（通信与信息系统专业论文）基于gprs的poc关键技术研究.pdf

北京交通大学硕士论文 摘要 基于g p r s 建立p o c ( p t to v e rc e l l u l a r ) 对讲系统是公众集群通信新 的业务增长点，而g p r s 和p 1 t 是实现p o c 对讲功能的关键技术，本 论文抓住这个关键技术进行深入的理论研究以及应用方案的探讨，指出 通过g p r s 传递话音压缩数据完全可以满足小信息量无线通信的要求， 是进行远程多方电话会议和升级文本短消息业务的最佳解决方案之一， 从而为p o c 进一步的发展提供依据。 第一章引言概述了移动通信发展的历程和现状，着重说明了i p 电 话的发展给现实生活带来的实际意义，给出了v o i p 基本概念； 第二章介绍了基于g p r s 的p o c 网络，然后描述了实时传输协议 和s i p 的相关概念，并给出p o c 业务的结构框架，描述了相关功能实体 的作用； 第三章详细分析了基于i p 网络实现语音数据传输的功能原理并着 重分析了i p 传输语音的延迟产生及影响： 第四章大量采用m s c 图，从协议流程的角度描述了p o c 的控制过 程，并结合实际提出了p o c 的应用方案； 第五章对全文进行总结，提出本论文以后应继续研究的的重点内 容。 【关键词】 p o cp t tg p r s 北京交通大学硕士论文 a b s t r a c t e s t a b l i s h i n gt h ep u s h t o t a l k ( p t t ) s e r v i c eb a s e do ng p r si s an e wd i r e c t i o nf o rd e v e l o d m e n t ，w h i c hi sc a l l e dp o c p t tr e a l i z e p o i n t t om u l t i p o i n t s e m i d u p l e xc o m u n i c a t i o n ， t h u sa r et h e a d d i t i o n a lf u n c t i o nf o rp a c k a g es e r v i c ef o rf u t u r ea p p l i c a t i o n o ft h eg p r s t h i sd i s s e r t a t i o ng i v e sd e e pt h e o r e t i c a l l yr e s e a r c h t os u c hk e yt e c h n o l o g ya n da l s od i s c u s s e sh o wt op u tt h e mi n t o r e a lu s e a sac o n c l u s i o n ，t h ed i s s e r t a t i o ns h o wt h ec a d a b i li t v a n df e a s i b i l i t yo fp o cb a s e do ng p r ss e r v i c e ，t h e r e f o r ep r o v i d i n g s u p p o r tt ot h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to fp o c t h ef i r s tc h a p t e rg i v e sa no v e r v i e wo ft h eh i s t o r yf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n ，p o i n t i n go u t t h en e w d e v e l o p i n g t r e n do f p u s h t o t a l ko v e rc e l l u l a rc o 唧u n i e a t i o ns e r v i e e ，w h i c hi sp o c i nt h es e c o n dc h a p t e r ， a r c h i t e c t u r e ， f e a t u r e sa n ds e r v i c e s o ft h ep o ca r ei n t r o d u c e d ，p l u sd e s c r i p t i o no ft h er t pa n ds 工p ， i n c l u d i n gt h e i rd e f i n i t i o n ，r e l a t e ds p e c i f i c a t i o n sa n di n f l u e n c e t ot h ep o c t h et h i r dc h a p t e rg i v e sat h o r o u g ha n a l y s i so ft h ep r i n c i p l e s f o rp o c ，a n de x p l a i n sh o wt or e a l i z et h ef u n c t i o n si nv o c a l c o m p r e s s i0 n a sf o r t h ef o u r t h c h a p t e r a d e s c r i p t i o no ft h ep o c c o n t r 0 1li n gp r o c e d u r e si sp r e s e n t e di nc o n c e r no ft h ep r o t o c 0 1 i m p l e m e n t a t i o na n dd e m o n s t r a t e st w oe x a p l e so fu s i n gp o ci ng p r s a n dt h e1 a s tc h a p t e rd r 8 sac o n c l u s i o na n dd o i n t so u tt h ef i e l d s f o rf u r t h e rs t u d v 【k e yw o r d s 】 p u s b t o t a l ko v e rc e l 】u l a r ( p o c ) p t tg p r s 2 北京交通大学硕士论文 1 1综述 第一章引言 1 1 1 移动通信的发展历程 移动通信是指通信双方或至少其中一方在运动状态中进行信息传 递的通信方式。 早在2 0 世纪2 0 年代初，美国底特律警察局第一次在汽车上使用无 线电台，开创移动通信的先例。这个时期移动通信主要应用于船舶、飞 机和汽车等专用和军事系统，使用的频段是短波，设备是电子管的，采 用人工交换和人工切换频率的控制和接续方式，其话音质量差，自动化 程度低。 从4 0 年代到6 0 年代，移动通信主要使用1 5 0m h z f 频段和4 0 0 m h z 频段，晶体管的出现使移动台向小型化方面前进了一大步。专用无 线电话系统大量涌现，广泛应用于公安、消防、出租汽车、新闻和调度 等方面。这个阶段的交换系统已由人工发展为用户直接拨号的专用自动 交换系统。1 9 4 6 年出现以基站为中心，覆盖半径为7 0 8 0 k m 并能与市 话网相连的大区制移动电话网。 随着集成电路技术、微型计算机和微处理器的发展以及美国贝尔实 验室推出的蜂窝组网理论的应用，在1 9 7 9 年实现了小区制通信的模拟 蜂窝通信系统，世界各国的运营商开始向大众提供移动通信服务，具有 代表性的有美国的a m p s 、英国的1 a c s 、北欧的n m t 以及日本的 n 枷t s 等陆地移动电话系统，这些系统的主要技术是模拟调频和频分 多址，采用小区( 蜂窝) 结构，使用频段为8 0 0 9 0 0m h z ，也称作第一代 移动通信系统。 8 0 年代末期，由于数字技术的发展，人们开始研制数字蜂窝系统， 采用的技术包括数字话音、数字调制解调、信道编码与数字信号处理、 北京交通大学硕士论文 保密与认证等，并且采用了t d m a 、c d m a 多址接入技术，频谱资源利 用率大为提高，系统容量成倍增长。国际上已经商用的系统包括日本的 j d c 、美国的d a m p s 、泛欧的g s m 和英国的p c s 。与模拟系统相比， 这些系统更能满足大容量、高质量、智能化和综合化的要求，因此叫做 第二代移动通信系统，也是目前应用最广泛、用户数量最多的移动通信 系统。根据国际电联的统计，到2 0 0 2 年底，全世界移动电话用户数己 达到1 1 43 6 4 。7 2 万，占总电话用户数的5 l ，已有9 5 个国家移动电话 用户数超过固定电话用户数。其中中国移动电话用户增长迅猛，截至 2 0 0 3 年1 2 月底，移动电话用户已达2 6 8 6 9 。3 万户。成为全球最大的移 动电话市场，移动通信网络的规模和用户总量均居世界第一。 为了提供更加丰富的个人移动业务尤其是数据业务，1 9 8 5 年，i t u 开始规划工作于2 g h z 频段上的第三代移动通信系统，当时称为 f p l m t s ，即未来公用陆地移动通信系统，并于1 9 9 6 年更名为i m t - 2 0 0 0 。 目前比较成熟的无线传输技术候选方案有欧洲的w c d m a 、美国的 c d m a 2 0 0 0 以及中国提出的t d s c d m a 。 1 - 1 2 v o i p 的概念综述 v 0 i p ( v 0 i c eo v e ri n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 是一种以i p 电话为主，并推出相应 的增值业务的技术。v o i p 又称i p 电话或i p 网络电话，这种技术通过 对语音信号进行编码数字化、压缩处理成压缩帧，然后转换为i p 数据包 在i p 网络上进行传输，从而达到了在i p 网络上进行语音通信的目的。 i p 电话具有语音状态检测功能，只有在说话时才占用网络，极大的改进 了网络带宽的利用率，大大降低了通信的费用，它的广泛应用也促进了 宽带多媒体应用的发展。 v o i p 可以在i p 网络上便宜的传送语音、传真、视频、和数据等业务， 如统一消息、虚拟电话、虚拟语音传真邮箱、查号业务、i n t e r n e t 呼叫 中心、i n t e m e t 呼叫管理、电视会议、电子商务、传真存储转发和各种信 息的存储转发等。 北京交通大学硕士论文 1 1 2 1i p 电话发展简史 i p f i n t e m c tp r o t o c o l l 电话是一种数字电话，是技术创新的一种通信服 务业务。它把语音、压缩编码、打包分组、分配路由、存储交换、解包 解压等交换处理在i p 网或互联网上实现语音通信。它促进了网络资源利 用，降低语音业务成本。因此在全球范围内得到了迅速的发展，可以说 是当仿世界上发展最快、普及最快的一门应用服务技术之一，也是计算 机网络界关注的热点之一。i p 电话作为”下一代电话”而倍受瞩目的原因， 是与通信业务经营者所传输的语音量和i p 信息量比率有关。以因特网为 代表的i p 通信的信息量，现在以指数函数的方式增加。由于在全部信息 传输量中，i p 信息量占极高的比例，因此整个网络应适应于i p 信息量， 少量的语言信息量也应搭载在i p 网上，这比起分别建立i p 网和语音网 要经济得多。正因为如此，i p 电话技术将成为未来的电话技术。 1 9 9 5 年2 月以色列v o c a l t e c 公司研制出可以通过i n t e m e t 网打长途 电话的软件产品”i n t e m e tp h o n e ”。之后，不少软件公司都相继推出了类 似的软件，比如微软的n e t m e e t i n g 、i d t 的n e t 2 p h o n e 、n e t s p e a l c 的 w e b p h o n e 、英特尔的i n t e m e t d e op h o n e 等，用户只要在多媒体p c 机 上安装该软件，就可以通过i n t e m e t 网和任何地方安装同样软件的联机 用户进行通话。这项技术上的突破引起全世界的瞩目，其背后的无限商 机也使许多公司进行此项技术的研究，从而使i p 电话技术得到迅速发 展，人们把这种在i n t e m e t 上实现电话业务称为i n t e m e t 电话，应该说是 i p 电话的雏形。这一时期，使用者大多数是i n t e m e t 上的网迷，语音质 量基本没有保证，技术还不完全成熟，人们对它的认识也比较稚嫩，我 们也可以把这一时期1 p 电话发展的萌芽期。 经过五年的发展，i p 电话成为信息技术进步带来的一项新型电话业 务在全世界开展，并对传统电话业务形成越来越大的威胁。电信公司开 始认识到利用i n t e m e t 实现语音业务的巨大潜在市场，他们开始考虑如 何将i n t e m e t 和已有的p s t n 甚至无线网络结合起来，从而更加广泛的 北京交通大学硕士论文 普通电话用户提供业务。于是，用以连接i n t e m e t 和p s t n 等通信网络 的网关设备出现了，由于利用i n t e m e t 代替传统的长途电话线路可以大 大降低成本，许多产品制造商和业务商纷纷看好这一市场并开始制造设 备和提供业务。可以说，这是i p 电话的快速发展阶段。 i p 电话从当初的p c 到p c 发展到今天的p c 到电话、电话到电话等 多种业务形式，但不论是现在还是将来，电话到电话的应用将拥有最大 的市场，i p 电话承载网络可以是i n t e m e t ，更多的是遵循t c p 仃p 协议 的专用网或i n t e m e t 。因此对我们来说，i p 电话就是通过i p 网络传送电 话业务。i p 电话步入成熟期之后，将具有技术成熟、标准统一、网络互 通、话质良好等特点。 1 1 2 2v o i p 基本原理 传统的电话网是以电路交换方式传输语音，所要求的传输宽带为 6 4 k b i 讹。而所谓的v 0 i p 是以i p 分组交换网络为传输平台，对模拟的语 音信号进行压缩、打包等一系列的特殊处理，使之可以采用无连接的 u d p 协议进行传输。为了在个i p 网络上传输语音信号，要求几个元 素和功能。最简单形式的网络由两个或多个具有v o i p 功能的设备组成， 这一设备通过一个i p 网络连接。 从图中可以看出v o i p 设备是如何把语音信号转换为i p 数据流，并 把这些数据流转发到i p 目的地，i p 目的地又把它们转换回到语音信号。 两者之音的网络必须支持i p 传输，且可以是i p 路由器和网络链路的任 意组合。因此可以简单地将、b i p 的传输过程分为下列几个阶段： 语音一数据转换：语音信号是模拟波形，因此若想通过i p 方式来传 输语音，无论是实时应用业务还是非实时应用业务，首先都要对语音信 号进行模拟数据转换，也就是对模拟语音信号进行量化，然后送入到缓 冲存储区中。源和目的地的语音编码器必须实现相同的算法，这样目的 地的语音设备才能正确还原模拟语音信号。 原数据i p 包转换：语音信号进行数字编码后，下一步就是对语音包 以特定的帧长进行压缩编码。编码后，将压缩的语音包添加包头、时标 4 北京交通大学硕士论文 和其它信息后通过网络传送到另一端点。 传送：语音网络简单地建立通信端点之间的物理连接( 一条线路) ，并 在端点之间传输编码的信号。但i p 网络不像电路交换网络，它不形成连 接，它要求把数据放在可变长的数据报或分组中，然后给每个数据报附 带寻址和控制信息，并通过网络发送，一站一站地转发到目的地。网络 中的同间节点检查每个i p 数据附带的寻址信息，并使用这个信息把该数 据报转发到目的地路径上的下一站。网络链路可以是支持i p 数据流的任 何拓结构或访问方法。 i p 包数据转换：当目的v o i p 设备接收到i p 数据包后就开始处理。 在终端设备内含一个可变长度的缓冲器，用来调节网络产生的抖动。该 缓冲器可容纳许多语音包，用户可以选择缓冲器的大小。小的缓冲器产 生延迟较小，但不能调节大的抖动。其次，解码器将经编码的语音包解 压缩后产生新的语音包，这个模块也可以按帧进行操作，完全和解码器 的长度相同。在数据报的处理过程中，去掉寻址和控制信息，保留原始 的原数据，然后把这个原数据提供给解码器。 数据语音转换：播放驱动器或软件驱动程序将缓冲器中的语音样点 取出送入声卡，通过扬声器按预定的频率( 例如8 k h z ) 播出，至此还原成 语音输出。 1 1 3 p t t 及其关键技术 p t t ( p u s h t o t a l k ) 就是按讲，一按就可以通话。p t t 是移动通信里 快速建立通话的业务。它是利用分组交换网络，如g p r s 或者c d m a 实现的一种半双工的i p 电话，可以在全网络内快速地进行“一对一”或 者“一对多”通话，又能按某个键实现组、群、个呼叫业务，就像使用 对讲通话机一样。这一功能适合需要频繁联系的行业用户，以及需要同 朋友和家人聊天的个人用户。手机开通p t t 以后，只要按一下手机的相 应按钮，就能用自己的手机与被选择的组群实现“一对一”或“一对多” 的通话。另一方面，与对讲机只能近距离通话不同，一键通服务可以通 达至手机网络覆盖到的地方，几乎没有距离的限制，能够异地漫游。 北京交通大学硕士论文 从原理上讲，p t t 是v o i p 技术的一种具体形式，其必然要依托在一 种高速无线数据网络之上，如g p r s 网络。g p r s 是通用分组无线业务 ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 的英文简称，是在现有的g s m 系统上发展 出来的一种新的分组数据承载业务。g p r s 与现有的g s m 语音系统最根 本的区别是，g s m 是一种电路交换系统，而g p r s 是一种分组交换系统。 因此，g p r s 特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输， 也适用于偶尔的大数据量传输。这一特点正适合大多数移动互联的应 用。 1 2 本课题研究的意义 一直以来，p t t 的技术体制局限于传统的集群技术如t e t r a 和 i d e n ，而随着g s m 推出g p r s 业务，也具各了数据通信的功能，速度 不再仅限于9 6 k b s ，而是向着高速化化的方向发展，从而使得通过g p r s 传递压缩后的语音数据进行准实时的数据传输成为可能，推出公众移动 语音对讲业务成为新的发展方向，而用语音短消息来取代传统的文字短 消息业务成为p t t 在g s m 系统中存在和发展的最佳立足点。 正是在这样的背景之下，g p r s 技术将直接关系到p o c 的应用前景， 并且深刻影响公众集群移动通信技术体制的发展方向。本论文深入研究 了通过g p r s 实现p t t 的关键技术，并探讨了应用方案的规划，为推动 p o c 的进一步发展提供依据。 北京交通大学硕士论文 第二章p o c 蜂窝语音对讲系统 2 1 g s m 概述 g s m 全称是g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，意为全球移 动通信系统。1 9 8 2 年，欧洲邮电管理委员会( c e p t ) 成立了一个新的标准 化实体g s m ( g m u ps p e c i a lm o b i l e ) ，目的是指定欧洲9 0 0 m h z 数字 t d m a 蜂窝移动通信系统的技术规范。1 9 8 8 ，欧洲电信标准委员会( e t s i ) 成立，1 8 个欧洲国家达成g s m 谅解备忘录( m o u ) ，承诺实施g s m 规 范，建立泛欧统一的数字蜂窝移动通信系统。1 9 9 0 年，g s m 第一期规 范确定，系统试运行。1 9 9 1 年底，g s m 系统在欧洲开通运行。1 9 9 2 年， g s m 系统重新命名为全球移动通信系统。 目前，世界上已经有一百多个运营商在使用g s m 系统。g s m 全球 贸易组织( g s m a l 发布消息称，截止到2 0 0 3 年底，全球g s m 用户已经 突破1 0 亿。并且在所有g s m 运营商中，中国移动的客户数超过1 。7 7 亿，成为世界上客户规模、网络容量最大的移动通信运营商。 g s m 蜂窝移动通信系统是完全按照欧洲通信标准化委员会( e t s i ) 制 定的g s m 规范研制而成的，它是一种典型的开放式结构，具有以下主 要特点： g s m 系统的几个分系统之间都有定义明确且详细的标准化接口 方案，以保证任何厂商提供的g s m 系统设备可以互联。同时， g s m 系统与其它各种公众通信网之间也都定义了标准的接口规 范，使g s m 系统可以与各种公用网实现互联互通； g s m 系统除了可以开放基本的话音业务外，还可以开放各种承 载业务、补充业务以及与i s d n 相关的各种业务； g s m 系统采用f d m 厂r d m a 及跳频的复用方式，同时具有灵 活方便的组网结构，可满足用户的不同容量需求： g s m 系统具有鉴权和加密功能，确保用户和网络的安全； 抗干扰能力较强，系统的通信质量较高。 北京交通大学硕士论文 2 2g p r s 概述 本论文所描述的p o c 业务是建立在g p r s 网络之上的，因此首先对 g p r s 业务作一个简单介绍。 g p r s 是利用”包交换”的概念发展出的一套无线传输方式，他在现有 的g s m 网络上开通的一种新型的分组数据传输业务。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 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，从而提供一种高 效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁 的、少量的数据传输，也数用于偶尔的大数据量传输。数用g p r s 技术 实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按照流量计费，大大降低了 系统的运营成本。目前几乎所有中低速率的数据传输业务都可以应用， 例如：工业遥信、遥测、遥控以及金融零售行业的p o s 机联网、自动柜 员机联网、移动银行等，还有车载移动性数据传输、移动车辆调度与监 控等。 g p r s 无线数据传输带宽可达1 7 1 2 k b p s ，实际应用带宽大约在 4 0 l o o k b p s ，并且在其信道上提供了t c p i p 连接( 通过g g s n 连接 g p r s g s m 网络和i n t e m e t 网络1 ，可以用于i n t e r n e t 连接、数据传 输等应用。在t c p 网络层采用了系统开销较小的u d p 协议。 在g p r s 网络规划的早期，就考虑到了实施p o c 解决方案。p o c 采 用a m r 编码的i p 语音，它对比特和帧误差有较高的容错。为使业务能 与空中接口的一个时隙匹配，一个i p 分组中含有多个压缩的语音分组。 语音分组的具体数目取决于所用的i p 版本和数据包头压缩。g p r s 的接 入及核心网络使用了实时传输协议( 磁曙) 和会话初始化协议( s i p ) 。 2 3 g p r s 相关的基本概念 当新业务与适合的用户群体相结合的时候，往往会带来比传统业务 北京交通大学硕士论文 更高的回报。例如，日本n t t d o c o m o 的i m o d e 商业模式在开拓欧洲 市场过程中屡受挫折，欧洲人也没有想到文本短消息业务却会在亚洲国 家大行其道。近期在北美流行的p t t ( p u s h t o t a l k ，一键通) 业务， 由于具有适合的用户范围广泛以及运营、使用费用低廉等特性而被广泛 关注，并有专家预测将会在未来五年内在全球带来5 0 0 亿美元的市场。 随着科技的发展，人们总是希望新产品具有更人性化的特点，而对 于移动电话，如果能够一按某一个键就立即可以通话，而不是要键入冗 长的电话号码，并等待几秒钟的呼叫建立过程，那将很方便。另外，根 据不同的业务需求，我们可以将某一些用户划分到一个组群，充分发挥 模拟集群中p t t 通信点对多点的巨大优势。再者，目前的移动话音业务， 当被叫遇忙时，只能耐心等待。而对于p t t ，当前的讲话方掌握着令牌， 即按即说，不需要了解其所在组群中任何一个成员的当前通话状态，如 果某用户正在通话而导致占线，同时进来的p t l 信息就会被保留在语音 信箱里。最后，由于蜂窝通信中的p t t 话音是利用数据通道来传输的， 数据随到随传，而不是像常规双工通信那样长期占用某个具体时隙。这 样，p t t 不但比全双工话音通信具有更高的信道利用率，也将用户的使 用资费降到更低，对于时常需要组群之间对讲的应用场合( 如运输调度， 交通指挥等) ，具有较高的经济价值。 本论文讨论的p o c 系统是建立在g s m 网络之上，并利用g p r s 数 据传输方式开发的准实时性数据业务的。 2 3 1g p r s 系统的组成 g p r s 的网络结构与g s m 的网络结构类似，只是增加了与分组业务 相关的功能节点。对于实现p o c 业务，还要在网络子系统中增加相应的 功能节点，这将在本章后面的小节中介绍。下图给出了标准的g p r s 系 统结构和个各功能实体之问的接口名称，并按功能划分成四个子系统予 以简单介绍： 北京交通大学硕士论文 茸扫l 肺闩 信奇接口 信奇私件袖接口 图2 一lg p r s 体系结构中的接口及参考点 下表汇总了与分组业务相关的接口位置： p d n 园 接口或参考点说明 r 非i s d n 终端与移动终端之间的参考点 g b s g s n 与b s s 之间的接口 g c g g s n 与h l r 之间的接口 s m s g m s c 之间的接口，s m s 1 w m s c 与 g d s g s n 之间的接口 g i g 腿s 与外部分组数据之间的参考点 g n 同一g s m 网络中两个g s n 之闻的接口 g p不同g s m 网络中两个g s n 之间的接口 g rs g s n 与h u t 之间的接口 g s s g s n 与m s c 厂v l r 之间的接口 g f s g s n 与e m 之间的接口 u m m s 与g p r s 固定网部分之间的无线接口 表2 一lg p r s 相关的接口列表 1 0 北京交通大学硕士论文 2 3 1 1 网络交换子系统( n s s ) 网络交换子系统由下列网络成员组成：移动交换中心( m s c ) ，访问 位置寄存器( v l r ) ，归属位置寄存器( h l r ) ，认证中心( a u c ) ，设备标志 寄存器( e i r ) 等。 移动交换中心( m s c ) 是蜂窝通信网络的核心网，其主要功能是对位 于本m s c 控制区域内的移动用户进行通信控制和管理。 归属位置寄存器( h l r ) 是一种用来存储本地用户位置信息的数据库。 每个用户都必须在某个h l r ( 相当于该用户的原籍) 中登记一些永久性 ( 如用户号码、移动设备号码、接入的优先等级、预定的业务类型以及保 密参数等) 和暂时性( 与用户当前所处位置有关) 的参数。 访问位置寄存器( v l r 】是种用于存储来访用户位置信息的数据库。 当移动用户漫游到新的m s c 控制区时，它必须向该地区的v l r 申请登 记。v l r 通过与该用户所处的h u l 进行一些列的查询和信息反馈，来 获取此移动用户的当前路由信息。 鉴权中心( a u c ) 的作用是可靠地识别用户的身份，只允许有权用户 接入网络并获得服务。 设备标志寄存器( e i r ) 是存储移动台设备参数的数据库，用于对移动 设备的鉴别和监视，并拒绝非移动台入网。 g p r s 网络是在现有g s m 网络中增加g g s n 和s g s n 来实现的， 使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据。与电路交换式的呼 叫不同，g p r s 分组方式下的数据是从基站发送到g p r s 服务支持节点 ( s g s n ) ，而不是通过移动交换中心( m s c ) 连接到语音网络上。s g s n 与 g p r s 网关支持节点( g g s n ) 进行通信，然后g g s n 对分组数据进行相应 的处理，再发送到目的网络。在下行链路上，来自因特网标识有移动台 地址的诤包，由g g s n 接收，再转发到s g s n ，继而传送到移动台上。 s g s n 是g s m 网络结构中的一个节点，它与m s c 处于网络体系的 同一层。s g s n 通过帧中继与b t s 相连，是g s m 网络结构与移动台之 间的接口。s g s n 的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移 动台和g g s n 之间完成移动分组数据的发送和接收。 北京交通大学硕士论文 g g s n 通过基于i p 协议的g p r s 骨干网连接到s g s n ，是连接g s m 网络和外部分组交换网( 如因特网和局域网) 的网关。g g s n 主要是起网 关作用，也有将g g s n 称为g p r s 路由器。g g s n 可以把g s m 网中的 g p r s 分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远 端的t c p i p 或x 。2 5 网络。 2 3 1 2 基站子系统( b s s ) 基站子系统( b s s ) 提供必要的发送和控制功能，用于服务区域的电波 覆盖。它由基站控制器( b s c ) 、基站收发信机( b t s ) 组成。 基站收发信机( b t s ) 包括无线传输所需要的各种硬件和软件，如发射 机、接收机、支持各种上小区结构( 如全向、扇形、星状和链状) 所需要 的天线，连接基站控制器的接口电路以及收发台本身所需要的检测和控 制装置等。 基站控制器( b s c ) 是基站收发台和移动交换中心之间的连接点，也为 基站收发台和操作维修中心之间交换信息提供接口。一个基站控制器通 常控制几个基站收发台，其主要功能是进行无线信道管理、实施呼叫和 通信链路的建立和拆除，并为本控制区内移动台的过区切换进行控制 等。 2 3 1 3 移动台( m s ) 移动台是用户使用的设备，在g s m t 系统中，物理设备与移动用户 是相互独立的，也就是说，用户的所有信息都存储在s i m 卡( 用户识别 卡) 上，系统中的任何一个移动台都可以利用s i m 卡来识别移动用户。 2 3 1 4 运行与维护子系统( o m s ) 该子系统用于远程和本地管理g s m t 网络的b s s 和n s s ，以及获 取和记录有关g s m t 的系统性能信息。0 m s 包括无线网络管理子系统 北京交通大学硕士论文 ( o m c r ) 和交换网络管理子系统( o m c - s ) 。它的任务是对全网进行监控 和操作，例如系统的自检、报警与备用设备的激活、系统的故障诊断与 处理、话务量的统计和计费数据的记录与传递，以及各种资料的收集、 分析与显示等。 2 3 2 g p r s 功能相关的接口与信道 在研究本论文所重点讨论的p o c 业务之前，本节首先对g s m 网络中 与g p r s 功能相关的接口和信道作一简单介绍，以便理解各接口的速率 和包装规则给p o c 业务带来的影响。 2 3 2 1 g p r s 功能相关的接口 2 3 2 1 1 无线接口u m 无线接口u m 是移动台( m s ) 与基站( b t s ) 之间的连接接口，g p r s 中 接口标准遵循g s m 系统的标准。 与g s m 系统相同，在g p r s 系统的空中接口中，一个例a 帧分 为8 个时隙，每个时陈发送的信息称为 一个”突发脉冲串”( b u r s t ) ，每个t d m a 帧的一个时隙构成一个物理 信道。物理信道被定义成不同的逻辑信道。与g s m 系统不同，在g p r s 系统中，一个物理信道既可以定义为一个逻辑信道，也可以定义为一个 逻辑信道的一部分，即一个逻辑信道可以由一个或几个物理信道构成。 m s 与b t s 之间需要传送大量的用户数据和控制信令，不同种类的信息 由不同的逻辑信道传送，逻辑信道映射到物理信道上。 2 3 2 1 2g b 接口 g b 接口把b s s 同s g s n 连接起来，以进行信令信息和用户数据的 交换，g b 接口能使多用户复用同一物理资源。资源在用户活动时( 当数 北京交通大学硕士论文 据发送或接收时) 分配给用户，而在活动结束时会马上被收回并重新分 配。这与a 接口相反，在a 接口，单个用户在一个呼叫的整个生命周期 中独占一套专用物理资源，不管是否在活动。g p r s 信令和用户数据在 同一个传输平台上发送，不要求为信令分配专用的物理资源。每用户的 接入速率可以无限制的改变，从零数据到最大可能的链路速率( 例如，e 1 干线可用的比特率为1 9 8 4 k b i t s ) 。 2 3 2 1 3a b i s 接口 当g p r sm a c 层和r l c 层的功能置于远离b t s 的位置上时，信道 编码器单元( c c u ) 和远端g p r s 分组控制单元( p c u ) 之间的信息按 3 2 0 b i t ( 2 0 m s ) 的固定长度的帧发送。不管p c u 是置于b s c 端还是置于 g s n 端，a b i s 接口都是一样的。在b 中，p c u 作为到b s c 的连接单元， 在c 中，b s c 对1 6 k b i “s 信道来说是透明的。在结构b 和c 中，p c u 被认为是远端p c u 。远端p c u 看作是b s c 的一部分，b s c 和p c u 之 间的信令传输通过使用b s c 内部信令执行。当应用a b i s 接口时，c c u 和p c u 功能之间的带内信令传输要求使用p c u 帧。 2 3 2 2g p r s 功能相关的信道 2 3 2 2 。1分组公共控制信道 分组公共控制信道( p c c c h ，p a c k e tc o m m o nc o n 们lc h a l l l l e l ) 它包括如下 一组传输公共控制信令的逻辑信道。 分组随机接入信道( p r a c h ， p a c k e tr a n d e ma c c e s sc h a n n e l ) ：只存 在与上行链路，m s 用来发起上行传输数据和信令信息。分组接入突发 和扩展分组接入突发使用该信道。 分组寻呼信道( p p c h 。p a c k e tp a g i n gc h a n n e l ) ：只存在于下行链路。 在下行数据传输之前用于寻呼m s 。可以用来寻呼电路交换业务。 分组接入许可信道( p a g c h ，p a c k e ta c c e s sg r a n tc h a n n e l ) ：只存在 北京交通大学硕士论文 于下行链路。在发送分组之前，网络在分组传输建立阶段向m s 发送资 源分配信息。 分组通知信道( p n c h ，p a c k e tn o t m c a t i o nc h a n n e l ) ：只存在于下行链 路。当发送点到多点一组播( p t m m ) 分组之前，网络使用该信道向m s 发 送通知信息。 2 3 2 2 2分组广播控制信道 分组广播控制信道( p b c c h ， p a c k e tb r o a d c a s tc o n 仃o lc h a n n e l ) 只存 在于下行链路。广播分组数据特有的系统信息。 2 3 2 2 。3分组业务信道 分组业务信道o ) t c h p a c h e tt r a f f i cc h a i l l l e l ) 包含如下的信道类型： 分组数据业务信道( p d t c h ，p a c h e td a t at r a 确cc h a n n e l ) ：用于传输 分组数据。在p t m m 方式，该信道在某个时间只能属于一个m s 或者 一组m s 。在多时隙操作方式时，一个m s 可以使用多个p d t c h 并行地 传输单个分组。所有的数据分组信道都是单向的，对于移动发起的传输 就是上行链路( p d t c h 舢) ，对于移动终止分组传输就是下行链路 ( p d t c h d ) 。 分组相关控制信道( p a c c h ， p a c k e ta s s o c i a t ec o n t r 0 1c h a n n e l ) ：它 携带与特定m s 有关的信令信息。这些信令信息包括确认、功率控制等 内容。它还携带资源分配和重分配消息，包括分配的p d t c h 的容量和 将要分配的p a c c h 的容量。当p a c c h 与p d t c h 共享时，就是共享时 已经分配给m s 的资源。另外，当一个m s 正在进行分组传输时，可以 使用p a c c h 进行电路交换业务的传输。 总之，g p r s 系统定义了为分组数据而优化的逻辑信道，如表2 1 所示。 北京交通大学硕士论文 组别名称方向功能 p r a c h 上行随机接入 p p c h 下行寻呼 p c c c h p a g c h 下行允许接入 p n c h 下行多播 p b c c hp b c c h下行广播 p d r r c h下行和上行数据 p t c h 队c c h下行和上行随路控制 表2 2g p r s 的逻辑信道 2 3 2 3g p r s 的高级功能 在g p r s 网络中执行的逻辑功能中，主要有网络访问控制功能、分 组选路和传输功能、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7 个功能组，每一个功能组都包含许多相对独立 的功能。 2 3 2 3 1 网络访问控制功能 网络访问就是用户连接到电信网中以使用由这个网络所提供的服务 或者设施的途径。访问协议是一组己定义了的过程，它能让用户使用到 电信网络提供的服务或设施。访问控制功能的各项主要功能如表2 3 所 示： 6 北京交通大学硕士论文 功能功能说明 通过注册公功能，用户的移动i d 和用户在 p l 心范围内的分组数据协议及其地址联系 起来，还与连到外部p d p 网的用户访问点联 注册功能 系在一起。这种联系可以是静态的，即存储 在一个h l r 中，还可以是动态的，即分布于 每一个所必需的基站。 该功能进行服务请求者的身份认证和识别， 身份认证和授权并验证服务请求类型以确保某个用户使用 某特定网络服务的权限。 许可证控制的目的是为了计算需要那些网 络资源以提供所要求的服务质量，并判断这 许可证控制功能些资源是否可用，然后预定这些资源。许可 证控制与无线资源管理功能相辅相成，以估 计每一个蜂窝对无线资源的需求程度。 用于滤除未授权或不请自来的消息，这可通 消息筛选 过分组过滤功能来实现。 该功能使从终端设备接收或向终端设备发 分组终端适配功能送的数据分组经过适配，以适合于在g p r s 网络中传输。 收集有关按用户计费和按流量计费的必要 计费数据收集功能 数据。 表2 3网络访问控制功能说明 2 3 2 3 2分组选路和传输功能 路由是一个有序的节点列表，用于在p l m n n 内或p l m n 之间传递 信息。每一个路由均由源节点、零个或多个中继节点和目的节点所组成。 路由选择是指根据一定规则，判断或选择在p l m n 之内或之间传输消息 所用路由的过程。如表2 4 说明了分组选路和传输功能中的主要项目功 能说明。 北京交通大学硕士论文 功能功能说明 是指一个节点接收来自第二个节点的信息，然后以一定路由把它 中继功能 转发到第三个节点。 该功能决定要发送到目的地址的消息应经哪一个网络节点转发， 路由选择 以及决定使用哪一个底层服务来到达g p r s 支持节点。且选择传 功能输路径的下一跳g s n 之间的数据传输可以通过具备内部选路功 能的外部数据网进行。 地址转换就是将一个地址转换成另一个不同类型的地址，地址翻 地址转换译可以将一个外部网络协议地址转换成一个内部网络地址，以便 和映射功在p l m n 之间选择路由来发送分组。地址映射用于将一个网络地 能 址映射成同类型的另一个网络地址已进行路由选择，并在p l m n 之间或之内中继转发消息。 是指将地址和控制信息加入到一个数据单元中，用以在p l m n 之 封包功能间或其内部为分组选择路由。解包是指将分组中地址和控制信息 删除，还原出原始数据单元。 隧道传输是指将封包的数据单元在p l m n 内部从封包点到解包点的传输。 功能 隧道是一个双向的点对点路径。 压缩功能 以传输尽可能小的外部p d pp d u 来优化无线信道容量的利用。 对要在无线信道中传输的用户数据和信令加密，并保护p l m n 不 加密功能 受入侵。 域名服务用来把g s n 逻辑域名解析成g s n 地址。解析p l m n 中位于g p r s 器功能 骨干网的g s n 和其他g p r s 节点的任何名字。 表2 4 分组选路和传输功能 2 3 2 3 3移动性管理( 眦) 功能 移动性管理功能用于跟踪在本地p l m n 或其他p l m n 中m s 的当前 位置。在g p r s 网络中的移动性管理涉及到新增的网络节点和接口以及 参考点，这与g s m 网中的有很大的不同。 2 3 2 3 3 1 移动性管理状态的定义 与g p r s 用户相关的移动性管理定义了空闲( i d l e ) 、等待( s t a n d b y ) 、 就绪( r e a d y ) 三种不同的移动性管理状态，每一种状态都