（电气工程专业论文）阜新地区移动gprs网络优化研究.pdf

摘要 随着g p r s 业务量的增长，g p r s 网络现有规划可能不能满足用户需要的业务 质量。本文首先对g p r s 网络原理进行介绍，继而探讨了g p r s 网络优化需要面对 的问题，以及g p r s 网络优化的原则和目标，并以阜新g p r s 网络为研究对象，采 用优化方案对现有网络进行优化。阜新移动g p r s 无线网络优化的工程实现对论 文的理论作了实际的验证，论文通过阜新移动大量优化实例的对比分析，论证了 优化方法的有效性和可行性，并显示具有巨大的现实意义。 关键词：g p r s 移动通信无线网络优化 a b s t r a c t w i t ht h eg p r sh u s i n 鹤sv o l u m eg r o w t l l i n g , t h ee x i s t i n gp l a no ft h eg p r s n e t w o r kp o s s i b l yc a r l n o t 鲥s 匆t h es e r v i c eq u a l i t yo ft h eu s e rn e e d s f i r s t ，t h ep 印盯 i m r o d u c i n gm et h e o r yo fg p r sn e t w o r k , 鲫b s e q u e n t l yi td i s c u s s i n gt h ep r o b l e mo f t h eg p r sn e t w o r ko p t i m i z e dn e e d st o 慨a sw e l la sd i s c u s s i n gt h ep r i n c i p l ea n d g o a lo ft h eg p r sn e t w o r ko p t i m i z e d , a n dt h a tt a k i n gt h ef u x i ng p r sn e t w o r k 勰 e x a m p l e ，a d o r i n gt h eo p t i m i z e dp l a nt oc a r r yo no p t i m i z a t i o nt ot h ee x i 啦i n gn e t w o r k t h eg p k sw i r e l e s sn e t w o r ko p t i m i z e do ft h ef u x i nm o b i l et op r o v et h et h e o r y a c t u a l l w h a ti sm o r e , m ep a p e rp r a t i n gt h ev a l i d 时a n df e a s i b i l i t yo f t h eo p t i m i z e d m e t h o db yc o n t r a s t i n ga n da i l a i y 五n gm a n yn e t w o r ko p 6 m i z e de x a m p l e so ff u x i n m o b i l e a n dt h a ts h o w i n gt h eh u g ep r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e k e y w o r d s ：g p r s ，m o b i l ec o m m u m c a t i o n , w i r e l 眺n e t w o r ko p t i m i z e d 辽宁工程技术大学项士学位论文 1 概论 从第一代的模拟系统发展到第二代数字系统，移动通信正以空前的速度向前 发展。在第二代系统中，g s m 的应用最广泛，但是g s m 系统的最高传输速率为 9 6 k b i t s ，且只能完成电路数据交换，远不能满足移动数据业务的需求。因此， 欧洲电信标准委员会( e t s i ) 又推出了通用分组无线业务( g p r s ，g e n e r a lp a c k e t r a d i os e r v i c e ) 技术，它在原来g s m 网络的基础上叠加了支持高速分组数据的网 络，为g s m 系统向第三代宽带移动通信系统u m t s 的平滑过渡奠定了基础，因而g p r s 又被称为2 5 g 系统。g p r s 技术比较完美地结合了移动通信技术和数据信技术。 g p r s 是g s m 网络和数据通信发展、融合的必然。g p r s 采用分组交换技术，它可以 让多个用户共享某些固定的信道资源。如果把空中接口上的t d m a 帧中的8 个时隙 都用来传送数据，可以提供高于固定因特网速率的无线数据接入方式( 最高可以 达到1 7 i 2 k b i t s ) eg p r s 可向用户提供较高性价比业务并具有灵活的资费策略。 g p r s 既可以是运营商直接提供丰富多彩的业务，同时可以给第三方业务提供商提 供方便的接入方式，这样便于将网络服务提供和业务提供有效地分开。现在可以 通过g p r s 网络向移动用户提供因特网浏览、e - m a i l ，w a p 浏览、短消息业务、定 位等多种应用。当前包括新浪和搜狐等网站的主要盈利点己经由原来的短信服务 逐渐转变为以彩信等基于g p r s 的数据业务上来。另外随着手机功能的不断增加， 存储空间不断扩大，一些网站也相应地提供了基于g p r s 的视频、音频以及在线游 戏等应用。g p r s 技术作为g s u n 络提供分组数据业务的一种演进技术，具备了提 供中高速率的无线数据接入的能力，是g s m 网络运营商拓展新业务，挖掘网络潜 力，逐渐过渡3 g 网络的一个重要过程。g p r s 网络一般通过g s m 网络平台的改造升 级实现，包括增加g p r s 核心网设备( s g s n ，g g s n c g ，b g ，d n s 等) ，增加p c u 设备， 升级h l r ，m s c ，b s c ，b t s 等网元的软件。g p r s 网络优化研究g p r s 是2 5 r 移动通信 标准，是通往第三代移动通信的桥梁。它充分利用g s m 网络，为用户提供了个 高效的移动i p 网络。由于g p r s 采用分组交换传递各种业务信息，因此g p r s 的网络 规划也不同于传统电路交换业务的移动网络。g p r s 网络规划涉及到容量规划、无 线网络规划以及核心网规划等。在进行g p r s 网络规划时要尽量保证已有话音业务 的q o s ，尽量减少g p r s 业务给话音业务带来的不利冲击。为了充分利用g p r s 的编 码技术优势、而又尽量减少对话音业务的冲击，需要考虑对g p r s 进行独立的频率 规划。在规划传送高比特率业务的g p r s 网络时，必须要仔细选择站址和天线位置、 方向，以避免小区重叠和由此造成的c i 不良性能。即使使用现有网络，在传递 任何数据业务前，仍应调查网络质量，预测不同业务的平均吞吐率与最大吞吐率。 辽宁五程技术大学硕士学位论文 2 在传送数据业务前还应当利用规划工具和现有婀络的相关傣患，研究和调凝所有 霹戆瓣羝吞睦率缝酝( 覆量差夔螽錾嚣) _ 帮毫疆塞搴建区高鼗务嚣求遥区) 。慰羝凌 量地隧进行调整和优化的方法不仅仅只限于天线下倾、天线方位调整、降低天线 高度和站址重选等警段。g p r s 的网络优化与传统的g 涮网络优化过程大体相同， 弼终傀纯贯穿在g p r s 疆终生螽璃蘩耱每一跨羧，瑟霭络覆羲，弼终扩容耧瓣终囊 量调撼。g p r s 网络优化应遵循靓筑的流程规范，通过系统调惫、数据分析和制定 实施优化方案等环节达到优化网络的目的。其中，系统调落包括用户申衡调查， 统计謦蛞系统运行数撰调壹及有关g 罐霹g p r s 参数戆镶壹等：数撂分耩就是慰牧集 到静偿惠进行综合分析，我出影响g p r s 弼络性能的可能因素。然后，铡宛优化解 决方棠，提出优化措施和解决手段，并按网优方案对网络进彳亍操作，实施厨需要 查看楚否达到预期盼优化耳标。g p r s 一方面作为一种新的接入技术，有其技术特 轰，宪豹魏纯磊婺赣麴袭来释经浚；男一方蟊宅健霸了g 爨鹣餮理屡作鸯承簸，嚣 此它的优化与g s m 优化技术又是密不可分的。两者使用了同一个物理g p r s 网络优 化研究网络，团此优化时更要充分考虑两者之间的配合，力求两方面的质缀都得 裂优纭霹嶷裹。印黼豹季| 入班不影瘸毫鼹交换羧戆，赘豫逶蒺本话音堑务为藜挺 进行优化。在现确- g p r s 规模下，通过对无线参数的调整，拨，心网设备的调熬，路 由等参散调整，使更多的g p r s 移动台可享受更黼的编码速率的服务，减少移动台 分组璧发比率，从鼷挺离系统貔番敬爱，使实蕲数据铸辕速零达到设计嚣糖簧求。 谗者秘麓扶事移动黼络傥纯工佟，在实际工榫警中，深深感剿国内有关g p 髂书籍 和材料的缺乏给技术人员带来的豳感，特别是涉及g p r s 的网络优化方面，只有一 些问题和故障的理论性描述，并没有通过实际的测试进行捡骏。由于两络优化必 矮要毯长麓静实器誓捧牵逶蟹不耢豹获桑纛总结，因筵没有枣富酶实舔撵伟经 验，就凭法提供一些指导性的建议，这样就会秘各种配置和参数进行优化时无法 掌握对现网的实际影响程度，使得优化工作缺爱准确性和方向性。作者在长期的 g p r s 赠终凭馥工终安黢孛，镑怼鏊黪网络孛经鬻瘗瑗懿一些瓣蘧窝藏簿，绫会瓣 络标拣协议对无线侧和数据交换侧些普遍问题进行了深入纳研究和实际的测 试，得剿了洋细的第一手资料，对g p r s 网络优化在以下方面提出了独到的见解： ( | 勰s 无线纛量霞纯 目前中国移动集团公司根据各地网络实际运行情况，在鬃减少对现网 蒋音业 务影响的前提下，规定了每小区的p d c h 的建议配露为l 十2 模式，郾1 个静态信道 纛2 令渤态藩遵。这耱酝霉模式无滚遥痤各稳弼终环境壤援，嚣簧鬏据实辩情况， 针对不同地理环境私用户分布进行p d c t t 的动态调整，使重点酝域、热点小区、 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3 非热点小区和农村地区网络资源得到最大利用。产生更大的效益，并且考虑到同 一个地点白天和夜晚的话务模型不完全一样而对p i ) c h 信道配置进行了修正。 ( 2 ) 6 p r s 无线移动性优化 由于手机的特点是不断地处在移动状态，因此对于移动数据业务也要充分考 虑移动性所产生的影响当手机在不同的小区进行切换时，会导致小区重选，而 且任何一项g p r s 网络优化研究电信业务完成后都会进行一次路由区更新。而小区 重选和路由区更新都会造成数据业务传送的停顿，短暂的中断不会产生太大的影 响，但过多的停顿则会造成上传、一下载速率降低，部分业务( 如寻呼) 失败， 网络信令流量的增加，用户感觉网络质量变差等等不好的影响。因此需要对影 响小区重选和路由区更新的参数根据实际情况进行调整，保证在单频网和双频网 的情况下，手机能够尽量减少不必要的切换，从而保证网络质量的稳定。 ( 3 ) g p r s 传输速率优化 g p r s 被定义为高速数据传输，所以数据传输速率是衡量一个网络质量好坏的 关键，而提高传输速率是g p r s 网络优化的主要工作和主要目的。( ；p r s 的速率主要 与分配的信道数和信道编码类型有关，当一个手机能够充分占有分配的信道， 数据传输速率能够得到保障，而另一个关键原因是信道编码，手机占用了充足的 信道，但信道编码效率较低，数据传输速率仍然会很慢。手机采用哪一种信道 编码方式，干扰是一个主要的原因，由于干扰的存在，手机不能采用高性能的信 道编码方式，因而还是无法提高g p r s 传输速率。针对服务小区信号弱、干扰小区 功率大和带外干扰严重造成的问题提出了相应的解决处理方案，特别对参数造 成的影响和具体的调整进行了充分的描述。 ( 4 ) g p r s 应用优化 g p r s 目前主要承载了叫n e t ，c 姗a p ，删s 三种业务这些业务在实现过程中需 要经常性的设备互联互通，但由于g p r s 的协议比较新，各个厂家在一些细节上的 理解并没有完全统一，导致设备互联方面的问题比较多，特别是删s 业务拥有 删s c ( 多媒体信息中心) ，由于此类设备推出得比较匆忙，在稳定性上比较欠缺， 经常出现一些配合问题。另外一些设备和手机的软件需要进行升级以修补错误使 之能够正常工作。 辽宁工程技术大学硕士学位论文4 2 g 豫s 网络原理 2 16 p r $ 简析 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 ，通用分组无线业务) 是在现有的 g s m 移动通信系统基础之上发展起来的一种移动分组数据业务。g p r s 通过在g s m 数字移动通信网络中引入分组交换功能实体，以支持采用分组方式进行的数据传 输。g p r s 系统可以看作是对原有的g s m 电路交换系统进行的业务扩充，以满足 用户利用移动终端接入i n t e r n e t 或其它分组数据网络的需求。g p k s 充分利用了 现有移动通信网的设备，通过在现有的g s m 网络上增加网络节点建设分组数据 网，即在g s m 网络上增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新的网络逻辑实体， 来实现其业务。它以分组交换技术为基础，结合了移动通信技术和数据通信技术， 采用i p 数据网络协议，使现有g s m 网的数据业务突破了最高速率为9 6 k b i t 8 的限制，最高数据速率可达1 7 1 2 k b i t s ，这样高的数据速率，对于绝大多数 移动用户来说，已经是绰绰有余。用户通过g p r s 可以在移动状态下使用各种高 速数据业务，包括收发电子邮件，因特网浏览等i p 业务功能。g p r s 是能够实 现从空中接口到外部网络之间的分组数据传输，可以接入基于t c p i p 的外部网 络和) l2 5 网络 图2 1 分组通信示意图 g p r s 采用分组交换技术，在分组交换的通信方式中，数据被分成一定长度 的包( 分组) ，每个包的前面有一个分组头( 其中的地址标识指明该分组发往何 处) 。数据传送之前并不需要预先分配信道，建立连接。而是在每一个数据包到 达时，根据数据包头中的信息( 如目的地址) ，临时寻找一个可用的信道资源将 该数据报发送出去。在这种传送方式中，数据的发送方和接收方和信道之间没有 固定的占用关系，信道资源可以看作是由所有的用户共享使用。分组交换意味着 辽宁工程技术大学硕士学位论文 仅当用户真正在发送戏接收数据时g p r s 无线资源才被使用。它可以让多个用户 荚享莱麓疆定豹碧遴资源，大量静g p 憝震户霹虢共享箨阖豹鬻宽丽且鑫麓一个 单元提供服务。它可以支持的实际用户数取决予具体的应用和被传送的数据的数 量。如果把空中接口上的t d m a 帧中的8 个时隙都用来传送数摄，那么数搬速率 象毫霹这1 6 4 k b 移。+ g 繇空孛接日瓣穰遂资嚣栽露渡放话耆羡攘，毽霹羧毅g p r s 数据业务占用。当然在信道充足的条件下，可以把一些信道定义为g p r s 专用信 道。 袭2 。1 毫路鳘数据翌务与分缀鍪数囊堑务慰笼 对比内 电路型数据业务 分组型数据业务 ( 9 6 k b p s 以下数 容( g p r s ) 摆监务爱h s c s o ) 无线储 专用，最多4 个时隙共事，最多8 个时 捆绑( 固定占用时隙捆绑，动态时涨 遭 熬分髦 链路建 呼叫建崴时间长 短，有”永远在线” 立时间之称 簧竣辩 短，逶会予实嚣建强 逶度豹转输辩虢 磁的业务 传输速 从小于9 6 k b p s 到 最大1 7 1 2 k b p s 攀+ 5 7 6 k b p s 网络升 初期投资少，需增加费用较大，需增加 i w f 单元及对b t s 网络设备，但节省 级费用 b s c 进簿歙馋舞级基蛄投瓷 提傲相 同业务 价格昂贵、占用系统价格较便宜、占用 资源多系统资源少 代价 在g p r s 网络中，蒙传送的数据射装在一些短分组中，分组的信头含商源发 和终点地址。然后，这些分组一个个地在传输网上发送。源于一个用户的分组 可在翳终孛采取不嗣魏盎抵达接救蠡。来垂不阕惩户赘爱鸯分缓露捶在一起，这 样传输容量不采用预缀时隙而得戳共享。褶反，网络容量只猩所需对分配，不要 时就释放，因此称为绒计复用或“动态复用”。这与g s m 网电路交换方式的“静 辽宁工程技术大学硕士学位论文6 态复雕”不同( 所谓“静态复用”，是不管用户是否正在发送数据，都蠢愚着 一令嵇邋) ，麸磊大大搀毫了带宽资源豹嚣焉攀。 g p r s 不仅仅是对发送数据的移动用户实施了“动态复用”，而且还不影响 g 跳喇终资源的使用。耳藏移动遴德的业务中电话业务还是擞耍鲍，在移动电话 监务繁忙对，霹疆憨教据信遒供绘移动电话使溺。在电话韭务缀忙薅，将便数据 传送延时，虽然延长了数据分组传送的时间，俱不影响正常的电话业务。同时， 由于g p r s 是分组交换技术，应用了统计复用技术，是按发送数据的量计赞，而 蚕是按发送夔鞋弱嫒矮谤羹，跨戮霹惩户来说迩霹绫苇警赞翅。 g p r s 提供了非常灵活的比特搴，从小于1 0 0 b p s 到大子l o o k b p s 。少予一时 隙的各种应用可从g p r s 的功能中褥到好处，可使几个用户共摩一个时隙。例如， 在一瓣熬上发送5 0 0 字节瓣一个分缀霪要大终5 0 0 毫移，熬磊该势经逶遗g p r s 骨干湖，也许包括例如i n t e r n e t 在内的一系列网络抵达终点。这样使用链路就 保存了网络和空中接口的容量，也使经营商能提供更价廉的北务，因为收赞可以 数据发送或搂l | 芟懿数爨为依据。 浆予g s m 的覆蘸很广，g p r s 将为i n t e r n e t 和其它分组网络的接入提供真正 的全球性大宗市场。这些应用对用户是相类似的，因为现有念部t c p i p 为基础 懿应鼹郝戆使用g p r s ，馕凝努像窕靛连接到一个l a n 疆，错l l s 基撵侯叛坎豹怼 话建立；用户可长时间在线滞留，但只支付所用容量的费用。 引入g p r s 时，可将其叠加在现有的6 s m 阏上；而g s m 光线资源则由g s m 话 毒采溪戆电路交换援妓襄印豁分维数据共享。遴避对基站予系统( b s s ) 遴器软 件升级，一种被称为分组控制单元( p c u ) 的新型g p r s 实体将用来处理数据娥务， 并将数据业务量从g 洲话音业务擞中分离出来。p c u 增加了分组功能，可幼态地 控制无线链踌，允诲多用户使用逶獭的事物处璎类型接妇无线资源，当事物处理 结束时粼释放资源。然后，6 p r s 数据分组被g p r s 骨干系统( g b s ) 传送獭去。 这一过糨将涉及两个6 p r s 网络元索，分别称为g p r s 支持节点( s g s n ) 和网关 g p r s 支撩节点( g g s n ) 。s g s n 提供了移动管理、数据加密和聪缎，并可核对妲务 耋管瑾鬻诗费方委蠢簦瓣络售患。黼鼹帮其它岁 帮数据弼络按强弱完诲逶：i 建适当 的肪火墙接入国际置联网和其他兼容网络。 g p r s 提供的数擐速率取决予瓣采用的编码方式，在标准审有四种编磷数据 速率，努剐隽每信遴9 0 5 ，1 3 。4 ，1 5 6 和2 1 4 k b i t s 。毒手巍在一个颏率上提毛 l 全部8 个业务信道，最大的数据眷吐量可高达鼯用户1 7 1 k b i t s ，不过，由于信 辽宁工程技术大学硕士学位论文 7 道编码和多时隙分配所需的开销，更具实际意义的吞吐量最高值为l l s k b i t s 。 2 2 g p i l s 系统结构? 图2 2 g p r s 网络体系 g p r s 网是在g s m 电话网的基础上增加以下功能实体构成的：s g s n ( 服务g p r s 支持节点) 、g g s n ( 网关g p r s 支持节点) 、p t m s c ( 点对多点服务中心) ；共用g 跚 基站但基站要进行软件更新；采用新的g p r s 移动台；g p r s 要增加新的移动性管 理程序；通过路由器实现g p r s 骨干网互联；g s m 网络系统要进行软件更新和增 加新的m a p 信令和g p r s 信令等。 2 2 1 主要网络实体 1 g p 赂惦 1 ) 终端设备 t e ( t e m i n a le q u i p m e n t ，终端设备) 是终端用户操作和使用的计算机终端 设备，在g p r s 系统中用于发送和接收终端用户的分组数据。t e 可以是独立的桌 面计算机，也可以将t e 的功能集成到手持的移动终端设备上，同m t ( m o b i l e t e r m i n a l ) 合二为一。从某种程度上说，g p r s 网络所提供的所有功能都是为了 在t e 和外部数据网络之间建立起分组数据传送的通路 辽宁工程技术大学硕士学位论文 8 2 ) 移动终端 m t ( m o b i l et e r m i n a l ，移动终端) 一方面同t e 通信，另一方面通过空中接 口同b t s 通信，并可以建立到s g s n 的逻辑链路。g p r s 的m t 必须配置g p r s 功能 软件，以支持g p r s 系统业务。在数据通信过程中，从t e 的观点来看，耵的作 用就相当于将t e 连接到g p r s 系统的m o d e m 。m t 和t e 的功能可以集成在同一个 物理设备中。 3 ) 移动台 m s ( m o b i l es t a t i o n ，移动台) 可以看作是m t 和t e 功能的集成实体，物理 上可以是一个实体，也可以是两个实体( t b + m t ) 。 淞有三种类型： a 类g p r s 姻：能同时连接到g s m 和g p r s 网络，能在两个网络中同时激活， 同时侦听两个系统的信息，并能同时启用，同时提供g p r s 业务和g s m 电路交换 业务，包括短消息业务。a 类移动台用户能在两种业务上同时发起和或接收呼 叫，自动进行分组数据业务和电路业务之间的切换。 b 类g p r sm s ：能同时连接到g s m 网络和g p r s 网络，可用于g p r s 分组业务 和g s m 电路交换业务，但两者不能同时工作，即在某一时刻，它或者使用电路交 换业务，或者使用分组交换业务。b 类移动台也能自动进行业务切换。 c 类g p r s 船：在某一时刻只能连接到g s m 网络或g p r s 网络。如果它能够支 持分组交换和电路交换两种业务，只能人工进行业务切换，不能同时进行两种操 作。 2 p c u ( p a c k e tc o n t r o lu n i t ，分组控制单元) p c u 是在b s s 侧增加的一个处理单元，主要完成b s s 侧的分组业务处理和分 组无线信道资源的管理，目前p c u 一般在b s c 和s g s n 之间实现。 3 s g s n ( s e r v i c eg p 憋s u p p o r tn o d e ，服务g p 路支持节点) s g s n 是g p r s 网络的一个基本组成网元，是为了提供g p r s 业务而在g s m 网 络中引进的一个新的网元设备。其主要的作用就是为本s g s n 服务区域的m s 转发 输入输出的i p 分组，其地位类似于g s m 电路网中的v m s c 。s g s n 提供以下功能： 本s g s n 区域内的分组数据包的路由与转发功能，为本s g s n 区域内的所有 辽宁工程技术大学硕士学位论文 9 g p r s 用户提供服务。 加密与鉴权功能 会话管理功能 移动性管理功能 逻辑链路管理功能 同g p r sb s s 、g g s n 、扎r 、m s c 、锄s _ g m s c 、涮s i 硼s c 的接口功能 话单产生和输出功能，主要收集用户对无线资源的使用情况 。+ 此外，s g s n 中还集成了类似于g 涮网络中v l r 的功能，当用户处于g p r s a t t a c h ( g p r s 附着) 状态时，s g s n 中存储了同分组相关的用户信息和位置信息。 同v l r 相似，s g s n 中的大部分用户信息在位置更新过程中从甩r 获取。 4 g g 刚( g a t 明a yg p i l ss u p p o r t d e ，关口g p 憋支持节点) g g s n 也是为了在g 跚网络中提供g p r s 业务功能而引入的一个新的网元功能 实体，提供数据包在g p r s 网和外部数据网之间的路由和封装。用户选择哪一个 g g s n 作为网关，是在p d p 上下文激活过程中根据用户的签约信息以及用户请求 的a p n ( a c c e s sh i n tn a m e ，接入点名) 来确定的。g g s n 主要提供以下功能： 同外部数据i p 分组网络( i p 、x 2 s ) 的接口功能，g g s n 需要提供m s 接 入外部分组网络的关口功能，从外部网的观点来看，g g s n 就好象是 可寻址g p r s 网络中所有用户i p 地址的路由器，需要同外部网络交 换路由信息； g p r s 会话管理，完成m s 同外部网的通信建立过程； 将移动用户的分组数据发往正确的s g s n 话单的产生和输出功能，主要体现用户对外部网络的使用情况。 5 0 g ( 嘶g i n gg a t e w a y ，计费网关) c g 主要完成对各s g s n g g s n 产生的话单的收集、合并、预处理工作，并完 成同计费中心之间的通信接口。c g 是g p r s 网络中新增加的设备。g p r s 用户一次 上网过程的话单会从多个网元实体中产生，而且每一个网元设备中都会产生多张 话单引入c g 是为了在话单送往计费中心之前对话单进行合并与预处理，以减 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 0 少计费中心的负担；同时s g s n 、g g s n 这样的网元设备也不需要实现同计费中心 的接口功能。 6 i l d i u s 服务器 在非透明接入的时候，需要对用户的身份进行认证，相关的认证、授权信息 就存储在r a d i u s 服务器( r e m o t e a u t h e n t i c a t i o nd i a li n u s e rs e r v i c es e r v e r ， 远程接入鉴权与认证服务器) 上。该功能实体并非g p r s 所专有的设备实体。 7 i ) n s ( d o m a i nn a m es y s t e m ，域名服务器) g p r s 网络中存在两种域名服务器：一种是g g s n 同外部网之间的d n s ，主要 功能是对外部网的域名进行解析，其作用完全等同于固定i n t e r n e t 网络上的普 通d n s ；另一种是g p r s 骨干网上的d n s ，其作用主要有两点： 在p d p 上下文激活过程中根据确定的a p n ( a c c e s sp o i n tn a m e ，接入点 名) 解析出g 6 s n 的i p 地址； 在s g s n 问的路由区更新过程中，根据旧的路由区号码，解析出老的s g s n 的i p 地址。 该功能实体并非g p r s 所专有的设备实体。 8 粥( b o r d e rg a t e w a x ，边缘网关) b g 实际上就是一个路由器，主要完成分属不同g p r s 网络的s g s n 、g g s n 之 间的路由功能，以及安全性管理功能。该功能实体并非g p r s 所专有的设备实体。 2 2 2g p 骼网络接口 g p r s 网络增加的新节点间接口是g r 、g i 、g b 、g n 、g p 、g s 、g f g d ，g a 、 g c 。g p r s 系统是通过七号信令( g c 、g d 、g f 、g r 、g s ) 与g s m 网络的n s s 部 分相连，其它接口和参考点是通过p l m n 骨干网内( o n ) 、p l m n 骨干网间( c p ) 与外 部网( c i ) 实现互联。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 图2 3g p r s 网络接口 图2 4g p r s 骨干网的逻辑结构图 g p r s 网上增加了一些接口，主要包括： 1 g b 口：s g s n 通过g b 口与基站b s s 相联，为移动台鹏服务。通过逻辑控制 协议l l c ，建立s g s n 与m s 之间的连接，提供移动性管理( 位置跟踪) 和安全管 理功能。s g s n 完成m s 和s g s n 之间的协议转换，即骨干网使用的i p 协议转换成 s n d c p 和l l c 协议，并提供璐鉴权和登记功能。 2 g n 口：s g s n 通过g n 口和g g s n 相联， 和外部数据网( x 2 5 或i p ) 之间的通道， 通过g p r s 隧道协议( g t p ) 建立s g s n 实现m s 和外部数据网的互联。 3 g s 口：用于s g s n 向m s c v l r 发送地址信息，并从m s c v l r 接收寻呼请求， 实现分组型业务和非分组型业务的关联。 4 g r 口：h l r 保存g p r s 用户数据和路由信息( i i l 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 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 2 等级以及路由信息。 5 g i 口：g g s n 通过g i 口实现g p r s 网和外部数据网( p d p ) 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 口支持x 2 5 和i p 协议。 从p d n 网看g g s n ，g g s n 可看作是一个路由器连到p d n 网。g g s n 包含用于连接g p r s 用户的路由信息，为外部数据网的p d u 送到m s 提供通道。通过g g s n 与g p r s 网 互联的分组数据网p d n ，可以是p s p d n 网，这时，g p r s 支持i t u tx 1 2 1 和i t u t e 1 6 4 编号方案，提供x 2 5 虚电路及对x 2 5 快速选择，还支持网间的x 7 5 协 议连接；也可以是i n t e r n e t 网，基于i p 协议，在i p 数据报传输方式中，g p r s 支持t c p i p 头的压缩功能。 6 g c 接口；g g s n 和h l r 区间的接口。只有通过该可选的接口才可以完成网络 发起的进程激活，这时通过g g s n 可以获得幅的位置信息。规范中还定义了 p r o x yg s n 的使用，它被用实现g t p 到m a p 间的协议转换，这样可以避免在g g s n 中实现m a p ； i 7 g d 接口：s m s - - g m s c 和s ( ；s n 间的接口，及s m s - - - i w m s c 和s g s n 间的接口。 通过g d 接口可以提高s m s 服务的使用效率( m a p ) ； 8 g f 接口：s g s n 和g i r 间的接口。g f 给s g s n 提供接入设备获得设备信息的 接口； 9 c p 接口：不同p l m n 和两个g s n 问的接口。c p 接口的功能与g n 相似，它 同时还提供b g 、防火墙以及不同p l m n 间互联的功能，如：安全，路由等； l o u 接口：骼和g p r s 固定网络间的接口。它通过骼接入g p r s 的接口 1 i r 接口；终端设备和移动终端的接口参考点。该点将终端设备与移动台相连， 如通过便携电脑与g s m 手机相连。该参考点满足i t i 卜_ t v 2 4 v 2 8 、p c m g i p c - _ c a r d 、i r i ) a 标准，也能兼容新的接口标准如u s b 、b l u e t o o t h 等。 2 3 高层功能 g p r s 网络的高层功能包括以下几个方面： 网络接入控制功能 分组路由和转发功能 移动性管理功能 辽宁工程技术大学硕士擘位论文1 3 逻辑链路管理功能 无线资源管理功能 网络管理功能 2 3 1 网络接入控制功能 网络接入控制功能控制m s 对网络的接入，使m s 能使用网络的相关资源完成 数据的接收和发送。对于g p r $ 而言，用户可以从移动终端或固定网络侧( 包括 i n t e r n e t 和) l2 5 ) 发起业务。对于特定p l j 州运营商，可以限制某些特定用户接 入网络或者向特定用户提供特定的业务。 g p r s 网络接入功能包括以下内容： 1 注册功能 此功能是指将用户的移动i d 和用户的p d p 上下文、在p l m n 中的位置联系以 及对外部分组数据网络的接入点联系起来。这种联系可以作为静态形式存贮在 h l r 中，或者根据需要动态分配。 2 鉴权功能 此功能是指向用户授予使用某种特定网络服务的权利和对特定用户的申请 进行鉴权。鉴权的实现和移动性管理联系在一起。 3 许可控制功能 此功能是指根据用户所申请的q o s 所需要的无线资源，决定是否分配无线资 源。许可控制功能的实现和无线资源管理功能联系在一起，用于估计小区对无线 资源的需求。 4 消息屏蔽功能 此功能是指通过包过滤功能将未被授权的和多余的消息滤除。在g p r s 的第 一阶段，支持网络控制的和预约的消息屏蔽功能，在第二阶段，将支持用户控制 的消息屏蔽功能。 5 分组终端适配功能 此功能是指将发往终端设备的分组数据包或终端设备发往网络的分组数据 包适配成适合于在g p r s 网络传输的格式。 辽宁工程技术大学硕士学位论文1 4 6 计费数据收集功能 此功能是指根据用户预约和业务量进行计费数据收集，并能将收集到的计费 数据通过g a 接口发往计费网关处理。 2 3 2 分组路由和转发功能 分组路由和转发功能完成对分组数据的寻址和发送工作，保证分组数据按最 优路径送往目的地。 分组路由功能和转发功能主要包括： 转发功能( 中继功能) 路由功能 地址转换和映射功能 封装功能 隧道功能 压缩功能 加密功能 d n s 功能 1 转发( 中继) 功能 转发功能是指将数据包从一个节点送到路由中的下一个节点的功能。 在g p r s 中，转发功能是指s g s n 或g g s n 接收来自输入的数据包然后转发给 其它节点的过程。s g s n 和g g s n 首先存贮所有有效的p d pp d u ，直到将p d pp d u 发送出去或超时，超时的p d pp d u 将被丢弃。 2 路由功能 路由功能是指利用数据包消息中提供的目的地址决定该数据包消息应该发 往哪个节点以及发送过程中应使用的下层服务的过程。 路由功能包括以下几个方面： 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 5 在同一p 咖q 中的移动终端和外部网络之间，也就是在参考点r 和参考 点g i 之间的路由功能。 在不同p l 删( 参考点r 和参考点g i 在不同的p l 删) 中的移动终端和外 部网络之间，也就是在通过g p 接口在参考点r 和参考点g i 之间的路由 功能。这种情况发生在漫游的m s 通过归属g g s n 访问外部数据网的时候。 在不同终端之间，也就是在不同临的参考点r 之间的路由功能。 3 地址翻译和映射功能 地址翻译功能是指将一种地址转换为另外一种地址的功能。地址翻译可以将 外部网络协议地址转换为内部网络协议地址，以便于数据包在g p r sp l m n 内部或 g p r sp l 删之问路由和传输。 地址映射功能是指将一个网络地址映射为另一个同类型的网络地址。地址映 射功能用于在g p r sp l i 虾i 内部或g p r sp l 州之间路由数据包。 4 封装功能 封装是指为了在p s i n 内部或p l l 州之间路由数据包，而在数据包的头部增加 地址信息和控制信息。去封装是指将这些地址信息和控制信息去除，从而解出数 据包。 g p r s 提供一个惦和外部网络之间的透明通道，封装功能存在于m s 、s g s n 和g g s n 之中。在s g s n 和g g s n 之间，g p r s 骨干网通过在p d pp d u 上封装一个g t p 协议头组成一个g t p 帧，然后将g t p 帧封装成t c p 或u d p 帧，最后再将该帧封装 成i p 帧。g p r s 骨干网通过包含在i p 和g w 协议头中的g s n 地址和隧道终点标 识来唯一定位g s np d p 上下文。 5 隧道功能 隧道功能是指将封装后的数据包在g p r sp l 蜊内部或g p r sp l 删之间、从封 装点传输到去封装点之间的功能。如图所示，s g s n 与g g s n 之间、g g s n 与外部数 据网之间的数据包都通过隧道传输。 辽宁工程技术大学项士学位论文 1 6 图2 5 分组路由和隧道传输 6 压缩功能 通过压缩功能能够最大限度地利用无线传输能力。 7 加密功能 加密功能用于提高在无线接口上传输的用户数据和信令的保密性。它也用于 保护g p r sp l 删不受外来的非法入侵。 8 d n s 功能 d n s 功能将s g s n c 五s n 的逻辑名字翻译成它的i p 地址，包括两方面： 在p d p 激活的时候，解析m s 接入外部i p 网络所用的a p n ，以确定本次 激活所用的g g s n 的i p 地址： 在s g s n 间的路由区更新过程中，解析旧s g s n 的地址。 2 3 3 移动性管理功能 移动性管理功能用于在p i j i n 中保持对m s 当前位置的跟踪。g p r s 系统的移 动性管理功能与现有的g 酬系统类似。一个或多个小区构成一个路由区( 是一个 位置区的子集) 。一个s g s n 对每个路由区提供服务。对惦位置的跟踪取决于船 移动性管理状态。当m s 处于s t a n d b y 状态，网络仅仅知道m s 位置是在哪一个路 由区。当m s 处于r e a d y 状态，网络则可以知道m s 的位置是在哪一个小区。 2 3 4 逻辑链路管理功能 逻辑链路指m s 到g p r s 网络间所建立的、传送分组数据所需的逻辑链路。逻 辑链路管理功能是指在m s 与p l m n 之间、在无线接口上维持一个通信渠道。当逻 辑链路建立后，m s 与逻辑链路具有一对应关系。 逻辑链路管理功能包括以下方面： 逻辑链路建立功能 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 7 逻辑链路维护功能 逻辑链路释放功能 进一步的信息可以参考g s m0 4 6 4 。 2 3 5 无线资源管理功能 无线资源管理功能是指对无线通信通道的分配和管理，g p r s 无线资源管理 功能要实现g p r s 和g s m 共用无线信道。无线资源管理功能包括以下几个方面： 1 ) u m 管理功能 u m 管理功能是指管理每个小区中的的物理信道资源并确定其中分配给g p r s 业务的比例。分配的策略可以根据本地用户需求和运营者的运营策略确定。 2 ) 小区重选功能 该功能使得m s 能够选择一个最佳小区，小区重选功能涉及到无线信号质量 的测量和评估，同时要检测和避免各侯选小区的拥塞。 3 ) u m - t r a n x 功能 该功能提供瞄和b s s 之间通过无线接口传输数据包的能力，包括以下几个 方面： 无线接口上的媒体接入控制 无线物理信道上的包复用 m s 内部的包识别 检错和纠错 流量控制 4 ) 路径管理功能 该功能管理b s s 和s g s n 之间的分组数据通信路径，这些路径的建立和释放 可以动态地基于业务量也可以静态地基于每个小区的最大期望业务负荷。 2 3 6 网络管理功能 即g p r s 系统的操作维护功能。此功能与实现有关。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 8 2 4 功能分配 高层功能在各网络实体之间的分配如表2 2 所示。 s g sg g s f u n c t i o nm sb s sh l r nn 网络接入控制 注册 x 鉴权和授权x xx 准许控制x xx 消息屏蔽x 分组终端适配 x 计费数据采集 x x 分组选路与传送 中继xxxx 选路x xxx 地址翻译与映射xxx 封装x xx 隧道 xx 压缩 xx 加密x xx 移动性管理xx x x 逻辑链路管理 逻辑链路的建立x x 逻辑链路的维护 x x 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 9 逻辑链路的释放x x 无线资源管理 u m 管理xx 小区选择 xx u m 发送xx 路径管理 xx 表2 2g p r s 网络实体功能分配表 2 5 g p 脑业务及应用 到目前为止，移动通信对非话音通信的需求仍处于初期阶段，根据预测今后 每年全球g s w 网上传送的移动数据量将实现4 0 - 5 0 的增长率。目前主要是短消 息业务量，到2 0 0 5 年，移动用户的数据业务量占总的移动业务量的2 0 - 3 0 ， 这给g p r s 的发展带来了良好的市场机遇。另一方面，i n t e r n e t 网上业务大量出 现，如天气预报、新闻、股票交易、电子商务等，而w a p 业务的推出，更使人们 感觉到除了移动终端因素外，g 跚支持的数据速率是制约手机网上作业的一大瓶 颈。而且g p r s 是在g s m 系统上叠加实现数据业务的一种模式，使得运营商可以 保护投资，延续g s m 的寿命。 未来的发展方向将是在g s m 以话音为基础的运营模式上，以终端客户为核 心，把具有增值意义的业务和应用加到g s w