电信行业--GPRS之架构、服务以及应用(PPT 102页).ppt

GPRS之架構 服務以及應用 行動通訊系統進入數位寬頻時代 資料來源 JardineFlemingResearch 資策會MIC 行動通訊之演進 未來無線資訊的發展 無線寬頻資訊 WirelessData 1 SMSMessaging2 WebMail3 InformationServices4 FinancialServices InformationAccess5 FinancialServices transactions6 Mobilebroking7 MobileShopping8 InternetAccess DataServices fromGSMtoGPRS GPRS MainImprovements HighertransmissionratesfournewcodingschemesallowdifferentdataratesofCS 19 05kbit s CS 213 4kbit s in10 00 CS 315 6kbit s CS 421 4kbit s inE 01 channelcombiningIncreasedradioresourceefficiencyradioresourceswillbeusedonlyduringdatatransmissionsharedaccessofthesamechannelConnectionofGSMandIPworldVolumedependentcharging Fastersessionset upAlwaysconnected GPRSCoveredApplications WAP enabledGPRSterminals handsetswillprovideeasyaccesstotheworldofinformationatyourfingertips GPRS anIdealTransportforWAP WAPMigrationfromGSMtoGPRS WAPandGPRSaretheEnablerforConvertingVoiceandData 第二代與第三代行動通訊整合架構示意圖 GPRS 3G網路服務概念圖 GPRSNetworkSystem GPRS網路的發展背景GPRS網路的通訊架構GRPS網路的無線通訊介面 GPRS網路的發展背景 GSM的缺點從GSM升級到GPR GSM的缺點 GSM通訊系統是為語音通話而設計GSM資料傳輸速率只有9 6Kbps每次傳輸數據都必須撥接上網計費方式以連線時間計算 從GSM升級到GPRS GPRS GeneralPacketRadioService 改良GSM傳輸資料的缺點在原有GSM上加入2個網路設備GGSN SGSN改善資料傳輸方式Circuit SwitchPacket Switch Circuit Switch 在網路Transmitter與Receiver間建立一個固定的通道不管有無傳送資都保留了固定的頻寬應用在對延遲非常Sensitivity上 Packet Switch 在Transmitter將資料切割成一段段的封包 package 多個Transmitter可同時共同使用一個頻道當多個Transmitter傳輸時 通道在會出現擁塞現象 Bursty 偶發性傳送之應用服務 Burstiness程度愈高的應用服務適合以Package Switch的方式傳送如 www及E mail GSM與Internet GSM網路加入SGSN GGSN 1 GSM網路加入SGSN GGSN 2 原有的GSM網路設備負責circuit switch的傳送 Voice新加入的GPRS網路設備 SGSN GGSN 之數據交換 Data Signaling 皆用packet switch來傳送 Data 無線數據傳輸的發展前景 未來行動通訊的應用服數 GPRS標準制定的過程與階段 標準制定的階段 http www etsi org GPRSPhase1GPRSPhase2 GPRSPhase1 GPRS和Internet可進行單點對單的Data傳輸定義GPRS網路所需的各種Identity 就如同GSM網路的IMEI IMSI當GPRS網路傳送Data 使用維護安全之Algorithm以packet的數量來計費原有SGM上使用的SMS如何改用GPRS來傳送 GPRSPhase2 把Phase1中定義的PTP Point to point 傳輸升級成PTM Point to Multipoint 定義出當GPRS網路傳送Voice Video以及multimedia服務時 不同之QoS QualityofService GPRS在不同國家中之Roaming GPRS網路的發展時程 2000 架設SGSN GGSN 初期傳輸速率為24Kbps2001 台灣的第一支GPRS手機 Motorola於2001 3推出P7389i2001 和信於2001 3推出GPRS網路應用服務2001Q3 更多樣化的GPRS應用服務 更快的通訊速率 56Kpbs 更廣闊的GPRS服務區域與更大的網路容量 2002 電信業者開始規劃將GPRS升級到3G GPRS手機與基地台的連線速率約為112Kbps Motorola第一支GPRS手機P7389i 手機用戶得到的方便與服務 提高手機與基地台間的傳輸速率GSM 9 6KbpsGPRS 171Kbps 理論上 AlwaysConnected因GPRS而起的行動商務 商品交易Multimediadownload銀行轉帳服務 GPRS網路所面臨的問題 傳輸速率遠低於理論的速率缺少實用性的應用服務手機跟不上網路的發展速度 傳輸速率遠低於理論的速率 1 有關理論值的假設 GPRS手機與BS間的無線傳輸環境良好 不受雜訊干擾 所以不必加入而外的Coding coderate為1 GSMcoderate 2 3 所以DataThroughput 21 4KbpsGPRS手機週遭沒有其他的手機時 DataThroughput 21 4KbpsGPRS網路單一頻道內的8個TDMAtimeslots全部提供Data使用 所以21 4 8 171 2Kbps 傳輸速率遠低於理論的速率 2 在實際的GPRS網路上 多少會有雜訊 所以一定要加入Correctcoding 於是每個timeslot的傳輸量就減低到約9 13KbpsBS附近不可能只有一個人使用GPRSGPRS網路的單一頻道內的8個TDMAtimeslots只有部份用作Data傳輸 缺少實用性的應用服務 未來電信業者是否全面將GSM升級到GPRS 關鍵在於User對應用服務之接受度更多各種方便 實用 多樣化的應用服務 手機跟不上網路的發展速度 從GSM到GPRS資料傳輸速率提升了300 手機硬體並沒有大富的的改善加入硬體Module加入軟體Module Java機手 GPRSNetworkSystem GPRS網路的發展背景GPRS網路的通訊架構GRPS網路的無線通訊介面 GPRS網路的通訊架構 在GSM網路加入新的設備 在GSM網路加入新的設備 SGSNandGGSN 可設計成同一個機器設備SGSN GGSN就如同Internet上之Router 具備Routing 過濾與傳輸Data多個SGSN與1個GGSN構成電信網路內的一個IP網路 由GGSN與外部Internet連接 ServingGPRSSupportNode SGSN 將BSC送出的Datapacket Routing到其他SGSN或經由GGSN傳遞到外部Internet網路MM MobilityManagement 針對數據傳輸的Authentication Ciphering SessionManagement LogicalChannelManagement以及統計傳輸資料量等功能 GPRSNetworkSystem GPRS網路的發展背景GPRS網路的通訊架構GRPS網路的無線通訊介面 GatewayGPRSSupportNode GGSN 將外界網路packet傳送進GPRS網路 或將GPRS網路的packet傳送出InternetGPRS標準定義 GGSN可以外部網路的Router ISPRADIUSServer 是企業的Intranet或是X 25網路相連接DHCPFirewallQoS以及網計流量及計費 GPRS網路內各個設備介面 RoamingontheotherPLMN HierarchyofGPRS CellSGSNRoutingAreaSGSNServiceAreaGPRSServiceArea SGSNRoutingArea 原有GSM網路上的通訊設備 MS MobileStation 基地台子系統BTSBSC交換機SS SwitchingSystem 子系統MSC MobileSwitchCenter VLR VisitedLocationRegister HLR HomeLocationRegister MS MobileStation 1 GSM網路中MS幾乎都設計成手機GPRS網路中MS支援Circuit Switch以及Packet SwitchMS可分3個ClassClassA Voice與Data同時傳送ClassB 同一時間只能傳送Voice或DataClassC 手動操作模式來切換 MS MobileStation 2 MS的種類 Regularphone 外觀和GSM手機相同DataCard CardphoneSmartPhone 與PDA結合BlackBox 沒有Display keypad甚至沒有Antenna作為RemoteControl用 Nokia9210手機外型 Nokia9210功能 型號Nokia9210制式EGSM900 1800體積158x56x27mm顏色銀灰備用時間80 230hrs通話時間240 600min功能內建J2MEforMIDP1 0錄音功能記事簿日曆計算機響鬧功能紅外線內置遊戲WAP功能螢幕動畫圖片訊息聲控撥號自製鈴聲其他4096色高解像彩色屏幕收發電子郵件速度28 8kbpsWWW及WAP瀏覽 基地台子系統 BTS BaseTransceiverStation 加入新協定來處理Data之頻寬分配與資源管理只需對BTS作軟體升級就可提供GPRS服務BSC BaseStationController 加入對PacketData處理能力 如辨識VoiceorData GPRSBroadcast以及GPRSPagingMessage加入介面與SGSN連接 所以BSC之硬體及軟體都必順升級 交換機SS SwitchingSystem 子系統 MSC MobileSwitchCenter 仍然是交換傳輸語音資料 扮演語音交換機的角色HLR HomeLocationRegister 記錄用戶身份的資料庫 如用戶的加值服務 手機使用者目前的位置以及QoS類別VLR VisitedLocationRegister 同時記錄LA區域中的各個MS 也記錄RA區域內的各個MS 當MS進入新的RA區域後 將最新位置記錄到VLR再傳送至HLR可能由SGSN替代VLR的功能 GPRS網路內的識別碼 PacketTMSIRAI RoutingAreaIdentity CGI CellGlobalIdentity GSNAddressAPN AccessPointName PacketTMSI 當GSM網路內BS對MS發出Paging時為保護傳播中不被竊取 VLR會將IMSI換成TMSI在GPRS網路中稱作PacketTMSI RAI RoutingAreaIdentity GPRS網路中將整個Data傳輸的區域分成若干小區域 稱作RoutingArea RA 每個RA有各自的RAIMS從原來的RA移動新的RA時 必須向SGSN發出RoutingAreaUpdate請求 CGI CellGlobalIdentity 代表每個Micro Cell的辨識碼在GPRS網路內的MS處於ReadyState的狀態 則MS將目前所在的CGI回報給SGSN GSNAddress 為因應IPv4之不足GPRS採IPv4與IPv6相容的方式來制定標準 APN AccessPointName 傳遞到GPRS網路外部的Data必須設定接收端的APNGGSN再於APNAddress而決定將資料Routing到不同的外部網路 GPRS網路各個設備的通訊協定 相似於GSM網路可分為三層 CM CallManagement MM MobilityManagement RR ResourceManagement GPRS網路的SignalingPlane GPRS網路的TransmissionPlane GPRS網路高層的通訊協定 第三層 GMM GPRSMobilityManagement SM Sessionmanagement GMM GPRSMobilityManagement GMMStateGPRSIdleStateGPRSStandbyStateGPRSReadyStateCellUpdateAuthenticationandCiphering 手機在GMM內的3種State CellUpdate 1 當MS傳送Data的同時移動位置 GPRS網路將如何因應當MS進行移動時 MS隨時將量測到Micro Cell信號強度傳回網路稱CellUpdate由網路來決定MS何時進行Handover由MS自行決定訊號較佳的來傳送Data CellUpdate 2 移動時不同的State下有不同CellUpdateStandbyState不必進行任何CellUpdateGPRS網路需傳送資料至MS時 將MS所在的RA區域發出PagingMessageReadyState在MS所在的RA區域進行移動MS移動到RA中的任何其他Micro Cell都要作CellUpdate AuthenticationandCiphering 驗證以確定手機用戶身分權限 作為計費的依據編碼以確保手機在網路在通訊不被竊聽GPRS網路的驗證程序與GSM網路完全相同 但Data編碼稍有不同 Authentication程序 1 當MS登錄GPRS網路 GPRSAttach 或是在MS在RA內作CellUpdate時將觸發Authentication認證時會用到IMSI及PublicKey KiGPRS網路內的SGSN代替了GSM中的VLR的功能 Authentication程序 2 Ciphering GPRS使用GEA GPRSEncryptionAlgorithm 進行Data編碼SGSN與MS皆必須同時支援這種演算法 SM Sessionmanagement GPRS在作Data傳輸前 必須在網路上建立一個Session 有關Data傳輸管理就稱作SessionmanagementGPRSAttachPDPContextActivation以WAP協定傳輸數據資料修改與關閉PDPContextGPRSDetach GPRSAttach GPRS網路內MS一開機就進入IdleStateMS告知GPRS網路有關IMSI Location MS必須對GPRS網路作登錄 這種程序就叫作GPRSAttachMS完成GPRSAttach就進入了ReadyState或StandbyStateMS完成GPRSAttach GPRS網路建立MS的MMContextSGSN得知MS目前的位置 能向MS發出Paging 此時除了接收SMS外不能作其他動作 GPRSAttach信號交換程序 PDPContextActivation MS完成GPRSAttach後在傳送Data之前必須先將PDPContextActivation上述程序包含MS與SGSN協議出一種QoS MS取得一個IPaddress經過這些程序就可以傳送接收外部網路資料 PDPContextActivation信號交換程序 WAPSession連線建立程序 以WAP協定傳輸數據資料 上述訊號傳輸過程屬於WAPPULL傳輸模式MS內的PDPContext並不會在傳送完一筆WAP協定的資料後立刻關閉在短時間沒有任何資料傳送時會先進入IdleState在長時間沒有任何資料傳送時才會將PDPContextDeactivation 修改與關閉PDPContext MS與GPRS網路上的SGSN和GGSN皆可以主動的發出PDPContextDeactivation 如下情形時 GPRS網路經過一段時間的Paging都無法得到MS回應SGSN發出指令改變PDPContext內QoS參數晟MS主動發出PDPContextDeactivation 如下圖 MS主動發出PDPContextDeactivation GPRSDetach MS登出GPRS網路必須執行GPRSDetachGPRS網路在抹某些狀況下 允許一些設備發出GPRSDetach指令當MS從ReadyState轉換到IdleState必須執行GPRSDetach 網路的服務品質 QoS MS發出PDPContextActivation時 SGSN將回應MS分配到的QoS等級 GPRS之QoS可分4種 GPRS網路內服務品質參數 GPRS網路的IP位址規劃 GPRS上的每個MS都需要一個IPIPv4可能面臨嚴重不足IPv6不可能在短期間內全面上路解決IPv4不足的暫行方法NAT NetworkAddressTranslation 如下圖示 NAT位址轉換的運作方式 NAT的缺點 不能使用WAPPush協定必須在加一個網路Node或結合其他Node來作NAT服務 GRPS網路的無線通訊介面 沿用GSM網路的頻譜與TDMA結構傳輸數據的邏輯頻道GPR