1 分组公共控制信道p c c c h p r a c h 上用分组接入突发脉冲和扩展接入突发脉冲，用于m s 发送数据或对 b s s 寻呼响应。p p c h 既可用于c s 业务的寻呼，也能用于g p r s 业务的寻呼。但是 c s 业务的寻呼仅适用于m sa 级和b 级。p p c h 也使用寻呼组，可支持d r x 。在 m s 发送分组前，p a g c h 用于给m s 分配一个或多个p d t c h ，以便实现分组传送。 当m s 已经工作在分组传输方式时，分配的资源也可以在p a c c h 中传送。p n c h 用于通知移动台p t m m 的呼叫。为了监控p n c h ，必须有d r x 模式。 2 分组广播控制信道p b c c h p b c c h 上广播分组数据系统消息，这些消息携带参数决定信道在多帧上的映 射。如果没有分派p b c c h ，这些消息也可以在b c c h 上发送。在b c c h 上将会给 出明确的指示，本小区是否支持分组数据业务。如果支持且具有p b c c h ( 分组广播 控制信道) 则会给出p b c c h 的组合配置信息。 3 分组传输信道 在分组交换模式下p d t c h 承载用户数据。它被临时分派给一个特定的m s 或 一组m s ( 在p t m m 方式下) 。在多时隙方式下，一个m s 能并行使用多个p d t c h 。 由于不同的逻辑信道可以复用在一个物理信道上，p d t c h 可承载o 2 1 4 k b s 的纯数 据速率( 包括r l c 字头) 。与c s 业务不同的是所有的p d t c h 都是单向的，p d t c h u 用于m s 向网络发送分组数据，p d t c h d 用于m s 从网络接收分组数据。 4 分组专用控制信道 p a c c h 传输信令信息如确认、功率控制等，另外还携带资源分派和重分派消息， 可用于p d t c h 容量分配或将来新增加p a c c h 。当一个m s 在进行分组传输时，能 通过p a c c h 寻呼，进入电路交换模式，p a c c h 被动态分配到带p d t c h 的物理信 道上，这是个双向信道。p t c c h u 用于传送随机接人突发脉冲，估计个在分组传 输模式下的m s 的时间提前量，p t c c h d 用于修正若干m s 的时间提前量，一个 p t c c h d 与若干p t c c h u 相配。 5 g p r s 分组逻辑信道在物理信道上的映射。新增g p r s 后，将新增3 种逻辑信 道组合： p b c c h + p c c c h + p d t c h + p a c c h + p t c c h p c c c h + p d t c h + p a c c h + p t c c h p d t c h + p a c c h + p t c c h 其中，p c c c h = p p c h + p r a c h + p a g c h + p n c h 2 4g p r s 的数据传输 在移动管理上下文和p d p 上下文建立之后，就可以在移动台和外部数据网络之 华北电力人。硕_ f ! 学位沦文 问传输数据了。移动台和外部数据l 删络之l l j j l l 传输的数据为p d p 协议数据r 色j ( p d u ) ， p d pp d u 在移动台和g g s n 之m i i 传输时，足以n p d u 的形式传输的， 錾个n p d u 最大为15 0 0 字节。如果比15 0 0 字节小，l i j + 以i 卜常传输，如果比15 0 0 字节长，则 1 钏寸必须将其分段，如果4 i 支持分段功能，就只能将其丢弃。g g s n 和s g s n 之 ，i ，p d pp d u 经过封装后，利用隧道协议传输，g t pp d u 头巾有g s n 的地址，便 了寻址。g t pp d u 的头部还包括隧道标示，用于唯一地指示一一个p d p 上下文。s g s n 方，f = 1 1 ，p d pp d u 利用s d n c p 协议传输，在这里p d p 上下文通过l l f i i 时逻辑链路标示 l l i ) $ h 网络层接入点标示( n a s p i ) 米唯一标示。如图2 3 所示： g s n 地j 陆时逻辑链路i d ( t l l i ) 隧道标， q 络层接入点i d ( n s a p i ) p d p ) c p 一， 一，厂 下：圆 + l 卜；l i 卜 m s ； i i _ 一ps g s ni _ _ l _ g g s n 幽2 3p d pj j 户数据传输过程 回 g p r s 支持外翔j 网络1j 移动台之| 、自j 的透明传输，在数据传输时，在移动台、 s g s n ，g g s n 中把数据包封装起米，根据移动台、s g s n ，g g s n 中的p d pc o n t e x t 选择路卜h 传输数摒包圳。g p r s 骨干网内g s n 之间的封装协议与s g s n 与移动台之 间的封装协议完全不同。g p r s 骨干网内g s n 利用g p r s 隧道协议对i p 或x 2 5 分 组进行封装，然后将g t p 协议数据单元插入t c pp d u 或u d pp d u 巾，而t c pp d u 或u d pp d u 义是封装在i pp d u 中进行传输。在i p 和g t pp d u 头部分别包含g s n 地址的隧道端点标识符( t i d ) ，川它们来唯+ 地确定g s n 地址和p d pc o n t e x t ，从而 i f 确地将数据包传输到目的地。也就是说，g g s n 和s g s n 之间通过i p 地址选路， 利用g t pi 办议列数据封装。 在g s n 内部，根据t i d 区分不同的数据流。伍s g s n 和移动台之间传输数据 包，p d pp d u 被封装存s n d c p 仂、议数据单元中传输，利用临时逻辑链路标i & 1 ( t l l i ) 和网络服务访l 、u j 点标识符( n s a p i ) i 性一确定p d pc o n t e x t 。在数据传输过程中，g g s n 和s g s n 保存接收到的p d u 商至这兰p d u 被发送剑f 一个结t i 或者超时丢弃。此 外，g g s n 和s g s n 还分别把从s n d c p 和g i 接口收剑的p d pp d u 加上相应的序 回 华北电力大学硕士学位论文 列号。在把p d pp d u 传送到s n d c p 之前s g s n 还可能对p d pp d u 重新排序，g g s n 则可能把p d pp d u 传送到g i 接口之前对p d pp d u 重新排序。为了支持g p r s 用 户漫游，s g s n 并不关心隧道中传输的p d p 类型，可以传输s g s n 并不支持的p d p 类型的数据包。 ) u p h 用户数据 士+ + + ”引压 ls c g m e n t li s e g m e n ti 8 n d c p 层 c f hl n f of s c + l l c 层 i s e s m e n ti is e g m e n t i 4 c m 删。_ l c 层 b h r l c d a t a b c st a i l 4 5 6 、目 。叨旺，z ： 卷积编码 。l1 4 l4 l1 4 l1 4 怕胱 突发 炎发突发突发 突发 p h ：分组头f s c - 帧校验序列f h ：帧头 b c s ：块校验序列b h ：数据块头 图2 4 数据封装流程 网络层的用户应用数据在g p r s 传输平台上的数据封装流程如上图2 4 。 2 5g p r s 的安全性 在以g s m g p r s 为代表的2 g 及2 5 g 数字蜂窝移动通信系统中，安全性 方面较模拟及其它2 g 系统有了很大的改进，特别是为保证移动台( m s ) 能安全 使用网络提供的各种服务，并确保网络的正常运营，g s m g p r s 采用了认证和加密 技术。即在g s m g p r s 网中，每个m s 都有一张用户标识模块( s i m ：s u b s c r i b e r i d e n t i t ym o d u l e ) 卡，卡中存有移动用户的秘密信息( 如：“国际移动台识别码鉴权 钥 对 等) 和a k a 算法( a 3 a 8 算法) 。在m s 请求业务时，由s i m 卡中的微处理器执行a 3 a 8 算法，生成鉴权响应和会话密钥，而数据加密算法 ( a 5 g e a ) 则在用户手机中进行运算。这样，在网络端，当用户的秘密信息( 经a 2 算法加密后) 与a 3 a 8 算法均存在于认证中心( a u c ) 的数据库中时，就会由a u c 执行a 3 a 8 算法，而生成用户入网安全参数，并传给移动交换中心( m s c ) 和基 站( b s ) ，由m s c 与b s 对m s 进行身份认证，以及由a 5 g e a 算法在b s s g s n 1 0 华北电力大学硕士学位论文 中执行。在保密通信系统中，通常将身份认证与密钥分配的过程结合在一起，以避 免攻击者在身份认证之后以代合法者而参与密钥的分配过程，达到窃听或篡改信息 的目的。为此，g s m g p r s 系统的安全机制在总体上可以分为两个部分，即认证与 密钥的分配、加密两部分。 2 5 1 用户认证 g p r s 将使用g s m 定义的认证过程，其差异是：该过程是从s g s n 执行的。 g p r s 认证过程执行用户认证、选择加密算法和加密起始时刻的同步。认证三重系 存于s g s n 中，一旦附着i m s