（通信与信息系统专业论文）通用分组无线业务（gprs）服务质量和网络参数测试系统的研究与开发.pdf

北京交通大学硕士论文 y8 7 9 0 8 1 中文摘要 摘要 引入g p r s 业务是铁路综合数字移动通信系统( g s m r ) 新的发展 方向，分组数据传输在铁路上的应用是实现铁路信息化的关键技术。本 论文抓住影响g p r s 服务质量和网络参数进行研究，并探讨了g p r s 网 络性能评估和测试的实施方案，为今后g p r s 网络的测试和优化提供依 据；根据青藏线g p r s 网络工程的实际需要。初步开发出g p r s 网络服 务质量及系统参数的测试软件，从而保证青藏线g s m r 网络下一阶段 测试的顺利进行。 第一章引言概述了g s m r 网络的发展历程和现状，着重说明了 g s m r 网络新的发展趋势g p r s 业务，给出了g p r s 及其在铁路上应 用的基本概念； 第二章分析了g p r s 服务质量和相关网络参数，主要关于g p r s 移 动性管理和会话管理； 第三章举例说明了在青藏线g s m - r 网络中采用g p r s 业务的铁路 实际应用； 第四章在分析g p r s 性能评估指标和测试终端的基础上，对g p r s 网络测试方案进行研究并得出可行方案；根据青藏线的需要，开发出 g p r s 网络测试软件，并提出可行建议； 第五章对全文进行总结，提出本论文以后应继续研究的重点内容。 【关键词】 g s m rg p r s 路测 北京交通大学硕士论文正文 1 1 综述 第一章引言 g s m r ( g s m 铁路) 是一种基于目前世界最成熟、最通用的公共 无线通信系统g s m 平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式的 无线通信系统，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特 点，为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系 统。它基于g s m 的基础结构及其提供的电信业务，提供了铁路特有的 基础业务，并以此作为一个信，副化的平台，使得用户可以在这个信息平 台上轻松开发各种各样的铁路应用。图1 1 为g s m r 系统的业务模型 层次结构： 图1 1g s m r 系统层次结构示意图 北京交通大学硕士论文正文 g s m r 以g s m 平台为基础，因此，除了g s m 所具有的越区切换、 漫游等特性外，g s m r 还具有如下专有的特性： 功能寻址( f u n c t i o n a l a d d r e s s i n g ，f a ) ：便于固定( 移动) 用户拨 号呼叫列车上移动用户的一种方式。指用户可以由它们当时所担当的功 能角色，而不是终端设备的号码来寻址。 基于位置的寻址( l o c a t i o n d 印e n d e n t a d d r e s s i n g ，l d a ) ：便于列车 上移动用户( 如火车司机) 呼叫固定用户( 调度员) 的一种方式。例如 当火车司机呼叫固定用户( 调度员) 时，系统依据移动用户( 火车司机) 的当前位置( 所在控制区小区) 对固定用户( 调度员) 进行寻址，自 动地将呼叫转接到列车当前所在控制区的调度员。 语音广播服务( v o i c eb r o a d c a s ts e r v i c e ，v b s ) ：v b s 可用来在指定 区域( 可跨多个小区) 内广播消息或发布紧急呼叫( 一点对多点的呼叫， 主呼者讲话而众多的被呼方只能收听) 。区域的定义和选择可动态设定， 从而具有极大的灵活性。 语音组呼服务( v o i q eg r o u pc “ls e r v i c e ，v g c s ) 。移动或固定用户 拨打组呼i d 号，可与指定区域内的小组成员建立呼叫。该组内所有成 员均可通过同一业务信道进行接听；该小组的成员也可通过按键讲话 ( p t t ) 方式发出通话请求，系统依据“先请求先服务”的原则建立一个 上行链路来提供通话服务。 增强的多 级优先与强占权 ( e n h a n c e dm u l t i l e v e lp r e c e d e n c ea n d p r e e m p t i o n ，e m l p p ) 。铁路紧急 2 北京交通大学硕士论文正文 呼叫或列车自动控制等许多通信应用，都要求网络无论处于何种负载状 况下均能迅速建立呼叫。如果在一个无线电小区发生拥塞( 所有无线电 频率和业务信道均被占用) ，e m l p p 可立即切断低优先权的呼叫而优先 建立高优先权的呼叫。 列车控制系统( t r a i nc o n t m ls y s t e m ，t c s ) ：是以g s m r 作为传 输手段的列车自动防护列车自动控制系统，甚至可以实现列车自动操 作。 铁路维护通信：利用g s m r 建立铁路沿线维护人员的业务联络通 信( 新的路边电话和隧道电话) 。并能够根据维护人员的职能和所在的 场所很快地确定他们的位置。 1 1 1g s m r 的发展历程及其在中国的发展状况 g s m r 最早在欧洲发展起来，1 9 9 3 年，国际铁路联盟u i c 与欧洲 电信组织e t s i 协商，确定了欧洲各国铁路下一代无线通信以g s m p h a s e 一2 为标准的g s m r 技术。1 9 9 7 年，2 4 个国家的3 2 个铁路组织签 署了g s m r 谅解备忘录。同年，e 球e n e ( 负责制定g s m r 的体制方 案) 在德国、法国、意大利开展了三个测试项目( m o r a n e ) 。1 9 9 9 年， 第一个g s m r 网络在瑞典铁路建成，随后，德国、瑞士、荷兰、英国、 意大利、西班牙、印度也相继开始建设自己的g s m r 系统。另外，匈 牙利、芬兰、挪威、丹麦、比利时、波兰、捷克共和国、奥地利、北美、 澳大利亚也开始对g s m r 进行招标或商业咨询。 g s m r 设备厂商已经开始在g s m r 系统中增加新的功能一一 3 北京交通大学硕士论文 正文 g p r s 业务，从而提供列车诊断、地面设备监测、移动互联网接入、信 息广播、车辆跟踪、移动售票、旅客信息服务等各种新兴业务。2 0 0 2 年，西门子在荷兰完成了具有g p r s 功能的g s m r 网络。 铁道部和北电网络签署了一份试用协议，为世界海拔最高的铁路线 青藏铁路部署g s m r ( 铁路移动通信全球系统) 网络。值得关注 的是，铁道部对g s m r 项目一直非常重视，目前已经有华为、北电、 西门子被铁道部选中进行这个项目的试验，而华为、北电已经将项目实 施，西门子还在准备建设之中。 青藏铁路g s m r 试验网络覆盖长达1 8 6 公里的铁路线。此外，它 还是亚洲第一条采用g s m r 来传输用于列车控制的安全数据的试验铁 路，并采用双重覆盖的解决方案来增强系统的可靠性。 1 1 2g p r s 通用分组无线业务简介 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e n r i c e ) 是通用分组无线业务的简称。 g p r s 是g s mp h a s e 2 1 规范实现的内容之一，能提供比现有g s m 网 9 6 k b i t s 更高的数据率。，g p r s 采用与g s m 相同的频段、频带宽度、突 发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的t d m a 帧结构。因此， 在g s m 系统的基础上构建g p r s 系统时，g s m 系统中的绝大部分部件 都不需要作硬件改动，只需作软件升级。 1 1 2 1 通用分组数据业务的特点 通用分组数据业务( g p r s ) 使得用户能够在端到端分组传送模式下 4 北京交通大学硕士论文正文 发送和接收数据。由于无线资源采用动态分配方式，个用户可分配多 个时隙，一个时隙也可由多个m s 共享，用户虽然与网络直连接，但 仅当有数据传送时才占用无线信道资源。 1 1 2 2g p r s 业务在铁路上的应用 为适应铁路对高速移动口业务的需求，g s m r 网络开始引入分组 无线数据业务g p r s ，它不仅能在无线信道上提供9 0 5 1 7 1 2k b i t s 的可变速率，更实现了无线信道上数据分组传送，在现有电路交换网络 中引入了分组网，为g s m r 运营者由仅提供话音业务向提供综合信息 服务业务领域拓展提供了重要的网络平台，并为g s m r 网向第三代演 进打下了基础。 铁路目前对许多数据应用有追切需求，急需解决车地之间、现场与 数据中心之间的数据传输通道。这些业务的特点是业务点分散、非周期 间断数据传输、频繁小容量数据传输及个别的大容量数据传输，有些业 务同时又是移动的。 1 2 本课题研究的意义 在g s m r 网络引入g p r s 也是铁路信息化发展的需要，能够提供 列车诊断、移动互联网接入、信息广播、车辆跟踪、移动售票、旅客信 息服务等各种新兴业务；有利于提高铁路运输效率、增加服务项目、提 高服务质量。 北京交通大学硕士论文正文 正是在这样的背景之下，g p r s 服务质量以及网络参数的研究、测 试系统的开发将直接关系到g p r s 在g s m r 网络中的应用前景，并且 为今后g p r s 网络的测试和优化奠定了基础。本论文深入研究影响 g p r s 分组数据传输性能的服务质量以及网络参数，提出了g p r s 网络 性能评估和测试的实施方案。在此基础上，初步开发出g p r s 网络测试 软件，为推动g p r s 网络的进一步优化提供依据。 1 3 本论文的主要工作与贡献 本论文主要研究了影响g p r s 分组数据传输的服务质量和相关网络 参数，并提出了g p r s 网络测试方案，初步开发出青藏线g p r s 网络测 试系统。具体工作包括： 一研究铁路g p r s 应用； 研究g m m s m 协议； 一研究青藏线g p r s 数据应用； _g p r s 服务质量和网络参数研究； 一 青藏线g p r s 网络测试方案的制定； _ g p r s 网络测试终端的调研； _ g p r s 网络测试软件的开发。 通过以上问题的讨论分析，本论文主要在以下几个方面对该课题的 发展做出了贡献： 详细得出g p r s 服务质量和网络参数对g p r s 数据传输的影响； 6 北京交通大学硕士论文正文 - 提出进行g p r s 性能评估和测试的应用方案； 一 开发g p r s 网络测试系统，有利于青藏线g p r s 网络的测试和 优化； 一针对g s m r 网络中g p r s 应用的特殊性，提出青藏线可行的建 议。 北京交通大学硕士论文正文 第二章g p r s 服务质量和网络参数的研究 g s m r 网络中引入g p r s 后，服务质量和网络参数对分组数据传输 有重要影响。根据对这些问题的研究，可以指导我们如何去评价和测试 铁路g p r s 网络。 2 1g p r s 移动通信系统 2 1 1g p r s 概述 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) 作为第二 代移动通信技术g s m 向第三代移动通信( 3 g ) 的过渡技术，是由英国 b tc e l l n c t 公司早在1 9 9 3 年提出的，是g s mp h a s e 2 + ( 1 9 9 7 年) 规范 实现的内容之一，是一种基于g s m 的移动分组数据业务，面向用户提 供移动分组的球或者x 2 5 连接。 g p r s 采用与g s m 相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标 准、跳频规则以及相同的t d m a 帧结构。因此，g p r s 在现有的g s m 网络基础上叠加了一个新的网络，同时在网络上增加一些硬件设备和软 件升级，形成了一个新的网络逻辑实体，提供端到端的、广域的无线p 连接。 2 1 2g p r s 的网络结构 以下从网络总体结构和逻辑体系结构两个方面对g p r s 进行介绍。 北京交通大学硕士论文 正文 2 1 2 1g p r s 网络总体结构 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。其系统结构如图 2 1 所示。 图2 1 g p r s 系统结构 图2 1 中，g p r s 蜂窝电话与g s m 基站通信，但与电路交换式数据 呼叫不同，g p r s 分组是从基站发送到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：g g s 由对分组数据进行相应的处理， 再发送到目的网络，如因特网或x 2 5 网络。来自因特网标识有移动台 地址的口包，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 北京交通大学硕士论文 正文 动台和g g s n 之间完成移动分组数据的发送和接收。 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，也有人将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 口或x | 2 5 网络。 s g s n 和g g s n 利用g p r s 隧道协议( g t p ) 对口或x 2 5 分组进 行封装，实现二者之间的数据传输。 2 1 2 2g p r s 逻辑体系结构 从逻辑上来说，g p r s 通过在g s m 网络结构中增添s g s n 和g g s n 两个新的网络节点来实现。由于增加了这两个网络节点，需要命名新的 接口。图2 2 说明了g p r s 逻辑体系结构。表2 1 给出了g p r s 体系结 构中的接口及参考点。 1 0 北京交通大学硕士论文 正文 图2 2g p r s 逻辑体系结构 接口或参考点说明 r 非i s 6 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 ig p r 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 之间的接口 g p 不同g s m 网络中两个g s n 之间的接口 g r s g s n 与h l r 之间的接口 g s s g s n 与m s c l r 之间的接口 g f s g s n 与b i r 之间的接口 u ml m s 与g p r s 固定网部分之间的无线接口 表2 1g p r s 体系结构中的接口及参考点 北京交通大学硕士论文 正文 除了这些接口和参考点之外，g p r s 还新增加了分组控制单元( p c u p a c k e tc o n t r o lu n i t ) 和g b 接口单元( g b r l j ，g bi n t e r f a c eu n i t ) 。其中 p c u 使b s s 提供数据功能、控制无线接口，使多个用户使用相同的无 线资源。g b 提供从b s s 到s g s n 的标准接口。可以和p c u 合并在 同一个物理实体中。 由于g p r s 在g s m 网络中引入了两个g p r s 支持节点和新的接口 及单元，会对g s m 网络设备产生以下的影响： _ h l r 现有软件需更新，以支持g c 、g r 接口； - m s c 现有软件需更新，以支持g s 接口； 一 在b s c 中引入p c u ，并且软件需要升级； 一 b t s 配合b c f 进行相应的软件升级。 2 2g p r s 服务质量 g p r s 服务质量包括向用户提供的可以协商的0 0 s 、业务接入能力、 g p r s 网络质量和应用服务质量。 2 2 1 可以协商的q o s g p r s 为用户提供了可以协商的q o s 配鼍。g p r s 的业务质量( q o s ) 有以下4 个指标：优先等级、时延、可靠性和吞吐量。铁路g p r s 数据 应用由于业务类型的多样化，对q o s 也提出了不同的要求。 北京交通大学硕士论文 正文 2 2 1 1 优先等级 在正常工作条件下，网络会力图满足所有q o s 文档的业务承诺。业 务优先级表示：在异常情况下，保持业务承诺的相对重要性。例如，在 出现资源受限或网络拥挤等问题时，决定丢弃哪些包。分为3 级，1 级： 高优先级。2 级：正常优先级。3 级：低优先级。 在g s m r 网络中，呼叫建立的优先级共有7 级。g s m - r 规范中建 议数据应用的优先级应和语音业务保持一致。所以，目前g p r s 设备中 3 个优先等级方式，不能满足铁路应用的需要，需要设备商配合解决。 2 2 1 2 延迟等级 g p r s 定义了4 个延迟等级其中“9 5 ”指9 5 的包的延迟满足 标准规定。 包的大小1 2 8 字节1 0 2 4 字节 级别 平均延迟 9 5 平均延迟 9 5 1 ( p r e d i c t i v e ) o 5 s 1 5 s 2 s 7 s 2 ( p r e d i c t i v e ) 5 s 2 5 s 1 5 s 7 5 s 3 ( p r e d i c t i v e ) 5 0 s 2 5 0 s 7 5 s 3 7 5 s 4 ( b e s te f 如n ) 没有规定 表2 2g p r s 业务延迟等级 北京交通大学硕士论文 正文 2 2 1 3 可靠性等级 表2 3 说明了不同可靠性类别对各协议层的要求。 可靠性g t p 模l l c 帧l l c 数r l c 分业务类型 类别武模式据保护 组模式 1 应答应答保护应答非实时业务，差错敏感，不容 许数据丢失 2 未应答应答保护应答非实时业务，差错敏感，容许 数据的偶尔丢失 3未应答未应答保护应答非实时业务，差错敏感，可以 处理数据丢失的情况 4 未应答未应答保护未应答实时业务，差错敏感，可以处 理数据丢失的情况 5未应答未应答未保护未应答实时业务，差错不敏感，可以 处理数据丢失的情况 表2 3 可靠性类别对各协议层的要求 通过对不同可靠性情况下的应用测试，比较业务质量的差别，并分 析其合适的可靠性类别。如调度信息的传输，差错敏感，则需要有第一 类别的可靠性。 2 2 1 4 吞吐量 吞吐量表示用户数据速率，包括峰值吞吐量和平均吞吐量。 根据铁路应用不同吞吐量的要求，申请合适的吞吐量级别。 2 2 2 业务接入能力 业务接入是指用户发起g p r s 接入请求时，所能得到业务能力的指 标。 1 4 北京交通大学硕士论文 主要衡量的指标包括g p r s 附着成功率、g p r s 附着响应时间、分 组寻呼成功率、p d p 激活成功率、p d p 激活响应时间、分组信道立即指 配成功率等。 2 2 3g p r s 网络质量 g p r s 网络质量指的是用户接入g p r s 网络后得到的服务质量。 主要衡量指标包括t b f 指配成功率( 上下行) 、t b f 中断率、t b f 平均数据吞吐量、t b f 平均时长、r l c 重传率( 按不同编码统计) 、小 区重选次数、路由区更新成功率、p i n g f t p 和网络发起的p d p 上下文去 激活统计等。 2 2 4 应用服务质量 应用服务质量主要是用户感受到g p r s 业务的质量。 主要衡量指标包括u 】) p t c p f t p e m a 订等业务的质量。 建议：在g p r s 网络测试时，要针对不同的应用协议进行测试。如 对使用u d p 和t c p 协议的应用进行测试。 2 3g p r s 网络参数的研究 g p r s 移动性管理( g m m ) 和会话管理( s m ) 对g p r s 数据传输有较大 的影响。下面将对移动性管理和会话管理中的网络参数进行深入的分 析；简单介绍了其他相关网络参数并提出建议。 北京交通大学硕士论文 正文 2 3 1g p r s 中的移动性管理( g m m ) 移动性管理的主要功能是支持用户终端的移动性，如将用户当前的 位置通知网络以及提供用户标识的机密性。 g p r s 移动性管理过程可分为两类：常规g m m 程序和特定g m m 程序。 _ 常规g m m 程序：g p r s 的鉴权加密、g p r s 识别、p t m s i 重 分配。 -特定g m m 程序：g p r s 附着及联合附着、g p r s 分离及联合 g p r s 分离、常规路由区更新、联合路由区更新和周期性路由区 更新。 2 3 1 1g p r s 移动性管理中的几个基本概念 ( 1 ) g p r s 移动性管理上下文 对g p r s 用户的移动性管理体现为m s 在三种m m 状态之间的相互 转换，这三种状态是：空闲( d l e ) 、待命( s t a n d b y ) 、准备( r e a d y ) 。 其中每一种状态都描述一定级别的功能和分配的信息，某一时刻的m s 总是处于这三种状态之一。g p r s 移动性管理信息的设置驻留在移动台 和s g s n 中，表示为“m m 上下文”。所谓“m m 上下文”( m m c o n t e x t ) 是指专门为g p r s 移动台在s g s n 和移动台内创建的、与 移动状态相关的数据库。m s 、s g s n 在不同事件的触发下，在这三种 状态之间进行转换。如上所述，每种状态对应了一种确定的功能级以及 一系列相关信息，这些状态及相关信息就组成了m m 上下文，在m s 1 6 北京交通大学硕士论文 正文 和s g s n 中进行维护和控制。一个用户( 或i m s i ) 对应唯一的一个m m 上下文。 在m s 、s g s n 、m s c l r 以及h l r 中分别存储着和移动台相关的 移动性管理上下文的信息。在分组数据传输之前必须建立或激活移动性 管理的上下文。在上述设备中，每一个移动性管理上下文都对应着o 条 或多条p d p 上下文。 m s 中存储的m m 信息有i m s i 、m m 状态( 空闲、就绪或待命) 、 p t m s i 、p t m s i 签名、当前路由区( r a ) 、当前小区识别( c i ) 、当前 使用的密钥k c 、密钥序列号c k s n 、加密算法、移动台类别标志 ( c l a s s m a r k ) 、d r x 参数、p d p 信息等。 ( 2 ) 路由区( r a ) 的概念 在g p r s 中是按路由区( r a ) 来进行位置管理的。路由区是位置区 的子集，即一个位置区可以作为一个路由区，也可进一步划分为几个路 由区。每个路由区都只有一个s g s n 对其提供服务。 同g s m 位置区的概念类似，每个g p r s 的覆盖区都被分为许多个 路由区，一个路由区可以包含一个或多个小区。网络将存储每个移动台 的路由区，并在适当的时候作为寻呼该g p r s 移动台的位置信息。对处 于待命( s t a n d b y ) 状态的g p r s 移动台的寻呼是通过对移动台所在 路由区的所有小区中寻呼来实现的。如果s g s n 容量较小的话，它就不 可能对所控制区域内的所有小区一起进行寻呼，因为这样的寻呼负荷将 会很大，这就需引入路由区的概念。路由区的标识( r a i 码) 将在每个 1 7 北京交通大学硕士论文 正文 小区广播信道上的系统消息中发送。 路由区的大小在系统中是一个相当关键的因素。在做网络规划时， 对路由区的划分相当重要，如果路由区的覆盖过小，则移动台发生的 g p r s 路由区更新过程将增多，从而增加了系统中的信令流量。反之， 若路由区的覆盖过大，在它之中登记的用户越多，则网络寻呼其中任一 个移动台时，同一寻呼消息将在该路由区的所有小区中一起发送，这样 将导致寻呼信道的负荷过重。 所以，对路由区进行优化尤其重要。在划分路由区过程中，应在保 证不会产生寻呼负荷过高的前提之下，尽量使路由区更新次数降低到最 j 、。 ( 3 ) p t m s i 签名 在g p r s 附着、路由区更新和p 1 m s i 再分配的过程中，网络可以 给m s 分配一个p t m s l 签名。m s 在接下来的g p r s 附着或路由区更 新过程中，将把p t m s i 签名和一个有效的p t m s i 结合起来用于鉴权 加密以及识别程序。在该过程中，s g s n 将把移动台发送的p t m s i 签 名和s g s n 中存储的p t m s i 签名进行比较，如果两者相同，s g s n 可 以选择是否采用鉴权过程；如果两者不同，则s g s n 必须采用鉴权过程。 如果移动台没有一个有效的p t m s i ，那么它就不能在接下来的附 着和路由区更新过程中使用p t m s i 签名。一旦移动台的g p r s 附着或 路由区更新过程获得了成功，移动台将会删除它所使用的p t m s i 签名。 北京交通大学硕士论文 正文 2 3 1 2 常规g m m 程序 ( 1 ) g p r s 的鉴权加密 g p r s 鉴权加密程序的目的是： 检查由m s 提供的识别是否真实； 一提供参数以使m s 能够计算新的g p r s 密钥： 可以使网络设置加密模式。 g p r s 和g s m 的鉴权过程基本一致。它们的不同之处在于：该过程 是由s g s n 来执行的。g p r s 的鉴权过程和加密过程是同步进行的。 ( 2 ) g p r s 识别 网络使用该程序的目的是请求m s 提供特定的识别参数：如i m s i 或i m e i 。 ( 3 ) p - t m s i 重分配 p t m s i 再分配程序分配p t m s i 的作用是提供用户识别的保密性， 即保护用户不被外来者识别或定位。p t m s l 只在一个路由区有意义， 在路由区域外，它要和r 越结合起来，以提供唯一的识别信息。若识别 保密性业务对一个i m s i 有效，p t m s i 将被用于无线接口信令程序内的 识别。 至少应在m s 每次改变路由区时，必须执行p t m s i 再分配程序。 若网络中由m s 提供的p t m s i 未知，如数据库发生故障则应由m s 提 供其d v i s i ，此时在t m s i 再分配程序之前应首先启动识别程序。 在正常情况下p t m s i 的再分配程序应与一个g m m 过程同时发生， 1 9 北京交通大学硕士论文 正文 如路由区更新程序。这时，p t m s i 再分配可以是隐式分配，这就是说 p t m s i 再分配可以包含在“g p r s 附着接受”( g p r sa t t a c h a c c e p t ) 或“路由区更新接受”消息当中。当m s 发现“g p r s 附着 接受”( g p r s a t t a c h a c c e p t ) 或“路由区更新接受”( r a u p d a t e a c c e p t ) 消息中包含着一个新的p t m s i 的时候，它将通过向s g s n 发送一条“g p r s 附着完成”( g p r s a t t a c hc o m p l e t e ) 或“路由 区更新完成” ( r au p d a t ec o m p l e t e ) 消息，以向网络确认收到 了新的p t m s i 。 图2 3p t m s i 再分配程序 若p t m s i 再分配是单独执行的，一般在鉴权加密过程完毕之后， 系统要向m s 发出“p t m s i 再分配命令”( p t m s ir e a l l o c a t i o n c o m m a n d ) 的报文，同时启动定时器t 3 3 5 0 ，如图2 3 所示。在该消 息中包含新p t m s i 、r a j 和可选的p t m s i 签名。 m s 收到p t m s i 的再分配命令后，将把所收到的p t m s i 和r a i 存储在存储器内，并向网络发送“p t m s i 再分配完成”( p t m s i r e a l l o c a t i o nc o m p l e t e l ) 的报文。如果该消息中含有p 。t m s i 签 2 0 北京交通大学硕士论文 名，m s 则用这个新值来代替旧的值，否则m s 将继续使用旧的p t m s i 。 当网络收到p - t m s i 再分配完成消息后，将停止定时器t 3 3 5 0 井认 为新p t m s i 有效。 2 3 1 3 特定g m m 程序 g m m 特定程序包括：g p r s 附着及联合附着、g p r s 分离及联合分 离、常规路由区更新、联合路由区更新和周期性路由区更新。 主要研究g p r s 的附着过程。 g p r s 附着分为两种情况：一种是常规g p r s 附着，在该过程中， m s 只是将讧s i 附着到g p r s 业务上；另一种是联合的g p r s 附着， 在该过程中m s 将n 讧s i 附着到g p r s 业务和非g p r s 业务上。 g p r s 的附着程序的具体步骤如下( 如图2 4 所示) 。 2 1 北京交通大学硕士论文 正文 图2 - 4 g p r s 附着过程 北京交通大学硕士论文正文 ( 1 ) 首先m s 通过带有接入请求为“m m 程序”的接入，来建立起 一个上行链路t b f 。在收到p c u 发送来的“分组上行指配”( p a c k e t u p l i n k a s s i g n l e n t ) 消息后，m s 将在分配的r l c 数据块上向p c u 发送带有“附着请求”( a t t a c hr e q u e s t ) 消息的l l cp d u ，同时 m s 启动定时器t 3 3 1 0 。 该消息中包括p t m s i ( 没有可用的p t m s i 时用订s i ) 、旧的r a i 、 c l a s s m 蝴：、c k s n 、附着类型、d r x 参数、旧p t m s i 签名及请求 的就绪定时器值。 附着类型分为3 种，分别是：只附着g p r s ，n 讧s i 已被附着的情况 下附着g p r s ，g p r s d 讧s i 联合附着。 m s 应在d r x 参数中指示出它是否在c c c h 上支持s p l i tp g c y c l e 选项； ( 2 ) 当p c u 收到该“附着请求”消息后，将把该消息放入“b s s g p 上行数据单元”( b s s g p u pu n i td a l 噙) 中，并发向s g s n 。 ( 3 ) 当新s g s n 收到“附着请求”消息后，它将根据该消息中的 p t m s i 和旧r a i 来导出原s g s n 的地址，并向原s g s n 发出一条“身 份认证请求( i d e n t i c a t i o n r e q u e s t ) 。在该消息中含有p t m s i 、 原r a i 、原p t m s i 签名。 ( 4 ) 当旧s g s n 收到该消息后，若它能识别该m s ，则将新的s g s n 发送一条身份认证响应”( d e n t i c a t i o n r e s p o n s e ) 。在该消息 中，含有和该移动台相对应的i m s i 以及其鉴权三元组。若旧的s g s n 2 3 北京交通大学硕士论文 正文 无法识别该移动台，则返回一条相应的错误指示。 ( 5 ) 若新的s g s n 从原s g s n 中获得了m s 的标识及其鉴权参数， 那么接下来它将执行鉴权加密程序；若新的s g s n 未能从原s g s n 中获 得了m s 的标识，那么它将向该移动台发起识别程序，当从识别程序中 获得它的订s i 后，也将执行鉴权加密程序。 ( 6 ) 当新s g s n 与m s 的鉴权加密程序成功之后，新s g s n 将通 过m s 的订s i 寻址到该用户的h l r 。接下来，新的s g s n 将向h l r 发送一条“位置更新”( u i ，d a t el o c a t i o n ) 消息，以通知h l r 移动 台的位置已经发生了变化。该消息中含有新s g s n 编号、新s g s n 地址 以及m s 的订s i 。 ( 7 ) 当h l r 收到新s g s n 发送来的“位置更新”消息后，将存储 当前的s g s n 的信息，并向旧的s g s n 发出一条“位置删除”( c a n c e l l o c a t l 0 n ) 消息。旧s g s n 收到“位置删除”消息后将删除该m s 的 所有信息，并向h l r 发回“位置删除证实”( c a n c e l l o c a t l 0 n a c k 消息。 ( 8 ) 当h u t 收到旧s g s n 发回的“位置删除证实”消息后，h l r 将向新的s g s n 发起“插入用户数据”( i n s e r ts u b s c r i b e r d a t a ) 的消息，以提供s g s n 所需的用户信息。h l r 收到s g s n 发回的“插 入用户数据证实”( i n s e r ts u b s c a i b e rd a l 队a c k ) 消息后，则向 该s g s n 发出“位置更新证实”( u p d a t el o c a t i o n a c k ) 的消息。 ( 9 ) 执行完s g s n 的位置更新，如果该网络还采用了g s 接口，且 2 4 北京交通大学硕士论文正文 “g p r s 附着请求”的类型为“v i s i 己被附着的情况下附着g p r s ”或 “g p r s 以s i 的联合附着”时，s g s n 还应执行m s c v l r 的位置更新。 ( 1 0 ) 如果s g s n 接受了m s 的g p r s 附着请求，那么它将向m s 发送”附着接受”( a t t a c h a c c e p t ) 的消息，并启动定时器t 3 3 5 0 。 若s g s n 给m s 分配了新的p t m s i ，那么这个新的p t m s i 可以和路 由区识别码一起包含在“附着接受”消息中。在出现这种情况时，g p r s 的附着过程其实也包括了p t m s i 的再分配过程。而且s g s n 还为g m m 上下文指定了一个p t m s i 签名，并把它也包含在“附着接受”消息中。 另外，在“附着接受”消息中还包含周期性路由区更新参数t 3 3 1 2 、协 商的就绪定时器值及s m s 的无线优先级。 若为联合的g p r s 附着，那么在“附着接受”消息中还可能包含着 一个新的t m s i 和l a i 。 若通过新的s g s n 检查m s 在新r a 的合法性，发现m s 是局部受 限用户而不允许在新r a 激活，则新s g s n 向m s 发送“附着拒绝” ( a t t a c hr e j e c t ) 消息，拒绝附着请求。 ( 1 1 ) 当p c u 收到含有消息为“附着接受”的b s s g p 下行数据单 元，它将首先建立一个下行的t b f ，并将该消息放入所分配的下行的 r l c 数据块中发向m s 。 ( 1 2 ) 当m s 收到“附着接受”消息后，m s 将存储收到的r a i ， 停止定时器t 3 3 1 0 ，并将g p r s 的更新状态设置为“g u i ，己更新”。若 该消息中含有新的p ，t m s i ，那么移动台今后将使用这个新的p t m s i 。 北京交通大学硕士论文 正文 图2 5g p r s 附着空中接口的信令流程 附着的平均时延是1 8 9 8 m s ( 参考某省移动公司的附着l o 次的测试 结果) 。 如果网络已经识别移动台，那就不需要识别过程，这样信令流程将 简化，减少附着时间；如果移动台已经是合法用户，那就不需要鉴权过 程，这样信令流程将进一步简化，进一步减少附着时间。 建议：在g p r s 网络测试时，附着时延要分为第一次附着和连续附 着进行统计；通过识别过程时延和鉴权过程时延的分析，搞清楚附着时 延的组成。 2 3 2g p r s 会话管理( s m ) 会话管理程序指的是g p r s 移动台连接到外部数据网络的处理程 序，它的主要作用是支持用户终端对p d p 上下文处理。它的主要程序 包括p d p 上下文的激活、解除和修改，以及匿名接入时p d p 上下文的 激活的解除。在本节中，详细介绍了p d p 上下文的激活。p d p 上下文 2 7 北京交通大学硕士论文 正文 在g p r s 网络内，m s 使用的是内部i p 地址( 内网i p 地址段1 0 o 0 0 1 0 2 5 5 2 5 5 2 5 5 ) 。m s 访问因特网时要求使用合法的i p 地址。合法i p 地址获取方法：如果g p r s 网络运营商同时是i s p ( 因特同业务提供者) 提供者时，合法口地址可以由i s p 来提供。如果g p r s 网与c h n a n e t 网互连，合法口地址也可以由c h i n a n e t 来提供。 由于n s a p i 的编码限制，每个移动台的p d p 地址不能多于1 5 个。 对每个讧s i 可以在签约时分配多个静态的p d p 地址，当p d p 上下文 是由网络激活的，那么只能使用静态的p d p 地址；当用户使用动态地 址时，由g g s n 来负责分配和释放p d p 地址。 2 3 2 2p d p 上下文激活 p d p 上下文的激活可以分为m s 发起的p d p 上下文激活和网络发起 的p d p 上下文激活。 当p d p 地址为静态时，可由g g s n 请求发起p d p 上下文激活程序。 但目前g p r s 网络设备不支持网络发起的激活程序，所以不作详细分 析。 下面将通过m s 发起的数据分组的业务过程说明m s 发起的p d p 上 下文激活。 当m m 状态为空闲时，m s 应首先执行移动性管理的附着程序，进 入m m 准备就绪状态或m m 待命状态后才能执行p d p 上下文的激活程 序来实 北京交通大学硕士论文 正文 求发起p d p 上下文激活程序。 m s 从归属网络发起p d p 上下文激活的流程如图2 6 所示。 图2 6p d p 上下文激活过程 ( 1 ) 若移动台己经完成了g p r s 附着，并且需要和外部数据网络进 行数据传输( 如发送电子邮件，下载文件等) ，它将首先申请建立一个 上行的t b f ，并在该t b f 上向s g s n 发出一条“激活p d p 上下文请求” ( a c t i 蛆ep d pc o n t e x tr e q u e s t ) 的消息，并同时启动定时器 t 3 3 8 0 。 在该消息中含有n s a p i 、t i 、p d p 类型、”n 、请求的q o s 、p d p 配置选项。其中，对于“n s a p i ”，由于移动台可以同时建立多个p d p 上下文过程，因此该参数不能和其他p d n 上下文的n s a p i 相同，因为 3 2 北京交通大学硕士论文 正文 网络是通过讧s i + n s a p i 来区分不同的p d p 上下文的。对“p d p 地 址”，若移动台请求的是动态p d p 地址，那么该域为空。“p d p 类型” 一般为d 地址。“请求的q o s ”是指移动台所期望使用的q o s 。“a p n ” 是移动台想要连接到的某个外部分组数据网络的网络接口名称，如 c m n e t ，它对应于g g s n 中的一个物理接口或一个逻辑接口。 ( 2 ) 当s g s n 收到该消息后，将判断是否执行鉴权加密及p i m s i 再分配程序，若为匿名按入则不需要执行鉴权加密程序。 ( 3 ) 当s g s n 执行完安全保密程序后，将根据p d p 上下文签约记 录中的相关内容来对移动台提供的p d p 类型、p d p 地址( 若为静态地 址) 、a p n 进行验证。 s g s n 首先将验证a p n 地址的尾端是否有g p r s 的标识，如有的 话，它将把衄n 中的运营商标识部分( 如m n c mc c g p r s ) 去掉， 并将剩余的网络和签约记录进行比较。若存在签约记录，那么s g s n 还 将验证m s 其他的参数。接下来s g s n 将把完整的a p n 发往d n s ，并 从中获得与之相对应的g g s n 地址。如果s g s n 不能从a p n 解析出 g g s n 地址，或判断出该激活请求无效，则拒绝该请求。 如果s g s n 从a p n 中解析出了g g s n 地址，则为所请求的p d p 上 下文创建一个t i d ，并向g g s n 发出“创建p d p 上下文请求”( c 砌j a t e p d pc o n t e x t r e q u e s t ) 消息。 在该消息中包括p d p 类型、p d p 地址、a