GPRS原理介绍概述

GPRS原理专题基本内容 GPRS系统概述 GPRS网络结构 GPRS接口协议 GPRS无线接口 GPRS编号计划 GPRS系统的移动性管理和通信管理什么是GPRS？ GPRS: General Packet Radio Service 通用分组无线业务： 为用户提供端到端的基于分组交换和传输技术的移动数据业务，能充分利用网络资源，特别适合于长时间、小流量的突发数据业务； GPRS移动IP，是GSM的无线接入技术和Internet分组交换技术的结合； 平滑升级，以最小改动、最小代价在GSM网络上提供基于无线ISDN的通用分组无线网。无线数据传输 多时隙绑定，最多8个时隙 四种编码方式： CS-1(9.05kb/s), CS-2(13.4kb/s), CS-3(15.6kb/s), CS-4(21.4kb/s)； 接入速度快，建链时间短； 多用户共享信道，信道利用率高； GPRS终端可以长时间保持与网络的连接，实现“时时在线”； 可按流量计费，使用成本低。GPRS业务应用 公司E-mail 文件和数据共享 公司电话号码簿 工作手册 招聘信息 员工公告 销售和客户支持 多媒体式的员工培训 公司政策和新闻 目录和价格清单 产品目录 竞争信息 定购状态和跟踪GPRS业务应用 自动售票机 车辆跟踪诊断 动态交通管理 巡警调度 银行信息服务 订购状态和跟踪告警监控系统 固定和移动销售点 远程测量，如公路交通测量、天气预报 工业现场测量，如远程仪表阅读 调度操作，如出租车管理、现场服务管理基本内容 GPRS系统概述 GPRS网络结构 GPRS接口协议 GPRS无线接口 GPRS编号计划 GPRS系统的移动性管理和通信管理GPRS网络逻辑结构GPRS的网络部件之MS GPRS网络中的MS可以看作是移动终端MT（如无线接入卡）和终端设备TE（如笔记本电脑）合二为一的集成实体，它有三种类型： 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。 C类，不能同时附着在GPRS网络和GSM网络上，它只能通过人工方式进行网络更换，无法同时支持两种业务。终端的多时隙能力 Type 1112级1929级Type 21318级GPRS的网络部件之GSN GSN是GPRS网络中两个最重要的网络部件，可以独立设立，也可以与GSM中的MSC集成在一起。GSN分为SGSN和GGSN两种。 SGSN：服务GPRS支持节点。其作用是记录移动台的当前位置信息，提供移动性管理和路由选择等服务，并在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。 GGSN：网关GPRS支持节点。主要起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等。GGSN也称为GPRS路由器。它可以把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。GPRS的网络部件之PCU PCU：分组控制单元。PCU位于BSS，用于处理数据业务，并将数据业务从GSM话音业务中分离出来。PCU增加了分组功能，可控制无线链路，并允许多用户占用同一无线资源。主要功能包括： 大部分分组无线资源管理功能； 分组呼叫控制功能； 分组数据传输； 对Gb接口和Gp接口的支持。GPRS的网络部件之BG和CGBG：边界网关。BG用于PLMN间GGSN骨干网的互联，主要完成分属不同GPRS网络的SGSN、GGSN之间的路由功能，以及安全性管理功能，此外还可以根据运营商之间的漫游协定增加相关功能。CG：计费网关。主要完成从各GSN的话单收集、合并和与处理工作，并用作GPRS与计费中心之间的通信接口。在GSM原有网络中并没有这样一个实体，GPRS用户每一次上网过程的话单会从多个网元实体中产生，而且每一个网元设备中都会产生多张话单。引入CG的目的就是在话单送往计费中心之前对话单进行合并和预处理，以减少计费中心的负担；同时GSN这样的网元设备也不需要实现同计费中心的接口功能。GPRS的网络部件之DNS DNS：域名服务器。 GPRS网络中存在两种DNS，具体介绍如下： GGSN同外部网之间的DNS，主要功能是对外部网的域名进行解析，其作用完全等同于因特网上的普通DNS； GPRS骨干网上DNS，其作用主要有两点： 在PDP上下文激活过程中根据确定的APN（接入点名）解析出GGSN的IP地址； 在SGSN间的路由区更新过程中，根据原路由区号码，解析出原SGSN的IP地址。GPRS的网络部件 RADIUS RADIUS： 远程接入鉴权与认证服务器。该服务器的作用是当GPRS用户在进行非透明接入时，需要对用户的身份进行认证，网络需要在RADIUS上对用户的身份进行认证和授权， RADIUS服务器上存储有用户的认证和授权。GPRS的网络接口 Gb 在GSM网络引入GPRS相关实体时，增加了网络节点间的接口，通过对这些接口的定义，可以确保不同厂家的设备实现互联。GPRS各主要接口说明如下：1 Gb接口：BSS与SGSN间的接口。通过该接口，SGSN完成同BSS系统、MS之间的通信。从而完成分组数据传送、移动性管理、会话管理等方面的功能，并提供流控功能。Gb接口采用帧中继作为底层的传输协议。GPRS的网络接口之Gc、Gd Gc接口：GGSN与HLR间的接口。主要用于网络侧主动发起对MS的业务请求时，由GGSN用IMSI向HLR请求用户当前SGSN地址信息。在目前的移动数据业务中，网络侧主动向MS发起业务请求的情况很少。 Gd接口：SGSN与SMS-GMSC、SMS-IWMSC之间的接口。 SGSN和SMS-GMSC、SMS-IWMSC、短消息中心之间通过Gd接口配合完成在GPRS上的短消息业务。通过该接口，SGSN能接收短消息，并将它转发给MS。如果不提供Gd接口，当GPRS的C类手机附着在GPRS网上时，将无法接收短消息。GPRS的网络接口之Gf、Gn、Gp Gf接口是SGSN与EIR之间的接口。该接口视EIR设备的启用而启用，如果没有EIR设备，则该接也没有启用的必要。 Gn接口是同一个PLMN的两个GSN间的接口，即PLMN内部SGSN间、SGSN和GGSN间的接口。该接口采用在TCP/IP协议之上承载GTP（GPRS隧道协议）的方式进行通信，完成分组数据传送及移动性管理。 Gp接口是GPRS网间接口，是属于不同PLMN的GSN之间采用的接口，在通信协议上与Gn相同，但增加了BG和防火墙。通过BG来提供边界网关路由协议，以完成归属于不同PLMN的两个GSN之间的通信。GPRS的网络接口之Gr、Gs Gr接口是SGSN与HLR之间的接口。Gr接口采用7号信令上承载BSSAP+协议的方式。SGSN通过Gr接口从HLR取得关于MS的数据，HLR保存有GPRS用户数据和路由信息。当发生SGSN间的路由区更新时，SGSN将会更新HLR中相应的位置信息；当HLR中数据有变动时，也将通知SGSN，SGSN会进行相关的处理。 Gs接口是SGSN与MSC/VLR之间的接口。Gs接口采用7号信令承载的BSSAP+协议。SGSN通过Gs接口与MSC配合完成对MS的移动性管理功能，包括联合的Attach/Detach、联合的路由区/位置区更新等操作。SGSN还可以通过此接口接收从MSC来的电路型寻呼信息，并通过PCU下发到MS。GPRS的网络接口之Um、Gi、R Um接口：MS与GPRS网络侧接口，通过该接口完成MS与网络侧的通信，完成分组数据传送、移动性管理、会话管理、无线资源管理等方面的功能。 Gi参考点：GGSN与外部数据网络间的接口。通过该接口，GPRS与外部网络连接。由于GPRS可以支持各种各样的数据接口，故Gi接口只是一个参考点，而不是一个标准接口。 R参考点：R参考点是TE与MT之间的接口。通过R参考点可以将设备终端与移动终端相连，用户可以通过在设备上的操作来完成分组数据业务。基本内容 GPRS系统概述 GPRS网络结构 GPRS接口协议 GPRS无线接口 GPRS编号计划 GPRS系统的移动性管理和通信管理GPRS协议平台传输协议平台之GTP协议 GPRS接口协议栈包括2个逻辑层面：信令平面和传输平面。GPRS网络的数据和信令基于同一传输平面，在数据传输所经过的几个接口，传输层（LLC）以下的协议结构对于数据和信令是相同的。传输平面用于对用户数据提供透明传输机制并对传输的数据实行流量控制、差错检测、纠错和恢复等。传输平面协议栈有以下协议组成： GTP：GPRS隧道协议。用于GPRS骨干网中的GSN之间数据和信令的隧道传输，GTP协议应用于Gn和Gp两个接口。传输协议平台之UDP/TCP、IP协议 UDP/TCP：传输层协议。建立端到端连接的可靠链路，TCP具有信息保护和流量控制功能，确保数据传输的准确性，TCP是面向连接的协议。UDP不提供错误恢复能力，也不关心是否已正确接收了报文，只充当数据报的发送者和接收者。 IP：网络层协议。用于GPRS骨干网中用户数据和控制信令的路由选择。目前均采用IPv4，进而将发展为IPv6。传输协议平台之L2、L1、NS协议 L2：数据链路层协议。可采用一般以太网协议。 L1：物理层。 NS：即网络业务，为数据链路层协议。其主要功能为NS-PDU的传输、网络拥塞指示和NS层状态指示。 NS层由NS子网和NS控制组成。 NS子网目前采用帧中继方式。NS控制部分的功能为NS-PDU的传输、负荷分担和NS-VC（网络业务虚电路标识）管理。NS-VC为帧中继的PVC（永久虚电路），由NS-VCI(网络业务虚电路标识）在SGSN中唯一标识。NS-VCI在Gb接口是端到端的标识。传输协议平台之BSSGP协议7. BSSGP：BSS GPRS协议。包含了网络层和一部分传输层功能，在BSS与SGSN之间提供一条无连接的链路进行非确认的数据传输，主要用于解释路由信息和服务质量信息，处理从SGSN到BSS的寻呼请求等。BSSGP实体采用BVC（BSSGP虚电路）来传输BSSGP PDU。BVC有一组NS-VC组成，由BVCI（BSSGP虚电路标识）和NSEI（网络业务实体标识）一起在SGSN中唯一标识。在BSSGP层由BVCI来标识一个小区。传输协议平台之LLC协议 LLC：逻辑链路控制协议。该协议是基于HDLC的无线链路协议，提供MS与SGSN之间端到端加密的可靠无差错的逻辑链路。LLC层可实现点对多点的寻址和数据重发，并支持多种QoS时延等级。LLC在SNDCP数据单元基础上增加LLC地址及帧字段，生成完整的LLC帧。 LLC层针对上层的不同用户设置了不同的业务接入点SAP。每个SAP有一个业务点接入点标识SAPI来识别。SAPI由4bit组成，位于LLC帧的地址域的低4位，目前使用了6种。如SAPI=1为GPRS移动性和会话管理业务；如SAPI=7为短消息业务等等。传输协议平台之SNDCP、MAC协议 SNDCP：子网相关汇聚协议。该协议执行用户数据的分段、压缩等功能。GPRS支持多种网络层协议，能以透明的方式处理PDU传送的信息，使新的网络层协议的引入不改变任何底层的GPRS协议。 MAC：媒体接入协议。该协议属于链路层协议。主要作用是定义空中接口的GPRS逻辑信道，并协调这些信道为不同的MS所共享，或协调同一MS使用不同的时隙的物理信道。为此，MAC要完成上、下行链路的有效复用；上行链路接入期间的争抢判决等。同时，该层还负责将LLC-PDU映射到物理信道上。MAC模式有3种：固定分配、动态分配和扩展动态分配。传输协议平台之RLC协议 RLC：无线链路控制层。该层属于链路层和网络层协议。其主要功能是提供对无线链路的控制功能。RLC层主要负责LLC-PDU的拆分和组装。运用滑动窗口机制，RLC层采用确认或非确认模式来保证MS与BSS之间的数据传输。基本内容 GPRS系统概述 GPRS网络结构 GPRS接口协议 GPRS无线接口 GPRS编号计划 GPRS系统的移动性管理和通信管理无线接口的信道类型无线分组逻辑信道 PBCCH，分组广播控制信道。用于广播分组数据的特定系统信息，同时它还广播已经在BCCH上广播的用于电路交换业务的参数。GPRS Attach的MS只监听PBCCH，不监听BCCH。如果小区配有PBCCH，则在BCCH中有相应的提示，如果未配置PBCCH，则由原来的BCCH广播分组分组操作的信息。 PNCH，分组通知信道，用于通知移动台PTM-M的呼叫。如果未分配PCCCH，分组交换操作的信息会在CCCH上传送。如果分配了PCCCH，也可以传送电路型信息。 无线分组逻辑信道 PACCH，分组随路控制信道。用于传送包括功率控制、资源分配及测量等信息。一个PACCH可以对应一个移动台所属的一个或几个PDTCH。 PTCCH/U，上行分组时间提前量控制信道，用于传送随即接入脉冲，以便BSS侧估计进行分组业务的MS的时间提前量。 PTCCH/D，下行分组时间提前量控制信道，用于为多个MS传送时间提前量更新信息。一个PTCCH/D对应多个PTCCH/U。 无线分组逻辑信道 PDTCH，分组数据业务信道。用于传送分组模式下的用户数据，速率为022.8kbit，在多时隙工作时，一个移动台可并行使用多个PDTCH用于一个分组的传送， PDTCH信道为单向业务信道。分组逻辑信道组合 分组逻辑信道是分配给GPRS使用的物理信道，这一分配可以是永久性的，也可以是暂时性的，以便GPRS与GSM之间能进行动态重组。GPRS逻辑信道按以下3种方式组合到物理信道： PBCCH+PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH； PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH； PDTCH+PACCH+PTCCH。分组逻辑信道的配置 当小区内需要配置PBCCH时，采用第1种组合信道。一个小区只能有一个这种信道组合。对业务量大的小区，可再配置一个或多个第2种类型的信道组合。在小区中只有存在第1种组合信道后才可以存在第2种类型的信道组合。 第3种信道组合主要用于传送上下分组数据，一个小区可以根据业务量配置一条或多条。第3种信道组合还可用于固定PDCH和动态PDCH。固定PDCH专用于GPRS分组数据传送，不能被电路强占，而动态PDCH则可根据业务需求在TCH和PDCH之间动态转换。分组逻辑信道的映射规则 GPRS无线接口上的各个逻辑信道以一定的规则映射到物理信道的52帧复帧的各个无线块上，其映射方式如下： PBCCH：可以映射到B0、B3、B6和B9等无线块上，具体个数根据其广播信道繁忙程度确定。 PCCCH：影射方式如下： 、当没有固定分配PCCCH时，PCCCH可以映射到51复帧的一个或几个物理线信道中，并与PBCCH一起占用51帧的整个物理信道； 、在52复帧结构中，PCCCH映射到一个或几个物理信道中，PCCCH、PBCCH和PDTCH一起共享同一个物理信道。 、PAGCH、PPCH可映射到除PBCCH之外的任意下行无线块中。PRCH是PBCCH、PAGCH、PPCH等信道占用无线块时的上行帧。分组逻辑信道的映射规则（续） PDTCH：一个PDTCH可以映射到一个物理信道，一个移动台最多可在同一载频中分配8个PDTCH。PDTCH可映射到所有无线块上。 PACCH：一个PACCH可以映射到一个物理信道上的所有无线块上。PACCH以块为单位动态分配，但PACCH与PDTCH之间保持相对固定的关系。如果一个移动台指配了一个PDTCH，其相应的PACCH应处于同一物理信道。 PTCCH：每个52复帧的第12、38上行帧都是一个PTCCH上行信道，两个相邻52复帧的第12、38下行帧组成一个PTCCH下行信道。信道编码 GPRS系统为在空中接口可靠的传送携带有RLC数据的无线数据块，定义了CS-1 CS-4共4种编码方式。不同的编码方式对空中接口传输质量要求不同。速率越高，要求C/I也高。编码过程如下图所示:CS-1CS-4编码方案无线块数据结构 无线块由MAC头、RLC数据块或RLC/MAC控制数据块和块校验序列BCS等三部分构成。MAC头有上行链路状态标志USF、数据块类型指示T和功率控制信息位PC构成。RLC数据块由RLC头和RLC数据构成。RLC/MAC控制数据块包含RLC/MAC信令信息部分，具体结构如图所示：无线资源（RR）管理 RR管理的目的是建立、维护和释放RR连接。这一连接用于支持MS和网络侧之间的点到点的通信。RR管理分为: 无线信道管理； 小区选择和重选方式； 功率控制和定时提前量。无线信道管理 支持GPRS的小区可分配一个或多个物理信道用以传送GPRS业务，同时PDTCH和TCH可以动态按需分配。为此要求系统具备以下功能： 负荷监视：监视小区中PDTCH的业务量以确定PDTCH的数量是否增减； 动态分配PDTCH：小区中未分配的信道可分配给PDTCH以提高GPRS整体的业务质量。在有高优先级业务申请使用时，可释放出占用的PCTCH。小区选择和重选方式 GPRS移动台采用与电路型业务相同的小区选择方式。但重选机制有三种方式： NC0：移动台自动进行小区重选，不送测量报告； NC1：移动台自动进行小区重选，送测量报告； NC2： 网络侧控制小区重选，移动台送测量报告。 当移动台进行小区重选时，若小区未配PBCCH，则使用C2算法；若配有PBCCH，则可由运营商决定使用C31或C32算法进行小区选择。功率控制 由于在分组数据业务中，没有连续的双向连接，因此其功率控制算法比电路型业务要复杂得多。 对于上行链路，以动态执行灵活的功率控制算法，可实施开环功率控制、闭环功率控制或质量功率控制。下行链路功率控制在基站收发信机执行，因此在规范中无需指定实际的算法，但要求移动台能够传送信道质量的报告。在点到多点业务中无功率控制。时间提前量 同GSM一样，GPRS中的初始时间提前量TA值根据接入突发脉冲计算得到。不同的是，使用GPRS业务的移动台不会连续发送信息，因此需引入“TA连续更新”这一过程。其更新步骤为： 移动台利用分配的PACCH信道的空闲时隙发送突发接入脉冲，在随后的TA消息中接收TA指示消息，如这一消息错误，移动台需连续监听三帧的TA信息。基本内容 GPRS系统概述 GPRS网络结构 GPRS接口协议 GPRS无线接口 GPRS编号计划 GPRS系统的移动性管理和通信管理GPRS编号计划 GPRS涉及的地址、编号以及一些相关的标识在各实体中的分布如下图所示：GPRS的IMSI、P-TMSI和NSAPI IMSI：与GSM相同。 P-TMSI：与TMSI同样为32比特编码，为了区别TMSI，P-TMSI的最高两位比特是11，TMSI的最高两位比特为00、01、10。 NSAPI：网络接入点标识。用于指示分组数据协议应用层接入SNDCP（子网汇聚协议）的地址。GPRS的TLLI4. TLLI：临时逻辑链路标示。其作用是在MS刚刚接入GPRS网络时，SGSN尚未给MS分配P-TMSI之前，MS与SGSN之间交互信令时的标识。T