（通信与信息系统专业论文）wcdma网络若干问题分析研究.pdf

上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作砉完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 葡惹学校保留并向国家弯关部门或机构送交论文的复印件和电子版， = ：诲论支谈奎阗和信阅。孤人鬟权海交逗大掌可以将本学位论文的 全都或蔑毋杰窖编入有关数据毒逆行裣索，可彰、采用影现、缩印或扫 箍等夏毒i 手段保存帮汇编本掌位论文。， 保密口，亳一年解密后运焉右援权书。 互掌芷论文屋子 不保密a 。 ：请考以上i 禧曩打“”) 学位论文作者签名 砩一 名 年 j ；一 雌 彪 k 斟移 ，” 鼬 期 b r 一岛 上海交遭大学上潘父遗天莩 学位论文原剖惶声鞠 塞人辫量声辱：贾至交熊掌位论文，是本人毫昙薅筻巍鲁下， 鎏童迄君衰竞二作孽襄禧酋藏罴t 豫文宇三经注笺弓 燕约商窖外，辜 论支石萎含鲁霄英健 人蓑集体已经发爱裘撰写过熬俸戛莲果。霹率 支嚣芎哥冤骰兰耋萎贡鼓：；个人霹集体。均曼兰支亭甄襞确玄式标臻 之大戛垒惠蠢笺互罩甓嚣注喾蒜杀三莓人誊握。 攀使论支俸者签名：善毽薅啦 暑裳：w 罐车1 胃 爹薯 上海交通大学硕士学位论文 w c d m a 网络若干问题分析研究 摘要 w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ( w c d m a ) n 络是第三代移动通信网络的主流之 一，它能够有效解决网络的频谱和带宽资源问题，提供高可靠的服务质量q u a l i t y o fs e n ，i c e ( q o s ) ，承载各种实时或非实时的i p 网络业务。 分析w c d m a 网络的若干问题，演变问题、容量问题以及服务质量q o s 问题，可以概述各 种网络功能结构和协议，清楚地了解w c d m a 网络的过去和未来，论证各种现代通信技术的特点 和应用，全面深刻地理解w c d m a 网络。 w c d m a 网络的演变集成应用各种现代通信技术，沿着g s m g p r s 网络一 w c d m a 网络 未来“全i p 网络”的演变道路而循序渐进。作者从网络功能结构和网络协议这两个角度讨论了 每个演变阶段中网络的鲜明特点和彼此之间呈上启下的联系。g p r s 骨干网络为w c d m a 网络和 未来“全i p 网络”的l p 建设奠定了基础。w c d m a 网络的无线接入技术彻底改造了 s s m g p r s 无线网络，解决了网络空中接口的瓶颈问题；a t m 分组交换技术不仅解决了网络的 带宽问题，而且开辟了向未来“全i p 网络”演变的有效途径。未来“全l p 网络”总结了各种网 络的网络功能，设计了网络的框架体系，采用统一的分组网络协议一多协议标记交换技术，有效 解决了a t m i 务质量问题。 结合问题。w c d m a 网络演变的根本原因是解决网络的容量问题和q o s 服 w c d m a 网络的容量研究问题从无线网络规划的角度，通过对w c d m a 系统的负载因子、 干扰电平容限以及信噪比的分析计算，阐述了w c d m a 系统中通信容量和覆盖范围以及服务质量 三者之间的关系，并给出了计算机模拟的结果。 w c d m a 网络的q o s 服务质量研究问题选择了w c d m a 无线子网络和核心子网络报文交换 域p s 域之间的l u _ p s 接口，分析w c d m aq o s 服务质量协议模型的特点以及具体解决方案中所 集成的各种现代通信技术和w c d m a 网络的各项重要通信概念。 l 、。、 关键词：移动通信，第三代移动通信c 笛) ，第三代伙伴合作组织3 gp a r t n e r s h i pp r o j e c t 傅拿群叶，g s m g p r s 网络，w c d m a 网络，未来“全l p 网络”，容量，q o s 服务质量，网络 的演变。 ) y 。 渺 上海交通大学硕士学位论文 a n a l y s i sa n dr e s e a r c ho nw c d m a a b a s t r u c t w i d e b a n dc o d ed i v i s o nm u l t i p l ea c c e s si so n eo ft h em a i nt r e n d so ft h et h i r dg e n e r a t i o n m o b i l er e t w o r k ，w h i c hc a ne f f e c t i v e l ys o l v et h ep r o b l e m so fs p e c t u r ma n dn e t w o r kb a n d w i d t h a n dc a np r o v i d eh i g hq o s a c c u r a n c y f o rv a r i o u sn e t w o r ks e r v i c e ss u c ha sr e a ln e t w o r ks e m i c e o ru n r e a in e t w o r ks e r v i c e a n a l y z i n gt h e v a r i o u sp r o b l e m sr e l a t e dt ow c d m a d e v e l o p m e n t ，c a p a c i t ya n dq o s c a n h e l p t og e n e r a l i z et h en e t w o r kf u n c t i o n ，s t r u c t u r ea n d p r o t o c o l ，t oc o m p r e h e n dt h ep a s ta n d f u t u r eo fw c d m a a n dt od e m o n s t r a t et h ea p p l i c a t i o n sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fm o d e r n c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e ss oa st ou n d e r s t a n dw c d m am o r e p r o f o u n d l y ， i nt h ef i r s tc h a p t e r ，t h ef o c u si np u to ni s s u e sr e g a r d i n gw c d m a d e v e l o p m e n t w c d m a i n t e g r a t e sw i t hv a r i o u sm o d e r n c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g i e sa n dg r a d u a l l ye v o l v e sf r o m g s m g p r sa n dw c d m al oa i ii pn e t w o r k t h ec h a p t e r ，f r o mt h e a n g l eo fn e t w o r kf u n c t i o n ， s t r u c t u r ea n dp r o t o c o l ，d i s c u s s e st h ea d v a n c ec h a r a c t e r i s t i c so fn e t w o r ka n dr e l a t i o n s h i pw i t h i n e v e r ys t a g eo fe v o l u t i o n g p r sb a c k b o n en e t w o r ks e t st h eb a s ef o rc o n s t r u c t i o no fi pf o r w c d m aa n dt h ef u t u r en e t w o r k w i r e l e s st e c h n o l o g yo fw c d m ah a sm a d eat r e m e n d o u s c h a n g e o ng s m ，g p r sa n ds o l v el h eb o t t l e n e c kp r o b l e mo fa i ri n t e r f a c e a t mc o u l dr i o to n l y s o l v et h ep r o b l e mo nn e t w o r kb a n d w i d t h ，b u ta l s ob e c o m eo n eo ft h ee f f e c t i v es o l u t i o n st ot h e d e v e l o p m e n t o ff u t u r ei pn e t w o r k t h ef u t u r ei pn e t w o r ks u m m a r i e st h ef u c t i o n so fv a r i e s n e t w o r k s ，d e s i g n st h ei n f r a s t r u c t u r eo ft h en e t w o r k a n da d o p t st h eu n i f i e dp r o t o c o ln a m e da s m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g t h u s s o l v e st h ei n t e g r a t i o np r o b l e mc o n c e r n i n ga t ma n dipi na n e f f e c t i v ew a y t h ep r o b l e m so fn e t w o r kc a p a c i t ya n dq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) a r eb a s i cr e a s o n s f o rt h ee v o l u t i o no fw c d m a nt h es e c o n dc h a p t e r ，t h ea n a l y s i si sm a i n l yp u to nw c d m a c a p a c i t y t h ep a p e r s t a r t s w i t hc o n c e p t i o n sw h i c ha r el o a df a c t o r ，i n t e r f e r e n c em a r g i na n deb n oo nw c d m a ，c o n c l u d e s t h a tw c d m a c a p a c i t yi sr e l a t e dw i t hc o v e r a g ea n dq u a l i t y ，a n df i n a l l yt a k e so u tt h es i m u l a t o ri n c o m p u t e r o nt h ev i e wf r o mn e t w o r kp l a n t h el a s tc h a p t e ra n a l y z e sw c d m a q u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) p r o b l e m w h i c hl i e so nt h e i n t e r f a c ec a l l e dl u p sb e w e e nc o r en e t w o r ka n du t r a n t h ec h a r p t e rd i e c u s s e st h e 上海交通大学硕士学位论文 c h a r a c t e s t i c so fw c d m aq o sp r o t o c o lm o d e la sw e l la sm o d e r nc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e s a n dc o n c e p t sw h i c ha r ep r o d u c e di nc o n c r e t es o l u t i o ns c h e m ea n di n t e g r a t e dw i t hw c d m a n e t w o r k k e y w o r d s ：m o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，t h e t h i r dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ( 3 g ) ，3 g p a r t n e r s h i pp r o j e c t ( 3 g p p ) ，g s m g p r s ，w c d m a ，t h e f u t u r en e t w o r k ，d e v e l o p m e n t ，c a p a c i t y ， q o s 上海交通大学硕士学位论文 1 1 移动通信发展 1 绪论 全球移动通信市场发展有两个鲜明特点：第一，全球移动通信用户已达到1 0 亿，超过经营 上百年的固定电话用户数目；移动用户数目的迅猛增长造成网络资源( 尤其是无线的频谱资源和 网络的带宽资源) 的紧缺和网络质量的降低，移动市场发展的巨大潜力迫使移动通信网络必须解 决网络资源的瓶颈问题。第二，从全球范围内，移动通信的业务已经从话音业务进入到移动互联 网时代的数据和多媒体业务，l p 业务年增长率为2 5 4 0 ，远远超过全球电话用户的增长率5 1 0 ；话音，数据，多媒体等各种网络业务的开发逼迫网络必须提供高可靠的q o s 服务质量，能够 安全、快速、可靠地承载各种网络业务。中国移动市场不仅具备了这两个特点，而且存在着一定 的特殊性。我国电话普及率仅1 0 6 ，大大落后于发达国家，要实现2 0 1 0 年电话普及率3 8 的 目标，还要付出巨大努力。 市场是网络发展的源动力，这些挑战不断推动着网络向第三代移动通信系统( 3 r dg e n e r a i o n 英语缩写3 g ) 。 第三代移动通信网络不但能够充分兼容g s m 9 0 0 和g s m l 8 0 0 网络系统，有效利用9 0 0 m 和1 8 0 0 m 的频谱资源；而且获取了第三代移动通信的新频段2 g h z ，解决了网络的频谱资源问 题。第三代移动通信网络采用分组交换技术代替第二代移动通信网络的电路交换技术，解决了网 络的带宽问题。网络资源问题的解决是第三代移动通信演变的主要原因。 第三代移动通信与第二代移动通信最主要的差别是可以提供移动多媒体，数据和图象储音业 务。第三代移动通信主流之一的w c d m a 网络可以将网络业务分为实时和非实时两大类，实时 网络业务就是指支持话音的传统业务和支持多媒体信息的数据流业务。3 g 系统丰富的网络业务 同时解决了中国市场的传统话音业务和多媒体数据业务的双项需求。 第三代移动通信集成应用了现代通信技术，包括a t m 分组交换技术、i p 网络技术、多协议 标记交换技术m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ( m p l s ) 、软交换服务器技术和w c d m a 无线接入技 术等，为第三代移动通信网络能够提供高可靠的q o s 服务质量奠定了扎实的物质基础。q o s 服 务质量是网络安全、可靠和快速地承载各种网络业务的保障。 第三代移动市场的发展不但对移动通信制造业会有很大的促进作用，而且还会带动其它行业 的发展，特别是移动多媒体业务，软件开发业，娱乐业，乃至整个国民经济的发展。 1 2 第三代移动通信现状 第三代移动通信系统( 3 g 、3 r dg e n e r a t i o n ) 在国际电联的正式命名为i m t 一2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a lm o b i l e m u l t i m e d i at e l e c o m m u n i c a t i o n 2 0 0 0 ) 。这个名字蕴含着一场将电信网 上海交通大学硕士学位论文 络数据多媒体网络逐步和无线通信网络相结合的深刻变革。i m t 一2 0 0 0 成立于1 9 9 6 年，1 9 9 9 年三月完成i m t 一2 0 0 0 无线接口关键参数建议，2 0 0 0 年完成i m t 一2 0 0 0 全部的网络标准。 3 g 的标准化工作实际上是由3 g p p ( 3 gp a r t n e r s h i pp r o j e c t ，第三代伙伴合作组织) 和 3 g p p 2 两个标准化组织来实施的。3 g p p 成立于1 9 9 8 年1 2 月，是由欧洲e t s i 发起的，日本 a r i b 、t t c ，韩国t t a 、美国t 1 和中国标准化组织c w t s 参加的一个3 g 组织。3 g 移动通信 标准制定以g s mm a p 为核心网、u t r a n ( f d d ：w c d m a ，t d d ：t d s c d m a ) 为无线接 口。3 g p p 2 是由美国国家标准协会a n s i 发起的，日本a r i b 、t t c ，韩国t t a 和中国标准化组 织c w t s 参加的另一个3 g 组织。3 g 移动通信标准制定以l s 一4 1 为核心网、c d m a 2 0 0 0 为无 线接口。 3 g p p 组织目前的主要工作是完善w c d m ar e l e a s e 9 9 版本( 3 g p pr e l e a s e3 ) ，制定版本 3 g p pr e l e a s e4 和3 g p pr e l e a s e5 。r 9 9 ( 3 g p pr 3 ) 是最成熟、稳定，将被大规模商用的 版本，采用基于g s m g p r s 的核心网络，引入新的w c d m a 无线接入网络。r 4 的主要特征是 无线网络部分完成由我国提交的t d s c d m a 技术在3 g p p 的标准化；核心网络部分的电路域 将承载和控制功能分离，是迈向全i p 网络的第一步。r 5 则是全l p 网络的第一个版本，核心网络 部分将发生较大的变化，从网络功能的角度构造开放的网络框架。除此，后i m 丁一2 0 0 0 ( 第四代 移动通信技术) 的研究已拉开了序幕。 一 目前，国内i m t 2 0 0 0 的发展尚有许多不确定的因素，这些因素有来自技术方面的，也有来 自其它方面的。较为公认的主流标准为欧洲的w c d m a 标准( u t r a ) 和北美c d m a2 0 0 0 标 准。考虑我国拥有较为庞大的g s m 蜂窝通信系统，且国内传统上较易接受欧洲标准，选择欧洲 的w - c d m a 标准作为主攻方向是必要的。但另一方面，北美的c d m a2 0 0 0 标准较为成熟，北美 的c d m a 运营组织c d g 号称有能力在两年之内推出c d m a2 0 0 0 - l x 商用系统。由于c d m a 2 0 0 0 1 x 系统必须能够与已有的j s 9 5 系统兼容，一些关键参数与i s 9 5 系统相同，而且国内已 建有c d m a 商用实验网，并有较好的i s 一9 5c d m a 研究基础，通过对i s - 9 5c d m a 的改造，相 对较易在短时期内完成c d m a2 0 0 0 1 x 实验系统，因此选择北美的c d m a2 0 0 0 标准作为主攻方向 也是很有必要的。t d s c d m a 技术规范是我国第一次自己提出，被i t u 全套采纳的无线通信标 准，华为、大唐也都是3 g p p 的独立成员。总之，由于未来移动通信产业巨大，在国内采用多种 标准建设第三代移动通信网络是完全可能的。 1 3 研究内容 本文结合现代通信技术，研究和讨论了第三代移动通信网络的主流之一w c d m a 网络的若 干问题。 首先独立成章讨论了w c d m a 网络的三个热门话题，w c d m a 网络的演变问题，w c d m a 网络的容量问题，w c d m a 网络的q o s 服务质量问题。w c d m a 网络的演变问题以网络的演变 过程( g s m g p r s 网络至w c d m a 网络以及最终至未来“全l p 网络”) 为线索，不但讨论了 w c d m a 网络的演变问题，而且概述和对比了演变道路中三个网络的网络结构功能和网络协议， 上海交通大学硕士学位论文 揭示了网络的特点和彼此之间呈上启下的联系；w c d m a 网络的演变不仅解决了w c d m a 网络 的容量和q o s 服务质量问题，而且为w c d m a 网络的容量和q o s 服务质量的具体实现奠定了扎 实的物质基础。w c d m a 网络的容量问题从无线通信网络规划这一特殊角度出发，通过对 v c d m a 网络的负载因子、干扰电平容限以及信噪i ：l 自- o 分析计算，阐述了3 g 移动通信系统中通 信容量与覆盖范围以及服务质量三者之间的关系，并给出了计算机模拟的结果。w c d m a 网络 的q o s 服务质量问题选择了w c d m a 无线子网络和核心子网络报文交换域p s 域之间的l u - d s 接 口分析w c d m aq o s 服务质量协议模型的特点以及具体解决方案中所集成的各种现代通信技 术和w c d m a 网络的各项重要通信概念。w c d m a 网络的容量和q o s 服务质量问题是w c d m a 网络演变的主要原因，这两个问题的分析进一步补充论证了w c d m a 的网络特性。 其次结合w c d m a 网络的三个问题，介绍了各种现代通信技术在移动通信网络领域的集成 应用。当代是个科学技术大爆炸的时代，如何利用各种现代通信技术来发展w c d m a 网络? 如何 考虑w c d m a 网络的发展而开发和研制现代通信技术? 无线接入技术解决了w c d m a 网络的空 中接口瓶颈问题，扩充了网络容量；g p r s 骨干网络的l p 技术和w c d m a 网络的a t m 分组交 换技术解决了w c d m a 网络的带宽问题；下一代的i p 骨干网络技术多协议标记交换技术 ( m p l s ) 解决了w c d m a 网络a t m i p 技术的结合问题，提高了网络的q o s 服务质量；软交换 服务器技术解决了未来“全i p 网络”的控制层的控制问题。反之，g s m 网络的技术标志是电路 交换技术，g p r s 网络的技术标志是i p 报文交换技术，w c d m a 网络的技术标志是a t m 分组交 换技术和w c d m a 无线接入技术，未来“全l p 网络”的技术标志是多协议标记交换技术 ( m p l s ) 。现代通信技术和w c d m a 网络是密不可分的。 1 4 文章结构 第二章分析了w c d m a 网络的演变是个集成应用各种现代通信技术，沿着g s m g p r s 网 络一 w c d m a 网络一 未来“全l p 网络”的演变道路而循序渐进的网络发展过程；并且概述了 w c d m a 网络过去、现在和未来的网络功能结构和网络协议。第三章阐述了w c d m a 网络通信 容量与覆盖范围以及服务质量三者之间的关系，并给出了计算机模拟的结果。第四章分析了 w c d m aq o s 服务质量协议模型的特点以及具体解决方案中所集成的各种现代通信技术和 w c d m a 网络的各项重要通信概念。 上海交通大学硕士学位论文 2 w c d m a 网络的演变问题分析 本文从网络功能结构和网络协议这两个角度讨论了w c d m a 网络的演变问题。w c d m a 网 络的演变集成应用各种现代通信技术，沿着g s m g p r s 网络一 w c d m a 网络一 未来“全i p 网络”的演变道路而循序渐进；每个演变阶段的网络都具有鲜明的特点，彼此之间都保持着呈上 启下的联系。g p r s 骨干网络为w c d m a 网络和未来“全i p 网络”的l p 建设奠定了基础。 w c d m a 网络的无线接入技术彻底改造了g s m g p r s 无线网络，能够有效解决网络的瓶颈问 题；a t m 分组交换技术不仅解决了网络的带宽问题，而且开辟了通往未来“全i p 网络”的演变 途径。未来“全i p 网络”总结了各种网络的网络功能，设计了网络的框架体系；采用统一的分组 网络协议一多协议标记交换技术，有效解决了a t m i p 技术的结合问题。 2 1g s m ，g p r s 网络f 4 】 话音业务在一定的时间内仍将是我国电信发展的主要任务。我国移动用户数目虽然迅猛增 长但平均每用户收入( a r p u ) 却减少从而利润趋于下降。移动互联网络不但能够发展数据业务 而且能够刺激话音业务，带动a r p u 值的回升。因此立足现实市场，发展g s m 网络的同时平 行建设g p r s 网络是合理的演变方案。 2 1 1 网络功能结构 图2 1g p r s 网络拓扑图 如图所示，g p r s 网络是基于g s m 网络而演变发展的新一代网络。g p r s 网络包括一个 完整的g s m 网络，这个网络由移动终端、b s s 无线子系统和n s s 网络子系统三个部分组成。 b s s 无线子系统包括无线基站b t s 和基站控制中心b s c ；n s s 网络子系统包括移动交换中心 m s c ，归属位置寄存器h l r 和访问位置寄存器v l r 。g p r s 网络扩展和补充了b s s 无线子系 统、h l r 等网络单元的部分功能；增加了g p r s 骨干网络，g ；p r s 骨干网络由服务支持节点 上海交通大学硕士学位论文 s e r v i c eg p r ss u p p o r tn o d e ( s g s n ) 、g p r s 网关支持节点g a t e w a yg p r ss u p p o r t n o d e ( g g s n ) 、域名服务器d n 、计费中心、网关路由器b o r d e r g a t e w a y 和防火墙等网络单元 组成。 上述网络单元设备组成了一个有机的g p r s 网络用来共同完成如表2 1 的逻辑功能组：网 络接入控制功能，分组路由和传递功能，移动性管理功能，逻辑链路管理功能，无线资源管理功 能和网络管理功能。 1 网络接入控制功能包括注册、身份鉴别和授权、允许接入控制、消息过滤、分组终端适配 和计费数据采集等若干子功能，这些功能和g s m 网络的功能在本质上是相似的。 功能 m sb s s s g s ng g s nh l r 网络接人控制功能 注册 身份鉴别和授权 允许接入控制 消息过滤 分组终端适配 计费数据采集 分组路由和传递功能 中继转发 路由选择 地址翻译和映射 封装 隧道功能 压缩 加密 移动管理功能 逻辑链路管理功能 逻辑链路建立 逻辑链路维护 逻辑链路释放 无线资源管理功能 u m 管理 小区选择 u m 传输 路径管理 网络管理功能 上海交通大学硕士学位论文 表2 1g p r s 网络单元功能表 ( 1 ) 注册功能：g p r s 用户和它所能使用的业务信息必须在h l r 进行定义。这些业务信息 包括p d p 移动场景数据的记录( i p 地址、p d p 移动场景的类型和p d p 移动场景所定义的q o s 描述) ，g g s n 清单内容( 外部公共通信网络接入点地址的逻辑名称a c c e s sp o i n tn a m e 缩写 a p n 等) ，s g s n 网络设备的s s 7 号码和i p 地址等。这个过程与g s m 网络的用户注释功能相 同，仅新增加了有关g p r s 网络的用户信息，由h l r 网络单元来加以实现。 ( 2 ) 身份鉴别和授权功能：当用户请求服务时，网络必须根据他所提供的身份标识，检查他 是否具有接入网络以及使用他所请求业务的权限。这个过程类似于g s m 网络移动终端和v l r 网 络单元之间的用户身份鉴别和授权的功能，g p r s 网络由s g s n 网络单元代替v l r 单元来实现 这个功能。 ( 3 ) 允许接入控制功能：如果g p r s 用户请求得到某种服务，并且要求一定的服务质量。 允许接入控制功能应判断现有可用网络资源是否能够为用户提供它所要求的服务，如果可以，为 用户预留这部分资源，允许用户接入。这个功能由g p r s 网络的移动终端、b s s 无线子系统和 s g s n 网络单元来加以实现。 ( 4 ) 消息过滤功能：g p r s 建立和外部公共通信网络的连接之后，可能会收到一些来自公 网的恶意的或者用户不希望收到的数据包；当然，用户也可能会向网络发送一些恶意的，或者会 ，造成某些不良影响的数据包。g p r s 网络由g g s n 和l p 防火墙来负责消息的过滤，用于滤除那 些不受欢迎的数据包。 ( 5 ) 分组终端适配功能：适配来自终端数据包的结构和信令，使之适合在g p r s 网络上传 输：同样，当g p r s 移动终端接收到来自g p r s 网络的数据包之后，进行反向适配传送给终端 设备。g p r s 移动终端可以分为a 类，b 类和c 类三种类型：a 类移动终端可以同时使用g s m 电路交换和g p r s 报文交换的服务，即通话的同时可以下载网络数据。b 类移动终端可叹同时接 人、激活g s m 业务和g p r s 业务，但两种业务不能够同时被服务，即通话的同时不能够下载网 络数据。c 类移动终端是纯粹的g p r s 终端或g s m 终端，服务的使用依赖两种模式的相互切 换。g p r s 移动终端增强了i p 数据业务功能。 ( 6 ) 计费数据采集功能：该功能用于收集对用户进行收费的必要信息，如用户实际传输的数 据流量( 按流量计费) 或者用户使用的业务( 按业务计费) 。这个功能由s g s n 和g g s n 网络 单元来加以实现。 2 分组路由和传递功能是基于i p 技术的关键功能，包括中继转发、路由选择、地址翻译和 映射、封装、隧道、压缩、加密和域名服务器功能等若干子功能，这是g p r s 骨干网络所特有的 功能，是区别于g s m 网络功能的主要特征。 ( 1 ) 路由选择和中继转发功能：路由选择是分析l p 数据包头部的目的地地址之后，决定该 数据包的下一跳节点的l p 地址。对外部公共通信网络而言，g p r s 网络的g g s n 就是一个路由 器用来实现g p r s 骨干网络和外部公共通信网络之间的路由寻址功能。中继转发是指将收到的数 据包传送给传输路径中的下一跳节点。如图2 1 g p r s 网络的路由可以分为三类。第一类是移动 上海交通大学硕士学位论文 终端和外部公共通信网络之间的路由：移动终端首先通过b s c 连接至s g s n 之后接入g p r s 骨 干网络；然后通过g g s n 路由器来实现g p r s 骨干网络和外部公共通信网络之间的互联，i p 数 据包依次通过g g s n 的g i 输出接口和防火墙连接至i n t e r n e t 数据网或公司的局域网。第二类 是两个以上不同g p r sp l m n 网络之间的路由：移动终端首先通过b s c 连接至s g s n 之后接入 g p r s 骨干网络；然后通过网关路由器b g 和防火墙的g p 接i z l 连接至另一个p l m n 网络。第三 类是同一个p l m n 网络内移动终端之间的路由。g p r s 网络的所有网络单元都增强了i p 业务功 能，能够对用户数据流进行灵活的路由选择和中继转发。 ( 2 ) 地址翻译和映射：当需要在不同类型的网络之间( g p r s 骨干网络和外部公共通信网络 之间) 进行数据传输时，由于两种网络采用不同的地址格式，这时就需要进行地址的翻译；地址 的映射是指在相同类型的网络之间( 两个g p r sp l m n 网络之间) 进行数据传输时，进行的地址 转换。地址翻译和映射可以节省外部公共通信网络的l p 地址资源，增加g p r s 内部网络的安全 性和l p 地址分配的灵活性，主要由g g s n 和s g s n 来负责完成。 ( 3 ) 域名服务器功能：能够将g p r s 内部网络单元设备的逻辑主机名翻译成g p r s 内部网 络的i p 地址，这个标准的i p 功能由专门的d n s 服务器来负责实现。 ( 4 ) 封装和隧道功能：当协议数据包传送给下一层协议时，执行封装过程。封装过程是指将 原来的报文数据单元当作用户数据，路由信息( 地址) 或控制信息( 校验和) 作为信息头，封装 - 成新的p d u 后向下层协议传输。隧道传送是指在网络节点之间，透明的传送已封装好的数据 包；g p r s 网络的隧道功能主要用于g p r s 骨干网络设备之间，以及移动终端和s g s n 之间透 明地传输用户数据。封装和隧道功能是实现p d p 移动场景数据传输的必要功能，是g p r s 网络 各协议层和各网络单元相互连接的纽带，主要由移动终端和s g s n 之间的逻辑链路层，s g s n 和 g g s n 之间的g t p 隧道协议层来加以完成。 ( 5 ) 压缩和加密功能：g p r s 网络的无线资源是非常有限的，在保证不损失信息完整性的前 提下对其进行压缩，将大大提高传输效率以及对无线资源的利用率。加密功能主要用于加密移动 终端和s g s n 之间的用户信息，保证用户数据的安全性。 3 移动性管理功能包括g p r s 网络终端的移动管理( g m m ) 和会话管理( s m m ) 。同 g s m 网络比较，增加了许多新的功能。 ( 1 ) 移动终端的移动管理( g m m ) 包括移动终端状态管理、位置管理、g p r s 连接和去连 接、用户安全管理等。 状态管理：g p r s 定义了三种移动管理状态，对g p r s 用户的移动性管理体现为终端在 三种移动管理状态之间的相互转换。这三种状态分别是空闲状态、就绪状态和守候状态。空闲状 态是指g p r s 终端还未开机或没有进行g p r s 连接时的状态；当移动终端正在进行数据传输时 处于就绪状态；移动终端已完成g p r s 连接，但没有传输数据时处于守候状态。三种移动管理状 态之间的相互转移依赖于p d p 移动场景的激活或超时；当终端处于守候状态时，s g s n 知道终 端所在的路由区域；当终端处于就绪状态时，s g s n 知道终端所在的小区位置。 位置管理其实就是当用户从一个小区进入另一个小区，或者从一个路由区域进入另一个路 上海交通大学硕士学位论文 由区域时执行的一系列移动管理过程；此外还包括周期性的路由区域更新，用来检查在一段时间 内未发起路由区域更新请求的用户是否可达( 处于就绪状态或守候状态) 。同g s m 网络比较， g p r s 网络不仅需要管理位置小区识别号码c g i ，c g f = l o c a t i o na r e ai d e n t i t y ( l a i ) 4 - c e l l j d e n t i t y ( c i ) ，l o c a t i o na r e ai d e n t i t y ( l a i ) 2m o b i l ec o u n t r yc o d e ( m c c ) 十m o b i l en e t w o r k c o u n t r y ( m n c ) 4 - l o c a t i o na r e ac o d e ( l a c ) ；而且需要管理路由区域识别号码r a i ，r a i = m c c 4 - m n c4 - l a c4 - r o u t i n ga r e ac o d e ( r a c ) 。当移动终端从一个小区进入同一路由区域内的另一个 小区，会触发一个类似于g s m 小区切换的“小区更新”过程；当移动终端从一个路由区域的小 区进入另一个路由区域的小区，就必须执行路由区域更新；当两个路由区域归不同的s g s n 管辖 时，执行i n t e r - s g s n 路由区域更新过程；当两个路由区域归相同s g s n 管辖时，执行i n t r a s g s n 路由区域更新过程。移动终端连接到g p r s 网络之后，必须执行周期性路由区域更新过 程，每隔一段时间向网络汇报一次自己此时所在的位置。 用户安全管理主要包括用户认证，用户识别号码保密和用户数据保密。用户鉴权和认证类 似于g s m 网络，主要由s g s n 网络单元负责完成。用户识别号码p t m s i 主要由s g s n 来分 配给终端，与v l r 分配t m s i 号码相同。g p r s 网络的用户数据保密功能由s g s n 和移动终端 之闾的逻辑链路层来加以完成，与g s m 网络只在b t s 和移动终端之间的单个逻辑信道加密是有 差别的。 ， ( 2 ) 移动终端的会话管理( s m m ) 是指g p r s 移动终端和外部数据网之间的连接控制管 理，主要通过p d p 移动场景的管理来加以实现。p d p 移动场景是g p r s 内部网络所传送的透明 的特定i p 数据包，它分为上下行两个方向，有激活和去激活两种运行状态，它们之间可以相互转 换。 4 逻辑链路管理功能：面向分组的应用总是会遇到突发数据传输的情况，也就是说，面向分 组的应用对资源的占用是不定的，需要传送数据时就占用一部分资源，不需要传送数据时，就释 放占用的资源。逻辑链路管理的概念是不管有没有数据传输，始终保持移动终端和s g s n 之间的 逻辑无线连接( 直到移动终端或网络断开该连接为止) ；但只有在实际传输数据时才为用户分配 无线资源，这样可以更加有效的利用无线接1 3 资源。逻辑链路管理功能包括逻辑链路的建立、逻 辑链路的保持和逻辑链路的释放，主要由s g s n 和移动终端负责实现，该功能是g p r s 网络区 别于g s m 网络的一个重要特性。 5 无线资源管理功能：无线频率资源是非常有限的，必须对无线资源的分配、保持和释放进 行合理的管理。可用的无线资源可以以动态或者静态方式分配给g s m 或g p r s 用户使用。无线 资源管理功能包括u m 接口管理、小区选择、u m 传输和路径管理等子功能。 ( ，) u m 接口管理功能：一个小区内无线资源分配的管理。遵循容量需求的原则，系统分配 小区物理信道供g p r s 移动终端使用。 ( 2 ) 小区选择功能：移动终端测量附近几个小区的信号质量，并选择一个小区作为自己的服 务小区，和该小区的基站建立连接。该功能还用于检测和避免候选小区内的呼叫阻塞。 上海交通大学硕士学位论文 ( 3 ) u m 传输功能：该功能目的是为了通过u m 接口在g p r s 移动终端和基站之间以分组 交换方式来传送数据，具体包括无线物理信道上的多个分组复用，无线信道的媒体接入控制，分 组检错纠错以及流量控制。 ( 4 ) 路径管理功能：无线资源管理不仅包括对空中接口的管理，还包括对无线子系统和 s g s n 之间的接1 ：3 管理。b s s 和s g s n 之间的路径可以根据数据流量大小动态建立和释放，也 可以根据每个小区内最大可能的呼叫量静态确定。 6 网络管理功能：用于实现g s m ，g p r s 网络的各种运营和维护功能。 g p r s 网络能够有效地解决若干阻碍i n t e r n e t 数据网络发展的瓶颈问题：g s m 网络空中接 v i 的传输瓶颈问题；电路交换网络不管用户是否需要传输数据都单独占用线路而造成线路资源的 浪费问题；g s m 网络不能够直接和i n t e r n e t 数据网络互通，一般需要2 0 秒左右的连接时间，连 接建立时间漫长的问题。 1 g p r s 网络采用i p 技术建设g p r s 骨干网络，为w c d m a 网络和未来全i p 网络的 发展奠定了扎实的基础。新增加服务支持节点s g s n 、g p r s 网关支持节点g g s n 等若干 g p r s 骨干网络的网络单元设备，g p r s 骨干网络的演变实质是电路交换向i p 报文交换的演 变，具有诸多优势：用户连接前，无需接续、时延短、无呼损；用户连接时，不同用户的报文可 以多路复用同一条线路从而提高线路的利用率；报文交换的实质是各个网络节点对用户信息进行 。存储和转发，无需点对点直联，这样有助于移动终端和公网应用服务所提供的设备之间的匹配， 从而能够支持多种用户业务。 g p r s 网络的通信接口枢纽是s g s n ，网络功能和g s m 网络的m s c ，、，l r 相同。s g s n 和 h l r 之间的g r 接口，s g s n 和e i r 之间的g f 接口，s g s n 和m s c v l r 之间的g s 接口， s g s n 和b s c 之间的g b 接口，s g s n 和g g s n 之间的g n 接口都与s g s n 网络单元密切相 关。s g s n 主要完成g p r s 网络的移动管理、分组路由和传递、逻辑链路管理等功能；逻辑链路 层概念的存在，使无线信道资源在数据传输时才被按需分配，提高了信道利用率，逻辑链路在没 有数据传输时也可以存在，能够迅速响应突发数据传输，提供“随时在线”的服务。 g g s n 是一台路由器主要用来实现g p