通用分组无线业务.ppt

1、现代通信技术进展,第十九讲：通用分组无线业务,1概述,GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称。GPRS是GSMPhase2.1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。,(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) GP

2、RS网关支持结点(GGSN, Gateway GPRS Support Node) 分组控制单元(PCU),对GSM的相关部件进行软件升级,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。,GPRS系统原理图,GSM和GPRS的工作频段,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的主要特点

3、,(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。,GPRS的主要特点,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。,GPRS的主要特点,(5) GPRS支持基于标准数据通信

4、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。,GPRS的主要特点,(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

5、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。,GPRS的主要特点,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

6、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。,GPRS的主要特点,(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

7、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。,GPRS的主要特点,(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。,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,. 点对点业务(PTP)点对点业务在

8、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：,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。,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。,GPRS用户终端业务分类,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

9、PTM-M。,GPRS附加业务的应用,GPRS业务的具体应用,(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。,GPRS业务的具体应用,3) 网页浏览移动用户使用电路交换数据进行网页浏览

10、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。,GPRS业务的具体应用,(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

11、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。,GPRS业务的具体应用,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。,GPRS业务的具体应用,(9) 静态图像例如照

12、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。,1.5 GPRS的优势及存在问题,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

13、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

14、，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

15、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

16、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

17、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. 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GPR

18、S。,ETSI的标准制订工作,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,3. GPRS的发展动向,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。,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，,GPRS系统结构,GPRS总体结构及接入接口和参考点,GPRS逻辑体系结构一览,GPRS网络主要实体

19、,1. GPRS支持节点(GSN) 2. GPRS骨干网 3. 本地位置寄存器(HLR) 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）,5. GPRS移动台 6. 移动交换中心(MSC)和拜访位置寄存器(VLR) 7. 分组数据网络(PDN),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GS

20、M中的MSC集成在一起。在一个GSM网络中允许存在多个GSN。,SGSN,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,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

21、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。,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，,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

22、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。,GPRS网络骨干网的组成,在同一个PLMN骨干网内，骨干网是虚线方框内的部分。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。,本地位置寄存器

23、(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。,消息业务网关移动交换中心,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)。,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

24、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。,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.,分组数据网络(PDN),PDN提供分

25、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。,GPRS传输平台和信令平台,3.1 传输平台传输平台由一个分层协议结构组成。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。,传输平台,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

26、口定义的协议。在GSM09.60中对GTP作了规范。,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。,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。,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

27、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。,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NS

28、S的改动程度最小。GSM04.64对LLC进行了规范。,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。,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。,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。,无线链路控制(RLC)/介质访问控制(MAC),

29、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。,GSM RF,Um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164

30、kbit/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。,MS-SGSN,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。,SGSN-HLR,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。,SGSN-MSC/VLR,图中BSSAP+表示基站系统应用部分(BSSAP, Base Station System Applica

31、tion+),它是BSSAP过程的一个子集，支持SGSN与MSC/VLR之间的信令传送。,SGSN-EIR,如图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。,SGSN-SMS-GMSC或SMS-IWMSC,如图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。,6. GSN-GSN,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。,7. GGSN-HLR,当任选信令路径时，允许一

32、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。如图所示表示了移动应用协议支持HLR的信令交换。,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

33、。,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。,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

34、间传输消息所用路由的过程。,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 2. 状态转移和功能 3. 移动性管理(MM)流程,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 (2) 等待状态 (3) 就

35、绪状态,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。,(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。,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

36、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。,2. 状态转移和功能,一个状态向另一个状态的转移，主要依据的是当前状态(空闲、等待或就绪)和当前所发生的事件(例如接入GPRS业务)，如图描述了下列状态的变化。,状态转移和功能,(1) 从空闲状态转移到就绪状态 MS请求接入GPRS业务，开始建立一个到SGSN的逻辑链路，在MS和SGSN中分别建立了MM环境。,2) 从等待状态转移到空闲状态等待状态计时器超时，在MS和SGSN中的MM环境和PDP环境均返回到空闲状态即非激活状态。在SGSN中的MM和PDP

37、环境可能被删除，而GGSN PDP环境将一定被删除。,状态转移和功能,(3) 从等待状态转移到就绪状态PDU发送时，为了响应一个呼叫，MS会向SGSN发送一个LLC PDU。PDU接收时，SGSN接收来自MS的LLC PDU。,(4) 从就绪状态转移到等待状态就绪状态计时器超时时，MS和SGSN中的MM环境均返回到等待状态。,状态转移和功能,(3) 从等待状态转移到就绪状态PDU发送时，为了响应一个呼叫，MS会向SGSN发送一个LLC PDU。PDU接收时，SGSN接收来自MS的LLC PDU。,(4) 从就绪状态转移到等待状态就绪状态计时器超时时，MS和SGSN中的MM环境均返回到等待状态。

38、,(5) 从就绪状态转移到空闲状态GPRS业务断开(Detach)时，MS请求SGSN中的MM环境返回到空闲状态，以及SGSN中的PDP环境返回到非激活状态。,移动性管理(MM)流程,业务接入功能 业务断开功能 清除功能,安全功能 位置管理功能 位置管理过程,GPRS的MM流程将使用LLC和RLC/MAC协议，经Um接口来传输信息。MM流程将为底层提供信息，使得MM消息在Um接口可靠传输。此外，MM流程将MAP接口用于SGSN和VLR之间(Gr)以及SGSN和EIR之间(Gf)，并且还将BSSAP+接口用于SGSN和MSC/VLR之间(Gs)。,4.4 逻辑链路管理功能,MS通过无线接口参与与

39、维护某个MS与PLMN之间的通信通道。逻辑链路管理功能包括协调MS与PLMN之间的链路状态信息，同时监管这个逻辑链路上的数据传输活动性。,4.5 无线资源管理功能,无线资源管理功能参与无线通信路径的分配和维护。GSM无线资源能被电路模式(语音和数据)服务和GPRS服务之间所共享。,4.6 网络管理功能,网络管理功能提供相应的机制，支持与GPRS相关的OM功能,GPRS的主要接口,5.1 GPRS的无线接口Um,5.2 Gb接口,5.3 Abis接口,GPRS的无线接口Um,1. 分组数据链路逻辑信道,2. 无线接口Um,分组公共控制信道,分组随机接入信道(PRACH, Packet Rande

40、m Access Channel)： 只存在与上行链路，MS用来发起上行传输数据和信令信息。分组接入突发和扩展分组接入突发使用该信道。 分组寻呼信道(PPCH, Packet Paging Channe1) 只存在于下行链路。在下行数据传输之前用于寻呼MS。可以用来寻呼电路交换业务。 分组接入许可信道(PAGCH，Packet Access Grant Channel)：只存在于下行链路。在发送分组之前，网络在分组传输建立阶段向MS发送资源分配信息。 分组通知信道(PNCH,Packet Notification Channel)：只存在于下行链路。当发送点到多点-组播(PTM-M)分组之前，

41、网络使用该信道向MS发送通知信息。,2) 分组广播控制信道,只存在于下行链路。广播分组数据特有的系统信息。,(3) 分组业务信道,分组数据业务信道用于传输分组数据,分组相关控制信道它携带与特定MS有关的信令信息。这些信令信息包括确认、功率控制等内容。,2. 无线接口Um,GPRS的无线接口Um可以用GPRS MS-网络参考模型来描述。MS与网络之间的通信涉及了物理射频(RF)、物理链路、无线链路控制/媒体接入控制(RLC/MAC)、逻辑链路控制和子网依赖的汇聚层几个层次。,(1) 物理射频(RF)层,物理RF层由GSM05系列标准定义，包括如下的内容：载波频率的特点和GSM信道结构；发送波形的

42、调制方式和GSM信道的数据速； 发射机和接收机的特性及其要求。,(2) 物理链路层,物理链路层运行在物理RF层的上面，在MS和网络之间提供物理链路。其目标是通过GSM的无线接口传输信息，包括RLC/MAC层的信息。物理链路层支持多个MS共享一个物理信道。物理链路层的控制功能提供维持通信能力所需要的服务。在GPRS中不使用网络控制的越区切换，而是由MS执行小区的重新选择。,层功能,物理链路层职责前向纠错编码、检测和纠正发送的码字并提供错误码字的指示、块交织、在TDMA帧的连续四个突发上进行正交交织和提供检测物理链路层拥塞的过程。,物理链路层的控制功能 同步过程包括决定和调整MS定时提前的方法；

43、无线链路信号质量的监视和评估过程； 小区选择和重选的过程； 发射机的功率控制过程； 电池功率管理过程，例如非连续接收(DRX)过程。 无线块结构,无线块结构,传输不同的数据和控制信息有不同的无线块结构，块结构包含MAC层头部、RLC数据块或RLC/MAC层控制块，一般情况下包括4个正常的突发.,信道编码,分组数据信道定义了4种分组数据编码方案，CS-1到CS-4。编码块结构如图所示。除了PRACH、PTACH/U, 其它所有的分组控制信道一般使用CS-1。对于PRACH的接入突发，指定了两种编码方案。MS都必须提供所有的编码方案，而网络端只需提供CS-1,PDTCH的信道编码,编码过程的第一步

44、是附加块校验序列(BCS)。对于CS-1、CS-2和CS-3，第二步包括：上行链路状态标志(USF)预编码(除CS-1)，附加4比特的尾码，半速率卷积码，之后进行截短以便提供希望的编码速率。 对于CS4，不对纠错码进行编码。,PACCH、PBCCH、PAGCH、PPCH、PNCH和PTCCH信道编码,它们使用CS-1的编码方案。,PARCH信道编码,PARCH可以使用两种突发：8比特信息的接入突发或11比特信息的扩展接入突发。MS支持两种突发。对于8比特的突发，信道编码方案使用与GSM05.03中定义的随机接入信道的编码方案相同。11比特的突发编码方案使用8比特编码的截短码方案。,时间提前,时

45、间提前过程用于导出正确的时间提前值，以便MS在上行链路传输无线块。它包括两个部分：初始时间提前估计和连续时间提前更新。,初始时间提前估计是根据携带分组信道请求的单个接入突发作出。分组上行链路分配或分组下行链路分配之后携带这些估计的时间值到MS。MS使用该值在上行链路上进行传输直到连续时间提前更新过程提供一个新值。,连续提前更新在分组传输模式MS使用连续时间提前更新过程。连续时间提前更新过程由分配给MS的PTCCH携带。在上行(下行)分组传输，在分组上行(下行)链路分配信息中，分配给MS时间提前指示和PTCCH。,(3) 媒体介入控制和无线链路控制层(MAC/RLC),MAC层的功能定义了多个M

46、S共享传输媒体的过程，共享媒体由几个物理信道组成。其提供了对多个MS的竞争仲裁过程、冲突避免、检测和恢复方法。MAC层功能还允许单个的MS并行地使用几个物理信道。RLC功能定义了选择性重传未成功发送的RLC数据块的过程。RLC/MAC功能提供了非确认和确认两种操作模式。,层功能,GPRS的MAC层功能主要负责： 提供在上行和下行链路高效的数据和信令的复用功能，复用的控制留给网络端。在下行链路，复用根据调度机制来控制；在上行链路，复用通过分配媒体到单个用户来控制。 对于移动发起的信道接入，进行竞争裁决，包括冲突的检测和恢复。 对于移动终止的信道接入，包括分组接入的排队。 优先级处理。,操作模式,

47、一般地，在GPRS中，多个MS和网络共享媒体资源，即PDCH。GPRS无线接口由非对称的和独立的上行和下行链路组成。下行链路是从网络到多个MS 的传输，不需要竞争裁决。上行链路是在多个MS之间共享的媒体之间进行，需要竞争裁决过程。,媒体接入模式,支持三种媒体接入模式：动态分配、扩展动态分配和固定分配。其中，支持GPRS的所有网络都支持动态媒体接入模式和固定接入模式，扩展动态媒体接入模式是可选的。MS应该支持动态媒体接入模式和固定媒体接入模式。,移动端发起的分组传输包括,上行链路接入 动态/扩展动态分配,固定分配 竞争解析,上行链路接入,MS通过在取PRACH或RACH上发送分组信道的请求发起分

48、组的传输过程。网络分别在PRACCH或AGCH信道上进行响应。如图示出了上行链路接入图,动态/扩展动态分配,上行链路的分组传输过程。分组上行链路分配信息包括PDCH列表和每个PDCH的相应的USF值，分配一个唯一的TFI值，并用在之后的临时块流的RLC数据和控制块中。MS在分配的PDCH上监视USF，并在其上传输无线块。,固定分配,固定分配使用分组上行链路分配通知MS详细的分组上行链路资源分配。固定分配包括开始帧、时隙分配和块分配的比特映像(每个时隙的块的分配)。,竞争解析,竞争的解析是RLC/MAC层的一个重要的部分，特别是因为一个信道分配可以用于传送一些数据帧。在动态信道分配和固定信道分配

49、方案中都使用竞争解析。,移动端终止的分组传输包括,分组寻呼 下行链路的分组传输,资源的释放 上行和下行链路同时进行分组传输,分组寻呼,网络端启动的分组传输是在等待状态时在下行PPCH或PCH信道上发送一个分组寻呼请求信息。MS通过启动一个分组响应过程来响应分组寻呼请求。RLC/MAC分组寻呼响应信息包含TLLI，同样，完整的LLC帧也包含TLLI信息。在分组寻呼响应后，MS的移动性管理状态进入准备好状态。如图示出了下行链路分组传输的寻呼信道的信息序列。,下行链路的分组传输,网络在准备好状态下使用分组下行链路分配信息启动向MS的传输。当小区中已经分配PCCCH时，分组下行链路分配在PAGCH传输

50、；在没有PCCCH时，在AGCH上发送分配信息。,资源的释放,资源的释放由网络端完成，网络终止下行链路的传输，并轮询MS，要求最后的分组进行下行链路的确认和非确认。,上行和下行链路同时进行分组传输,在进行上行链路的临时流块的传输时，MS监视下行链路的PDCH，查看在PACCH中是否含有分组下行链路的分配信息。,4) 子网相关融合协议(SNDCP),在MS和SGSN中SNDCP位于网络层之下，逻辑链路控制层之上。它支持多种网络层，这些网络层分组数据协议共享同一个SNDCP，由此，来自不同数据源的多元数据都能通过LLC层。SNDC实现了下列功能：,将接收自网络层的SNDC原语映射到要传递到LLC层

51、的LLC原语，反之亦然。 采用多路技术，将来自一个或多个NSAPI的N-PDUs复用到一个LLC SAPI上。 对冗余控制信息和用户数据的压缩。 分段和重组。,5.2 Gb接口,Gb接口把BSS同SGSN连接起来，以进行信令信息和用户数据的交换，Gb接口能使多用户复用同一物理资源。资源在用户活动时(当数据发送或接收时)分配给用户，而在活动结束时会马上被收回并重新分配。这与A接口相反，在A接口，单个用户在一个呼叫的整个生命周期中独占一套专用物理资源，不管是否在活动。,5.2 Gb接口,1. 物理层协议,3. BSS GPRS协议(BSSGP),2. 链路层协议,Gb接口,物理层协议在GSM 08

52、.14中定义的多个物理层配置和协议在此都是可用的，物理资源应该通过OM过程进行配置。,链路层协议Gb接口链路层协议是基于帧中继的，在GSM 08.16中有定义。在SGSN和BSS之间建立帧中继虚电路，来自许多用户的LLC PDU复用这个虚电路。这个虚电路可能是多跳的，并横贯一个由帧中继交换节点组成的网络。帧中继将用于信令和数据传输。,BSS GPRS协议(BSSGP),BSSGP的主要功能是提供与无线相关的数据、QoS和选路信息，以满足在BSS和SGSN之间传输用户数据时的需要。在BSS中，它用作LLC帧和RLC/MAC块之间的接口；在SGSN中，它形成一个在源于RLC/MAC的信息和LLC帧

53、之间的接口。在SGSN和BSS之间的BSSGP协议具有一一对应关系，如果一个SGSN处理多个BSS，这个SGSN对于每一个BSS都必须有一个BSSGP协议机制。,BSSGP主要具有以下功能,在SGSN和BSS之间提供一个无连接的链路； 在SGSN和BSS之间非确认的传输数据； 在SGSN和BSS之间提供了数据流量双向控制工具； 处理从SGSN到BSS的寻呼请求； 支持在BSS上的旧信息的刷新； 支持在SGSN和BSS之间的多层链路。,5.3 Abis接口,当GPRS MAC层和RLC层的功能置于远离BTS的位置上时，信道编码器单元(CCU)和远端GPRS分组控制单元(PCU)之间的信息按320

54、bit(20ms)的固定长度的帧发送。如图5-7说明了远端分组控制单元PCU的位置。 不管PCU是置于BSC端(图5-7B)还是置于GSN端(图5-7C)，Abis接口都是一样的。在B中，PCU作为到BSC的连接单元，在C中，BSC对16kbit/s信道来说是透明的。在结构B和C中，PCU被认为是远端PCU。,PCU负责实现下列GPRS MAC和RLC层的功能：,把LLC层PDU分块成RLC块，用以下行链路传输； 把RLC块重组成LLC层PDU，用以上行链路传输； PDCH时序安排功能，用以上行链路和下行链路的数据传输； PDCH上行链路ARQ功能，包括RLC块ACK/NAK； PDCH下行链

55、路ARQ功能，包括对RLC块的缓冲和重组； 信道访问控制功能，例如访问请求和授权； 无线信道管理功能，例如功率控制、拥塞控制、广播控制消息等,GPRS的计费管理,分组交换服务的计费原理与电路交换服务的计费原理是不同的，分组交换服务是基于流量计费而电路交换服务是基于时间计费，因此，GPRS的计费管理有别于GSM的计费管理。GPRS引入新的计费网关CG和计费中心BC，结合SGSN和GGSN组件，构成一个计费系统。,6.2 计费信息,由于在GPRS网络中引入了两个新增节点SGSN和GGSN，因此GPRS网络中的计费信息是由给该MS提供服务的SGSN和GGSN从每一个MS中搜集。有关无线网络使用的计费

56、信息由SGSN收集，而有关外部数据网络的使用的计费信息由GGSN收集，这两个GSN都收集有关GPRS网络资源使用的计费信息。点对点计费信息是为GPRS用户搜集的。,SGSN应收集下列计费信息：,无线接口的使用：计费信息应描述按照QoS和用户协议分类的在MO和MT方向传输的数据量； 分组数据协议地址的使用：计费信息应描述MS使用了分组数据协议地址的时间长短； GPRS一般资源的使用：计费信息应描述其他GPRS相关资源的使用和MS的GPRS网络活动(如移动性管理)； MS的定位：本地公共陆地移动网络(HPLMN)、拜访地公共陆地移动网络(VPLMN)以及可选的更高精确度的定位信息。,GGSN应收集

57、下列计费信息,目的端和源端：计费信息应能以GPRS运营商定义的精确程度来描述目的端和源地址； 外部数据网络的使用：计费信息应能描述流入和流出自外部数据网络的数据量； 分组数据协议地址的使用：计费信息应能描述MS使用PDP地址的时间长短； MS的定位：HPLMN、VPLMN以及可选的更高精确度的定位信息。,GPRS系统的无线网络结构,一个GPRS蜂窝网络由以下主要区域组成。 GPRS服务区(SA) 公共陆地移动网(PLMN) SGSN服务区 SGSN路由区(RA) 位置更新区(LA) BSC控制区 基站小区,GPRS服务区(SA),SA是MS能获得GPRS服务的地理区域，也就是在一个GPRS网络

58、内MS能够发送和接收数据的区域。它可以由一个或多个PLMN组成。公共陆地移动网(PLMN)是由一个网络运营商提供的GPRS服务区域，一个PLMN可以由一个或多个SGSN路由区域组成。,SGSN服务区,SGSN服务区是一个SGSN提供的网络服务区域，也就是终端的登记区域。一个SGSN服务区可以由一个或多个SGSN路由区组成。一个SGSN服务区可以包含一个或多个BSC控制区。一个SGSN服务区并不需要与一个MSC/VLR服务区相同。,SGSN路由区(RA),RA是位置更新区的一个子集，在SGSN 路由区，MS移动时不需要更新SGSN。一个SGSN能够控制处理多个路由区。路由区的路由范围可以从一个城市的一部分到整个省份，甚至一个小国家。一个RA可以由一个或多个小区组成。,位置更新区(LA),LA是MS移动时不需要更新VLR的区域，一个LA可以包含一个或多个基站小区(Cell)。LA不同于VLR区域，也不同于MSC区域。,BSC控制区,BSC控制区是一个BSC控制的一个或多个小区组成无线覆盖区域，BSC控制区的边界与LA区域的区界不需要一致。,基站小区,基站小区是GPRS服务区中最小的地理单元，也是一个移动蜂窝网络的基本单元，它由一个BTS覆盖。有两种类型的基站小区：全向小区和方向小区。,7.2 GPRS系统的组网,SGSN可与多个MSC连接，一个SGSN服务区可包含多个