GPRS原理概述教学文稿.ppt

ActionTrainingCenter GPRSOVERVIEW Instructor ACTIONRenMingmingActionTrainingCenterrenmingming 课程目标 掌握GPRS组网结构了解GPRS网络主要接口基本原理掌握GPRS基本信令流程 学习完本课程 您将能够 GPRS系统体系结构手机和接入侧基本知识网元基本功能接口协议栈流程介绍GPRS移动性管理GPRS会话管理GPRS网络的发展 什么是GPRS 通用分组无线业务 GeneralPacketRadioService 的英文缩写GPRS是在GSM技术的基础上提供的一种端到端分组交换业务GPRS最大限度重用已有的GSM网络基础设施GPRS提供高效的无线资源利用率GPRS提供高达171 2Kbps的无线接入速率与已有的GSM电路交换系统有很多交互GPRS系统基于标准的开放接口 GPRS体系结构图 GPRS系统体系结构手机和接入侧基本知识网元基本功能接口协议栈流程介绍GPRS移动性管理GPRS会话管理GPRS网络的发展 MS多时隙功能 BTS RX TX MS Downlink TS1 TS3 Uplink TS1 MS的多时隙能力 C I值与信道编码 TheGPRShavefourchannelcodingschemesCS19 05kbpsCS213 4kbpsCS315 6kbpsCS421 4kbps C I Rate CS4 CS3 CS2 CS1 分组数据信道的编码方式 采用静态PDCH的原因 ReservedPDCH 保证小区中的GPRSMS时常在线保证GPRS业务一定的QoS采用动态PDCH的原因 SwitchablePDCH GPRS与GSM共享无线资源一方面要考虑无线资源的最优利用 另一方面 要优先保证话音业务的QoS一个小区中的分组交换业务与电路交换业务的比例时常在变化动态PDCH对话音业务不可见一般原则小区内配置适量的静态PDCH以保证MS正常附着在GPRS网络上 同时保证一定的GPRS业务QoS根据GPRS业务量预测配置适量的动态PDCH 在运行过程中根据小区业务状况调整为TCH或PDCH使用电路交换业务可以抢占GPRS业务所使用的信道 分组无线信道配置 GPRSMS A类可同时进行分组交换业务和电路交换业务 B类可同时附着在GPRS网络和GSM网络上 但不能同时进行电路交换和分组交换业务 自动选择业务 C类不能同时附着在GPRS网络和GSM网络上 人工选择 3G手机可以同时进行分组和电路业务 GPRS系统体系结构手机和接入侧基本知识网元基本功能接口协议栈流程介绍GPRS移动性管理GPRS会话管理GPRS网络的发展 网络接入控制 鉴权加密IMEI检查逻辑链路管理SGSN MS之间逻辑链路的管理支持确认 不确认传输用户信息管理移动性信息签约信息计费管理路径管理SGSN BSS之间数据传输路径管理SGSN GGSN SGSN SGSN间的路径管理路由和隧道传输用户数据的存储转发路由选择 围绕PDP上下文来进行地址翻译和映射 包括DNS 由APN推导出GGSN地址等封装与隧道传输 SGSN的功能 GGSN的功能 网络接入控制 外部PDN侧 消息过滤计费信息收集移动性管理和会话管理路由选择与转发存储转发路由选择地址翻译和映射封装和隧道传输可以动态分配IP地址IP业务的支持计费CG计费Radius计费业务管理对APN进行管理 DNS功能 SGSN GGSN A MS 在PDP激活时 解析手机接入IP网络所用的接入点名 APN 以确定本次激活所用的GGSNSGSN之间路由区更新过程中 解析旧SGSN的IP地址 CG的功能 实时采集GPRS话单临时存储和缓冲GPRS话单 备份话单GPRS话单预处理向计费中心传送GPRS话单CG重定向 BG实现以下运营商互通必须的协议安全性协议 推荐使用IPSec和防火墙路由协议 推荐使用BGP计费协议 运营商协商确定 也许需要BG收集计费信息一般基于路由器可与GGSN合设 BG的功能 保存和更新GPRS用户签约数据用户鉴权提供移动性管理和路由选择所需的位置 路由信息及相关处理 如保存和更新用户服务SGSN号码和地址GPRS用户位置删除指示MS是否可及标志用户跟踪 可选 HLR AUC的功能 HLRGPRS用户信息 MSC VLR功能 安装了Gs接口时 MSC VLR可以支持SGSN与MSC VLR的关联的建立和维护GPRS的联合移动性管理规程联合IMSI GPRS附着 分离联合位置区 路由区更新电路寻呼协调功能从而较大地提高无线资源利用率 SMS GMSC SMS IWMSC的功能 安装了Gd接口后 能够通过GPRS发送短消息 减少对SDCCH的占用 从而减少SMS业务对话音业务的影响可以由运营者来选择优先通过MSC还是SGSN来传送SMS GPRS系统体系结构手机和接入侧基本知识网元基本功能接口协议栈流程介绍GPRS移动性管理GPRS会话管理GPRS网络的发展 Gb接口介绍Iu接口介绍七号信令接口介绍Gn接口介绍Gi接口介绍Ga接口介绍 Gb数据传输平面 Application Application IP X25 IP X25 IP X25 SNDCP GTP LLC LLC UDP TCP UDP TCP RLC RLC BSSGP BSSGP IP IP MAC MAC Frame relay Frame relay L2 L2 L2 MAC relay relay SNDCP GTP Um Gb Gn Gi MAC MediaAccessControlRLC RadioLinkControlLLC LogicalLinkControl BSSGP BSSGPRSProtocolSNDCP Sub NetworkDependencyConvergenceProtocolGTP GPRSTunnelingProtocol MS BSS SGSN信令平面 GMM GPRSMobilityManagementSM SessionManagement MS BSS SGSN LLC层逻辑结构 Subscriberdata RLC MAChead LLChead SNDCPhead LLCFCS Gb接口封装流程示意 Gb接口介绍Iu接口介绍七号信令接口介绍Gn接口介绍Gi接口介绍Ga接口介绍 Iu接口的3个作用域 注 一个RNC最多存在一个Iu PS接口 一个Iu CS接口 但可以有多个Iu BC接口 lu PS与Iu CS接口使用RANAP协议 lu BC域使用SABP协议 Iu接口协议栈 PS域 Iu接口具有以下功能Iu连接管理功能无线接入承载 RAB 管理功能Iu接口用户平面管理功能SRNS重定位 SRNS上下文转移 在移动性管理中介绍 安全性管理功能Iu协调功能 寻呼协调 位置管理功能 Iu接口主要功能 Gb接口介绍Iu接口介绍七号信令接口介绍Gn接口介绍Gi接口介绍Ga接口介绍 基于七号信令接口 Gr接口 SGSN HLR鉴权 移动性管理 必须Gd接口 SGSN SMS MSC通过GPRS传送SMS 可选Gf接口 SGSN EIRIMEI检查 可选Lg接口 SGSN GMLC完成定位业务 可选Gc接口 GGSN HLR网络发起PDP上下文激活 可选Gs接口 MSC HLR完成联合更新 附着在SGSN和MSC间转发信令CAMEL SGSN GGSN SCP完成业务的智能控制 Gb接口介绍Iu接口介绍七号信令接口介绍Gn接口介绍Gi接口介绍Ga接口介绍 Gn Gpprotocolstack Gn Gp接口 GTP Ctunnel GTP Utunnel signaling Userdata UDPpath Gn Gp接口 Gn Gp接口 Path是SGSN和GGSN间 SGSN和SGSN间的一条路径 只要上面有一个PDP上下文存在 这条路径就是激活的 如果上面没有PDP上下文使用的话 路径会被删除 路径的维护是通过在路径上发送ECHO消息来检测的 Path故障后 上面的PDP上下文都要被删除掉 TunnelTunnel是通过创建PDP上下文建立起来的 路径上可能会有多条tunnel存在NSAPINSAPI是SM管理实体分配的 取值范围5 15 对于一个MS上的多个上下文 可以用NSAPI来区分 如果是一个MS上的多个IP地址 则在选择NSAPI时 在MS的整个范围内选择 通常NSAPI和RABID值是相等的TEIDTEID是隧道的一个端点的标识 TEID IMSI NSAPI TEID只是一个整数 但是TEID能够和IMSI与NSAPI关联起来标识一个PDP上下文 信令面上一个用户上的多个PDP上下文可以用同一个TEID 用户面上则要为不同的PDP上下文分配不同的TEID Gn Gp接口 Tunnel管理流程 创建 修改 删除PDP上下文流程 Gn Gp接口 在APN解析过程中 DNS将GGSN列表发给SGSN SGSN在列表中依次使用GGSNGn接口地址进行激活 如果创建消息无响应 则SGSN使用下一个地址 直到耗尽为止 流程失败 在requst消息中为分别为下行隧道分配了TunnelEndpointIdentifierDataI 用于用户面 和TunnelEndpointIdentifierControlPlanefield 用于信令面 在响应中同样要分配这样的两个域 响应消息中是GGSN为上行隧道用户面和信令面分配的隧道标识chargingID在由GGSN分配 在GGSN中是唯一的 这个ID用于唯一的区分一个上下文在SGSN和GGSN中的计费记录 Gb接口介绍Iu接口介绍七号信令接口介绍Gn接口介绍Gi接口介绍Ga接口介绍 Gi接口协议栈 Gi接口使用什么样的协议栈和GGSN接入何种类型的外部数据网有关 在接入IP网络时 选择的协议栈如下 GPRS网络接口分类Gb接口介绍七号信令接口介绍Gn接口介绍Gi接口协议栈Ga接口介绍 Ga接口 Ga接口采用GTP 协议 GTP 协议在继承GTP协议的基础上 信令流程有部分变化 主要信令流程有1 ECHO流程作用与GTP协议相同2 重定向流程 Redirection 当CG判断自身有问题时 发送重定向请求 要求SGSN将话单发往其他的CG3 话单传送 DATARecordTransfer 将话单传送到CG 同时具有重发或删除指示的能力 GPRS系统体系结构手机和接入侧基本知识网元基本功能接口协议栈流程介绍GPRS移动性管理GPRS会话管理GPRS网络的发展 移动性管理完成MS在网络具体位置信息的管理移动性管理专用流程附着周期性位置 路由区更新正常的位置区 路由区更新移动性管理通用流程分离P TMSI重分配鉴权身份识别移动性管理连接管理流程连接的建立和释放 移动性管理 MM 概念 路由区 位置区的子集RAI MCC MNC LAC RAC移动性管理实体 SGSN HLR和MS定时器Readytimer只在GPRS中有当定时器超时将MS的GMM状态迁移到STANDBY状态当有LLCPDU开始传输时开始计数长度在SGSN设置 通过附着和路由区更新流程下发给手机PeriodicRAUpdateTimer监控手机中的周期性路由区更新流程定时器长度在SGSN设置 通过附着和路由区更新流程下发在特定的环境下 此定时器会引起CS域的周期性位置更新流程MobileReachableTimerSGSN配置比周期性路由区更新定时器稍微长一些READY PMM CONNECT停止状态 STANDBY PMM IDLE清零开始超时后 PPF标志清除 并将手机隐式分离掉 移动性管理概念 GMM状态模型 2G 1 Readytimer定时器作用 2 Implicitdetch是如何作用的 GMM状态空闲 GMM上下文未建立 MS不可及待命 GMM上下文已建立 MS可接收寻呼 但不能进行数据传送 知道手机所在路由区就绪 MS可以进行数据传送 知道手机所在小区GMM上下文MS相关标识GMM状态MS的位置信息 路由区标识 小区标识 当前服务SGSN的地址 VLR编号 MSonly 加密算法 鉴权参数 GMM状态和上下文 2G PMM状态模型 3G PMM状态空闲 PMM上下文未建立 MS不可及待命 PMM上下文已建立 MS可接收寻呼 但不能进行数据传送 知道手机所在路由区就绪 MS可以进行数据传送 知道手机所在SRNCPMM上下文MS相关标识PMM状态MS的位置信息 路由区标识 SRNC 当前服务SGSN的地址 VLR编号 MSonly 加密算法 鉴权参数 PMM状态和上下文 3G Howtomanagement 2G SGSN HLR BSC MS SGSNnumber InMMcontext StandbyRAI ReadyRAI Cell Howtomanagement 2G Gn Howtomanagement 3G SGSN HLR UTRAN MS SGSNnumber InMMcontext PMM IdleRAI PMM ConnectedRNC 一般功能GPRS附着 建立起MM上下文 MM状态转为就绪GPRS分离 删除MM上下文 MM状态转为空闲可以由MS发起或由网络侧发起安全性功能 鉴权 加密 标识校验等位置管理 路由区更新 周期性路由区 小区更新网络侧特定功能与HLR配合进行GMM上下文清除用户数据管理MS类标处理与MSC VLR配合进行联合位置更新 联合寻呼等 移动性管理 主要功能 GPRS手机附着流程 GPRS手机附着流程 手机用IMSI还是P TMSI首先用P TMSI和P TMSI所属的路由区ForeignTLLI如果没有有效的P TMSI 则用IMSIRandomTLLI最终通过分配的P TMSI构造LOCALTLLI附着完成后在MS和SGSN上生成MM上下文 具备进行PDP激活的条件手机GMM状态为READY PMM CONNECTED 需要在ready定时器超时后 迁移到STANDBY 获得HLR中用户签约信息 通过MAP流程在HLR上注册附着类型GPRS附着已经IMSI附着的GPRS附着联合附着附着拒绝原因部分原因会引起手机重新尝试部分原因不会引起手机重新尝试 SERVICENOTALLOWED 分离流程 分离流程可以由MS SGSN HLR发起隐式分离和显示分离网络或手机发起的分离过程为显示分离移动可达定时器超时或者无线接口逻辑链路中断造成的网络侧分离 但是不通知MS为隐式分离分离后删除动态MM上下文和PDP上下文 SGSN怎么知道关机造成的分离 IMSI AuthenticationTriplets RAND SRES Kc SRES RAND 2G鉴权流程 1 鉴权流程分为GPRS鉴权和UMTS鉴权 两种流程的消息过程是一样的2 UMTS比较GPRS鉴权来说增加了两个功能 1 一致性完整性检查 2 手机对网络的鉴权 SRES SRES IMSI Authenticationquintuple RAND XRES AUTH CK IK RES RAND RandomChallengeXRES ExpectedResponseAuth AuthenticationTokenCK CipherKeyIK IntegrityKey RAND AUTH RES XRES 3G鉴权流程 安全功能 用户身份机密性标识 P TMSI在一个SGSN内部有效的标识 由SGSN分配经常性的重分配P TMSI来保证P TMSI安全性Attach RAU P TMSIreallocation流程P TMSISignature在SGSN为P TMSI分配过签名以及消息用P TMSI的条件下验证消息的正确性UMTS中的用户身份机密性RNTI在MS和RNC间标识一个用户 P TMSI在RNC和SGSN间标识一个用户GPRS中的用户身份机密性SGSN和BSS间使用TLLI标识一个用户 TLLI是MS分配或者MS根据SGSN分配的有效的P TMSI生成的 安全功能 数据信令的机密性保证 UMTS加密范围UMTS加密是在RNC和MS之间进行的GPRS加密范围GPRS加密是在SGSN和MS之间进行的 由Gb协议栈中LLC层完成加密是否支持由GMM参数和Gb接口板是否有加密模块决定数据的完整性保证 3G 数据完整性只应用于无线信令完整性算法和一致性密钥 位置管理功能 路由区更新 路由区更新流程 路由区更新包括IntraSGSN更新和InterSGSN更新IntraSGSN更新指NewRA和OldRA在同一个SGSN中 如果不在同一个SGSN中则为InterSGSN更新路由区更新发生场景MS进入一个新的路由区周期性路由区定时器超时SUSPEND的手机没有被恢复小区更新条件手机处于ready状态在同一个RA中发生cell变化MS和SGSN应该支持小区通知功能 MS发一个LLC空帧带代替小区更新流程 如果路由区更新失败则迁移到IDLE状态在InterSGSN更新中 要根据NewRA构造域名RACxx LACyyyy MNCzzz MCCwww GPRS 通过DNS解析获得NEWSGSNIP地址 发起取MM PDP上下文的流程 注意 SGSN可以设置GMM参数中鉴权加密流程开关为否 但是在某些协议规定的特例下 会一定进行安全流程的 例如P TMSI签名验证失败 路由区更新流程 流程触发在跨越SGSN的RAU中 MS的 RouteingAreaUpdateRequest 消息是向新SGSN提交 新SGSN向旧SGSN发出一个 SGSNContextRequest 消息 包含四个参数 oldRAI TLLI oldP TMSISignature NewSGSNAddress 目的是为从旧的SGSN中得到相关MS的MM上下文和PDP上下文 安全性检查旧SGSN验证P TMSI签名或者新SGSN进行鉴权 TMSISignature将被 MSValidated 代替 如果P TMSI检查失败而新SGSN鉴权成功 则新SGSN重新向旧SGSN发请求旧SGSN将MM PDP上下文转发到新SGSN 数据转发每个PDP上下文中包含 确认模式下下一个下行 上行N PDU的SNDCP发送 接收N PDU序列号 以及下一个下行至MS的N PDU的GTP序列号和下一个隧道传输至GGSN的上行N PDU序列号 传送的数据包含 缓存在旧SGSN中的N PDU以及在此期间继续发至旧SGSN的N PDU 此前已经发往MS但尚未得到MS确认的N PDU也将随同其SNDCP序列号一同发往MS 旧SGSN会启动一个定时器并在超时时停止向MS传送N PDU 数据转发到新的SGSN如果有PDP 则重新创建PDP隧道更新HLR删除旧SGSN将用户签约信息插入新SGSN 寻呼流程 流程触发在移动可达定时器运行的时间内 有MM消息下发或者用户数据下发流程响应3G中 以servicerespond响应2G中 以LLC帧响应P TMSI和Imsi的应用先用P TMSI进行寻呼IMSI寻呼作为异常流程进行 MS删除PDP上下文和MM上下文 重新开始PDP激活和附着流程 成功寻呼后 MS状态3G由PMM IDLE迁移到PMM CONNECT2G由STANDBY迁移到READY PDPandMMcontext BSS UTRAN Gn Gb Iu PS Uu GPRS系统体系结构手机和接入侧基本知识网元基本功能接口协议栈流程介绍GPRS移动性管理GPRS会话管理GPRS网络的发展 会话管理的概念 会话管理实体 SGSN GGSN和MSPDP上下文状态非激活状态 PDP上下文不包含处理分组数据包所需的路由及映射信息 对于用户的路由区更新信息不作修改 不能进行数据传送激活状态 PDP上下文包含处理分组数据包所需的路由及映射信息 可以进行数据传送 此时的MM状态为就绪或待命PDP上下文信息MS SGSN和GGSN中的PDP上下文信息略有不同包括PDPState PDPType PDPAddress APN SendN PDUNumber ReceiveN PDUNumber QoSProfileNegotiated等等APN 用于推导出应接入的GGSN及外部网络PDP地址静态地址动态地址 PDP上下文状态迁移 PDP上下文激活 MS发起或网络发起 PDP上下文状态迁移为ACTIVE鉴权SGSN经过APN分析推导出GGSN地址QoS协商 地址分配 启动计费等PDP上下文修改PDP上下文中的某些参数 如服务SGSN QoS 需要改变时执行该规程PDP上下文去激活MS发起或网络发起 PDP上下文状态迁移为INACTIVE删除PDP上下文回收动态PDP地址二次激活在一个PDP地址上可以有多个通过而起激活流程产生的PDP上下文 这些上下文用TFT进行区分和标识 会话管理主要功能 APN结构定义 APN网络标识定义了GGSN所连接的外部网络APN运营商标识定义了GGSN位于的GPRS骨干网包含了网络标识和运营商标识的APN对应一个GGSN的域名APN分类通用APN CMNET CMWAP 本地接入区域APN TEST XY 归属地接入 cmnet mnc mcc gprs APN网络标识 APN运营商标识 通用APN internet HomePLMN VisitPLMN Roaming ExampleAPN CMNET TheGGSNwhichprovideserviceisbelongtovisitnetwork 区域APN HomePLMN VisitPLMN Roaming ExampleAPN CityA Bank TheGGSNwhichprovideserviceisbelongtohomenetwork VPNtunnel 区域APN的解析流程 mnc00 mcc460 gprs CityA mnc00 mcc460 gprs Query Response referralto gd mnc00 mcc460 gprs nameservers GettheIPaddressofGGSN CityA APN CityA bank CityA mnc00 mcc460 gprs CityB RootDNS CityADNS CityABankServer GGSN 7 ActivatePDPContextAccept 5 CreatePDPContextResponse 5 CreatePDPContextRequest 1 ActivatePDPContextRequest SGSN