GPRS讲座.doc

GPRS系统第一讲 GPSR简介 1.1 概述 1.2 GPRS的主要特点 1.3 GPRS的业务 1.4 GPRS的具体应用 1.5 GPRS的优势及存在问题 1.6 GPRS标准和业务的发展 第二讲 GPRS的网络结构 2.1 GPRS网络总体结构 2.2 GPRS逻辑体系结构 2.3 GPRS网络的主要实体 第三讲 GPRS传输平台和信令平台 3.1 传输平台 3.2 信令平台 第四讲 GPRS的高级功能 4.1 网络访问控制功能 4.2 分组选路和传输功能 4.3 移动性管理(MM)功能 4.4 逻辑链路管理功能 4.5 无线资源管理功能 4.6 网络管理功能 第五讲 GPRS的主要接口 5.1 无线接口Um 5.2 Gb接口 5.3 Abis接口 第六讲 GPRS计费管理 6.1 计费管理 6.2 计费信息 6.3 计费网关 第七讲 GPRS组网 7.1 GPRS系统的无线网络结构 7.2 GPRS系统的组网 7.3 GPRS无线网组网 7.4 GPRS骨干网组网 第八讲 GPRS系统规划 8.1 GPRS系统容量的规划 8.2 SGSN的规划 8.3 GGSN的规划 8.4 PCU的规划 8.5 IP地址的规划 8.6 网络建设需考虑的问题 第一讲 GPRS简介 1概述GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称。GPRS是GSM Phase2.1规范实现的内容之一，能提供比现有GSM网9.6kbit/s更高的数据率。GPRS采用与GSM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TDMA帧结构。因此，在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，GSM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。构成GPRS系统的方法是：(1) 在GSM系统中引入3个主要组件GPRS服务支持结点(SGSN, Serving GPRS Supporting Node)GPRS网关支持结点(GGSN, Gateway GPRS Support Node)分组控制单元(PCU)(2) 对GSM的相关部件进行软件升级GPRS系统原理如图1.1所示图。图1.1 GPRS系统原理图ETSI指定了GSM900、1800和1900三个工作频段用于GSM，其中GSM900频段还有G1(E-GSM)频段和P频段。相应地，GPRS也工作于这三个频段，包括GSM900的G1频段和P频段，当然，GPRS可以限制每个小区只工作于P频段。如表1.1所示了GSM和GPRS的工作频段。表1.1 GSM和GPRS的工作频段900MHz频段G1频段上行频率(原EGSM)880 - 890MHzP频段上行频率890 - 915MHzG1频段下行频率(原EGSM)925 - 935MHzP频段下行频率935 - 960MHz双工间隔45MHz载频间隔200kHz1800MHz频段上行频率1710 -1785MHz下行频率1805 -1880MHz双工间隔95MHz载频间隔200kHz1900MHz频段上行频率1850 -1910MHz下行频率1930 -1990MHz双工间隔80MHz载频间隔200kHz现有的GSM移动台(MS)，不能直接在GPRS中使用，需要按GPRS标准进行改造(包括硬件和软件)才可以用于GPRS系统。GPRS定义了3类MS：A类可同时工作于GPRS和GSM；B类可在GPRS和GSM之间自动切换工作；C类可在GPRS和GSM之间人工切换工作。GPRS被认为是2G向3G演进的重要一步，不仅被GSM支持，同时也被北美的IS-136支持。1.2 GPRS的主要特点(1) GPRS采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信令，优化了对网络资源和无线资源的利用。(2) 定义了新的GPRS无线信道，且分配方式十分灵活：每个TDMA帧可分配1到8个无线接口时隙。时隙能为活动用户所共享，且向上链路和向下链路的分配是独立的。(3) 支持中、高速率数据传输，可提供9.05 -171.2kbit/s的数据传输速率(每用户)。GPRS采用了与GSM不同的信道编码方案，定义了CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四种编码方案。(4) GPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。(5) GPRS支持基于标准数据通信协议的应用，可以和IP网、X.25网互联互通。支持特定的点到点和点到多点服务，以实现一些特殊应用如远程信息处理。GPRS也允许短消息业务(SMS)经GPRS无线信道传输。(6) GPRS的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传输。它支持四种不同的QoS级别。GPRS能在0.5 -1秒之内恢复数据的重新传输。GPRS的计费一般以数据传输量为依据。(7) 在GSM PLMN中，GPRS引入两个新的网络节点：一个是GPRS服务支持节点(SGSN)，它和MSC在同一等级水平，并跟踪单个MS的存储单元，实现安全功能和接入控制。节点SGSN通过帧中继连接到基站系统。另一个是GPRS网关支持节点GGSN，GGSN支持与外部分组交换网的互通，并经由基于IP的GPRS骨干网和SGSN连通。(8) GPRS的安全功能同现有的GSM安全功能一样。身份认证和加密功能由SGSN来执行。其中的密码设置程序的算法、密钥和标准与目前GSM中的一样，不过GPRS使用的密码算法是专为分组数据传输所优化过的。GPRS移动设备(ME)可通过SIM访问GPRS业务，不管这个SIM是否具备GPRS功能。(9) 蜂窝选择可由一个MS自动进行，或者基站系统指示MS选择某一特定的蜂窝。MS在重选择另一个蜂窝或蜂窝组(即一个路由区)时会通知网络。(10) 为了访问GPRS业务，MS会首先执行GPRS接入过程，以将它的存在告知网络。在MS和SGSN之间建立一个逻辑链路，使得MS可进行如下操作：接收基于GPRS的的SMS服务、经由SGSN的寻呼、GPRS数据到来通知。 (11) 为了收发GPRS数据，MS会激活它所想用的分组数据地址。这个操作使MS可被相应的GGGSN所识别，从而能开始与外部数据网络的互通。(12) 用户数据在MS和外部数据网络之间透明地传输，它使用的方法是封装和隧道技术：数据包用特定的GPRS协议信息打包并在MS和GGSN之间传输。这种透明的传输方法缩减了GPRS PLMN对外部数据协议解释的需求，而且易于在将来引入新的互通协议。用户数据能够压缩，并有重传协议保护，因此数据传输高效且可靠。(13) GPRS可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级(QoS)的计费功能，计费方式更加合理，用户使用更加方便。(14) GPRS的核心网络层采用IP技术，底层款可使用多种传输技术，很方便地实现与高速发展的IP网无缝连接。1.3 GPRS的业务GPRS是一组新的GSM承载业务，是以分组模式在PLMN和与外部网络互通的内部网上传输。在有GPRS承载业务支持的标准化网络协议的基础上，GPRS网络管理可以提供(或支持)一系列的交互式电信业务。1. 承载业务支持在用户与网络接入点之间的数据传输的性能。提供点对点业务、点对多点业务两种承载业务。a. 点对点业务(PTP)点对点业务在两个用户之间提供一个或多个分组的传输。由业务请求者启动，被接收者接收。包括两种点到点业务：b. 点对多点业务(PTM)点对多点业务是将单一信息传送到多个用户。GPRS PTM业务能够提供一个用户将数据发送给具有单一业务需求的多个用户的能力。包括有三种PTM业务：点对多点广播(PTM-M)业务-是将信息发送给当前位于某一地区的所有用户的业务。点对多点群呼(PTM-G)业务-是将信息发送给当前位于某一区域的特定用户子群的业务。IP多点传播(IP-M)业务-是定义为IP协议序列一部分的业务。 2. 用户终端业务GPRS支持电信业务，提供完全的通信业务能力，包括终端设备能力。用户终端业务可以分为基于PTP的用户终端业务和基于PTM的用户终端业务。如表1-1所示。 表1-1 GPRS用户终端业务分类基于PTP的用户终端业务会话报文传送检索遥信基于PTM的用户终端业务分配调度会议预定发送地区选路3. 附加业务GSM第2阶段附加业务支持所有的GPRS基本业务PTP-CONS、PTP-CLNS、IP-M和PTM-G的CFU(无条件呼叫转送)。GSM第2阶段附加业务不适用于PTM-M。如表1-2所示。表1-2 GPRS附加业务的应用简称 名称CLIP主叫线路识别表示CLIR主叫线路识别限制CoLP连接线路识别表示CoLR 连接线路识别限制CFU无条件呼叫转移CFB移动用户遇忙呼叫转移CFNRy 无应答呼叫转移CFNRc 无法到达的移动用户呼叫转移CW 呼叫等待HOLD呼叫保持MPTY多用户业务CUG封闭式的用户群AoCI资费信息通知BAOC禁止所有呼叫BOIC禁止国际呼出BAIC禁止所有呼入1.4 GPRS业务的具体应用GPRS业务主要有以下应用。(1) 信息业务传送给移动电话用户的信息内容广泛，如股票价格、体育新闻、天气预报、航班信息、新闻标题、娱乐、交通信息等等。 (2) 交谈 人们更加喜欢直接进行交谈，而不是通过枯燥的数据进行交流。目前因特网聊天组是因特网上非常流行的应用。有共同兴趣和爱好的人们已经开始使用非话音移动业务进行交谈和讨论。由于GPRS与因特网的协同作用，GPRS将允许移动用户完全参与到现有的因特网聊天组中，而不需要建立属于移动用户自己的讨论组。因此，GPRS在这方面具有很大的优势。 (3) 网页浏览移动用户使用电路交换数据进行网页浏览无法获得持久的应用。由于电路交换传输速率比较低，因此数据从因特网服务器到浏览器需要很长的一段时间。因此GPRS更适合于因特网浏览。(4) 文件共享及协同性工作 移动数据使文件共享和远程协同性工作变得更加便利。这就可以使在不同地方工作的人们可以同时使用相同的文件工作。(5) 分派工作 非话音移动业务能够用来给外出的员工分派新的任务并与他们保持联系。同时业务工程师或销售人员还可以利用它使总部及时了解用户需求的完成情况。(6) 企业E-mail在一些企业中，往往由于工作的缘故需要大量员工离开自己的办公桌，因此通过扩展员工办公室里的PC上的企业E-mail系统使员工与办公室保持联系就非常重要。GPRS能力的扩展，可使移动终端接转PC机上的E-mail，扩大企业E-mail应用范围。(7) 因特网E-mail因特网E-mail可以转变成为一种信息不能存储的网关业务，或能够存储信息的信箱业务。在网关管业务的情况下，无线mail平台将信息从SMTP转化成SMS，然后发送到SMS中心。(8) 交通工具定位该应用综合了无线定位系统，该系统告诉人们所处的位置，并且利用短消息业务转告其他人其所处的位置。任何一个具有GPS接收器的人都可以接收他们的卫星定位信息以确定他们的位置。且对被盗车辆进行跟踪等功能。(9) 静态图像例如照片、图片、明信片、贺卡和演讲稿等静态图像能在移动网络上发送和接收。使用GPRS可以将图像从与一个GPRS无线设备相连接的数字相机直接传送到因特网站点或其他接收设备，并且可以实时打印。(10) 远程局域网接入当员工离开办公桌外出工作时，他们需要与自己办公室的局域网保持连接。远程局域网包括所有应用的接入。(11) 文件传送文件传送业务包括从移动网络下载量比较大的数据的所有形式。1.5 GPRS的优势及存在问题1. GPRS的技术优势资源利用率高GPRS引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。按电路交换模式来说，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。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。GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了得到多少、支付多少的原则。实际上，GPRS用户的连接时间可能长达数小时，却只需支付相对低廉的连接费用。 传输速率高 GPRS可提供高达115kbit/s的传输速率（最高值为171.2kbit/s，不包括FEC）。这意味着通过便携式电脑，GPRS用户能和ISDN用户一样快速地上网浏览，同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。 接入时间短分组交换接入时间缩短为少于1秒，能提供快速即时的连接，可大幅度提高一些事务（如信用卡核对、远程监控等）的效率，并可使已有的Internet应用（如E-mail、网页浏览等）操作更加便捷、流畅。 支持IP协议和X.25协议 GPRS支持因特网上应用最广泛的IP协议和X.25协议。而且由于GSM网络覆盖面广，使得GPRS能提供Internet和其它分组网络的全球性无线接入。 2. 存在的问题 GPRS会发生包丢失现象由于分组交换连接比电路交换连接要差一些，因此，使用GPRS会发生一些包丢失现象。而且，由于话音和GPRS业务无法同时使用相同的网络资源，因此，用于专门提供GPRS使用的时隙数量越多，能够提供给话音通信的网络资源就越少。对用户来说其容量有限GPRS确实对网络现有的小区容量产生影响，对于不同的用途而言只有有限的无线资源可供使用。例如，话音和GPRS呼叫都使用相同的网络资源，这势必会相互产生一些干扰。其对业务影响的程度主要取决于时隙的数量。当然，GPRS可以对信道采取动态管理，并且能够通过在GPRS信道上发送短信息来减少高峰时的信令信道数。 实际速率比理论值低 GPRS数据传输速率要达到理论上的最大值172.2kbps，就必须只有一个用户占用所有的8个时隙，并且没有任何防错保护。运营商将所有的8个时隙都给一个用户使用显然是不太可能的。另外，最初的GPRS终端预计可能仅支持1个、2个或3个时隙，一个GPRS用户的带宽因此将会受到严重的限制，所以，理论上的GPRS最大速率将会受到网络和终端现实条件的制约。 终端不支持无线终止功能 目前还没有任何一家主要手机制造厂家宣称其GPRS终端支持无线终止接收来电的功能，这将是对GPRS市场是否可以成功地从其他非语音服务市场抢夺用户的核心问题。 启用GPRS服务时，用户将根据服务内容的流量支付费用，GPRS终端会装载WAP浏览器。但是，未经授权的内容也会发送给终端用户，更糟糕的是用户要为这些垃圾内容付费。 调制方式不是最优 GPRS采用基于GMSK（Gaussian Minimum-Shift Keying）的调制技术，相比之下， EDGE基于一种新的调制方法8PSK（eight-phase-shift keying），它允许无线接口支持更高的速率。8PSK也用于UMTS。网络营运商如果想过渡到第三代，必须在某一阶段改用新的调制方式。 存在转接时延 GPRS分组通过不同的方向发送数据，最终达到相同的目的地，那么数据在通过无线链路传输的过程中就可能发生一个或几个分组丢失或出错的情况。1.6 GPRS标准和业务的发展1. ETSI的标准制订工作欧洲最早是在1993年就提出了在GSM网上开通GPRS业务，1997年GPRS的标准化工作取得重大进展，10月份ETSI发布了GSM02.60 GPRS Phase1业务描述。1999年底完成GPRS Phase2的工作。GPRS的标准分3个阶段，这3个阶段分别制订了18个新的标准并对几十个现有标准进行修订，以实现GPRS。表1-3列出了这3个阶段。表1-3 GPRS的标准的3个阶段阶段1阶段2阶段302.60业务描述03.60 系统描述和网络结构04.60 RLC/MAC协议03.64 无线接口描述04.61 PTM-M业务03.61 点对多点-广播业务04.62 PTM-G业务03.62 点对多点-群呼04.64 LLC04.65SNDCP07.60 用户互通08.14 Gb层108.16 Gb层网络业务08.18 BSSGP、Gb接口09.16 Gb层209.18 Gb层309.60 Gn&Gp接口09.61 外部网路互通按照ETSI的设想，GPRS应首先实现：PTP业务PTP TCP/IP的用户互通从MS至GGSN的X.28协议，GGSN至外部PDN的X.25协议Gn、Gb、Gr、Gp、Gs、Gi接口对PTP和漫游的安全保障计费运营者决定的呼叫闭锁和呼叫终止，运营者呼叫过滤为PTM无线接口作准备工作匿名接入通过GPRS支持SMS-MO和-MT2. 我国GPRS标准化工作的进展概况我国从1996年开始跟踪研究GPRS的相关标准。着重组织开展了一系列GPRS相关标准研究工作。于2000年4月，已经完成了900/1800MHz TDMA数字蜂窝移动通信网GPRS隧道协议(GTP)规范，由信息产业部电信传输所提出了GPRS业务研究的前期的预研成果。从1998年开始，我国运营者开始酝酿在国内兴建GPRS的试验网络工作，标准化的工作就显得极为迫切了。在2000年内和2001年上半年，已颁布以下900/1800MHz TDMA蜂窝移动通信网通用分组无线业务相关的系列标准。接口规范基站子系统与SGSN接口规范 无线接口规范 设备规范交换子系统设备规范 基站子系统设备规范移动台的技术要求测试规范隧道协议(GTP)规范基站子系统与SGSN间接口测试规范交换子系统设备测试规范基站子系统设备测试规范移动台的测试规范由于GPRS的相关标准的研究工作在ETSI SMG以及3GPP等组织中仍然处于不断的更改和制订过程中，在我国标准研究和设备开发工作中都存在着不断调整和解决不同版本之间兼容性的问题。 3. GPRS的发展动向 GPRS是GSM向3G迈进的一个重要步骤，根据ETSI对GPRS发展的建议，GPRS从试验到投入商用后，分为两个发展阶段，第一阶段可以向用户提供电子邮件、因特网浏览等数据业务；第二阶段是EDGE的GPRS，简称E-GPRS。从移动通信市场的走势来看，国外移动通信运营商已开始涉及多媒体服务的领域，使用户可以用手机在股票市场上进行交易，办理银行转账业务等。目前全世界已有近百个运营商开通了GPRS商用系统、试商用系统或实验系统。较为著名的有英国的BTCellNET、德国的T-Mobile等地的运营商。 2000年12月21日，中国移动通信集团公司在京宣布：正式启动称为移动梦网 的GPRS网络建设。2001年6月，中国移动GPRS一期工程已完成，2001年10月正式投入商用。第二讲 GPRS的网络结构2.1 GPRS网络总体结构GPRS网络是在现有GSM网络中增加 GGSN和SGSN 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 GPRS系统结构图中，笔记本电脑通过串行或无线方式连接到GPRS蜂窝电话上；GPRS蜂窝电话与GSM基站通信，但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。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，再发送到目的网络，如因特网或X.25网络。来自因特网标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动台上。SGSN是GSM网络结构中的一个节点，它与MSC处于网络体系的同一层。SGSN通过帧中继与BTS相连，是GSM网络结构与移动台之间的接口。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通过基于IP协议的GPRS骨干网连接到SGSN， 是连接GSM网络和外部分组交换网(如因特网和局域网)的网关。GGSN主要是起网关作用，也有将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TCP/IP或X.25网络。SGSN和GGSN利用GPRS隧道协议(GTP)对IP或X.25分组进行封装，实现二者之间的数据传输。 图22给出了GPRS网络结构的接入与参考点的简图。图2-2 GPRS总体结构及接入接口和参考点GGSN到外部分组网络是通过Gi参考点连通的，而其他GPRS网络是通过Gp接口连通的。另外，从MS端到GPRS网络有两个接入点，Um接口用于无线通信接入而R参考点用于信息的产生或接收。移动终端MT(例如手机)通过Um接口接入GPRS PLMN，R则是MT和TE(如笔记本电脑)之间的参考点。这里的MS由TE和MT两部分组成，它们通过R参考点组成一个整体，另外，MS也可单独由一个移动终端(MT)组成。对于一个支持GPRS 的公共陆地移动网络(PLMN)，当它运行GPRS业务时可能涉及到任何其他网络，这时就产生了网络互通的需求。GPRS网络通过Gi参考点和Gp接口实现同其他网络的互通。对于具有GPRS业务功能的移动终端，它本身具有GSM和GPRS业务运营商提供的地址，这样，分组公共数据网的终端利用数据网识别码即可向GPRS终端直接发送数据。另外GPRS支持与基于IP的网络互通，当在TCP连接中使用数据报时，GPRS提供TCP/IP报头的压缩功能。由于GPRS是GSM系统中提供分组业务的一种方式，所以它能广泛应用于IP域。其移动终端通过GSM网络提供的寻址方案和运营商的具体网间互通协议实现全球网间通信。2.2 GPRS逻辑体系结构从逻辑上来说，GPRS通过在GSM网络结构中增添SGSN和GGSN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2-3说明了GPRS逻辑体系结构。表2-1给出了GPRS体系结构中的接口及参考点。图2-3 GPRS逻辑体系结构一览表29-5-5 GPRS体系结构中的接口及参考点接口或参考点说明R非ISDN终端与移动终端之间的参考点GbSGSN与BSS之间的接口GcGGSN与HLR之间的接口GdSMS-GMSC之间的接口，SMS-IWMSC与SGSN之间的接口GiGPRS与外部分组数据之间的参考点Gn同一GSM网络中两个GSN之间的接口Gp不同GSM网络中两个GSN之间的接口GrSGSN与HLR之间的接口GsSGSN与MSC/VLR之间的接口GfSGSN与EIR之间的接口UmMS与GPRS固定网部分之间的无线接口除了这些接口和参考点之外，GPRS还新增加了分组控制单元(PCU, Packet Control Unit)和Gb接口单元(GBIU, Gb Interface Unit)。其中PCU使BSS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。GBIU提供从BSS到SGSN的标准接口。可以和PCU合并在同一个物理实体中。由于GPRS在GSM网络中引入了两个GPRS支持节点和新的接口及单元， 会对GSM网络设备产生以下的影响。 HLR现有软件需更新，以支持Gc、Gr接口；MSC现有软件需更新，以支持Gs接口；在BSC中引入PCU，并且软件需要升级；BTS配合BCF进行相应的软件升级。2.3 GPRS网络主要实体GPRS网络主要实体包括GPRS支持节点、GPRS骨干网、本地位置寄存器HLR、短消息业务网关移动交换中心(SMS-GMSC)和短消息业务互通移动交换中心(SMS-IWMSC)、移动台、移动交换中心(MSC)/拜访位置寄存器(VLR)、分组数据网络(PDN)等。 ?1. GPRS支持节点(GSN)GPRS的支持节点GSN是GPRS网络中最重要的网络节点，包含了支持GPRS所需的功能。GSN具有移动路由管理功能，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是一种类似于路由器的独立设备，也与GSM中的MSC集成在一起。在一个GSM网络中允许存在多个GSN。GSN有两种类型：SGSN和GGSN。SGSN是为移动终端(MS)提供业务的节点(即Gb接口由SGSN支持)。在激活GPRS业务时，SGSN建立起一个移动性管理环境，包含关于这个移动终端(MS)的移动性和安全性方面的信息。SGSN的主要作用就是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和SGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。 GGSN通过配置一个PDP地址被分组数据网接入。它存储属于这个节点的GPRS业务用户的路由信息，并根据该信息将PDU利用隧道技术发送到MS的当前的业务接入点，即SGSN。GGSN可以经Gc接口从HLR查询该移动用户当前的地址信息。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和LAN等。另外，GGSN也又被称作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TCP/IP或X.25网络。SGSN与GGSN的功能既可以由一个物理节点全部实现，也可以在不同的物理节点上分别实现。它们都应有IP路由功能，并能与IP路由器相连。当SGSN与GGSN位于不同的PLMN时，通过Gp接口互联。SGSN可以通过任意Gs接口向MSC/VLR发送定位信息，并可以经Gs接口接收来自MSC/VLR的寻呼请求。2. GPRS骨干网GPRS中有内部PLMN骨干网和外部PLMN骨干网两种。内部门PLMN骨干网是指位于同一个PLMN上的并与多个GSN互联的IP网。外部PLMN骨干网是指位于不同的PLMN上的并与GSN和内部PLMN骨干网互联的IP网，如图2-4所示。 图2-4 内部PLMN骨干网和外部PLMN骨干网每一个内部PLMN骨干网都是一个IP专网，且仅用于传送GPRS数据和GPRS信令。IP专网是采用一定访问控制机制以达到所需安全级别的IP网。两个内部PIMN骨干网是使用边界网关(BG，Border Gateways)和一个外部PLMN骨干网并经Gp接口相连的，外部PLMN骨干网的选择取决于包含有BG安全功能的漫游协定，BG不在GPRS的规范之列。外部PLMN可以是一个分组数据网。在同一个PLMN骨干网内，骨干网是图2-5中虚线方框内的部分。在GPRS骨干网内部，各GSN实体之间通过Gn接口相连，它们之间的信令和数据传输都是在同一传输平台中进行的，所利用的传输平台可以在ATM、以太网、DDN、ISDN、帧中继等现有传输网中选择。图2-5 GPRS网络骨干网的组成3. 本地位置寄存器(HLR)在HLR中有GPRS用户数据和路由信息。从SGSN经Gn接口或GGSN经Gc接口均都可访问HLR，对于漫游的MS来说，HLR可能位于另一个不同的PLMN中，而不是当前的PLMN中。4. 消息业务网关移动交换中心（SMS-GMSC）和短消息业务互通移动交换中心（SMSIWMSC） SMS-GMSC和SMS-IWMSC经Gd接口连接到SGSN上，这样就能让GPRS MS通过GPRS无线信道收发短消息(SM)。5. GPRS移动台GPRS MS能以三个运行模式中的一个进行操作，其操作模式的选定由MS所申请的服务所决定：即仅有GPRS服务，同时具有GPRS和其他GSM服务，或依据MS的实际性能同时运行GPRS和其他GSM服务。A类(Class-A)操作模式：MS申请有GPRS和其他GSM服务，而且MS能同时运行GPRS和其他GSM服务。B类(Class-B)操作模式：一个MS可同时监测GPRS和其他GSM业务的控制信道，但同一时刻只能运行一种业务。C类(Class-C)操作模式：MS只能应用于GPRS服务。6. 移动交换中心(MSC)和拜访位置寄存器(VLR) 在需要GPRS网络与其他GSM业务进行配合时选用Gs接口，如利用GPRS网络实现电路交换业务的寻呼，GPRS网络与GSM网络联合进行位置更新，以及GPRS网络的SGSN节点接收MSC/VLR发来的寻呼请求等。同时MSC/VLR存储MS(此MS同时接入GPRS业务和GSM电路业务)的IMSI以及MS相连接的SGSN号码。7. 分组数据网络(PDN)PDN提供分组数据业务的外部网络。移动终端通过GPRS接入不同的PDN时，采用不同的分组数据协议地址。3.1 传输平台传输平台由一个分层协议结构组成，如图3-1所示。其用于用户信息传输以及与此相关的信息传输中的过程控制(例如：流量控制、检错、纠错和错误恢复等)。传输平台通过底层无线接口和网络子系统(NSS)平台连接，这种独立性是通过保留Gb接口来实现的。 图3-1 传输平台其中：1. GPRS隧道协议(GTP)GPRS骨干网中GSN间的用户数据和信令利用GTP进行隧道传输。所有的点对点PDP协议数据单元(PDU)将由GTP协议进行封装。GTP是GPRS骨干网中GSN节点之间的互联协议，它是为Gn接口和 Gp接口定义的协议。在GSM09.60中对GTP作了规范。2. TCP在GPRS骨干网中需要一个可靠的数据链路(如X.25)进行GTP PDU的传输时，所用的传输协议是TCP协仪。如果不要求一个可靠的数据链路(如IP)，就使用UDP协议来承载GTP PDU。TCP提供流量控制功能和防止GTP PDU丢失或破坏的功能。UDP提供防护GTP PDU受到破坏的功能。3. IP这是GPRS骨干网络协议，用以用户数据和控制信令的选路。GPRS骨干网最初是建立在IPv4协议基础上的，随着IPv6的广泛使用，GPRS会最终采用IPv6协议。4. 子网相关融合协议(SNDCP)这个传输功能将网络级特性映射到底层网络特性中去。它的主要作用是完成传送数据的分组、打包，确定TCP/IP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。SNDCP在GSM04.65中有说明。5. 逻辑链路控制(LLC)LLC是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议，能够提供高可靠的加密逻辑链路。LLC层负责从高层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。LLC独立于底层无线接口协议，这是为了在引入其他可选择的GPRS无线解决方案时，对网络子系统NSS的改动程度最小。GSM04.64对LLC进行了规范。 6. 中继转发(Relay)在BSS中，这项功能中继转发Um和Gb接口间的LLC PDU，在SGSNN中，这项功能是转发Gb和Gn接口间的PDP PDU。7. GPRS基站系统协议(BSSGP)这个层用来传输在BSS和SGSN之间与选路服务质量有关的信息。BSSGP没有纠错功能。GSM08.18对BSSGP进行了规范。8. 网络服务(NS)这个层传输BSSGP PDU。NS以BSS和SGSN之间的帧中继连接为基础，而且有多跳功能，并能横贯有帧中继交换节点的网络。GSM08.16 对NS进行了规范。9. 无线链路控制(RLC)/介质访问控制(MAC)这个层具备两个功能：一是无线链路控制功能，它能提供一条独立于无线解决方案的可靠链路。二是介质访问控制功能，它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。MAC除了控制着信令传输所用无线信道外，还将LLC帧映射到GSM物理信道中去。GSM04.60对RLC/MAC进行了规范。10. GSM RFUm接口的物理层为射频接口部分，而逻辑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200kHz，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200kbit/s。考虑前向纠错码的开销，最终的数据速率可达164kbit/s左右。3.2 信令平台信令平台描述了信令传输的层次结构，由一些用于控制和支持传输平台功能的协议组成。信令平台按其应用可以分为7个种类。1. MS-SGSN如图3-2所示。图中的GMM/SM是指GPRS移动性管理和会话管理，支持移动性管理，如GPRS服务连接、GPRS服务断开。安全、路由区更新、定位更新、PDP环境激活、PDP环境去活等。 图3-2 信令平台 MS-SGSN2. SGSN-HLR如图3-3所示。图中，MAP表示移动应用部分(MAP, Mobile Application Part)，这个协议支持与HLR的信令交换。图3-3 信令平台 SGSN-HLR3. SGSN-MSC/VLR 如图3-4所示。图中BSSAP+表示基站系统应用部分(BSSAP, Base Station System Application+),它是BSSAP过程的一个子集，支持SGSN与MSC/VLR之间的信令传送。图3-4 信令平台 SGSN-MSC/VLR4. SGSN-EIR如图3-5所示的信令平台表示移动应用部分支持SGSN与EIR间的信令传送。图3-5 信令平台 SGSN-EIR5. SGSN-SMS-GMSC或SMS-IWMSC如图3-6所示的信令平台表示移动应用部分支持SGSN与SMS-GMSC或SMS-IWMSC之间的信令传送。图3-6 信令平台 SGSN-SMS-GMSC或SMS-IWMSC6. GSN-GSN 如图3-7所示。图中GTP表示GPRS隧道协议，在GPRS骨干网中，利用GTP隧道传输SGSN与GGSN之间或两个SGSN之间的用户数据和信令信息。用户数据报协议(UDP)用来传输两个GPRS支持节点之间的信令信息。图3-7 信令平台 SGSN-GSN7. GGSN-HLR当任选信令路径时，允许一个GGSN与一个HLR交换信令信息。通常有两种可供选择的信令路径实现方法：? 基于MAP的GGSN-HLR信令如果在GGSN上安装有SS7接口，则在GGSN和HLR之间就可以使用MAP协议。如图3-8所示表示了移动应用协议支持HLR的信令交换。图3-8 信令平台使用MAP的GGSN-HLR基于GTP和MAP的GGSN-HLR信令如果在GGSN上没有安装SS7接口，与GGSN在同一PLMN中的任一具备SS7接口的GSN都能用作一个GTP到MAP协议的转换器，以便在GPRS骨干网中，在GGSN和有协议转换功能的GSN之间通过隧道传输信令信息。图中的互联(Interworking)功能提供GTP和MAP间的互联，以进行GGSN-HLR间的信令传输。图3-9 信令平台 应用GTP的SGSN-HLR和MAP第四讲 GPRS的高级功能在GPRS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。4.1 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4-1所示。表4-1网络访问控制功能说明功能功能说明注册功能通过注册公功能，用户的移动ID和用户在PLMN范围内的分组数据协议及其地址联系起来，还与连到外部PDP网的用户访问点联系在一起。这种联系可以是静态的，即存储在一个HLR中，还可以是动态的，即分布于每一个所必需的基站。身份认证和授权该功能进行服务请求者的身份认证和识别，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。许可证控制功能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。消息筛选用于滤除未授权或不请自来的消息，这可通过分组过滤功能来实现。分组终端适配功能该功能使从终端设备接收或向终端设备发送的数据分组经过适配，以适合于在GPRS网络中传输。计费数据收集功能收集有关按用户计费和按流量计费的必要数据。4.2 分组选路和传输功能路由是一个有序的节点列表，用于在PLMNN内或PLMN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PLMN之内或之间传输消息所用路由的过程。如表4-2说明了分组选路和传输功能中的主要项目功能说明。表4-2 分组选路和传输功能功能功能说明中继功能 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转发到第三个节点。路由选择功能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，以及决定使用哪一个底层服务来到达GPRS支持节点。且选择传输路径的下一跳GSN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。地址转换和映射功能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，以便在PLMN之间选择路由来发送分组。地址映射用于将一个网络地址映射成同类型的另一个网络地址已进行路由选择，并在PLMN之间或之内中继转发消息。封包功能是指将地址和控制信息加入到一个数据单元中，用以在PLMN之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。 隧道传输功能是指将封包的数据单元在PLMN内部从封包点到解包点的传输。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 PDP PDU来优化无线信道容量的利用。加密功能对要在无线信道中传输的用户数据和信令加密，并保护PLMN不受入侵。域名服务器功能用来把GSN逻辑域名解析成GSN地址。解析PLMN中位于GPRS骨干网的GSN和其他GPRS节点的任何名字。4.3 移动性管理(MM)功能移动性管理功能用于跟踪在本地PLMN或其他PLMN中MS的当前位置。在GPRS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GSM网中的有很大的不同。1. 移动性管理状态的定义 与GPRS用户相关的移动性管理定义了空闲(Idle)、等待(Standby)、就绪(Ready)三种不同的移动性管理状态，每一种状态都描述了一定的功能性级别和分配的信息。这些由MS和SGSN所拥有的信息集合称作移动性管理环境。(1) 空闲状态在GPRS空闲状态中，用户没有激活GPRS移动性管理。MS和SGSN环境中没有存储与这个用户相关的有效的位置信息或路由信息。因此在这个状态下不能进行与用户有关的移动性管理过程。 在这个状态下，MS完成PLMN选择、GPRS选择和重选择过程。MS除了只能收到PTM-M的信息外，移动用户不能进行PTP数据的接收或发送，也不能进行PTM-G数据的传输，对用户的寻呼等功能也是不可用的。MS通过执行GPRS激活过程在MS和SGSN中建立MM环境。(2) 等待状态在等待状态下，用户可进行GPRS移动性管理。在MS和SGSN中的MM环境已经创建了用户的IMSI，此时MS可以接收PTM-M和PTM-G数据，也可以接收对PTP或PTM-G数据传输所进行的寻呼，以及经由SGSN发送的CS寻呼。但在这个状态下，不能进行PTP数据收发和PTM-G数据的发送。MS执行GPRS路由区(RA)选择、GPRS蜂窝选择和本地重选功能。当MS进入一个新的路由区时MS会执行移动性管理过程来通知SGSN。而在同一路由区中改变蜂窝时就不需通知SGSN。因此，在等待状态下SGSN MM环境中的位置信息仅包含MS的GPRS路由区标识(GPRS RAI)。 在等待状态时，MS启动PDP环境的激活或去活。一个PDP环境将会在数据发送或接收前被激活。如果PDP环境己被激活，SGSN可在MM等待状态下接收移动终端的PTP或PTM-G分组，并且SGSN会在这个MS所处的路由区中发送一个寻呼请求。当MS响应了这个寻呼，MS中的MM伽状态就会转变到就绪(Ready)状态。在SGSN中，如果它收到了MS对寻呼的回应信息，其MM状态也会转变到就绪状态。同样，当数据或信令从MS处发送时，MS的MM状态会改变到就绪状态。相应地，当SGSN收到MS发来的数据和信令时，其MM状态也会改变到就绪状态。MS可以运行GPRS断开(Detach)过程进入空闲状态。(3) 就绪状态在就绪状态下，SGSN MM环境会对在相应的等待状态下的MM环境进行扩充，它扩充了在蜂窝级的用户位置信息。MS执行移动性管理过程向网络提供实际所选择的蜂窝，GPRS的蜂窝选择和重选由MS在本地完成，或可以选择由网络控制来完成。在就绪状态下，MS可以收发PTP PDU。在此状态下，网络启动对MS的GPRS业务寻呼，但对其他业务的寻呼