浅谈GPRS的网络工作原理及其优势.doc

浅谈GPRS的网络工作原理及其优势摘 要： 阐述了 GPRS网络结构 GPRS网络工作原理和 GPRS协议模型， GPRS的网络优势关键词： GPRS；网络结构；工作原理；协议模型；优势一： GPRS 网络结构GPRS网络引入了分组交换和分组传输的概念，这样使得GSM网络对数据业务的支持从网络体系上得到了加强。GPRS 是在现有的 GSM网络基础上叠加形成的一种新网络模式，它是在 GSM上增加 GGSN 和 SGSN 来实现的，GGSN 和 SGSN 分别表示 GPRS 网关支持节点和 GPRS 服务支持节点 从结构来讲， GPRS 网络分为无线接入和核心网络两个部分 无线接入部分是在移动台(MS)与基站子系统(BSS)之间传输数据，核心网络在 BSS 与标准数据通信网边界网关之间中继传输数据。GPRS网络参考模型如图1所示。GSN是GPRS网络中最重要的网络节点。GSN具有移动路由管理功能，它可以连接各种类型的数据网络，并可以连到GPRS寄存器。GSN可以完成移动台和各种数据网络之间的数据传送和格式转换。GSN可以是一种类似于路由器的独立又备，也可以与GSM中的MSC集成在一起。 GSN有两种类型：一种为SGSN（Serving GSN，服务GSN），另一种为GGSN（GatewayGSN，网关GSN），SGSN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GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文献中，把GGSN称为GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS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TCPIP或X.25网络。 另外，有的厂商提出了GR（GSMRegister，GPRS数据库）的概念。GR类似于GSM中的HLR，是GPRS业务数据库。它可以独立存在，也可以和HLR共存，由服务器或程控交换机实现。GR这个名称在ETSI的建议中没有专门提及。二： GPRS 网络原理GPRS 是利用 包交换 概念所发展出的一套无线数据传输方式 它采用与 GSM相同的频段 频带宽度 无线调制标准 突发结构 TDMA 帧结构以及相同的跳频规则，能兼容 GSM网络并可以更加有效地传输高速数据和信令GPRS 网络在现有 GSM网络中增加 GGSN 和 SGSN 来实现无线网络通讯的，使用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据，并且不需要使用电路交换模式下的任何网络资源，从而可以实现自主运营 GPRS 用户如何接入 GPRS网络以及如何利用 GPRS 网络访问 Internet等外部数据网是实现远程监控系统通信的一个重要环节。GPRS 网络的工作原理体现在它的分组数据路由传输和传输协议模式上 在图 1 所示结构中，用户通讯数据通过串行或无线方式连接到 GPRS 终端上，然后 GPRS 终端与GSM 基站通信，这种方式与电路交换式数据呼叫不同，GPRS 分组是从基站发送到 GPRS 服务支持节点(SGSN)，而不是通过移动交换中心 (MSC) 连接到语音网络上 因此，SGSN 与 GPRS 网关支持节点(GGSN)进行通信， GGSN 对分组数据进行相应的处理后，再发送到目的网络，如 Internet或 X.25 网络。图一 GPRS的原理结构图如图 1 所示，其具体的数据传输流程分为四步：第一步用户设备通过串行接口向 GPRS 终端传输数据；第二步经过处理后的 GPRS 分组数据发送到 GSM基站；第三步分组数据经 GSM基站的 SGSN 封装后，然后发送到 GPRS 骨干网；第四步在 GPRS 网关支持节点 GGSN 对 SGSN 分组数据进行相应的处理后，再发送到目的网络移动台(MS)和 GPRS 之间的分层传输协议模型主要由GTP LLC和 RLC协议构成 Um接口是 GSM的空中接口，Um 接口上的通信协议有 5 层，自下而上依次为物理层MAC层 LLC层 SNDC层和网络层 RLC/MAC为无线链路控制 / 媒质接入控制层， LLC层为逻辑链路控制层 GTP是将用户数据及信令用隧道技术在 GPRS 网络 GSN 节点之间传送。三： GPRS协议模型Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信协议有5层，自下而上依次为物理层、MAC Mdium AccessControl）层、LLC（Logical Link Control）层、SNDC（Subnetwork DependantConvergence）层和网络层。 Um接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。GSM空中接口的载频带宽为20OkHz，一个载频分为8个物理信道。 如果8个物理信道都分配为传送GPRS数据，则原始数据速率可达20Okbs。考虑前向纠错码的开销，则最终的数据速率可达164kb/s左右。 MAC为媒质接入控制层。MAC的主要作用是定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。GPRS的逻辑信道共有3类，分别是公共控制信道、分组业务信道和GPRS广播信道。公共控制信道用来传送数据通信的控制信令，具体又分为寻呼和应答等信道。分组业务信道用来传送分组数据。广播信道则是用来给移动台发送网络信息。 LLC层为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议。LLC层负责在高层SNDC层的SNDC数据单元上形成LLC地址、帧字段，从而生成完整的LLC帧。另外，LLC可以实现一点对多点的寻址和数据帧的重发控制。 BSS中的LLR层是逻辑链路传递层。这一层负责转送MS和SGSN之间的LLC帧。LLR层对于SNDC数据单元来说是透明的，即不负责处理SNDC数据。 SNDC被称为子网依赖结合层。它的主要作用是完成传送数据的分组、打包，确定TCPIP地址和加密方式。在SNDC层，移动台和SGSN之间传送的数据被分割为一个或多个SNDC数据包单元。SNDC数据包单元生成后被放置到LLC帧内。 网络层的协议目前主要是Phase 1阶段提供的TCPIP和L25协议。TCPIP和X.25协议对于传统的GSM网络设备（如BSS和NSS等设备）是透明的。在 GPRS 网络传输中，常用的有两种传输协议，即 TCP和用户数据报协议 UDP 它们都是使用 IP 作为网络层协议，每组数据都通过端系统和每个中间路由器中的 IP层在互联网中进行传输TCP主要负责把应用程序交给它的数据分成合适的小块然后再交给下面的网络层 确认接收到的分组 设置发送最后确认分组的超时时钟等，是为两台主机提供高可靠性的数据通信。UDP协议与 TCP协议最大的不同表现在数据传输的可靠性上， UDP协议是一种不可靠的或最尽力的协议，它本身不提供可靠的数据传输，但并不意味着在 UDP协议之上就不能有可靠的数据传输 在网络传输中使用 UDP 协议的应用程序要负责实施重传 过滤多余信息等等 如果一个UDP包在传输过程中丢失或者损坏，需要引起发送数据的应用程序注意才行TCP协议和 UDP协议各有优势，工业监控系统中究竟是采用 TCP协议还是 UDP协议，可以根据实际条件和技术水平来综合考虑。四： GPRS 网络的优势目前，用手机上网还显得有些不尽人意。因此，全面的解决方法GPRS也就这样应运而生了，这项全新技术可以令您在任何时间、任何地点都能快速方便地实现连接，同时费用又很合理。简单地说：速度上去了，内容丰富了，应用增加了，而费用却更加合理。4.1 永远在线性GPRS 在不传输数据时会把信道让出来，但并不与网络断开，如需继续传输数据，仅需几秒钟的接入时间，就可重新快速及时地连接 因此，分组用户只在传递数据时才使用信道资源，这种分配方式使网络资源的利用率得到提高，而且可以让用户长时间的保持与外网的连接，不需进行断开操作，使用户做到了永远在线 在实际监控系统中，监控点不用频繁建立连接，也不必支付传输间隙时的费用4.2 支持 IP协议和 X.25 协议IP协议和 X.25 协议为 Internet上应用最为广泛的通讯协议，同时这两种协议也均可在 GPRS 中应用，这样使通信和数据网络的融合更为快捷 目前在 GPRS 上可以开展的业务有移动互联网业务 Web浏览 电子商务 电子银行 移动办公 信息点播 家庭监视与工程技术控制等 它实现了与多种网络交互，比如 E-mail FTP和多媒体聊天 娱乐游戏等等。4.3 支持多种数据应用GPRS 对数据传输设置有不同的服务质量参数，包括优先级 可靠性 时延 数据速率等 其中，对于数据速率， GPRS支持多时隙（最多 8 个时隙）合并传输和 4 种编码方式，使数据传输速率最高可达 171kbps 同时 GPRS 可根据网络应用类型和网络资源质量，灵活选择服务质量参数为用户提供服务，它不仅适用于频繁的数据业务类型，而且支持频率较低 突发型数据业务。4.4 资源利用率高GPRS 改变了原来采用电路交换模式的 GSM传输数据模式，引入分组交换的传输方式 按传统电路交换模式来说，在整个连接期内，用户无论是否传送数据都将独自占有无线信道，这对系统资源造成很大的浪费 而对于分组交换模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用无线信道资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。4.5 移动和分布的灵活性由于 GPRS 网络的高可靠性，用户无须担心线路的维护或有线在移动时导致通讯中断，因此可以随意移动和分布自己的网络点目前用于远程监控系统中的通讯方式有 GSM 数据拨号方式 CDMA 网络和 GPRS 网络三种方式 GSM拨号方式是基于电路交换的通讯形式，在整个连接期内，用户无论是否传送数据都将独自占有无线信道 因此为了满足系统的实时性，监控终端与数据中心要一直保持电路上的链接，它产生的运行费用相当高 另外，在使用 GSM拨号方式时，管理中心只能对系统中的一个监控终端保持链接，如需跟其它的监控点进行信息交换和通信，就必须挂断当前的链接。4.6 按流量收费即根据您传输的数据量(如：网上下载信息时)来计费，而不是按上网时间计费也就是说，只要不进行数据传输，哪怕您一直“在线”，也无需付费。做个“打电话”的比方，在使用GSM+WAP手机上网时，就好比电话接通便开始计费；而使用GPRS+WAP上网则要合理得多，就像电话接通并不收费，只有对话时才计算费用。总之，它真正体现了少用少付费的原则。五 与CDMA网络的比较CDMA 网络和 GPRS 网络两者相比， CDMA 无论在数据传输速度 技术先进性和实际使用资费上， CDMA 都比GPRS 更有优势，但是作为工控产品的远程监控应用，考虑更多的是产品的应用范围和信道传输的稳定性 CDMA 作为一个全新的网络系统，目前开通的地方有限，信号覆盖范围远远没有 GPRS 广泛，而当应用系统中某些设备需要分布在比较偏远的地区，选择 GPRS 网络更合适 同时，从技术角度来分析， CDMA 和 GPRS 的网络链接都是基于点对点的PPP拨号链路协议，相关的应用软件可以兼容使用 GPRS的应用程序可以移植到 CDMA 网络上，如果 CDMA 网络相对于 GPRS 网络更完善时，就可以通过升级无线 Modem模块来平滑地过渡到 CDMA 网络模式 而且， GPRS 应用较早，相应的技术服务比较到位，移动公司可以为企业构建企业级 VPN，有利于提高网络的通信质量和数据交换的安全性。根据我们对 GPRS 网络结构 GPRS 网络工作原理GPRS 网络协议 GPRS 网络优势的讨论，我们不难看出它的应用给人们的生产和生活带来了巨大变革，尤其在工控远程监控中，它发挥了关键而重要的作用。参考文献：1 韩超 基于 GPRS 的城市供热监控监测系统 2 刘燕 陈兴文 基于 GPRS 实现供水管