（计算机软件与理论专业论文）基于（e）gprs的流传输qos.pdf

摘要 摘要 近年柬，随着无线技术和i n t e r n e t 晌发展，对无线分组业务的需求越来越高， 作为2 5 代和2 7 5 代的移动通信技术的通用分组无线业务( e ) g p r s 日益受到人们 重视。流式传输是( e ) g p r s 网络上的新承载业务，具有广阔的市场前景和应用空 问。 q o s 是实现流式数掘业务在( e ) g p r s 网络中传输的关键技术。在( e ) g p r s 协 议体系结构中，不仅定义了高层的分组数据传输协议，还提供了对数据流的q o s 保证。f 日g p r s 规范定义了一系列q o s 参数和服务等级，但没有对q o s 控制过程 进行详细描述。g p r s 的核心网络为i p 网络，其q o s 管理与 n t e r n e t 网络的q o s 相类似。( e ) g p r s 的无线接入网络的q o s 管理比较特殊，成为上层数据业务传输 能否达到质量保证的瓶颈。 本论文主要研究( z ) 6 p r s 无线接入网络中流式数据业务的传输支持及其q o s 技术，包括新旧规范下的q o s 指标和管理控制。通过对3 g p p 中g p r s 流业务服 务模型、无线子网络的通信协议以及q o s 相关规范的研究，讨论了具体流式数掘 业务传输在( e ) g p r s 无线接入网络中实现方案，包括按入控制、调度控制和流量 控制等主要q o s 管理控制功能模块。本文提出了一种适合流业务的e b r 算法模型 来实现( e ) g p r s 中无线资源分配并解决( e ) g p r s 在q o s 保证上与3 gu m t s 标准 的兼容。在详细分析影响流传输q o s 因素后，木文对小区重选进行了基于三阶段 优化方法的改良。通过具体实验以及情景测试，比较全面地研究了如何在( e 1 g p r s 网络中合理的利用无线资源实现流式数据业务传输。 关键词 g p r s ，流传输，q o s a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er e c e n td e v e l o p m e n to fw i r e l e s st e c h n o l o g ya n di n t e r n e t ，t h e r ea r i s e i n c r e a s i n gd e m a n d sf o rr a d i op a c k e ts e r v i c e g p r s ( g e n e r a lr a d i op a c k e ts e r v i c e ) a s t h e2 5e r am o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n de g p r s ( e n h a n c e dg p r s ) a st h e2 7 5e r a m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mh a v ea t t r a c t e dm o r ea t t e n t i o nf r o mg e n e r a lp e o p l e a n d s t r e a m i n gs e r v i c ei s an e ws e r v i c ei ng p r sw h i c hh a sm u c hm a r k e ta n da p p l i c a t i o n v a l u e i nt h es y s t e mo f ( e ) g p r s ，t h e r ei sn o to n l yt h et r a n s f e r r i n gp r o t o c o lo fp a c k e t e d d a t a ，b u ta l s ot r yt oo f f e rq o s a l t h o u 曲g p r sd e f i n e ss e v e r a ls e r v i c el e v e l s ，i td o e s n t d e s c r i b et h ep r o c e s so fq o sc o n t r o li nd e t a i l q o si st h ek e yi s s u eo fs t r e a m i n g t r a n s m i s s i o ni n ( e ) g p r sn e t w o r k t h eg p r sc o r en e t w o r ki sa ni pn e t w o r k ，a n di t s q o sm a n a g e m e n ti ss i m i l a rt oi n t e r n e t t h e r ea r es o m ed i f f e r e n t i a t i o n si nq o sc o n t r o l o f ( e ) g p r sr a d i oa c c e s sn e t w o r k ，w h i c hi st h eq o sg u a r a n t e eb o t t l e n e c ko fh i 曲e r l e v e l t r a f f i c i nt h i sp a p e r , w em a i n l yf o c u so nt h es u p p o r tc a p a b i l i t ya n dq o st e c h n o l o g yo f s t r e a m i n gt r a f f i co n ( e ) g p r sr a d i oa c c e s sn e t w o r k ，s u c ha sq o sp a r a m e t e r sa n d c o n t r o la r c h i t e c t u r ef o l l o w e db o t hn e wa n do l dg p r st e c h n o l o g ys p e c i f i c a t i o n b a s e d o nt h es t u d i e so fg p r ss t r e a m i n gs e r v i c em o d e l ，r a d i oa c c e s sn e t w o r k c o m m u n i c a t i o np r o t o c o la n dq o sr e l a t e ds p e c i f i c a t i o no f3 g p ew ed i s c u s s e dt h e s c h e m eo fs t r e a n f i n gt r a f f i ci n ( e ) g p r sr a d i oa c c e s sn e t w o r k ，i n c l u d i n gm a i n l yq o s m a n a g e m e n tm o d u l es u c ha sa c c e s sc o n t r o l ，f l o wc o n t r o la n ds c h e d u l i n g w ep r o v i d e a ne b ra l g o r i t h mo fs t r e a m i n gt r a f f i cu s i n gi nw i r e l e s sr e s o u r c ea l l o c a t i o np o l i c ya n d k e e p i n gc o m p a t i b i l i t yw i t h3 gu m t so o ss t a n d a r d s w i t ha n a l y s e so nt h ei s s u e st h a t a f f e c ts t r e a m i n gq o s ，w ei m p r o v et h ec e l lr e s e l e c t i o nw i t hat h i r d - p e r i o db a s e d m e t h o d w i t hl a be x p e r i m e n ta n ds c e n a r i ot e s t ，w er e s e a r c hh o wt op r o v i d es t r e a m i n g t r a 塌ca n du s ew i r e l e s sr e s o u r c ee f f e c t i v e l y k e y w o r d ：g p r s ，s t r e a m i n g ，q o s i l 主要符号表 3 g p p a b q p a r p b s c b s s b t s b v c c s e d g e e b r g b r g p r s h o i e i p m a c m s m s s n c o n c l n c 2 p d c h p d p p d t c h p d u p f c p f i p s q o s r 9 7 9 8 r 9 9 r 4 r 6 r a r l c 主要符号表 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t a g g r e g a t eb s sq o sp r o f i l e a t l o c a t i o n r e t e n t i o np r i o r i t y b a s es t a t i o nc o n t r o l l e r b a s es t a t i o ns y s t e m b a s et r a n s c e i v e rs y s t e m b s s g pv i i t h a lc i r c u i t c o d i n gs c h e m e e n h a n c ed a t ar a t e sf o rg s me v o l u t i o n e f f e c t i v eb i tr a t e g u a r a n t e e db i tr a t e g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e h a n do v e r i n f o r m a t i o ne l e m e n t i n t e r n e tp r o t o c 0 1 m e d i u ma c c e s sc o n t r 0 1 m o b i l es t a t i o n m a x i m u ms d us i z e n e t w o r kc o n t r o lm o d e0 n e t w o r kc o n t r o lm o d e1 n e t w o r kc o n t r o lm o d e2 p a c k e td a t ac h a n n e l p a c k e td a t ap r o t o c o l p a c k e td a t at f a f f i cc h a n n e l p r o t o c o ld a t au n i t p a c k e tf 1 0 wc o n t e x t p a c k e tf i o wi d e n t i f i e l p a c k e ts w i t c h q u a l i t yo fs e r v i c e r e l e a s e 9 7 9 8 ( 3 g p p 标准) r e l e a s e 9 9 ( 3 g p p 标准) r e l e a s e 一4 ( 3 g p p 标准) r e l e a s e 一6 ( 3 g p p 标准) r o u t i n ga r e a r a d i ol i n kc o n t r o l v 主要符号表 s g s n t b f t c t d t h p t f i t l l i u m t s s e r v i n gg p r ss u p p o r tn o d e t e m p o r a r yb l o c kf i o w t r a f f j cc l a s s t r a n s f e rd e l a y t r a f 6 ch a n d l i n gp r i o r i t y t e m p o r a r yf l o wi d e n t i t y t e m p o r a r yl o g i c a ll i n ki d e n t i f i e r u n i v c r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m v i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，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 为获得电子科技大学或其它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 确的说明并表示谢意。 签名：叠! 蕴兰二： 日期：如一6 年f 月c 口日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：靼导师签名：二至型 日期：口d6 年3 - 月10 曰 第一章引言 1 1 研究背景 第一章引言 经过短短几年的发展，无线移动通讯已经从模拟技术发展到数字技术，无线 通信宽带化技术的突破，使得非语音通信的需求正稳步上升。据预测，到2 0 0 8 年 移动通信业务语音所占的比重约为3 0 ，其余7 0 将是移动i n t e r n e t 业务，移动与 数据的结合己经成为移动通信的发展趋势。移动网络和移动终端的发展共同决定 移动流媒体业务市场的发展进程。 与此同时，随着国际互联网的迅猛增长，以在线音频视频播放为代表的流媒 体业务得到了长足的发展。用户不再需要将整个文件下载以后才_ 厶播放，而是通 过流式传输方式，只将开始部分内容存入缓冲区，之后的数据流随时传送随时播 放。而支持流媒体业务的基础就是流式传输。据调查，在i n t e r n e t 用户中有2 5 接 受在线视频音频服务。 这种通信硬件技术和网络的快速发展，使如今的无线网络应用技术的发展呈 现出两大趋势： 一方面，庞大的手机用户群体、不断增长的笔记本电脑用户数以及各种新兴 的移动设备的应用，正在为i t 市场创造出旺盛的移动应用需求。人们希望无线数 据业务不再只有简单的网页浏览等功能，更能承载实时的视、音频信息。因此， 能满足“边下载边播放”的流媒体技术应运而生并且得到快速发展，诸如v o d 、 网络直播等应用已逐渐成为日常生活的一部分。随着社会信息化程度的提高，人 们对于实现能够随时随地获取信息的个人通信寄予了厚望，希望能通过移动终端 随时随地进行移动办公、视频移动娱乐和视频移动商务为一体的无线视频要求。 而移动通信和流媒体这两大领域的结合出现了移动流媒体这个新兴的研究领域。 移动流媒体可以提供视频点播、视频直播、音频点播、音频直播等业务，内容包 括电视、录像、娱乐信息、体育频道、音乐欣赏、新闻、动画等。 移动和流业务是通信领域的两个热点，而移动与流业务的结合也是未来通信 网络服务的核心功能之一。同时流媒体业务也被认为是未来3 g 的重点业务之一。 移动与数据的结合将改变现有移动通信运营商的业务模式和经营模式。市场上因 屯子科技大学硕十学位论文 特网用户和移动用户都在高速增长，而移动用户的增长速度会更快，预计到2 0 1 0 年，移动因特网用户会超过固定因特网用户。未来，传统的固定因特网业务在移 动因特网中都可能得到应用。由于数据技术在移动领域中的应用，移动通信运营 商也将更多的提供基于数据的应用服务，而只提供单一语音服务的运营商会越爿乏 越少。移动商务应用需求的增长，不仅会为这些使用移动设备的用户带来更多的 便捷，同时也将为众多的i t 企业以及内容服务提供商创造出新的广阔的利润空间。 移动流媒体业务具有广泛的应用前景，将成为未来通信网络中最热门的业务 之一。 另一方面，移动通信网络已经得到了前所未有的扩展，g s m 网络作为第二代 移动通信技术，已经在全球取得了巨大的成功。g s m 网络已经成为全球最大的蜂 窝移动通信网络，网络遍布1 3 0 多个国家，具有1 8 0 多个运营者。随着无线通信 宽带化技术的突破，移动通信正在向第三代移动通信技术发展。第三代移动通信 统以c d m a 为基础，以宽带化通信为特征，定位于移动多媒体通信，其主要业务 以支持无线互联网接入为特点。虽然面向宽带业务的第三代移动通信是大势所趋， 但在国内迟迟得不到应用，而且如果要从第二代移动通信中分离出来，真正形成 独立的市场，还需要一段时间，预计到2 0 1 0 年左右，第三代移动通信的产品才将 成为市场的主导产品。同时从第二代移动通信网络向第三代移动通信网络升级的 昂贵费用，| ：乜让很多运营商望而却步。根据目前的市场调查分析，即使在欧美等 发达国家，也尚未显示出对第三代业务的大量需求，因此在未来的几年内，第二 代移动通信仍将扮演主导角色。对制造业和运营业而言，同时面对着高速无线数 据业务需求的增长和来自第三代移动通信的挑战，如何延长第二代移动通信的生 存时间，使其一z , e b 很z 好的支持如移动多媒体在内的新兴业务，并向第三代平稳过渡 成为现阶段的主要课题。 g p r s 作为第二代向第三代的过渡技术，被称为2 5 g ，是一种基于g s m 的移 动分组业务。能在g s m 系统上解决移动通信和i n t e r n e t 相结合的问题。g p r s 面 向用户提供移动分组的d 或者x 2 5 连接。它的最重要的技术发展在于在g s m 网 络中引入了分组交换能力，并将速率提高。为移动通讯与数据通讯的网络对按提 供了技术保证。 e d g e 是类似g p r s 但带宽更大的网络技术，允许最高3 8 4 k 的传输速度，也 是g s m 的进化版，有媒体将之称为2 7 5 g 。先后有美国的c i n g u l a r w i r e l e s s 和a t t w i r e l e s s 、智利的t e l e f o n i c am o v i l e s 、我国香港特区的c s l 和泰国的a 1 s 开通了基 于e d g e 的服务。与此同时，一些欧洲的移动运营商对e d g e 也丌始表现出兴趣， 第一章引言 其中t i m 和t e l i a s o n e r a 都明确表示将采用e d g e 技术。 因此，( e ) g p r s 技术的引入，是第二代移动通讯技术，特别是g s m 技术发展 的必然选择。未来话音服务的利润空i 司相对缩小，有效提高利润需要丌展丰富的 差异化竞争业务。g p r s 的增加为流媒体业务的丌展提供了良好的基础，结合无线 系统不受时间、地点限制的特点，使得移动流媒体业务更具吸引力。 移动网络和移动终端的发展共同决定了移动流媒体业务市场的发展进程。而 在实际应用中，不同国家由于其移动运营商和设备制造商的已有基础和发展一饯略 不同，移动流媒体业务市场的发展过程也不相同：如日本和韩国的网络发展迅速， 美国的手机终端的发展相对较快。而目前国内运营商则普遍处于试验阶段。2 0 0 4 年，中国联通联合各厂家针对g p r s 无线网络上开展流媒体业务提出了解决方案、 意见和建议，并对技术体制、业务规范进行补充和完善，随后建设了移动流媒体 商用试验局。目前已开展了手机看电视直播以及“千里眼”等新业务。中国移动 的g p r s 外场测试中也包括了流媒体系统，制定了相应规范。并在苏州g p r s 网 络上开展手机电视业务，还和央视等媒体开始演示用g p r s 网络平台观看电视节 目。中国电信和中国网通也在丌展相应的规范和试验工作，而中国通信标准协会 也正在制订移动流媒体的系列规范。 第三代通信网络对数据传输的q o s 以及流业务的支持己经提供了标准。如何 让第三代通信网络q o s 标准以及流业务服务模型在g p r s 中得到支持，使得流业 务在g p r s 中能够丌展，而且用户可以在g p r s 网络和第三代通信网络之间进行 无缝切换，也是原有g p r s 网络待解决的问题。 1 2 技术现状 一个g p r s 数据网络由移动台( m s ) ，基站子系统( b s s ) ，g p r s 支持节点 ( s g s n ) 和g p r s 网关支持节点( g g s n ) 组成的。其中s g s n 和g g s n 是在 g s m 网中新加入的节点。s g s n 主要是完成寻找到核心网的路由和实现对移动台 的移动性管理，同时也负责安全性检查和接入管理。g g s n 是g p r s 与外部数据 网络( i n t e r n e t 或者其他的g p r s 数据网络) 之问的网关并保存i p 隧道进程的路山 信息。s g s n 和g g s n 组成了基于i p 的g p r s 核心网，基站子系统( b s s ) ，移动 台( m s ) 组成了g p r s 的无线子系统1 1 】 2 1 1 3 【5 】1 6 】。 在g p r s 网络中，给每个连接到网络上的用户分配了一个q o s 文件，它包含 如下内容：传输类型、优先级、时延、可靠性等级、最大传输速率和可保证传输 屯子科技大学硕士学位论文 速率等。 在g p r s 的核心网中，s g s n 和g g s n 之间利用】p 隧道技术进行通信，标准 的l p 包到达g s n ( s g s n 和g g s n ) 后，就被打包成新的i p 包( 添加一个新的包 头) ，然后再进行发送。数据将在网络中透明传输直至达目的g s n ，因而在核心网 内还是“尽力而为”的服务方式。由于核心网是i p 网络，所以现今很多i n t e r n e t 上的q o s 解决方法可以借鉴，主要有两种解决方案：基于综合业务模型的解决方 案【7 1 和基于差分业务模型的解决方案【8 o 第一种方案是一种资源预留的方法，在 s g s n 和g g s n 之间预留一定的带宽来传输特定的数据流，以满足业务的要求。 第- k b 方案是对不同的业务区分对待，分配不同的优先等级，当链路出现拥塞时， 等级高的业务被优先处理。 g p r s 中q o s 的协商是在激活p d p 上下文的过程中完成的。激活p d p 上下文 可以由m s 和g g s n 发起。但所协商的q o s 是用于s g s n 在无线口进行资源分配， 而核心网没有提供q o s 的功能。在m s 、s g s n 、g g s n 中只有s g s n 才能修改 q o s ，在一次q o s 商定之后m s 必须使用商定的q o s ，要修改q o s 只有重新附着 之后，再发起新的激活p d p 上下文才行。 s g s n 和g g s n 在订阅者和网络之间协商q o s 描述时执行无线资源分配。无 线资源分配是b s s 来决定一个新连接请求是否被接纳或拒绝，并且这种决定是基 于对“新业务流特征值提取”、“服务质量要求”和对“已有连接共享资源情况” 的充分了解后实时做出的。具体功能包括：决定新请求的接纳与拒绝；有效地分 配网络带宽；必要时，要在链按期间重新协商业务流的参数值；使得网络上的所 有资源被有效利用。因而成功的无线资源分配策略是在用户对网络的q o s 要求与 网络服务提供商期望的最大回报之间寻求最佳解决方案，且应该实现简单、适应 面广。 在g p r s 中，无线资源的管理是在b s s 的p c u 实现的。流传输q o s 控制不 同于传统数据传输的q o s ，其不仅要求满足整个包被传输完成的最大能承受的时 延，而且对平均的数据传输率进行了要求。因此如何分配无线资源来满足流传输 的q o s 要求是b s s 节点上最重要的q o s 。由于b s s 在p d p 上下文创建的过程中， 不参与任何活动，也就是说b s s 并不知道p d p 的内容是f f 么，也不知道该流传输 的上层应用咀及该应用对网络性能的要求是什么，这就给在b s s 上的q o s 控制带 来了很大的困难。因此，在现有的g p r s 标准下，在b s s 节点上最重要的流传输 q o s 控制就是如何合理有效的分配资源，尽可能保证流传输对传输率、删延的要 求，并防止在b s s 和s g s n 之问发生拥塞。现在流行的算法有2 种：基于静态优 第一章引言 先级的调度算法( s p s ) 和改进的早期预测算法( i v i e d ) 。无线资源分配主要包括 无线接入控制和无线信道的分配。无线接入控制主要是区分对待新申请按入的移 动台和越区切换的移动台，其中越区切换的移动台享有优先权。无线信道的分配 分为静态分配和动态分配，静态分配是将一个固定的无线信道分配给某个移动台， 而动态分配则是根据当时网络的状况，动态的给移动台分配信道。 1 3 研究内容 本论文是作者在硕士研究生学习期问，结合在某通信公司进行的g p r s 无线 子系统实际研究开发工作，对g p r s 网络中流业务数据传输的q o s 技术部分进行 的总结和探讨。 本论文课题的主要研究方向是( e ) g p r s 无线接入网络中保证流式数据业务传 输的q o s 技术，包括新旧规范下的q o s 指标和q o s 管理控制。并通过对3 g p p 中 g p r s 流业务服务、无线子网络的通信协议以及q o s 相关规范的研究，讨论了具 体流式数据业务传输在( e ) g w s 无线接入网络中实现方案，包括接入控制、调度 控制和流量控制等主要q o s 管理控制功能模块。在现有的基础上，提出了一种适 合流业务传输模型的e b r 算法模型，并对影l | 阿流传输q o s 保证的小区重选情况进 行了优化和改良。通过具体实验以及情景测试，比较全面地研究了如何在g p r s 网络中合理的利用无线资源实现流式数掘业务传输。 1 4 论文结构 本文共分为八章，安排如下： 第一章为引言，对本课题研究的背景和意义、 为后续内容作铺垫。 第二章主要介绍了g p r s 网络结构和通信协议 进和支持。 国内外研究动态等进行了阐述 分析了e d g e 对g p r s 的改 第三章讨论了g p r s 对流业务服务的支持，包括流业务协议分析，g p r s 的流 服务模型及其对流传输协议的支持。 第四章从q o s 参数属性的角度分析了当前g p r s 的主流o o s 技术，包括r 9 7 9 8 规范和以及现在同3 g 的q o s 规范相兼容的r 9 9 规范中的q o s 标准，并对其进行 了比较和讨论，确定了g p r s 无线子系统中q o s 控制需要达到的目标。 电子科技大学顶： = 学位论文 第五章研究了影响g p r s 无线子网络流传输的各种因素，以及g p r s 流传输 q o s 的控制方法，并在先时q o s 讨沦的基础上，提出了在无线子网络中基于r 9 9 的e b r 无线资源分配算法。 第六章在通过具体实验咀及情景测试，讨论了小区重选情况对g p r s 流式数 据业务传输造成的困难，并提出了基于小区重选不同阶段的优化方案。 第七章为系统测试和结果分析。 第八章为结束语，对全文进行了总结，并指出下一步的工作。 第二章g p r s 概述 2 1g p r s 的历史发展 第二章g p r s 概述 移动通信网络技术的发展分为三个阶段，简称为三代。第一代就是模拟的无 线通信网络；第二代是数字无线通信网络，如g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n j c a t j o n ) ；第三代是分组型无线通信网络。 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 ，通用无线分组业务) 是界于第二代和第 三代技术之间的一种技术。g p r s 在g s m 网络基础上开发的针对突发性数据分组 传输的一种新业务，它将i p 引入g s m ，其实质是在g s m 网络上叠加个基于i p 的g p r s 核心网，通过使用t c p i p 或x 2 5 等标准协议，使移动用户与数据网相 连。g p r s 使g s m 网络可以提供分组数掘和多媒体业务，为移动用户提供i n t e r n e t 接入，并使用分组交换来提供高速的数据传输服务，同时传统g s m 话音等电路交 换业务仍然能在g s m 的基础设施上使用。传统的g s m 拨号数据接入为用户提供 了最大9 6 0 0 波特的速率。g p r s 能够结合多个g s m 时隙，为用户提供更大的带宽。 在上行链路和下行链路上，最多可以使用八个g s m 时隙，提供最高1 7 1 2 k b i t ，s 的 带宽。除了更高的带宽外，g p r s 采用全新的“一直在线”网络接入模式：移动用 户开机后即一直连通在网络上，但只在传输数据时才消耗网络资源。 g p r s 在不使用电路交换模式网络资源的前提下，允许用户以端对端的分组传 输模式发送和接收数据，尽可能提高资源的利用率。g p r s 提供的业务有以下特点： 不连续的、非周期( 或突发) 数掘，是指连续传输之间的时间间隔远大于 平均传输时延； 频繁发送的小数据量业务，如小于5 0 0 字节的数据，每分钟发送几次； 不频繁发送的大数据量业务，如上千字节的数据，每小时传送几次。 近年来，g p r s 已经在| _ | 界各地的g s m 网络中投入运营。g p r s 作为g s m p h a s e 2 + 阶段的主要技术，不是为了取代g s m ，而是对g s m 的一种增强，并使 g s m 网络在业务功能、网络容量和无线数据传输能力上向第三代移动通信系统演 讲。 电子科技大学硕+ 学位论文 2 2g p r s 架构 信令接口 信令以及数据传输接口 图2 - 1g p r s 逻辑体系示意图 1 l g p r s 网络由m s ( m o b i l es t a t i o n ，移动台) 、b s s ( b a s es t a t i o ns y s t e m ，基站 子系统) 、s g s n ( s e r v i n gg p r ss u p p o r tn o d e ，服务g p r s 支撑节点) 和g g s n ( g a t e w a y g p r ss u p p o r t n o d e ，路由g p r s 支撑节点) 组成。其中s g s n 和g g s n 是g s m 公用地面移动网中新增的网络节点。s g s n 主要是完成寻找到核心网的路 由和实现对m s 的移动性管理，同时也负责安全性检查和介入管理，具有到b s s 的接1 3 并负责移动管理、认证、加密、数据压缩以及纠错。g g s n 是g p r s 与外 部数据网络( i n t e r n e t 或者其他的g p r s 数据网络) 之间的路由器，它提供隧道传 递功能、地址转换以及无联网的外部认证。s g s n 和g g s n 组成了基于i p 的g p r s 核，t l , 网。b s s 和m s 组成了g p r s 的无线子系统，并通过数据分组控制单元( p c u ) 在b s s 中引入了分组处理的能力和管理数据分组无线接口。 g p r s 的通用体系结构如图2 - 1 所示，g p r s 提供可靠的隧道传递机制将来自 收集的分组传至g g s n 或从g g s n 的分组传至m s 。g g s n 再将这些分组转发到 外部i p 接口上。 g p r s 网络结构中还引入了下列新的网络接口： 第二章g p r s 概述 g n g b g r ， g p g s g s n 主干网接口，用于各种g s n 之i 司的接口 b s s 和s g s n 之间的接口 s g s n 和h l r 之间的接口 不同的g s m 网络( 不同的p l m n ) 之间的接口 s g s n 和m s c 之间的接口 2 2 1 传输平面 g p r s 中定义了一个分层的协议栈结构来实现用户信息的传送，称之为传输平 面，其结构如图2 2 所示。它独立于网络子系统平台，采用一系列信息传递控制机 制如：检错纠错、流量控制、分组的分解复用、分组的分段重组等，实现移动终 端的应用数据分组通过g p r s 系统在移动终端与外部分组数据| 冽之间的双向传输。 a p p l i c a f i o = 口，x2 5i p ，x 2 5 泌r e l a y s i 虹) c p 5 h u o ruj pg t p l l c眦u d p ，u d p ， t c pt c p r l c1 苍= b s s 6 p l p i p m a c m a cn e l w o r k n e l w o r kl 2l 2 s e r v i c es e r v i c e g s m r fg s m r fl l b i sl j b i sl ll i m s b s ss g s ng g s n 图2 - 2g p r s 协议栈示意图【1 】 考察图2 2 中的协议层次，可以看出：m s 到s g s n 之问通过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 o l ，子网独立汇聚协议) 建立的逻辑连接， 以及s g s n 到g g s n 之间通过g t p ( g p r st u n n e l i n gp r o t o c o l ，g p r s 隧道协议) 建立的虚拟通道，为上层网络层的数据分组( i p 分组或x 2 5 分组) 提供了数据链 路层的传输服务。因此，从移动用户的应用终端t e 看来，整个g p r s 系统( 从 m s 到g g s n ) 为用户的应用提供了一个数据链路层的承载。 在s g s n 与g g s n 之间，g t p 协议使用了g p r s 的i p 核心网提供的传输和内 部寻址服务。使用隧道传递的数据可以是不同协议的数据帧或包。g s n 都有自己 的g p r s 内部i p 地址。隧道一端的g s n 通过隧道协议将其他协议的数据帧或数据 包重新封装成g t p 包，传递到隧道另一端的目的g s n 。使用t c p 协议可传输面 电子科技大学硕+ 学位论文 向连接的数据分组( 如x 2 5 ) ，使用u d p 协议可传输无连接的数据分组( 如i p 分 组) 。 g p r s 移动台与s g s n 之间采用的s n d c p 协议，能保证在g p r s 系统重引入 新的网络层协议时不需要对现有系统进行改造，实现p d u ( p r o t o c o ld a t au n i t ，网 络层分组数据单元) 在g p r s 系统中的透明传输。s n d c p 层可为多种不同的网络 层协议提供服务，将来自不同的网络层实体的数据通过逻辑链路层提供的服务进 行复用。s n d c pp d u 通过l l c ( l o g i c a ll i n kc o n t r o l ，逻辑键路控制) 层透明地 穿过基站子系统进行传输。引入逻辑链路层的主要目的是在移动台与s g s n 之问 实现一个与无线子系统以及媒体接入技术无关的相对稳定的接口。 在b s s 与s g s n 之问的g b 接口上，物理层通过e l t 1 ( p c m 基群) 技术实 现；数据链路层采用了帧中继虚电路，不同用户的l l cp d u 统计复用这些虚电路； g b 接口的顶层协议是b s s g p ( b a s es t a t i o ns y s t e mg p r sp r o t o c o l ，基站子系统 g p r s 协议) ，它用于在b s s 与s g s n 之间传送信令和用户数据。 u m 接口底层的物理层可划分为无线射频层和物理链路层，g p r s 使用了g s m 定义的无线射频层，而物理链路层提供移动台和网络之间的通信连接，使得多个 移动台可以共享物理信道。u m 接口的第二层协议包含m a c ( m e d i u ma c c e s s c o n t r o l ，媒体接入控制) 层和r l c ( r a d i ol i n kc o n t r o l ，无线链路控制) 层。m a c 层的作用是定义和分配空中接口的g p r s 逻辑信道，使得这些信道能被不同移动 台共享。m a c 采用了时隙a l o h a 预留协议对多个移动台进行接入控制，根据不 同移动台的业务请求，通过无线资源管理协议对物理信道按“容量指配”原则进 行动态分配。g p r s 定义的逻辑信道包含公共控制信道、分组业务信道和g p r s 广 播信道3 类。r l c 层的主要功能是为上层协议l l c 提供可靠的无线通信链路，屏 蔽m a c 层为l l c 层提供与底层无关的通用接口，并实现数据包的分段及重组， 以及后向纠错功能。b s s 中的r l c 和m a c 的功能出分组控制单元p c u 实现。 2 2 2 信令平面 g p r s 的信令平面是指包含控制和支持传输甲面功能的协议集合，用于传送信 令，只要包括：控制g p r s 网络的接入，如g p r s 附着和分离；控制一个已建立 的网络接入连接的属性，如激活p d p 地址；支持用户在g p r s 内部的移动性；根 据用户需要为其分配网络资源；提供附加业务等。 m s 和s g s n 之问的信令平面如图2 3 所示： 】o 第二章g p r s 概述 g m m ，s m g m m s m l l c l l c r i cj 苓! ：岳b s s g p m a c m a cn e t w o r k n e l ur o r k s e r v i c es e r v i c e g s mr f g s m r fl l b i sl 1 b i s u m b b m s b s s s g s n 幽2 - 3m s 币ls g s n 之问的信令平面 m s 与s g s n 之问使用了g m m s m ( g p r s 移动性管理和会话管理) 协议， 它支持移动性管理功能，如g p r s 附着、分离、安全、路由区更新、位置更新和 p d p 上下文的激活及解除。g m m s m 使用了l l c 提供的传输服务，对b s s 系统 是透明的。 g s n 之间的g n 接口的信令平面如图2 4 所示。顶层的g t p 协议既用于传输 用户数据，也用于传递g s n 之间的信令信息。g t p 协议传递信令时必须使用u d p 提供的无连接服务。 b d g s ng s n 图2 - 4g n 接口信令平面【1 】 在g s m 系统中得到广泛应用的7 号信令在g p r s 中仍起着重要的作用。s g s n 与h l r 之e l 的g r 接1 2 1 、与e i r 之m 的g g 接口、与s m s g m s c 之间的g d 接 口，以及g g s n 与h l r 之问的g c 接口的实现都采用了7 号信令。顶层的m a p 协议需要进行功能扩展，以实现g p r s 中的移动性管理。下面的各层协议都无需 改动。 2 2 3g p r s 空中接口数据传输 为了更有效地利用无线资源，g p r s 系统引入了四种不同的无线信道的编码方 式：c s 1 、c s 2 、c s 3 和c s 一4 ，数据速率依次为9 0 5 k b i t s ，1 3 4 k b i t s ，1 5 6 k b i t s ， 2 1 4 k b i t s 。如表2 - 1 所示，其中c s 1 就是s d c c h 的编码方式，c s 1 ，c s 一2 所要 毡子科技人学硕十学位论文 求的硬件与g s m 基本相同，可覆盖小区的9 0 1 0 0 ，而其它编码方式提高了编 码的信息量但是降低了抗干扰的能力，c s 一3 较高；c s 一4 对硬件要求很高，需要良 好的无线环境，g p r s 系统可以根据传输的质量灵活地调整编码方式以取得最佳的 传输效果。 表2 - 1g p r s 编码方案对照表 编码方案码率突发净荷 突发大小每时隙数据率 最大数据率 ( b i t ) ( b i t ) ( k b i t s )( k b i t s ) c s 一1 1 2 1 8 l4 5 69 0 5 7 2 4 c s 一22 32 6 84 5 6 1 3 41 0 7 2 c s 一33 ，43 1 24 5 61 5 6 1 2 4 8 c s 一414 2 84 5 6 2 1 41 7 1 2 在g p r s 系统中，手机在进行上下行数据传输时可以占用空中接口的1 个至8 个时隙，这主要由手机的硬件能力决定。多时隙能力等级1 2 9 ：等级数越大，多 时隙能力越强。 g p r s 手机在某一段